(57)【要約】【課題】明暗差の大きなシーンでも被写体までの距離を精度良く測定可能な距離測定装置を提供すること。【解決手段】本距離測定装置は、被写体から入射する光を集光する撮像レンズと、前記撮像レンズを通過した光が入射するレンズアレイと、前記レンズアレイを通過した光を受光して画像情報を出力する撮像素子アレイと、前記画像情報に基づいて、前記被写体までの距離を算出する距離算出部と、を有し、前記レンズアレイは、開口数の異なる複数のレンズを含む。【選択図】図１
2013200296.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体から入射する光を集光する撮像レンズと、
前記撮像レンズを通過した光が入射するレンズアレイと、
前記レンズアレイを通過した光を受光して画像情報を出力する撮像素子アレイと、
前記画像情報に基づいて、前記被写体までの距離を算出する距離算出部と、を有し、
前記レンズアレイは、開口数の異なる複数のレンズを含む距離測定装置。
【請求項２】
前記複数のレンズは、互いに曲率の等しい第１のレンズと第２のレンズとを含み、
前記第２のレンズの開口部の一部を遮蔽することで、前記第２のレンズの開口数を前記第１のレンズの開口数よりも小さくした請求項１記載の距離測定装置。
【請求項３】
前記複数のレンズは、曲率を変えることで開口数を異ならしめた第３のレンズと第４のレンズとを含む請求項１記載の距離測定装置。
【請求項４】
前記複数のレンズは、屈折率を変えることで開口数を異ならしめた第５のレンズと第６のレンズとを含む請求項１記載の距離測定装置。
【請求項５】
前記複数のレンズは、開口径、曲率、屈折率のうち複数のパラメータを変えることで開口数を異ならしめたレンズを含む請求項１記載の距離測定装置。
【請求項６】
前記第２のレンズの開口部の一部を不透明な金属膜により遮蔽した請求項２記載の距離測定装置。
【請求項７】
前記距離算出部は、ルックアップテーブルを用いて開口数に対応した前記距離を算出する請求項１乃至６の何れか一項記載の距離測定装置。
【請求項８】
前記距離算出部は、推定式を用いて開口数に対応した前記距離を算出する請求項１乃至６の何れか一項記載の距離測定装置。
【請求項９】
被写体から入射する光を開口数の異なる複数のレンズを含むレンズアレイを介して撮像素子アレイで受光して画像情報を出力するステップと、
前記画像情報に基づいて、前記被写体までの距離を算出するステップと、を有する距離測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体までの距離を測定する距離測定装置及び距離測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ステレオカメラ等の視点の異なる複数の２次元画像を入力し、被写体までの距離を測定する距離測定装置が知られている。例えば、画像センサカメラと、画像キャプチャボードと、画像データを保存するメモリと、メモリに保存された画像データから対象物までの距離情報を算出する画像処理部と、画像処理部で算出された距離情報を表示する表示モニタとを備える距離測定装置が知られている。
【０００３】
上記距離測定装置において、画像処理部は、再構成部と、輝度情報算出部と、距離情報算出部と、マスク部とからなる。マスク部は、画像センサカメラ内部のマイクロレンズアレイの非レンズ部に対応する画素の値を所定の値に変換する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記距離測定装置では、マイクロレンズアレイを構成するレンズが均一な性質であるため、明暗差の大きなシーンでは白とびや黒つぶれが生じ、それらの領域では被写体までの距離を算出するための情報が欠損するため、距離を精度良く測定できないという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、明暗差の大きなシーンでも被写体までの距離を精度良く測定可能な距離測定装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本距離測定装置は、被写体から入射する光を集光する撮像レンズと、前記撮像レンズを通過した光が入射するレンズアレイと、前記レンズアレイを通過した光を受光して画像情報を出力する撮像素子アレイと、前記画像情報に基づいて、前記被写体までの距離を算出する距離算出部と、を有し、前記レンズアレイは、開口数の異なる複数のレンズを含むことを要件とする。
【発明の効果】
【０００７】
開示の技術によれば、明暗差の大きなシーンでも被写体までの距離を精度良く測定可能な距離測定装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施の形態に係る距離測定装置を例示する図である。
【図２】第１の実施の形態に係るレンズアレイを構成する明るいレンズと暗いレンズの配列を例示する図である。
【図３】マクロピクセル群を例示する図である。
【図４】画像シフトを含む２次元画像を例示する図である。
【図５】シフト量と被写体までの距離との関係を例示する図である。
【図６】被写体までの距離を算出する方法を示すフローチャートの例である。
【図７】第１の実施の形態の変形例に係る距離測定装置を例示する図である。
【図８】第２の実施の形態に係る距離測定装置を例示する図である。
【図９】第２の実施の形態に係るレンズアレイを構成する明るいレンズと暗いレンズの配列を例示する図である。
【図１０】第２の実施の形態の変形例に係る距離測定装置を例示する図である。
【図１１】第３の実施の形態に係る距離測定装置を例示する図である。
【図１２】第３の実施の形態に係るレンズアレイを構成する明るいレンズと暗いレンズの配列を例示する図である。
【図１３】第３の実施の形態の変形例に係る距離測定装置を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【００１０】
〈第１の実施の形態〉
図１は、第１の実施の形態に係る距離測定装置を例示する図である。図１を参照するに、距離測定装置１０は、撮像レンズ２０と、レンズアレイ３０と、撮像素子アレイ４０と、距離算出部５０とを有する。レンズアレイ３０は、所定の開口径のレンズ３１と、レンズ３１よりも開口径の小さいレンズ３２とを含む複数の開口径のレンズを有する。
【００１１】
距離測定装置１０において、撮像レンズ２０の焦点距離はｆＭＬ、レンズアレイ３０を構成する各レンズ３１及び３２の焦点距離はｆＬＡである。又、撮像レンズ２０の中心部とレンズアレイ３０の中心部との距離はａ、レンズアレイ３０の中心部と撮像素子アレイ４０の表面との距離はｆＬＡである。
【００１２】
撮像レンズ２０は、被写体から入射する光を集光し、レンズアレイ３０の位置で結像させる機能を有する。レンズアレイ３０を構成する各レンズ３１及び３２は、撮像レンズ２０を通過した収束光線を再び発散させ、撮像素子アレイ４０に伝達する機能を有する。
【００１３】
撮像素子アレイ４０を構成する各撮像素子は、入射光を電気信号に変換して画像情報（ライトフィールド画像）を出力する機能を有する。撮像素子アレイ４０としては、例えばＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor Device）やＣＭＯＳ（Complimentary Metal Oxide Semiconductor Device）を用いることができる。撮像素子アレイ４０として、ＣＣＤ（Charge CoupＬＥＤ Device）やＣＩＳ（Contact Image Sensor）等を用いてもよい。
【００１４】
距離算出部５０は、撮像素子アレイ４０から出力されるライトフィールド画像を処理し、例えば、被写体までの距離を算出する機能を有する。距離算出部５０は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、メインメモリ等を含み、距離算出部５０の各種機能は、ＲＯＭ等に記録されたプログラムがメインメモリに読み出されてＣＰＵにより実行されることによって実現できる。但し、距離算出部５０の一部又は全部は、ハードウェアのみにより実現されてもよい。又、距離算出部５０は、物理的に複数の装置により構成されてもよい。
【００１５】
距離測定装置１０を図１に示すような構成とすることにより、ダイナミックレンジの広いライトフィールド画像を取得可能なプレノプティックカメラを構築できる。なお、プレノプティックカメラは、マイクロレンズによってカメラに入射する光を分割することにより、異なる視点の画像を一度の撮影で取得可能とするカメラである。そのため、プレノプティックカメラで撮影した画像に基づき計算処理を行うことで、任意の視点、開口径、フォーカス距離の画像を生成できる。
【００１６】
以下、距離測定装置１０の各構成要素について、更に詳しく説明する。距離測定装置１０では、撮像レンズ２０の開口数とレンズアレイ３０を構成するレンズ３１の開口数を等しい値ＮＡａとし、レンズ３２の開口数をＮＡａよりも小さな値ＮＡｂとしている。すなわち、レンズ３１よりもレンズ３２の方が暗いレンズである。
【００１７】
例えば、レンズ３１とレンズ３２として互いに曲率の等しいレンズを用い、レンズ３２の開口部の一部をマスク（遮蔽）することで、レンズ３２の開口数をレンズ３１の開口数よりも小さくできる。レンズ３２の開口部の一部に、例えば、不透明な金属膜を形成することにより、マスク（遮蔽）できる。不透明な金属膜の材料としては、例えば、酸化しにくいクロム（Ｃｒ）やアルミニウム（Ａｌ）等を用いることができる。なお、レンズ３１は本発明に係る第１のレンズの代表的な一例であり、レンズ３２は本発明に係る第２のレンズの代表的な一例である。
【００１８】
撮像素子アレイ４０の各撮像素子において、明るいレンズ３１の直下の像をマクロピクセル４１、暗いレンズ３２の直下の像をマクロピクセル４２と称する。マクロピクセル４１及び４２は各々複数の受光素子からなる。１つのマクロピクセル４１は、例えば、横２画素×縦２画素で構成されている。同様に、１つのマクロピクセル４２は、例えば、横２画素×縦２画素で構成されている。
【００１９】
マクロピクセル４１とマクロピクセル４２で受光する像には下記の違いが生じる。すなわち、マクロピクセル４１は明るいレンズ３１による像なので、被写体が暗い場合でも黒つぶれを生じさせない。又、マクロピクセル４２は暗いレンズ３２による像なので、被写体が明るい場合でも白とびを生じさせずに階調のある画像を取得することが可能である。
【００２０】
次に、レンズアレイ３０を構成する明るいレンズ３１と暗いレンズ３２の配列について説明する。図２は、第１の実施の形態に係るレンズアレイを構成する明るいレンズと暗いレンズの配列を例示する図であり、入射光の方向から視た図である。レンズ３１とレンズ３２は、例えば、図２（ａ）に示すように、レンズ３１の列とレンズ３２の列とを交互に配列してもよいし、図２（ｂ）に示すように、レンズ３１とレンズ３２とを市松模様状に配列してもよい。もちろん、図２（ａ）及び図２（ｂ）において、行と列を入れ替えてもよい。又、図２（ａ）及び図２（ｂ）の配列に限定するものではない。
【００２１】
次に、マクロピクセル４１及び４２の集合であるライトフィールド画像からダイナミックレンジの広い２次元画像を作製する方法について説明する。ここでは、一例として、レンズアレイ３０が、図２（ｂ）に示した市松模様状に配列されている場合を考える。
【００２２】
図３は、マクロピクセル群を例示する図である。図３に示すマクロピクセル群１００は、明るいレンズ３１の直下にあるマクロピクセル４１を中心とした３×３のマクロピクセル群を抜粋して図示したものである。太線で囲まれた白色部分がマクロピクセル４１であり、太線で囲まれた梨地模様部分がマクロピクセル４２である。図３の例では、各マクロピクセル４１及び４２は、各々横２画素×縦２画素で構成されている。
【００２３】
暗い被写体でも黒つぶれが生じない２次元画像１１０は、明るいレンズ３１の直下にあるマクロピクセル４１の画素（受光素子）の電気信号を、図３中の矢印のように再配列することで作製できる。各マクロピクセル４１の同じ位置（図３の場合は左上）の画素（受光素子）の電気信号をマクロピクセル４１の配列と同様に再配列する。
【００２４】
暗いレンズ３２の直下にあるマクロピクセル４２の再配列の方法も同様であり、明るい被写体でも白とびの生じない２次元画像１２０を作製できる。なお、再配列すべき電気信号のない領域１３０や１４０は、周囲の電気信号の値から補間することができる。
【００２５】
又、マクロピクセル４１及び４２の左上以外の位置の画素（受光素子）の再配列も同様である。図３の場合にはマクロピクセル４１及び４２が各々横２画素×縦２画素で構成されているので、明るいレンズ３１直下のマクロピクセル４１と暗いレンズ３２直下のマクロピクセル４２からそれぞれ４つの２次元画像を作製できる。
【００２６】
次に、再配列により作製した２次元画像から被写体までの距離を算出（推定）する方法について説明する。被写体までの距離は、マクロピクセルの各々の異なる位置から作製した２次元画像間に含まれる画像シフトの量から算出できる。
【００２７】
なお、被写体が明るい場合には明るいレンズ３１による像に白とびが生じる場合がある。白とびが生じた像からシフト量を求めることはできないので、白とびが生じた像はシフト量算出の対象外となる。しかし、この場合には、明るいレンズ３１に隣接する暗いレンズ３２により白とびが生じていない像が得られるため、その領域において被写体までの距離を算出するための情報が欠損することはない。
【００２８】
同様に、被写体が暗い場合には暗いレンズ３２による像に黒つぶれが生じる場合がある。黒つぶれが生じた像からシフト量を求めることはできないので、黒つぶれが生じた像はシフト量算出の対象外となる。しかし、この場合には、暗いレンズ３２に隣接する明るいレンズ３１により黒つぶれが生じていない像が得られるため、その領域において被写体までの距離を算出するための情報が欠損することはない。
【００２９】
このように、明暗差の大きなシーンでも、画面全体に対して被写体までの距離を算出するための情報が得られるため、被写体までの距離を精度良く測定可能となる。
【００３０】
図４は、画像シフトを含む２次元画像を例示する図である。図４に示す２次元画像１５０及び１６０おいて、シフトの方向は横方向であり、各々図３におけるマクロピクセルの左上と右上の画素を再配列した２次元画像と考えることができる。なお、左上と左下との比較なら縦方向にシフトがあり、左上と右下なら斜め方向のシフトが含まれる。
【００３１】
２次元画像１５０と２次元画像１６０との間のシフト量を例えばブロックマッチング等の画像処理により求め、被写体までの距離に換算できる。シフト量を求める方法は、本発明の本質ではなく、特定の方法に限定されることはない。
【００３２】
図５は、シフト量と被写体までの距離との関係を例示する図である。図５において、横軸が被写体までの距離、縦軸がシフト量である。シフト量と被写体までの距離との関係は一般に反比例であるが、図１に示した光学系の各パラメータにより変化する。
【００３３】
図５の実線５８は、明るいレンズ３１直下のマクロピクセル４１から作製した２次元画像間のシフトと距離の関係の一例を示している。又、図５の点線５９は、暗いレンズ３２直下のマクロピクセル４２から作製した２次元画像間のシフトと距離の関係の一例を示している。
【００３４】
明るいレンズ３１直下のマクロピクセル４１から作製した黒つぶれのない２次元画像間に含まれるシフトの量と実線５８から被写体までの距離を算出する。又、暗いレンズ３２直下のマクロピクセル４２から作製した白とびのない２次元画像間に含まれるシフトの量と点線５９から被写体までの距離を算出する。これにより、明暗差の大きなシーンにおいても被写体までの距離を算出できる。
【００３５】
図６は、被写体までの距離を算出する方法を示すフローチャートの例である。図６を参照するに、まず、ステップＳ２０１では、距離算出部５０は、撮像素子アレイ４０の各画素からライトフィールド画像を取得する。次に、ステップＳ２０２では、距離算出部５０は、例えば図３に示すマクロピクセル群１００から、各マクロピクセル４１の同じ位置（例えば、左上）の画素（受光素子）の電気信号をマクロピクセル４１の配列と同様に再配列して２次元画像Ａを作製する。又、各マクロピクセル４１の同じ位置（例えば、右上）の画素（受光素子）の電気信号をマクロピクセル４１の配列と同様に再配列して２次元画像Ｂを作製する。
【００３６】
又、各マクロピクセル４２の同じ位置（例えば、左上）の画素（受光素子）の電気信号をマクロピクセル４２の配列と同様に再配列して２次元画像Ｃを作製する。又、各マクロピクセル４２の同じ位置（例えば、右上）の画素（受光素子）の電気信号をマクロピクセル４２の配列と同様に再配列して２次元画像Ｄを作製する。
【００３７】
次に、ステップＳ２０３では、距離算出部５０は、ステップＳ２０２で作製した２次元画像Ａと２次元画像Ｂに含まれるシフト量Ｅを算出する。又、ステップＳ２０２で作製した２次元画像Ｃと２次元画像Ｄに含まれるシフト量Ｆを算出する。次に、ステップＳ２０４では、距離算出部５０は、シフト量Ｅと、図５の実線５８に示すシフト量−距離の関係を用いて、被写体までの距離Ａを算出する。又、シフト量Ｆと、図５の点線５９に示すシフト量−距離の関係を用いて、被写体までの距離Ｂを算出する。
【００３８】
つまり、ステップＳ２０４において、距離算出部５０は、明るいレンズ３１直下のマクロピクセル４１からの情報に基づいて被写体までの距離Ａを算出すると共に、暗いレンズ３２直下のマクロピクセル４２からの情報に基づいて被写体までの距離Ｂを算出する。但し、前述のように、シフト量を算出する際には、白とびが生じた像や黒つぶれが生じた像は除外されるため、距離Ａ又は距離Ｂの何れか一方のみを算出する場合もある。この場合にも（白とびや黒つぶれが生じた場合にも）、画面全体の各領域において、明るいレンズ３１又は暗いレンズ３２の少なくとも一方からの情報に基づいて被写体までの距離を算出できるため、被写体までの距離を精度良く算出可能となる。
【００３９】
次に、ステップＳ２０５では、距離算出部５０は、最終的な被写体までの距離を決定する。すなわち、白とびも黒つぶれも生じていない像の場合には、ステップＳ２０４において、距離Ａと距離Ｂの両方が算出されることになる。従って、距離Ａと距離Ｂの何れか一方を選択し、選択した方を最終的な被写体までの距離とする。
【００４０】
距離Ａと距離Ｂとの選択方法の一例を以下に示す。ステップＳ２０４で求めた距離Ａと距離Ｂから被写体までの概略距離がわかる。そこで、図５の実線５８及び点線５９の各々について、被写体までの概略距離付近におけるシフト量の距離に関する微分値の絶対値を算出する。そして、微分値の絶対値が大きい方の関係（実線５８又は点線５９）から求めた距離（距離Ａ又は距離Ｂ）を最終的な被写体までの距離とする。
【００４１】
微分値の絶対値が大きい方の関係（実線５８又は点線５９）に基づいて最終的な被写体までの距離を決定することにより、距離の算出誤差を低減することが可能となる。例えば、図５中の矢印６０で示す距離付近では、実線５８の方が点線５９よりもシフト量の距離に関する微分値の絶対値が大きいので、実線５８の関係から得られた距離Ａを最終的な被写体までの距離とすることが好ましい。
【００４２】
なお、実際には、例えば、実線５８に対応するルックアップテーブルや推定式を予め求めておき、開口数の大きいレンズ３１から得たシフト量に対して実線５８に対応するルックアップテーブルや推定式を用いて距離を算出できる。又、点線５９に対応するルックアップテーブルや推定式を予め求めておき、開口数の小さいレンズ３２から得たシフト量に対して点線５９に対応するルックアップテーブルや推定式を用いて距離を算出できる。つまり、予め求めたルックアップテーブルや推定式を用いて開口数に対応した距離を算出できる。
【００４３】
このように、第１の実施の形態に係る距離測定装置１０では、開口径の異なるレンズ３１及び３２を含むレンズアレイ３０を用いている。これにより、シーンの暗い領域から明るい領域まで像の明るさが撮像素子アレイ４０のダイナミックレンジに収まるようにして画像の白とびや黒つぶれの発生を防止している。そして、白とびや黒つぶれが発生していない画像を用いてレンズ３１及び３２の各々の開口径に対応したシフト量−距離の関係に基づいて被写体までの距離を算出する。その結果、明暗差の大きなシーンでも、画面全体に対して被写体までの距離を精度良く測定できる。
【００４４】
なお、図１及び図２に示す距離測定装置１０では、両面凸レンズであるレンズ３１及び３２を有するレンズアレイ３０を用いる例を示したが、これには限定されない。例えば、図７に示す距離測定装置１０Ａのように、レンズアレイ３０に代えて、平凸レンズであるレンズ３１Ａ及び３２Ａを有するレンズアレイ３０Ａを用いても上記と同様の効果を奏することができる。なお、図７において、レンズ３１Ａの焦点距離や配置等はレンズ３１と同様とすることができ、レンズ３２Ａの焦点距離や配置等はレンズ３２と同様とすることができる。
【００４５】
〈第２の実施の形態〉
第２の実施の形態では、レンズアレイを曲率の異なる複数のレンズから構成する例を示す。なお、第２の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部品についての説明は省略する。
【００４６】
図８は、第２の実施の形態に係る距離測定装置を例示する図である。図８を参照するに、距離測定装置１０Ｂは、レンズアレイ３０がレンズアレイ３０Ｂに置換された点が距離測定装置１０（図１参照）と相違する。レンズアレイ３０Ｂは、所定の開口径のレンズ３１と、レンズ３１よりも開口径の小さいレンズ３３とを含む複数の開口径のレンズを有する。レンズ３１とレンズ３３とは、曲率を変えることで開口数を異ならしめたレンズである。なお、レンズ３１は本発明に係る第３のレンズの代表的な一例であり、レンズ３３は本発明に係る第４のレンズの代表的な一例である。
【００４７】
距離測定装置１０Ｂでは、撮像レンズ２０の開口数とレンズアレイ３０Ｂを構成するレンズ３１の開口数を等しい値ＮＡａとし、レンズ３３の開口数をＮＡａよりも小さな値ＮＡｃとしている。すなわち、レンズ３１よりもレンズ３３の方が暗いレンズである。
【００４８】
第１の実施の形態と同様に、撮像素子アレイ４０の各撮像素子において、明るいレンズ３１の直下の像をマクロピクセル４１、暗いレンズ３３の直下の像をマクロピクセル４２と称する。第１の実施の形態と同様に、マクロピクセル４１は明るいレンズ３１による像なので、被写体が暗い場合でも黒つぶれを生じさせない。又、マクロピクセル４２は暗いレンズ３３による像なので、被写体が明るい場合でも白とびを生じさせずに階調のある画像を取得することが可能である。
【００４９】
図９は、第２の実施の形態に係るレンズアレイを構成する明るいレンズと暗いレンズの配列を例示する図であり、入射光の方向から視た図である。レンズ３１とレンズ３３は、第１の実施の形態と同様に、例えば、図９（ａ）に示すように、レンズ３１の列とレンズ３３の列とを交互に配列してもよいし、図９（ｂ）に示すように、レンズ３１とレンズ３３とを市松模様状に配列してもよい。もちろん、図９（ａ）及び図９（ｂ）において、行と列を入れ替えてもよい。又、図９（ａ）及び図９（ｂ）の配列に限定するものではない。
【００５０】
マクロピクセル群のライトフィールド画像を再配列してダイナミックレンジの広い２次元画像を作製する方法についても、第１の実施の形態と同様である。又、再配列により作製した２次元画像から被写体までの距離を算出する方法、及び明暗差の大きなシーンにおいて被写体までの距離を算出する方法についても、第１の実施の形態と同様である。
【００５１】
このように、曲率を変えることで開口数を異ならしめたレンズを含むレンズアレイを用いても、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。
【００５２】
なお、図８及び図９に示す距離測定装置１０Ｂでは、両面凸レンズであるレンズ３１及び３３を有するレンズアレイ３０Ｂを用いる例を示したが、これには限定されない。例えば、図１０に示す距離測定装置１０Ｃのように、レンズアレイ３０Ｂに代えて、平凸レンズであるレンズ３１Ｃ及び３３Ｃを有するレンズアレイ３０Ｃを用いても上記と同様の効果を奏することができる。なお、図１０において、レンズ３１Ｃの焦点距離や配置等はレンズ３１と同様とすることができ、レンズ３３Ｃの焦点距離や配置等はレンズ３３と同様とすることができる。
【００５３】
〈第３の実施の形態〉
第３の実施の形態では、レンズアレイを屈折率の異なる複数のレンズから構成する例を示す。なお、第３の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部品についての説明は省略する。
【００５４】
図１１は、第３の実施の形態に係る距離測定装置を例示する図である。図１１を参照するに、距離測定装置１０Ｄは、レンズアレイ３０がレンズアレイ３０Ｄに置換された点が距離測定装置１０（図１参照）と相違する。レンズアレイ３０Ｄは、所定の屈折率のレンズ３１と、レンズ３１よりも屈折率の小さいレンズ３４とを含む複数の屈折率のレンズを有する。レンズ３１とレンズ３４とは、屈折率を変えることで開口数を異ならしめたレンズである。なお、レンズ３１は本発明に係る第５のレンズの代表的な一例であり、レンズ３４は本発明に係る第６のレンズの代表的な一例である。
【００５５】
距離測定装置１０Ｄでは、撮像レンズ２０の開口数とレンズアレイ３０Ｄを構成するレンズ３１の開口数を等しい値ＮＡａとし、レンズ３４の開口数をＮＡａよりも小さな値ＮＡｃとしている。すなわち、レンズ３１よりもレンズ３４の方が暗いレンズである。
【００５６】
第１の実施の形態と同様に、撮像素子アレイ４０の各撮像素子において、明るいレンズ３１の直下の像をマクロピクセル４１、暗いレンズ３４の直下の像をマクロピクセル４２と称する。第１の実施の形態と同様に、マクロピクセル４１は明るいレンズ３１による像なので、被写体が暗い場合でも黒つぶれを生じさせない。又、マクロピクセル４２は暗いレンズ３４による像なので、被写体が明るい場合でも白とびを生じさせずに階調のある画像を取得することが可能である。
【００５７】
図１２は、第３の実施の形態に係るレンズアレイを構成する明るいレンズと暗いレンズの配列を例示する図であり、入射光の方向から視た図である。レンズ３１とレンズ３４は、第１の実施の形態と同様に、例えば、図１２（ａ）に示すように、レンズ３１の列とレンズ３４の列とを交互に配列してもよいし、図１２（ｂ）に示すように、レンズ３１とレンズ３４とを市松模様状に配列してもよい。もちろん、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）において、行と列を入れ替えてもよい。又、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）の配列に限定するものではない。
【００５８】
マクロピクセル群のライトフィールド画像を再配列してダイナミックレンジの広い２次元画像を作製する方法についても、第１の実施の形態と同様である。又、再配列により作製した２次元画像から被写体までの距離を算出する方法、及び明暗差の大きなシーンにおいて被写体までの距離を算出する方法についても、第１の実施の形態と同様である。
【００５９】
このように、屈折率を変えることで開口数を異ならしめたレンズを含むレンズアレイを用いても、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。
【００６０】
なお、図１１及び図１２に示す距離測定装置１０Ｄでは、両面凸レンズであるレンズ３１及び３４を有するレンズアレイ３０Ｄを用いる例を示したが、これには限定されない。例えば、図１３に示す距離測定装置１０Ｅのように、レンズアレイ３０Ｄに代えて、平凸レンズであるレンズ３１Ｅ及び３４Ｅを有するレンズアレイ３０Ｅを用いても上記と同様の効果を奏することができる。なお、図１３において、レンズ３１Ｅの焦点距離や配置等はレンズ３１と同様とすることができ、レンズ３４Ｅの焦点距離や配置等はレンズ３４と同様とすることができる。
【００６１】
以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００６２】
例えば、レンズアレイに含まれる複数のレンズは、開口径、曲率、屈折率のうち複数のパラメータを変えることで開口数を異ならしめたレンズとしてもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ  距離測定装置
２０  撮像レンズ
３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ、３０Ｅ  レンズアレイ
３１、３１Ａ、３１Ｃ、３１Ｅ、３２、３２Ａ、３３、３３Ｃ、３４、３４Ｅ  レンズ
４０  撮像素子アレイ
４１、４２  マクロピクセル
５０  距離算出部
５８  実線
５９  点線
６０  矢印
１００  マクロピクセル群
１１０、１２０  ２次元画像
１３０、１４０  領域
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６４】
【特許文献１】特開２００９−２２９１２５号公報
【図１】
2013200296.tif 000003
【図２】
2013200296.tif 000004
【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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