(57)【要約】  領域毎に異なる焦点距離を持つ結像レンズと、受光素子を複数有する受光部と、複数の前記受光素子にそれぞれ対応して設けられ、前記結像レンズの射出瞳における予め定められた瞳領域を通過した被写体光を、対応する受光素子にそれぞれ受光させる複数の光学要素と、前記複数の受光素子の撮像信号から、被写体の画像を生成する画像生成部とを備え、前記複数の光学要素のうちの複数の第１光学要素は、前記結像レンズの第１の焦点距離を持つ領域および前記射出瞳における第１瞳領域を通過する被写体光を、対応する受光素子へ入射させ、前記複数の光学要素のうちの複数の第２光学要素は、前記結像レンズの第２の焦点距離を持つ領域および前記射出瞳における第２瞳領域を通過する被写体光を、対応する受光素子へ入射させる撮像装置。
2012043211.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
領域毎に異なる焦点距離を持つ結像レンズと、
受光素子を複数有する受光部と、
複数の前記受光素子にそれぞれ対応して設けられ、前記結像レンズの射出瞳における予め定められた瞳領域を通過した被写体光を、対応する受光素子にそれぞれ受光させる複数の光学要素と、
前記複数の受光素子の撮像信号から、被写体の画像を生成する画像生成部と
を備え、
前記複数の光学要素のうちの複数の第１光学要素は、前記結像レンズの第１の焦点距離を持つ領域および前記射出瞳における第１瞳領域を通過する被写体光を、対応する受光素子へ入射させ、
前記複数の光学要素のうちの複数の第２光学要素は、前記結像レンズの第２の焦点距離を持つ領域および前記射出瞳における第２瞳領域を通過する被写体光を、対応する受光素子へ入射させる撮像装置。
【請求項２】
前記画像生成部は、前記射出瞳のいずれの瞳領域を通過した被写体光により前記被写体の画像を生成すべきかを選択し、選択した瞳領域を通過した被写体光を受光する複数の受光素子の撮像信号を用いて、前記被写体の画像を生成する請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記画像生成部は、前記射出瞳のいずれの瞳領域を通過した被写体光により前記被写体の画像を生成するかを選択する場合に、被写体距離、および、前記射出瞳の複数の瞳領域にそれぞれ対応する焦点距離に基づいて、前記受光部の位置に結像する被写体光が通過する前記瞳領域を少なくとも１つ選択する請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記画像生成部は、被写体距離の範囲、および、前記複数の瞳領域にそれぞれ対応する焦点距離に基づいて、前記受光部の位置に結像する被写体光が通過する前記瞳領域を複数選択する請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記複数の光学要素はそれぞれ、前記予め定められた瞳領域を通過した被写体光を対応する受光素子に受光させるプリズム要素である請求項１から４のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記プリズム要素は、屈折率が互いに異なる第１液体と第２液体との間の液体界面でプリズム界面が形成される液体プリズム要素であり、
前記撮像装置は、
前記結像レンズの光軸に対する前記プリズム界面の傾きを制御することにより、複数の前記プリズム要素にそれぞれ対応する前記受光素子の受光する光束の向きを制御する制御部をさらに備える請求項５に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記制御部は、対応する前記受光素子が受光する光束の向きを、前記受光部の位置に結像する被写体光が通過する瞳領域に指向させるべく、被写体距離に基づいて前記プリズム界面の傾きを制御する請求項６に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記第１液体および前記第２液体を保持するプリズムハウジングと、
前記プリズムハウジングの内部を、前記光軸に沿って前記第１液体が充填される第１領域と前記第２液体が充填される第２領域とに分割する仕切板と
をさらに有し、
前記仕切板には、複数の前記液体プリズム要素が形成される位置に対応して複数の貫通孔が形成され、
前記制御部は、前記複数の貫通孔のそれぞれの第１側面部における前記液体界面の位置および第１側面部に対向する第２側面部における前記液体界面の位置を制御することにより、前記光軸に対する前記プリズム界面の傾きを制御する請求項６または７に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関し、特に焦点距離が異なる画像を同時に取得する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像素子の近傍に設けられた光学素子に関して、例えば下記特許文献１および２に記載の技術が知られている。【０００３】
特許文献１には、外界の映像を結像する画像結像手段における異なる位置を通過した画像情報を選択的に撮像して画像データ列に変換し、変換された前記画像データ列を記録する視差画像入力装置が記載されている。特許文献１の技術によれば、異なる視点からの複数の画像を獲得することができる。【０００４】
また、特許文献２には、偏向手段によって入射光束を２方向に偏向し、その光束による２つの像を撮像素子において検出し、検出した像位置によって求められる像ずれ量により、撮像レンズによる被写体像の焦点調節状態を演算し、撮像レンズを合焦位置に移動するデジタルカメラが記載されている。特許文献２の技術によれば、１回の像検出によって素早く焦点調節を行うことができる。【０００５】
しかしながら、特許文献１の技術では、通常の結像レンズに入射した光束をマイクロレンズと受光セルによって瞳の空間分割をしており、焦点はただ一つである。したがって、焦点距離が異なる画像を取得するためには、焦点調節機構が必要となる。また、特許文献２においても同様に、焦点調節機構が必要となる。【０００６】
焦点距離が異なる画像を撮影するために、焦点調節機構を撮像レンズに組み込むと、駆動装置が大型化してしまうという問題点がある。【０００７】
このような課題に対し、特許文献３には、結像レンズ系中のレンズ面の１面または２面が、光軸と同軸の内側領域と外側領域とで異なる曲率を有し、外側領域の曲率による全系の焦点距離をｆ1 、内側領域の曲率による全系の焦点距離をｆ2 としたとき、０．３≦ｆ2 ／ｆ1 ≦０．９を満たす撮像光学系が記載されている。【０００８】
また、特許文献４には、焦点距離が異なる２つのレンズ領域を有する多焦点レンズの焦点を、流体プリズムを用いて切り替える技術が記載されている。【０００９】
特許文献３、４の技術によれば、焦点調節機構を用いることなく、焦点距離の異なる画像を撮像することができる。【００１０】
復元処理については、例えば非特許文献１や、非特許文献２に記載されている（特許文献５参照）。【００１１】
輪郭強調については、例えば特許文献６に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許第３７５３２０１号明細書
【特許文献２】特開２００５−１６４９８３号公報
【特許文献３】特開２００３−２７０５２６号公報
【特許文献４】特開２００７−１９３０２０号公報
【特許文献５】特願平８−３２９５４９号公報、段落［００２３］、［００２４］
【特許文献６】特開２０１１−１２４７１２号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】電子通信学会論文誌、１９８４年１１月、Vol.J67-D No10
【非特許文献２】「Ｏ plus Ｅ」誌別冊、１９８６年１１月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、特許文献３の技術においても、絞りによって瞳制限する場合は、時分割で撮像しなければならず、焦点距離が異なる画像を同時に撮像することができない。また、瞳制限しない場合には、フレア光を伴って撮像されてしまうという問題点があった。【００１５】
また特許文献４の技術においても、長い焦点距離で撮像する場合と、短い焦点距離で撮像する場合とで、時分割で撮像する必要がある。【００１６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、複数の異なる焦点距離の画像を同時に取得することができる撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明の一態様においては、撮像装置であって、領域毎に異なる焦点距離を持つ結像レンズと、受光素子を複数有する受光部と、複数の受光素子にそれぞれ対応して設けられ、結像レンズの射出瞳における予め定められた瞳領域を通過した被写体光を、対応する受光素子にそれぞれ受光させる複数の光学要素と、複数の受光素子の撮像信号から、被写体の画像を生成する画像生成部とを備え、複数の光学要素のうちの複数の第１光学要素は、結像レンズの第１の焦点距離を持つ領域および射出瞳における第１瞳領域を通過する被写体光を、対応する受光素子へ入射させ、複数の光学要素のうちの複数の第２光学要素は、結像レンズの第２の焦点距離を持つ領域および射出瞳における第２瞳領域を通過する被写体光を、対応する受光素子へ入射させる。【００１８】
画像生成部は、射出瞳のいずれの瞳領域を通過した被写体光により被写体の画像を生成すべきかを選択し、選択した瞳領域を通過した被写体光を受光する複数の受光素子の撮像信号を用いて、被写体の画像を生成してよい。【００１９】
画像生成部は、射出瞳のいずれの瞳領域を通過した被写体光により被写体の画像を生成するかを選択する場合に、被写体距離、および、射出瞳の複数の瞳領域にそれぞれ対応する焦点距離に基づいて、受光部の位置に結像する被写体光が通過する瞳領域を少なくとも１つ選択してよい。【００２０】
画像生成部は、被写体距離の範囲、および、複数の瞳領域にそれぞれ対応する焦点距離に基づいて、受光部の位置に結像する被写体光が通過する瞳領域を複数選択してよい。【００２１】
複数の光学要素はそれぞれ、予め定められた瞳領域を通過した被写体光を対応する受光素子に受光させるプリズム要素であってよい。【００２２】
プリズム要素は、屈折率が互いに異なる第１液体と第２液体との間の液体界面でプリズム界面が形成される液体プリズム要素であり、撮像装置は、結像レンズの光軸に対するプリズム界面の傾きを制御することにより、複数のプリズム要素にそれぞれ対応する受光素子の受光する光束の向きを制御する制御部をさらに備えてよい。【００２３】
制御部は、対応する受光素子が受光する光束の向きを、受光部の位置に結像する被写体光が通過する瞳領域に指向させるべく、被写体距離に基づいてプリズム界面の傾きを制御してよい。【００２４】
第１液体および第２液体を保持するプリズムハウジングと、プリズムハウジングの内部を、光軸に沿って第１液体が充填される第１領域と第２液体が充填される第２領域とに分割する仕切板とをさらに有し、仕切板には、複数の液体プリズム要素が形成される位置に対応して複数の貫通孔が形成され、制御部は、複数の貫通孔のそれぞれの第１側面部における液体界面の位置および第１側面部に対向する第２側面部における液体界面の位置を制御することにより、光軸に対するプリズム界面の傾きを制御してよい。【００２５】
制御部は、射出瞳における光軸を含む瞳領域を通過した被写体光を受光素子に受光させる場合に、光軸に対して液体界面を略直交させ、射出瞳における光軸を含まない瞳領域を通過した被写体光を受光素子に受光させる場合に、光軸に対して液体界面を傾斜させてよい。【００２６】
制御部は、射出瞳における光軸を含まない瞳領域を通過した被写体光を受光素子に受光させる場合に、光軸に対して液体界面を第１の傾きに傾斜させ、射出瞳における光軸を含まない他の瞳領域を通過した被写体光を受光素子に受光させる場合に、光軸に対して液体界面を第２の傾きに傾斜させてよい。【００２７】
複数の貫通孔のうち少なくともいずれかの貫通孔は、互いに厚さが異なる第１側面部および第２側面部を持ち、制御部は、第１側面部と第２側面部とで囲まれる領域内に第１液体が充填された状態と、当該領域内に第２液体が充填された状態との間で切り替えることにより、光軸に対する液体界面を異なる傾きに切り替えてよい。【００２８】
複数の受光素子はマトリクス状に配置され、仕切板は、列方向に延伸する第１仕切部と、列方向に延伸する第２仕切部とが、行方向に交互に設けられて形成され、第１仕切部は、光軸方向に沿って第１の厚さの側面部を両側部に持ち、第２仕切部は、光軸方向に沿って第２の厚さの側面部を両側部に持ち、複数の貫通孔は、第１仕切部の側面部と、第１仕切部に隣り合う第２仕切部の側面部とによりそれぞれ形成され、第１仕切部および第２仕切部の第１液体側は略同一平面を形成し、制御部は、光軸に対する液体界面の傾きを列方向に互いに異ならせるべく、第１側面部と第２側面部とで囲まれる領域内に第１液体が充填された状態に制御してよい。【００２９】
制御部は、第１液体を保持する領域の内圧を制御することにより、光軸に対する界面の傾きを制御してよい。【００３０】
複数の光学要素は、それぞれ予め定められた瞳領域を通過した被写体光を、対応する受光素子に受光させるべく光軸を受光素子の受光開口に対して偏倚して設けられたマイクロレンズであってよい。【００３１】
複数の光学要素はそれぞれ、対応する受光素子に対し予め定められた瞳領域への指向性を持つ開口が形成された遮光要素であってよい。【００３２】
複数の光学要素は、複数の瞳領域において互いに異なる偏光成分を透過する第１偏光フィルタと、複数の受光素子にそれぞれ対応して設けられ、異なる偏光成分をそれぞれ透過する第２偏光フィルタとを有してよい。【００３３】
複数の光学要素は、複数の瞳領域において互いに異なる波長成分を透過する第１波長フィルタと、複数の受光素子に対応して設けられ、異なる波長成分をそれぞれ透過する第２フィルタを複数有してよい。【００３４】
前記複数の光学要素の各光学要素は、複数の受光素子単位毎に設けられたマイクロレンズであり、前記結像レンズの第１の焦点距離を持つ領域および前記射出瞳における第１瞳領域を通過する被写体光を第１の受光素子へ入射させ、前記結像レンズの第２の焦点距離を持つ領域および前記射出瞳における第２瞳領域を通過する被写体光を第２の受光素子へ入射させてよい。【００３５】
前記結像レンズは、該結像レンズの中心からの距離により区分された円形領域および円環形状領域毎に焦点距離が異なり、前記複数の光学要素は、焦点距離をそれぞれ異ならせたマイクロレンズと円環形状の開口を形成する遮光要素であってもよい。【００３６】
前記画像生成部は、前記結像レンズの特定の領域を通過した被写体光を受光する受光素子の画像信号が、前記受光素子が配設された領域のうち、前記結像レンズの前記特定の領域以外の領域を通過した被写体光が存在する部分で欠落することによる前記被写体の画像の画質への影響を補う処理を行ようにしてもよい。【００３７】
前記画像生成部は、前記被写体光が前記予め定められた瞳領域に対応する受光素子以外の受光素子に入射することに起因する、前記被写体の画像の画質への影響を除去する処理を行うようにしてもよい。【００３８】
前記画質への影響を除去する処理は、前記被写体の画像のボケ補正、コントラスト補正、輪郭強調のうち少なくとも一つを含んでいてよい。【００３９】
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。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、所望の焦点距離の像を選択することができる。特に、被写体距離に応じて画素を選択して合成できるので、幅広い被写体距離に対応することができる。さらに、複数の異なる焦点距離の画像を、同時に、かつ独立に分離した画像データとして取得することができる。これにより、従来は不可能であった同期撮影や動画撮影が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】撮像装置１０のブロック構成の一例を模式的に示す図である。
【図２】偏向部１４０、マイクロレンズ部１５０および受光部１６０の構成の一例を模式的に示す図である。
【図３】光軸に垂直な面で偏向部１４０を切断した模式断面を示す図である。
【図４】受光部１６０と物体との結像関係を模式的に示す図である。
【図５】被写界深度が拡大された合成画像５５０を生成する処理の一例を模式的に示す図である。
【図６】偏向部１４０の構成の他の一例を模式的に示す図である。
【図７】仕切板２４２の変形例を示す図である。
【図８】プリズム要素１４２の三の状態でそれぞれ結像され得る物体位置の一例を模式的に示す図である。
【図９】他の偏向光学要素を備える受光ユニットの一例を模式的に示す図である。
【図１０】他の偏向光学要素を備える受光ユニットの一例を模式的に示す図である。
【図１１】他の偏向光学要素を備える受光ユニットの一例を模式的に示す図である。
【図１２】撮像装置１０１０の他のブロック構成の一例を示す図である。
【図１３】マイクロレンズ１５２ａと、マイクロレンズ１５２ａに対応して設けられた複数の受光素子群１１６２の一例を示す模式図である。
【図１４】撮像装置１０１０の受光ユニットを拡大して示した模式図である。
【図１５】撮像装置１１１０の他のブロック構成の一例を示す図である。
【図１６】撮像装置１１１０の変形例を示す図である。
【図１７】レンズ系の他の一例を模式的に示す図である。
【図１８Ａ】遮光マスク２２６２−１の形状を示す斜視図
【図１８Ｂ】遮光マスク２２６２−２の形状を示す斜視図
【図１８Ｃ】遮光マスク２２６２−３の形状を示す斜視図
【図１９】レンズ系、マイクロレンズ、遮光および受光素子を模式的に示す俯瞰図
【図２０】受光ユニットの一例を模式的に示す図
【図２１】受光ユニットの一例を模式的に示す図
【図２２Ａ】瞳領域１３２２ａを通過しマイクロレンズに入射した光と受光素子が受光する光の関係を示す図
【図２２Ｂ】瞳領域１３２２ｂを通過しマイクロレンズに入射した光と受光素子が受光する光の関係を示す図
【図２２Ｃ】瞳領域１３２２ｃを通過しマイクロレンズに入射した光と受光素子が受光する光の関係を示す図
【図２３Ａ】瞳領域１３２２ａを通過しマイクロレンズに入射した光と受光素子が受光する光の関係を示す図
【図２３Ｂ】瞳領域１３２２ｂを通過しマイクロレンズに入射した光と受光素子が受光する光の関係を示す図
【図２３Ｃ】瞳領域１３２２ｃを通過しマイクロレンズに入射した光と受光素子が受光する光の関係を示す図
【図２４Ａ】瞳領域１３２２ａを通過しマイクロレンズに入射した光と受光素子が受光する光の関係を示す図
【図２４Ｂ】瞳領域１３２２ｂを通過しマイクロレンズに入射した光と受光素子が受光する光の関係を示す図
【図２４Ｃ】瞳領域１３２２ｃを通過しマイクロレンズに入射した光と受光素子が受光する光の関係を示す図
【図２５Ａ】非対称の累進屈折レンズに入射した光を分離して画像信号として取り出す様子を模式的に示した図である。
【図２５Ｂ】光軸中心で焦点距離が短い回転対称の球面収差型レンズに入射した光を分離して画像信号として取り出す様子を模式的に示した図である。
【図２５Ｃ】光軸中心で焦点距離が長い回転対称の球面収差型レンズに入射した光を分離して画像信号として取り出す様子を模式的に示した図である。
【図２６】デコンボリューション処理により復元される点像の様子を示す図である。
【図２７】復元ゲインデータ作成方法の実施の形態を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
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。
【００４３】
図１は、撮像装置１０のブロック構成の一例を模式的に示す。本実施形態に係る撮像装置１０は、焦点距離が異なる画像を撮像する機能を提供する。特に、撮像装置１０に係る光学構成は、固定の撮像レンズを用いて当該機能をコンパクトに実装できる撮像装置を提供する。撮像装置１０は、レンズ系１００、受光ユニット２０、画像生成部１７０、制御部１８０および画像記録部１９０を備える。受光ユニット２０は、光学装置１１５および受光部１６０を有する。
【００４４】
レンズ系１００は、単一の撮像用のレンズ系である。レンズ系１００は、１以上のレンズ１１０を備える。レンズ系１００を通過した被写体光は、光学装置１１５を通過して、受光部１６０によって受光される。
【００４５】
レンズ系１００は、領域毎に異なる焦点距離を持つレンズ系である。例えば、レンズ系１００は、累進屈折力レンズであるレンズ系１００ａを有してよい。本図では、焦点距離の違いを分かり易く例示するため、レンズ１１０ａの対物側の光学面が、領域毎に異なる焦点距離を与えるとした。レンズ系１００は、レンズ系全体で異なる焦点距離を与える光路が存在すればよく、焦点距離の違いが特定のレンズの特定の光学面によって提供されなくてよい。また、レンズ１１０は屈折率分布によって異なる屈折力を持つことができる。
【００４６】
光学装置１１５は、レンズ系１００の射出瞳１２０の瞳領域１２２ａを通過した光、瞳領域１２２ｂを通過した光および瞳領域１２２ｃを通過した光を、受光部１６０上の異なる領域に受光させる。受光部１６０は、当該異なる領域で受光した光による信号を画像信号として画像生成部１７０に供給する。画像生成部１７０は、当該画像信号から、異なる焦点距離の画像を生成する。画像記録部１９０は、画像生成部１７０が生成した画像を記録する。画像記録部１９０は、不揮発性メモリに当該画像を記録してよい。当該不揮発性メモリは、画像記録部１９０が有してよい。また、当該不揮発性メモリは、撮像装置１０に対して着脱可能に設けられた外部メモリであってよい。画像記録部１９０は、撮像装置１０の外部に画像を出力してもよい。
【００４７】
光学装置１１５は、偏向部１４０およびマイクロレンズ部１５０を有する。偏向部１４０は、偏向光学要素の一例としての複数のプリズム要素１４２ａ〜ｃを含む。マイクロレンズ部１５０は、複数のマイクロレンズ１５２ａ〜ｃを含む。受光部１６０は、複数の受光素子１６２ａ〜ｃを有する。本図では、説明を分かり易くするために、３個の受光素子１６２ａ〜ｃ、３個のマイクロレンズ１５２ａ〜ｃ、３個のプリズム要素１４２ａ〜ｃを図示しているが、これらの光学要素をそれぞれ３個しか有さないことを示しているわけではない。被写体を撮像すべく任意の数を各光学要素が有することはいうまでもない。複数のマイクロレンズ１５２ａ〜ｃを、マイクロレンズ１５２または複数のマイクロレンズ１５２と総称する場合がある。また、複数の受光素子１６２ａ〜ｃを、受光素子１６２または複数の受光素子１６２と総称する場合がある。他の光学要素も同様に、符号の添え字を省略することで光学要素を総称する場合がある。
【００４８】
複数の受光素子１６２は、ＭＯＳ型撮像素子を形成してよい。複数の受光素子１６２は、ＭＯＳ型撮像素子の他、ＣＣＤ型撮像素子などの固体撮像素子を形成してよい。
【００４９】
マイクロレンズ１５２は、複数の受光素子１６２にそれぞれ対応して設けられる。複数のマイクロレンズ１５２は、レンズ系１００により結像された被写体光をそれぞれ再結像して、対応する受光素子１６２にそれぞれ受光させる。例示したマイクロレンズ１５２ａ〜ｃは、それぞれ受光素子１６２ａ〜ｃに対応して設けられる。マイクロレンズ１５２ａは、レンズ系１００により結像された被写体光を再結像して、受光素子１６２ａに受光させる。同様に、マイクロレンズ１５２ｂ、ｃは、レンズ系１００により結像された被写体光をそれぞれ再結像して、それぞれ受光素子１６２ｂ、ｃに受光させる。マイクロレンズ１５２は、受光素子１６２のそれぞれへの光束が通過する射出瞳１２０の大きさを制限する。例えば、マイクロレンズ１５２は、射出瞳１２０の一部領域を通過した光を各受光素子１６２に受光させる大きさの屈折力を持つ。例えばマイクロレンズ１５２は、射出瞳１２０の１／４以下の面積の領域を通過した光を各受光素子１６２に受光させる屈折力を有することができる。
【００５０】
プリズム要素１４２は、複数の受光素子１６２に対応して設けられる。プリズム要素１４２、マイクロレンズ１５２、および、受光素子１６２は、互いに一対一に対応して設けられる。例えば、プリズム要素１４２ａは、マイクロレンズ１５２ａおよび受光素子１６２ａに対応して設けられる。プリズム要素１４２、マイクロレンズ１５２および受光素子１６２のうちの互いに対応する光学要素の組は、符号の添え字ａ〜ｃで区別される。
【００５１】
プリズム要素１４２は、予め定められた瞳領域１２２を通過した被写体光を、対応する受光素子１６２にそれぞれ受光させる光学要素の一例である。具体的には、プリズム要素１４２ａは、レンズ系１００の射出瞳１２０における瞳領域１２２ａを通過した被写体光１３０ａを、マイクロレンズ１５２ａを介して受光素子１６２ａに受光させる。また、プリズム要素１４２ｂは、レンズ系１００の射出瞳１２０における瞳領域１２２ｂを通過した被写体光１３０ｂを、マイクロレンズ１５２ｂを介して受光素子１６２ｂに受光させる。一方、プリズム要素１４２ｃは、レンズ系１００の射出瞳１２０における瞳領域１２２ｃを通過した被写体光１３０ｃを、マイクロレンズ１５２ｃを介して受光素子１６２ｃに受光させる。
【００５２】
具体的には、プリズム要素１４２ａ〜ｃは、それぞれ瞳領域１２２ａ〜ｃを通過した被写体光１３０ａ〜ｃを、それぞれ受光素子１６２ａ〜ｃに受光させるプリズム角を持つ。瞳領域１２２ａを通過し受光素子１６２ａに入射する被写体光１３０ａ、瞳領域１２２ｂを通過し受光素子１６２ｂに入射する被写体光１３０ｂ、および、瞳領域１２２ｃを通過し受光素子１６２ｃに入射する被写体光１３０ｃは、レンズ１１０ａの互いに異なる光学面を通過する。このため、受光素子１６２ａ〜ｃは、レンズ系１００のうちの焦点距離が互いに異なる領域を通過した光を受光する。
【００５３】
このように、プリズム要素１４２は、レンズ１１０の射出瞳１２０における予め定められた瞳領域１２２を通過した被写体光を、複数の受光素子１６２のうちの対応する受光素子１６２にそれぞれ受光させる。具体的には、複数のプリズム要素１４２のうちのプリズム要素１４２ａを含む複数の第１プリズム要素は、レンズ１１０の第１焦点距離を持つ領域および瞳領域１２２ａを通過する被写体光を、対応する受光素子１６２へ入射させる。複数のプリズム要素１４２のうちのプリズム要素１４２ｂを含む複数の第２プリズム要素は、レンズ１１０の第２焦点距離を持つ領域および射出瞳１２０における瞳領域１２２ｂを通過する被写体光を、対応する受光素子１６２へ入射させる。複数のプリズム要素１４２のうちのプリズム要素１４２ｃを含む複数の第３プリズム要素は、レンズ１１０の第３焦点距離を持つ領域および瞳領域１２２ｃを通過する被写体光を、対応する受光素子１６２へ入射させる。
【００５４】
受光素子１６２は、受光量に応じた強度の撮像信号を、画像生成部１７０に出力する。画像生成部１７０は、複数の受光素子１６２の撮像信号から、被写体の画像を生成する。具体的には、画像生成部１７０は、受光素子１６２から供給された撮像信号から、異なる焦点距離の画像を示す画像信号を生成する。本例では、受光素子１６２ａ〜ｃが受光できる光は、それぞれ瞳領域１２２ａ〜ｃを通過したものに制限される。したがって、画像生成部１７０は、瞳領域１２２ａを通過した光を受光する一部の受光素子１６２の撮像信号から、第１焦点距離の画像の信号を生成する。また、画像生成部１７０は、瞳領域１２２ｂを通過した光を受光する一部の受光素子１６２の撮像信号から、第２焦点距離の画像の信号を生成する。また、画像生成部１７０は、瞳領域１２２ｃを通過した光を受光する一部の受光素子１６２の撮像信号から、第３焦点距離の画像の信号を生成する。これらの画像の信号を、焦点距離の長さを用いてそれぞれ長焦点距離画像、中焦点距離画像および短焦点距離画像と呼ぶ場合がある。
【００５５】
画像生成部１７０は、異なる焦点距離の画像を組み合わせて１つの画像を生成してもよい。光学装置１１５によれば、瞳領域１２２ａ〜ｃのいずれかに対応するレンズ要素の被写界深度内に位置する被写体については、その鮮明な像を提供することができる。このため、異なる焦点距離の画像を組み合わせて１つの画像を生成することで、撮像装置１０は被写界深度が実効的に深い画像を生成することができる。なお、画像生成部１７０は、異なる焦点距離の画像をそれぞれ別個の画像として生成してもよい。例えば、焦点距離の異なる画像を倍率の異なる画像として生成してもよい。このように、光学装置１１５によれば、単一のレンズ系１００を用いて、焦点距離が異なる画像をワンショットで得ることができる。また、レンズ系１００を駆動させないので、コンパクトな撮像装置を提供できる。
【００５６】
撮像装置１０は、カメラ機能付きの携帯電話、デジタルカメラなどの撮像機器であってよい。なお、レンズ系１００、光学装置１１５および受光部１６０の、画像生成部１７０および制御部１８０の機能ブロックを、撮像機器用の撮像デバイスとして提供してよい。例えば、撮像デバイスは、撮像機器に組み込まれる撮像モジュールであってよい。
【００５７】
なお、本図では、受光素子１６２がマイクロレンズ１５２の作用により射出瞳１２０のうちの特定の部分領域を通過した光を受光することを分かり易く示すことを目的として、射出瞳１２０のうちの瞳領域１２２ａ〜ｃを白ヌキで示した。そして、瞳領域１２２ａ〜ｃ以外の領域を、斜線で示した。このことは、瞳領域１２２ａ〜ｃ以外の領域を被写体光が通過しないことを示すものではない。
【００５８】
なお、制御部１８０は、偏向部１４０が被写体光を偏向させる向きを制御する。例えば、制御部１８０は、プリズム要素１４２のプリズム角を制御する。偏向部１４０による偏向の向きを制御部１８０が制御することより、例えば、各受光素子にいずれの瞳領域を通過する光を受光させるかを制御することができる。制御部１８０による具体的な制御内容については後述する。
【００５９】
図２は、偏向部１４０、マイクロレンズ部１５０および受光部１６０の構成の一例を模式的に示す。本例において、偏向部１４０が有する複数のプリズム要素１４２は、屈折率が互いに異なる液体の界面で形成される液体プリズム要素である。プリズム要素１４２のプリズム角は、液体界面の角度で定まる。
【００６０】
偏向部１４０は、第１液体および第２液体を保持するハウジング２００、仕切板２４２、駆動部２９０を有する。仕切板２４２は、ハウジング２００の内部を、レンズ系１００の光軸に沿って第１液体が充填される第１液体領域２１０と第２液体が充填される第２液体領域２２０とに分割する。第１液体と第２液体は、屈折率が互いに異なり、かつ、水と油のように接触状態において互いに混合しない性質を持つ。第１液体および第２液体の組み合わせとして、ＰＤＭＳ（Ｐｏｌｙ−Ｄｉｍｅｔｈｙｌ−Ｓｉｌｏｘａｎｅ）および純水を例示することができる。ここでは第２液体の屈折率よりも第１液体の屈折率の方が大きいとする。また、第１液体および第２液体のそれぞれの密度は実質的に等しいことが好ましい。
【００６１】
仕切板２４２には、複数のプリズム要素１４２ａ〜ｄが形成される位置に対応して複数の貫通孔２５０ａ〜ｄが形成される。図１に例示したプリズム要素１４２ａ〜ｃは、それぞれ貫通孔２５０ａ〜ｃが形成された位置に形成される。ハウジング２００の物体側の面または像側の面から見た貫通孔２５０の形状は、正方形、長方形、台形、円または楕円等であってよく、その他の種々の形状であってよい。
【００６２】
ハウジング２００の物体側の面および像側の面には、ガラスなどの透光性の材料で形成された透光部が形成される。透光部は、貫通孔２５０、マイクロレンズ１５２および受光素子１６２に対応する位置に形成され、被写体光は物体側の面に形成された透光部、貫通孔２５０、像側の面に形成された透光部を通過して、対応するマイクロレンズ１５２に入射する。なお、ハウジング２００の物体側の面および像側の全面が、ガラスなどの透明な材料から形成されてもよい。
【００６３】
仕切板２４２は、仕切部２４０−１〜５を含む。貫通孔２５０は、対向する仕切部２４０の間の空間で形成される。仕切部２４０は第１液体と第２液体とを接触させない。第１液体および第２液体は、貫通孔２５０内で互いに接触して、プリズム要素１４２となる界面を形成する。
【００６４】
貫通孔２５０ａは、側面部２５２ａ（第１側面部に相当）および側面部２５４ａ（第２側面部に相当）を持つ。側面部２５２ａおよび側面部２５４ａは、それぞれ仕切部２４０−１および仕切部２４０−２の対向する側面部である。側面部２５２ａは、レンズ系１００の光軸方向に沿って第１の厚さを持ち、側面部２５４ａは、レンズ系１００の光軸方向に沿って第２の厚さを持つ。つまり、貫通孔２５０ａは、厚さの異なる仕切板２４２の側面部２５２ａおよび側面部２５４ａを含む側面に包囲されて形成される。例えば、貫通孔２５０ａが四角形の開口を持つ場合、貫通孔２５０ａは、側面部２５２ａと、側面部２５４ａと、側面部２５２ａおよび側面部２５４ａを結合する２の側面部とにより包囲されて形成される。ここでは第２の厚さが第１の厚さより大きいとする。
【００６５】
貫通孔２５０ｂは、側面部２５２ｂおよび側面部２５４ｂを持つ。側面部２５２ｂおよび側面部２５４ｂは、それぞれ仕切部２４０−２および仕切部２４０−３の対向する側面部である。側面部２５２ｂは、レンズ系１００の光軸方向に沿って第２の厚さを持ち、側面部２５４ｂは、レンズ系１００の光軸方向に沿って第３の厚さを持つ。第３の厚さは、第１の厚さより大きく第２の厚さより小さいとする。貫通孔２５０ａとは異なり、貫通孔２５０ｂは、複数の貫通孔２５０が並ぶ方向に、第１の厚さの側面部２５２ｂ、第３の厚さの側面部２５４ｂを順に有する。その他の点は、貫通孔２５０ａと同様であるので説明を省略する。
【００６６】
貫通孔２５０ｃは、側面部２５２ｃおよび側面部２５４ｃを持つ。側面部２５２ｃおよび側面部２５４ｃは、それぞれ仕切部２４０−３および仕切部２４０−４の対向する側面部である。貫通孔２５０ｃは、第３の厚さを有する側面部２５２ｃと、第４の厚さを有する側面部２５４ｃとにより形成される。第４の厚さは、第１の厚さより小さいとする。ここで、第２の厚さと第３の厚さとの差は、第３の厚さと第４の厚さとの差とは異なるとする。
【００６７】
貫通孔２５０ｄは、貫通孔２５０ａと同様の形状を持つ。貫通孔２５０ｄは、第１の厚さを有する側面部２５２ｄと、第２の厚さを有する側面部２５４ｄとにより形成される。側面部２５２ｄおよび側面部２５４ｄは、それぞれ仕切部２４０−４および仕切部２４０−５によって提供される。仕切部２４０−４は、一方の側に第４の厚さの側面部２５４ｃを持ち、他方の側に第１の厚さの側面部２５２ｄを持つ。本例では貫通孔２５０ｄまでしか例示していないが、仕切板２４２には、貫通孔２５０ａ、貫通孔２５０ｂ、貫通孔２５０ｃがこの順で等間隔に繰り返して一列に形成される。
【００６８】
第１液体領域２１０に充填された第１液体の圧力を特定の圧力にすると、当該圧力に応じて、液体の圧力差と表面張力とが釣り合うように平面状の界面が形成される。各貫通孔２５０内において第２液体が充填された状態で釣り合った状態となるよう第１液体の圧力を第１圧力にすると、プリズム要素２８２のように本図の破線で示す液体界面が形成される。具体的には、各貫通孔２５０において、側面部２５２の第１液体領域２１０側の端部と側面部２５４の第１液体領域２１０側の端部で液体界面が担持される。仕切板２４２は第１液体側において略平面状の端面を持つ。すなわち、仕切部２４０のそれぞれの第１液体側は略同一平面を形成する。当該端面はハウジング２００の像側と平行であるので、破線で示す液体界面は、プリズム効果を実質的に有さない。
【００６９】
一方、各貫通孔２５０内において第１液体が充填された状態で釣り合った状態となるよう、第１液体の圧力を第１圧力より高めて第２圧力にすると、液体界面の位置は第２液体側に移動して、プリズム要素２８１のように本図の実線で示す液体界面が形成される。例えば、各貫通孔２５０において、側面部２５２の第２液体領域２２０側の端部および側面部２５４の第２液体領域２２０側の端部に液体界面が担持される。この液体界面の傾きは、各貫通孔２５０を形成する側面部の厚さに応じた傾きになる。したがって、この状態では、異なる３種類の角度のプリズム角を持つプリズムが順に繰り返し形成されたプリズム列が形成される。
【００７０】
マイクロレンズ部１５０および受光部１６０の構成について説明する。複数のマイクロレンズ１５２は、複数の貫通孔２５０に対応して透明基板上に設けられる。受光部１６０は、複数のカラーフィルタ２６０、遮光部２６２、および、複数の受光素子１６２を有する。複数のカラーフィルタ２６０および複数の受光素子１６２は、貫通孔２５０に対応して設けられる。すなわち、マイクロレンズ１５２、カラーフィルタ２６０および受光素子１６２は、複数の貫通孔２５０に対応してそれぞれ設けられる。
【００７１】
カラーフィルタ２６０は、対応する貫通孔２５０およびマイクロレンズ１５２を通過した被写体光のうち、予め定められた波長域の光を選択的に透過して対応する受光素子１６２にそれぞれ受光させる。カラーフィルタ２６０は、赤に属する波長域の光を透過するカラーフィルタ、緑に属する波長域の光を透過するカラーフィルタ、青に属する波長域の光を透過するカラーフィルタのいずれかであってよい。カラーフィルタ２６０は、カラー画像を撮像すべく、予め定められたパターンで受光素子１６２に配列される。
【００７２】
遮光部２６２は、隣接画素との間の干渉を防ぐべく、複数の受光素子１６２のそれぞれの受光開口を画定する開口２６４が、複数の受光素子１６２のそれぞれに対応する位置に形成されている。被写体光は、貫通孔２５０、マイクロレンズ１５２、カラーフィルタ２６０を通じて受光素子１６２に向かう。複数の受光素子１６２は、対応する開口２６４を通過した光をそれぞれ受光して、光電変換により撮像信号を形成する電圧信号をそれぞれ生成する。
【００７３】
本図の破線で示した液体界面が形成されている状態では、当該液体界面はプリズム効果を有しない。このため、この状態では、受光素子１６２は、射出瞳１２０のうちの光軸を中心とする領域を通過した光を受光する。したがって、複数の受光素子１６２によって形成される画像は、レンズ系１００の光軸近傍領域が持つ焦点距離の画像となる。この場合、１つの焦点距離での撮影となるが、高解像度の画像を得ることができる。
【００７４】
本図の実線で示した液体界面が形成されている状態では、貫通孔２５０ａ〜ｃには、異なるプリズム角を持つ液体界面が形成される。したがって、この状態では、受光素子１６２ａ〜ｃが受光する光束の向きは、射出瞳１２０の互いに異なる瞳領域１２２に向けられる。ここでは、貫通孔２５０ａに形成される液体界面、貫通孔２５０ｂに形成される液体界面および貫通孔２５０ｃに形成される液体界面が、それぞれ図１で例示したプリズム要素１４２ａ、プリズム要素１４２ｂおよびプリズム要素１４２ｃを形成する。この状態では、複数の焦点距離で撮像した画像を得ることができる。
【００７５】
このように、プリズム要素１４２は、屈折率が互いに異なる第１液体と第２液体との間の液体界面でプリズム界面が形成される液体プリズム要素である。制御部１８０は、複数のプリズム要素１４２にそれぞれ対応する受光素子１６２の受光する光束の向きを制御すべく、レンズ系１００の光軸に対するプリズム界面の傾きを制御する。具体的には、制御部１８０は、貫通孔２５０の側面部２５２における液体界面の位置および側面部２５２に対向する側面部２５４における液体界面の位置を制御することにより、光軸に対するプリズム界面の傾きを制御する。
【００７６】
例えば、制御部１８０は、第１液体領域２１０に連通する液体領域２３０内の圧力を制御することにより、第１液体の圧力を制御する。具体的には、ハウジング２００は、液体領域２３０内の第１液体に接する弾性面２８０を持つ。また、偏向部１４０は、液体領域２３０の体積を制御すべく弾性面２８０を変位させる駆動部２９０を有する。駆動部２９０としては、圧電素子を有することができる。圧電素子はピエゾ素子であってよい。制御部１８０は、圧電素子に印加する電圧を制御して圧電素子の形状を変化させ、それにより弾性面２８０に当接する先端部を紙面左右方向に変位させる。
【００７７】
制御部１８０は、第１液体と第２液体の界面を貫通孔２５０の側面部に沿って物体側の方向に移動させる場合には、液体領域２３０の体積が減少する方向に駆動部２９０の先端部を変位させる。これにより、第１液体の内圧が高まり、液体界面は物体側の方向に移動する。制御部１８０は、貫通孔２５０の側面部に沿って像側方向に液体界面を移動させる場合には、液体領域２３０の体積が増加する方向に駆動部２９０の先端部を変位させる。これにより、第１液体の内圧が低下して、液体界面は像側の方向に移動する。
【００７８】
本例の偏向部１４０のように、制御部１８０が液体領域２１０の内圧を制御することにより、貫通孔２５０の側面部２５２での液体界面の位置および当該側面部２５２に対向する側面部２５４での液体界面の位置が制御され、したがって光軸に対する液体界面の傾きが制御される。すなわち、制御部１８０は、液体領域２１０の内圧を制御することにより、プリズム要素１４２の傾きを制御することができる。特に本例の仕切板２４２のように、制御部１８０が仕切部２４０の両側面部で囲まれる領域内に第１液体が充填された状態と、当該領域内に第２液体が充填された状態との間で切り替えることにより、光軸に対する液体界面が異なる傾きに切り替えられる。本例の偏向部１４０によれば、制御部１８０は、射出瞳１２０における光軸を含む瞳領域を通過した被写体光１３０を受光素子１６２に受光させる場合に、光軸に対して液体界面を略直交させ、射出瞳１２０における光軸を含まない瞳領域１２２を通過した被写体光１３０を受光素子１６２に受光させる場合に、光軸に対して液体界面を傾斜させることができる。液体領域２１０の内圧を制御することにより受光素子１６２の受光する光束の向きを高速に制御することができるので、多焦点距離の撮影と高解像度の撮影とを高速に切り替えることができる。
【００７９】
図３は、光軸に垂直な面で偏向部１４０を切断した模式断面を示す。本図は、図２の仕切板２４２を切断した模式断面を例示する。被写体光は紙面に向かって進行するとし、参照のために受光素子１６２の位置を破線で模式的に示した。図示されるように、仕切板２４２には貫通孔２５０がマトリクス状に形成される。受光素子１６２も貫通孔２５０に対応する位置に設けられる。すなわち、貫通孔２５０および複数の受光素子１６２はマトリクス状に配置される。貫通孔２５０および受光素子１６２は、行方向３５０および列方向３６０に略等間隔で設けられる。
【００８０】
具体的には、仕切部２４０−１、仕切部２４０−２、仕切部２４０−３および仕切部２４０−４は、列方向３６０に延伸する部材である。これらの行の間は、行方向３５０に延伸する部材で仕切られる。これにより、貫通孔２５０ａ〜ｄの他に、行方向３５０に並ぶ貫通孔の列が、複数形成される。例えば、貫通孔２５０ａを先頭とする行、貫通孔２５０ｅを先頭とする行、貫通孔２５０ｆを先頭とする行に、行方向３５０に並ぶ貫通孔の列が形成される。
【００８１】
図２に関連して説明したように、仕切部２４０−１は、レンズ系１００の光軸方向に沿って第１の厚さの側面部を側部に持つ。また、仕切部２４０−２は、レンズ系１００の光軸方向に沿って第２の厚さの側面部を両側部に持つ。仕切部２４０−３は、レンズ系１００の光軸方向に沿って第３の厚さの側面部を両側部に持つ。仕切部２４０−４は、レンズ系１００の光軸方向に沿って第４の厚さの側面部と第１の厚さの側面部とを側部に持つ。つまり、仕切板２４２は、対向する側面部の間で厚さの差を呈する仕切部を持つ。また、隣り合う貫通孔２５０の間で当該厚さの差が異なるよう、２種類以上の仕切部が順次に形成される。これにより、行方向３５０に互いに異なるプリズム角を提供する貫通孔２５０が複数の行に順次に配置される。
【００８２】
本図では３種類の傾きを持つプリズム角を同時に形成すべく３種類の仕切部を形成する仕切板２４２を例示した。２種類以上のプリズム角度を同時に形成する場合は、２種類の仕切部が交互に形成されるようにすればよい。つまり、レンズ系１００の光軸方向に沿って第１の厚さの側面部を両側部に持つ第１仕切部と、光軸方向に沿って第２の厚さの側面部を両側部に持つ第２仕切部とによって、貫通孔２５０が形成されればよい。具体的には、貫通孔２５０は、第１仕切部の側面部と、第１仕切部に隣り合う第２仕切部の側面部とによりそれぞれ形成される。そして、制御部１８０が、仕切部２４０の側面部で囲まれる領域内に第１液体が充填された状態に制御することで、光軸に対する液体界面の傾きを列方向３６０に互いに異ならせることができる。
【００８３】
また、貫通孔２５０ａ〜ｄは、液体領域２１０を介して連通している。液体領域２１０は複数の領域に区画されていてもよいが、区画されていなくてもよい。液体領域２１０が区画されている場合、区画された複数の液体領域２１０に対応してそれぞれ駆動部が設けられ、各駆動部は対応する液体領域２１０内の第１液体の圧力を制御する。本図の例では、行毎に駆動部２９０、駆動部２９１、駆動部２９２が設けられる。これにより、１の駆動部で第１液体領域の内圧を制御する場合と比較して、速やかにプリズム要素を制御することができる。なお、液体領域２１０が複数の領域に区画されておらず全貫通孔が液体領域２１０で連通している場合でも、駆動部を複数設けてもよい。すなわち、第１液体領域２１０の内圧を、複数の駆動部で制御してもよい。
【００８４】
図４は、受光部１６０と物体との結像関係を模式的に示す。Ｐ１、Ｐ２およびＰ３は、それぞれ近距離被写体、中距離被写体および遠距離被写体の位置とする。Ｐ３からの光は、レンズ１１０ａの長焦点距離を提供する第３光学面および瞳領域１２２ａを通過して、受光部１６０の位置である像面４００に結像する。Ｐ２からの光は、レンズ１１０ａの中焦点距離を提供する第２光学面および瞳領域１２２ｂを通過して、像面４００に結像する。Ｐ１からの光は、レンズ１１０ａの短焦点距離を提供する第１光学面および瞳領域１２２ｃを通過して、像面４００に結像する。
【００８５】
このため、撮像装置１０は、瞳領域１２２ａを通過する光束に対するレンズ系１００の被写界深度内、瞳領域１２２ｂを通過する光束に対するレンズ系１００の被写界深度内、および、瞳領域１２２ｃを通過する光束に対するレンズ系１００の被写界深度内の少なくともいずれかの中に位置する被写体につき、合焦した像を生成することができる。瞳領域１２２ｂを通過する光束に対するレンズ系１００の被写界深度の前端が、瞳領域１２２ｃを通過する光束に対するレンズ系１００の被写界深度の後端より撮像装置１０側に存在し、瞳領域１２２ａを通過する光束に対するレンズ系１００の被写界深度の前端が、瞳領域１２２ｂを通過する光束に対するレンズ系１００の被写界深度の後端より撮像装置１０側に存在する場合、撮像装置１０は、Ｐ１に対する被写界深度の前端からＰ３に対する被写界深度の後端までに存在する被写体につき、合焦した像を生成することができる。このため、レンズ系１００および光学装置１１５によれば、実効的な被写界深度を拡大することができる。
【００８６】
図５は、合成画像５５０を生成する処理の一例を模式的に示す。短焦点画像５１０、中焦点画像５２０、長焦点画像５３０は、画像生成部１７０が生成した異なる焦点距離の画像の一例であり、それぞれ短焦点距離の第１光学面、中焦点距離の第２光学面および長焦点距離の第３光学面を通過した光による画像とする。
【００８７】
短焦点画像５１０には、撮像装置１０から近距離の位置Ｐ１に存在する近距離被写体の像である近距離被写体像５１２、撮像装置１０から中距離の位置Ｐ２に存在する中距離被写体の像である中距離被写体像５１４、および、撮像装置１０から遠距離の位置Ｐ３に存在する遠距離被写体の像である遠距離被写体像５１６が含まれる。短焦点距離の第１光学面は、近距離の位置Ｐ１からの被写体光を受光部１６０に結像することができる。このため、近距離被写体像５１２、中距離被写体像５１４および遠距離被写体像５１６のうち、近距離被写体像５１２が最も鮮明な像となる。
【００８８】
中焦点画像５２０には、近距離被写体の像である近距離被写体像５２２、中距離被写体の像である中距離被写体像５２４、および、遠距離被写体の像である遠距離被写体像５２６が含まれる。中焦点距離の第２光学面は、中距離の位置Ｐ２からの被写体光を受光部１６０に結像することができる。このため、近距離被写体像５２２、中距離被写体像５２４および遠距離被写体像５２６のうち、中距離被写体像５２４が最も鮮明な像となる。
【００８９】
長焦点画像５３０には、近距離被写体の像である近距離被写体像５３２、中距離被写体の像である中距離被写体像５３４、および、遠距離被写体の像である遠距離被写体像５３６が含まれる。遠焦点距離の第３光学面は、遠距離の位置Ｐ３からの被写体光を受光部１６０に結像することができる。このため、近距離被写体像５３２、中距離被写体像５３４および遠距離被写体像５３６のうち、遠距離被写体像５３６が最も鮮明な像となる。なお、本図では、被写体像の鮮明さを線の細さで表した。
【００９０】
画像生成部１７０は、近距離被写体像５１２、中距離被写体像５２４および遠距離被写体像５３６を用いて合成画像５５０を生成する。これにより、それぞれ鮮明な近距離被写体像５５２、中距離被写体像５５４および遠距離被写体像５５６を含む合成画像５５０を生成することができる。このため、被写界深度が拡大された 合成画像５５０を提供することができる。なお、短焦点画像５１０、中焦点画像５２０および長焦点画像５３０のうち、最も長い焦点距離の第３光学面による長焦点画像５３０が、最も倍率が高い画像となる。画像生成部１７０は、各光学面の焦点距離に応じて各被写体像を倍率補正して合成する。画像生成部１７０は、近距離被写体像５１２および中距離被写体像５２４を、長焦点画像５３０の倍率に合わせて倍率補正して長焦点画像５３０に合成してよい。
【００９１】
このように、画像生成部１７０は、射出瞳１２０のいずれの瞳領域１２２を通過した被写体光により被写体の画像を生成すべきかを選択し、選択した瞳領域１２２を通過した被写体光を受光する複数の受光素子１６２の撮像信号を用いて、被写体の画像を生成する。画像生成部１７０は、射出瞳１２０のいずれの瞳領域１２２を通過した被写体光により被写体の画像を生成するかを選択する場合に、被写体距離、および、射出瞳１２０の複数の瞳領域１２２にそれぞれ対応する焦点距離に基づいて、受光部１６０の位置に結像する被写体光が通過する瞳領域１２２を選択してよい。画像生成部１７０は、２以上の瞳領域１２２を選択してよい。すなわち、画像生成部１７０は、被写体距離の範囲、および、複数の瞳領域１２２にそれぞれ対応する焦点距離に基づいて、受光部１６０の位置に結像する被写体光が通過する瞳領域１２２を少なくとも１つ選択する。
【００９２】
図６は、偏向部１４０の構成の他の一例を模式的に示す。図２に例示した偏向部１４０は、第１状態で射出瞳１２０の異なる３つの瞳領域を通過する光束でそれぞれ撮像することができ、第２状態では射出瞳１２０の１つの瞳領域を通過する光束で撮像することができる。本例の偏向部１４０は、液体界面の状態として三の状態を有し、それぞれの状態で異なる３つの瞳領域を通過する光束でそれぞれ撮像することができる構成を有する。特に、第１液体側および第２液体側における仕切板２４２の面形状および貫通孔２５０を形成する側面部の構成が、図２に例示した仕切板２４２とは異なる。ここでは、その差異を中心に説明する。
【００９３】
本例の貫通孔２５０ａは、仕切部６４０−１が有する第１の厚さの側面部６４２ａと、仕切部６４０−２が有する第４の厚さの側面部６４４ａとによって形成される。第４の厚さは、第２の厚さよりも厚い。また、本例の貫通孔２５０ａにおいて、両側面部の第２液体側の端点を結ぶ界面は、図２に例示した貫通孔２５０ａの第２液体側で形成される界面と同じプリズム角を持つ。したがって、当該界面で形成されるプリズム要素は、受光素子１６２ａが受光する光を瞳領域１２２ａを通過したものに制限する。そして、本図の破線で示されるように、本例の貫通孔２５０ａにおいて両側面部の第１液体側の端点を結ぶ界面は、光軸に垂直面から傾斜したプリズム角を持つ。当該プリズム角を持つプリズム要素１４２ａは、受光素子１６２ａが受光する光を、射出瞳１２０において光軸近傍領域と瞳領域１２２ｃと間の瞳領域を通過したものに制限する。
【００９４】
本例の貫通孔２５０ｂは、仕切部６４０−２が有する第４の厚さの側面部６４２ｂと、仕切部６４０−３が有する第４の厚さの側面部６４４ｂとによって形成される。仕切部６４０−２と仕切部６４０−３とは、光軸方向に同位置に位置する。このため、第２液体側の端点および第１液体側の端点の双方で、光軸に垂直な界面が形成される。したがって、貫通孔２５０ｂに形成される界面は、受光部１６０ｂが受光する光を、射出瞳１２０の光軸近傍領域を通過したものに制限する。
【００９５】
本例の貫通孔２５０ｃは、仕切部６４０−３が有する第４の厚さの側面部６４２ｃと、仕切部６４０−４が有する第１の厚さの側面部６４４ｂとによって形成される。本例の貫通孔２５０ｃにおいて、両側面部の第２液体側の端点を結ぶ界面は、図２に例示した貫通孔２５０ｃの第２液体側で形成される界面と同じプリズム角を持つとする。したがって、当該界面で形成されるプリズム要素は、受光素子１６２ｃが受光する光を瞳領域１２２ｃを通過したものに制限する。そして、本図の破線で示されるように、本例の貫通孔２５０ｃにおいて両側面部の第１液体側の端点を結ぶ界面は、光軸に垂直面から傾斜したプリズム角を持つ。当該プリズム角を持つプリズム要素１４２ｃは、受光素子１６２ｃが受光する光を、射出瞳１２０において光軸近傍領域と瞳領域１２２ａと間の瞳領域を通過したものに制限する。
【００９６】
貫通孔２５０ｄは、仕切部６４０−３が有する第１の厚さの側面部６４２ｄと、仕切部６４０−５が有する第４の厚さの側面部６４４ｄとによって形成される。仕切部６４０−５は、仕切部６４０−２と同様の部材とする。このため、貫通孔２５０ｄに形成されるプリズム要素は、貫通孔２５０ａに形成されるプリズム要素と同様となるので、説明を省略する。
【００９７】
また、本例の仕切板２４２によれば、プリズム要素６８０−２のように本図の一点鎖線で示したプリズム要素が形成される。一点鎖線で示したプリズム要素は、プリズム要素６８０−１のような実線で示したプリズム角よりも傾斜が小さく、プリズム要素６８０−３のような破線で示したプリズム角よりも傾斜が大きいプリズム角を持つ。本図の一点鎖線で示したプリズム要素を安定して保持する構成については、図７に関連して説明する。
【００９８】
制御部１８０は、液体領域２１０の内圧を制御することにより、本例の実線、破線、一点鎖線のいずれかの状態に液体界面の傾きを制御することができる。すなわち、制御部１８０は、射出瞳１２０における光軸を含まない瞳領域１２２を通過した被写体光１３０を受光素子１６２に受光させる場合に、光軸に対して液体界面を第１の傾きに傾斜させ、射出瞳１２０における光軸を含まない他の瞳領域１２２を通過した被写体光１３０を受光素子１６２に受光させる場合に、光軸に対して液体界面を第２の傾きに傾斜させる。
【００９９】
本例の偏向部１４０によれば、本図の実線、一点鎖線および破線で示したように、液体界面は三の状態に制御することができる。このため、異なる組み合わせのプリズム角で撮像することができる。液体界面の三の状態で得られる被写界深度については、図８に関連して説明する。
【０１００】
図７は、仕切板２４２の変形例を示す。図６に例示した仕切板２４２の、特に図６のＢ部を取り上げて、仕切板２４２の変形例を説明する。
【０１０１】
側面部６４２ａには、貫通孔２５０ａの内側に向かう突起部７００および突起部７０１が形成される。側面部６４４ａには、貫通孔２５０ａの内側に向かう突起部７０２、突起部７０３および突起部７０４が形成される。いずれの突起部も、液体界面がトラップされる程度の厚みを有する。突起部７０３は、光軸方向において、突起部７００よりも液体領域２２０側に位置する。
【０１０２】
第１状態では、液体領域２２０側の端部の突起部７００の先端と、液体領域２２０側の端部の突起部７０２の先端との間に界面が形成されて、プリズム要素６８０−１となる。第２状態では、液体領域２１０側の端部の突起部７０１の先端と、液体領域２１０側の端部の突起部７０４の先端との間に界面が形成されて、プリズム要素６８０−３となる。第３状態では、液体領域２２０側の端部の突起部７００の先端と、側面部６４４ａの突起部７０３の先端との間に界面が形成されて、プリズム要素６８０−２となる。
【０１０３】
本例によると、側面部６４２ａおよび側面部６４４ａが突起部を有しているので、液体界面が当該突起部の先端にトラップされやすくなる。そのため、プリズム角の制御を安定して行うことができる。
【０１０４】
本例では、図６のＢ部を取り上げて、貫通孔２５０ａに形成される突起部を説明した。仕切板２４２が有する全ての貫通孔２５０に意図した位置に界面をトラップさせるべく突起部を形成してよく、図１から図６にかけて説明した仕切板２４２の貫通孔２５０にも、意図した位置に界面をトラップさせるべく突起部を形成してよいことはいうまでもない。
【０１０５】
図８は、プリズム要素１４２の三の状態でそれぞれ結像され得る物体位置の一例を模式的に示す。貫通孔２５０ａ、貫通孔２５０ｂおよび貫通孔２５０ｃに形成された界面によって、受光素子１６２が受光できる光束に対する焦点距離が定まり、したがって受光部１６０に結像し得る物体位置が定まる。そこで、本図では、結像し得る物体位置を、貫通孔２５０の符号の添え字を用いて示す。
【０１０６】
撮像装置１０は、制御部１８０の制御により、図６および図７に関連して述べたプリズム要素１４２の三の状態を、被写界深度の異なる撮像モードとして使用して撮像する。具体的には、大深度モード、中深度モードおよび狭深度モードとして使用する。図６に関連して述べたように、貫通孔２５０ｂに形成される界面によれば、いずれの状態においても、光軸を中心とする瞳領域を通過した光束によって被写体像が形成される。したがって、いずれのモードにおいても、結像し得る物体位置は変化しない。
【０１０７】
大深度モードは、図６の実線で示した界面が形成された状態に対応する。貫通孔２５０ａおよび貫通孔２５０ｃに形成される界面は、比較的に傾斜が大きいプリズム角を持つ。したがって、貫通孔２５０ａに形成されたプリズム要素によれば、比較的に遠い物体位置ａからの被写体光が、受光部１６０に結像される。また、貫通孔２５０ｃに形成されたプリズム要素によれば、比較的に近い物体位置ｃからの被写体光が、受光部１６０に結像される。
【０１０８】
中深度モードは、図６の一点鎖線で示した界面が形成された状態に対応する。貫通孔２５０ａおよび貫通孔２５０ｃに形成される界面は、大深度モードよりも傾斜が小さいプリズム角を持つ。したがって、物体位置ａは、大深度モードでの物体位置ａよりも撮像装置１０に近い位置となる。また、物体位置ｃは、大深度モードでの物体位置ｃよりも遠い位置となる。
【０１０９】
狭深度モードは、図６の点線で示した界面が形成された状態に対応する。貫通孔２５０ａおよび貫通孔２５０ｃに形成される界面は、傾斜の向きが反転しつつも中深度モードよりもさらに傾斜が小さいプリズム角を持つ。したがって、物体位置ｃは、中深度モードでの物体位置ａよりも撮像装置１０に近い位置となる。また、物体位置ａは、大深度モードでの物体位置ｃよりも遠い位置となる。 
【０１１０】
このため、比較的に広い距離範囲にわたって被写体が存在している場合、撮像装置１０は、大深度モードで撮像して、図５に例示した合成処理をすることによって、鮮明な被写体像を得ることができる。一方、狭い距離範囲に被写体が集中して存在している場合、撮像装置１０は、狭深度モードで撮像し図５に例示した合成処理をすることによって、鮮明な被写体像を得ることができる。また、ある程度の距離範囲にわたって被写体が存在していると判断された場合、撮像装置１０は、中深度モードで撮像し図５に例示した合成処理をすることによって、鮮明な被写体像を得ることができる。撮像装置１０は、解像する必要がある被写体までの距離に基づいて、いずれかの撮像モードを選択することができる。撮像装置１０は、撮像装置１０のユーザからの指示に基づいていずれかの撮像モードを選択してよく、被写体の測距情報に基づきいずれかの撮像モードを選択してもよい。
【０１１１】
また、撮像装置１０は、大深度モード、中深度モードおよび狭深度モードのうちの複数のモードを切り替えて複数回撮像してよい、撮像装置１０は、図５に例示したように、モードを切り替えて撮像して得られた複数の画像の中から最も合焦した被写体像を選択して合成してよい。これにより、細やかな距離分解で合焦した被写体像を提供することができる。
【０１１２】
このように、制御部１８０は、被写体距離およびレンズ１１０ａが有する焦点距離に基づいて、被写体光が受光部１６０に結像するよう、受光部１６０に受光させる瞳領域１２２の組み合わせを選択する。具体的には、制御部１８０は、対応する受光素子１６２が受光する光束の向きを、受光部１６０の位置に結像する被写体光が通過する瞳領域１２２に指向させるべく、被写体距離に基づいてプリズム界面の傾きを制御する。また、本図に例示したように、制御部１８０は、被写体が存在する距離範囲およびレンズ１１０ａが有する焦点距離に基づいて、いずれの瞳領域１２２を通過した光で撮像するかを制御することができる。
【０１１３】
図９は、他の偏向光学要素を備える受光ユニット２０の一例を模式的に示す。本例の受光ユニット２０は、マイクロレンズ部１５０および受光部１６０を有する。マイクロレンズ部１５０は、複数のマイクロレンズ９５２を含む。受光部１６０は、複数のカラーフィルタ２６０、複数の受光素子１６２および遮光部２６２を含む。本例の受光ユニット２０は、図１から８にかけて説明した偏向光学要素としてのプリズム要素１４２に替えて、マイクロレンズ９５２を偏向光学要素として有する。ここでは、図１から８にかけて説明した受光ユニット２０との差異を中心に説明する。
【０１１４】
マイクロレンズ９５２には、射出瞳１２０の略全面を通過した光が入射する。本例においても、マイクロレンズ９５２は、射出瞳１２０の一部領域を通過した光を各受光素子１６２に受光させる大きさの屈折力を持つ。したがって、受光素子１６２が受光することができる光束の大きさは、射出瞳１２０の一部範囲を通過するものに制限される。本例の受光ユニット２０では、マイクロレンズ９５２の光軸が、レンズ系１００の光軸に垂直な面内において受光素子１６２の中心位置に対し偏倚して設けられる。受光素子１６２の中心位置とは、受光素子１６２が受光し光電変換に利用できる光が通過する領域の中心位置とする。本例において、受光素子１６２の中心位置とは、受光素子１６２の近傍に位置する遮光部２６２に形成された受光開口の中心であってよい。
【０１１５】
マイクロレンズ９５２は、予め定められた瞳領域１２２を通過した光を対応する受光素子１６２に受光させるべく、それぞれの偏倚量が設計されている。マイクロレンズ９５２の屈折力および偏倚により、受光素子１６２が受光することができる光束は、射出瞳１２０の一部領域を通過したものに制限される。本例では、マイクロレンズ９５２ａは、受光素子１６２ａが受光開口を通じて受光できる光を瞳領域１２２ａを通過したものに制限する。同様に、マイクロレンズ９５２ｂおよびｃは、対応する受光素子１６２ａおよびｃが受光開口を通じて受光できる光を、それぞれ瞳領域１２２ｂおよびｃを通過したものに制限する。マイクロレンズ９５２ｄは、マイクロレンズ９５２ａと同様、受光素子１６２ｄが受光開口を通じて受光できる光を瞳領域１２２ａを通過したものに制限する。このように、複数のマイクロレンズ９５２は、それぞれ予め定められた瞳領域１２２を通過した被写体光を対応する受光素子１６２に受光させるべく、光軸を受光素子１６２の受光開口に対して偏倚して設けられる。
【０１１６】
なお、図１から図９にかけて説明したマイクロレンズ１５２またはマイクロレンズ９５２は、焦点距離の差が無視できる程度に瞳の広さを制限できればよい。したがって、制御部１８０は、焦点距離の差が無視できる程度に瞳の広さを制限するべく、マイクロレンズ１５２の屈折力を制御してよい。このとき、制御部１８０は、焦点距離毎に瞳の広さを異なる広さに制限すべく、マイクロレンズ１５２の屈折力を制御してよい。
【０１１７】
図１０は、他の偏向光学要素を備える受光ユニットの一例を模式的に示す。本例の受光ユニット２０は、マイクロレンズ部１５０および受光部１６０を有する。マイクロレンズ部１５０は、複数のマイクロレンズ１０５２を含む。受光部１６０は、複数のカラーフィルタ２６０、遮光部１０６０および遮光部１０７０、複数の受光素子１６２および遮光部２６２を含む。本例の受光ユニット２０は、図１から８にかけて説明した偏向光学要素としてのプリズム要素１４２に替えて、遮光部１０６０および遮光部１０７０を偏向光学要素として有する。ここでは、図１から８にかけて説明した受光ユニット２０との差異を中心に説明する。
【０１１８】
マイクロレンズ１０５２には、射出瞳１２０の略全面を通過した光が入射する。本例では、マイクロレンズ１０５２は、射出瞳１２０の略全面を通過した光を受光素子１６２に向けて集光する大きさの屈折力を持つ。マイクロレンズ１０５２が有する屈折力は、図１から９に関連して説明したマイクロレンズ１５２またはマイクロレンズ９５２が有する屈折力よりも小さくてよい。本例の受光ユニット２０では、遮光部１０６０および遮光部１０７０にはそれぞれ開口１０６２および開口１０７２が形成されている。マイクロレンズ１０５２により受光素子１６２に向けて集光される光のうち、開口１０６２および開口１０７２を通過した一部の光が、遮光部２６２に形成された受光開口を通じて受光素子１６２に入射する。
【０１１９】
開口１０６２および開口１０７２は、レンズ系１００の光軸に垂直な面内において互いに偏倚して設けられる。開口１０６２および開口１０７２は、予め定められた瞳領域１２２を通過した光を対応する受光素子１６２に受光させるべく、それぞれの位置が設計されている。開口１０６２および開口１０７２の偏倚により、受光素子１６２が受光することができる光束は、射出瞳１２０の一部領域を通過したものに制限される。本例では、開口１０６２および開口１０７２は、受光素子１６２ａが受光開口を通じて受光できる光を瞳領域１２２ａを通過したものに制限する。受光素子１６２ｂ〜ｄに対応する開口も同様であるので、説明を省略する。このように、遮光部１０６０および遮光部１０７０は、対応する受光素子１６２に対し予め定められた瞳領域１２２への指向性を持つ開口を有する。
【０１２０】
遮光部１０６０および遮光部１０７０ではなく、遮光部２６２が、対応する受光素子１６２に対し予め定められた瞳領域１２２への指向性を持つ開口を有していてもよい。
【０１２１】
図１１は、本例の受光ユニットの一例を模式的に示す。本例の受光ユニット２０は、図１から８にかけて説明した偏向光学要素としてのプリズム要素１４２に替えて、遮光部２６２の開口１２６４を偏向光学要素として有する。
【０１２２】
マイクロレンズ１０５２には、射出瞳１２０の略全面を通過した光が入射する。本例では、マイクロレンズ１０５２は、射出瞳１２０の略全面を通過した光を受光素子１６２に向けて集光する大きさの屈折力を持つ。マイクロレンズ１０５２が有する屈折力は、図１から９に関連して説明したマイクロレンズ１５２またはマイクロレンズ９５２が有する屈折力よりも小さくてよい。
【０１２３】
本例の受光ユニット２０では、遮光部２６２の開口１２６４が、レンズ系１００の光軸に垂直な面内において受光素子１６２の中心位置に対し偏倚して設けられる。ここでは、受光素子１６２の中心位置とは、受光素子１６２が受光し光電変換に利用できる光が通過する領域の中心位置とする。
【０１２４】
開口１２６４は、予め定められた瞳領域１２２を通過した光を対応する受光素子１６２に受光させるべく、それぞれの偏倚量が設計されている。開口１２６４の偏倚により、受光素子１６２が受光することができる光束は、射出瞳１２０の一部領域を通過したものに制限される。本例では、開口１２６４ａは、受光素子１６２ａが受光できる光を瞳領域１２２ａを通過したものに制限する。同様に、開口１２６４ｂおよびｃは、対応する受光素子１６２ａおよびｃが受光できる光を、それぞれ瞳領域１２２ｂおよびｃを通過したものに制限する。開口１２６４ｄは、開口１２６４ａと同様、受光素子１６２ｄが受光できる光を瞳領域１２２ａを通過したものに制限する。このように、遮光部２６２の複数の開口１２６４は、それぞれ予め定められた瞳領域１２２を通過した被写体光を対応する受光素子１６２に受光させるべく、受光素子１６２の中心位置に対し偏倚して設けられる。
【０１２５】
このように、遮光部２６２は、対応する受光素子１６２に対し予め定められた瞳領域１２２への指向性を持つ開口を有する。
【０１２６】
図１２は、撮像装置１０１０の他のブロック構成の一例を示す。本例の撮像装置１０１０は、レンズ系１００、受光ユニット２０、画像生成部１７０および画像記録部１９０を備える。
【０１２７】
レンズ系１００は、図１から図８にかけて説明したレンズ系１００と同様の構成を有し、例えば、累進屈折力レンズであるレンズ系１００ａを有している。
【０１２８】
受光ユニット２０は、マイクロレンズ部１５０および受光部１６０を有する。本例の受光ユニット２０は、図１から図８にかけて説明した偏向部１４０に替えて、受光部１６０に偏向光学要素を有する。マイクロレンズ部１５０は、複数のマイクロレンズ１５２を有するとともに、偏向光学要素として１つのマイクロレンズ１５２に対して受光素子群１１６２が対応して設けられている。すなわち、マイクロレンズ１５２ａに対応して受光素子群１１６２ａが、マイクロレンズ１５２ｂに対応して受光素子群１１６２ｂが、マイクロレンズ１５２ｃに対応して受光素子群１１６２ｃが設けられている。
【０１２９】
図１３は、レンズ系１００側から見たマイクロレンズ１５２と、マイクロレンズ１５２に対応して設けられた受光素子群１１６２の一例を示す模式図である。同図に示すように、１つのマイクロレンズ１５２には、１つの受光素子群１１６２が対応して配置されており、受光素子群１１６２は、９個の受光素子１１６２−１ａ、１ｂ、１ｃ、１１６２−２ａ、２ｂ、２ｃ、１１６２−３ａ、３ｂ、３ｃから構成されている。
【０１３０】
なお、受光素子群を構成する受光素子の数は９個に限定されるものではなく、適宜決めればよい。このように、複数の受光素子単位毎にマイクロレンズ１５２が設けられている。マイクロレンズ１５２は、射出瞳１２０の各領域を通過した光を、対応する受光素子１１６２−１ａ〜３ｃにそれぞれ受光させる大きさの屈折力を持つ。
【０１３１】
図１４は、撮像装置１０１０の受光ユニットを拡大して示した模式図である。同図に示すように、レンズ系１００の射出瞳１２０の瞳領域１２２ａを通過した光は、マイクロレンズ１５２により、受光素子１１６２−１（第１の受光素子に相当）に受光される。
【０１３２】
また、瞳領域１２２ｂを通過した光は、マイクロレンズ１５２により、受光素子１１６２−２（第２の受光素子に相当）に受光される。
【０１３３】
同様に、瞳領域１２２ｃを通過した光は、マイクロレンズ１５２により、受光素子１１６２−３に受光される。
【０１３４】
このように、マイクロレンズが累進屈折力レンズの瞳と複数の受光セルとを結像関係を結ぶことで、各々の受光素子が受光する光は、レンズ１１０の射出瞳１２０における予め定められた瞳領域１２２を通過したものに制限される。
【０１３５】
受光素子群１１６２の各受光素子は、受光量に応じた強度の撮像信号を、画像生成部１７０に出力する。画像生成部１７０は、複数の受光素子群１１６２の撮像信号から、被写体の画像を生成する。具体的には、画像生成部１７０は、受光素子群１１６２から供給された撮像信号から、異なる焦点距離の画像を示す画像信号を生成する。本例では、受光素子群１１６２の各受光素子１１６２−１、２、３が受光できる光は、それぞれ瞳領域１２２ａ〜ｃを通過したものに制限される。したがって、画像生成部１７０は、瞳領域１２２ａを通過した光を受光する受光素子１１６２−１の撮像信号から、第１焦点距離の画像の信号を生成する。また、画像生成部１７０は、瞳領域１２２ｂを通過した光を受光する受光素子１１６２−２の撮像信号から、第２焦点距離の画像の信号を生成する。また、画像生成部１７０は、瞳領域１２２ｃを通過した光を受光する受光素子１１６２−３の撮像信号から、第３焦点距離の画像の信号を生成する。
【０１３６】
本例では、マイクロレンズが射出瞳の３つの領域を通過した光を、縦方向に３つの受光素子に入射させる例を示している。マイクロレンズが指向する射出瞳の３つの領域は、焦点距離が異なる結像レンズ領域に対応する。このため、３つの異なる焦点距離の画像を、同時に、独立に、並列に得ることができる。
【０１３７】
図１５は、撮像装置１１１０の他のブロック構成の一例を示す。本例の撮像装置１１１０は、レンズ系１００、受光ユニット２０、画像生成部１７０および画像記録部１９０を備える。受光ユニット２０は、マイクロレンズ部１５０、偏光フィルタ部１１４０および受光部１６０を有する。本例の受光ユニット２０は、図１から図８にかけて説明した偏向部１４０に替えて、偏光フィルタ部１１４０を偏向光学要素として有する。受光部１６０は、図１から図８にかけて説明した受光部１６０と同様の構成を持つので、説明を省略する。ここでは、図１から８にかけて説明した撮像装置１０との差異を中心に説明する。
【０１３８】
本例の撮像装置１１１０では、レンズ系１００は、レンズ１１０および偏光フィルタ部１１３０を有する。偏光フィルタ部１１３０は、射出瞳の近傍に設けられる。偏光フィルタ部１１３０は、レンズ系１００の射出瞳における異なる瞳領域に対応して設けられた第１偏光フィルタ１１３２および第２偏光フィルタ１１３４を持つ。第１偏光フィルタ１１３２および第２偏光フィルタ１１３４には、それぞれ対応する瞳領域を通過した光が入射する。第１偏光フィルタ１１３２および第２偏光フィルタ１１３４は、それぞれ互いに直交する偏光成分を選択的に通過する。直交する偏光成分の組み合わせとしては、偏光方位が互いに直交する直線偏光成分を例示することができる。直交する偏光成分の組み合わせとして、他にも右回り円偏光成分と左回り円偏光成分との組み合わせを例示することができる。
【０１３９】
マイクロレンズ部１５０は複数のマイクロレンズ１５２を有する。本例では、マイクロレンズ１５２は、射出瞳の略全面を通過した光を受光素子１６２に向けて集光する大きさの屈折力を持つ。マイクロレンズ１５２が有する屈折力は、図１から図９に関連して説明したマイクロレンズが有する屈折力よりも小さくてよい。偏光フィルタ部１１４０は、複数の受光素子１６２に対応して設けられた複数の偏光フィルタ１１４２を持つ。偏光フィルタ１１４２のうち、偏光フィルタ１１４２ａは、第２偏光フィルタ１１３４が透過する偏光成分を通過させ、第１偏光フィルタ１１３２が通過する偏光成分を通過させない。偏光フィルタ１１４２のうち、偏光フィルタ１１４２ｂは、第１偏光フィルタ１１３２が透過する偏光成分を通過させ、第２偏光フィルタ１１３４が通過する偏光成分を通過させない。偏光フィルタ部１１４０は、偏光フィルタ１１４２ａおよび偏光フィルタ１１４２ｂの組を複数有する。
【０１４０】
受光素子１６２は、対応する偏光フィルタ１１４２が通過した光を受光する。具体的には、受光素子１６２ａは、偏光フィルタ１１４２ａが通過した光を受光する。受光素子１６２ｂは、偏光フィルタ１１４２ｂが通過した光を受光する。したがって、受光素子１６２ａが受光する光は、第２偏光フィルタ１１３４を通過したものに制限される。受光素子１６２ｂが受光する光は、第１偏光フィルタ１１３２を通過したものに制限される。このため、受光素子１６２ａと受光素子１６２ｂとは、レンズ系１００の互いに異なる焦点距離を持つ光学面を通過した光を受光する。画像生成部１７０は、受光素子１６２ａなど第２偏光フィルタ１１３４を通過した光を受光した受光素子１６２から第１焦点距離の画像を生成する。また、画像生成部１７０は、受光素子１６２ｂなど第１偏光フィルタ１１３２を通過した光を受光した受光素子１６２から第２焦点距離の画像を生成する。本例の撮像装置１１１０によっても、焦点距離が異なる画像を撮像することができる。
【０１４１】
このように、本例の撮像装置１１１０は、複数の瞳領域において互いに異なる偏光成分を透過する第１偏光フィルタ１１３２および第２偏光フィルタ１１３４と、複数の受光素子１６２に対応して設けられ、異なる偏光成分をそれぞれ透過する偏光フィルタ１１４２ａおよびｂをそれぞれ複数有する。
【０１４２】
図１６は、撮像装置１１１０の変形例を示す。図１５で例示した撮像装置１１１０では２種類の焦点距離で撮像することができるのに対して、本例の撮像装置１１１０は、４種類の焦点距離で撮像することができる構成を有する。ここでは本例の撮像装置１１１０の構成を、主としてレンズ系１００の構成の相違を中心に説明する。
【０１４３】
レンズ系１００は、図１５の偏光フィルタ部１１３０に替えて、レンズ系１００の射出瞳１２２０の近傍に設けられた偏光フィルタ部１２３０を有する。偏光フィルタ部１２３０は、第１偏光フィルタ１２３２ａ、第１偏光フィルタ１２３２ｂ、第２偏光フィルタ１２３４ａおよび第２偏光フィルタ１２３４ｂを有する。
【０１４４】
第１偏光フィルタ１２３２ａおよび第２偏光フィルタ１２３４ａは、射出瞳１２２０における瞳領域１２２２ａにおける異なる領域に対応して設けられる。第１偏光フィルタ１２３２ａおよび第２偏光フィルタ１２３４ａには、それぞれ対応する領域を通過した光が入射する。第１偏光フィルタ１２３２ａおよび第２偏光フィルタ１２３４ａは、それぞれ互いに直交する偏光成分を選択的に通過する。
【０１４５】
第１偏光フィルタ１２３２ｂおよび第２偏光フィルタ１２３４ｂは、射出瞳１２２０における瞳領域１２２２ｂにおける異なる領域に対応して設けられる。第１偏光フィルタ１２３２ｂおよび第２偏光フィルタ１２３４ｂには、それぞれ対応する領域を通過した光が入射する。第１偏光フィルタ１２３２ｂおよび第２偏光フィルタ１２３４ｂは、それぞれ互いに直交する偏光成分を選択的に通過する。
【０１４６】
本例の撮像装置１１１０が有する受光部１６０に向かう光束は、瞳領域１２２２ａおよび瞳領域１２２２ｂのいずれか一方を通過したものに制限される。例えば、図１から図８に関連して説明したように、プリズム要素１４２およびマイクロレンズ１５２によって、受光部１６０に向かう光束を制限することができる。また、図９に関連して説明したように、マイクロレンズ１５２の偏倚によって、受光部１６０に向かう光束を制限することができる。また、図１０に関連して説明したように、受光部１６０に向かう光束を遮光部によって制限することができる。また、図１４に関連して説明したように、受光部１６０において、1つのマイクロレンズ１５２に対応して設けられた受光素子群１１６２の複数の受光素子によって、受光部１６０に入射した光束を制限することができる。
【０１４７】
瞳領域１２２２ａを通過した光を受光する受光素子１６２のうち、偏光フィルタ１１４２ａに対応して設けられた受光素子１６２は、第１偏光フィルタ１２３２ａを通過した光を受光することができる。したがって、当該受光素子１６２が受光する光は、第１偏光フィルタ１２３２ａを通過したものに制限される。一方、瞳領域１２２２ａを通過した光を受光する受光素子１６２のうち、偏光フィルタ１１４２ｂに対応して設けられた受光素子１６２は、第２偏光フィルタ１２３４ａを通過した光を受光することができる。したがって、当該受光素子１６２が受光する光は、第２偏光フィルタ１２３４ａを通過したものに制限される。
【０１４８】
また、瞳領域１２２２ｂを通過した光を受光する受光素子１６２のうち、偏光フィルタ１１４２ａに対応して設けられた受光素子１６２は、第１偏光フィルタ１２３２ｂを通過した光を受光することができる。したがって、当該受光素子１６２が受光する光は、第１偏光フィルタ１２３２ｂを通過したものに制限される。一方、瞳領域１２２２ｂを通過した光を受光する受光素子１６２のうち、偏光フィルタ１１４２ｂに対応して設けられた受光素子１６２は、第２偏光フィルタ１２３４ｂを通過した光を受光することができる。したがって、当該受光素子１６２が受光する光は、第２偏光フィルタ１２３４ｂを通過したものに制限される。
【０１４９】
本例では、偏向光学要素によって、瞳領域１２２２ａと瞳領域１２２２ｂのように２以上の瞳領域に分割される。そして、分割された瞳領域は、少なくとも一方の瞳領域が偏光フィルタでさらに分割される。つまり、撮像装置１１１０は、偏向光学要素および偏光フィルタの組み合わせにより３以上の異なる瞳領域を通じて別個に撮像することができる。このため、３以上の異なる焦点距離で撮像することができる。
【０１５０】
図１５および図１６に関連して、偏光フィルタによって瞳領域を分割する形態を説明したが、図１５および図１６に例示した偏光フィルタに替えて波長フィルタを用いることができる。すなわち、撮像装置１１１０は、複数の瞳領域において互いに異なる波長成分を透過する第１波長フィルタと、複数の受光素子１６２に対応して設けられ、異なる波長成分をそれぞれ透過する第２波長フィルタをそれぞれ複数有してよい。波長フィルタとして、赤の波長域に属する２以上の部分波長域の光をそれぞれ透過する２以上の波長フィルタ、緑の波長域に属する２以上の部分波長域をそれぞれ透過する２以上の波長フィルタ、青の波長域に属する２以上の部分波長域をそれぞれ透過する２以上の波長フィルタを用いてよい。この場合、各焦点距離の画像は、赤の波長域、緑の波長域および青の波長域のそれぞれから選択された３つの部分波長域の光により形成し得る。このように、波長フィルタによっても瞳領域を制限しつつカラー画像を撮像することができる。
【０１５１】
図１７は、レンズ系の他の一例を模式的に示す図である。本例は、図１から１２に関連して説明したレンズ系１００の他の一例である。レンズ系１００が有するレンズ１１０ａは、一例として非対称の累進屈折力レンズとした。本例のレンズ系１３００が有するレンズ１３１０ａは、光軸からの距離に応じて焦点距離が異なるが、光軸から等距離の光学面は等しい焦点距離を与える球面収差型（回転対称）とする。レンズ系１３００は、屈折力がいわば同心円状に分布しているといえる。本例のレンズ系１３００は、光軸中心で焦点距離が短く、光軸からはなれるほど焦点距離が長くなる。
【０１５２】
本例のレンズ系１３００では、受光素子１６２が受光する被写体光は、レンズ系１３００の射出瞳１３２０のうち、光軸から異なる距離に位置する部分瞳領域１３２２ａ〜ｃのいずれかの瞳領域を通過したものに制限される。瞳領域の制限は、図１から図１６に関連して説明したような偏向光学要素によって実現される。例えば、図１から図８に関連して説明したように、プリズム要素１４２およびマイクロレンズ１５２によって、受光部１６０に向かう光束を制限することができる。また、図９に関連して説明したように、マイクロレンズ１５２の偏倚によって、受光部１６０に向かう光束を制限することができる。また、図１０、１１に関連して説明したように、受光部１６０に向かう光束を遮光部によって制限することができる。また、図１４に関連して説明したように、受光部１６０において、1つのマイクロレンズ１５２に対応して設けられた受光素子群１１６２の複数の受光素子によって、受光部１６０に入射した光束を制限することができる。
【０１５３】
また、図１８に示す遮光マスクによって、受光部１６０に入射した光束を制限することもできる。
【０１５４】
図１８Ａ〜１８Ｃは、それぞれ各受光素子の受光面上に形成される遮光マスク２２６２−１、遮光マスク２２６２−２、および遮光マスク２２６２−３の形状を示す斜視図である。遮光マスク２２６２−１の開口部は、瞳領域１３２２ａと相似形状となっており、受光素子１６２の中心部のみに受光させる形状となっている。また遮光マスク２２６２−２の開口部は、瞳領域１３２２ｂと相似形状となっており、遮光マスク２２６２−１の開口部の周辺部分に相当する円環形状部のみに受光させる形状となっている。さらに遮光マスク２２６２−３の開口部は、瞳領域１３２２ｃと相似形状となっており、遮光マスク２２６２−２の開口部の周辺部分に相当する円環形状部のみに受光させる形状となっている。
【０１５５】
図１９は、レンズ系１３００、各マイクロレンズ１０５２ａ〜１０５２ｃ、各遮光マスク２２６２−１〜２２６２−３、および各受光素子１６２ａ〜１６２ｃを模式的に示す俯瞰図である。また図２０は、本例の受光ユニットの一例を模式的に示す断面図である。
【０１５６】
本例の受光ユニット２０は、１つのマイクロレンズに対応して１つの受光素子が備えられている。図２０の例では、マイクロレンズ１０５２ａに対応して受光素子１６２ａ、マイクロレンズ１０５２ｂに対応して受光素子１６２ｂ、マイクロレンズ１０５２ｃに対応して受光素子１６２ｃ、マイクロレンズ１０５２ｄに対応して受光素子１６２ｄがそれぞれ配置されている。なお、各マイクロレンズ１０５２の中心位置と各受光素子１６２の中心位置とは、一致するように配置されている。
【０１５７】
また、受光素子１６２ａの受光面上には遮光部２２６２ａが、受光素子１６２ｂの受光面上には遮光部２２６２ｂが、受光素子１６２ｃの受光面上には遮光部２２６２ｃが、対応して形成されている。ここで、遮光部２２６２ａは遮光マスク２２６２−１の形状、遮光部２２６２ｂは遮光マスク２２６２−２の形状、遮光部２２６２ｃは遮光マスク２２６２−３の形状の遮光部となっている。
【０１５８】
さらに受光素子１６２ｄの受光面上には、遮光部２２６２ｄが形成されている。この遮光部２２６２ｄは、遮光部２２６２ａと同様に遮光マスク２２６２−１の形状となっている。図では省略されているが、遮光マスク２２６２−１〜２２６２−３は、各受光素子１６２の受光面上に所定の規則に従って繰り返して配置される。
【０１５９】
各マイクロレンズ１０５２には、射出瞳１３２０の略全面を通過した光が入射する。ここで、マイクロレンズ１０５２ａを通過した光は、遮光マスク２２６２−１の形状を有する遮光部２２６２ａにより瞳領域１３２２ａを通過した光のみに制限され、瞳領域１３２２ａを通過した光のみが受光素子１６２ａに受光される。したがって、受光素子１６２ａには、瞳領域１３２２ａに対応する焦点距離の被写体光のみが受光される。
【０１６０】
同様に、遮光マスク２２６２−２の形状の遮光部２２６２ｂにより、マイクロレンズ１０５２ｂを通過した光のうち、瞳領域１３２２ｂを通過した光のみが受光素子１６２ｂに受光される。また遮光マスク２２６２−３の形状の遮光部２２６２ｃにより、マイクロレンズ１０５２ｃを通過した光のうち、瞳領域１３２２ｃを通過した光のみが受光素子１６２ｃに受光される。したがって、受光素子１６２ｂには瞳領域１３２２ｂに対応する焦点距離の被写体光のみが受光され、受光素子１６２ｃには、瞳領域１３２２ｃに対応する焦点距離の被写体光のみが受光される。
【０１６１】
このように、遮光部２６２の複数の遮光マスク２２６２は、それぞれ予め定められた瞳領域１３２２を通過した被写体光を対応する受光素子１６２に受光させるべく、各焦点距離の瞳領域と相似形状に設けられる。これにより、画像生成部１７０は、各受光素子１６２の撮像信号から、長焦点距離画像、中焦点距離画像、短焦点距離画像を得ることができる。
【０１６２】
さらに、それぞれ焦点距離の異なるマイクロレンズを用いて、受光部１６０に入射した光束を制限することもできる。
【０１６３】
図２１は、本例の受光ユニットの一例を模式的に示す。本例の受光ユニット２０は、１つのマイクロレンズに対応して１つの受光素子が備えられている。図２１の例では、マイクロレンズ１２５２ａに対応して受光素子１６２ａ、マイクロレンズ１２５２ｂに対応して受光素子１６２ｂ、マイクロレンズ１２５２ｃに対応して受光素子１６２ｃ、マイクロレンズ１２５２ｄに対応して受光素子１６２ｄがそれぞれ配置されている。なお、各マイクロレンズ１２５２の中心位置と各受光素子１６２の中心位置とは、一致するように配置されている。
【０１６４】
また、各受光素子１６２の受光面上には、遮光部２３６２が配置されている。遮光部２３６２は、図１８Ｂに示す遮光マスク２２６２−２と同様に、円形状の遮光マスクおよび円環形状の遮光マスクからなり、円環形状の開口部を有している。この開口部の幅は、適切に光束を制限できるように、適宜決定することができる。
【０１６５】
ここで、各マイクロレンズ１２５２は、それぞれ異なる焦点距離を有している。図２１の例では、マイクロレンズ１２５２ａの焦点距離は第１の焦点距離ｆ１であり、受光素子１６２ａの受光面上に焦点位置を有している。また、マイクロレンズ１２５２ｂの焦点距離は、第１の焦点距離ｆ１よりも短い第２の焦点距離ｆ２であり、受光素子１６２ｂの受光面よりも手前（マイクロレンズ側）に焦点位置を有する。また、マイクロレンズ１２５２ｃの焦点距離は、第２の焦点距離ｆ２よりも短い第３の焦点距離ｆ３あり、マイクロレンズ１２５２ｂの焦点位置よりもさらに手前（マイクロレンズ側）に焦点位置を有する。
【０１６６】
さらにマイクロレンズ１２５２ｄは、マイクロレンズ１２５２ａと同様に構成されており、マイクロレンズ１２５２ｄの焦点距離は第１の焦点距離ｆ１となっている。図では省略されているが、第１の焦点距離ｆ１、第２の焦点距離ｆ２、および第３の焦点距離ｆ３を有する各マイクロレンズ１２５２は、所定の規則に従って繰り返して配置される。
【０１６７】
次に、各マイクロレンズ１２５２に入射した光と対応する受光素子１６２が受光する光の関係について説明する。図２２Ａ〜２２Ｃは、第１の焦点距離ｆ１を有するマイクロレンズ１２５２ａに入射した光と受光素子１６２ａが受光する光の関係を示す図である。
【０１６８】
マイクロレンズ１２５２ａには、射出瞳１３２０の略全面を通過した光が入射する。ここで、射出瞳１３２０のうち瞳領域１３２２ａを通過した光は、図２２Ａに示すように、遮光部２３６２の中央の円形状の遮光マスクにより制限され、受光素子１６２ａには入射しない。同様に、射出瞳１３２０のうち瞳領域１３２２ｂを通過した光も、図２２Ｂに示すように、遮光部２３６２の中央の円形状の遮光マスクにより制限され、受光素子１６２ａには入射しない。
【０１６９】
これに対し、射出瞳１３２０のうち瞳領域１３２２ｃを通過した光は、図２２Ｃに示すように、遮光部２３６２の開口部から受光素子１６２ａに入射する。
【０１７０】
このように、マイクロレンズ１２５２ａを通過した光は、マイクロレンズ１２５２ａおよび遮光部２３６２により瞳領域１３２２ｃを通過した光のみに制限され、瞳領域１３２２ｃを通過した光のみが受光素子１６２ａに受光される。したがって、受光素子１６２ａには、瞳領域１３２２ｃに対応する焦点距離の被写体光のみが受光される。
【０１７１】
図２３Ａ〜２３Ｃは、第２の焦点距離ｆ２有するマイクロレンズ１２５２ｂに入射した光と受光素子１６２ｂが受光する光の関係を示す図である。
【０１７２】
マイクロレンズ１２５２ｂには、射出瞳１３２０の略全面を通過した光が入射する。ここで、射出瞳１３２０のうち瞳領域１３２２ａを通過した光は、図２３Ａに示すように、遮光部２３６２の中央の円形状の遮光マスクにより制限され、受光素子１６２ｂには入射しない。
【０１７３】
これに対し、射出瞳１３２０のうち瞳領域１３２２ｂを通過した光は、図２３Ｂに示すように、遮光部２３６２の開口部から受光素子１６２ｂに入射する。
【０１７４】
また、射出瞳１３２０のうち瞳領域１３２２ｃを通過した光は、図２３Ｃに示すように、遮光部２３６２の円環形状の遮光マスクにより制限され、受光素子１６２ｂには入射しない。
【０１７５】
このように、マイクロレンズ１２５２ｂを通過した光は、マイクロレンズ１２５２ｂおよび遮光部２３６２により瞳領域１３２２ｂを通過した光のみに制限され、瞳領域１３２２ｂを通過した光のみが受光素子１６２ｂに受光される。したがって、受光素子１６２ｂには、瞳領域１３２２ｂに対応する焦点距離の被写体光のみが受光される。
【０１７６】
図２４Ａ〜２４Ｃは、第３の焦点距離ｆ３するマイクロレンズ１２５２ｃに入射した光と受光素子１６２ｃが受光する光の関係を示す図である。
【０１７７】
マイクロレンズ１２５２ｃには、射出瞳１３２０の略全面を通過した光が入射する。ここで、射出瞳１３２０のうち瞳領域１３２２ａを通過した光は、図２４Ａに示すように、遮光部２３６２の開口部から受光素子１６２ｃに入射する。
【０１７８】
これに対し、射出瞳１３２０のうち瞳領域１３２２ｂを通過した光は、図２４Ｂに示すように、遮光部２３６２の円環形状の遮光マスクにより制限され、受光素子１６２ｃには入射しない。同様に、射出瞳１３２０のうち瞳領域１３２２ｃを通過した光も、図２４Ｃに示すように、遮光部２３６２の円環形状の遮光マスクにより制限され、受光素子１６２ｃには入射しない。
【０１７９】
このように、マイクロレンズ１２５２ｃを通過した光は、マイクロレンズ１２５２ｃおよび遮光部２３６２により瞳領域１３２２ａを通過した光のみに制限され、瞳領域１３２２ａを通過した光のみが受光素子１６２ｃに受光される。したがって、受光素子１６２ｃには、瞳領域１３２２ａに対応する焦点距離の被写体光のみが受光される。
【０１８０】
以上のように、それぞれ予め定められた瞳領域１３２２を通過した被写体光を対応する受光素子１６２に受光させるべく、各マイクロレンズ１２５２の焦点距離が設定され、遮光部２３６２が配置される。これにより、画像生成部１７０は、各受光素子１６２の撮像信号から、長焦点距離画像、中焦点距離画像、短焦点距離画像を得ることができる。
【０１８１】
このように、レンズの中心からの距離により区分された円形領域および円環形状領域毎に焦点距離が異なる本例のレンズ系１３００によっても、光軸からの距離に応じて異なる焦点距離を持つので焦点距離が異なる画像を撮像することができる。
【０１８２】
なお、本例のレンズ系１３００は、光軸中心で焦点距離が短く、光軸からはなれるほど焦点距離が長くなるが、逆に光軸中心で焦点距離が長く、光軸からはなれるほど焦点距離が短くなるレンズであってもよい。
【０１８３】
さらに、図１から図１７において、焦点距離が連続的に変化するレンズ系を取り上げて説明したが、焦点距離が不連続に変化するレンズ系（例えば屈折量がステップ的に変わる二重焦点レンズや多重焦点レンズ等）を、図１から図１７にかけて説明した撮像装置のレンズ系として採用することもできる。
【０１８４】
図２５Ａ〜２５Ｃは、レンズに入射した光を分離して画像信号として取り出す様子を模式的に示した図であり、各レンズ１００、１３００と、焦点距離毎に光束を制限して受光する受光ユニット２０と、焦点距離毎の画像信号から異なる焦点距離の画像を生成可能な画像生成部１７０を示している。
【０１８５】
図２５Ａは、非対称の累進屈折レンズ、図２５Ｂは光軸中心で焦点距離が短い回転対称の球面収差型レンズ、図２５Ｃは光軸中心で焦点距離が長い回転対称の球面収差型レンズを用いた場合を示している。
【０１８６】
＜本発明特有の画像処理＞
上記実施形態では、各受光素子は、プリズム要素や遮光要素等の光学要素の作用により、結像レンズの特定の瞳領域を通過した被写体光（即ち、特定の焦点距離を有する領域からの被写体光）のみを受光するようになっている。しかしながら、これら光学要素の加工精度や制御誤差等によっては、想定される瞳領域以外の瞳領域を通過した被写体光が受光素子に入射することも考えられ、そのような入射光が誤差成分となってボケ劣化、コントラスト劣化などの画質低下が生じる可能性がある。
【０１８７】
また、複数の瞳領域の各領域への指向性を有する受光素子が一面に配列されているため、特定の瞳領域に対する受光素子に着目した場合、他の瞳領域に対する受光素子が存在する画素についてはデータが欠落することになる。
【０１８８】
そこで以下では、これらの点に対する画像処理について説明する。なおこのような画像処理は、画像生成部１７０で行うことができる。
【０１８９】
＜画像処理その１：画像ボケの補正＞
上述のように、結像レンズの特定の瞳領域からの被写体光(即ち、特定の焦点距離の被写体光)を受光する受光素子に他の瞳領域からの被写体光（即ち、他の焦点距離の被写体光）が入射すると、当該他の瞳領域からの被写体光がボケ成分となりボケた画像（大きな点像）となってしまう。このようなボケ画像に対しては、以下のように復元フィルタによるフィルタリング処理を行うことにより高解像度の画像（小さな点像）に復元することが可能である。
【０１９０】
例えば、７×７のカーネルサイズの復元ゲインデータを撮像装置（例えば、画像生成部１７０内のメモリ）に記憶しておき、撮像素子のＡＤ変換部から出力される復元処理前のＲ、Ｇ、Ｂの色信号であって、処理対象の注目画素の色信号およびその注目画素を中心とする所定領域内の同じ色の画素の色信号を中心とする７×７画素の色信号と、上記記憶されている７×７のカーネルの復元ゲインデータとのデコンボリューション処理（逆畳み込み演算処理）を行うことにより復元処理を行い、処理前の注目画素の色信号に替えて上記復元処理後の色信号を出力する。
【０１９１】
図２６（Ａ）に示すように、撮影レンズを透過した点像（光学像）は、特定の瞳領域以外の瞳領域からの信号（焦点距離が異なる瞳領域からの信号）が混入することにより大きな点像（ボケた画像）として撮像素子に結像されるが、上記デコンボリューション処理により、図２６（Ｂ）に示すように小さな点像（高解像度の画像）に復元される。
【０１９２】
＜復元ゲインデータ生成方法＞
次に、上記デコンボリューション処理で用いる復元ゲインデータの生成方法について説明する。
【０１９３】
図２７は本発明に係る復元ゲインデータ生成方法の実施の形態を示すフローチャートである。
【０１９４】
まず、撮像装置の出荷前等の調整時に、その撮像装置の撮影レンズの点像分布関数（ＰＳＦ：Point spread function）を測定するために、撮影レンズにより点像（点光源）を撮像し、ボケた画像を取得する（ステップＳ１０）。
【０１９５】
続いて、点像の撮像により取得した画像をｇ（ｘ，ｙ）、元の点像をｆ（ｘ，ｙ）、点像分布関数（ＰＳＦ）をｈ（ｘ，ｙ）とすると、ボケた画像ｇ（ｘ，ｙ）は、次式で表すことができる。
【０１９６】
［数１］
ｇ（ｘ，ｙ）＝ｈ（ｘ，ｙ）＊ｆ（ｘ，ｙ）
ただし、＊はコンボリューションを示す。
【０１９７】
上記ステップＳ１０での点像の撮像により取得したボケた画像ｇ（ｘ，ｙ）に基づいて［数１］式のｈ（ｘ，ｙ）（即ち、点像分布関数（ＰＳＦ））を求める（ステップＳ１２）。
【０１９８】
次に、上記求めた点像分布関数（ＰＳＦ）の逆関数を求める（ステップＳ１４）。この逆関数をＲ（ｘ，ｙ）とすると、次式のようにボケた画像ｇ（ｘ，ｙ）を、Ｒ（ｘ，ｙ）によりコンボリューション処理することにより、元の画像ｆ（ｘ，ｙ）に対応する復元画像が得られる。
【０１９９】
［数２］
ｇ（ｘ，ｙ）＊Ｒ（ｘ，ｙ）＝ｆ（ｘ，ｙ）
このＲ（ｘ，ｙ）を復元フィルタという。復元フィルタは、上述したように例えば７×７のフィルタ値（復元ゲインデータ）から構成され、ステップＳ１６では、この復元ゲインデータを生成する。なお、この種の復元フィルタとしては、原画像と復元画像との２乗平均誤差を最小にする最小２乗フィルタ（ウィナーフィルタ）、制限付き逆畳み込みフィルタ、再帰フィルタ、準同形フィルタ等を利用することができる。また、復元処理については、例えば非特許文献１や、非特許文献２に記載されている（特許文献５参照）。
【０２００】
ステップＳ１６で生成された復元ゲインデータは、撮像装置内のメモリに記憶させる（ステップＳ１８）。
【０２０１】
＜画像処理その２：コントラストの補正＞
上述した画像ボケの場合と同様に、結像レンズの特定の瞳領域からの被写体光を受光する受光素子に他の瞳領域からの被写体光が入射すると、当該他の瞳領域からの被写体光により画像中の明暗差が目立たなくなり、コントラストを低下させる要因となる。このようなコントラストの低下に対しては、以下のように補正することが考えられる。
【０２０２】
上述のように、コントラストの低い画像は画像中の明暗差が小さい状態になっているから、例えば以下のように画像処理で明るい部分と暗い部分の差を強調してやればよい。
【０２０３】
まずＲＧＢ信号をＹＣｒＣｂ信号に変換し、明暗差の情報を得た上で、このＹ信号に対して処理を行う。具体的には、Ｙ信号の値を一定の比率で拡大することで、Ｙ信号の分布すなわち明度差を拡大することができる。例えば、Ｙ信号の値を８ビット（０−２５５）で表す場合、元のＹ信号が（９６−１５６）の範囲で分布しているとすると明暗差は６０であるが、各Ｙ信号の値を２倍すると（１９２−３１２）の範囲で分布することとなり、明暗差は元の範囲の２倍の１２０となる。
【０２０４】
ただしこの場合明度分布の上限が２５５を超えているため信号が飽和して白とび現象が生じるとともに、Ｙ信号が１９２以下の範囲が使われておらずコントラストを高くするとの観点からは効率的でない。したがって処理後に（０−２５５）の範囲で分布するように変換することが望ましい。
【０２０５】
このような変換の方法には様々な手法があるが、例えば以下のような一次式を用いて変換することができる。
【０２０６】
［数３］
Ｙ'＝Ｙ*［２５５／(ＭＡＸ−ＭＩＮ)］−ＭＩＮ
ただし、Ｙ    ：変換前のＹ信号の値
Ｙ'   ：変換後のＹ信号の値
ＭＩＮ：変換前のＹ信号の最小値
ＭＡＸ：変換後のＹ信号の最大値
＜画像処理その３：輪郭強調＞
結像レンズの特定の瞳領域からの被写体光を受光する受光素子に他の瞳領域からの被写体光が入射することによる画質低下の対策として、以下のように輪郭強調を行うことも考えられる。ここで、輪郭強調の手法は従来より種々存在するが、画面全体、検出された顔、主要被写体などに一律に輪郭強調を適用する手法では、例えば、主要被写体にピントがあっており背景にはピントがあってない場合であっても、背景に輪郭強調が施され、その結果ぼやけた部分の輪郭が強調され、所望の画像が得られない可能性がある。このような観点から、被写体距離を考慮した輪郭強調を行うことが望ましい。具体的には、特許文献６に記載される手法を用いることができる。
【０２０７】
上記公報に記載された画像処理装置の一態様は、撮像レンズを介して結像された被写体を撮像素子により光電変換することで得られた画像データを入力する入力部と、前記被写体までの距離を算出する距離算出部と、前記距離算出部の算出した距離に応じた強度の輪郭強調処理を、前記入力部の入力した画像データに対して実施する輪郭強調処理部と、を備える。
【０２０８】
そして上記態様の画像処理装置では、所定のフォーカス領域内における主要位相差情報から当該所定のフォーカス領域内の被写体までの距離を示す主要距離情報、および周辺領域内の被写体までの距離を示す距離情報を取得し、これらの情報に基づき、前記所定のフォーカス領域内の被写体である合焦被写体と各周辺領域内の被写体である周辺被写体との距離差を周辺領域毎に算出する。距離差が所定の閾値未満である場合は所定のフォーカス領域の輪郭成分データが表す輪郭成分の強度と、上記距離差が所定の閾値未満の周辺領域の輪郭成分データが表す輪郭成分の強度とを第１の変換特性情報に基づいて変換し、これらの領域に輪郭強調を施す。
【０２０９】
一方、上記距離差が所定の閾値以上である場合は第２の変換特性情報に基づいて、上記距離差が所定の閾値以上の周辺領域の輪郭成分データが表す輪郭成分の強度を変換し、輪郭強調を施す。
【０２１０】
上記態様の画像処理装置ではこのような処理により、所定のフォーカス領域内の合焦被写体までの距離と、所定のフォーカス領域以外の各周辺領域内の被写体までの距離との差に基づいて、輪郭強調の度合いを変化させるため、ピントの合っていない被写体に過剰に輪郭強調が施されることが防がれ、自然な画像を得ることができる。
【０２１１】
本発明において、加工精度等の問題により結像レンズの特定の瞳領域以外の領域を通過した被写体光が受光素子に入射すると、上述したように主要被写体にピントがあっており背景にはピントがあってない場合が生じうるが、このような場合に上記手法を用いることにより適切に輪郭強調が施された自然な画像を得ることができる。
【０２１２】
＜画像処理その４：データ欠落の補間＞
以下欠落データの補間に関し、結像レンズが短焦点・中焦点・長焦点の３領域を有し、これら３領域のうち一の領域からの被写体光を受光するように構成された受光素子１６２ａ，１６２ｂ，１６２ｃが図１９のように３列毎に配列されている場合の例について説明する。
【０２１３】
この場合例えば受光素子１６２ａに着目すると、受光素子１６２ｂ，１６２ｃが存在する列のデータが欠落することになるので、受光素子１６２ｂが存在する列における受光素子１６２ａのデータは、受光素子１６２ａの列２列分のデータを用い、補間対象となる列からの距離に応じて重みづけ加算して求めることが考えられる。例えば図１９で受光素子１６２ｂの列の左隣りの列の受光素子１６２ａのデータに対する重みを１、受光素子１６２ｃの右側に存在する列（不図示）の受光素子１６２ａのデータに対する重みを（１／２）とした比率で加算して補間してもよいし、受光素子１６２ａのデータを４列分用いて、同様に重みづけ加算して補間してもよい。
【０２１４】
受光素子１６２ｃが存在する列における受光素子１６２ａのデータ等も同様にして補間により求めることができる。なお補間に用いる列数や重みづけの態様は上記のものに限定されず、適宜選択してよい。
【０２１５】
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。そのよう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。
【０２１６】
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。
【符号の説明】
【０２１７】
１０、１０１０、１１１０…撮像装置、２０…受光ユニット、１００、１３００…レンズ系、１１０、１３１０…レンズ、１１５…光学装置、１２０、１２２０、１３２０…射出瞳、１２２…瞳領域、１３０…被写体光、１４０…偏向部、１４２…プリズム要素、１５０…マイクロレンズ部、１５２、９５２、１０５２、１２５２…マイクロレンズ、１６０…受光部、１６２、１１６２−１、２、３…受光素子、１７０…画像生成部、１８０…制御部、１９０…画像記録部、２００…ハウジング、２１０、２２０、２３０…液体領域、２４０、６４０…仕切部、２４２…仕切板、２５０…貫通孔、２５２、２５４、６４２、６４４…側面部、２６０…カラーフィルタ、２６２…遮光部、２６４、１２６４…開口、２８１、２８２、６８０…プリズム要素、２９０、２９１、２９２…駆動部、２８０…弾性面、３５０…行方向、３６０…列方向、４００…像面、５１０…短焦点画像、５２０…中焦点画像、５３０…長焦点画像、５５０…合成画像、５１２、５２２、５３２、５５２…近距離被写体像、５１４、５２４、５３４、５５４…中距離被写体像、５１６、５２６、５３６、５５６…遠距離被写体像、７００、７０１、７０２、７０３、７０４…突起部、１０６０、１０７０…遮光部、１０６２、１０７２…開口、１１３０、１１４０…偏光フィルタ部、１１３２…第１偏光フィルタ、１１３４…第２偏光フィルタ、１１４２…偏光フィルタ、１１６２…受光素子群、１２３２…第１偏光フィルタ、１２３４…第２偏光フィルタ、１２３０…偏光フィルタ部、１３２２…部分瞳領域、２２６２、２２６３…遮光部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２２Ｃ】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２３Ｃ】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２４Ｃ】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２５Ｃ】
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【図２６】
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【図２７】
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【国際調査報告】
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