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JP2002191060A - Three-dimensional imaging unit - Google Patents

Three-dimensional imaging unit

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Publication number
JP2002191060A
JP2002191060A JP2000390576A JP2000390576A JP2002191060A JP 2002191060 A JP2002191060 A JP 2002191060A JP 2000390576 A JP2000390576 A JP 2000390576A JP 2000390576 A JP2000390576 A JP 2000390576A JP 2002191060 A JP2002191060 A JP 2002191060A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
lens
micro
array
imaging device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2000390576A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4472166B2 (en
Inventor
Masahiko Kato
正彦 加藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
Priority to JP2000390576A priority Critical patent/JP4472166B2/en
Publication of JP2002191060A publication Critical patent/JP2002191060A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4472166B2 publication Critical patent/JP4472166B2/en
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  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a three-dimensional imaging unit that separates an image of a focal plane imaged by a single-lens camera into two depending on the focused state so as to obtain distance information of an object or an entire scene through the use of a correlation method. SOLUTION: Micro split prism pairs 21 in the three-dimensional imaging unit are arranged as a two-dimensional array to configure a split prism plate 22. A micro lens 25 has optical transmission sections 39, 40 that can sense a light for each pixel and a light shade sections 41, 42 that do not sense a light. The micro slit prism pair 21 has micro spit prisms 31, 32 that are components of the pair 21 and they are placed in a state of crossing in the opposite direction. Furthermore, pixels 33, 34 belonging to respective rows of a two-dimensional solid-state imaging device are placed behind the micro split prisms 31, 32.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、対象物である被写
体の濃淡画像(輝度画像)の他に距離情報(距離画像)
をリアルタイムに取得し、取得された距離画像を用い
て、目的とする被写体の3次元情報を求める3次元撮像
装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to distance information (distance image) in addition to a grayscale image (luminance image) of a subject as an object.
And a three-dimensional imaging apparatus for obtaining three-dimensional information of a target object by using the acquired distance image in real time.

【0002】[0002]

【従来の技術】パッシブに距離情報を得る方法として
は、大別して相関法とコントラスト検出法がある。ここ
では前者に注目する。
2. Description of the Related Art Methods for passively obtaining distance information are roughly classified into a correlation method and a contrast detection method. Here, we focus on the former.

【0003】前者の例として、二眼、或いは多眼ステレ
オ方式、またはオートフォーカス(AF)に使用される
TTL−SIR(Through The Lens
Secondary lmaged Registra
tion;2次結像位相差検出)、或いはUSP4,1
85,191に代表されるTCL(ThroughCa
mera Lens)システム等が知られている。
[0003] As an example of the former, a TTL-SIR (Through The Lens) used in a binocular or multi-view stereo system, or autofocus (AF) is used.
Secondary imaged Registra
tion; secondary imaging phase difference detection) or USP4,1
85, 191 (ThroughCa
(Mera Lens) system and the like are known.

【0004】ステレオ方式は、二眼或いは多眼で撮像さ
れた視差を有した複数の画像間の対応をとって視差を求
め、これから被写体の距離情報を得ようとするものであ
る。
[0004] In the stereo system, parallax is obtained by taking correspondence between a plurality of images having parallax captured by two eyes or multiple eyes, and distance information of a subject is obtained from the parallax.

【0005】ここで、図7乃至図9を参照して、AFに
用いられるTTL−SIR、或いはTCLシステムの原
理について説明する。
Here, the principle of a TTL-SIR or TCL system used for AF will be described with reference to FIGS.

【0006】図7(a)〜(c)に於いて、撮影レンズ
1を介してピント面2に集光する光束につき、撮影レン
ズ1の瞳の上半分を通過する光束と下半分を逓過する光
束とに分解して考える。
In FIGS. 7 (a) to 7 (c), for the light beam condensed on the focusing surface 2 via the photographing lens 1, the light beam passing through the upper half of the pupil of the photographing lens 1 and the lower half thereof are shifted. It is decomposed into a luminous flux.

【0007】図7(a)は、被写体P0 に対して合焦の
状態、図7(b)は被写体P1 に対して前ピンの状態、
そして図7(c)は被写体P2 に対して後ピンの状態
を、それぞれ表している。
FIG. 7A shows a state where the object P 0 is in focus, FIG. 7B shows a state where the object P 1 is in front focus,
And Figure. 7 (c) the state of the rear focus on the subject P 2, represents respectively.

【0008】撮影レンズ1の瞳の上半分を通過する光束
を実線で表し、下半分を通過する光束を破線で表すと、
両者がピント面2を通過する位置が、前ピンと後ピンで
反転する性質を有している。これを利用して、合焦状態
を判定する。
When a light beam passing through the upper half of the pupil of the photographing lens 1 is represented by a solid line, and a light beam passing through the lower half is represented by a broken line,
The position where both pass through the focus surface 2 has the property of being inverted between the front pin and the rear pin. Using this, the in-focus state is determined.

【0009】具体的には、ピント面2に、図8(a)に
示される構成の素子を複数個アレイ状に配置する。図8
(a)に於いて、マイクロレンズ(或いは蝿の目レン
ズ)3に対応して、2つの受光素子4及び5が配置され
ている。該受光素子4は、マイクロレンズ3に対して、
破線で示されるように入射される光線7を受光する。ま
た、受光素子5は、マイクロレンズ3に対して、実線で
示されるように入射される光線を受光する。言い換える
と、それぞれの受光素子4及び5は、受光する光線に方
向性を有している。
Specifically, a plurality of elements having the configuration shown in FIG. 8A are arranged in an array on the focus surface 2. FIG.
In (a), two light receiving elements 4 and 5 are arranged corresponding to a micro lens (or a fly-eye lens) 3. The light-receiving element 4 is located
As shown by the broken line, the incident light beam 7 is received. The light receiving element 5 receives a light beam incident on the microlens 3 as shown by a solid line. In other words, each of the light receiving elements 4 and 5 has directionality with respect to the received light beam.

【0010】このようなマイクロレンズと受光素子の組
を、複数個(例えば24個等)ピント面2の近傍に配列
する。方向性を区別するために、受光素子4の位置に配
列された受光素子群をA系列と称し、受光素子5の位置
に配列された受光素子群をB系列と称するものとする。
すると、A系列で受光される光強度分布とB系列で受光
される光強皮分布は、図8(b)に、それぞれ光強度分
布8及び9で示されるように、合焦状態からずれた前ピ
ン或いは後ピン状態では、合焦状態からのずれ量に応じ
て左右にずれる。これを測定して、合焦状態からのずれ
量(デフォーカス量)を知ることができる。
A plurality of (for example, 24) sets of such microlenses and light receiving elements are arranged in the vicinity of the focusing surface 2. In order to distinguish the directionality, the light receiving element group arranged at the position of the light receiving element 4 is referred to as an A series, and the light receiving element group arranged at the position of the light receiving element 5 is referred to as a B series.
Then, the light intensity distribution received in the A series and the light skin distribution received in the B series are shifted from the in-focus state as shown by the light intensity distributions 8 and 9 in FIG. 8B, respectively. In the front focus state or the rear focus state, the image is shifted right and left according to the shift amount from the in-focus state. By measuring this, the shift amount (defocus amount) from the in-focus state can be known.

【0011】尚、図8(b)に於いて、縦軸方向は(C
CDで撮像される)光強度分布、横軸方向は(撮像素子
の走査方向、例えば行の)空間座標或いは番号である。
In FIG. 8B, the vertical axis represents (C
The light intensity distribution (taken with a CD) and the horizontal axis are spatial coordinates or numbers (in the scanning direction of the image sensor, for example, in a row).

【0012】カメラのピント合わせに用いられるスプリ
ットイメージ方式は、図9に示されるように、2つの薄
い楔(Wedge)状のプリズム11及び12を逆勾配
に組合わせもの(スプリットプリズムペアと称する)に
より、各プリズム11及び12の斜辺の交点がピント面
13を定める。このピント面13からdzだけずれた面
14上の点P′に収束する光束15は、2δdzだけ離
間した2点A、Bから発散する光束に変換される.ここ
で、δは各プリズムによる偏角であり、各プリズムの頂
角をα、屈折率をnとしたとき、(n−1)αで表され
る。これを、接眼レンズ16を介して肉眼17で観察す
る。実際には、点の代わりに上下の窓に表示された像の
横ずれが一致するようにピントを合わせる。これは、上
述した2つの方式のうち、相関法に分類することができ
る。
As shown in FIG. 9, a split image system used for focusing a camera is a combination of two thin wedge-shaped prisms 11 and 12 in opposite gradients (referred to as a split prism pair). Thus, the intersection of the oblique sides of the prisms 11 and 12 determines the focus plane 13. The light beam 15 converging at a point P ′ on the surface 14 shifted by dz from the focus surface 13 is converted into a light beam diverging from two points A and B separated by 2δdz. Here, δ is the declination angle of each prism, and is represented by (n−1) α, where α is the vertex angle of each prism and n is the refractive index. This is observed with the naked eye 17 via the eyepiece 16. Actually, the focus is adjusted so that the lateral displacements of the images displayed in the upper and lower windows instead of the points coincide. This can be classified as a correlation method among the two methods described above.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】ところで、二眼または
多眼ステレオ法は、焦点距離を初めとする内部パラメー
タ、カメラ間の位置、姿勢等の外部パラメータといった
カメラパラメータのキャリブレーションや、画像間の対
応を求める、いわゆる対応問題を解決する必要がある。
しかしながら、両者共に困難な課題であり、いまだに満
足のいく解決策を日々求めている段階にある。
In the binocular or multi-view stereo method, calibration of camera parameters such as internal parameters such as a focal length, external parameters such as the position and orientation between cameras, and the like, It is necessary to solve the so-called response problem that requires response.
However, both are challenging issues, and we are still in the process of seeking satisfactory solutions every day.

【0014】また、TTL−SIR、或いはTCLシス
テムは、カメラの視野の中心或いは被写体に於ける一部
のエリアにつき距離情報をとっており、シーン全体の距
離情報をとることができない。
In the TTL-SIR or TCL system, distance information is obtained for the center of the field of view of a camera or a partial area of a subject, and distance information of the entire scene cannot be obtained.

【0015】また、二眼または多眼ステレオ法では、ズ
ーム操作やフォーカシング操作との協調がうまくいかな
いといった課題を有している。例えば、ズーム操作を行
う場合、二眼または多眼ステレオ法では、使用するレン
ズを全て同じようにズーム操作を行わせる必要が生ず
る。また、フォーカシング操作を行うと、カメラパラメ
ータが変化し、キャリブレーションの修正が、場合によ
っては必要となるという困難がある。
In addition, the twin-lens or multi-lens stereo method has a problem that coordination with a zoom operation and a focusing operation is not performed well. For example, when performing a zoom operation, in the two-lens or multi-view stereo method, it is necessary to cause all the lenses to be used to perform the same zoom operation. In addition, when the focusing operation is performed, camera parameters change, and there is a difficulty that correction of calibration is required in some cases.

【0016】したがって本発明は、被写体或いはシーン
全体の距離情報を一眼のカメラで撮像したピント面の画
像を、合焦状態に応じて2つに分離することによって相
関法を用いて距離情報を求めることのできる3次元撮像
装置を提供することを目的とする。
Accordingly, in the present invention, distance information is obtained by using a correlation method by separating an image of a focus plane obtained by capturing distance information of a subject or an entire scene with a single-lens camera in accordance with an in-focus state. It is an object of the present invention to provide a three-dimensional imaging device capable of performing such operations.

【0017】また、本発明は、カメラパラメータのキャ
リブレーションをすることなしに、対応問題を軽減する
ことのできる3次元撮像装置を提供することを目的とす
る。
It is another object of the present invention to provide a three-dimensional image pickup apparatus capable of reducing a corresponding problem without calibrating camera parameters.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】すなわち第1の発明によ
る3次元撮像装置は、光が入射する面の少なくとも一部
が複数の領域に区分されており、上記各領域に入射する
各光束は、予め定められた複数の方向のうちから各領域
毎に定められた1の方向に偏向されるように構成され
た、撮像光学系のピント面近傍に配設された光学素子
と、上記各領域に各レンズが同軸に配設されたレンズア
レイと、上記レンズアレイに関して上記光学素子と略共
役の位置に受光面を有し、上記光束の各偏向方向毎に像
を区別して撮像可能な撮像素子と、を具備することを特
徴とする。
That is, in the three-dimensional imaging apparatus according to the first aspect of the present invention, at least a part of a surface on which light is incident is divided into a plurality of regions, and each light beam incident on each of the regions is An optical element arranged near the focus plane of the imaging optical system, the optical element being configured to be deflected in one direction determined for each region from among a plurality of predetermined directions; A lens array in which each lens is disposed coaxially, and an imaging element having a light receiving surface at a position substantially conjugate with the optical element with respect to the lens array, and capable of imaging an image for each deflection direction of the light beam. , Is provided.

【0019】また、第2の発明による3次元撮像装置
は、撮像レンズのピント位置近傍に設けられた、逆交差
したマイクロスプリットプリズムペアのアレイを含むス
プリットプリズム板と、該マイクロスプリットプリズム
ペアと同軸に配列されたマイクロレンズのアレイと、該
マイクロレンズのアレイに関して上記マイクロスプリッ
トプリズムペアのピント面と共役に配置され、該マイク
ロスプリットプリズムペアの長手方向に平行な走査方向
を有し、それぞれのマイクロスプリットプリズムからの
信号光を別々の走査ラインで撮像する固体撮像素子アレ
イと、を具備することを特徴とする。
A three-dimensional imaging apparatus according to a second aspect of the present invention includes a split prism plate provided near an in-focus position of an imaging lens and including an array of inversely crossed micro split prism pairs, and a coaxial with the micro split prism pair. An array of microlenses arranged in a matrix and a focusing direction of the microsplit prism pair with respect to the microlens array are arranged conjugate with each other, and have a scanning direction parallel to the longitudinal direction of the microsplit prism pair. A solid-state image sensor array for picking up signal light from the split prism with separate scanning lines.

【0020】第3の発明による3次元撮像装置は、画素
毎に光を感光可能な感光領域と光を感光しない非感光領
域とを有する、複数画素を有する受光素子と、上記受光
素子の各画素に対応して各レンズが配設されたレンズア
レイと、を有し、上記各画素の感光領域と対応するレン
ズの光軸との相対的位置関係が、予め定められた複数の
相対的位置関係のうちの1つに該当するように構成され
ており、上記受光素子は上記各相対的位置関係毎に区別
して撮像可能であることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a three-dimensional imaging apparatus, comprising: a light-receiving element having a plurality of pixels, each of which has a light-sensitive area and a non-light-sensitive area where light is not sensitized; A lens array in which each lens is disposed in correspondence with the above. The relative positional relationship between the photosensitive region of each pixel and the optical axis of the corresponding lens is determined by a plurality of predetermined relative positional relationships. , And the light receiving element is capable of capturing an image separately for each relative positional relationship.

【0021】更に、第4の発明による3次元撮像装置
は、撮像レンズのピント位置近傍に設けられたマイクロ
レンズ付固体撮像素子アレイであって、マイクロレンズ
アレイの光軸と該固体撮像素子アレイの各画素に設けら
れたフォトダイオード開口部との相対的位置関係が、偶
数番目の走査ラインと奇数番目の走査ラインとで走査方
向に半画素分ずれて配置されたことを特徴とする。
Further, a three-dimensional imaging device according to a fourth aspect of the present invention is a solid-state imaging device array with microlenses provided near the focus position of the imaging lens, wherein the optical axis of the microlens array and the solid-state imaging device array are arranged. A relative positional relationship with a photodiode opening provided in each pixel is shifted by half a pixel in a scanning direction between an even-numbered scan line and an odd-numbered scan line.

【0022】第1の発明による3次元撮像装置にあって
は、撮像光学系のピント面近傍に配設された光学素子
は、光が入射する面の少なくとも一部が複数の領域に区
分されている。そして、上記各領域に入射する各光束
は、予め定められた複数の方向のうちから各領域毎に定
められた1の方向に偏向されるように構成されている。
また、レンズアレイは、上記各領域に各レンズが同軸に
配設されている。そして、撮像素子は、上記レンズアレ
イに関して、上記光学素子と略共役の位置に受光面を有
し、上記光束の各偏向方向毎に像を区別して撮像可能と
なっている。
In the three-dimensional image pickup apparatus according to the first aspect of the present invention, the optical element disposed near the focus plane of the image pickup optical system has at least a part of the light incident surface divided into a plurality of regions. I have. Each light beam incident on each of the regions is configured to be deflected to one direction determined for each region from among a plurality of predetermined directions.
Further, in the lens array, each lens is coaxially arranged in each of the above regions. The imaging element has a light receiving surface at a position substantially conjugate with the optical element with respect to the lens array, and is capable of capturing an image while distinguishing an image for each deflection direction of the light beam.

【0023】また、第2の発明による3次元撮像装置に
あっては、撮像レンズのピント位置近傍に設けられたス
プリットプリズム板が、逆交差したマイクロスプリット
プリズムペアのアレイを含んでおり、該マイクロスプリ
ットプリズムペアと同軸にマイクロレンズのアレイが配
列されている。そして、固体撮像素子アレイは、該マイ
クロレンズのアレイに関して上記マイクロスプリットプ
リズムペアのピント面と共役に配置され、該マイクロス
プリットプリズムペアの長手方向に平行な走査方向を有
し、それぞれのマイクロスプリットプリズムからの信号
光を別々の走査ラインで撮像するものである。
In the three-dimensional image pickup apparatus according to the second aspect of the present invention, the split prism plate provided near the focus position of the image pickup lens includes an array of reversely crossed micro split prism pairs. An array of microlenses is arranged coaxially with the split prism pair. The solid-state imaging device array is arranged conjugate with the focus plane of the micro split prism pair with respect to the micro lens array, has a scanning direction parallel to the longitudinal direction of the micro split prism pair, and includes a micro split prism. Are picked up by separate scanning lines.

【0024】第3の発明による3次元撮像装置にあって
は、画素毎に光を感光可能な感光領域と光を感光しない
非感光領域とを有する複数画素を、受光素子が有してい
る。また、上記受光素子の各画素に対応して各レンズ
が、レンズアレイに配設されている。そして、上記各画
素の感光領域と対応するレンズの光軸との相対的位置関
係は、予め定められた複数の相対的位置関係のうちの1
つに該当するように構成されている。上記受光素子は、
上記各相対的位置関係毎に区別して撮像可能となってい
る。
In the three-dimensional image pickup apparatus according to the third aspect of the present invention, the light receiving element has a plurality of pixels each having a light-sensitive area and a light-insensitive area for each pixel. Further, each lens is arranged in a lens array corresponding to each pixel of the light receiving element. The relative positional relationship between the photosensitive region of each pixel and the optical axis of the corresponding lens is one of a plurality of predetermined relative positional relationships.
It is configured to correspond to one. The light receiving element,
An image can be captured separately for each relative positional relationship.

【0025】更に、第4の発明による3次元撮像装置に
あっては、撮像レンズのピント位置近傍にマイクロレン
ズ付固体撮像素子アレイが設けられている。そして、マ
イクロレンズアレイの光軸と該固体撮像素子アレイの各
画素に設けられたフォトダイオード開口部との相対的位
置関係が、偶数番目の走査ラインと奇数番目の走査ライ
ンとで走査方向に半画素分ずれて配置されている。
Further, in the three-dimensional image pickup apparatus according to the fourth invention, a solid-state image pickup device array with microlenses is provided near the focus position of the image pickup lens. Then, the relative positional relationship between the optical axis of the microlens array and the openings of the photodiodes provided in each pixel of the solid-state imaging device array is half in the scanning direction between the even-numbered scan lines and the odd-numbered scan lines. They are displaced by pixels.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態を説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0027】図1は、本発明の第1の実施の形態を示す
もので、図1(a)は3次元撮像装置に適用されるマイ
クロ化したスプリットプリズムペア(以下、マイクロス
プリットプリズムペアと称する)を説明する断面図、
(b)は同図(a)の一部を立体的に示した図、(c)
はマイクロレンズを示した図である。
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. FIG. 1A shows a micro-split prism pair applied to a three-dimensional image pickup apparatus (hereinafter referred to as a micro-split prism pair). )
(B) is a diagram showing a part of FIG. (A) in three dimensions, (c).
FIG. 3 is a view showing a micro lens.

【0028】図1(a)に於いて、マイクロスプリット
プリズムペア21は、2次元のアレイ状に配列されてス
プリットプリズム板22を構成する。このスプリットプ
リズム板22は、光が入対する面の少なくとも一部が複
数の領域に区分されており、上記各領域に入射する各光
束は、予め定められた複数の方向のうちから各領域毎に
定められた1の方向に偏向されるように構成された光学
素子である。
In FIG. 1A, the micro split prism pairs 21 are arranged in a two-dimensional array to form a split prism plate 22. In the split prism plate 22, at least a part of a surface on which light enters is divided into a plurality of regions, and each light beam incident on each of the regions is divided into a plurality of predetermined directions for each region. An optical element configured to be deflected in one defined direction.

【0029】尚、図中23はピント面を表している。こ
のピント面23は、マイクロスプリットプリズムペア2
1の斜辺の交点を通る。
In the drawing, reference numeral 23 denotes a focus surface. This focus surface 23 is a micro split prism pair 2
Pass through the intersection of the hypotenuse of 1.

【0030】上記マイクロスプリットプリズムペア21
の入射光線28より後方側には、マイクロレンズ25、
2次元の固体撮像素子26が配置されている。一方、ピ
ント面23から所定距離dzだけデフォーカスしてデフ
ォーカス面24が形成される。このデフォーカス面24
に対して、光軸27が直交し、収束する光線28が入射
される。そして、図中、O0 はその収束点、二点O1
2 はデフォーカス量dzに対応して2δdzだけ離れ
た2点を表している。
The above micro split prism pair 21
Behind the incident light ray 28 of the micro lens 25,
A two-dimensional solid-state image sensor 26 is provided. On the other hand, a defocus surface 24 is formed by defocusing a predetermined distance dz from the focus surface 23. This defocus surface 24
, An optical axis 27 is orthogonal, and a converging light beam 28 is incident. Then, in the figure, O 0 its convergence point, two points O 1,
O 2 represents two points separated by 2δdz corresponding to the defocus amount dz.

【0031】図1(b)は、同図(a)の一部を立体的
に示しているが、煩雑を避けるために、マイクロスプリ
ットプリズムペア21のマイクロレンズ25を取り除い
て示している。
FIG. 1B shows a part of FIG. 1A three-dimensionally, but shows the micro split prism pair 21 with the micro lens 25 removed to avoid complication.

【0032】図1(b)に於いて、マイクロスブリット
プリズムペア21は、各要素であるマイクロスプリット
プリズム31及び32を有しており、これらマイクロス
プリットプリズム31及び32は逆交差の状態に配置さ
れている。該マイクロスプリットプリズム31及び32
の後方には、2次元固体撮像素子の、例えば偶数番目、
奇数番目のそれぞれの行に属する画素33及び34が配
列されている。そして、図示矢印C方向は、走査の方向
を表している。
In FIG. 1B, the micro-split prism pair 21 has micro-split prisms 31 and 32, which are the respective components, and these micro-split prisms 31 and 32 are arranged in a state of reverse intersection. Have been. The micro split prisms 31 and 32
Behind the two-dimensional solid-state imaging device, for example, even-numbered,
Pixels 33 and 34 belonging to each odd-numbered row are arranged. The direction of arrow C in the figure indicates the direction of scanning.

【0033】ここで、逆交差の状態に配置されたマイク
ロスプリットプリズムとは、2つの薄い楔状のプリズム
を逆勾配に組合わせたものをいう。通常、その最急勾配
線を横方向から見て交差した点(実際には線)が、ピン
ト位置を決定する。
Here, the micro-split prism arranged in the state of reverse crossing is a combination of two thin wedge-shaped prisms having opposite gradients. Normally, a point (actually, a line) where the steepest slope line is seen from the lateral direction determines the focus position.

【0034】スプリットプリズムペアに於いて、逆交差
している1つの定義として、スプリットプリズムペアに
於いて、ピント平面とプリズムベアの境界平面の両方に
垂直な平面を想定した場合、一方のプリズムの光の入対
面または射出面の法線方向と、他方のプリズムの対応面
の法線ベクトルが、上記想定平面に対して異なる側にあ
る状態になる。(両者のベクトルが平面に対して異なる
側にある状態とは、平面上に両者のベクトルの始点をお
いた場合、平面によって2分割された空間のそれそれ異
なった空間に各終点があるとの意味である。
In the split prism pair, as one definition of the crossing, assuming a plane perpendicular to both the focus plane and the boundary plane between the prism bears in the split prism pair, one of the prisms has The normal direction of the light entrance or exit surface and the normal vector of the corresponding surface of the other prism are on different sides with respect to the assumed plane. (A state in which both vectors are on different sides with respect to the plane means that if the starting points of both vectors are placed on the plane, each end point is located in a different space of the space divided into two by the plane. Meaning.

【0035】上記マイクロスプリットプリズム31及び
32で定められる光軸27に平行に入射された光線35
及び36は、それぞれ該マイクロスプリットプリズム3
1及び32で偏向されて、画素37及び38のように、
走査方向Cに対して前後方向にずれた画素に入射され
る。
A light ray 35 incident parallel to the optical axis 27 defined by the micro-split prisms 31 and 32
And 36 are the micro split prism 3 respectively.
Deflected at 1 and 32, as in pixels 37 and 38,
The light is incident on pixels that are shifted in the front-rear direction with respect to the scanning direction C.

【0036】スプリットプリズム板の入射面に於いて
は、少なくとも一部にはスプリットプリズム群の形成さ
れた部分を有している。この際、入射面全面にスプリッ
トプリズム群が形成されいてもよい。そして、このスプ
リットプリズム群の個々のプリズムの入射面を1つの領
域と捉えられる。この各領域(個々のプリズムの入射
面)に入射してた光は、予め定められた複数の方向(本
実施の形態では2方向)のうちから各領域毎に定められ
た1の方向に偏向される。上記各プリズムは、2方向の
うち何れかの方向に光を偏向する。
At least a part of the entrance surface of the split prism plate has a portion where a split prism group is formed. At this time, a split prism group may be formed on the entire incident surface. Then, the incident surfaces of the individual prisms of the split prism group are regarded as one region. The light incident on each area (incident surface of each prism) is deflected to one direction determined for each area from a plurality of predetermined directions (two directions in the present embodiment). Is done. Each prism deflects light in one of two directions.

【0037】このように、スプリットプリズム板は好適
なものであるが、これに限定されず、光が入射する面の
少なくとも一部が複数の領域に区分されており、上記各
領域に入射する各光束は予め定められた複数の方向のう
ちから各領域毎に定められた1の方向に偏向されるよう
に構成された光学素子ならばよい。
As described above, the split prism plate is suitable, but not limited to this. At least a part of the surface on which light is incident is divided into a plurality of regions, and each of the light incident on each of the above regions is divided into a plurality of regions. It is sufficient that the light beam is an optical element configured to be deflected to one direction determined for each region from among a plurality of predetermined directions.

【0038】上記マイクロレンズ25は、図1(c)に
示されるように、光透過部39、40と、図中斜線で示
される光遮蔽部41、42とが、交互に配置されて構成
されている。
As shown in FIG. 1C, the microlens 25 is configured by alternately arranging light transmitting portions 39 and 40 and light shielding portions 41 and 42 indicated by oblique lines in the drawing. ing.

【0039】図2(a)は、本3次元撮像装置の全体構
成の概要を示した図である。
FIG. 2A is a diagram showing an outline of the overall configuration of the present three-dimensional imaging apparatus.

【0040】図2(a)に於いて、光軸44に沿って入
射される光線は、撮像レンズ45を介し、クイックリタ
ーンミラー(または半透鏡)46で反射されて、レンズ
47を介してデフォーカス量dzの検出装置48に至
る。また、クイックリターンミラー46が光路より退避
されている場合は、撮像レンズ45を通過した光線は、
メインの2次元固体撮像素子49に至る。
In FIG. 2A, a light beam incident along an optical axis 44 is reflected by a quick return mirror (or semi-transparent mirror) 46 through an imaging lens 45, and is reflected by a lens 47. The detection amount 48 of the focus amount dz is reached. When the quick return mirror 46 is retracted from the optical path, the light beam that has passed through the imaging lens 45 is
The main two-dimensional solid-state imaging device 49 is reached.

【0041】図2(b)は、本撮像装置に入射される主
光線の光路を示すもので、図中H1、H2 は、撮像レン
ズ45の主点を表している。
FIG. 2B shows an optical path of a principal ray incident on the image pickup apparatus, wherein H 1 and H 2 represent principal points of the image pickup lens 45.

【0042】上記検出装置48の構造に厚みがある関係
上、入射される光線は検出装置48に略垂直に入射する
ことが望ましい。このため、検出装置48の前方にレン
ズ47が載置されて、撮像光学系(45及び47)をテ
レセントリックにしている(主光線が検出装置48に略
垂直に入射するようにしている)。
Since the structure of the detection device 48 has a certain thickness, it is desirable that the incident light beam be incident on the detection device 48 substantially perpendicularly. For this reason, the lens 47 is mounted in front of the detecting device 48, and the imaging optical system (45 and 47) is made telecentric (the principal ray is made to enter the detecting device 48 almost perpendicularly).

【0043】但し、撮像素子にCCDやCMOSを使用
したカメラでは、撮像素子に垂直に主光線が入射するよ
うに撮像光学系を設計をする場合が多い(撮像レンズ4
5だけでテレセントリックになっている)が、このよう
な撮像光学系では、レンズ47は不要となる。
However, in a camera using a CCD or a CMOS as an image pickup device, an image pickup optical system is often designed so that a chief ray is vertically incident on the image pickup device (image pickup lens 4).
5 is telecentric), but in such an imaging optical system, the lens 47 is not required.

【0044】次に、このように構成された3次元撮像装
置の動作について説明する。
Next, the operation of the three-dimensional imaging apparatus thus configured will be described.

【0045】図1(a)、1(b)に於いて、ピント面
23からdzだけずれたデフォーカス面24の点O0
収束する光束は、マイクロスプリットプリズムペア21
を透過した後、2δdzだけ離れた2点01 、02 から
発散するように進む。これら2点01 、02 の像は、マ
イクロレンズ25を介して2次元固体撮像素子26上に
形成される。その倍率Mは、例えば「1」に設定され
る。
In FIGS. 1A and 1B, the light beam converging on the point O 0 of the defocus surface 24 shifted by dz from the focus surface 23 is the micro split prism pair 21.
, The light diverges from two points 0 1 and 0 2 separated by 2δdz. The images of these two points 0 1 and 0 2 are formed on the two-dimensional solid-state imaging device 26 via the micro lens 25. The magnification M is set to, for example, “1”.

【0046】この場合には、2δdzだけ離間した2点
1 、02 の、該マイクロレンズ25による同サイズの
像が、2次元固体撮像素子26上に形成される。マイク
ロスプリットプリズムペア21の長手方向の長さは、2
次元固体撮像素子26の、例えば数画素分の長さを有し
ており、その幅はそれぞれ1画素分とする。
In this case, an image of the same size at the two points 0 1 and 0 2 separated by 2δdz by the microlens 25 is formed on the two-dimensional solid-state image sensor 26. The longitudinal length of the micro split prism pair 21 is 2
The three-dimensional solid-state imaging device 26 has a length of, for example, several pixels, and the width of each pixel is one pixel.

【0047】また、マイクロスプリットプリズムペア2
1の長手方向は、2次元固体撮像素子26の走査方向と
平行に配置される。言い換えると、奇数番目に走査され
た画像は、例えばマイクロスプリットプリズムペア21
の一方を通過した画像を撮像し、偶数番目に走査された
画像はマイクロスプリットプリズムペア21の他方を通
過した画像を撮像する。両者は、マイクロスプリットブ
リズムペア21の働きにより、対となる2Mδdzだけ
横方向にずれた2つの画像を提供している。
Further, the micro split prism pair 2
1 is arranged in parallel with the scanning direction of the two-dimensional solid-state imaging device 26. In other words, the odd-numbered scanned image is, for example, the micro split prism pair 21
Of the micro-split prism pair 21 is picked up, and the image scanned even-numbered is an image that has passed through the other of the micro split prism pair 21. Both provide two images that are shifted in the horizontal direction by a pair of 2Mδdz by the function of the micro-split brain pair 21.

【0048】通常のカメラのピント合わせの場合は、肉
眼により、このずれ量が0になるように調節する。ここ
では、肉眼の代わりに、図1(c)に示されるマイクロ
レンズ25が用いられている。これは、マイクロレンズ
25が光遮蔽部41を有しており、該マイクロレンズ2
5の右半分は、図示されない撮影レンズの2分割された
瞳の一方(例えば下半分)からの光束を優先的に透過さ
せ、マイクロレンズ25の左半分は図示されない撮影レ
ンズの2分割された瞳の他方(例えば上半分)からの光
束を優先的に透過させる、という役割を有しているから
である。
In the case of normal camera focusing, the deviation is adjusted by the naked eye so that the shift amount becomes zero. Here, a micro lens 25 shown in FIG. 1C is used instead of the naked eye. This is because the micro lens 25 has the light shielding portion 41 and the micro lens 2
The right half of 5 selectively transmits a light beam from one of the two divided pupils (for example, the lower half) of a photographic lens (not shown), and the left half of the microlens 25 is a pupil of a photographic lens (not shown) divided into two. This has a role of transmitting the light flux from the other (for example, the upper half) preferentially.

【0049】このように配慮すると、マイクロスプリッ
トブリズムペア21で対とされた、奇数番目に走査され
た画像と、偶数番目に走査された画像とが、それぞれ図
示されないメモリに記憶され、両画像間の相関がペアと
なる各行毎にとられて、横ずれ量2Mδdzのマップ
(撮像素子上の位置の関数)が求められ、上記M、δを
既知としてデフォーカス量dzの2次元データ、言い換
えると、被写体全体或いはシーンの距離情報が得られ
る。
With such considerations, the odd-numbered scanned image and the even-numbered scanned image paired by the micro-split brace pair 21 are stored in a memory (not shown), respectively. The correlation between each pair of rows is taken, and a map of the lateral shift amount 2Mδdz (a function of the position on the image sensor) is obtained. Two-dimensional data of the defocus amount dz, that is, M and δ are known, in other words , Distance information of the entire subject or the scene can be obtained.

【0050】このとき、相関をとる2つの画像は、同一
の撮像レンズ、撮像素子で撮標された画像であるため、
異なる撮像レンズの異なる配置、姿勢で撮られた2つの
画像間の相関をとる場合と比較して極めて単純化されて
おり、いわゆる対応問題を軽減している。
At this time, since the two images to be correlated are images captured by the same imaging lens and imaging device,
Compared to a case where a correlation between two images taken with different arrangements and postures of different imaging lenses is taken, the simplification is greatly simplified, and a so-called correspondence problem is reduced.

【0051】デフォーカス量dzと被写体までの距離a
との間には、撮像レンズの焦点距離fを介して、次式が
成立する。 (1/a)+(1/b)=1/f …(1) △b=−(b2 /a2 )△a≡dz …(2) ここで、bは撮像レンズから像面(ピント面)までの距
離を表している。撮像装置のAF機能から被写体までの
距離aが求められ、デフォーカス量dzと、上記(1)
式及び(2)式から、被写体の立体情報Δaを求めるこ
とができる。
Defocus amount dz and distance a to the subject a
The following equation is established between the above and via the focal length f of the imaging lens. (1 / a) + (1 / b) = 1 / f (1) Δb = − (b 2 / a 2 ) △ a≡dz (2) where b is an image plane (focus) Plane). The distance a to the subject is obtained from the AF function of the imaging apparatus, and the defocus amount dz and the above (1)
The three-dimensional information Δa of the subject can be obtained from the equation (2) and the equation (2).

【0052】撮像装置のAF機能は、専用のAFセンサ
からの信号を用いるか、上述したマイクロスプリットプ
リズムペア21の機能を利用して、例えば、視野の中心
付近のエリアでの平均的デフォーカス量dzを求めて、
これが0となるように撮像レンズに帰還をかけることに
より達成することもできる。
The AF function of the imaging apparatus uses a signal from a dedicated AF sensor or uses the function of the micro split prism pair 21 described above, for example, an average defocus amount in an area near the center of the visual field. Find dz,
This can also be achieved by feeding back the imaging lens so that this becomes zero.

【0053】このように、上記光束の各偏向方向毎に像
を区別して撮像可能な撮像素子は、光の偏向方向(2方
向)毎に、走査線の奇数と偶数を対応させて、区別して
受光している。上記撮像素子は光の仰向方向毎に像を区
別して撮像するが、走査線により像を区別するのは好適
な方法である。
As described above, the image pickup device capable of picking up an image by distinguishing the image for each deflection direction of the light beam is distinguished by associating an odd number and an even number of scanning lines for each light deflection direction (two directions). Receiving light. The above-mentioned image pickup device picks up an image while distinguishing the image for each elevation direction of light, and it is a preferable method to distinguish the image by a scanning line.

【0054】次に、図2(a)及び(b)を参照する
と、撮像レンズ45により撮像された図示されない被写
体の画像は、クイックリターンミラー(または半透鏡)
46を介して、その濃淡画像(輝度画像)はメインの2
次元固体撮像素子49により撮像される。被写体の距離
情報は、デフォーカス量dzの検出装置48により、上
述したようにして得られる。レンズ47の動作は、撮像
レンズ45の画角を構成する主光線(主点H1 に収束
し、主点H2 から発散する光線束)を光軸に平行な主光
線(テレセントリック光学系)に変換することにある。
Next, referring to FIGS. 2A and 2B, an image of a subject (not shown) captured by the imaging lens 45 is a quick return mirror (or a semi-transparent mirror).
46, the grayscale image (luminance image) of the main 2
The image is captured by the three-dimensional solid-state image sensor 49. The distance information of the subject is obtained by the detection device 48 for the defocus amount dz as described above. The operation of the lens 47 is performed by converting a principal ray (a ray bundle converging to the principal point H 1 and diverging from the principal point H 2 ) constituting an angle of view of the imaging lens 45 into a principal ray (telecentric optical system) parallel to the optical axis. To convert.

【0055】次に、図1(a)に示されるマイクロスプ
リットプリズムペア21の機能について説明する。
Next, the function of the micro split prism pair 21 shown in FIG. 1A will be described.

【0056】図3(a)に於いて、マクロ的なスプリッ
トプリズム51(図9の例えばプリズム11)を模式的
に表すとすれば、マイクロスプリットプリズム52に相
当する。これは、マクロ的なプリズムとリニアフレネル
レンズが等価であるのと似ている。マイクロスプリット
プリズム52の高さは、撮影に使用するスペクトル領域
の中心波長の整数倍に選択される。
In FIG. 3A, if a macro split prism 51 (for example, the prism 11 in FIG. 9) is schematically represented, it corresponds to a micro split prism 52. This is similar to a macro prism being equivalent to a linear Fresnel lens. The height of the micro split prism 52 is selected to be an integral multiple of the center wavelength of the spectral region used for imaging.

【0057】また、図4は、マイクロスプリットプリズ
ムペア21の感度の向上について説明するものである。
FIG. 4 explains the improvement of the sensitivity of the micro split prism pair 21.

【0058】通常のマイクロスプリットプリズム53
を、図4(a)に示されるような形状であるとすると、
図4(b)に示されるマイクロスプリットプリズム54
は、同図(a)に示されるマイクロスプリットプリズム
53のピッチを1/4に短縮したものである。こうする
と、マイクロスプリットプリズム54の頂角(図の左側
の底角)は、マイクロスプリットプリズム53の頂角の
約4倍となり、感度が4倍となる。この役割は、例え
ば、視野の中心部の距離分解能を、周辺に比較して高く
選びたいときに有効となる。
Normal micro split prism 53
Has a shape as shown in FIG.
The micro split prism 54 shown in FIG.
FIG. 9A is a diagram in which the pitch of the micro split prism 53 shown in FIG. In this case, the apex angle of the micro-split prism 54 (the bottom angle on the left side in the figure) is about four times the apex angle of the micro-split prism 53, and the sensitivity is four times. This role is effective, for example, when it is desired to select a higher distance resolution at the center of the visual field than at the periphery.

【0059】このように、第1の実施の形態によれば、
図1(a)に示されるスプリットプリズム板22は、基
本的にリニアフレネルレンズを一行おきに形成したもの
であり、視野の中心の感度と周辺の感度を任意に変更で
きる可能性を有している。また、基板としてマイクロレ
ンズ25を要素とする2次元アレイを用いることによ
り、この上にマイクロスプリットプリズムペア21の2
次元アレイを一体化して密着形成することができる、と
いう利点も有している。
As described above, according to the first embodiment,
The split prism plate 22 shown in FIG. 1A basically has linear Fresnel lenses formed every other row, and has a possibility that the sensitivity at the center of the field of view and the sensitivity at the periphery can be arbitrarily changed. I have. Further, by using a two-dimensional array having a microlens 25 as an element as a substrate, a micro split prism pair 21
There is also an advantage that the dimensional array can be integrated and closely formed.

【0060】この第1の実施の形態には、多くの変更が
可能である。
Many changes can be made to the first embodiment.

【0061】次に、その1つについて、図5を参照して
説明する。
Next, one of them will be described with reference to FIG.

【0062】図5(a)に示される曲線55は、非球面
を表している。また、図5(b)に示される曲線56
は、上記非球面55をこれと等価なフレネル面で近似し
たものを表している。マイクロスプリットプリズムの代
わりに非球面55と等価なフレネル面で置き換えると、
該マイクロスプリットプリズムの感度は頂角に比例する
ことから、図5(b)に於いて、右側から左側に移行す
るにつれ感度が増大することがわかる。
A curve 55 shown in FIG. 5A represents an aspherical surface. Further, a curve 56 shown in FIG.
Represents an approximation of the aspheric surface 55 with a Fresnel surface equivalent to the aspheric surface 55. By replacing the micro-split prism with a Fresnel surface equivalent to the aspheric surface 55,
Since the sensitivity of the micro split prism is proportional to the apex angle, it can be seen in FIG. 5B that the sensitivity increases from the right side to the left side.

【0063】したがって、例えば左端を視野の中心とす
れば、視野の中心で感度が非線型的に高くなり、周辺に
移行するにつれて感度が低下する機能が得られる。これ
は、丁度人間の眼が視野の中心で高感度を有するという
機能をシミュレートすることになる。
Therefore, for example, if the left end is set as the center of the field of view, a function is obtained in which the sensitivity increases nonlinearly at the center of the field of view, and decreases as it moves to the periphery. This simulates the function that the human eye has high sensitivity at the center of the visual field.

【0064】また、図1(b)に於いて、マイクロスプ
リットプリズム31、32の横幅をそれぞれ1画素分の
幅としたが、メモリヘの書き込みがやや複雑となるが、
複数行の幅にわたるとしても可能であることは勿論であ
る。
In FIG. 1B, the width of each of the micro-split prisms 31 and 32 is set to the width of one pixel. However, writing into the memory is slightly complicated.
Of course, it is possible even if it extends over a plurality of lines.

【0065】本発明によれば、図2(a)に示される検
出装置48で扱われる画像は、一眼の撮像レンズ45に
より得られ、メインの2次元固体撮像素子48により撮
像される輝度画像と同じものであるから、撮像レンズ4
5のズーム操作や合焦動作に協調して動作可能な特徴を
有している。これは、上述したように、多眼ステレオで
は困難な課題である。
According to the present invention, the image handled by the detecting device 48 shown in FIG. 2A is obtained by the single-lens image pickup lens 45, and the luminance image picked up by the main two-dimensional solid-state image sensor 48 Since they are the same, the imaging lens 4
It has a feature that it can operate in cooperation with the zoom operation and focusing operation of No. 5. This is a difficult task for a multi-view stereo, as described above.

【0066】また、従来の合焦装置にみられる視野の中
心部のみ距離情報をとるのでなく、視野全体の距離情報
を相関をとることにより求めることができるという特徴
を有している。
Another feature is that distance information can be obtained by correlating distance information of the entire visual field, instead of obtaining distance information only at the center of the visual field as seen in a conventional focusing device.

【0067】更に、一眼の撮像レンズ45で得られた画
像の偶数番目の走査から得られた画像と、該画像とペア
となる奇数番目の走査から得られた画像との相関をとる
ことから、いわゆる対応問題を軽減することができる。
Further, by correlating the image obtained from the even-numbered scan of the image obtained by the single-lens imaging lens 45 with the image obtained from the odd-numbered scan paired with the image, So-called response problems can be reduced.

【0068】次に、本発明の第2の実施の形態を説明す
る。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.

【0069】図6は、本発明の第2の実施の形態による
3次元固体撮像装置の構成例を示した図である。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of a three-dimensional solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention.

【0070】図6に於いて、2次元固体撮像素子は、各
行60、61、62を有して構成される。上記各行6
0、61、62には、画素65、66、…を有してい
る。そして、例えば、上記画素65内には、感光領域で
あるフォトダイオード(PD)開口部64を有してい
る。また、画素65内で、上記PD開口部64以外の部
分が非感光領域である。尚、63はマイクロレンズであ
る。
In FIG. 6, the two-dimensional solid-state imaging device is configured to have rows 60, 61, and 62. Each row 6 above
0, 61, and 62 have pixels 65, 66,... For example, the pixel 65 has a photodiode (PD) opening 64 that is a photosensitive area. Further, in the pixel 65, a portion other than the PD opening 64 is a non-photosensitive region. Incidentally, 63 is a micro lens.

【0071】PD開口部64の画素65内での配置は各
行で同じであるが、マイクロレンズの位置が行61では
隣接する行60、62と比べて半画素分ずれている。言
い換えると、偶数番目の行と奇数番目の行でのPD開口
部64の画素内での位置はそれぞれ同じであるが、マイ
クロレンズは半画素分ずれている。
The arrangement of the PD openings 64 in the pixels 65 is the same in each row, but the position of the microlenses is shifted by half a pixel in the row 61 compared to the adjacent rows 60 and 62. In other words, the positions of the PD openings 64 in the pixels in the even-numbered rows and the odd-numbered rows are the same, but the microlenses are shifted by half a pixel.

【0072】次に、本第2の実施の形態の動作を説明す
る。
Next, the operation of the second embodiment will be described.

【0073】マイクロレンズ63の形状は、稠密構造を
とることが望ましく、例えば、図6に示される例では、
六角形状をしている。この中心とPD開口部64の中心
とはずれているから、受光する光束には方向性、或いは
指向性が生ずる。この指向性は、PD開口部64の幅
(行60の走査方向に平行な幅)が狭いほど高くなる。
It is desirable that the micro lens 63 has a dense structure. For example, in the example shown in FIG.
It has a hexagonal shape. Since this center is displaced from the center of the PD opening 64, the received light beam has directivity or directivity. This directivity increases as the width of the PD opening 64 (width parallel to the scanning direction of the row 60) decreases.

【0074】隣り合う行の受光の指向性は、それぞれの
行のマイクロレンズの光軸に対して反対の方向をとる。
これは、上述した図8(a)で説明した機能を、隣り合
う2つの行で分担した形をとっている。
The directivity of light reception in an adjacent row takes a direction opposite to the optical axis of the microlens in each row.
This takes a form in which the function described in FIG. 8A is shared by two adjacent rows.

【0075】言い換えると、2次元固体撮像素子の偶数
番目の行と奇数番目の行とで撮像された画像(それぞれ
偶数画像、奇数画像と称する)では、分割された瞳で被
写体を見たときに生ずる視差に対応した横ずれを生じて
おり、偶数画像、奇数画像間の行毎の相関をとることに
より、図7に示される瞳分割の原理による視差に対応し
た距離情報を得ることができる。
In other words, in the images captured by the even-numbered rows and the odd-numbered rows of the two-dimensional solid-state imaging device (referred to as even-numbered images and odd-numbered images, respectively), when the subject is viewed through the divided pupils, A lateral displacement corresponding to the generated parallax occurs, and distance information corresponding to the parallax based on the pupil division principle shown in FIG. 7 can be obtained by correlating each row between the even image and the odd image.

【0076】このように、第2の実施の形態は、上述し
た第1の実施の形態にみられるマイクロスプリットプリ
ズムのような異方性を有する光学素子を必要とせず、マ
イクロレンズと、これに対応した画素内でのPD開口部
の位量とにより、受光する方向に異方性をもたしてい
る。したがって、第1の実施の形態よりも構成が簡単で
あり、製作が容易であるという利点を有している。
As described above, the second embodiment does not require an optical element having anisotropy such as the micro-split prism found in the first embodiment described above. Depending on the position of the PD opening in the corresponding pixel, the light receiving direction has anisotropy. Therefore, there is an advantage that the configuration is simpler than that of the first embodiment and the manufacture is easy.

【0077】また、この第2の実施の形態には、種々の
変更が可能である。
Various modifications can be made to the second embodiment.

【0078】図6では、マイクロレンズを半画素分、行
毎にずらしたが、逆にマイクロレンズを四角形状として
桝目状に並べて、PD開口部を行毎に半画素ずらすとい
うことも可能である。
In FIG. 6, the microlenses are shifted by half a pixel for each row. However, the microlenses may be arranged in a square shape in a square shape, and the PD aperture may be shifted by a half pixel for each row. .

【0079】[0079]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、被写体或
いはシーン全体の距離情報を一眼のカメラで撮像したピ
ント面の画像を、合焦状態に応じて2つに分離すること
によって相関法を用いて距離情報を求めることのできる
3次元撮像装置を提供することができる。
As described above, according to the present invention, the distance information of the subject or the whole scene is separated by a single-lens camera into two images in focus according to the in-focus state. , A three-dimensional imaging device capable of obtaining distance information by using the method can be provided.

【0080】また、本発明によれば、カメラパラメータ
のキャリブレーションをすることなしに、対応問題を軽
減することのできる3次元撮像装置を提供することがで
きる。
Further, according to the present invention, it is possible to provide a three-dimensional image pickup apparatus capable of reducing a corresponding problem without calibrating camera parameters.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態を示すもので、図1
(a)は3次元撮像装置に適用されるマイクロ化したス
プリットプリズムペアを説明する断面図、(b)は
(a)の一部を立体的に示した図、(c)はマイクロレ
ンズを示した図である。
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
(A) is a cross-sectional view illustrating a microscopic split prism pair applied to a three-dimensional imaging device, (b) is a diagram showing a part of (a) in a three-dimensional manner, and (c) is a microlens. FIG.

【図2】(a)は3次元撮像装置の全体構成の概要を示
した図、(b)は本撮像装置に入射される主光線の光路
を示した図である。
2A is a diagram illustrating an outline of an overall configuration of a three-dimensional imaging device, and FIG. 2B is a diagram illustrating an optical path of a principal ray incident on the present imaging device.

【図3】マクロ的なスプリットプリズム51を模式的に
表した図である。
FIG. 3 is a view schematically showing a macro split prism 51.

【図4】マイクロスプリットプリズムペア21の感度の
向上について説明するもので、(a)は通常のマイクロ
スプリットプリズム53を模式的に表した図、(b)は
(a)に示されるマイクロスプリットプリズム53のピ
ッチを1/4に短縮して表した図である。
4A and 4B are diagrams illustrating an improvement in sensitivity of the micro split prism pair 21. FIG. 4A schematically illustrates a normal micro split prism 53, and FIG. 4B illustrates a micro split prism illustrated in FIG. FIG. 53 is a diagram in which the pitch of 53 is shortened to 1 /.

【図5】第1の実施の形態の変形で、(a)は非球面5
5を表した図、(b)は上記非球面55をこれと等価な
フレネル面で近似した図である。
5A is a modification of the first embodiment, and FIG.
FIG. 5B is a diagram in which the aspheric surface 55 is approximated by an equivalent Fresnel surface.

【図6】本発明の第2の実施の形態による3次元固体撮
像装置の構成例を示した図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of a three-dimensional solid-state imaging device according to a second embodiment of the present invention.

【図7】AFに用いられるTTL−SIR、或いはTC
Lシステムの原理について説明するもので、(a)は被
写体P0 に対して合焦の状態を示した図、(b)は被写
体P1 に対して前ピンの状態を示した図、(c)は被写
体P2 に対して後ピンの状態を示した図である。
FIG. 7 shows TTL-SIR or TC used for AF.
Serve to explain the principle of L system, (a) represents showing a state focus on the subject P 0 Figure, (b) is a diagram showing a state before the pin with respect to the subject P 1, (c ) is a diagram showing a state of the rear focus on the subject P 2.

【図8】AFに用いられるTTL−SIR、或いはTC
Lシステムの原理について説明するもので、(a)は撮
影レンズと受光素子との関係を示した図、(b)は
(a)の受光素子位置に配列された受光素子群の光強度
分布図である。
FIG. 8 shows TTL-SIR or TC used for AF.
4A and 4B illustrate the principle of the L system. FIG. 4A is a diagram illustrating a relationship between a photographing lens and a light receiving element, and FIG. 5B is a light intensity distribution diagram of a light receiving element group arranged at the light receiving element position in FIG. It is.

【図9】カメラのピント合わせに用いられるスプリット
イメージ方式を説明する図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating a split image method used for focusing a camera.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

21 マイクロスプリットプリズムペア、 22 スプリットプリズム板、 23 ピント面、 24 デフォーカス面、 25 マイクロレンズ、 26 固体撮像素子、 27、44 光軸、 28、35、36 光線、 31、32 マイクロスプリットプリズム、 33、34、37、38 画素、 39、40 光透過部、 41、42 光遮蔽部、 45 撮像レンズ、 46 クイックリターンミラー(半透鏡)、 47 レンズ、 48 検出装置、 49 2次元固体撮像素子。 21 micro split prism pair, 22 split prism plate, 23 focus surface, 24 defocus surface, 25 micro lens, 26 solid state image pickup device, 27, 44 optical axis, 28, 35, 36 light beam, 31, 32 micro split prism, 33 , 34, 37, 38 pixels, 39, 40 light transmitting part, 41, 42 light shielding part, 45 imaging lens, 46 quick return mirror (semi-transparent mirror), 47 lens, 48 detecting device, 49 two-dimensional solid-state image sensor.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G02B 5/04 G02B 5/04 F G03B 15/00 G03B 15/00 B U 35/08 35/08 H04N 5/225 H04N 5/225 Z Fターム(参考) 2F065 AA06 AA53 FF10 JJ03 JJ09 JJ26 LL00 LL04 LL10 LL11 LL47 LL59 QQ23 QQ38 QQ41 2H042 CA12 CA17 2H059 AA09 5C022 AA13 AB26 AC42 AC54 5C061 AB06 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) G02B 5/04 G02B 5/04 F G03B 15/00 G03B 15/00 BU 35/08 35/08 H04N 5 / 225 H04N 5/225 Z F term (reference) 2F065 AA06 AA53 FF10 JJ03 JJ09 JJ26 LL00 LL04 LL10 LL11 LL47 LL59 QQ23 QQ38 QQ41 2H042 CA12 CA17 2H059 AA09 5C022 AA13 AB26 AC42 AC54 5C06 AB

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光が入射する面の少なくとも一部が複数
の領域に区分されており、上記各領域に入射する各光束
は、予め定められた複数の方向のうちから各領域毎に定
められた1の方向に偏向されるように構成された、撮像
光学系のピント面近傍に配設された光学素子と、 上記各領域に各レンズが同軸に配設されたレンズアレイ
と、 上記レンズアレイに関して上記光学素子と略共役の位置
に受光面を有し、上記光束の各偏向方向毎に像を区別し
て撮像可能な撮像素子と、 を具備することを特徴とする3次元撮像装置。
At least a part of a surface on which light is incident is divided into a plurality of regions, and each light beam incident on each of the regions is determined for each region from a plurality of predetermined directions. An optical element arranged near the focus plane of the imaging optical system, configured to be deflected in one direction, a lens array in which each lens is arranged coaxially in each of the regions, and the lens array A three-dimensional imaging device, comprising: a light receiving surface at a position substantially conjugate with the optical element, and an image pickup element capable of distinguishing an image for each deflection direction of the light flux.
【請求項2】 撮像レンズのピント位置近傍に設けられ
た、逆交差したマイクロスプリットプリズムペアのアレ
イを含むスプリットプリズム板と、 該マイクロスプリットプリズムペアと同軸に配列された
マイクロレンズのアレイと、 該マイクロレンズのアレイに関して上記マイクロスプリ
ットプリズムペアのピント面と共役に配置され、該マイ
クロスプリットプリズムペアの長手方向に平行な走査方
向を有し、それぞれのマイクロスプリットプリズムから
の信号光を別々の走査ラインで撮像する固体撮像素子ア
レイと、 を具備することを特徴とする3次元撮像装置。
2. A split prism plate including an array of reversely crossed micro split prism pairs provided near a focus position of an imaging lens; an array of micro lenses arranged coaxially with the micro split prism pairs; The microlens array is arranged conjugate with the focus plane of the microsplit prism pair, has a scanning direction parallel to the longitudinal direction of the microsplit prism pair, and separates the signal light from each microsplit prism into a separate scanning line. A three-dimensional imaging device, comprising: a solid-state imaging device array that performs imaging by:
【請求項3】 上記スプリットプリズム板は、上記マイ
クロレンズのアレイに密着して形成されたことを特徴と
する請求項2に記載の3次元撮像装置。
3. The three-dimensional imaging apparatus according to claim 2, wherein the split prism plate is formed in close contact with the microlens array.
【請求項4】 上記スプリットプリズム板は、視野の中
心部の感度を向上させた領域を有することを特徴とする
請求項2に記載の3次元撮像装置。
4. The three-dimensional imaging device according to claim 2, wherein the split prism plate has a region in which sensitivity is improved at a central portion of a visual field.
【請求項5】 上記視野中心部の感度を向上させる感度
向上手段を更に具備し、該感度向上手段は、非球面若し
くはこれと等価なリニアフレネルレンズを設けたことを
特徴とする請求項4に記載の3次元撮像装置。
5. The apparatus according to claim 4, further comprising sensitivity improving means for improving the sensitivity at the central portion of the visual field, wherein said sensitivity improving means includes an aspherical surface or a linear Fresnel lens equivalent thereto. The three-dimensional imaging device according to claim 1.
【請求項6】 画素毎に光を感光可能な感光領域と光を
感光しない非感光領域とを有する、複数画素を有する受
光素子と、 上記受光素子の各画素に対応して各レンズが配設された
レンズアレイと、を有し、 上記各画素の感光領域と対応するレンズの光軸との相対
的位置関係が、予め定められた複数の相対的位置関係の
うちの1つに該当するように構成されており、上記受光
素子は上記各相対的位置関係毎に区別して撮像可能であ
ることを特徴とする3次元撮像装置。
6. A light-receiving element having a plurality of pixels, having a photosensitive area capable of sensitizing light and a non-photosensitive area not sensitizing light for each pixel, and each lens being provided corresponding to each pixel of the light-receiving element. And the relative positional relationship between the photosensitive region of each pixel and the optical axis of the corresponding lens corresponds to one of a plurality of predetermined relative positional relationships. The three-dimensional imaging device is characterized in that the light-receiving element is capable of imaging separately for each of the relative positional relationships.
【請求項7】 撮像レンズのピント位置近傍に設けられ
たマイクロレンズ付固体撮像素子アレイであって、 マイクロレンズアレイの光軸と該固体撮像素子アレイの
各画素に設けられたフォトダイオード開口部との相対的
位置関係が、偶数番目の走査ラインと奇数番目の走査ラ
インとで走査方向に半画素分ずれて配置されたことを特
徴とする3次元撮像装置。
7. A solid-state imaging device array with microlenses provided near a focus position of an imaging lens, comprising: an optical axis of the microlens array; and a photodiode opening provided in each pixel of the solid-state imaging device array. A three-dimensional imaging apparatus, wherein the relative positional relationship between the even-numbered scanning lines and the odd-numbered scanning lines is shifted by half a pixel in the scanning direction.
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