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JP2013197796A - Image sensor and imaging device - Google Patents

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JP2013197796A
JP2013197796A JP2012061785A JP2012061785A JP2013197796A JP 2013197796 A JP2013197796 A JP 2013197796A JP 2012061785 A JP2012061785 A JP 2012061785A JP 2012061785 A JP2012061785 A JP 2012061785A JP 2013197796 A JP2013197796 A JP 2013197796A
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JP
Japan
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photoelectric conversion
opening
subject
image
open
Prior art date
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Pending
Application number
JP2012061785A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Satoshi Suzuki
智 鈴木
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.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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.)
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Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to JP2012061785A priority Critical patent/JP2013197796A/en
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  • Automatic Focus Adjustment (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Testing, Inspecting, Measuring Of Stereoscopic Televisions And Televisions (AREA)

Abstract

【課題】複数の視差を生じさせる画像を取得するには、その数に応じた複雑な撮影光学系を用意しなければならなかった。
【解決手段】撮像素子であって、入射する被写体光束を電気信号に光電変換する、二次元的に配列された複数の光電変換素子と、複数の光電変換素子の少なくともいずれか一つに対応して設けられ、光学的な特性を切り替えることにより、被写体光束の断面領域内の少なくとも一部を遮光する閉状態と、一部を透過する開状態との間を切り替え可能な開閉部とを備える。
【選択図】図1
In order to acquire an image that generates a plurality of parallaxes, it has been necessary to prepare a complicated photographing optical system corresponding to the number of images.
An imaging element that corresponds to at least one of a plurality of two-dimensionally arranged photoelectric conversion elements that photoelectrically convert an incident subject light beam into an electric signal, and a plurality of photoelectric conversion elements. And an open / close section that can switch between a closed state in which at least part of the cross-sectional area of the subject light beam is shielded and an open state in which part is transmitted by switching optical characteristics.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、撮像素子および撮像装置に関する。   The present invention relates to an imaging element and an imaging apparatus.

2つの撮影光学系を用いて、右目用の画像と左目用の画像とから成るステレオ画像を撮像するステレオ撮像装置が知られている。このようなステレオ撮像装置は、2つの撮像光学系を一定の間隔で配置することにより、同一の被写体を撮像して得られる2つの画像に視差を生じさせる。
[先行技術文献]
[特許文献]
[特許文献1] 特開平8−47001号公報
A stereo imaging device that captures a stereo image composed of a right-eye image and a left-eye image using two imaging optical systems is known. Such a stereo imaging device causes parallax to occur in two images obtained by imaging the same subject by arranging two imaging optical systems at regular intervals.
[Prior art documents]
[Patent Literature]
[Patent Document 1] JP-A-8-47001

しかしながら、複数の視差を生じさせる画像を取得するには、その数に応じた複雑な撮影光学系を用意しなければならなかった。   However, in order to acquire an image that generates a plurality of parallaxes, it has been necessary to prepare a complicated photographing optical system corresponding to the number of images.

本発明の第1の態様においては、撮像素子であって、入射する被写体光束を電気信号に光電変換する、二次元的に配列された複数の光電変換素子と、複数の光電変換素子の少なくともいずれか一つに対応して設けられ、光学的な特性を切り替えることにより、被写体光束の断面領域内の少なくとも一部を遮光する閉状態と、一部を透過する開状態との間を切り替え可能な開閉部とを備える。   In the first aspect of the present invention, the imaging device is at least one of a plurality of two-dimensionally arranged photoelectric conversion devices that photoelectrically convert an incident subject light beam into an electric signal, and a plurality of photoelectric conversion devices. By switching the optical characteristics, it is possible to switch between a closed state that shields at least part of the cross-sectional area of the subject luminous flux and an open state that transmits part of it. And an opening / closing part.

本発明の第2の態様においては、撮像装置であって、上記撮像素子と、撮像素子により撮像された撮像信号を読み出して、撮像時の開閉部の開閉状態に基づいた画像データを生成する画像処理部とを備える。   In the second aspect of the present invention, the image pickup apparatus is an image pickup device that reads out the image pickup device and an image pickup signal picked up by the image pickup device and generates image data based on an open / close state of an open / close unit at the time of image pickup. A processing unit.

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。   It should be noted that the above summary of the invention does not enumerate all the necessary features of the present invention. In addition, a sub-combination of these feature groups can also be an invention.

本発明の実施形態に係るデジタルカメラ10の構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the digital camera 10 which concerns on embodiment of this invention. 撮像素子100の断面を表す概略図である。1 is a schematic diagram illustrating a cross section of an image sensor 100. FIG. 図2の撮像素子100を被写体側からみた概略を示す概略図である。It is the schematic which shows the outline which looked at the image pick-up element 100 of FIG. 2 from the to-be-photographed object side. 液晶シャッタ300の概略断面図である。3 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal shutter 300. FIG. 一の画素における開閉領域361、362の開閉状態と、それにより形成される開口104との関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between the opening / closing state of the opening / closing area | regions 361 and 362 in one pixel, and the opening 104 formed by it. 撮像素子100の一部を拡大した様子を表す概略図である。2 is a schematic diagram illustrating a state in which a part of the image sensor 100 is enlarged. FIG. 図6に対応した、視差画素と被写体の関係を説明する概略図である。FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a relationship between parallax pixels and a subject corresponding to FIG. 6. 繰り返しパターン110、111の例を示す。The example of the repeating patterns 110 and 111 is shown. 他の繰り返しパターン112、113の例を示す。Examples of other repeated patterns 112 and 113 are shown. 他の繰り返しパターン114、115、116、117の例を示す。Examples of other repetitive patterns 114, 115, 116, 117 are shown. 撮像素子100の製造方法を示す概略断面図である。5 is a schematic cross-sectional view showing a method for manufacturing the image sensor 100. FIG. 撮像素子100の製造方法を示す概略断面図である。5 is a schematic cross-sectional view showing a method for manufacturing the image sensor 100. FIG. 撮像素子100の製造方法を示す概略断面図である。5 is a schematic cross-sectional view showing a method for manufacturing the image sensor 100. FIG. 撮像素子100の製造方法を示す概略断面図である。5 is a schematic cross-sectional view showing a method for manufacturing the image sensor 100. FIG. 他の撮像素子119の概略図である。It is a schematic diagram of other image sensors 119. 他の撮像素子118を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the other image pick-up element 118. FIG. 撮像素子118の開口マスク123と個別電極330の関係を示す。The relationship between the aperture mask 123 of the image sensor 118 and the individual electrode 330 is shown. カラーフィルタ102のベイヤー配列を説明する図である。3 is a diagram illustrating a Bayer array of the color filter 102. FIG. カラーフィルタ102の他の配列を説明する図である。It is a figure explaining other arrangement | sequences of the color filter.

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。   Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. In addition, not all the combinations of features described in the embodiments are essential for the solving means of the invention.

撮像装置の一形態である本実施形態に係るデジタルカメラは、高い解像度を保ったまま、一の撮像素子で、複数の視点からの被写体光束を撮像して画像データを生成する。互いに視点の異なるそれぞれの画像を視差画像と呼ぶ。   The digital camera according to the present embodiment, which is an embodiment of the imaging device, generates image data by imaging subject light flux from a plurality of viewpoints with a single imaging device while maintaining high resolution. Each image having a different viewpoint is called a parallax image.

図1は、本発明の実施形態に係るデジタルカメラ10の構成を説明する図である。デジタルカメラ10は、撮影光学系としての撮影レンズ20を備え、光軸21に沿って入射する被写体光束を撮像素子100へ導く。撮影レンズ20は、デジタルカメラ10に対して着脱できる交換式レンズであっても構わない。デジタルカメラ10は、撮像素子100、駆動部230、制御部201、A/D変換回路202、メモリ203、画像処理部205、メモリカードIF207、操作部208、表示部209、LCD駆動回路210およびAFセンサ211を備える。   FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of a digital camera 10 according to an embodiment of the present invention. The digital camera 10 includes a photographic lens 20 as a photographic optical system, and guides a subject light beam incident along the optical axis 21 to the image sensor 100. The photographing lens 20 may be an interchangeable lens that can be attached to and detached from the digital camera 10. The digital camera 10 includes an image sensor 100, a drive unit 230, a control unit 201, an A / D conversion circuit 202, a memory 203, an image processing unit 205, a memory card IF 207, an operation unit 208, a display unit 209, an LCD drive circuit 210, and an AF. A sensor 211 is provided.

なお、図示するように、撮像素子100へ向かう光軸21に平行な方向をz軸プラス方向と定め、z軸と直交する平面において紙面手前へ向かう方向をx軸プラス方向、紙面上方向をy軸プラス方向と定める。以降のいくつかの図においては、図1の座標軸を基準として、それぞれの図の向きがわかるように座標軸を表示する。   As shown in the figure, the direction parallel to the optical axis 21 toward the image sensor 100 is defined as the z-axis plus direction, the direction toward the front of the drawing in the plane orthogonal to the z-axis is the x-axis plus direction, and the upward direction on the drawing is y. The axis is defined as the plus direction. In the following several figures, the coordinate axes are displayed so that the orientation of each figure can be understood with reference to the coordinate axes of FIG.

撮影レンズ20は、複数の光学レンズ群から構成され、シーンからの被写体光束をその焦点面近傍に結像させる。なお、図1では撮影レンズ20を説明の都合上、瞳近傍に配置された仮想的な1枚のレンズで代表して表している。   The taking lens 20 is composed of a plurality of optical lens groups, and forms an image of a subject light flux from the scene in the vicinity of its focal plane. In FIG. 1, for convenience of explanation, the photographic lens 20 is represented by a single virtual lens arranged in the vicinity of the pupil.

撮像素子100は、撮影レンズ20の焦点面近傍に配置されている。撮像素子100は、二次元的に複数の光電変換素子が配された、例えばCCD、CMOSセンサ等のイメージセンサである。以下、CMOSの例で説明するが、CCDに適用することもできる。   The image sensor 100 is disposed near the focal plane of the photographic lens 20. The image sensor 100 is an image sensor such as a CCD or CMOS sensor in which a plurality of photoelectric conversion elements are two-dimensionally arranged. Hereinafter, a CMOS example will be described, but the present invention can also be applied to a CCD.

駆動部230は、撮像素子100の光電変換素子からの画像信号を読み取るべく駆動する読取駆動部232と、後述する開閉駆動部234とを有する。撮像素子100は、読取駆動部232によりタイミング制御されて、受光面上に結像された被写体像を画像信号に変換してA/D変換回路202へ出力する。   The driving unit 230 includes a reading driving unit 232 that drives to read an image signal from the photoelectric conversion element of the image sensor 100 and an opening / closing driving unit 234 described later. The image sensor 100 is timing-controlled by the reading drive unit 232, converts the subject image formed on the light receiving surface into an image signal, and outputs the image signal to the A / D conversion circuit 202.

A/D変換回路202は、撮像素子100が出力する画像信号をデジタル画像信号に変換してメモリ203へ出力する。画像処理部205は、メモリ203をワークスペースとして種々の画像処理を施し、画像データを生成する。   The A / D conversion circuit 202 converts the image signal output from the image sensor 100 into a digital image signal and outputs the digital image signal to the memory 203. The image processing unit 205 performs various image processing using the memory 203 as a work space, and generates image data.

画像処理部205は、他にも、撮像素子100の画素配列に即して、入力される画像信号から、視差画像データ、非視差画像データとしての2D画像データ等を生成したり、選択された画像フォーマットに従って画像データを調整する機能も担う。   In addition, the image processing unit 205 generates parallax image data, 2D image data as non-parallax image data, or the like from an input image signal in accordance with the pixel arrangement of the image sensor 100 or is selected. It also functions to adjust image data according to the image format.

生成された画像データは、LCD駆動回路210により表示信号に変換され、表示部209に表示される。また、メモリカードIF207に装着されているメモリカード220に記録される。   The generated image data is converted into a display signal by the LCD drive circuit 210 and displayed on the display unit 209. The data is recorded on the memory card 220 attached to the memory card IF 207.

AFセンサ211は、被写体空間に対して複数の測距点が設定された位相差センサであり、それぞれの測距点において被写体像のデフォーカス量を検出する。一連の撮影シーケンスは、操作部208がユーザの操作を受け付けて、制御部201へ操作信号を出力することにより開始される。撮影シーケンスに付随するAF,AE等の各種動作は、制御部201に制御されて実行される。例えば、制御部201は、AFセンサ211の検出信号を解析して、撮影レンズ20の一部を構成するフォーカスレンズを移動させる合焦制御を実行する。なお、以下の撮像素子100をAFセンサ211の代わりに用いてもよく、その場合には別個のAFセンサ211は設けなくてよい。   The AF sensor 211 is a phase difference sensor in which a plurality of distance measuring points are set for the subject space, and detects the defocus amount of the subject image at each distance measuring point. A series of shooting sequences is started when the operation unit 208 receives a user operation and outputs an operation signal to the control unit 201. Various operations such as AF and AE accompanying the imaging sequence are executed under the control of the control unit 201. For example, the control unit 201 analyzes the detection signal of the AF sensor 211 and executes focus control for moving a focus lens that constitutes a part of the photographing lens 20. The following image sensor 100 may be used instead of the AF sensor 211, and in that case, the separate AF sensor 211 may not be provided.

図2は、撮像素子100の断面を表す概略図である。図3は、図2の撮像素子100を被写体側からみた概略を示す概略図である。   FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a cross section of the image sensor 100. FIG. 3 is a schematic diagram showing an outline of the image sensor 100 of FIG. 2 as viewed from the subject side.

図2に示すように、撮像素子100は、被写体側から順に、マイクロレンズ101、カラーフィルタ102、液晶シャッタ300、配線層105および光電変換素子108が配列されて構成されている。光電変換素子108は、入射する光を電気信号に変換するフォトダイオードにより構成される。光電変換素子108は、基板109の表面に二次元的に複数配列されている。また、図3に示すように、基板109には光電変換素子108に隣接して、当該光電変換素子108からの電荷を蓄積するフローティングディフュージョン142、および、選択トランジスタ、増幅トランジスタ等の回路が配された回路領域140が配される。   As shown in FIG. 2, the image sensor 100 is configured by arranging a microlens 101, a color filter 102, a liquid crystal shutter 300, a wiring layer 105, and a photoelectric conversion element 108 in order from the subject side. The photoelectric conversion element 108 is configured by a photodiode that converts incident light into an electrical signal. A plurality of photoelectric conversion elements 108 are two-dimensionally arranged on the surface of the substrate 109. As shown in FIG. 3, the substrate 109 is provided with a floating diffusion 142 for accumulating electric charges from the photoelectric conversion element 108, and a circuit such as a selection transistor and an amplification transistor, adjacent to the photoelectric conversion element 108. The circuit area 140 is arranged.

光電変換素子108が設けられた層の上には絶縁層144を介して配線層105が配される。光電変換素子108により変換された画像信号、光電変換素子108を制御する制御信号等は、配線層105に設けられた配線106を介して送受信される。   A wiring layer 105 is provided over the layer provided with the photoelectric conversion element 108 with an insulating layer 144 interposed therebetween. An image signal converted by the photoelectric conversion element 108, a control signal for controlling the photoelectric conversion element 108, and the like are transmitted and received through the wiring 106 provided in the wiring layer 105.

絶縁層144の上には光電変換素子108への入射する被写体光束を規定する液晶シャッタ300が配される。液晶シャッタ300は、一対の基板304、306と、当該一対の基板304、306の間に封入された液晶320と、当該液晶320を基板304、306との間で保持するシール部302とを有する。液晶シャッタ300はさらに、光電変換素子108に対応して設けられた個別電極310と駆動素子350の組と、複数の光電変換素子108に共通して用いられる共通電極316とを有する。   On the insulating layer 144, a liquid crystal shutter 300 that defines a subject light beam incident on the photoelectric conversion element 108 is disposed. The liquid crystal shutter 300 includes a pair of substrates 304 and 306, a liquid crystal 320 sealed between the pair of substrates 304 and 306, and a seal portion 302 that holds the liquid crystal 320 between the substrates 304 and 306. . The liquid crystal shutter 300 further includes a set of an individual electrode 310 and a driving element 350 provided corresponding to the photoelectric conversion element 108, and a common electrode 316 used in common for the plurality of photoelectric conversion elements 108.

図2および図3に示す例において、一つの光電変換素子108に対して、個別電極310と駆動素子350との組、および、個別電極312と駆動素子352との組が設けられる。個別電極310と駆動素子350との組、および、個別電極312と駆動素子352との組は、対応する光電変換素子108に対してx方向に配列される。すなわち、一の画素に対応して液晶シャッタ300が二つのセグメントに分かれている。   In the example shown in FIGS. 2 and 3, a set of the individual electrode 310 and the drive element 350 and a set of the individual electrode 312 and the drive element 352 are provided for one photoelectric conversion element 108. A set of the individual electrode 310 and the drive element 350 and a set of the individual electrode 312 and the drive element 352 are arranged in the x direction with respect to the corresponding photoelectric conversion element 108. That is, the liquid crystal shutter 300 is divided into two segments corresponding to one pixel.

カラーフィルタ102は、液晶シャッタ300上に設けられる。カラーフィルタ102は、各光電変換素子108に対して特定の波長帯域を透過させるように着色され、光電変換素子108のそれぞれに一対一に対応して設けられる。カラー画像を出力するには、互いに異なる少なくとも2種類のカラーフィルタが配列されれば良いが、より高画質のカラー画像を取得するには3種類以上のカラーフィルタを配列すると良い。例えば赤色波長帯を透過させる赤フィルタ、緑色波長帯を透過させる緑フィルタ、および青色波長帯を透過させる青フィルタを格子状に配列すると良い。   The color filter 102 is provided on the liquid crystal shutter 300. The color filter 102 is colored so as to transmit a specific wavelength band with respect to each photoelectric conversion element 108, and is provided in one-to-one correspondence with each photoelectric conversion element 108. In order to output a color image, it is only necessary to arrange at least two types of color filters that are different from each other. However, in order to obtain a higher quality color image, it is preferable to arrange three or more types of color filters. For example, a red filter that transmits a red wavelength band, a green filter that transmits a green wavelength band, and a blue filter that transmits a blue wavelength band may be arranged in a lattice pattern.

マイクロレンズ101は、カラーフィルタ102上に設けられる。マイクロレンズ101は、入射する被写体光束のより多くを光電変換素子108へ導くための集光レンズである。マイクロレンズ101は、光電変換素子108のそれぞれに一対一に対応して設けられる。マイクロレンズ101は、撮影レンズ20の瞳中心と光電変換素子108の相対的な位置関係を考慮して、より多くの被写体光束が光電変換素子108に導かれるようにその光軸がシフトされていることが好ましい。   The microlens 101 is provided on the color filter 102. The microlens 101 is a condensing lens for guiding more incident subject light flux to the photoelectric conversion element 108. The microlenses 101 are provided in a one-to-one correspondence with the photoelectric conversion elements 108. In consideration of the relative positional relationship between the pupil center of the taking lens 20 and the photoelectric conversion element 108, the optical axis of the microlens 101 is shifted so that more subject light flux is guided to the photoelectric conversion element 108. It is preferable.

このように、各々の光電変換素子108に対応して一対一に設けられる液晶シャッタ300、カラーフィルタ102およびマイクロレンズ101の一単位を画素と呼ぶ。例えば、撮像素子100の有効画素領域が24mm×16mm程度の場合、画素数は1200万程度に及ぶ。   As described above, one unit of the liquid crystal shutter 300, the color filter 102, and the microlens 101 provided in a one-to-one correspondence with each photoelectric conversion element 108 is referred to as a pixel. For example, when the effective pixel area of the image sensor 100 is about 24 mm × 16 mm, the number of pixels reaches about 12 million.

なお、集光効率、光電変換効率が良いイメージセンサの場合は、マイクロレンズ101を設けなくても良い。また、裏面照射型イメージセンサの場合は、配線層105が光電変換素子108とは反対側に設けられる。   Note that in the case of an image sensor with good light collection efficiency and photoelectric conversion efficiency, the microlens 101 may not be provided. In the case of a back-illuminated image sensor, the wiring layer 105 is provided on the side opposite to the photoelectric conversion element 108.

説明のため、図2および図3の2つの画素の内の−x側については個別電極310側の開閉領域361が開状態であり、個別電極312側の開閉領域362は閉状態にある。また、+x側については個別電極310側の開閉領域363が閉状態で、個別電極312側の開閉領域364は開状態にある。   For the sake of explanation, the open / close region 361 on the individual electrode 310 side is open and the open / close region 362 on the individual electrode 312 side is closed on the −x side of the two pixels in FIGS. 2 and 3. On the + x side, the open / close region 363 on the individual electrode 310 side is closed, and the open / close region 364 on the individual electrode 312 side is open.

図3に示すように、個別電極310は平面視において光電変換素子108が配された領域の一部、例えば図3に示す例においては−x側の略半分を覆う。同様に、個別電極312は平面視において光電変換素子108が配された領域における、個別電極310が覆うのとは別の領域を覆う。例えば図3に示す例においては、個別電極310が−x側の略半分を覆うことに対応して、個別電極312は+x側の略半分を覆う。   As shown in FIG. 3, the individual electrode 310 covers a part of the region where the photoelectric conversion element 108 is arranged in a plan view, for example, approximately half of the −x side in the example shown in FIG. 3. Similarly, the individual electrode 312 covers a region different from the region covered with the individual electrode 310 in the region where the photoelectric conversion element 108 is disposed in plan view. For example, in the example shown in FIG. 3, the individual electrode 312 covers approximately half of the + x side corresponding to the fact that the individual electrode 310 covers approximately half of the −x side.

よって、図3の−x側の画素においては、光電変換素子108に向かう被写体光束の断面領域のうち、+x側の略半分が閉状態の開閉領域362により遮られ、−x側に光学的に有効な開口104lが形成される。同様に、+x側の画素においては、光電変換素子108に向かう被写体光束の断面領域のうち、−x側の略半分が閉状態の開閉領域363により遮られ、+x側に光学的に有効な開口104lが形成される。   Therefore, in the pixel on the −x side in FIG. 3, approximately half of the cross-sectional area of the subject light beam toward the photoelectric conversion element 108 is blocked by the open / close region 362 in the closed state, and optically on the −x side. An effective opening 104l is formed. Similarly, in the pixel on the + x side, approximately half of the cross-sectional area of the subject luminous flux toward the photoelectric conversion element 108 is blocked by the open / close region 363 in the closed state, and an optically effective opening on the + x side. 104l is formed.

なお、配線層105の配線106が作る開口107によっても被写体光束は制限される。ただし、本実施形態においては光学系の瞳上において開口107は光電変換素子108および個別電極310、312よりも十分に大きいとし、当該開口107は実質的に有効な開口の形成に寄与しない。   Note that the subject luminous flux is also limited by the opening 107 formed by the wiring 106 of the wiring layer 105. However, in the present embodiment, the opening 107 is sufficiently larger than the photoelectric conversion element 108 and the individual electrodes 310 and 312 on the pupil of the optical system, and the opening 107 does not contribute to the formation of an effective opening.

図4は、液晶シャッタ300の概略断面図である。図4においては、個別電極310と駆動素子350の一つの組を示している。液晶シャッタ300は、上記個別電極310、駆動素子350、一対の基板304、306およびシール部302に加え、偏光フィルム365、366、接続部360および配向膜321、322を有する。   FIG. 4 is a schematic sectional view of the liquid crystal shutter 300. In FIG. 4, one set of the individual electrode 310 and the drive element 350 is shown. The liquid crystal shutter 300 includes polarizing films 365 and 366, a connection portion 360, and alignment films 321 and 322 in addition to the individual electrode 310, the driving element 350, the pair of substrates 304 and 306, and the seal portion 302.

基板306は可視光に対して透明で光学的に等方な材料、例えばガラスで形成される。基板306における光電変換素子108から遠い側の面には、偏光フィルム366が配される。偏光フィルム366は光学軸を有し、入射光のうち当該光学軸に平行な偏光方向を有する光を透過する。図4に示す例において、偏光フィルム366の光学軸はx方向に配されており、x方向の偏光を透過するとともにy方向の偏光は遮断する。   The substrate 306 is formed of a material that is transparent to visible light and is optically isotropic, for example, glass. A polarizing film 366 is disposed on the surface of the substrate 306 far from the photoelectric conversion element 108. The polarizing film 366 has an optical axis and transmits light having a polarization direction parallel to the optical axis among incident light. In the example shown in FIG. 4, the optical axis of the polarizing film 366 is arranged in the x direction, and transmits polarized light in the x direction and blocks polarized light in the y direction.

基板306における偏光フィルム366が配されるのとは反対の面に、共通電極316が配される。共通電極316は可視光に対して透明であって導電性を有する材料、例えばITO膜により形成される。共通電極316は、複数の個別電極310に対して一つ配される。図4に示す例において、共通電極316は、基板306の全面にすなわち撮像素子100の全体で一つ配される。   A common electrode 316 is disposed on the surface of the substrate 306 opposite to the polarizing film 366. The common electrode 316 is formed of a material that is transparent to visible light and has conductivity, such as an ITO film. One common electrode 316 is provided for each of the plurality of individual electrodes 310. In the example illustrated in FIG. 4, one common electrode 316 is disposed on the entire surface of the substrate 306, that is, the entire image sensor 100.

共通電極316おける基板306と反対の面には、配向膜321が配される。配向膜321は高分子が配向した膜であって、例えば、ポリイミドをラビングすることにより形成される。配向膜321の配向方向は偏光フィルム366の光学軸と平行に配される。   An alignment film 321 is disposed on the surface of the common electrode 316 opposite to the substrate 306. The alignment film 321 is a film in which polymers are aligned, and is formed, for example, by rubbing polyimide. The alignment direction of the alignment film 321 is arranged in parallel with the optical axis of the polarizing film 366.

他方の基板304も、基板306と同じ材料により形成される。また、基板304における光電変換素子108から近い側の面には、偏光フィルム365が配される。偏光フィルム365も偏光フィルム366と同様に、入射光のうち光学軸に平行な偏光方向の光を透過する。図4に示す例において、偏光フィルム366は、y方向の偏光を透過するとともにx方向の偏光は遮断する。これにより一対の偏光フィルム365、366はいわゆるクロスニコルに配されている。   The other substrate 304 is also formed of the same material as the substrate 306. A polarizing film 365 is disposed on the surface of the substrate 304 that is closer to the photoelectric conversion element 108. Similar to the polarizing film 366, the polarizing film 365 also transmits light having a polarization direction parallel to the optical axis of incident light. In the example shown in FIG. 4, the polarizing film 366 transmits polarized light in the y direction and blocks polarized light in the x direction. Thus, the pair of polarizing films 365 and 366 are arranged in so-called crossed Nicols.

基板304における偏光フィルム365が配されるのとは反対の面には、個別電極310、駆動素子350および接続部360が配される。個別電極310は、図3に示したように、平面視において光電変換素子108が配された領域の一部、例えば−x側の略半分を覆う。個別電極310は共通電極316と同じ材料で形成される。駆動素子350は開閉駆動部234と電気的に接続され、当該開閉駆動部234からの駆動信号に基づいて、個別電極310と共通電極316との間に電圧をかけたり、当該電圧をゼロにしたりする。駆動素子350の一例はトランジスタによるスイッチである。接続部360は駆動素子350と個別電極310とを電気的に接続する。   The individual electrode 310, the drive element 350, and the connection portion 360 are disposed on the surface of the substrate 304 opposite to the polarizing film 365. As illustrated in FIG. 3, the individual electrode 310 covers a part of a region where the photoelectric conversion element 108 is disposed in a plan view, for example, approximately half of the −x side. The individual electrode 310 is made of the same material as the common electrode 316. The drive element 350 is electrically connected to the open / close drive unit 234, and based on a drive signal from the open / close drive unit 234, a voltage is applied between the individual electrode 310 and the common electrode 316, or the voltage is set to zero. To do. An example of the driving element 350 is a switch using a transistor. The connection unit 360 electrically connects the driving element 350 and the individual electrode 310.

基板304における個別電極310が設けられた側の面には、配向膜322が配される。配向膜322は、配向膜321と同じ材料および方法で形成されてよい。配向膜321の配向方向は偏光フィルム365の光学軸と平行に配される。   An alignment film 322 is disposed on the surface of the substrate 304 on which the individual electrode 310 is provided. The alignment film 322 may be formed using the same material and method as the alignment film 321. The alignment direction of the alignment film 321 is arranged in parallel with the optical axis of the polarizing film 365.

一対の配向膜321、322に挟まれた領域には、液晶320が充填される。液晶320は、配向膜321、322の配向に沿って整列する。ここで一対の配向膜321、322とは直交しているので、液晶320内の高分子はツイスト配列する。よって、当該液晶320はノーマリホワイトのTNモードで動作する。すなわち、個別電極310と共通電極316との間に電圧をかけない状態ではツイスト配列を保ち、電圧をかけた状態で高分子は基板304等に対して垂直に配列する。これにより液晶320の光学的な特性を切り替える。   A region sandwiched between the pair of alignment films 321 and 322 is filled with liquid crystal 320. The liquid crystal 320 is aligned along the alignment of the alignment films 321 and 322. Here, since the pair of alignment films 321 and 322 are orthogonal to each other, the polymers in the liquid crystal 320 are twisted. Therefore, the liquid crystal 320 operates in a normally white TN mode. That is, the twisted arrangement is maintained in the state where no voltage is applied between the individual electrode 310 and the common electrode 316, and the polymer is arranged perpendicular to the substrate 304 or the like in the state where the voltage is applied. As a result, the optical characteristics of the liquid crystal 320 are switched.

上記構成を有する液晶シャッタ300によれば、駆動素子350によって、個別電極310に対して共通電極316との間に電圧を与えない状態においては、開閉領域361は光を透過する開状態となる。よって、図4に示すように開閉領域361に対応する図中Wの領域からの光Aが、光電変換素子108に入射する。一方、駆動素子350によって、個別電極310に対して共通電極316との間に電圧を与えた状態においては、開閉領域361は光を遮断する閉状態となる。よって、開閉領域361に対応する図中Wの領域からの光Aは、光電変換素子108に入射しない。   According to the liquid crystal shutter 300 having the above configuration, the open / close region 361 is in an open state in which light is transmitted when the drive element 350 does not apply a voltage between the individual electrode 310 and the common electrode 316. Therefore, as shown in FIG. 4, light A from the region W in the drawing corresponding to the open / close region 361 enters the photoelectric conversion element 108. On the other hand, in a state where a voltage is applied between the individual electrode 310 and the common electrode 316 by the drive element 350, the open / close region 361 is in a closed state that blocks light. Therefore, the light A from the region W in the drawing corresponding to the open / close region 361 does not enter the photoelectric conversion element 108.

図5は、一の画素における開閉領域361、362の開閉状態と、それにより形成される開口104との関係を示す説明図である。開閉領域361、362がいずれも開状態である場合には、中央に大きな開口104cが形成される。開口104cは、開閉領域361、362以外の、配線層105の開口107等により規定され、その重心が光学系の瞳上において被写体光束の中心に位置する。よって、当該開口104cを用いて被写体を撮像した場合には、視差を生じない。視差を生じさせない画素を視差なし画素ということがある。   FIG. 5 is an explanatory diagram showing the relationship between the open / closed states of the open / close regions 361 and 362 in one pixel and the opening 104 formed thereby. When both the open / close regions 361 and 362 are open, a large opening 104c is formed at the center. The opening 104c is defined by the opening 107 of the wiring layer 105 other than the open / close regions 361 and 362, and the center of gravity thereof is located at the center of the subject luminous flux on the pupil of the optical system. Therefore, no parallax occurs when the subject is imaged using the opening 104c. Pixels that do not cause parallax may be referred to as non-parallax pixels.

開閉領域361が閉状態かつ開閉領域362が開状態の場合には、面積が上記開口104cの略半分で図中の右側にシフトした開口104rが形成される。すなわち、開口104rは、その重心が光学系の瞳上において被写体光束の中心に対して右側に変位し、被写体光束の右半分の領域を透過させる。よって、当該開口104rを用いて被写体を撮像した場合には、視差を生じる。視差を生じさせる画素を視差画素ということがある。   When the open / close region 361 is closed and the open / close region 362 is open, an opening 104r whose area is substantially half of the opening 104c and shifted to the right in the drawing is formed. That is, the center of gravity of the opening 104r is displaced to the right with respect to the center of the subject light beam on the pupil of the optical system, and transmits the right half region of the subject light beam. Therefore, parallax occurs when the subject is imaged using the opening 104r. Pixels that cause parallax may be referred to as parallax pixels.

開閉領域361が開状態かつ開閉領域362が閉状態の場合には、面積が上記開口104cの略半分で図中の左側にシフトした開口104lが形成される。すなわち、開口104lは、その重心が光学系の瞳上において被写体光束の中心に対して左側に変位し、被写体光束の左半分の領域を透過させる。   When the opening / closing region 361 is in the open state and the opening / closing region 362 is in the closed state, an opening 104l whose area is substantially half of the opening 104c and shifted to the left in the drawing is formed. That is, the center of gravity of the opening 104l is displaced to the left with respect to the center of the subject luminous flux on the pupil of the optical system, and transmits the left half region of the subject luminous flux.

開閉領域361、362がいずれも閉状態である場合には、開口は形成されず、光電変換素子108に被写体光束は入射しない。   When both the open / close regions 361 and 362 are in the closed state, no opening is formed, and the subject luminous flux does not enter the photoelectric conversion element 108.

図6は、撮像素子100の一部を拡大した様子を表す概略図である。液晶シャッタ300の開閉により形成される有効な開口104と、生じる視差の関係について説明する。ここでは、説明を簡単にすべく、カラーフィルタ102の配色については後に言及するまで考慮しない。カラーフィルタ102の配色に言及しない以下の説明においては、同色のカラーフィルタ102を有する視差画素のみを寄せ集めたイメージセンサであると捉えることができる。したがって、以下に説明する繰り返しパターンは、同色のカラーフィルタ102における隣接画素として考えても良い。   FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a state in which a part of the image sensor 100 is enlarged. The relationship between the effective opening 104 formed by opening and closing the liquid crystal shutter 300 and the generated parallax will be described. Here, in order to simplify the explanation, the color arrangement of the color filter 102 is not considered until it is mentioned later. In the following description that does not refer to the color arrangement of the color filter 102, it can be considered that the image sensor is a collection of only parallax pixels having the color filter 102 of the same color. Therefore, the repetitive pattern described below may be considered as an adjacent pixel in the color filter 102 of the same color.

図6に示す例は、図2および図3に対応して、液晶シャッタ300により2種類の開口104l、104rが形成された状態を示す。開口104l、104rはいずれもy方向に長い長方形である。開口104lは−x側にシフトしており、開口104rは+x側にシフトしている。また、開口104lと開口104rとは、形状および大きさが同じであって、シフトの方向は反対であるが、シフト量の絶対値は同じである。   The example shown in FIG. 6 shows a state in which two types of openings 104l and 104r are formed by the liquid crystal shutter 300 in correspondence with FIGS. The openings 104l and 104r are both rectangles that are long in the y direction. The opening 104l is shifted to the −x side, and the opening 104r is shifted to the + x side. The opening 104l and the opening 104r have the same shape and size, and the shift directions are opposite, but the absolute values of the shift amounts are the same.

撮像素子100の全体は、開口104l、104rを有する2つの視差画素がx方向に並んだ光電変換素子群が、二次元的かつ周期的に配列されている。すなわち、撮像素子100は、上記光電変換素子群を含む繰り返しパターン110が、周期的に敷き詰められている。図6に示す例においては、開口104lのy方向に隣接した画素も開口104lとなるように並べられているが、他の開口が隣接するように並べられてもよい。ここで、x方向は、例えば、デジタルカメラ10を横位置で撮像する場合における水平方向である。この場合に撮像素子100上の二次元上の位置と液晶シャッタ300の開閉状態とが対応付けられたテーブルがメモリ203等に予め記録されており、開閉駆動部234が当該テーブルを参照することにより、対応する画素のそれぞれに開口104l、104rを形成する。   In the entire imaging device 100, a photoelectric conversion element group in which two parallax pixels having openings 104l and 104r are arranged in the x direction is two-dimensionally and periodically arranged. That is, in the image sensor 100, the repeating pattern 110 including the photoelectric conversion element group is periodically spread. In the example shown in FIG. 6, the pixels adjacent to the opening 104l in the y direction are also arranged so as to be the opening 104l, but may be arranged so that other openings are adjacent. Here, the x direction is, for example, the horizontal direction when the digital camera 10 is imaged in the horizontal position. In this case, a table in which the two-dimensional position on the image sensor 100 and the open / close state of the liquid crystal shutter 300 are associated with each other is recorded in advance in the memory 203 or the like, and the open / close drive unit 234 refers to the table. , Openings 104l and 104r are formed in the corresponding pixels, respectively.

図7は、図6に対応した、視差画素と被写体の関係を説明する概略図である。特に図7(a)は撮像素子100のうち光軸21と直交する中心に配列されている繰り返しパターン110tの光電変換素子群を示し、図7(b)は周辺部分に配列されている繰り返しパターン110uの光電変換素子群を模式的に示している。   FIG. 7 is a schematic diagram for explaining the relationship between the parallax pixels and the subject, corresponding to FIG. In particular, FIG. 7A shows a photoelectric conversion element group of a repetitive pattern 110t arranged at the center orthogonal to the optical axis 21 in the image sensor 100, and FIG. 7B shows a repetitive pattern arranged in the peripheral portion. A 110 u photoelectric conversion element group is schematically shown.

また、図7(a)、図7(b)における被写体30は、撮影レンズ20に対して合焦位置に存在する。図7(c)は、図7(a)に対応して、撮影レンズ20に対して非合焦位置に存在する被写体30を捉えた場合の関係を模式的に示している。   In addition, the subject 30 in FIGS. 7A and 7B is in a focus position with respect to the photographing lens 20. FIG. 7C schematically shows the relationship when the subject 30 existing at the out-of-focus position with respect to the photographing lens 20 is captured corresponding to FIG.

まず、撮影レンズ20が合焦状態に存在する被写体30を捉えている場合の、視差画素と被写体の関係を説明する。被写体光束は、撮影レンズ20の瞳を通過して撮像素子100へ導かれるが、被写体光束が通過する全体の断面領域に対して、2つの部分領域PlおよびPrが規定されている。そして、例えば繰り返しパターン110t、110uを構成する光電変換素子群の+x側の視差画素は、拡大図からもわかるように、部分領域Prから射出された被写体光束のみが光電変換素子108へ到達するように、液晶シャッタ300により開口104rが形成される。同様に、−x側の視差画素に向かって、部分領域Plに対応して開口104lが形成される。   First, the relationship between the parallax pixels and the subject when the photographing lens 20 captures the subject 30 that is in focus will be described. The subject light flux passes through the pupil of the photographic lens 20 and is guided to the image sensor 100. Two partial areas Pl and Pr are defined for the entire cross-sectional area through which the subject light flux passes. For example, in the + x-side parallax pixels of the photoelectric conversion element group constituting the repetitive patterns 110t and 110u, as can be seen from the enlarged view, only the subject light beam emitted from the partial region Pr reaches the photoelectric conversion element 108. In addition, an opening 104 r is formed by the liquid crystal shutter 300. Similarly, an opening 104l is formed corresponding to the partial region Pl toward the -x side parallax pixel.

別言すれば、例えば部分領域Prと+x側の視差画素の相対的な位置関係によって定義される、部分領域Prから射出される被写体光束の主光線Rrの傾きにより、開口104rの位置が定められていると言っても良い。そして、合焦位置に存在する被写体30からの被写体光束を、開口104rを介して光電変換素子108が受光する場合、その被写体光束は、点線で図示するように、光電変換素子108上で結像する。同様に、−x側の視差画素に向かって、主光線Rlの傾きにより開口104lの位置が、定められていると言える。   In other words, for example, the position of the opening 104r is determined by the inclination of the principal ray Rr of the subject light beam emitted from the partial region Pr, which is defined by the relative positional relationship between the partial region Pr and the + x side parallax pixel. You can say that. When the photoelectric conversion element 108 receives the subject light flux from the subject 30 present at the in-focus position via the opening 104r, the subject light flux forms an image on the photoelectric conversion element 108 as shown by the dotted line. To do. Similarly, it can be said that the position of the opening 104l is determined by the inclination of the principal ray Rl toward the parallax pixel on the -x side.

図7(a)で示すように、合焦位置に存在する被写体30のうち、光軸21と交差する被写体30上の微小領域Otから放射される光束は、撮影レンズ20の瞳を通過して、繰り返しパターン110tを構成する光電変換素子群の各画素に到達する。すなわち、繰り返しパターン110tを構成する光電変換素子群の各画素は、それぞれ2つの部分領域PrおよびPlを介して、一つの微小領域Otから放射される光束を受光している。微小領域Otは、繰り返しパターン110tを構成する光電変換素子群の各画素の位置ずれに対応する分だけの広がりを有するが、実質的には、ほぼ同一の物点と近似することができる。   As shown in FIG. 7A, the light beam emitted from the minute region Ot on the subject 30 that intersects the optical axis 21 among the subject 30 existing at the in-focus position passes through the pupil of the photographing lens 20. Then, each pixel of the photoelectric conversion element group constituting the repetitive pattern 110t is reached. That is, each pixel of the photoelectric conversion element group constituting the repetitive pattern 110t receives a light beam emitted from one minute region Ot through two partial regions Pr and Pl. Although the minute region Ot has an extent corresponding to the positional deviation of each pixel of the photoelectric conversion element group constituting the repetitive pattern 110t, it can be approximated to substantially the same object point.

同様に、図7(b)で示すように、合焦位置に存在する被写体30のうち、光軸21から離間した被写体30上の微小領域Ouから放射される光束は、撮影レンズ20の瞳を通過して、繰り返しパターン110uを構成する光電変換素子群の各画素に到達する。すなわち、繰り返しパターン110uを構成する光電変換素子群の各画素は、それぞれ2つの部分領域PrおよびPlを介して、一つの微小領域Ouから放射される光束を受光している。微小領域Ouも、微小領域Otと同様に、繰り返しパターン110uを構成する光電変換素子群の各画素の位置ずれに対応する分だけの広がりを有するが、実質的には、ほぼ同一の物点と近似することができる。   Similarly, as shown in FIG. 7B, the luminous flux emitted from the minute region Ou on the subject 30 that is separated from the optical axis 21 among the subject 30 that exists at the in-focus position passes through the pupil of the photographing lens 20. It passes through and reaches each pixel of the photoelectric conversion element group constituting the repetitive pattern 110u. That is, each pixel of the photoelectric conversion element group constituting the repetitive pattern 110u receives a light beam emitted from one minute region Ou through two partial regions Pr and Pl. Similarly to the micro area Ot, the micro area Ou has an extent corresponding to the positional deviation of each pixel of the photoelectric conversion element group constituting the repetitive pattern 110u, but substantially the same object point. Can be approximated.

つまり、被写体30が合焦位置に存在する限りは、撮像素子100上における繰り返しパターン110の位置に応じて、光電変換素子群が捉える微小領域が異なり、かつ、光電変換素子群を構成する各画素は互いに異なる部分領域を介して同一の微小領域を捉えている。そして、それぞれの繰り返しパターン110において、対応する画素同士は同じ部分領域からの被写体光束を受光している。つまり、図においては、例えば繰り返しパターン110t、110uのそれぞれの+x側の視差画素は、同じ部分領域Prからの被写体光束を受光している。   In other words, as long as the subject 30 exists at the in-focus position, the minute area captured by the photoelectric conversion element group differs according to the position of the repetitive pattern 110 on the image sensor 100, and each pixel constituting the photoelectric conversion element group Captures the same minute region through different partial regions. In each repetitive pattern 110, corresponding pixels receive the subject luminous flux from the same partial area. That is, in the figure, for example, each of the + x side parallax pixels of the repetitive patterns 110t and 110u receives the subject luminous flux from the same partial region Pr.

光軸21と直交する中心に配列されている繰り返しパターン110tにおいて+x側の視差画素が部分領域Prからの被写体光束を受光する開口104rの位置と、周辺部分に配列されている繰り返しパターン110uにおいて+x側の視差画素が部分領域Prからの被写体光束を受光する開口104rの位置は厳密には異なる。しかしながら、機能的な観点からは、部分領域Prからの被写体光束を受光するための開口という点で、これらを同一種類の開口として扱うことができる。   In the repetitive pattern 110t arranged at the center orthogonal to the optical axis 21, the position of the opening 104r where the + x side parallax pixels receive the subject light beam from the partial region Pr and + x in the repetitive pattern 110u arranged in the peripheral portion The position of the opening 104r where the parallax pixel on the side receives the subject light beam from the partial region Pr is strictly different. However, from a functional point of view, these can be treated as the same type of aperture in terms of an aperture for receiving the subject light flux from the partial region Pr.

次に、撮影レンズ20が非合焦状態に存在する被写体30を捉えている場合の、視差画素と被写体の関係を説明する。この場合も、非合焦位置に存在する被写体30からの被写体光束は、撮影レンズ20の瞳の2つの部分領域PrおよびPlを通過して、撮像素子100へ到達する。ただし、非合焦位置に存在する被写体30からの被写体光束は、光電変換素子108上ではなく他の位置で結像する。例えば、図7(c)に示すように、被写体30が被写体30よりも撮像素子100に対して遠い位置に存在すると、被写体光束は、光電変換素子108よりも被写体30側で結像する。逆に、被写体が図7(a)および(b)の被写体30よりも撮像素子100に対して近い位置に存在すると、被写体光束は、光電変換素子108よりも被写体30とは反対側で結像する。   Next, the relationship between the parallax pixels and the subject when the photographing lens 20 captures the subject 30 existing in the out-of-focus state will be described. Also in this case, the subject luminous flux from the subject 30 existing at the out-of-focus position passes through the two partial regions Pr and Pl of the pupil of the photographing lens 20 and reaches the image sensor 100. However, the subject light flux from the subject 30 existing at the out-of-focus position forms an image at another position, not on the photoelectric conversion element 108. For example, as illustrated in FIG. 7C, when the subject 30 exists at a position farther from the imaging element 100 than the subject 30, the subject luminous flux forms an image on the subject 30 side with respect to the photoelectric conversion element 108. Conversely, if the subject is present at a position closer to the image sensor 100 than the subject 30 in FIGS. 7A and 7B, the subject luminous flux forms an image on the opposite side of the subject 30 from the photoelectric conversion element 108. To do.

したがって、非合焦位置に存在する被写体30のうち、微小領域Ot'から放射される被写体光束は、2つの部分領域PrおよびPlのいずれを通過するかにより、異なる組の繰り返しパターン110における対応画素に到達する。例えば、部分領域Plを通過した被写体光束は、図7(c)の拡大図に示すように、主光線Rl'として、繰り返しパターン110t'に含まれる、開口104lを有する光電変換素子108へ入射する。そして、微小領域Ot'から放射された被写体光束であっても、他の部分領域を通過した被写体光束は、繰り返しパターン110t'に含まれる光電変換素子108へは入射せず、他の繰り返しパターンにおける対応する開口を有する光電変換素子108へ入射する。換言すると、繰り返しパターン110t'を構成する各光電変換素子108へ到達する被写体光束は、被写体30の互いに異なる微小領域から放射された被写体光束である。すなわち、−x側の開口104lに対応する光電変換素子108へは主光線をRl'とする被写体光束が入射し、+x側の開口104rに対応する光電変換素子108へは主光線をRr+とする被写体光束が入射するが、この被写体光束は、被写体30のOt'とは異なる微小領域から放射された被写体光束である。このような関係は、図7(b)における周辺部分に配列されている繰り返しパターン110uにおいても同様である。   Therefore, the subject luminous flux radiated from the minute region Ot ′ among the subjects 30 existing at the out-of-focus position depends on which of the two partial regions Pr and Pl corresponds to the corresponding pixels in the different sets of repetitive patterns 110. To reach. For example, as shown in the enlarged view of FIG. 7C, the subject luminous flux that has passed through the partial region P1 is incident on the photoelectric conversion element 108 having the opening 104l included in the repetitive pattern 110t ′ as the principal ray Rl ′. . Even if the subject light beam is emitted from the minute region Ot ′, the subject light beam that has passed through another partial region does not enter the photoelectric conversion element 108 included in the repetitive pattern 110t ′, and the repetitive pattern in the other repetitive pattern. The light enters the photoelectric conversion element 108 having a corresponding opening. In other words, the subject luminous flux that reaches each photoelectric conversion element 108 constituting the repetitive pattern 110 t ′ is a subject luminous flux emitted from a minute area different from the subject 30. That is, a subject luminous flux having a principal ray R1 ′ enters the photoelectric conversion element 108 corresponding to the −x side opening 104l, and the principal ray is Rr + to the photoelectric conversion element 108 corresponding to the + x side opening 104r. A subject luminous flux is incident, and this subject luminous flux is a subject luminous flux emitted from a minute region different from Ot ′ of the subject 30. Such a relationship is the same in the repeated pattern 110u arranged in the peripheral portion in FIG.

すると、撮像素子100の全体で見た場合、例えば、開口104lに対応する光電変換素子108で被写体30を捉えた−x側の視差画像と、開口104rに対応する光電変換素子108で被写体30を捉えた+x側の視差画像は、合焦位置に存在する被写体に対する画像であれば互いにずれが無く、非合焦位置に存在する被写体に対する画像であればずれが生じることになる。そして、そのずれは、非合焦位置に存在する被写体が合焦位置に対してどちら側にどれだけずれているかにより、また、部分領域Prと部分領域Plの距離により、方向と量が定まる。つまり、−x側の視差画像と+x側の視差画像は、互いに視差像を形成する。したがって、このように構成されたそれぞれの繰り返しパターン110において、互いに対応する画素の出力を寄せ集めると、複数の視差画像が得られる。   Then, when viewed as a whole of the imaging device 100, for example, the -x side parallax image obtained by capturing the subject 30 with the photoelectric conversion element 108 corresponding to the opening 104l and the subject 30 with the photoelectric conversion element 108 corresponding to the opening 104r. The captured + x side parallax images are not shifted from each other if they are images of the subject existing at the in-focus position, and are shifted if they are images of the subject existing at the out-of-focus position. The direction and amount of the shift are determined by how much the subject existing at the out-of-focus position is deviated from the in-focus position and by the distance between the partial area Pr and the partial area Pl. That is, the -x side parallax image and the + x side parallax image form a parallax image. Therefore, when the outputs of the pixels corresponding to each other are collected in each of the repetitive patterns 110 configured as described above, a plurality of parallax images are obtained.

ここで互いに異なる一対の視差画像上の視差によって、画像上の被写体の奥行き情報を得ることができる。この場合に、視差以外の条件はなるべく同じで、視差が大きくとれる視差画像を一対とすることが好ましい。よって、繰り返しパターン内で、開口の大きさが互いに同じでシフト量の絶対値が同じでシフト方向が異なる画素が対となることが好ましい。そのような画素の対に対応する視差の対を視差対と表記することがある。   Here, the depth information of the subject on the image can be obtained by the parallax on a pair of different parallax images. In this case, it is preferable that the conditions other than the parallax are the same as much as possible, and a pair of parallax images from which a large parallax can be obtained. Therefore, it is preferable that in the repetitive pattern, pixels having the same opening size, the same absolute value of the shift amount, and different shift directions are paired. A parallax pair corresponding to such a pixel pair may be referred to as a parallax pair.

図8は、繰り返しパターン110、111の例を示す。繰り返しパターン110において、液晶シャッタ300により全ての画素に対応して開口104lが形成される。言い換えると、開口104lを有する画素が二次元的に繰り返し配されている。一方、繰り返しパターン111において、液晶シャッタ300により全ての画素に対応して開口104rが形成されている。   FIG. 8 shows an example of the repeating patterns 110 and 111. In the repetitive pattern 110, the liquid crystal shutter 300 forms openings 104l corresponding to all the pixels. In other words, the pixels having the openings 104l are repeatedly arranged two-dimensionally. On the other hand, in the repeated pattern 111, the liquid crystal shutter 300 forms openings 104r corresponding to all the pixels.

開閉駆動部234が液晶シャッタ300を駆動して繰り返しパターン110、111のいずれか一方を形成した状態で被写体を撮像し、その後、開閉駆動部234が液晶シャッタ300を駆動して繰り返しパターン110、111の他方を形成した状態で被写体を撮像することにより、一の撮像素子100を用いて一対の視差画像を得ることができる。画像処理部205は、撮像時の液晶シャッタ300の開閉状態に基づいて、視差画像を生成する。この例において、画像処理部205は、いずれの視差画像も撮像素子100の全ての画素からの画像信号を寄せ集めて生成するので、空間分解能の高い視差画像を得ることができる。   The opening / closing drive unit 234 drives the liquid crystal shutter 300 to image one of the repetitive patterns 110 and 111, and then the open / close drive unit 234 drives the liquid crystal shutter 300 to repeat the patterns 110 and 111. A pair of parallax images can be obtained using one image sensor 100 by imaging the subject in a state where the other of the two is formed. The image processing unit 205 generates a parallax image based on the open / closed state of the liquid crystal shutter 300 during imaging. In this example, the image processing unit 205 generates all the parallax images by collecting the image signals from all the pixels of the image sensor 100, so that a parallax image with high spatial resolution can be obtained.

図9は、他の繰り返しパターン112、113の例を示す。繰り返しパターン112は4画素で形成され、左上および右下が開口104rを有し、右上および左下が開口104lを有する。また、繰り返しパターン113も4画素で形成され、左上および右下が開口104lを有し、右上および左下が開口104rを有する。図8の場合と同様に、開閉駆動部234によりこれらの繰り返しパターン112、113を形成して撮像することにより、一の撮像素子100を用いて一対の撮像画像を得ることができる。   FIG. 9 shows examples of other repeating patterns 112 and 113. The repetitive pattern 112 is formed of four pixels, and the upper left and lower right have an opening 104r, and the upper right and lower left have an opening 104l. The repeated pattern 113 is also formed of 4 pixels, and the upper left and lower right have an opening 104l, and the upper right and lower left have an opening 104r. As in the case of FIG. 8, by forming these repeated patterns 112 and 113 by the opening / closing drive unit 234 and capturing an image, a pair of captured images can be obtained using one image sensor 100.

この場合に、画像処理部205は、繰り返しパターン112の開口104rの画素と繰り返しパターン113の開口104rの画素を寄せ集めて一方の視差画像を生成し、繰り返しパターン112の開口104lの画素と繰り返しパターン113の開口104lの画素を寄せ集めて他方の視差画像を生成する。これにより、空間分解能の高い視差画像を得ることができる。また、いずれの撮像時においても二種類の開口のそれぞれが用いられるので、撮影の時間差による被写体のブレを視差画像のそれぞれに分配して目立たなくすることができる。また、二回の撮像時のいずれか一方で撮像に支障があっても、他方の撮像により得られたそれぞれの開口の画素を補完することにより、一対の視差画像を生成することができる。   In this case, the image processing unit 205 generates one parallax image by collecting the pixels of the opening 104r of the repetitive pattern 112 and the pixels of the opening 104r of the repetitive pattern 113, and generates the one parallax image of the repetitive pattern 112 and the repetitive pattern. The other parallax image is generated by gathering the pixels of the opening 104l of 113. Thereby, a parallax image with high spatial resolution can be obtained. Also, since each of the two types of apertures is used at any time of imaging, the blurring of the subject due to the time difference of imaging can be distributed to each of the parallax images so as to be inconspicuous. In addition, even if there is a problem with imaging in one of the two imaging operations, a pair of parallax images can be generated by complementing the pixels of the respective openings obtained by the other imaging.

図10は、他の繰り返しパターン114、115、116、117の例を示す。繰り返しパターン114、115、116、117はいずれも4画素により形成される。繰り返しパターン114において、左上および右下の画素は開口104rを有し、右上および左下の画素は開口104cを有する。繰り返しパターン115は、繰り返しパターン115を左右反転したものに対応する。繰り返しパターン116は、繰り返しパターン115を上下反転したものに対応する。繰り返しパターン117は、繰り返しパターン114を上下反転したものに対応する。   FIG. 10 shows examples of other repeating patterns 114, 115, 116 and 117. Each of the repeated patterns 114, 115, 116, and 117 is formed by four pixels. In the repetitive pattern 114, the upper left and lower right pixels have an opening 104r, and the upper right and lower left pixels have an opening 104c. The repetitive pattern 115 corresponds to the repetitive pattern 115 which is reversed left and right. The repetitive pattern 116 corresponds to the repetitive pattern 115 that is vertically inverted. The repetitive pattern 117 corresponds to the repetitive pattern 114 that is vertically inverted.

開閉駆動部234によりこれらの繰り返しパターン114、115、116、117を形成して撮像することにより、一の撮像素子100を用いて一対の撮像画像および視差なし画像を得ることができる。繰り返しパターン114の開口104rの画素と繰り返しパターン117の開口104rの画素を寄せ集めて一方の視差画像を生成する等により、空間分解能の高い視差画像を得ることができる。同様に、空間分解能の高い視差なし画像を得ることができる。ここで、4回の撮像によって開口104cについて一の画素に対して2つの値を得ることができるが、それらを平均して用いてもよいし、いずれか一方を用いてもよい。   By forming these repetitive patterns 114, 115, 116, and 117 by the opening / closing drive unit 234 and capturing an image, a pair of captured images and a parallax-free image can be obtained using one image sensor 100. A parallax image with high spatial resolution can be obtained by, for example, generating one parallax image by gathering the pixels of the opening 104r of the repeating pattern 114 and the pixels of the opening 104r of the repeating pattern 117. Similarly, a parallax-free image with high spatial resolution can be obtained. Here, two values can be obtained for one pixel with respect to the opening 104c by four times of imaging, but they may be used on average, or one of them may be used.

図11から図14は、撮像素子100の製造方法を示す概略断面図である。まず図11に示すように、液晶シャッタ300の一対の基板304、306に種々の構成が形成される。   11 to 14 are schematic cross-sectional views illustrating a method for manufacturing the image sensor 100. First, as shown in FIG. 11, various configurations are formed on the pair of substrates 304 and 306 of the liquid crystal shutter 300.

基板304の一方の面には、既知の、成膜工程、露光工程、エッチング工程が繰り返されることにより、個別電極310、駆動素子350および接続部360が設けられる。その上に配向膜322の材料が塗布されて、ラビングにより高分子が配向されて配向膜322が形成される。なおラビングに代えて、UV光で配向する高分子にUVの偏光が照射されることにより配向膜322が形成されてもよい。さらに、配向膜322上にさらにシール部302が形成される。シール部302は、スクリーン印刷等により基板304の配向膜322上に額縁状に形成される。なお図11ではその一部のみが示されている。   One surface of the substrate 304 is provided with the individual electrode 310, the drive element 350, and the connection portion 360 by repeating a known film formation process, exposure process, and etching process. A material for the alignment film 322 is applied thereon, and the polymer is aligned by rubbing to form the alignment film 322. Instead of rubbing, the alignment film 322 may be formed by irradiating a UV-polarized polymer with UV-polarized polymer. Further, a seal portion 302 is further formed on the alignment film 322. The seal portion 302 is formed in a frame shape on the alignment film 322 of the substrate 304 by screen printing or the like. FIG. 11 shows only a part of it.

また、基板306の一方の面には、既知の、成膜工程等により共通電極316が設けられる。共通電極316の上に、配向膜322と同様の方法で配向膜321が形成される。   Further, a common electrode 316 is provided on one surface of the substrate 306 by a known film formation process or the like. An alignment film 321 is formed on the common electrode 316 in the same manner as the alignment film 322.

図12に示すように、一対の基板304、306が貼り合わせられる。さらに、対向した配向膜321、322の間に液晶320が封入される。基板304、306の外側の面に、偏光フィルム365、366が貼り付けられ、液晶シャッタ300が形成される。   As shown in FIG. 12, a pair of substrates 304 and 306 are bonded together. Further, the liquid crystal 320 is sealed between the facing alignment films 321 and 322. Polarizing films 365 and 366 are attached to the outer surfaces of the substrates 304 and 306, and the liquid crystal shutter 300 is formed.

図13に示すように、偏光フィルム366上に、カラーフィルタ102およびマイクロレンズ101が配される。この場合に、カラーフィルタ102上にマイクロレンズ101が設けられ、マイクロレンズ101を有するカラーフィルタ102と、液晶シャッタ300とがアライメントされて貼り付けられてもよい。   As shown in FIG. 13, the color filter 102 and the microlens 101 are arranged on the polarizing film 366. In this case, the micro lens 101 may be provided on the color filter 102, and the color filter 102 including the micro lens 101 and the liquid crystal shutter 300 may be aligned and pasted.

図14に示すように、基板109に光電変換素子108が設けられるとともに、その上に絶縁層144を介して配線層105が設けられる。これらを形成するには既知の方法を用いればよいので、説明を省略する。絶縁層144の上面は平坦化される。平坦化された絶縁層144の上面に、マイクロレンズ100およびカラーフィルタ102を有する液晶シャッタ300がアライメントされて貼り付けられることにより、撮像素子100が形成される。   As shown in FIG. 14, a photoelectric conversion element 108 is provided on a substrate 109, and a wiring layer 105 is provided thereon via an insulating layer 144. Since a known method may be used to form these, description thereof is omitted. The upper surface of the insulating layer 144 is planarized. The liquid crystal shutter 300 having the microlens 100 and the color filter 102 is aligned and attached to the top surface of the planarized insulating layer 144, whereby the image sensor 100 is formed.

図1から図14に示す例において、各画素に対して個別電極310、312は2つのセグメントに分かれているが、セグメントの数に制限はない。例えば、各画素に一つの個別電極310を設けてもよい。この場合に、開状態で開口104cを形成し、閉状態で開口104lを形成する画素と、開状態で開口104cを形成し、閉状態で開口104rを形成する画素とを繰り返しパターン112のように配置してもよい。また、各画素に対して3つ以上のセグメントに分かれた個別電極を設けてもよい。2つのセグメントの個別電極を設けた画素と、1つまたは3つ以上のセグメントの個別電極を設けた画素とを混在させてもよい。   In the example shown in FIGS. 1 to 14, the individual electrodes 310 and 312 are divided into two segments for each pixel, but the number of segments is not limited. For example, one individual electrode 310 may be provided for each pixel. In this case, the pixel in which the opening 104c is formed in the open state, the pixel in which the opening 104l is formed in the closed state, and the pixel in which the opening 104c is formed in the open state and the opening 104r is formed in the closed state are repeated as a pattern 112. You may arrange. In addition, individual electrodes divided into three or more segments may be provided for each pixel. You may mix the pixel which provided the individual electrode of two segments, and the pixel which provided the individual electrode of one or three or more segments.

図15は、他の撮像素子119の概略図である。図15は図3に対応して一つの画素を被写体側からみた概略図である。   FIG. 15 is a schematic diagram of another image sensor 119. FIG. 15 is a schematic view of one pixel viewed from the subject side corresponding to FIG.

図15に示す例において、液晶シャッタ300は、一つの光電変換素子108に対して±x方向および±y方向の4つのセグメントに分かれた個別電極370、374、378、382と、それらを別個に駆動することができる駆動素子372、376、380、384を有する。これにより2=16通りの開口を形成することができる。図15には一例として、+y側の個別電極370、374に対応する開閉領域が閉状態で、−y側の個別電極378、382に対応する開閉領域が開状態であることにより、−y側に開口104uが形成された状態を示す。なお個別電極をxy方向にセグメント化することに代えて、一方向に短冊状にセグメント化してもよい。 In the example illustrated in FIG. 15, the liquid crystal shutter 300 includes individual electrodes 370, 374, 378, and 382 that are divided into four segments in the ± x direction and the ± y direction with respect to one photoelectric conversion element 108, and separately. Drive elements 372, 376, 380, and 384 that can be driven are included. As a result, 2 4 = 16 openings can be formed. As an example, FIG. 15 shows that the open / close region corresponding to the + y side individual electrodes 370 and 374 is in the closed state, and the open / close region corresponding to the −y side individual electrodes 378 and 382 is in the open state. Shows a state in which the opening 104u is formed. Instead of segmenting the individual electrodes in the xy direction, the individual electrodes may be segmented in a strip shape in one direction.

図16は、他の撮像素子118を示す概略断面図である。図17は、撮像素子118の開口マスク123と個別電極330の関係を示す。   FIG. 16 is a schematic cross-sectional view showing another image sensor 118. FIG. 17 shows the relationship between the aperture mask 123 of the image sensor 118 and the individual electrode 330.

開口マスク123は、絶縁層144の上面に配され、例えば配線106と同じ材料のアルミ等で形成される。開口マスク123には、変位した開口124が設けられる。開口124は、瞳上で被写体光束の変位した領域に対応する。図17に示す例において、開口124は−x側に変位している。個別電極330において、電極部323に開口324が設けられている。開口324の大きさは開口124よりも小さい。図17に示す例において、開口324は、開口124よりも細いスリット状である。   The opening mask 123 is disposed on the upper surface of the insulating layer 144 and is formed of, for example, aluminum of the same material as the wiring 106. The aperture mask 123 is provided with a displaced aperture 124. The opening 124 corresponds to a region where the subject luminous flux is displaced on the pupil. In the example shown in FIG. 17, the opening 124 is displaced to the −x side. In the individual electrode 330, an opening 324 is provided in the electrode portion 323. The size of the opening 324 is smaller than that of the opening 124. In the example shown in FIG. 17, the opening 324 has a narrower slit shape than the opening 124.

よって、図17に示す例において、開状態においては開口124で規定される被写体光束の部分領域が光電変換素子108に入射する。また、閉状態においては開口124と開口324とが重なった合成開口125で規定される被写体光束が光電変換素子108に入射する。これにより、被写体光束の断面領域内の、異なる部分を透過した二種類の視差画像を得ることができる。   Therefore, in the example shown in FIG. 17, a partial region of the subject light beam defined by the opening 124 enters the photoelectric conversion element 108 in the open state. In the closed state, the subject light flux defined by the synthetic aperture 125 where the aperture 124 and the aperture 324 overlap is incident on the photoelectric conversion element 108. As a result, two types of parallax images that are transmitted through different portions in the cross-sectional area of the subject luminous flux can be obtained.

なお、図16に示す例において、互いに隣接する画素の開口マスク123の開口124、個別電極330、駆動素子350は対称に配される。また、開口324は貫通した穴であってもよいし、可視光に対して透明な膜で覆われていてもよい。   In the example shown in FIG. 16, the opening 124 of the opening mask 123, the individual electrode 330, and the driving element 350 of pixels adjacent to each other are arranged symmetrically. The opening 324 may be a through hole or may be covered with a film that is transparent to visible light.

図18は、カラーフィルタ102のベイヤー配列を説明する図である。図示するように、ベイヤー配列は、緑フィルタが左上と右下の2画素に、赤フィルタが左下の1画素に、青フィルタが右上の1画素に割り当てられる配列である。ここでは、緑フィルタが割り当てられた左上の画素をGb画素と、同じく緑色フィルタが割り当てられた右下の画素をGr画素とする。また、赤色フィルタが割り当てられた画素をR画素と、青色が割り当てられた画素をB画素とする。そして、Gb画素およびB画素が並ぶ横方向をGb行とし、R画素およびGr画素が並ぶ横方向をGr行とする。また、Gb画素およびR画素が並ぶ縦方向をGb列とし、B画素およびGr画素が並ぶ縦方向をGr列とする。例えば、図8から図10に示す繰り返しパターン110等の4つの画素に、図18のベイヤー配列を割り当ててもよい。   FIG. 18 is a diagram for explaining the Bayer array of the color filter 102. As shown in the figure, the Bayer array is an array in which the green filter is assigned to the upper left and lower right pixels, the red filter is assigned to the lower left pixel, and the blue filter is assigned to the upper right pixel. Here, the upper left pixel to which the green filter is assigned is the Gb pixel, and the lower right pixel to which the green filter is assigned is the Gr pixel. In addition, a pixel to which a red filter is assigned is an R pixel, and a pixel to which blue is assigned is a B pixel. A horizontal direction in which Gb pixels and B pixels are arranged is defined as Gb row, and a horizontal direction in which R pixels and Gr pixels are arranged is defined as Gr row. A vertical direction in which Gb pixels and R pixels are arranged is a Gb column, and a vertical direction in which B pixels and Gr pixels are arranged is a Gr column. For example, the Bayer array shown in FIG. 18 may be assigned to four pixels such as the repeating pattern 110 shown in FIGS.

図19は、カラーフィルタ102の他の配列を説明する図である。図19の例において、緑フィルタが左上の1画素に、赤フィルタが左下の1画素に、青フィルタが右上の1画素に、フィルタ無しまたは色無しフィルタが右下の1画素に割り当てられる。例えば、図8から図10に示す繰り返しパターン110等の4つの画素に、図19の配列を割り当ててもよい。   FIG. 19 is a diagram for explaining another arrangement of the color filter 102. In the example of FIG. 19, the green filter is assigned to the upper left pixel, the red filter is assigned to the lower left pixel, the blue filter is assigned to the upper right pixel, and the no-filter or no-color filter is assigned to the lower right pixel. For example, the array shown in FIG. 19 may be assigned to four pixels such as the repeating pattern 110 shown in FIGS.

また、上記実施形態において、液晶シャッタ300は、絶縁層144とカラーフィルタ102との間に配されているが、配置場所はこれに限られない。例えば、液晶シャッタ300は、光電変換素子108の直上、配線層105の直上、マイクロレンズ101とカラーフィルタとの間、等に配されてもよい。また、全ての画素に対して液晶シャッタ300を設ける代わりに、いくつかの画素については液晶シャッタ300または個別電極310を設けなくてもよい。   In the above embodiment, the liquid crystal shutter 300 is disposed between the insulating layer 144 and the color filter 102, but the arrangement location is not limited thereto. For example, the liquid crystal shutter 300 may be disposed immediately above the photoelectric conversion element 108, directly above the wiring layer 105, between the microlens 101 and the color filter, and the like. Further, instead of providing the liquid crystal shutter 300 for all the pixels, the liquid crystal shutter 300 or the individual electrode 310 may not be provided for some pixels.

上記実施形態において、液晶シャッタ300はノーマリホワイトであるが、ノーマリブラックでもよい。またTNモード以外のモードであってもよいし、駆動方法もアクティブでもパッシブでもよい。液晶シャッタ300は天地反対に設けられ、共通電極316が個別電極310よりも光電変換素子108に近い側に配されてもよい。液晶シャッタ300の偏光フィルム365、366の一方または両方に反射防止膜が設けられてもよい。これにより、液晶シャッタ300の表面で反射した光が迷光となって隣接する光電変換素子108に入射するのを防ぐことができる。   In the above embodiment, the liquid crystal shutter 300 is normally white, but may be normally black. Further, a mode other than the TN mode may be used, and the driving method may be active or passive. The liquid crystal shutter 300 may be provided upside down, and the common electrode 316 may be disposed closer to the photoelectric conversion element 108 than the individual electrode 310. An antireflection film may be provided on one or both of the polarizing films 365 and 366 of the liquid crystal shutter 300. Thereby, it is possible to prevent the light reflected from the surface of the liquid crystal shutter 300 from entering the adjacent photoelectric conversion element 108 as stray light.

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。   As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the above-described embodiment. It is apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。   The order of execution of each process such as operations, procedures, steps, and stages in the apparatus, system, program, and method shown in the claims, the description, and the drawings is particularly “before” or “prior to”. It should be noted that the output can be realized in any order unless the output of the previous process is used in the subsequent process. Regarding the operation flow in the claims, the description, and the drawings, even if it is described using “first”, “next”, etc. for convenience, it means that it is essential to carry out in this order. It is not a thing.

10 デジタルカメラ、20 撮影レンズ、21 光軸、30 被写体、100 撮像素子、101 マイクロレンズ、102 カラーフィルタ、104、104l、104r 開口、105 配線層、106 配線、107 開口、108 光電変換素子、109 基板、110 繰り返しパターン、111 繰り返しパターン、112 繰り返しパターン、113 繰り返しパターン、114 繰り返しパターン、115 繰り返しパターン、116 繰り返しパターン、117 繰り返しパターン、118、119 撮像素子、123 開口マスク、124 開口、125 合成開口、140 回路領域、142 フローティングディフュージョン、144 絶縁層、201 制御部、202 A/D変換回路、203 メモリ、220 メモリカード、207 メモリカードIF、208 操作部、209 表示部、210 LCD駆動回路、211 AFセンサ、205 画像処理部、230 駆動部、232 読取駆動部、234 開閉駆動部、300 液晶シャッタ、302 シール部、304、306 基板、316 共通電極、310 個別電極、312 個別電極、320 液晶、321 配向膜、322 配向膜、323 電極部、324 開口、330 個別電極、350 駆動素子、352 駆動素子、360 接続部、361、362、363、364 開閉領域、365、366 偏光フィルム、370 個別電極、372 駆動素子、374 個別電極、376 駆動素子、378 個別電極、380 駆動素子、382 個別電極、384 駆動素子   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Digital camera, 20 Shooting lens, 21 Optical axis, 30 Subject, 100 Image sensor, 101 Micro lens, 102 Color filter, 104, 104l, 104r Aperture, 105 Wiring layer, 106 Wiring, 107 aperture, 108 Photoelectric conversion element, 109 Substrate, 110 repeat pattern, 111 repeat pattern, 112 repeat pattern, 113 repeat pattern, 114 repeat pattern, 115 repeat pattern, 116 repeat pattern, 117 repeat pattern, 118, 119 image sensor, 123 aperture mask, 124 aperture, 125 synthetic aperture , 140 circuit region, 142 floating diffusion, 144 insulating layer, 201 control unit, 202 A / D conversion circuit, 203 memory, 220 memory card, 20 7 memory card IF, 208 operation unit, 209 display unit, 210 LCD drive circuit, 211 AF sensor, 205 image processing unit, 230 drive unit, 232 reading drive unit, 234 opening / closing drive unit, 300 liquid crystal shutter, 302 seal unit, 304 , 306 substrate, 316 common electrode, 310 individual electrode, 312 individual electrode, 320 liquid crystal, 321 alignment film, 322 alignment film, 323 electrode part, 324 opening, 330 individual electrode, 350 driving element, 352 driving element, 360 connection part, 361, 362, 363, 364 Open / close region, 365, 366 Polarizing film, 370 Individual electrode, 372 Driving element, 374 Individual electrode, 376 Driving element, 378 Individual electrode, 380 Driving element, 382 Individual electrode, 384 Driving element

Claims (10)

入射する被写体光束を電気信号に光電変換する、二次元的に配列された複数の光電変換素子と、
前記複数の光電変換素子の少なくともいずれか一つに対応して設けられ、光学的な特性を切り替えることにより、被写体光束の断面領域内の少なくとも一部を遮光する閉状態と、前記一部を透過する開状態との間を切り替え可能な開閉部と
を備える撮像素子。
A plurality of two-dimensionally arranged photoelectric conversion elements that photoelectrically convert incident subject luminous flux into electrical signals;
A closed state that is provided corresponding to at least one of the plurality of photoelectric conversion elements and switches at least a part of the cross-sectional area of the subject light flux by switching optical characteristics, and transmits the part. An image sensor comprising: an opening / closing part capable of switching between open states.
前記開閉部は、閉状態において、被写体光束の断面領域内の変位した部分領域を、複数の前記光電変換素子のうちの対応する一つに入射させる請求項1に記載の撮像素子。   The imaging device according to claim 1, wherein the open / close section causes a displaced partial region in a cross-sectional region of the subject light beam to be incident on a corresponding one of the plurality of photoelectric conversion elements in a closed state. 前記開閉部は、液晶シャッタにより形成される請求項1または2に記載の撮像素子。   The image sensor according to claim 1, wherein the opening / closing part is formed by a liquid crystal shutter. 前記開閉部は、一の前記光電変換素子に対し、別個に開状態と閉状態とを切り替え可能な複数のセグメントを有する請求項3に記載の撮像素子。   The imaging device according to claim 3, wherein the opening / closing unit includes a plurality of segments that can be switched between an open state and a closed state with respect to one of the photoelectric conversion elements. 前記開閉部には、反射防止膜が設けられている請求項1から4のいずれか1項に記載の撮像素子。   The imaging device according to claim 1, wherein the opening / closing portion is provided with an antireflection film. 前記開閉部は、前記複数の光電変換素子に一対一に対応して複数設けられる請求項1から5のいずれか1項に記載の撮像素子。   The imaging element according to claim 1, wherein a plurality of the opening / closing sections are provided corresponding to the plurality of photoelectric conversion elements on a one-to-one basis. 前記複数の光電変換素子のそれぞれに一対一に対応して固定され、被写体光束の断面領域内の、前記開閉部のうちの対応する一つにおける閉状態とは異なる一部を透過する開口マスクをさらに備える請求項6に記載の撮像素子。   An opening mask that is fixed in a one-to-one correspondence with each of the plurality of photoelectric conversion elements and transmits a part of the cross-sectional area of the subject luminous flux that is different from the closed state in the corresponding one of the opening / closing sections. The imaging device according to claim 6 further provided. 前記複数の光電変換素子のそれぞれに一対一に対応して設けられる複数のマイクロレンズをさらに備え、
前記複数の開閉部のそれぞれは、前記複数のマイクロレンズのうちの対応する一つと前記複数の光電変換素子のうちの対応する一つとの間に設けられる請求項6または7に記載の撮像素子。
A plurality of microlenses provided in a one-to-one correspondence with each of the plurality of photoelectric conversion elements;
8. The image sensor according to claim 6, wherein each of the plurality of opening / closing sections is provided between a corresponding one of the plurality of microlenses and a corresponding one of the plurality of photoelectric conversion elements.
前記複数の光電変換素子のそれぞれに一対一に対応して設けられる複数のカラーフィルタをさらに備える請求項1から7のいずれか1項に記載の撮像素子。   The imaging device according to claim 1, further comprising a plurality of color filters provided in a one-to-one correspondence with each of the plurality of photoelectric conversion devices. 請求項1から9のいずれか1項に記載の撮像素子と、
前記撮像素子により撮像された撮像信号を読み出して、撮像時の前記開閉部の開閉状態に基づいた画像データを生成する画像処理部と
を備える撮像装置。
The imaging device according to any one of claims 1 to 9,
An image pickup apparatus comprising: an image processing unit that reads out an image pickup signal picked up by the image pickup device and generates image data based on an open / close state of the open / close unit at the time of image pickup.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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