(57)【要約】【課題】  複数枚の画像を撮影する際に、複数枚の画像間に生じる被写体ブレや手ブレによる差を軽減すること。【解決手段】  撮像装置１０は、撮像光学系１１と撮像光学系１１からの光束を撮像する撮像素子１４とを備える。撮像光学系１１は、第１開口部と第２開口部とを含む開口絞り１２を有する。撮像素子１１は、第１画素と第２画素とを有する。第１開口部には、通過する光束を第１符号で符号化する第１光学フィルタが配置されている。第１画素は、第１符号で符号化された第１符号化光束を受光する。第２画素は、第１符号化光束を受光せずに第１符号化光束以外の光束を受光する。【選択図】  図１
2014131109.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像光学系と前記撮像光学系からの光束を撮像する撮像素子とを備える撮像装置において、
前記撮像光学系は、第１開口部と第２開口部とを含む開口絞りを有し、
前記撮像素子は、第１画素と第２画素とを有し、
前記第１開口部には、通過する光束を第１符号で符号化する第１光学フィルタが配置されており、
前記第１画素は、前記第１符号で符号化された第１符号化光束を受光し、
前記第２画素は、前記第１符号化光束を受光せずに該第１符号化光束以外の光束を受光する
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記第２開口部には、通過する光束を第２符号で符号化する第２光学フィルタが配置されており、
前記第２画素は、前記第２符号で符号化された第２符号化光束を受光する
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記撮像光学系と前記第１画素との間には、前記第１符号化光束を透過する第３の光学フィルタが配置されており、
前記撮像光学系と前記第２画素との間には、前記第１符号化光束を透過せずに該第１符号化光束以外の光束を透過する第４の光学フィルタが配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記撮像光学系と前記第１画素との間には、前記第１及び第２符号化光束のうち該第１符号化光束だけを透過する第３の光学フィルタが配置されており、
前記撮像光学系と前記第２画素との間には、前記第１及び第２符号化光束のうち該第２符号化光束だけを透過する第４の光学フィルタが配置されている
ことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記光学フィルタは、偏光によって光束を符号化する
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記光学フィルタは、波長によって光束を符号化する
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記第１開口部の面積と前記第２開口部の面積とは等しい
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記第１開口部の開口径をＤ１、前記第２開口部の開口径をＤ２としたとき、次式を満足する
０．８×√２  ≦  Ｄ２／Ｄ１  ≦  １．２×√２
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記第１及び第２開口部の少なくとも一方には、前記第１符号化光束及び前記第１符号化光束以外の光束の少なくとも一方の透過率を設定する透過フィルタが配置されている
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記第１開口部の開口径をＤ１、前記第２開口部の開口径をＤ２、前記第１開口部における前記第１符号化光束の透過率をＴ１１、前記第１開口部における前記第１符号化光束以外の光束の透過率をＴ１２、前記第２開口部における前記第１符号化光束の透過率をＴ２１、前記第２開口部における前記第１符号化光束以外の光束の透過率をＴ２２としたとき、次式を満足する
【数１】
2014131109.tif 000004
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記撮像光学系と前記撮像素子との間に配置されている複屈折光学素子を備え、
前記複屈折光学素子は、前記第１符号化光束を前記第１画素へ導き、前記第１符号化光束以外の光束を前記第２画素へ導く
ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記撮像素子からの信号に基づいて画像のデータを処理する画像処理部を備え、
前記画像処理部は、複数の前記第１画素からの信号に基づいて第１画像のデータを生成し、複数の前記第２画素からの信号に基づいて第２画像のデータを生成し、
前記第１及び第２開口部は、前記第１画像のぼけと前記第２画像のぼけとが異なるように構成されている
ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記画像処理部は、前記第１及び第２画像のデータに基づいて、被写体の距離情報を求める
ことを特徴とする請求項１２に記載の撮像装置。
【請求項１４】
前記第１及び第２開口部は、同軸である
ことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１５】
前記第１及び第２開口部は、開口径が異なる
ことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【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、複数の画像を同時に撮影することが可能な撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラやデジタルビデオカメラ、携帯電話用カメラ、監視カメラ、医用カメラなどの撮像装置によって撮影した画像を用いて、被写体の距離情報を取得する方法としてＤｅｐｔｈ  Ｆｒｏｍ  Ｄｅｆｏｃｕｓ（ＤＦＤ）方式が提案されている。
【０００３】
ＤＦＤ方式では、撮影レンズ等の撮影パラメータを制御することにより、ボケ量の異なる複数の画像を撮影する。そして、各画素において、周囲の画素を含めた領域のボケ量の相関量を求め、予め用意されたボケの相関量と被写体距離との関係から、各画素における被写体距離を求める。
【０００４】
特許文献１には、異なる撮影パラメータで撮影したぼけの異なる複数の画像において、測距対象画素を含有する処理対象領域毎にぼけの相関量を演算し、ぼけの相関量から被写体距離を算出することが開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、カメラ開口及びカメラ口径を高速に切り換える方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−０１６７４３号公報
【特許文献２】特開２００７−０４３６８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＤＦＤ方式において制御可能な撮影パラメータの１つに開口絞りの開口径があり、異なる開口径で撮影した２枚の画像から、被写体の距離情報を算出することができる。
【０００８】
しかしながら、特許文献１に開示されているような方法で、開口径を変更して複数の画像を撮影した場合、第１の開口径で撮影した画像と第２の開口径で撮影した画像とでは撮影時間に差が生じてしまい、被写体ブレや手ブレが問題となっていた。
【０００９】
例えば、被写体が移動した場合は２枚の画像で被写体の位置が異なってしまい被写体ブレの問題が発生する。また、カメラを手持ちで撮影した場合はカメラが移動することによって２枚の画像で被写体の位置が異なってしまい手ブレの問題が発生する。
【００１０】
ＤＦＤ方式では、基本的に被写体は同じ位置にあるものとして２枚の画像におけるぼけ量の相関値から距離情報を取得している。よって、被写体ブレや手ブレが発生した場合は、対象の被写体は２枚の画像間で同位置におらず、異なった位置の相関値から距離情報を取得することとなり、結果として距離計測精度が劣化することが問題となっていた。
【００１１】
本発明は、複数枚の画像を撮影する際に、複数枚の画像間に生じる被写体ブレや手ブレによる差を軽減することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一側面としての撮像装置は、撮像光学系と前記撮像光学系からの光束を撮像する撮像素子とを備える撮像装置において、前記撮像光学系は、第１開口部と第２開口部とを含む開口絞りを有し、前記撮像素子は、第１画素と第２画素とを有し、前記第１開口部には、通過する光束を第１符号で符号化する第１光学フィルタが配置されており、前記第１画素は、前記第１符号で符号化された第１符号化光束を受光し、前記第２画素は、前記第１符号化光束を受光せずに該第１符号化光束以外の光束を受光することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、複数枚の画像を同時に撮影することが可能となり、複数枚の画像間における被写体ブレの誤差又は手ブレの誤差を大幅に改善することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明を適用できる実施例１における撮像装置の構成図
【図２】本発明を適用できる実施例１における撮像装置の開口絞りの構成図
【図３】本発明を適用できる実施例２における撮像装置の開口絞りの構成図
【図４】本発明を適用できる実施例３における撮像装置の構成図
【図５】本発明を適用できる実施例４における撮像装置の開口絞りの構成図
【図６】本発明を適用できる実施例４における撮像装置の開口部光学フィルタ及び撮像光学フィルタの分光透過率を表すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明を適用できる実施例１における撮像装置の構成図である。
【００１７】
図１（Ａ）は主被写体Ｏｍを本発明の撮像装置で撮像した様子を示す。図１（Ａ）に示したように、本実施例の撮像装置１０は、撮像光学系１１、開口絞り１２、撮像部光学フィルタ１３、電子撮像素子（撮像素子）１４、画像処理部１５を有する。撮像光学系１１は主被写体Ｏｍにピントを合わせており、開口絞り１２と撮像部光学フィルタ１３を介して、主被写体Ｏｍからの光束を電子撮像素子１４上に結像させている。
【００１８】
図１（Ｂ）は主被写体Ｏｍにピントを合わせた状態で、撮像装置１０から見て主被写体Ｏｍよりも遠方にある背景物体Ｏｂを撮影した様子を示す。撮像光学系１１は背景物体Ｏｂにはピントを合わせておらず、背景物体Ｏｂからの光束は開口絞り１２と撮像部光学フィルタ１３を介して電子撮像素子１４の手前で結像し、電子撮像素子１４にはぼけた画像が撮影される。このとき、開口絞り１２を通過した光束は光束幅を制限されており、所望の焦点深度を得ている。また、開口絞り１２の中心は撮像光学系１１の光軸上に配置している。
【００１９】
図２に本実施例における開口絞りの構成図を示す。本実施例では、直線偏光を用いて開口絞りを通過する光束を符号化している。なお、本明細書において、符号化とは、開口絞りの領域（開口部）ごとに、そこを通過する光束に符号を与えることであると定義する。符号を与えることで、その光束がどの領域を通過したかを把握することが可能となる。符号は、例えば所定の偏光や波長の光だけを透過させることにより、与えることができる。開口絞り１２は、開口絞り１２の中央部に配置した円形の開口部（第２開口部）１２ａと、開口部（第１開口部）１２ａの周囲に配置したリング形状の開口部１２ｂを有している。開口部１２ａと開口部１２ｂとを同軸に配置している。さらには、これらの開口部１２ａ、１２ｂを撮像光学系１１の光軸とも同軸に配置している。開口部１２ａは空孔であり、開口部１２ｂにはＰ偏光光束を透過させる開口部偏光フィルタＡＰＰＦ１を設置している。このように本実施例の撮像装置の開口絞り１２は、開口部１２ｂのみに直線偏光の光学フィルタを配置して開口部１２ｂを通過する光束をＰ偏光に符号化した第１符号化光束としている。したがって、本実施例における撮像装置の開口絞り１２では、Ｓ偏光光束は開口部１２ａのみを通過することができ、Ｐ偏光光束は開口部１２ａ及び開口部１２ｂの両方を通過することができる。
【００２０】
また、図１（Ａ）に示したように、電子撮像素子１４の直前に配置した撮像部光学フィルタ１３にはＳ偏光光束のみを通過させる撮像部偏光フィルタＩＣＰＦ１とＰ偏光光束のみを通過させる撮像部偏光フィルタＩＣＰＦ２とを交互に配列している。そのため、電子撮像素子１４では、画素毎に異なる偏光の画像を取得している。
【００２１】
カラー画像用の撮像装置の場合、電子撮像素子１４には赤、緑、青のカラーフィルタが配置されている。赤、緑、青のカラーフィルタはベイヤー配列で構成されているものがあり、その場合赤色や青色と比べて緑色のカラーフィルタの数が多いのが一般的である。そこで、撮像部偏光フィルタＩＣＰＦ１及び撮像部偏光フィルタＩＣＰＦ２を、緑色を取得する画素だけに配置しても良い。その際、後述する画像処理部１５の距離算出にも緑色の画像のみを使用する。
【００２２】
このように本実施例の撮像装置の電子撮素子１４は、第１符号化光束であるＰ偏光光束のみを受光する画素（第１画素）と第１符号化光束以外の光束であるＳ偏光光束のみを受光する画素（第２画素）とを有している。つまり、電子撮素子１４は、開口絞り１２で符号化された光束を選択的に取得する画素を有している。
【００２３】
ここで図２に示したように、Ｓ偏光光束のみで取得した画像は開口径が小さい状態で撮影した画像Ｉａであり、具体的な撮像光学系の絞り値はＦ／８．０で開口形状は円形開口である。一方、Ｐ偏光光束のみで取得した画像は、開口径が大きい状態で撮影した画像Ｉｂであり、具体的な撮像光学系の絞り値はＦ／４．０で開口形状は円形開口である。
【００２４】
このように、本実施例の撮像装置では異なる開口絞りによる複数枚の画像を同時に撮影することができる。特には、開口径が異なる２枚の画像を同時に撮影することができる。これにより、同時に撮影した複数の画像間において被写体ブレや手ブレなどによる主被写体や背景画像の位置ずれを大幅に軽減することができる。
【００２５】
開口径が小さい状態で撮影すると撮像光学系の被写界深度が深くなりピント面から離れた位置においてもぼけ量を小さくすることができる。一方、開口径が大きい状態で撮影すると撮像光学系の被写界深度は浅くなりピント面近傍のみがシャープに撮影され、ピント面から離れるに従ってぼけ量が大きくなる。つまり、主被写体Ｏｍにおいて画像Ｉａおよび画像Ｉｂは高い解像力を有しているが、背景物体Ｏｂにおいて画像Ｉａは高い解像力を有しているが、画像Ｉｂはほけた状態の画像となる。
【００２６】
このぼけ量の違いからＤＦＤ方式を用いて画素毎の距離情報を算出することができる。具体的には、ぼけ量が小さい画像Ｉｓとぼけ量が大きい画像Ｉｌとから同じ位置の小領域を切り出し、切り出した画像の相関値を算出する。これらの画像の相関が下がる要因は主にぼけ量の違いであることから、相関値の変化（低下）により被写体がどれだけピント位置から離れているかを推定することができる。デフォーカスによるぼけ量の変化は、画像の高収差成分から先に解像力もしくはコントラストが低下する。そこで、２枚の画像Ｉａ，Ｉｂの高周波成分を抽出してから画像の相関値を算出すると、より高精度に距離を推定することができる。画像処理部１５は、このようにして、開口径が異なる２枚の画像Ｉａ，Ｉｂを用いてＤＦＤ方式により画素毎の距離情報を算出している。なお、画像処理部１５は、電子撮像素子１４からの信号に基づいて画像のデータを処理するコンピュータ又は演算回路である。画像処理部１５は、Ｓ偏光光束のみを受光する複数の画素（複数の第２画素）からの信号に基づいて画像Ｉａのデータを生成し、Ｐ偏光光束のみを受光する複数の画素（複数の第１画素）からの信号に基づいて画像Ｉｂのデータを生成する。
【００２７】
本実施例では、小さな開口径の画像Ｉａと大きな開口径の画像Ｉｂとを同時に取得することが可能となり、両者間の被写体ブレや手ブレによる誤差を大幅に低減することができる。また、これらの画像を用いることによりＤＦＤによる距離推定精度を格段に向上させている。また、開口部１２ａと開口部１２ｂを同軸に構成したのでデフォーカスしても２枚の画像Ｉａ，Ｉｂに映る被写体の位置ずれが発生せず、ピント位置から離れた位置にある被写体（背景物体）におけるＤＦＤの距離推定精度を向上させることができる。さらに、開口部１２ａ及び開口部１２ｂを撮像光学系１１と同軸に配置したので、奥行きが異なる被写体であっても位置ずれが発生しないメリットがある。
【００２８】
本実施例では開口部１２ａを空孔としたのでＳ偏光光束とＰ偏光光束の両方が通過できる。そのため、開口部１２ａのみを通過したＳ偏光光束と開口部１２ａ及び開口部１２ｂの両方を通過したＰ偏光光束は、その開口形状を共に円形開口としている。円形開口は焦点深度が狭く、デフォーカスに対して２画像の相関値の変化が急峻となる。その為、ピント面近傍の距離を精度良く検出できるメリットがある。また、開口部１２ｂだけに偏光フィルタを配置しているため、開口絞り１２を通過する光束の光量ロスを低減することができる。
【００２９】
なお、小さな開口径の画像であるＳ偏光光束の画像の露光時間を、大きな開口径の画像であるＰ偏光光束の画像の露光時間よりも長くすることにより、２枚の画像の明るさを揃えることができる。これにより、ＤＦＤによる距離推定精度を更に向上させることができる。Ｐ偏光光束の露光時間が終了したら開口絞り１２に新たに偏光板を挿入してＳ偏光光束だけを露光させるようにしたメカニカルシッターを用いても良い。また、Ｓ偏光を受光する画素とＰ偏光を受光する画素とで電子シャッター方式により露光時間を変えても良い。
【００３０】
また、開口部１２ａ及び開口部１２ｂの少なくとも一方に透過率を設定する透過フィルタを配置して第１符号化光束であるＰ偏光光束の透過光量を減光させて、Ｐ偏光光束とＳ偏光光束との光量が均一になるように調整しても良い。
【００３１】
開口部１２ａの開口径をＤ１、開口部１２ｂの開口径をＤ２、開口部１２ａにおける第１符号化光束であるＰ偏光光束の透過率をＴ１１、開口部１２ａにおける第１符号化光束以外の光束であるＳ偏光光束の透過率をＴ１２、開口部１２ｂにおける第１符号化光束の透過率をＴ２１、開口部１２ｂにおける第１符号化光束以外の光束の透過率をＴ２２としたとき、次式を満足させると良い。
【００３２】
【数１】
2014131109.tif 000003
【００３３】
本実施例の場合、Ｔ１１＝０．１０、Ｔ１２＝０．９０、Ｔ２１＝０．１０、Ｔ２２＝０．００としており、式（１）の値は１．４４で式（１）に示した範囲を満足している。これにより、Ｐ偏光光束とＳ偏光光束との光量をほぼ均一にすることができる。
【００３４】
なお、本実施例の撮像装置では偏光によって符号化する光学フィルタを用いたが、これに限ったものではなく、例えば波長によって符号化する光学フィルタを用いても良い。特にカラー画像用の撮像装置の場合は、カラーフィルタの透過特性がある（透過率１０％以上）スペクトルにおいて波長毎に区別し、符号化すると良い。
【実施例２】
【００３５】
本発明を適用可能な実施例２を示す。本実施例の撮像装置は、実施例１の撮像装置と開口絞りが異なるが、それ以外の構成は同じである。
【００３６】
図３に本実施例における開口絞りの構成図を示す。本実施例でも直線偏光を用いて開口絞りを通過する光束を符号化している。開口絞り１２は、開口絞り１２の中央部に配置した円形の第１開口部１２ａと、第１開口部の周囲に配置したリング形状の第２開口部１２ｂとを有しており、第１開口部１２ａと第２開口部１２ｂとを同軸に配置している。さらに、第１開口部１２ａ及び第２開口部１２ｂは撮像光学系１１の光軸とも同時に配置している。第１開口部１２ａにはＳ偏光光束（成分）のみを透過させる第１開口部偏光フィルタＡＰＰＦ１を、第２開口部１２ｂにはＰ偏光光束（成分）のみを透過させる第２開口部偏光フィルタＡＰＰＦ２を設置している。
【００３７】
このように本実施例の撮像装置の開口絞り１２は、第１開口部１２ａと第２開口部１２ｂに直線偏光の光学フィルタを配置している。第１開口部１２ａを通過する光束をＳ偏光で符号化した第１符号化光束とし、第２開口部１２ｂを通過する光束をＰ偏光で符号化した第２符号化光束としている。本実施例では、第１符号化光束と第２符号化光束とで開口絞り１２の開口径及び開口形状を異ならせている。なお、本明細書において、開口径とは開口絞りの中心（撮像光学系の光軸）とその中心から最も離れている開口部の位置との距離の２倍の値であると定義する。例えば、本実施例において、第２開口部１２ｂの開口径は、図３に示したような値（Ｄ２）となる。
【００３８】
Ｓ偏光光束は第１開口部１２ａのみを通過しており、Ｓ偏光光束のみを受光することで取得した画像Ｉａは撮像光学系の絞り値Ｆ／５．６、開口形状は円形開口の画像である。一方、Ｐ偏光光束は第２開口部１２ｂのみを通過しており、Ｐ偏光光束のみを受光することで取得した画像Ｉｂは撮像光学系の絞り値Ｆ／４．０、開口形状は輪帯開口の画像である。
【００３９】
輪帯開口は円形開口の場合と比べてスポット径（Ｐｏｉｎｔ  Ｓｐｒｅａｄ  ＦｕｎｃｔｉｏｎをＰｅａｋ値の１／ｅ＾２の値でスライスしたときの幅）を小さくすることができるので、被写体の高周波成分をより忠実に描写できるメリットがある。したがって、ぼけ量の変化をより正確に検出することができ、ＤＦＤによる距離推定精度を向上させることができる。なお、輪帯開口は円形開口と比べてスポット径の焦点深度が深いのでＤＦＤによる距離検出が可能な範囲を広げることができる。
【００４０】
本実施例のように、円形開口で絞り値Ｆ／５．６のＰＳＦと輪帯開口で絞り値Ｆ／４．０のＰＳＦの場合、デフォーカス量に対するＰＳＦのピークの落ち具合はほぼ同等であるが、ＰＳＦの周辺部の変化量の変化の仕方に違いが生じる。円形開口で絞り値Ｆ／５．６のＰＳＦは周辺部が徐々に盛り上がるのに対して、輪帯開口で絞り値Ｆ／４．０のＰＳＦは周辺部にあるサイドローブが徐々に小さくなる。この周辺部の違いを検出することで距離情報を取得することができる。このように、開口形状の違いを利用して距離情報を算出することができる。
【００４１】
本実施例の開口絞り１２では、第１開口部１２ａと第２開口部１２ｂとの面積をほぼ等しくしている。具体的には、第２開口部１２ｂの開口径Ｄ２を第１開口部１２ａの開口径Ｄ１の√２倍に設定しており、次式の範囲を満足させるとほぼ同等の効果が得られる。
０．８×√２  ≦  Ｄ２／Ｄ１  ≦  １．２×√２・・・（２）
これにより、第１開口部のみを通過したＳ偏光光束の画像Ｉａと第２開口部のみを通過したＰ偏光光束の画像Ｉｂとで露光時間を等しく設定できるので、２つの画像間における被写体ブレや手ブレの誤差を低減することができる。
【００４２】
これにより、被写体ブレや手ブレによって生じた被写体の位置ずれを低減することができるので、これらの画像を用いることによりＤＦＤの距離推定精度を格段に向上させることができる。
【００４３】
また、２枚の画像で露光時間を等しく設定すれば、共通のシャッター（メカニカルシャッターや電子シャッターなど）を使用できる撮像装置上のメリットもある。
【００４４】
また、式（２）を満足しない場合でも、実施例１と同様に、第１開口部１２ａと第２開口部１２ｂとに透過率制御フィルタを配置して式（１）を満足させるとＰ偏光光束とＳ偏光光束の光量をほぼ均一に揃えることができる。
【実施例３】
【００４５】
図４に本発明を適用可能な実施例３を示す。
【００４６】
本実施例の撮像装置は、実施例１の撮像装置に対して、撮像光学系１１と電子撮像素子１４との間に複屈折光学素子１６を配置した点が異なる。
【００４７】
本実施例の撮像装置における複屈折光学素子１６は例えば水晶であり、入射光線に対して光学軸ＯＡを斜めに配置すると、紙面と垂直方向に偏光するＳ偏光光束は直進し紙面と平行方向に偏光するＰ偏光光束は斜めの方向へ進み２つの光路に分かれる。この特性を利用して複屈折光学素子１６の同じ位置Ｐｉに入射した光束を電子撮像素子１４の別々の画素へ入射させている。
【００４８】
撮像部光学フィルタ１３は、Ｓ偏光光束のみを透過させる撮像部光学フィルタ１３ａとＰ偏光光束のみを透過させる撮像部光学フィルタ１３ｂを有している。本実施例の撮像装置では、複屈折光学素子１６によって分離された光束が夫々対応する偏光方向の光学フィルタの画素に入射するように構成している。これにより、Ｓ偏光光束の画像Ｉａ及びＰ偏光光束の画像Ｉｂは、全く同じ画角の画像を取得することが可能となる。
【００４９】
ＤＦＤ方式では、ぼけ量から距離推定する際に被写体のテクスチャの空間周波数の影響を受けてしまうことがある。したがって、Ｓ偏光光束の画像ＩａとＰ偏光光束の画像Ｉｂとで１画素相当の画角が異なる場合、両者で撮像した被写体の位置が少しだけ（１画素程度）異なっており、異なるテクスチャから距離を推定していたため、距離推定精度を劣化させていた。
【００５０】
本実施例では、複屈折光学素子１６を用いてＳ偏光光束の画像ＩａとＰ偏光光束の画像Ｉｂと全く同じ画角としたので、両者で撮像した被写体の位置を全く同じにすることができる。これにより、同じテクスチャによって距離を推定することができるようになり、安定した距離推定精度を得ることが可能となる。
【００５１】
本実施例における撮像装置はモノクロ画像を例に挙げたが、カラー画像の撮像装置においてカラーフィルタがベイヤー配列の場合、緑色の画像は斜め方向で隣合わせとなっている。そこで、複屈折光学素子１６を用いて光束を分離する際、斜め方向に１画素分だけ分離するように、複屈折光学素子１６の光学軸の角度や厚みを調整すると良い。
【００５２】
本実施例の複屈折光学素子１６は水晶を例に挙げたが、方解石、液晶などでも良く、また微細構造を用いた複屈折板でも良い。
【実施例４】
【００５３】
本実施例の撮像装置は、実施例１の撮像装置と開口絞りと撮像部光学フィルタが異なるが、それ以外の構成は同じである。
【００５４】
図５に本実施例における開口絞りを示す。
【００５５】
本実施例では波長を用いて開口絞りを通過する光束を符号化している。開口絞り１２は、開口絞り１２の中央部に配置した円形の第１開口部１２ａと、第１開口部の周囲に配置したリング形状の第２開口部１２ｂと、第２開口部の周囲に配置したリング形状の第３開口部１２ｃとを有している。第１開口部１２ａと第２開口部１２ｂと第３開口部１２ｃとは同軸に配置されている。さらに、第１開口部１２ａ及び第２開口部１２ｂ及び第３開口部１２ｃは撮像光学系１１の光軸とも同時に配置している。第１開口部１２ａには第１スペクトルを透過させる開口部第１カラーフィルタＡＰＣＦ１を、第２開口部１２ｂには遮光部ＳＴＯＰを、第３開口部１２ｃには第２スペクトルを透過させる開口部第２カラーフィルタＡＰＣＦ２を設置している。
【００５６】
図６に本実施例における開口部カラーフィルタの分光透過率Ｔを示す。図中の実線は開口部第１カラーフィルタＡＰＣＦ１における第１スペクトルＳＰ１の分光透過率であり、破線は開口部第２カラーフィルタＡＰＣＦ２における第２スペクトルＳＰ２の分光透過率である。
【００５７】
このように本実施例の撮像装置の開口絞り１２は、第１開口部１２ａと第３開口部１２ｃにカラーフィルタを配置している。第１開口部１２ａを通過する光束を第１スペクトルＳＰ１で符号化した第２符号化光束とし、第３開口部１２ｃを通過する光束を第２スペクトルで符号化した第１符号化光束としている。
【００５８】
本実施例では、第１符号化光束と第２符号化光束とで開口絞り１２の開口径及び開口形状を異ならせている。
【００５９】
第１スペクトルＳＰ１は第１開口部１２ａのみを通過しており、第１スペクトルＳＰ１のみで取得した画像Ｉａは撮像光学系の絞り値Ｆ／８．０、開口形状は円形開口の画像である。一方、第２スペクトルＳＰ２は第３開口部１２ｃのみを通過しており、第２スペクトルＳＰ２のみで取得した画像Ｉｂは撮像光学系の絞り値Ｆ／４．０、開口形状は輪帯開口の画像である。
【００６０】
また、電子撮像素子１４の直前に配置した撮像部光学フィルタ１３には、第１スペクトルＳＰ１のみを通過させる撮像部第１カラーフィルタＩＣＣＦ１と第２スペクトルＳＰ２のみを通過させる撮像部第２カラーフィルタＩＣＣＦ２とが交互に配列されている。そのため、電子撮像素子１４は、画素毎に異なるスペクトルの画像を取得している。
【００６１】
このように、本実施例の電子撮像素子は、第１符号で符号化された第１符号化光束を受光する画素と、第１符号化光束以外の光束を受光する画素とを有している。
【００６２】
これらによって本実施例の撮像装置は、波長を用いて符号化された光束によって異なる開口径や開口形状の画像を同時に取得することが可能となる。
【００６３】
また、実施例１と同様に、第１開口部１２ａと第３開口部１２ｃとに透過率制御フィルタを配置して式（１）を満足させると、第１符号化光束と第１符号化光束以外の光束の光量をほぼ均一に揃えることができる。
【００６４】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
【００６５】
例えば、以上の実施例では、複数の開口部の開口径又は開口形状を互いに異ならせたり、開口形状を円形又は輪帯としたりすることを例示したが、それらに限られない。同時に撮影した複数枚の画像のぼけ量が互いに異なるように複数の開口部が構成されていれば良い。
【符号の説明】
【００６６】
１０  撮像装置
１１  撮像光学系
１２  開口絞り
１３  撮像部光学フィルタ（光学フィルタ）
１４  電子撮像素子（撮像素子）
１５  画像処理部
【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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