(57)【要約】  本技術は、より容易にホワイトバランス制御を行うことができるようにする撮像装置および方法、画像処理装置および方法、並びに、撮像素子に関する。撮像レンズおよびピンホールのいずれも介さずに入射する入射光を受光し、前記入射光の入射角によって変調された出力画素値を示す検出信号をそれぞれ１つ出力する複数の画素出力単位を備える撮像素子により被写体を撮像し、その撮像により得られた、その撮像素子の画素出力単位において得られる検出信号に基づいて、その検出信号から復元される復元画像のホワイトバランスの補正に用いられるホワイトバランス係数を設定する。本開示は、例えば、撮像素子、撮像装置、画像処理装置、電子機器、システム等に適用することができる。
2019188396.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像レンズおよびピンホールのいずれも介さずに入射する入射光を受光し、前記入射光の入射角によって変調された出力画素値を示す検出信号をそれぞれ１つ出力する複数の画素出力単位を備える撮像素子と、
前記撮像素子の前記画素出力単位において得られる検出信号に基づいて、前記検出信号から復元される復元画像のホワイトバランスの補正に用いられるホワイトバランス係数を設定する係数設定部と
を備える撮像装置。
【請求項２】
前記複数の画素出力単位は、前記出力画素値の、被写体からの入射光の入射角に対する指向性を示す入射角指向性を前記画素出力単位毎に独立に設定可能な構成を有する
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記複数の画素出力単位は、被写体からの入射光の入射角に対する指向性を示す入射角指向性を前記画素出力単位毎に独立に設定可能な構成を有する
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記係数設定部は、前記撮像素子の一部の画素出力単位において得られる前記検出信号に基づいて、前記ホワイトバランス係数を設定する
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記一部の画素出力単位は、各色の少なくとも１つの画素出力単位を含む
請求項４に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記一部の画素出力単位は、各色の単数の画素出力単位により構成される
請求項４に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記一部の画素出力単位は、前記複数の画素出力単位の内の、他の画素出力単位よりも先に前記検出信号が読み出される単数または複数の画素出力単位により構成される
請求項４に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記一部の画素出力単位は、複数の画素出力単位により構成され、
前記係数設定部は、前記一部の画素出力単位のそれぞれから読み出される前記検出信号の値に基づいて、前記ホワイトバランス係数を設定する
請求項４に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記一部の画素出力単位は、前記検出信号が得られる有効画素領域外に形成される
請求項４に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記一部の画素出力単位は、前記有効画素領域の周辺の領域に形成される
請求項９に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記一部の画素出力単位は、所定の方向の指向性を有する画素出力単位により構成される
請求項４に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記一部の画素出力単位は、前記撮像素子の中央の前方に向かう方向の指向性を有する画素出力単位により構成される
請求項１１に記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記係数設定部により設定された前記ホワイトバランス係数をメタデータとして前記検出信号に関連付ける関連付け部をさらに備える
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項１４】
復元行列を用いて前記検出信号から、ホワイトバランスが補正された前記復元画像を復元する復元部をさらに備える
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項１５】
前記復元部は、前記ホワイトバランス係数により係数が補正された前記復元行列を用いることにより、前記検出信号から、ホワイトバランスが補正された前記復元画像を復元する
請求項１４に記載の撮像装置。
【請求項１６】
前記復元部は、前記復元行列を用いて前記検出信号から復元された前記復元画像の画素値を、前記ホワイトバランス係数を用いて補正することにより、ホワイトバランスが補正された前記復元画像を生成する
請求項１４に記載の撮像装置。
【請求項１７】
撮像レンズおよびピンホールのいずれも介さずに入射する入射光を受光し、前記入射光の入射角によって変調された出力画素値を示す検出信号をそれぞれ１つ出力する複数の画素出力単位を備える撮像素子により被写体を撮像し、
前記撮像により得られた、前記撮像素子の画素出力単位において得られる検出信号に基づいて、前記検出信号から復元される復元画像のホワイトバランスの補正に用いられるホワイトバランス係数を設定する
撮像方法。
【請求項１８】
撮像レンズおよびピンホールのいずれも介さずに入射する入射光を受光し、前記入射光の入射角によって変調された出力画素値を示す検出信号をそれぞれ１つ出力する複数の画素出力単位を備える撮像素子により被写体が撮像されて得られた、前記画素出力単位において得られる検出信号に基づいて、前記検出信号から復元される復元画像のホワイトバランスの補正に用いられるホワイトバランス係数を設定する係数設定部
を備える画像処理装置。
【請求項１９】
撮像レンズおよびピンホールのいずれも介さずに入射する入射光を受光し、前記入射光の入射角によって変調された出力画素値を示す検出信号をそれぞれ１つ出力する複数の画素出力単位を備える撮像素子により被写体が撮像されて得られた、前記画素出力単位において得られる検出信号に基づいて、前記検出信号から復元される復元画像のホワイトバランスの補正に用いられるホワイトバランス係数を設定する
画像処理方法。
【請求項２０】
撮像レンズおよびピンホールのいずれも介さずに入射する入射光を受光し、前記入射光の入射角によって変調された出力画素値を示す検出信号をそれぞれ１つ出力する複数の画素出力単位を備え、
前記画素出力単位において得られる検出信号に基づいて、前記検出信号から復元される復元画像のホワイトバランスの補正に用いられるホワイトバランス係数を設定する係数設定部
を備える撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、撮像装置および方法、画像処理装置および方法、並びに、撮像素子に関し、特に、より容易にホワイトバランス制御を行うことができるようにした撮像装置および方法、画像処理装置および方法、並びに、撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、撮像素子は、撮像素子に集光する撮像レンズと組み合わせて用いることが一般的である。撮像レンズによって、被写体面からの光を、被写体面の光強度分布を再現するように、撮像素子の各画素に導くことにより、撮像素子は、各画素においてその光強度分布に応じたレベルの検出信号を得ることができ、全体として被写体の撮像画像を得ることができる。【０００３】
しかしながら、この場合、物理的なサイズが大きくなってしまう。そこで、撮像レンズを用いない撮像素子が考えられた（例えば特許文献１、特許文献２、および非特許文献１参照）。このような撮像素子を適用した撮像装置は、例えば、その撮像素子において生成される検出画像に対して所定の演算を行って復元画像を復元する。【０００４】
ところで、撮像装置では、撮像画像の色調を補正するために、撮影環境での光の色の影響を考慮して撮像画像における白さの基準を補正するホワイトバランス制御という処理が行われることがある。ホワイトバランス制御は、例えばRGBの画素値を色毎にある程度広い範囲で積分した積分値の比を用いて行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１６／１２３５２９号
【特許文献２】特表２０１６-５１０９１０号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】M. Salman Asif、他４名、"Flatcam: Replacing lenses with masks and computation"、"2015 IEEE International Conference on Computer Vision Workshop (ICCVW)"、2015年、663-666ページ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１、特許文献２、および非特許文献１に記載のように撮像レンズを用いない撮像素子を適用した撮像装置においてこのような方法でホワイトバランス制御を行う場合、その撮像素子において得られる検出画像から復元画像を復元し、その復元画像においてRGBの画素値を色毎にある程度広い範囲で積分した積分値の比を用いてホワイトバランスの制御を行うことになり、煩雑な処理が必要であった。【０００８】
本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、より容易にホワイトバランス制御を行うことができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本技術の一側面の撮像装置は、撮像レンズおよびピンホールのいずれも介さずに入射する入射光を受光し、前記入射光の入射角によって変調された出力画素値を示す検出信号をそれぞれ１つ出力する複数の画素出力単位を備える撮像素子と、前記撮像素子の前記画素出力単位において得られる検出信号に基づいて、前記検出信号から復元される復元画像のホワイトバランスの補正に用いられるホワイトバランス係数を設定する係数設定部とを備える撮像装置である。【００１０】
本技術の一側面の撮像方法は、撮像レンズおよびピンホールのいずれも介さずに入射する入射光を受光し、前記入射光の入射角によって変調された出力画素値を示す検出信号をそれぞれ１つ出力する複数の画素出力単位を備える撮像素子により被写体を撮像し、前記撮像により得られた、前記撮像素子の画素出力単位において得られる検出信号に基づいて、前記検出信号から復元される復元画像のホワイトバランスの補正に用いられるホワイトバランス係数を設定する撮像方法である。【００１１】
本技術の他の側面の画像処理装置は、撮像レンズおよびピンホールのいずれも介さずに入射する入射光を受光し、前記入射光の入射角によって変調された出力画素値を示す検出信号をそれぞれ１つ出力する複数の画素出力単位を備える撮像素子により被写体が撮像されて得られた、前記画素出力単位において得られる検出信号に基づいて、前記検出信号から復元される復元画像のホワイトバランスの補正に用いられるホワイトバランス係数を設定する係数設定部を備える画像処理装置である。【００１２】
本技術の他の側面の画像処理方法は、撮像レンズおよびピンホールのいずれも介さずに入射する入射光を受光し、前記入射光の入射角によって変調された出力画素値を示す検出信号をそれぞれ１つ出力する複数の画素出力単位を備える撮像素子により被写体が撮像されて得られた、前記画素出力単位において得られる検出信号に基づいて、前記検出信号から復元される復元画像のホワイトバランスの補正に用いられるホワイトバランス係数を設定する画像処理方法である。【００１３】
本技術のさらに他の側面の撮像素子は、撮像レンズおよびピンホールのいずれも介さずに入射する入射光を受光し、前記入射光の入射角によって変調された出力画素値を示す検出信号をそれぞれ１つ出力する複数の画素出力単位を備え、前記画素出力単位において得られる検出信号に基づいて、前記検出信号から復元される復元画像のホワイトバランスの補正に用いられるホワイトバランス係数を設定する係数設定部を備える撮像素子である。【００１４】
本技術の一側面の撮像装置および方法においては、撮像レンズおよびピンホールのいずれも介さずに入射する入射光を受光し、その入射光の入射角によって変調された出力画素値を示す検出信号をそれぞれ１つ出力する複数の画素出力単位を備える撮像素子により被写体が撮像され、その撮像により得られた、撮像素子の画素出力単位において得られる検出信号に基づいて、その検出信号から復元される復元画像のホワイトバランスの補正に用いられるホワイトバランス係数が設定される。【００１５】
本技術の他の側面の画像処理装置および方法においては、撮像レンズおよびピンホールのいずれも介さずに入射する入射光を受光し、その入射光の入射角によって変調された出力画素値を示す検出信号をそれぞれ１つ出力する複数の画素出力単位を備える撮像素子により被写体が撮像されて得られた、その画素出力単位において得られる検出信号に基づいて、その検出信号から復元される復元画像のホワイトバランスの補正に用いられるホワイトバランス係数が設定される。【００１６】
本技術のさらに他の側面の撮像素子においては、撮像レンズおよびピンホールのいずれも介さずに入射する入射光を受光し、その入射光の入射角によって変調された出力画素値を示す検出信号をそれぞれ１つ出力する複数の画素出力単位が備えられ、その画素出力単位において得られる検出信号に基づいて、その検出信号から復元される復元画像のホワイトバランスの補正に用いられるホワイトバランス係数を設定する係数設定部が備えられる。
【発明の効果】
【００１７】
本技術によれば、被写体を撮像する、または、画像を処理することができる。また本技術によれば、より容易にホワイトバランス制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ホワイトバランス制御までの処理の流れの例を説明する図である。
【図２】本開示の技術を適用した撮像素子の主な構成例を示すブロック図である。
【図３】撮像素子における撮像の原理を説明する図である。
【図４】従来の撮像素子と本開示の撮像素子との構成の違いを説明する図である。
【図５】撮像素子の第１の構成例を説明する図である。
【図６】撮像素子の第１の構成例を説明する図である。
【図７】入射角指向性の発生の原理を説明する図である。
【図８】オンチップレンズを利用した入射角指向性の変化を説明する図である。
【図９】入射角指向性の設計を説明する図である。
【図１０】被写体距離と入射角指向性を表現する係数との関係を説明する図である。
【図１１】狭画角画素と広画角画素との関係を説明する図である。
【図１２】狭画角画素と広画角画素との関係を説明する図である。
【図１３】狭画角画素と広画角画素との関係を説明する図である。
【図１４】変形例を説明する図である。
【図１５】変形例を説明する図である。
【図１６】変形例を説明する図である。
【図１７】変形例を応用して画角を変化させる例を説明する図である。
【図１８】変形例を応用して画角を変化させるとき、複数の画角の画素を組み合わせる例を説明する図である。
【図１９】変形例を説明する図である。
【図２０】変形例を説明する図である。
【図２１】変形例を説明する図である。
【図２２】ホワイトバランス制御に用いる画素出力単位の配置例を示す図である。
【図２３】ホワイトバランス制御に用いる画素出力単位の配置例を示す図である。
【図２４】出力データの主な構成例を示す図である。
【図２５】撮像処理の流れの例を説明するフローチャートである。
【図２６】撮像装置の主な構成例を示すブロック図である。
【図２７】画像処理装置の主な構成例を示すブロック図である。
【図２８】画像処理の流れの例を説明するフローチャートである。
【図２９】画像処理システムの主な構成例を示すブロック図である。
【図３０】画像処理の流れの例を説明するフローチャートである。
【図３１】撮像素子の主な構成例を示す図である。
【図３２】白黒パターンマスクを用いた場合を示す図である。
【図３３】光干渉マスクを用いた場合を示す図である。
【図３４】撮像素子の変形例を示す図である。
【図３５】コンピュータの主な構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本開示を実施するための形態（以下実施の形態とする）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．ホワイトバランス制御
２．第１の実施の形態（撮像素子）
３．第２の実施の形態（撮像装置）
４．第３の実施の形態（画像処理装置）
５．第４の実施の形態（画像処理システム）
６．第５の実施の形態（撮像素子・撮像装置の他の構成例）
７．付記
【００２０】
＜１．ホワイトバランス制御＞
＜ホワイトバランス制御＞
従来、例えば特許文献１、特許文献２、および非特許文献１に記載のように、撮像レンズを用いない撮像素子（撮像レンズフリーの撮像素子とも称する）があった。このような撮像レンズフリーの撮像素子を適用した撮像装置は、例えば、その撮像素子において生成される検出画像に対して所定の演算を行って復元画像を復元する。
【００２１】
ところで、撮像装置では、撮像画像の色調を補正するために、撮影環境での光の色の影響を考慮して撮像画像における白さの基準を補正するホワイトバランス制御（調整）という処理が行われることがある。ホワイトバランス制御は、例えばRGBの画素値を色毎にある程度広い範囲で積分した積分値の比を用いて行われる。
【００２２】
例えば、従来の撮像レンズを用いる撮像素子の場合、図１のＡに示されるように、撮像素子においてRaw画像が取得されると（Raw取得１１）、そのRaw画像に対して、画素値を積分する範囲を設定する処理である積分範囲設定１２、設定された範囲で画素値を色毎に積分する処理である積分１３、および、得られた積分値の比を用いてホワイトバランス制御に用いられるホワイトバランス係数（WB係数とも称する）を算出する処理であるWB係数決定１４等の処理が行われる。このWB係数を用いて撮像画像（Raw画像）のホワイトバランスの制御が行われる。
【００２３】
これに対して、特許文献１、特許文献２、および非特許文献１に記載のような撮像レンズフリーの撮像素子を適用した撮像装置においてこのような方法でホワイトバランス制御を行う場合、その撮像素子において得られる検出画像から復元画像を復元し、その復元画像においてRGBの画素値を色毎にある程度広い範囲で積分した積分値の比を用いてホワイトバランスを制御することになり、煩雑な処理が必要であった。
【００２４】
例えば、図１のＢに示されるように、撮像素子において検出画像が取得されると（検出画像取得２１）、その検出画像から復元画像（Raw画像）が復元され（Raw復元２２）、そのRaw画像に対して、積分範囲設定１２と同様の処理である積分範囲設定２３、積分１３と同様の処理である積分２４、および、WB係数決定１４と同様の処理であるWB係数決定２５等の処理が行われる。このWB係数を用いて復元画像（Raw画像）のホワイトバランスの制御が行われる。つまり、この場合、復元画像を復元する必要があった。
【００２５】
＜撮像レンズを用いない撮像素子におけるホワイトバランス制御＞
そこで、検出信号に基づいて、その検出信号からなる検出画像から復元される復元画像のホワイトバランスの補正に用いられるホワイトバランス係数を設定するようにする。
【００２６】
例えば、撮像装置において、撮像レンズおよびピンホールのいずれも介さずに入射する入射光を受光し、その入射光の入射角によって変調された出力画素値を示す検出信号をそれぞれ１つ出力する複数の画素出力単位を備える撮像素子と、その撮像素子の画素出力単位において得られる検出信号に基づいて、その検出信号からなる検出画像から復元される復元画像のホワイトバランスの補正に用いられるホワイトバランス係数を設定する係数設定部とを備えるようにする。
【００２７】
WB係数の算出には、画角内の十分に広い範囲の被写体の情報が必要になる。従来の撮像レンズを用いる撮像素子の場合、各画素においては、狭い範囲の被写体からの光が検出されるので、十分に広い範囲で画素値を積分する必要がある。
【００２８】
例えば、赤（Ｒ）の画素（Ｒ画素）の画素値Ｒ、緑（Ｇ）の画素（Ｇ画素）の画素値Ｇ、および青（Ｂ）の画素（Ｂ画素）の画素値Ｂを用いて、画素値Ｒ用のWB係数と画素値Ｂ用のWB係数とが、以下の式（１）および式（２）のように算出される。
【００２９】
画素値Ｒ用のWB係数＝全画素値Ｇの積分値／全画素値Ｒの積分値  ・・・（１）
画素値Ｂ用のWB係数＝全画素値Ｇの積分値／全画素値Ｂの積分値  ・・・（２）
【００３０】
そして、以下の式（３）および式（４）のように、撮像画像（画素値Ｒおよび画素値Ｂ）に対して、これらのWB係数を乗算することによりホワイトバランス制御が行われる。
【００３１】
ホワイトバランス制御後の画素値Ｒ＝画素値Ｒ×画素値Ｒ用のWB係数  ・・・（３）
ホワイトバランス制御後の画素値Ｂ＝画素値Ｂ×画素値Ｂ用のWB係数  ・・・（４）
【００３２】
これに対して、撮像レンズフリーの撮像素子の場合、各画素において画角内の略全ての被写体からの光が検出される。つまり、各検出信号には、撮像レンズを用いる撮像素子の全画素値の積分値と略同等の情報が含まれる。したがって、この撮像素子の場合、復元画像を復元しなくても、この検出信号（検出画像の画素値）から、WB係数を算出することができる。
【００３３】
つまり、復元画像の復元が不要になる。また、各検出信号から、撮像レンズを用いる撮像素子の全画素値の積分値と略同等の情報が得られるのであるから、検出信号（画素値）の積分も不要であり、積分範囲設定も不要である。つまり、WB係数の算出に必要な処理は、図１のＣのように、検出画像取得３１およびWB係数決定３２の処理だけとなる。したがって、より容易にWB係数を算出することができる。つまり、より容易にホワイトバランス制御を行うことができる。
【００３４】
したがって、ホワイトバランス制御に関する処理の負荷の増大を抑制することができる。これにより、処理時間や消費電力の増大を抑制することができるだけでなく、ハードウエア資源の利用率も低減させることができる。したがって、ハードウエアの製造コストの増大を抑制することができる。さらに、このホワイトバランス制御を適用したデバイス等の開発や設計の容易化も期待することができる。したがって、その開発期間やコストの増大を抑制することができる。
【００３５】
付言するに、復元画像の復元が不要であるので、より早期にWB係数を算出することができ、より早期にホワイトバランス制御を行うことができる。例えば、ユーザ等によるホワイトバランス制御指示に対してより高速に応答（制御結果を提供）することができる。したがって指示入力から応答までのタイムラグによるユーザの満足度の低減を抑制することができる。
【００３６】
＜２．第１の実施の形態＞
＜撮像素子＞
図２は、以上のような本技術を適用した撮像素子の主な構成例を示すブロック図である。図２に示される撮像素子１２１は、被写体の撮像に関する処理を行うように構成される。例えば、撮像素子１２１は、被写体を撮像し、その撮像画像に関するデータ（電子データ）を得る。その際、撮像素子１２１は、撮像レンズ、回折格子等の光学フィルタ等やピンホール等を介さずに被写体を撮像し、その撮像画像に関するデータを得ることができる。例えば、撮像素子１２１は、被写体を撮像し、所定の演算によりその撮像画像のデータを得ることができるデータ（検出信号等）を得る。
【００３７】
なお、本明細書において、撮像画像は、被写体の像が結像された画素値により構成される、ユーザが目視して画像として認識できる画像のことである。これに対して撮像素子１２１の画素単位出力における入射光の検出結果である検出信号により構成される画像（検出画像と称する）は、被写体の像が結像されていないことにより、ユーザが目視しても画像として認識することができない（つまり、被写体を視認不可能な）画像である。つまり、検出画像は撮像画像とは異なる画像である。ただし、上述のように、この検出画像のデータに対して所定の演算を行うことにより、撮像画像、すなわち、被写体の像が結像された、ユーザが目視して画像として認識できる（つまり、被写体を視認可能な）画像を復元することができる。この復元された撮像画像を復元画像と称する。つまり、検出画像は復元画像とは異なる画像である。
【００３８】
また、本明細書において、この復元画像を構成する画像であって、同時化処理や色分離処理等（例えば、デモザイク処理等）の前の画像をRaw画像とも称する。このRaw画像も、撮像画像と同様に、ユーザが目視して画像として認識することができる（つまり、被写体を視認可能な）画像である。換言するに、検出画像は、色フィルタの配列に従った画像ではあるが、Raw画像とは異なる画像である。
【００３９】
ただし、撮像素子１２１が、例えば赤外光や紫外光等のような不可視光のみに感度を有する場合、復元画像（Raw画像や撮像画像）も、ユーザが目視して画像として認識することはできない（被写体を視認することができない）画像となる。ただし、これは検出した光の波長域によるものであるので、復元画像は、波長域を可視光域に変換することにより被写体を視認可能な画像とすることができる。これに対して検出画像は、被写体の像が結像されていないので、波長域を変換するだけでは被写体を視認可能な画像とすることはできない。したがって、撮像素子１２１が不可視光のみに感度を有する場合であっても、上述したように検出画像に対して所定の演算を行うことにより得られる画像を復元画像と称する。なお、以下において、特に言及しない限り、基本的に撮像素子１２１が可視光を受光する場合を例に用いて本技術を説明する。
【００４０】
つまり、撮像素子１２１は、被写体を撮像し、検出画像に関するデータを得ることができる。
【００４１】
このような撮像素子１２１において、撮像レンズおよびピンホールのいずれも介さずに入射する入射光を受光し、その入射光の入射角によって変調された出力画素値を示す検出信号をそれぞれ１つ出力する複数の画素出力単位を備え、その画素出力単位において得られる検出信号に基づいて、その検出信号からなる検出画像から復元される復元画像のホワイトバランスの補正に用いられるホワイトバランス係数を設定する係数設定部を備えるようにする。
【００４２】
このようにすることにより、上述したように、より容易にホワイトバランス制御を行うことができる。
【００４３】
図２に示されるように、この撮像素子１２１は、受光部１１１およびその他の処理部１１２を有する。受光部１１１とその他の処理部１１２は、同一の半導体基板に形成されるようにしてもよいし、互いに異なる半導体基板に形成されるようにしてもよい。例えば、受光部１１１が形成される半導体基板と、その他の処理部１１２が形成される半導体基板とが積層されるようにしてもよい。
【００４４】
受光部１１１は、複数の画素（画素出力単位）からなる画素行列を有し、各画素において、被写体からの光を受光して光電変換し、その入射光に応じた電荷を蓄積し、所定のタイミングにおいてその電荷を検出信号として出力する。この複数の画素は、例えばＲ画素、Ｇ画素、およびＢ画素の３種類の画素により構成される。
【００４５】
図２に示されるように、その他の処理部１１２は、A/D変換部１０１、WB係数設定部１０２、復元部１０３、関連付け部１０４、および出力部１０５を有する。
【００４６】
A/D変換部１０１は、受光部１１１から出力されたアナログ信号の検出信号をA/D変換し、デジタルデータの検出信号としてWB係数設定部１０２に供給する。なお、このA/D変換部１０１の構成は任意である。例えばA/D変換部１０１が１つのA/D変換部により構成され、受光部１１１の全画素の検出信号をその１つのA/D変換部によりA/D変換するようにしてもよい。また、例えばA/D変換部１０１が、受光部１１１の画素行列の列毎または行毎にA/D変換部を有し、各列または各行の画素から読み出される検出信号をその列または行のA/D変換部を用いてA/D変換するようにしてもよい。また、例えばA/D変換部１０１が、受光部１１１の画素行列のエリア毎にA/D変換部を有し、各エリアの画素から読み出される検出信号をそのエリアのA/D変換部を用いてA/D変換するようにしてもよい。また、例えばA/D変換部１０１が、受光部１１１の画素毎にA/D変換部を有し、各画素から読み出される検出信号をその画素のA/D変換部を用いてA/D変換するようにしてもよい。
【００４７】
WB係数設定部１０２は、供給された検出信号に基づいてWB係数を設定する。例えば、Ｒ画素の検出信号Ｒ、緑Ｇ画素の検出信号Ｇ、およびＢ画素の検出信号Ｂを用いて、画素値Ｒ用のWB係数WB_Rと画素値Ｂ用のWB係数WB_Bとが、以下の式（５）および式（６）のように算出される。
【００４８】
WB_R＝検出信号Ｇ／検出信号Ｒ  ・・・（５）
WB_B＝検出信号Ｇ／検出信号Ｂ  ・・・（６）
【００４９】
例えば、Ｇ＝２００、Ｒ＝１６０、Ｂ＝１００である場合、WB_R＝1.25、WB_B＝2となる。このように、検出信号から簡易な演算によりWB係数を算出することができる。
【００５０】
また、式（５）および式（６）に示されるように、この場合、検出信号の積分は不要である。つまり、各色（RGBのそれぞれ）の１画素ずつ（単数の）検出信号からWB係数を算出することができる。
【００５１】
もちろん、WB係数の算出に、色毎の複数画素の検出信号（つまり、複数の検出信号Ｒ、複数の検出信号Ｇ、および複数の検出信号Ｂ）を用いるようにしてもよい。その場合、それらの検出信号の積分値を上述の式（５）および式（６）の検出信号に適用するようにすればよい。
【００５２】
つまり、WB係数設定部１０２は、撮像素子１２１（受光部１１１）が有する複数の画素（画素出力単位）の一部において得られる検出信号に基づいて、ホワイトバランス係数を設定することができる。この一部の画素（画素出力単位）は、各色の少なくとも１つの画素出力単位を含んでいてもよい。
【００５３】
また、このWB係数の算出には、RGB画素だけでなく、例えばシアンやイエロー等他の波長のフィルタを適用した画素の検出信号を用いるようにしてもよい。その場合も上述のRGBの場合と同様に、式（５）や式（６）のように色毎の検出信号の比を用いて各色用のWB係数を求めることができる。つまり簡易な演算によりWB係数を算出することができる。なお、WB係数の算出に色毎の複数画素の検出信号を用いる場合は、RGBのときと同様に、色毎に検出信号の積分値を算出し、その色毎の積分値を式（５）や式（６）に適用すればよい。つまり、色毎の積分値の比を用いて、簡易な演算によりWB係数を算出することができる。また、シアン、マゼンタ、イエローのように補色系のフィルタを適用した画素の検出信号を用いる場合、その補色系の各色の検出信号をRGBの検出信号に変換してから、式（５）や式（６）を用いて、WB係数を算出するようにしてもよい。
【００５４】
WB係数設定部１０２は、以上のように算出した値をWB係数として設定し、その設定したWB係数を検出信号（検出画像）とともに、復元部１０３および関連付け部１０４に供給する。
【００５５】
復元部１０３は、復元画像の生成に関する処理を行うように構成される。例えば、復元部１０３は、供給された検出画像に関するデータ（検出信号等）に対して予め有している復元行列を用いて所定の演算を行うことにより、復元画像を生成する。
【００５６】
その際、復元部１０３は、WB係数設定部１０２により設定されたWB係数を用いて、復元画像のホワイトバランス制御を行う。例えば、復元部１０３が、WB係数設定部１０２により設定されたWB係数を用いて復元行列の係数を補正し（例えば、WB係数を復元行列の係数に乗算し）、その係数が補正された復元行列を用いることにより、検出画像から、ホワイトバランスが補正された復元画像を復元するようにしてもよい。
【００５７】
また、例えば、復元部１０３が、復元行列を用いて検出画像から復元画像を復元し、その復元された復元画像の画素値を、WB係数設定部１０２により設定されたWB係数を用いて補正する（例えば、復元画像の各画素値に対してWB係数を乗算する）ことにより、復元画像のホワイトバランス制御を行うようにしてもよい。
【００５８】
復元部１０３は、ホワイトバランス制御を行った復元画像を出力データとして出力部１０５に供給する。なお、復元部１０３が、復元画像に対して、さらに、例えばガンマ補正（γ補正）等の任意の画像処理を施すようにしてもよい。また、復元部１０３が、復元画像のデータのフォーマットを変換したり、例えばJPEG（Joint Photographic Experts Group）、TIFF（Tagged Image File Format）、GIF（Graphics Interchange Format）等の所定の圧縮方式で圧縮したりするようにしてもよい。
【００５９】
関連付け部１０４は、データの関連付けに関する処理を行うように構成される。例えば、関連付け部１０４は、WB係数設定部１０２から供給される検出画像に関するデータ（検出信号等）に、WB係数設定部１０２から供給されるWB係数を関連付ける。
【００６０】
ここで、「関連付ける」という用語は、例えば、一方の情報（データ、コマンド、プログラム等）を処理する際に他方の情報を利用し得る（リンクさせ得る）ようにすることを意味する。つまり、互いに関連付けられた情報は、１つのファイル等としてまとめられてもよいし、それぞれ個別の情報としてもよい。例えば、情報Ａに関連付けられた情報Ｂは、その情報Ａとは別の伝送路上で伝送されるようにしてもよい。また、例えば、情報Ａに関連付けられた情報Ｂは、その情報Ａとは別の記録媒体（または同一の記録媒体の別の記録エリア）に記録されるようにしてもよい。なお、この「関連付け」は、情報全体でなく、情報の一部であってもよい。例えば、画像とその画像に対応する情報とが、複数フレーム、１フレーム、またはフレーム内の一部分などの任意の単位で互いに関連付けられるようにしてもよい。
【００６１】
関連付け部１０４は、関連付けたデータを、出力データとして出力部１０５に供給する。なお、関連付け部１０４が、検出画像に関するデータに対して、さらに、例えば復元行列等、復元画像生成のための所定の演算に用いられる情報を関連付けるようにしてもよい。
【００６２】
出力部１０５は、復元部１０３から供給される出力データ、または、関連付け部１０４から供給される出力データを撮像素子１２１の外部に出力する。
【００６３】
このように撮像素子１２１は、より容易にWB係数を求めることができ、検出画像のホワイトバランス制御をより容易に行うことができる。
【００６４】
なお、復元部１０３および関連付け部１０４の内、いずれか一方を省略するようにしてもよい。つまり、復元部１０３および関連付け部１０４の内の一方のみが、撮像素子１２１に形成されるようにしてもよい。
【００６５】
＜撮像素子について＞
次に、撮像素子１２１について図３乃至図２１を参照して説明する。
【００６６】
＜画素と画素出力単位＞
本明細書においては、「画素」（または「画素出力単位」）という用語を用いて、本技術を説明する。本明細書において「画素」（または「画素出力単位」）とは、撮像素子１２１の入射光を受光するための物理構成が形成される領域（画素領域とも称する）の、他の画素とは独立して受光することができる物理構成を少なくとも１つ含む分割単位を指すものとする。受光することができる物理構成とは、例えば光電変換素子であり、例えばフォトダイオード（PD（Photo Diode））である。１画素に形成されるこの物理構成（例えばフォトダイオード）の数は任意であり、単数であってもよいし、複数であってもよい。その種類、大きさ、形状等も任意である。
【００６７】
また、この「画素」単位の物理構成には、上述の「受光することができる物理構成」だけでなく、例えば、オンチップレンズ、遮光膜、カラーフィルタ、平坦化膜、反射防止膜等、入射光の受光に関する全ての物理構成を含む。さらに、読み出し回路等の構成も含まれる場合もある。つまり、この画素単位の物理構成はどのような構成であってもよい。
【００６８】
また、「画素」（つまり画素単位の物理構成）から読み出された検出信号を「画素単位（または画素出力単位）の検出信号」等と称する場合もある。さらに、この画素単位（または画素出力単位）の検出信号は、「画素単位検出信号（または画素出力単位検出信号）」とも称する。また、この画素単位検出信号は「画素出力」とも称する。さらに、その値を「出力画素値」とも称する。
【００６９】
撮像素子１２１は、撮像レンズおよびピンホールのいずれも介さずに入射する入射光を受光し、その入射光の入射角によって変調された出力画素値を示す検出信号をそれぞれ１つ出力する複数の画素出力単位を備える。したがって、この撮像素子１２１の画素単位の検出信号の値（出力画素値）は、他と独立して被写体からの入射光の入射角に対する指向性を示す入射角指向性を有することができる。例えば、撮像素子１２１の各画素単位（画素出力単位）は、その出力画素値の、被写体からの入射光の入射角に対する指向性を示す入射角指向性を独立に設定可能な構成を有するようにしてもよい。換言するに、撮像素子１２１において、少なくとも２つの画素単位の出力画素値の入射角指向性が互いに異なるようにすることができる。
【００７０】
なお、上述したように「画素（または画素出力単位）」が有する「受光することができる物理構成」の数は任意であるので、画素単位検出信号は、単数の「受光することができる物理構成」により得られた検出信号であってもよいし、複数の「受光することができる物理構成」により得られた検出信号であってもよい。
【００７１】
また、この画素単位検出信号（出力画素値）は、任意の段階で複数をまとめて１つにすることもできる。例えば、複数の画素の出力画素値を、アナログ信号の状態において加算するようにしてもよいし、デジタル信号に変換してから加算するようにしてもよい。
【００７２】
また、この検出信号は、撮像素子１２１から読み出された後、すなわち、検出画像において、複数の検出信号をまとめて単数化したり、単数の検出信号を複数化したりすることもできる。つまり、検出画像の解像度（データ数）は可変である。
【００７３】
ところで、以下においては説明の便宜上、特に言及しない限り、撮像素子１２１が複数の画素が行列状に配置される（画素アレイが形成される）画素領域（つまり、受光部１１１）を有するものとして説明する。なお、撮像素子１２１の画素（または画素出力単位）の配列パターンは任意であり、この例に限定されない。例えば、画素（または画素出力単位）がハニカム構造状に配置されるようにしてもよい。また、例えば、画素（または画素出力単位）が１行（または１列）状に配置されるようにしてもよい。つまり、撮像素子１２１がラインセンサであってもよい。
【００７４】
なお、撮像素子１２１（の画素）が感度を有する波長域は任意である。例えば、撮像素子１２１（の画素）が、可視光に対して感度を有するようにしてもよいし、赤外光や紫外光のような不可視光に対して感度を有するようにしてもよいし、可視光と不可視光の両方に対して感度を有するようにしてもよい。例えば、撮像素子が不可視光である遠赤外光を検出する場合、その撮像素子において得られる撮像画像を用いてサーモグラフ（熱分布を表す画像）を生成することができる。ただし、撮像レンズを伴う撮像素子の場合、ガラスは遠赤外光を透過することが困難であるため、高価な特殊素材の撮像レンズが必要になり、製造コストが増大するおそれがある。撮像素子１２１は、撮像レンズ等を介さずに被写体を撮像し、その撮像画像に関するデータを得ることができるので、その画素が遠赤外光を検出可能とすることにより、製造コストの増大を抑制することができる。つまり、より安価に遠赤外光の撮像を行うことができる（より安価にサーモグラフを得ることができる）。なお、撮像素子１２１（の画素）が不可視光に対して感度を有する場合、復元画像は、ユーザが目視して被写体を認識できる画像とはならず、ユーザが被写体を視認できない画像となる。換言するに、復元画像は、可視光の画像であってもよいし、不可視光（例えば、（遠）赤外光や紫外光等）の画像であってもよい。
【００７５】
＜入射角指向性＞
上述のように、撮像素子１２１は、複数画素出力単位分の検出信号（複数の画素出力単位検出信号）を得ることができる。そして、その内の少なくとも２つの画素出力単位検出信号の入射角指向性が互いに異なるようにすることもできる。
【００７６】
ここで「入射角指向性」とは、入射光の入射角度に応じた受光感度特性、すなわち、入射光の入射角度に対する検出感度を指す。例えば、同じ光強度の入射光であってもその入射角度によって検出感度が変化する場合がある。このような検出感度の偏り（偏りがない場合も含む）を「入射角指向性」と称する。
【００７７】
例えば、互いに同一の光強度の入射光が、互いに同一の入射角でその２つの画素出力単位の物理構成に入射すると、各画素出力単位の検出信号の信号レベル（検出信号レベル）は、それぞれの入射角指向性によって、互いに異なる値となり得る。撮像素子１２１（の各画素出力単位）は、このような特徴を持つ物理構成を有する。
【００７８】
この入射角指向性は、どのような方法により実現されるようにしてもよい。例えば、一般の、例えば、CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサなどの撮像素子からなるものと同様の基本的な構造を有する撮像素子の光電変換素子（フォトダイオード等）の手前（光入射側）に遮光膜を設ける等して入射角指向性を実現するようにしてもよい。
【００７９】
一般的な入射角指向性が互いに同一の画素よりなる撮像素子のみで撮像を行うと、撮像素子の全画素に略同一の光強度の光が入射することになり、結像された被写体の画像を得ることができない。そこで、一般的には、撮像素子の前（光入射側）に撮像レンズやピンホールを設ける。例えば撮像レンズを設けることにより、被写体面からの光を撮像素子の撮像面に結像させることができる。したがって、撮像素子は、各画素においてその結像された被写体の画像に応じたレベルの検出信号を得ることができる（つまり、結像された被写体の撮像画像を得ることができる）。しかしながら、この場合、物理的にサイズが大きくなり、装置の小型化が困難になるおそれがあった。また、ピンホールを設ける場合、撮像レンズを設ける場合よりも小型化が可能になるが、撮像素子に入射する光量が低減するため、露光時間を長くする、または、ゲインを上げる等の対策が必須となり、高速な被写体の撮像においてはボケが生じ易くなる、または、自然な色表現ではなくなるおそれがあった。
【００８０】
これに対して撮像素子１２１は、撮像レンズおよびピンホールのいずれも介さずに入射する入射光を受光し、その入射光の入射角によって変調された出力画素値を示す検出信号をそれぞれ１つ出力する複数の画素出力単位を備える。なお、各画素出力単位の入射角指向性が互いに異なる（入射光の入射角度に応じた受光感度特性が画素出力単位毎に異なる）ようにしてもよいし、一部の画素に同一の受光感度特性を持つものが含まれているようにしてもよいし、一部の画素が異なる受光感度特性を持つようにしてもよい。
【００８１】
例えば、図３において、被写体面１３１を構成する光源が点光源であることを前提とした場合、撮像素子１２１においては、同一の点光源より発せられた同一の光強度の光線が、全ての画素に入射されることになるが、画素毎にそれぞれ異なる入射角度で入射される。そして、撮像素子１２１の各画素は、互いに異なる入射角指向性を有しているので、その同一の光強度の光線を互いに異なる感度で検出する。つまり、画素毎に異なる信号レベルの検出信号が検出される。
【００８２】
より詳細には、撮像素子１２１の各画素において受光される入射光の入射角度に応じた感度特性、すなわち、各画素における入射角度に応じた入射角指向性は、入射角度に応じた受光感度を表す係数で表現するものとし、各画素における入射光に応じた検出信号の信号レベル（検出信号レベルとも称する）は、入射光の入射角度に応じた受光感度に対応して設定される係数を乗じることで求められるものとなる。
【００８３】
より具体的には、図３の上段左部で示されるように、位置Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃにおける検出信号レベルＤＡ，ＤＢ，ＤＣは、それぞれ以下の式（７）乃至式（９）で表される。
【００８４】
【数１】
2019188396.tif 000003
【００８５】
ここで、α１は、撮像素子１２１上の位置Ｐａにおける復元する被写体面１３１上の点光源ＰＡからの光線の入射角度に応じて設定される係数である。また、β１は、撮像素子１２１上の位置Ｐａにおける復元する被写体面１３１上の点光源ＰＢからの光線の入射角度に応じて設定される係数である。さらに、γ１は、撮像素子１２１上の位置Ｐａにおける復元する被写体面１３１上の点光源ＰＣからの光線の入射角度に応じて設定される係数である。
【００８６】
式（７）に示されるように、位置Ｐａにおける検出信号レベルＤＡは、位置Ｐａにおける点光源ＰＡからの光線の光強度”ａ”と係数α１との積と、位置Ｐａにおける点光源ＰＢからの光線の光強度”ｂ”と係数β１との積と、位置Ｐａにおける点光源ＰＣからの光線の光強度”ｃ”と係数γ１との積との和（合成値）により表現される。以下において、係数αｘ、βｘ、γｘ（ｘは自然数）を合わせて係数セットと称する。
【００８７】
同様に、式（８）の係数セットα２，β２，γ２は、撮像素子１２１上の位置Ｐｂにおける復元する被写体面１３１上の点光源ＰＡ，ＰＢ，ＰＣからの光線の入射角度に応じて設定される係数セットである。つまり、位置Ｐｂにおける検出信号レベルＤＢは、上述の式（８）のように、位置Ｐｂにおける点光源ＰＡからの光線の光強度”ａ”と係数α２との積と、位置Ｐｂにおける点光源ＰＢからの光線の光強度”ｂ”と係数β２との積と、位置Ｐｂにおける点光源ＰＣからの光線の光強度”ｃ”と係数γ２との積との和（合成値）により表現される。また、式（９）の係数α３，β３，γ３は、撮像素子１２１上の位置Ｐｃにおける復元する被写体面１３１上の点光源ＰＡ，ＰＢ，ＰＣからの光線の入射角度に応じて設定される係数セットである。つまり、位置Ｐｃにおける検出信号レベルＤＣは、上述の式（９）のように、位置Ｐｃにおける点光源ＰＡからの光線の光強度”ａ”と係数α３との積と、位置Ｐｃにおける点光源ＰＢからの光線の光強度”ｂ”と係数β３との積と、位置Ｐｃにおける点光源ＰＣからの光線の光強度”ｃ”と係数γ３との積との和（合成値）により表現される。
【００８８】
以上のように、これらの検出信号レベルは、点光源ＰＡ，ＰＢ，ＰＣのそれぞれより発せられた光線の光強度が入り交じったものとなるので、被写体の像が結像されたものとは異なるものである。つまり、図３の上段右部で示される検出信号レベルは、被写体の像が結像された画像（撮像画像）に対応する検出信号レベルではないので、図３の下部右部に示される画素値とは異なるものである（一般的に両者は一致しない）。
【００８９】
ただし、この係数セットα１，β１，γ１、係数セットα２，β２，γ２、係数セットα３，β３，γ３と、検出信号レベルＤＡ，ＤＢ，ＤＣを用いた連立方程式を構成し、ａ，ｂ，ｃを変数として上述の式（７）乃至式（９）の連立方程式を解くことにより、図３の下段右部で示されるような各位置Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃの画素値を求めることができる。これにより画素値の集合である復元画像（被写体の像が結像された画像）が復元される。
【００９０】
撮像素子１２１は、このような構成により、撮像レンズ、回折格子等からなる光学フィルタや、ピンホール等を必要とせずに、各画素において、入射光の入射角によって変調された出力画素値を示す検出信号をそれぞれ１つ出力することができる。結果として、撮像レンズ、回折格子等からなる光学フィルタや、ピンホール等が必須構成とならないので、撮像装置の低背化、すなわち、撮像機能を実現する構成における光の入射方向に対する厚さを薄くすることが可能になる。
【００９１】
＜入射角指向性の形成＞
図４の左部は、一般的な撮像素子の画素アレイ部の一部の正面図を示しており、図４の右部は、撮像素子１２１の画素アレイ部の一部の正面図を示している。なお、図４においては、画素アレイ部が水平方向×垂直方向のそれぞれの画素数が６画素×６画素の構成である場合の例を示しているが、画素数の構成は、これに限るものではない。
【００９２】
入射角指向性は、例えば遮光膜により形成することができる。一般的な撮像素子１２１は、図４の左部の例のように、入射角指向性が同一の画素１２１ａがアレイ状に配置されていることが示されている。これに対して図４の右部の例の撮像素子１２１は、画素１２１ａ毎に、そのフォトダイオードの受光領域の一部を覆うように変調素子の１つである遮光膜１２１ｂが設けられており、各画素１２１ａに入射する入射光が、入射角度に応じて光学的に変調される。そして、例えば、画素１２１ａ毎に異なる範囲に遮光膜１２１ｂを設けることにより、画素１２１ａ毎に入射光の入射角度に対する受光感度が異なるものとなり、各画素１２１ａが異なる入射角指向性を有するようになる。
【００９３】
例えば、画素１２１ａ−１と画素１２１ａ−２とでは、設けられている遮光膜１２１ｂ−１と遮光膜１２１ｂ−２とにより画素を遮光する範囲が異なる（遮光する領域（位置）、および遮光する面積の少なくともいずれかが異なる）。すなわち、画素１２１ａ−１においては、フォトダイオードの受光領域における左側の一部を所定の幅だけ遮光するように遮光膜１２１ｂ−１が設けられており、画素１２１ａ−２においては、受光領域における右側の一部を、遮光膜１２１ｂ−１よりも水平方向に広い幅だけ遮光するように遮光膜１２１ｂ−２が設けられている。その他の画素１２１ａにおいても、同様に、遮光膜１２１ｂが、画素毎に受光領域における異なる範囲が遮光されるように設けられており、画素アレイ内でランダムに配置されている。
【００９４】
なお、遮光膜１２１ｂの範囲は、各画素の受光領域を覆い隠す割合が大きくなるほど、受光できる光量が少ない状態となるため、所望の光量が確保できる程度の面積とすることが望ましく、遮光膜１２１ｂの面積を、例えば、最大で受光可能な範囲の全体の３／４程度までといった制限を加えて構成するようにしてもよい。このようにすることで、所望量以上の光量を確保することが可能となる。ただし、各画素について、受光する光の波長に相当する幅の遮光されていない範囲が設けられていれば、最小限の光量を受光することは可能である。すなわち、例えば、B画素（青色画素）の場合、波長は500nm程度となるが、この波長に相当する幅以上に遮光されていなければ、最小限の光量を受光することは可能である。
【００９５】
＜撮像素子の構成例＞
図５を参照して、この場合の撮像素子１２１の構成例について説明する。図５の上段は、撮像素子１２１の側面断面図であり、図５の中段は、撮像素子１２１の上面図である。また、図５の上段の側面断面図は、図５の中段におけるＡＢ断面となる。さらに、図５の下段は、撮像素子１２１の回路構成例である。
【００９６】
図５に示される構成の撮像素子１２１は、撮像レンズおよびピンホールのいずれも介さずに入射する入射光を受光し、前記入射光の入射角によって変調された出力画素値を示す検出信号をそれぞれ１つ出力する複数の画素出力単位を備える。例えば、この撮像素子１２１は、その複数の画素出力単位のうちの少なくとも２つの画素出力単位の出力画素値の、被写体からの入射光の入射角に対する指向性を示す入射角指向性が、互いに異なる特性となるようにするための構成を有する。また、この場合の撮像素子１２１は、その複数の画素出力単位が、被写体からの入射光の入射角に対する指向性を示す入射角指向性を画素出力単位毎に独立に設定可能な構成を有する。
【００９７】
図５の上段の撮像素子１２１においては、図中の上方から下方に向けて入射光が入射する。隣接する画素１２１ａ−１５，１２１ａ−１６は、それぞれ図中の最下層に配線層Ｚ１２が設けられており、その上に光電変換層Ｚ１１が設けられている、いわゆる、裏面照射型である。
【００９８】
なお、画素１２１ａ−１５，１２１ａ−１６を区別する必要がない場合、単に、画素１２１ａと称し、他の構成についても、同様に称する。また、図５においては、撮像素子１２１の画素アレイを構成する２画素分の側面図および上面図となっているが、いうまでもなく、これ以上の数の画素１２１ａが配置されているが図示が省略されている。
【００９９】
さらに、画素１２１ａ−１５，１２１ａ−１６は、それぞれ光電変換層Ｚ１１にフォトダイオード１２１ｅ−１５，１２１ｅ−１６を備えている。また、フォトダイオード１２１ｅ−１５，１２１ｅ−１６の上には、それぞれ上からオンチップレンズ１２１ｃ−１５，１２１ｃ−１６、およびカラーフィルタ１２１ｄ−１５，１２１ｄ−１６が構成されている。
【０１００】
オンチップレンズ１２１ｃ−１５，１２１ｃ−１６は、入射光をフォトダイオード１２１ｅ―１５，１２１ｅ―１６上に集光させる。
【０１０１】
カラーフィルタ１２１ｄ−１５，１２１ｄ−１６は、例えば、赤色、緑色、青色、赤外および白色等の特定の波長の光を透過させる光学フィルタである。なお、白色の場合、カラーフィルタ１２１ｄ−１５，１２１ｄ−１６は、透明のフィルタでもよいし、無くてもよい。
【０１０２】
画素１２１ａ−１５，１２１ａ−１６の光電変換層Ｚ１１における、それぞれ画素間の境界には、遮光膜１２１ｐ−１５乃至１２１ｐ−１７が形成されており、隣接する画素間のクロストークを抑制する。
【０１０３】
また、変調素子の１つである遮光膜１２１ｂ−１５，１２１ｂ−１６は、図５の上段および中段で示されるように、受光面Ｓの一部を遮光している。遮光膜１２１ｂにより受光面Ｓの一部が遮光されることにより、画素１２１ａに入射する入射光が入射角度に応じて光学的に変調される。画素１２１ａは、その光学的に変調された入射光を検出するので、入射角指向性を有するようになる。画素１２１ａ−１５，１２１ａ−１６におけるフォトダイオード１２１ｅ−１５，１２１ｅ−１６の受光面Ｓにおいては、遮光膜１２１ｂ−１５，１２１ｂ−１６により、それぞれ異なる範囲が遮光されており、これにより画素ごとに異なる入射角指向性が設定される。ただし、遮光される範囲は、撮像素子１２１の全画素１２１ａのそれぞれにおいて異なることが場合に限らず、一部で同一の範囲が遮光される画素１２１ａが存在していてもよい。
【０１０４】
図５の上段で示されるような構成により、遮光膜１２１ｐ−１５の右端部と、遮光膜１２１ｂ−１５の上方端部とが接続されるとともに、遮光膜１２１ｂ−１６の左端部と遮光膜１２１ｐ−１６の上方端部とが接続され、側面からみてＬ字型に構成されている。
【０１０５】
さらに、遮光膜１２１ｂ−１５乃至１２１ｂ−１７、および遮光膜１２１ｐ−１５乃至１２１ｐ−１７は、金属により構成されており、例えば、タングステン（W）、アルミニウム（Al）、またはAlと銅（Cu）との合金より構成される。また、遮光膜１２１ｂ−１５乃至１２１ｂ−１７、および遮光膜１２１ｐ−１５乃至１２１ｐ−１７は、半導体プロセスにおける配線が形成されるプロセスと同一のプロセスで、配線と同一の金属により同時に形成されるようにしてもよい。なお、遮光膜１２１ｂ−１５乃至１２１ｂ−１７、および遮光膜１２１ｐ−１５乃至１２１ｐ−１７の膜厚は、位置に応じて同一の厚さにしなくてもよい。
【０１０６】
また、図５の下段で示されるように、画素１２１ａは、フォトダイオード１６１（フォトダイオード１２１ｅに対応する）、転送トランジスタ１６２、ＦＤ（Floating Diffusion：フローティングディフュージョン）部１６３、選択トランジスタ１６４、増幅トランジスタ１６５、およびリセットトランジスタ１６６を備えて構成され、垂直信号線１６７を介して電流源１６８に接続されている。
【０１０７】
フォトダイオード１６１は、アノード電極がそれぞれ接地され、カソード電極が、転送トランジスタ１６２を介して増幅トランジスタ１６５のゲート電極にそれぞれ接続される構成となっている。
【０１０８】
転送トランジスタ１６２は、転送信号ＴＧに従ってそれぞれ駆動する。例えば、転送トランジスタ１６２のゲート電極に供給される転送信号ＴＧがハイレベルになると、転送トランジスタ１６２はオンとなる。これにより、フォトダイオード１６１に蓄積されている電荷が転送トランジスタ１６２を介してＦＤ部１６３に転送される。
【０１０９】
増幅トランジスタ１６５は、フォトダイオード１６１での光電変換によって得られる信号を読み出す読出し回路であるソースフォロワの入力部となり、ＦＤ部１６３に蓄積されている電荷に応じたレベルの画素信号を垂直信号線１６７に出力する。すなわち、増幅トランジスタ１６５は、ドレイン端子が電源電圧ＶＤＤに接続され、ソース端子が選択トランジスタ１６４を介して垂直信号線１６７に接続されることで、垂直信号線１６７の一端に接続される電流源１６８とソースフォロワを構成する。
【０１１０】
ＦＤ（Floating Diffusion：フローティングディフュージョン）部１６３は、転送トランジスタ１６２と増幅トランジスタ１６５との間に設けられる電荷容量Ｃ１を有する浮遊拡散領域であり、転送トランジスタ１６２を介してフォトダイオード１６１から転送される電荷を一時的に蓄積する。ＦＤ部１６３は、電荷を電圧に変換する電荷検出部であって、ＦＤ部１６３に蓄積されている電荷が増幅トランジスタ１６５において電圧に変換される。
【０１１１】
選択トランジスタ１６４は、選択信号ＳＥＬに従って駆動し、ゲート電極に供給される選択信号ＳＥＬがハイレベルになるとオンとなって、増幅トランジスタ１６５と垂直信号線１６７とを接続する。
【０１１２】
リセットトランジスタ１６６は、リセット信号ＲＳＴに従って駆動する。例えば、リセットトランジスタ１６６は、ゲート電極に供給されるリセット信号ＲＳＴがハイレベルになるとオンとなり、ＦＤ部１６３に蓄積されている電荷を電源電圧ＶＤＤに排出して、ＦＤ部１６３をリセットする。
【０１１３】
以上のような回路構成により、図５の下段で示される画素回路は以下のように動作する。
【０１１４】
すなわち、第１動作として、リセットトランジスタ１６６および転送トランジスタ１６２がオンにされ、ＦＤ部１６３に蓄積されている電荷を電源電圧ＶＤＤに排出して、ＦＤ部１６３をリセットする。
【０１１５】
第２動作として、リセットトランジスタ１６６および転送トランジスタ１６２がオフにされ、露光期間となり、フォトダイオード１６１により、入射光の光量に応じた電荷が蓄積される。
【０１１６】
第３動作として、リセットトランジスタ１６６がオンにされて、ＦＤ部１６３がリセットされた後、リセットトランジスタ１６６がオフにされる。この動作により、ＦＤ部１６３がリセットされて、基準電位に設定される。
【０１１７】
第４動作として、リセットされた状態のＦＤ部１６３の電位が、基準電位として増幅トランジスタ１６５より出力される。
【０１１８】
第５動作として、転送トランジスタ１６２がオンにされて、フォトダイオード１６１に蓄積された電荷がＦＤ部１６３に転送される。
【０１１９】
第６動作として、フォトダイオードの電荷が転送されたＦＤ部１６３の電位が、信号電位として増幅トランジスタ１６５より出力される。
【０１２０】
以上の処理により、信号電位から基準電位が減算されて、ＣＤＳ（相関二重サンプリング）により検出信号として出力される。この検出信号の値（出力画素値）は、被写体からの入射光の入射角に応じて変調されており、入射角により特性（指向性）が異なる（入射角指向性を有する）。
【０１２１】
このように、図５の場合の画素１２１ａは、１個についてフォトダイオード１２１ｅが１個設けられており、画素１２１ａ毎に異なる範囲が遮光膜１２１ｂにより遮光されており、遮光膜１２１ｂを用いた光学的な変調により、１個の画素１２１ａで入射角指向性を備えた検出画像の１画素分の検出信号を表現することができる。
【０１２２】
＜撮像素子の他の構成例＞
また、入射角指向性は、例えば受光素子（例えばフォトダイオード）の画素内における位置、大きさ、形状等により形成することができる。これらのパラメータが異なる画素同士では、同一方向からの同一の光強度の入射光に対する感度が異なる。つまり、これらのパラメータを画素毎に設定することにより、画素毎に入射角指向性を設定することができる。
【０１２３】
例えば、画素内に複数の受光素子（例えばフォトダイオード）を設け、それらが選択的に用いられるようにしてもよい。このようにすることにより、その受光素子の選択によって画素毎に入射角指向性を設定することができるようになる。
【０１２４】
図６は、撮像素子１２１の他の構成例を示す図である。図６の上段には、撮像素子１２１の画素１２１ａの側面断面図が示されており、図６の中段には、撮像素子１２１の上面図が示されている。また、図６の上段の側面断面図は、図６の中段におけるＡＢ断面となる。さらに、図６の下段は、撮像素子１２１の回路構成例である。
【０１２５】
図６に示される構成の撮像素子１２１は、撮像レンズおよびピンホールのいずれも介さずに入射する入射光を受光し、その入射光の入射角によって変調された出力画素値を示す検出信号をそれぞれ１つ出力する複数の画素出力単位を備える。例えば、この撮像素子１２１は、その複数の画素出力単位のうちの少なくとも２つの画素出力単位の出力画素値の、被写体からの入射光の入射角に対する指向性を示す入射角指向性が、互いに異なる特性となるようにするための構成を有する。また、この場合の撮像素子１２１は、その複数の画素出力単位が、出力に寄与するPD（Photo Diode）を互いに異ならせることで、その出力画素値の、被写体からの入射光の入射角に対する指向性を示す入射角指向性を画素出力単位毎に独立に設定し得る。
【０１２６】
図６に示されるように、撮像素子１２１は、画素１２１ａにおいて、４つのフォトダイオード１２１ｆ−１乃至１２１ｆ−４が形成され、遮光膜１２１ｐが、フォトダイオード１２１ｆ−１乃至１２１ｆ−４同士を分離する領域に形成されている点で、図６の撮像素子１２１と異なる構成となっている。即ち、図６の撮像素子１２１では、遮光膜１２１ｐは、上面から見て「＋」形状に形成されている。なお、それらの共通の構成については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１２７】
図６のように構成された撮像素子１２１では、遮光膜１２１ｐによりフォトダイオード１２１ｆ−１乃至１２１ｆ−４に分離することによって、フォトダイオード１２１ｆ−１乃至１２１ｆ−４間の電気的および光学的なクロストークを防止することができる。即ち、図６の遮光膜１２１ｐは、図５の撮像素子１２１の遮光膜１２１ｐと同様にクロストークを防止するためのものであって、入射角指向性を与えるためのものではない。
【０１２８】
詳細については後述するが、フォトダイオード１２１ｆ−１乃至１２１ｆ−４は、受光感度特性が高くなる入射角が互いに異なる。つまり、フォトダイオード１２１ｆ−１乃至１２１ｆ−４のいずれから電荷を読み出すかによって、画素１２１ａの出力画素値に所望の入射角指向性を持たせることができる。つまり、画素１２１ａの出力画素値の入射角指向性を制御することができる。
【０１２９】
図６の撮像素子１２１の構成例においては、１個のＦＤ部１６３を４個のフォトダイオード１２１ｆ−１乃至１２１ｆ−４で共有する。図６の下段は、１個のＦＤ部１６３を４個のフォトダイオード１２１ｆ−１乃至１２１ｆ−４で共有するようにした回路構成例を示している。なお、図６の下段において、図５の下段と同一の構成については、その説明を省略する。
【０１３０】
図６の下段において、図５の下段の回路構成と異なる点は、フォトダイオード１６１および転送トランジスタ１６２に代えて、フォトダイオード１６１−１乃至１６１−４（図６の上段におけるフォトダイオード１２１ｆ−１乃至１２１ｆ−４に対応する）および転送トランジスタ１６２−１乃至１６２−４を設け、ＦＤ部１６３を共有する構成としている点である。
【０１３１】
図６の下段に示される回路において、フォトダイオード１６１−１乃至１６１−４を互いに区別して説明する必要がない場合、フォトダイオード１６１と称する。また、転送トランジスタ１６２−１乃至１６２−４を互いに区別して説明する必要がない場合、転送トランジスタ１６２と称する。
【０１３２】
図６の下段に示される回路において、いずれかの転送トランジスタ１６２がオンされると、その転送トランジスタ１６２に対応するフォトダイオード１６１の電荷が読み出され、共通のＦＤ部１６３に転送される。そして、ＦＤ部１６３に保持されている電荷のレベルに応じた信号が画素出力単位の検出信号として読み出される。つまり、各フォトダイオード１６１の電荷は互いに独立に読み出すことができ、どの転送トランジスタ１６２をオンにするかによって、どのフォトダイオード１６１から電荷を読み出すかを制御することができる。換言するに、どの転送トランジスタ１６２をオンにするかによって、各フォトダイオード１６１による出力画素値への寄与の度合いを制御することができる。例えば、少なくとも２つの画素間において、電荷を読み出すフォトダイオード１６１を互いに異なるものとすることにより、出力画素値に寄与するフォトダイオード１６１を互いに異ならせることができる。つまり、電荷を読み出すフォトダイオード１６１の選択により、画素１２１ａの出力画素値に所望の入射角指向性を持たせることができる。つまり、各画素１２１ａから出力される検出信号を、被写体からの入射光の入射角に応じて変調された値（出力画素値）とすることができる。
【０１３３】
例えば、図６において、フォトダイオード１２１ｆ−１およびフォトダイオード１２１ｆ−３の電荷をＦＤ部１６３に転送し、それぞれを読み出して得られる信号を加算するようにすることにより、画素１２１ａの出力画素値に図中左右方向の入射角指向性を持たせることができる。同様に、フォトダイオード１２１ｆ−１およびフォトダイオード１２１ｆ−２の電荷をＦＤ部１６３に転送し、それぞれを読み出して得られる信号を加算するようにすることにより、画素１２１ａの出力画素値に図中上下方向の入射角指向性を持たせることができる。
【０１３４】
なお、図６の画素１２１ａの各フォトダイオード１２１ｆのそれぞれの電荷に基づいて得られる信号は、画素から読み出された後に加算するようにしてもよいし、画素内（例えばＦＤ部１６３）において加算するようにしてもよい。
【０１３５】
また、電荷（またはその電荷に対応する信号）を加算するフォトダイオード１２１ｆの組み合わせは任意であり、上述の例に限定されない。例えば、３つ以上のフォトダイオード１２１ｆの電荷（またはその電荷に対応する信号）を加算するようにしてもよい。また、例えば、加算を行わずに、１つのフォトダイオード１２１ｆの電荷を読み出すようにしてもよい。
【０１３６】
なお、電子シャッタ機能を用いて電荷のＦＤ部１６３への読み出しの前にフォトダイオード１６１（フォトダイオード１２１ｆ）に蓄積された検出値（電荷）をリセットすること等で、画素１２１ａ（の検出感度）に所望の入射角指向性を持たせるようにしてもよい。
【０１３７】
例えば、電子シャッタ機能を用いる場合、フォトダイオード１２１ｆの電荷のＦＤ部１６３への読み出しの直前にリセットをすれば、そのフォトダイオード１２１ｆは画素１２１ａの検出信号レベルへの寄与が無い状態とすることができ、リセットとＦＤ部１６３への読み出しの間の時間を持たせれば、部分的に寄与をさせることもできる。
【０１３８】
以上のように、図６の画素１２１ａは、１個について４個のフォトダイオード１２１ｆが設けられており、受光面に対して遮光膜１２１ｂが形成されていないが、遮光膜１２１ｐにより、複数の領域に分割され、４個のフォトダイオード１２１ｆ−１乃至１２１ｆ−４が形成されており、入射角指向性を備えた検出画像の１画素分の検出信号を表現している。換言するに、例えば、フォトダイオード１２１ｆ−１乃至１２１ｆ−４のうち出力に寄与しない範囲が遮光された領域と同様に機能して、入射角指向性を備えた、検出画像の１画素分の検出信号を表現している。なお、フォトダイオード１２１ｆ−１乃至１２１ｆ−４を用いて、１画素分の検出信号を表現する場合、遮光膜１２１ｂは用いられていないので、検出信号は、光学的な変調により得られる信号ではない。
【０１３９】
以上においては画素内に４個のフォトダイオードを配置する例について説明したが、画素内に配置するフォトダイオードの数は任意であり、上述の例に限定されない。つまり、画素内におけるフォトダイオードを配置する部分領域の数も任意である。
【０１４０】
また、以上においては、画素内を４等分した４つの部分領域にフォトダイオードを配置するように説明したが、この部分領域は等分割されたものでなくてもよい。つまり、各部分領域の大きさや形状が全て統一されていなくてもよい（大きさや形状が他と異なる部分領域が含まれていてもよい）。または、各部分領域内に配置されるフォトダイオードの位置（部分領域内における位置）、大きさ、形状等が、フォトダイオード毎（部分領域毎）に異なるようにしてもよい。その際、各部分領域の大きさや形状は、全て統一されていてもよいし、統一されていなくてもよい。
【０１４１】
さらに、撮像素子１２１の全画素において、これらのパラメータが統一されていなくてもよい。つまり、撮像素子１２１の１画素以上において、これらのパラメータの内の１つ以上のパラメータが、他の画素と異なっていてもよい。
【０１４２】
例えば、画素内におけるフォトダイオードを配置する部分領域を形成するための分割位置が他の画素と異なる画素が、撮像素子１２１の画素群に含まれるようにしてもよい。つまり、撮像素子１２１が、部分領域の大きさや形状が他の画素と異なる画素を１画素以上有するようにしてもよい。例えば、画素毎にこの分割位置を異ならせるようにすることにより、複数の画素で左上のフォトダイオードのみを用いるようにしたとしても、その複数の画素のそれぞれにおいて検出される検出信号の入射角指向性を互いに異なるものとすることができる。
【０１４３】
また例えば、画素内に配置される複数のフォトダイオードの位置、大きさ、形状等が他の画素と異なる画素が、撮像素子１２１の画素群に含まれるようにしてもよい。つまり、撮像素子１２１が、配置される複数のフォトダイオードの位置、大きさ、形状の内の少なくともいずれか１つが他の画素と異なる画素を１画素以上有するようにしてもよい。例えば、画素毎にフォトダイオードの位置、大きさ、形状等を異ならせるようにすることにより、複数の画素で左上のフォトダイオードのみを用いるようにしたとしても、その複数の画素のそれぞれにおいて検出される検出信号の入射角指向性を互いに異なるものとすることができる。
【０１４４】
さらに例えば、部分領域のパラメータ（大きさ、形状）と、フォトダイオードのパラメータ（位置、大きさ、形状）との両方が他の画素と異なる画素を１画素以上有するようにしてもよい。
【０１４５】
また例えば、画素内におけるフォトダイオードを配置する部分領域を形成するための分割数が他の画素と異なる画素が、撮像素子１２１の画素群に含まれるようにしてもよい。つまり、撮像素子１２１が、配置されるフォトダイオードの数が他の画素と異なる画素を１画素以上有するようにしてもよい。例えば、画素毎に分割数（フォトダイオードの数）を異ならせるようにすることにより、より自由に入射角指向性を設定することができる。
【０１４６】
＜入射角指向性を生じさせる原理について＞
撮像素子１２１における各画素の入射角指向性は、例えば、図７で示されるような原理により発生する。なお、図７の左上部および右上部は、図５の撮像素子１２１における入射角指向性の発生原理を説明する図であり、図７の左下部および右下部は、図６の撮像素子１２１における入射角指向性の発生原理を説明する図である。
【０１４７】
また、図７の左上部および右上部における１画素は、いずれも１個のフォトダイオード１２１ｅにより構成される。これに対して、図７の左下部および右下部における１画素は、いずれも２個のフォトダイオード１２１ｆにより構成される。なお、ここでは、１画素が２個のフォトダイオード１２１ｆにより構成される例について説明しているが、これは説明の便宜上であり、１画素を構成するフォトダイオード１２１ｆの数は、その他の個数であってもよい。
【０１４８】
図７の左上部においては、図中の上方から下方に向けて入射光が入射するとき、フォトダイオード１２１ｅ−１１の受光面の右半分を遮光するように遮光膜１２１ｂ−１１が形成されている。また、図７の右上部においては、フォトダイオード１２１ｅ−１２の受光面の左半分を遮光するように遮光膜１２１ｂ−１２が形成されている。なお、図中の一点鎖線は、フォトダイオード１２１ｅの受光面の図中の水平方向の中心位置であって、受光面に対して垂直方向であることを表している。
【０１４９】
例えば、図７の左上部のような構成の場合、図中の一点鎖線に対して入射角θ１を成す矢印で示される、図中の右上方向からの入射光は、フォトダイオード１２１ｅ−１１の遮光膜１２１ｂ−１１により遮光されていない左半分の範囲では受光し易いが、図中の一点鎖線に対して入射角θ２を成す矢印で示される、図中の左上方向からの入射光は、フォトダイオード１２１ｅ−１１の遮光膜１２１ｂ−１１により遮光されていない左半分の範囲では受光し難い。したがって、図７の左上部のような構成の場合、図中の右上方からの入射光に対して受光感度特性が高く、左上方からの入射光に対して受光感度特性が低いといった入射角指向性を備えることになる。
【０１５０】
これに対して、例えば、図７の右上部のような構成の場合、図中の一点鎖線に対して入射角θ１１を成す矢印で示される、図中の右上方向からの入射光は、フォトダイオード１２１ｅ−１２の遮光膜１２１ｂ−１２により遮光されている左半分の範囲では受光し難いが、図中の一点鎖線に対して入射角θ１２を成す矢印で示される、図中の左上方向からの入射光は、フォトダイオード１２１ｅ−１２の遮光膜１２１ｂ−１２により遮光されていない右半分の範囲で受光し易い。したがって、図７の右上部のような構成の場合、図中の右上方からの入射光に対して受光感度特性が低く、左上方からの入射光に対して受光感度特性が高いといった入射角指向性を備えることになる。
【０１５１】
また、図７の左下部の場合、図中の左右にフォトダイオード１２１ｆ−１，１２１ｆ−２が設けられており、いずれかの一方の検出信号を読み出すようにすることで、遮光膜１２１ｂを設けることなく入射角指向性を有する構成とされている。
【０１５２】
すなわち、図７の左下部で示されるように、画素１２１ａに２個のフォトダイオード１２１ｆ−１，１２１ｆ−２が形成されている場合、図中の左側に設けられたフォトダイオード１２１ｆ−１の検出信号がこの画素１２１ａの検出信号レベルに寄与するようにすることで、図７の左上部における構成と同様の入射角指向性を備えるようにすることができる。すなわち、図中の一点鎖線に対して入射角θ２１を成す矢印で示される、図中の右上方向からの入射光は、フォトダイオード１２１ｆ−１に入射して受光され、その検出信号が読み出され、この画素１２１ａの検出信号レベルに寄与する。これに対して、図中の一点鎖線に対して入射角θ２２を成す矢印で示される、図中の左上方向からの入射光は、フォトダイオード１２１ｆ−２に入射するが、その検出信号は読み出されず、この画素１２１ａの検出信号レベルに寄与しない。
【０１５３】
同様に、図７の右下部で示されるように、画素１２１ａに２個のフォトダイオード１２１ｆ−１１，１２１ｆ−１２が形成されている場合、図中の左側に設けられたフォトダイオード１２１ｆ−１２の検出信号がこの画素１２１ａの検出信号レベルに寄与するようにすることで、図７の右上部における構成と同様の入射角指向性を備えるようにすることができる。すなわち、図中の一点鎖線に対して入射角θ３１を成す矢印で示される、図中の右上方向からの入射光は、フォトダイオード１２１ｆ−１１に入射するが、その検出信号は読み出されず、この画素１２１ａの検出信号レベルに寄与しない。これに対して、図中の一点鎖線に対して入射角θ３２を成す矢印で示される、図中の左上方向からの入射光は、フォトダイオード１２１ｆ−１２に入射して受光され、その検出信号が読み出され、この画素１２１ａの検出信号レベルに寄与する。
【０１５４】
なお、図７においては、垂直方向の一点鎖線が、フォトダイオード１２１ｅの受光面の図中の水平方向の中心位置である例について説明してきたが、説明の便宜上であり、その他の位置であってもよい。垂直方向の一点鎖線で示される遮光膜１２１ｂの水平方向の位置が異なることにより、異なる入射角指向性を生じさせることができる。
【０１５５】
＜オンチップレンズを含む構成における入射角指向性について＞
以上においては、入射角指向性の発生原理について説明してきたが、ここでは、オンチップレンズ１２１ｃを含めた構成における入射角指向性について説明する。
【０１５６】
すなわち、撮像素子１２１における各画素の入射角指向性は、上述した遮光膜１２１ｂによるものに加えて、オンチップレンズ１２１ｃを用いることにより、例えば、図８で示されるように設定される。すなわち、図８の中段左部においては、図中上方の入射方向より入射光を集光するオンチップレンズ１２１ｃ−１１、所定の波長の光を透過させるカラーフィルタ１２１ｄ−１１、および光電変換により画素信号を生成するフォトダイオード１２１ｅ−１１の順に積層され、図８の中段右部においては、図中上方の入射方向よりオンチップレンズ１２１ｃ−１２、カラーフィルタ１２１ｄ−１２、およびフォトダイオード１２１ｅ−１２の順に構成されている。
【０１５７】
なお、オンチップレンズ１２１ｃ−１１，１２１ｃ−１２、カラーフィルタ１２１ｄ−１１，１２１ｄ−１２、およびフォトダイオード１２１ｅ−１１，１２１ｅ−１２の、それぞれを区別する必要がない場合、単に、オンチップレンズ１２１ｃ、カラーフィルタ１２１ｄ、およびフォトダイオード１２１ｅと称する。
【０１５８】
撮像素子１２１においては、さらに、図８の中段左部、および中段右部のそれぞれに示されるように、入射光を受光する領域の一部を遮光する遮光膜１２１ｂ−１１，１２１ｂ−１２が設けられている。
【０１５９】
図８の中段左部で示されるように、図中のフォトダイオード１２１ｅ−１１の右側半分を遮光するような遮光膜１２１ｂ−１１が設けられている場合、図８の上段の実線の波形で示されるように、入射光の入射角度θに応じてフォトダイオード１２１ｅ−１１の検出信号レベルが変化する。
【０１６０】
すなわち、フォトダイオード１２１ｅおよびオンチップレンズ１２１ｃの中心位置であって、それぞれに対して垂直となる一点鎖線に対して、入射光のなす角である入射角度θが大きくなると（入射角度θが正の方向に大きくなると（図中の右方向に傾くと））、遮光膜１２１ｂ−１１が設けられていない範囲に光が集光されることで、フォトダイオード１２１ｅ−１１の検出信号レベルが大きくなる。逆に、入射角度θが小さいほど（入射角度θが負の方向に大きいほど（図中の左方向に傾くと））、遮光膜１２１ｂ−１１が設けられている範囲に光が集光されることで、フォトダイオード１２１ｅ−１１の検出信号レベルが小さくなる。
【０１６１】
なお、ここでいう入射角度θは、入射光の方向が一点鎖線と一致する場合を０度とし、図中の右上方からの入射光が入射する、図８の中段左側の入射角度θ２１側の入射角度θを正の値とし、図８の中段右側の入射角度θ２２側の入射角度θを負の値とする。したがって、図８においては、オンチップレンズ１２１ｃに対して、右上方より入射する入射光については、左上方より入射する入射光よりも入射角度が大きくなる。すなわち入射角度θは、図８において、入射光の進行方向が右に傾くほど大きくなり（正の方向に大きくなり）、左に傾くほど小さくなる（負の方向に大きくなる）ものとする。
【０１６２】
また、図８の中段右部で示されるように、図中のフォトダイオード１２１ｅ−１２の左側半分を遮光するような遮光膜１２１ｂ−１２が設けられている場合、図８の上段の点線の波形で示されるように、入射光の入射角度θに応じてフォトダイオード１２１ｅ−１２の検出信号レベルが変化する。
【０１６３】
すなわち、図８の上段における点線の波形で示されるように、フォトダイオード１２１ｅおよびオンチップレンズ１２１ｃの中心位置であって、それぞれに対して垂直となる一点鎖線に対して、入射光のなす角である入射角度θが大きいほど（入射角度θが正の方向に大きいほど）、遮光膜１２１ｂ−１２が設けられている範囲に光が集光されることで、フォトダイオード１２１ｅ−１２の検出信号レベルが小さくなる。逆に、入射角度θが小さいほど（入射角度θが負の方向に大きいほど）、遮光膜１２１ｂ−１２が設けられていない範囲に光が入射することで、フォトダイオード１２１ｅ−１２の検出信号レベルが大きくなる。
【０１６４】
なお、図８の上段においては、横軸が入射角度θであり、縦軸がフォトダイオード１２１ｅにおける検出信号レベルを示している。
【０１６５】
この図８の上段で示される入射角度θに応じた検出信号レベルを示す実線および点線で示される波形は、遮光膜１２１ｂの範囲に応じて変化させることができるので、これにより画素単位で相互に異なる入射角指向性を持たせる（設定する）ことが可能となる。なお、図８の上段における実線の波形は、図８の中段左部、および下段左部における入射光が、入射角度θを変化させて集光される様子を示す実線の矢印に対応している。また、図８の上段における点線の波形は、図８の中段右部、および下段右部における入射光が、入射角度θを変化させて集光される様子を示す点線の矢印に対応している。
【０１６６】
ここでいう入射角指向性とは、入射角度θに応じた各画素の検出信号レベルの特性（受光感度特性）であるが、図８の中段の例の場合、これは入射角度θに応じた遮光値の特性であるともいえる。すなわち、遮光膜１２１ｂは、特定の方向の入射光は高いレベルで遮光するが、特定の方向以外の方向からの入射光は十分に遮光できない。この遮光できるレベルの変化が、図８の上段で示されるような入射角度θに応じた異なる検出信号レベルを生じさせる。したがって、各画素において最も高いレベルで遮光可能な方向を各画素の遮光方向と定義すると、画素単位で相互に異なる入射角指向性を持つということは、換言すれば、画素単位で相互に異なる遮光方向を持つということになる。
【０１６７】
さらに、図８の下段左部で示されるように、１個のオンチップレンズ１２１ｃ−１１に対して２個のフォトダイオード１２１ｆ−１，１２１ｆ−２が設けられる構成とする（画素出力単位が２個のフォトダイオード１２１ｆ−１，１２１ｆ−２から構成される）ことにより、図中左部のフォトダイオード１２１ｆ−１のみの検出信号を用いるようにすることで、図８の中段左部におけるフォトダイオード１２１ｅ−１１の右側を遮光した状態と同じ検出信号レベルを求めるようにすることができる。
【０１６８】
すなわち、オンチップレンズ１２１ｃの中心位置であって、それぞれに対して垂直となる一点鎖線に対して、入射光のなす角である入射角度θが大きくなると（入射角度θが正の方向に大きくなると）、検出信号が読み出されるフォトダイオード１２１ｆ−１の範囲に光が集光されることで、検出信号レベルが大きくなる。逆に、入射角度θが小さいほど（入射角度θが負の方向に大きいほど）、検出値が読み出されないフォトダイオード１２１ｆ−２の範囲に光が集光されることで、検出信号レベルが小さくなる。
【０１６９】
また、同様に、図８の下段右部で示されるように、１個のオンチップレンズ１２１ｃ−１２に対して２個のフォトダイオード１２１ｆ−１１，１２１ｆ−１２が設けられる構成とすることにより、図中右部のフォトダイオード１２１ｆ−１２のみの検出信号を用いるようにすることで、図８の中段右部におけるフォトダイオード１２１ｅ−１２の左側を遮光した状態と同じ検出信号レベルの出力画素単位の検出信号を得るようにすることができる。
【０１７０】
すなわち、オンチップレンズ１２１ｃの中心位置であって、それぞれに対して垂直となる一点鎖線に対して、入射光のなす角である入射角度θが大きくなると（入射角度θが正の方向に大きくなると）、検出信号が出力画素単位の検出信号に寄与しないフォトダイオード１２１ｆ−１１の範囲に光が集光されることで、出力画素単位の検出信号の検出信号レベルが小さくなる。逆に、入射角度θが小さいほど（入射角度θが負の方向に大きいほど）、検出信号が出力画素単位の検出信号に寄与するフォトダイオード１２１ｆ−１２の範囲に光が集光されることで、出力画素単位の検出信号の検出信号レベルが大きくなる。
【０１７１】
なお、入射角指向性については、ランダム性が高い方が望ましい。例えば、隣り合う画素間で同一の入射角指向性を持つと、上述した式（７）乃至式（９）または、後述する式（１０）乃至式（１２）が相互に同一の式となる恐れがあり、連立方程式の解となる未知数と式の数の関係が満たせなくなり、復元画像を構成する画素値を求められなくなる恐れがあるためである。また、図８の中段で示される構成においては、画素１２１ａに、１個のフォトダイオード１２１ｅ−１１およびフォトダイオード１２１ｅ−１２が形成されている。これに対して、図８の下段で示される構成においては、画素１２１ａに、２個のフォトダイオード１２１ｆ−１および１２１ｆ−２、並びに、フォトダイオード１２１ｆ−１１および１２１ｆ−１２が形成されている。したがって、例えば、図８の下段においては、フォトダイオード１２１ｆの単体では、１画素は構成されない。
【０１７２】
また、図８の下段で示されるように、複数のフォトダイオード１２１ｆから１画素出力単位が構成される場合、入射角度に応じて、画素出力単位の出力画素値が変調されているとみなすことができる。したがって、出力画素値の特性（入射角指向性）を画素出力単位で異ならせることが可能となり、１画素出力単位での入射角指向性が設定される。さらに、複数のフォトダイオード１２１ｆから１画素出力単位が構成される場合、１画素出力単位での入射角指向性を生じさせる上で、１画素出力単位に対して１個のオンチップレンズ１２１ｃが必須構成となる。
【０１７３】
また、図８の上段で示されるように、１個のフォトダイオード１２１ｅ−１１またはフォトダイオード１２１ｅ−１２のそれぞれが１画素出力単位を構成する場合、入射角度に応じて、１画素出力単位を構成する１個のフォトダイオード１２１ｅ−１１またはフォトダイオード１２１ｅ−１２への入射光が変調されることにより、結果として出力画素値が変調される。したがって、出力画素値の特性（入射角指向性）が異ならせることが可能となり、１画素出力単位での入射角指向性が設定される。さらに、１個のフォトダイオード１２１ｅ−１１またはフォトダイオード１２１ｅ−１２のそれぞれが１画素出力単位を構成する場合、入射角指向性は、１画素出力単位毎に設けられる遮光膜１２１ｂにより独立して製造時に設定される。
【０１７４】
また、図８の下段で示されるように、複数のフォトダイオード１２１ｆから１画素出力単位が構成される場合、１画素出力単位毎の入射角指向性を設定するための複数のフォトダイオード１２１ｆの数（１画素出力単位を構成するフォトダイオード１２１ｆの分割数）や位置については、１画素出力単位で独立して製造時に設定され、さらに、このうち、どのフォトダイオード１２１ｆを用いて入射角指向性を設定するかについては、撮像時に切り替えるようにすることができる。
【０１７５】
＜入射角指向性の設定＞
例えば、図９の上段で示されるように、遮光膜１２１ｂの設定範囲が、画素１２１ａにおける水平方向について、左端部から位置Ａまでの範囲とし、垂直方向について、上端部から位置Ｂまでの範囲とする。
【０１７６】
この場合、各画素の水平方向の中心位置からの入射角度θｘ（ｄｅｇ）に応じた、入射角指向性の指標となる水平方向の０乃至１の重みＷｘを設定する。より詳細には、位置Ａに対応する入射角度θｘ＝θａにおいて、重みＷｘが０．５になると仮定した場合、入射角度θｘ＜θａ−αにおいて重みＷｘが１となり、θａ−α≦入射角度θｘ≦θａ＋αにおいて、重みＷｘが（−（θｘ−θａ）／２α＋１／２）となり、入射角度θｘ＞θａ＋αにおいて重みＷｘが０となるように重みＷｈを設定する。なお、ここでは、重みＷｈが０，０．５，１である例について説明するが、重みＷｈが０，０．５，１となるのは、理想的な条件が満たされるときとなる。
【０１７７】
同様に、各画素の垂直方向の中心位置からの入射角度θｙ（ｄｅｇ）に応じた、入射角指向性の指標となる垂直方向の０乃至１の重みＷｙを設定する。より詳細には、位置Ｂに対応する入射角度θｙ＝θｂにおいて、重みＷｖが０．５になると仮定した場合、入射角度θｙ＜θｂ−αにおいて重みＷｙが０となり、θｂ−α≦入射角度θｙ≦θｂ＋αにおいて、重みＷｙが（（θｙ−θｂ）／２α＋１／２）となり、入射角度θｙ＞θｂ＋αにおいて重みＷｙが１となるように重みＷｙを設定する。
【０１７８】
そして、このようにして求められた重みＷｘ，Ｗｙを用いることにより、それぞれの画素１２１ａの入射角指向性、すなわち、受光感度特性に対応する係数（係数セット）を求めることができる。
【０１７９】
また、このとき、水平方向の重みＷｘおよび垂直方向の重みＷｙが０．５の前後となる範囲における重みの変化を示す傾き（１／２α）は、焦点距離の異なるオンチップレンズ１２１ｃを用いることで設定することができる。
【０１８０】
すなわち、曲率の異なるオンチップレンズ１２１ｃを用いることで異なる焦点距離とすることができる。
【０１８１】
例えば、曲率の異なるオンチップレンズ１２１ｃを用いることで、図９の下段における実線で示されるように、焦点距離が、遮光膜１２１ｂ上になるように集光されるとき、傾き（１／２α）は、急峻になる。すなわち、図９の上段における、水平方向の重みＷｘおよび垂直方向の重みＷｙは、０．５付近となる水平方向の入射角度θｘ＝θａ、および、垂直方向の入射角度θｙ＝θｂの境界付近において、急激に０または１に変化する。
【０１８２】
また、例えば、曲率の異なるオンチップレンズ１２１ｃを用いることで、図９の下段における点線で示されるように、焦点距離が、フォトダイオード１２１ｅ上に集光されるとき、傾き（１／２α）は、緩くなる。すなわち、図９の上部における、水平方向の重みＷｘおよび垂直方向の重みＷｙが０．５付近となる水平方向の入射角度θｘ＝θａ、および、垂直方向の入射角度θｙ＝θｂの境界付近において、緩やかに０または１に変化する。
【０１８３】
以上のように、曲率の異なるオンチップレンズ１２１ｃを用いて、異なる焦点距離にすることで異なる入射角指向性、すなわち、異なる受光感度特性を得ることができる。
【０１８４】
したがって、画素１２１ａの入射角指向性は、遮光膜１２１ｂによりフォトダイオード１２１ｅが遮光される範囲と、オンチップレンズ１２１ｃの曲率とが異なるようにすることで異なる値に設定することができる。なお、オンチップレンズの曲率は、撮像素子１２１における全ての画素で同一でもよいし、一部の画素において異なる曲率であってもよい。
【０１８５】
＜オンチップレンズと撮像レンズとの違い＞
上述のように、撮像素子１２１は撮像レンズを必要としない。ただし、オンチップレンズ１２１ｃは、少なくとも、図６を参照して説明したような画素内の複数のフォトダイオードを用いて入射角指向性を実現する場合には必要である。オンチップレンズ１２１ｃと撮像レンズとは、物理的作用が異なるものである。
【０１８６】
撮像レンズは、同じ方向から入射した入射光を、互いに隣接する複数の画素へ入射させるための集光機能を持つ。これに対して、オンチップレンズ１２１ｃを通る光は、対応する１画素を構成するフォトダイオード１２１ｅまたは１２１ｆの受光面のみに入射される。換言するに、オンチップレンズ１２１ｃは、画素出力単位毎に設けられ、自身に入射する被写体光を対応する画素出力単位のみに集光する。すなわち、オンチップレンズ１２１ｃは、仮想点光源から出射した拡散光を、互いに隣接する複数の画素へ入射させるための集光機能を持たない。
【０１８７】
＜被写体面と撮像素子との距離の関係＞
次に、図１０を参照して、被写体面と撮像素子１２１との距離の関係について説明する。
【０１８８】
図１０の上段左部で示されるように、撮像素子１２１と被写体面１３１までの被写体距離が距離ｄ１である場合、例えば、被写体面１３１上の点光源ＰＡ，ＰＢ，ＰＣを設定するとき、対応する撮像素子１２１上の位置Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃにおける検出信号レベルＤＡ，ＤＢ，ＤＣが、上述した式（７）乃至式（９）と同一の式で表現できるものとする。
【０１８９】
ＤＡ＝α１×ａ＋β１×ｂ＋γ１×ｃ  ・・・（７）
ＤＢ＝α２×ａ＋β２×ｂ＋γ２×ｃ  ・・・（８）
ＤＣ＝α３×ａ＋β３×ｂ＋γ３×ｃ  ・・・（９）
【０１９０】
これに対して、図１０の下段左部で示されるように、撮像素子１２１との被写体距離が距離ｄ１よりもｄだけ大きな距離ｄ２である被写体面１３１'である場合、すなわち、撮像素子１２１から見て、被写体面１３１よりも奥の被写体面１３１'の場合、検出信号レベルは、図１０の上段中央部、および下段中央部で示されるように、検出信号レベルＤＡ，ＤＢ，ＤＣいずれも同様である。
【０１９１】
しかしながら、この場合被写体面１３１'上の点光源ＰＡ'，ＰＢ'，ＰＣ'からの光強度がａ'，ｂ'，ｃ'の光線が撮像素子１２１の各画素において受光される。この際、撮像素子１２１上で受光される、光強度がａ'，ｂ'，ｃ'の光線の入射角度は異なる（変化する）ので、それぞれ異なる係数セットが必要となり、各位置Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃにおける検出信号レベルＤＡ，ＤＢ，ＤＣは、例えば、以下の式（１０）乃至式（１２）で示されるように表現されることになる。
【０１９２】
【数２】
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【０１９３】
ここで、係数セットα１１，β１１，γ１１、係数セットα１２，β１２，γ１２、係数セットα１３，β１３，γ１３からなる係数セット群は、それぞれ被写体面１３１における係数セットα１，β１，γ１、係数セットα２，β２，γ２、係数セットα３，β３，γ３に対応する被写体面１３１'の係数セット群である。
【０１９４】
したがって、式（１０）乃至式（１２）を、予め設定された係数セット群α１１，β１１，γ１１，α１２，β１２，γ１２，α１３，β１３，γ１３を用いて解くことで、図１０の上段右部で示される被写体面１３１における場合の点光源ＰＡ，ＰＢ，ＰＣにおける光線の光強度（ａ，ｂ，ｃ）を求めた手法と同様の手法で、図１０の下段右部で示されるように、点光源ＰＡ'，ＰＢ'，ＰＣ'からの光線の光強度（ａ'，ｂ'，ｃ'）として求めることが可能となり、結果として、被写体面１３１'の被写体の復元画像を求めることが可能となる。
【０１９５】
すなわち、図２の撮像素子１２１からの被写体面までの距離毎の係数セット群を予め記憶しておき、係数セット群を切り替えて連立方程式を構成し、構成した連立方程式を解くことで、１個の検出画像に基づいて、様々な被写体距離の被写体面の復元画像を得ることが可能となる。
【０１９６】
つまり、検出画像を１回撮像するだけで、その後の処理で、被写体面までの距離に応じて係数セット群を切り替えて、復元画像を求めるようにすることで、任意の距離の復元画像を生成することも可能である。
【０１９７】
また、画像認識において、可視画像以外の被写体の特性を得たい場合は、復元画像を得てから復元画像を基に画像認識などを行わなくとも、撮像素子の検出信号に対し、ディープラーニング等の機械学習を適用し、検出信号自体を用いて画像認識などを行うことも可能である。
【０１９８】
また、被写体距離や画角が特定できるような場合については、全ての画素を用いずに、特定された被写体距離や画角に対応した被写体面の撮像に適した入射角指向性を有する画素の検出信号からなる検出画像を用いて、復元画像を生成するようにしてもよい。このようにすることで、特定された被写体距離や画角に対応した被写体面の撮像に適した画素の検出信号を用いて復元画像を求めることができる。
【０１９９】
例えば、図１１の上段で示されるように、４辺のそれぞれの端部から幅ｄ１だけ遮光膜１２１ｂにより遮光されている画素１２１ａと、図１１の下段で示されるように、４辺のそれぞれの端部から幅ｄ２（＞ｄ１）だけ遮光膜１２１ｂにより遮光されている画素１２１ａ'とを考える。
【０２００】
画素１２１ａは、例えば、図１２の上段で示されるような、被写体となる人物Ｈ１０１の全体を含む画角ＳＱ１に対応する、図１１の画像Ｉ１を復元するために用いられる。これに対して、画素１２１ａ'は、例えば、図１２の上段で示されるような、被写体となる人物Ｈ１０１の顔の周辺がズームアップされた画角ＳＱ２に対応する、図１１の画像Ｉ２を復元するために用いられる。
【０２０１】
これは、図１１の画素１２１ａが、図１３の左部で示されるように、撮像素子１２１に対して入射光の入射可能角度範囲Ａとなるため、被写体面１３１上において、水平方向に被写体幅Ｗ１分の入射光を受光することができるからである。
【０２０２】
これに対して、図１１の画素１２１ａ'は、図１１の画素１２１ａよりも遮光される範囲が広いため、図１３の左部で示されるように、撮像素子１２１に対して入射光の入射可能角度範囲Ｂ（＜Ａ）となるため、被写体面１３１上において、水平方向に被写体幅Ｗ２（＜Ｗ１）分の入射光を受光するからである。
【０２０３】
つまり、遮光範囲が狭い図１１の画素１２１ａは、被写体面１３１上の広い範囲を撮像するのに適した広画角画素であるのに対して、遮光範囲が広い図１１の画素１２１ａ'は、被写体面１３１上の狭い範囲を撮像するのに適した狭画角画素である。なお、ここでいう広画角画素および狭画角画素は、図１１の画素１２１ａ，１２１ａ'の両者を比較する表現であって、その他の画角の画素を比較する上ではこの限りではない。
【０２０４】
なお、図１３は、撮像素子１２１の中心位置Ｃ１に対する、被写体面１３１上の位置と、それぞれの位置からの入射光の入射角度との関係を示している。また、図１３においては、被写体面１３１上の位置と、被写体面１３１上のそれぞれの位置からの入射光の入射角度との水平方向に対する関係が示されているが、垂直方向についても同様の関係となる。さらに、図１３の右部には、図１１における画素１２１ａ，１２１ａ'が示されている。
【０２０５】
このような構成により、図１２の下段で示されるように、撮像素子１２１における、点線で囲まれた範囲ＺＡに図１１の画素１２１ａを、一点鎖線で囲まれた範囲ＺＢに図１１の画素１２１ａ'を、それぞれ所定画素数ずつ集めて構成する場合、被写体幅Ｗ１に対応する画角ＳＱ１の画像を復元しようとするときには、画角ＳＱ１を撮像する図１１の画素１２１ａを用いるようにすることで、適切に被写体面１３１の被写体幅Ｗ１の画像を復元することができる。
【０２０６】
同様に、被写体幅Ｗ２に対応する画角ＳＱ２の画像を復元しようとするときには、画角ＳＱ２を撮像する図１１の画素１２１ａ'の検出信号レベルを用いるようにすることで、適切に被写体幅Ｗ２の画像を復元することができる。
【０２０７】
なお、図１２の下段においては、図中の左側に画素１２１ａ'が所定画素数だけ設けられ、右側に画素１２１ａが所定画素数だけ設けられた構成として示されているが、これは説明を簡単にするための例として示されたものであり、画素１２１ａと画素１２１ａ'とは、ランダムに混在して配置されることが望ましい。
【０２０８】
このように、画角ＳＱ２は、画角ＳＱ１よりも画角が狭いので、画角ＳＱ２と画角ＳＱ１の画像を同一の所定画素数で復元する場合、画角ＳＱ１の画像よりも、より狭い画角となる画角ＳＱ２の画像を復元する方が、より高画質な復元画像を得ることができる。
【０２０９】
つまり、同一画素数を用いて復元画像を得ることを考えた場合、より画角の狭い画像を復元する方が、より高画質な復元画像を得ることができる。
【０２１０】
なお、画角の広い画像を復元画像として得る場合、広画角画素の全画素を用いるようにしてもよいし、広画角画素の一部を用いるようにしてもよい。また、画角の狭い画像を復元画像として得る場合、狭画角画素の全画素を用いるようにしてもよいし、狭画角画素の一部を用いるようにしてもよい。
【０２１１】
以上のような撮像素子１２１を用いることにより、結果として、撮像レンズ、回折格子等からなる光学素子や、ピンホールなどが不要となるため（撮像レンズフリーとなるので）、装置の設計の自由度を高めることが可能になるとともに、入射光の入射方向に対する装置の小型化を実現することが可能となり、製造コストを低減することが可能となる。また、フォーカスレンズなどのような、光学像を結像させるための撮像レンズに相当するレンズも不要となる。
【０２１２】
さらに、撮像素子１２１を用いることにより、検出画像を取得するのみで、その後において、被写体距離や画角に応じた係数セット群を選択的に用いて構成した連立方程式を解いて復元画像を求めることで、様々な被写体距離や画角の復元画像を生成することが可能となる。
【０２１３】
さらに、撮像素子１２１は、画素単位で入射角指向性を持つことができるので、回折格子からなる光学フィルタと従来の撮像素子等と比較して、多画素化を実現することができ、また、高解像度で、かつ、高角度分解能の復元画像を得ることができる。一方、光学フィルタと従来の撮像素子とからなる撮像装置では、画素を微細化しても、光学フィルタの微細化が難しいため、復元画像の高解像度化等の実現が難しい。
【０２１４】
また、撮像素子１２１は、回折格子からなる光学フィルタ等を必要としないので、使用環境が高温になって光学フィルタが熱で歪むといったことがない。したがって、このような撮像素子１２１を用いることにより、環境耐性の高い装置を実現することが可能となる。
【０２１５】
＜第１の変形例＞
図４の右部においては、撮像素子１２１の各画素１２１ａにおける遮光膜１２１ｂの構成として、垂直方向に対しては全体を遮光し、かつ、水平方向に対しての遮光幅や位置を変化させることにより、水平方向の入射角指向性の違いを持たせる例を示したが、遮光膜１２１ｂの構成はこの例に限定されない。例えば、水平方向に対して全体として遮光し、垂直方向の幅（高さ）や位置を変化させるようにして、垂直方向の入射角指向性の違いを持たせるようにしてもよい。
【０２１６】
なお、図４の右部で示される例のように、垂直方向に対しては画素１２１ａ全体を遮光し、かつ、水平方向に対して所定の幅で画素１２１ａを遮光する遮光膜１２１ｂは、横帯タイプの遮光膜１２１ｂと称する。これに対して、水平方向に対しては画素１２１ａ全体を遮光し、かつ、垂直方向に対して所定の高さで画素１２１ａを遮光する遮光膜１２１ｂは、縦帯タイプの遮光膜１２１ｂと称する。
【０２１７】
また、図１４の左部に示される例のように、縦帯タイプと横帯タイプの遮光膜１２１ｂを組み合わせて、画素１２１ａをＬ字型の遮光膜１２１ｂを設けるようにしてもよい。図１４の左部において、黒色で示される部分が遮光膜１２１ｂである。つまり、遮光膜１２１ｂ−２１乃至遮光膜１２１ｂ−２４は、それぞれ、画素１２１ａ−２１乃至画素１２１ａ−２４の遮光膜である。
【０２１８】
これらの各画素（画素１２１ａ−２１乃至画素１２１ａ−２４）は、図１４の右部に示されるような入射角指向性を有することになる。図１４の右部に示されるグラフは、各画素における受光感度を示している。横軸が入射光の水平方向（ｘ方向）の入射角度θｘを表し、縦軸が入射光の垂直方向（ｙ方向）の入射角度θｙを表している。そして、範囲Ｃ４内の受光感度が、範囲Ｃ４の外よりも高く、範囲Ｃ３内の受光感度が、範囲Ｃ３の外よりも高く、範囲Ｃ２内の受光感度が、範囲Ｃ２の外よりも高く、範囲Ｃ１内の受光感度が、範囲Ｃ１の外よりも高い。
【０２１９】
したがって、各画素について、範囲Ｃ１内となる、水平方向（ｘ方向）の入射角度θｘと、垂直方向（ｙ方向）の入射角度θｙとの条件を満たす入射光の検出信号レベルが最も高くなり、範囲Ｃ２内，範囲Ｃ３内，範囲Ｃ４内、および、範囲Ｃ４以外の範囲の条件の順に検出信号レベルが低くなることが示されている。このような受光感度の強度は、遮光膜１２１ｂにより遮光される範囲により決定される。
【０２２０】
また、図１４の左部において、各画素１２１ａ内のアルファベットは、カラーフィルタの色を示している（説明の便宜上記載したものであり、実際に表記されているものではない）。画素１２１ａ−２１は緑色のカラーフィルタが配置されるＧ画素であり、画素１２１ａ−２２は赤色のカラーフィルタが配置されるＲ画素であり、画素１２１ａ−２３は青色のカラーフィルタが配置されるＢ画素であり、画素１２１ａ−２４は緑色のカラーフィルタが配置されるＧ画素である。つまり、これらの画素は、ベイヤ配列を形成している。もちろん、これは一例であり、カラーフィルタの配列パターンは任意である。遮光膜１２１ｂの配置とカラーフィルタとは無関係である。例えば、一部または全部の画素において、カラーフィルタ以外のフィルタが設けられるようにしてもよいし、フィルタが設けられないようにしてもよい。
【０２２１】
図１４の左部においては、「Ｌ字型」の遮光膜１２１ｂが、画素１２１ａの図中左辺と下辺の側を遮光する例が示されているが、この「Ｌ字型」の遮光膜１２１ｂの向きは任意であり、図１４の例に限定されない。例えば、「Ｌ字型」の遮光膜１２１ｂが、画素１２１ａの図中下辺と右辺の側を遮光するようにしてもよいし、画素１２１ａの図中右辺と上辺の側を遮光するようにしてもよいし、画素１２１ａの図中上辺と左辺の側を遮光するようにしてもよい。もちろん、この遮光膜１２１ｂの向きは、画素毎に独立に設定することができる。なお、この「Ｌ字型」の遮光膜１２１ｂを「Ｌ字タイプの遮光膜１２１ｂ」とも総称する。
【０２２２】
以上においては遮光膜について説明したが、この例の説明は、画素内に配置した複数のフォトダイオードを選択的に用いることにより入射角指向性を持たせる場合にも適用することができる。つまり、例えば、分割位置（各部分領域の大きさや形状）や、各フォトダイオードの位置、大きさ、形状等を適切に設定したり、フォトダイオードを適切に選択したりすることにより、上述のＬ字タイプの遮光膜１２１ｂによる入射光指向性と同等の入射光指向性を実現することができる。
【０２２３】
＜第２の変形例＞
以上においては、横帯タイプ、縦帯タイプ、およびＬ字タイプの遮光膜について、遮光されている範囲がランダムに変化するように各画素に配置される例について説明してきたが、例えば、図１５の撮像素子１２１'で示されるように、矩形開口を設けた場合に、個々の画素において光線が受光する位置の近傍の範囲以外を遮光する遮光膜１２１ｂ（図中、黒色で示された範囲）を構成するようにしてもよい。
【０２２４】
すなわち、各画素について、矩形開口を設けた場合に、所定の被写体距離の被写体面を構成する点光源より出射される光線のうち、矩形開口を透過して受光される光線のみを受光するような入射角指向性を有するように遮光膜１２１ｂを設けるようにしてもよい。
【０２２５】
なお、図１５においては、例えば、水平方向の画素配列に対して、遮光膜１２１ｂの水平方向の幅が幅ｄｘ１，ｄｘ２，・・・ｄｘｎと変化しており、これが、ｄｘ１＜ｄｘ２＜・・・＜ｄｘｎの関係となる。同様に、垂直方向の画素配列に対して、遮光膜１２１ｂの垂直方向の高さが高さｄｙ１，ｄｙ２，・・・ｄｙｍと変化しており、これが、ｄｙ１＜ｄｙ２＜・・・＜ｄｘｍの関係となる。また、遮光膜１２１ｂの水平方向の幅、および垂直方向の幅の、それぞれの変化の間隔は、復元する被写体分解能（角度分解能）に依るものである。
【０２２６】
換言すれば、図１５の撮像素子１２１'における各画素１２１ａの構成は、水平方向および垂直方向に対して撮像素子１２１'内の画素配置に対応するように、遮光する範囲を変化させるような入射角指向性を持たせているといえる。
【０２２７】
より詳細には、図１５の各画素１２１ａの遮光範囲は、例えば、図１６の左部で示される画素１２１ａを用いて説明される規則に従って決定される。
【０２２８】
なお、図１６の右部は、図１５と同一の撮像素子１２１'の構成を示している。また、図１６の左部は、図１６（図１５と同一）の右部における撮像素子１２１'の画素１２１ａの構成を示している。
【０２２９】
図１６の左部で示されるように、画素１２１ａの上辺および下辺の端部から画素１２１ａ内に向かって、それぞれ幅ｄｘ１だけ遮光膜１２１ｂにより遮光し、左辺および右辺の端部から画素１２１ａ内に向かって、それぞれ高さｄｙ１だけ遮光膜１２１ｂにより遮光する。なお、図１６，図１７において、遮光膜１２１ｂは黒色で示された範囲である。
【０２３０】
図１６の左部において、遮光膜１２１ｂが、このように形成されることで遮光される範囲を、以降において、画素１２１ａの主遮光部Ｚ１０１（図１６左部の黒色部）と称し、それ以外の方形状の範囲を範囲Ｚ１０２と称する。
【０２３１】
画素１２１ａにおける、範囲Ｚ１０２内に、遮光膜１２１ｂにより遮光されない矩形開口部Ｚ１１１が設けられるものとする。したがって、範囲Ｚ１０２において、矩形開口部Ｚ１１１以外の範囲は、遮光膜１２１ｂにより遮光される。
【０２３２】
図１５の撮像素子１２１'内の画素配列は、図１６の右部（図１５と同一）で示されるように、左端部で、かつ、上端部の画素１２１ａ−１は、矩形開口部Ｚ１１１を、その左辺が画素１２１ａの左辺から幅ｄｘ１であって、その上辺が画素１２１ａの上辺からｄｙ１の距離に配置する構成とする。
【０２３３】
同様に、画素１２１ａ−１の右隣の画素１２１ａ−２は、矩形開口部Ｚ１１１を、その左辺が画素１２１ａの左辺から幅ｄｘ２であって、その上辺が画素１２１ａの上辺から高さｄｙ１の距離に配置して、矩形開口部Ｚ１１１以外の範囲を遮光膜１２１ｂにより遮光する構成とする。
【０２３４】
以下同様に、水平方向に隣接する画素１２１ａは、配置が図中の右側に進むに従って、矩形開口部Ｚ１１１の右辺が、画素１２１ａの右辺から幅ｄｘ１，ｄｘ２・・・ｄｘｎと移動する。なお、図１６の範囲Ｚ１０２における右上部の点線の方形部分が、矩形開口部Ｚ１１１を、その左辺が画素１２１ａの左辺から幅ｄｘｎであって、その上辺が画素１２１ａの上辺から高さｄｙ１の距離に配置したときの状態を示している。また、幅ｄｘ１，ｄｘ２・・・ｄｘｎのそれぞれの間隔は、範囲Ｚ１０２の水平方向の幅から矩形開口部Ｚ１１１の幅を引いた幅を水平方向の画素数ｎで割った値となる。すなわち、水平方向の画素数ｎで割ることにより水平方向の変化の間隔が決定される。
【０２３５】
また、撮像素子１２１'における画素１２１ａ内の矩形開口部Ｚ１１１の水平方向の位置は、撮像素子１２１'内における水平方向の位置が同一の画素１２１ａ（同一の列の画素１２１ａ）内において同一になる。
【０２３６】
さらに、画素１２１ａ−１の直下に隣接する画素１２１ａ−３は、矩形開口部Ｚ１１１を、その左辺が画素１２１ａの左辺から幅ｄｘ１であって、その上辺が画素１２１ａの上辺から高さｄｙ２の距離に配置して、矩形開口部Ｚ１１１以外の範囲を遮光膜１２１ｂにより遮光する構成とする。
【０２３７】
以下同様に、垂直方向に隣接する画素１２１ａは、配置が図中の下側に進むに従って、矩形開口部Ｚ１１１の上辺が、画素１２１ａの上辺から高さｄｙ１，ｄｙ２・・・ｄｙｎと移動する。なお、図１６の範囲Ｚ１０２における左下部の点線の方形部分が、矩形開口部Ｚ１１１を、その左辺が画素１２１ａの左辺から幅ｄｘ１であって、その上辺が画素１２１ａの上辺から高さｄｙｍの距離に配置したときの状態を示している。また、高さｄｙ１，ｄｙ２・・・ｄｙｍのそれぞれの間隔は、範囲Ｚ１０２の垂直方向の高さから矩形開口部Ｚ１１１の高さを引いた高さを垂直方向の画素数ｍで割った値となる。すなわち、垂直方向の画素数ｍで割ることにより垂直方向の変化の間隔が決定される。
【０２３８】
また、撮像素子１２１'における画素１２１ａ内の矩形開口部Ｚ１１１の垂直方向の位置は、撮像素子１２１'内における垂直方向の位置が同一の画素１２１ａ（同一の行の画素１２１ａ）内において同一になる。
【０２３９】
さらに、図１６（図１５）で示される撮像素子１２１'を構成する各画素１２１ａの主遮光部Ｚ１０１、および矩形開口部Ｚ１１１を変化させることで、画角を変化させることができる。
【０２４０】
図１７の右部は、図１６（図１５）の撮像素子１２１'に対して画角を広くする場合の撮像素子１２１'の構成を示している。また、図１７の左部は、図１７の右部における撮像素子１２１'の画素１２１ａの構成を示している。
【０２４１】
すなわち、図１７の左部で示されるように、例えば、画素１２１ａ内に、図１６における主遮光部Ｚ１０１よりも遮光範囲が狭い主遮光部Ｚ１５１（図１７左部の黒色部）を設定し、それ以外の範囲を範囲Ｚ１５２に設定する。さらに、範囲Ｚ１５２内に、矩形開口部Ｚ１１１よりも開口面積が広い矩形開口部Ｚ１６１を設定する。
【０２４２】
より詳細には、図１７の左部で示されるように、画素１２１ａの上辺および下辺の端部から画素１２１ａ内に向かって、それぞれ幅ｄｘ１'（＜ｄｘ１）だけ遮光膜１２１ｂにより遮光され、左辺および右辺の端部から画素１２１ａ内に向かって、それぞれ高さｄｙ１'（＜ｄｙ１）だけ遮光膜１２１ｂにより遮光されることで、矩形開口部Ｚ１６１が形成される。
【０２４３】
ここで、図１７の右部で示されるように、左端部で、かつ、上端部の画素１２１ａ−１は、矩形開口部Ｚ１６１を、その左辺が画素１２１ａの左辺から幅ｄｘ１'であって、その上辺が画素１２１ａの上辺から高さｄｙ１'の距離に配置して、矩形開口部Ｚ１６１以外の範囲を遮光膜１２１ｂにより遮光する構成とする。
【０２４４】
同様に、画素１２１ａ−１の右隣の画素１２１ａ−２は、矩形開口部Ｚ１６１を、その左辺が画素１２１ａの左辺から幅ｄｘ２'であって、その上辺が画素１２１ａの上辺から高さｄｙ１'に配置して、矩形開口部Ｚ１６１以外の範囲を遮光膜１２１ｂにより遮光する構成とする。
【０２４５】
以下同様に、水平方向に隣接する画素１２１ａは、配置が図中の右側に進むに従って、矩形開口部Ｚ１６１の右辺が、画素１２１ａの右辺から幅ｄｘ１'、ｄｘ２'・・・ｄｘｎ'と移動する。ここで、幅ｄｘ１'、ｄｘ２'・・・ｄｘｎ'のそれぞれの間隔は、範囲Ｚ１５２の水平方向の幅から矩形開口部Ｚ１６１の水平方向の幅を引いた幅を、水平方向の画素数ｎで割った値となる。すなわち、水平方向の画素数ｎで割ることにより垂直方向の変化の間隔が決定される。したがって、幅ｄｘ１'、ｄｘ２'・・・ｄｘｎ'の変化の間隔は、幅ｄｘ１、ｄｘ２・・・ｄｘｎの変化の間隔より大きくなる。
【０２４６】
また、図１７の撮像素子１２１'における画素１２１ａ内の矩形開口部Ｚ１６１の水平方向の位置は、撮像素子１２１'内における水平方向の位置が同一の画素１２１ａ（同一の列の画素１２１ａ）内において同一になる。
【０２４７】
さらに、画素１２１ａ−１の直下に隣接する画素１２１ａ−３は、矩形開口部Ｚ１６１を、その左辺が画素１２１ａの左辺から幅ｄｘ１'であって、その上辺が画素１２１ａの上辺から高さｄｙ２'に配置して、矩形開口部Ｚ１６１以外の範囲を遮光膜１２１ｂにより遮光する構成とする。
【０２４８】
以下同様に、垂直方向に隣接する画素１２１ａは、配置が図中の下側に進むに従って、矩形開口部Ｚ１６１の上辺が、画素１２１ａの上辺から高さｄｙ１'、ｄｙ２'・・・ｄｙｍ'と変化する。ここで、高さｄｙ１'、ｄｙ２'・・・ｄｙｍ'の変化の間隔は、範囲Ｚ１５２の垂直方向の高さから矩形開口部Ｚ１６１の高さを引いた高さを垂直方向の画素数ｍで割った値となる。すなわち、垂直方向の画素数ｍで割ることにより垂直方向の変化の間隔が決定される。したがって、高さｄｙ１'、ｄｙ２'・・・ｄｙｍ'の変化の間隔は、幅高さｄｙ１、ｄｙ２・・・ｄｙｍの変化の間隔より大きくなる。
【０２４９】
また、図１７の撮像素子１２１'における画素１２１ａ内の矩形開口部Ｚ１６１の垂直方向の位置は、撮像素子１２１'内における垂直方向の位置が同一の画素１２１ａ（同一の行の画素１２１ａ）内において同一になる。
【０２５０】
このように、主遮光部の遮光範囲と開口部の開口範囲との組み合わせを変化させることで、様々な画角の（様々な入射角指向性を持った）画素１２１ａからなる撮像素子１２１'を実現することが可能となる。
【０２５１】
さらに、同一の画角の画素１２１ａのみならず、様々な画角の画素１２１ａを組み合わせて撮像素子１２１を実現させるようにしてもよい。
【０２５２】
例えば、図１８で示されるように、点線で示される２画素×２画素からなる４画素を１個の単位Ｕとして、それぞれの単位Ｕが、広画角の画素１２１ａ−Ｗ、中画角の画素１２１ａ−Ｍ、狭画角の画素１２１ａ−Ｎ、極狭画角の画素１２１ａ−ＡＮの４画素から構成されるようにする。
【０２５３】
この場合、例えば、全画素１２１ａの画素数がXである場合、４種類の画角ごとにX/4画素ずつの検出画像を用いて復元画像を復元することが可能となる。この際、画角毎に異なる４種類の係数セットが使用されて、４種類の異なる連立方程式により、それぞれ異なる画角の復元画像が復元される。
【０２５４】
このため、復元する画角の復元画像を、復元する画角の撮像に適した画素から得られる検出画像を用いて復元することで、４種類の画角に応じた適切な復元画像を復元することが可能となる。
【０２５５】
また、４種類の画角の中間の画角や、その前後の画角の画像を、４種類の画角の画像から補間生成するようにしてもよく、様々な画角の画像をシームレスに生成することで、疑似的な光学ズームを実現するようにしてもよい。
【０２５６】
以上においては遮光膜について説明したが、この例の説明は、画素内に配置した複数のフォトダイオードを選択的に用いることにより入射角指向性を持たせる場合にも適用することができる。つまり、例えば、分割位置（各部分領域の大きさや形状）や、各フォトダイオードの位置、大きさ、形状等を適切に設定したり、フォトダイオードを適切に選択したりすることにより、上述した矩形開口を有する遮光膜１２１ｂによる入射光指向性と同等の入射光指向性を実現することができる。勿論、この場合も、様々な画角の画素１２１ａを組み合わせて撮像素子１２１を実現させることもできる。また、中間の画角や、その前後の画角の画像を、複数種類の画角の画像から補間生成するようにしてもよく、様々な画角の画像をシームレスに生成することで、疑似的な光学ズームを実現するようにしてもよい。
【０２５７】
＜第３の変形例＞
ところで、撮像素子１２１における画素１２１ａの遮光膜１２１ｂの遮光している範囲にランダム性を持たせている場合、遮光膜１２１ｂの遮光している範囲の違いの乱雑さが大きいほど、復元部１２４等による処理の負荷は大きなものとなる。そこで、画素１２１ａの遮光膜１２１ｂの遮光している範囲の違いの一部を規則的なものとして、この違いの乱雑さを低減させることで、処理負荷を低減させるようにしてもよい。
【０２５８】
例えば、縦帯タイプと横帯タイプとを組み合わせたＬ字タイプの遮光膜１２１ｂを構成するようにして、所定の列方向に対しては、同一幅の横帯タイプの遮光膜１２１ｂを組み合わせ、所定の行方向に対しては、同一の高さの縦帯タイプの遮光膜１２１ｂを組み合わせるようにする。このようにすることにより、各画素１２１ａの遮光膜１２１ｂの遮光範囲が、列方向および行方向で規則性を持たせつつ、画素単位ではランダムに異なる値に設定されるようになる。その結果、各画素１２１ａの遮光膜１２１ｂの遮光範囲の違い、すなわち、各画素の入射角指向性の違いの乱雑さを低減させ、復元部１２４等の撮像素子１２１の外部の処理負荷を低減させることができる。
【０２５９】
例えば、図１９の撮像素子１２１''の場合、範囲Ｚ１３０で示される同一列の画素については、いずれも同一の幅Ｘ０の横帯タイプの遮光膜１２１ｂが用いられ、範囲Ｚ１５０で示される同一行の画素については、同一の高さＹ０の縦帯タイプの遮光膜１２１ｂが用いられ、各行列で特定される画素１２１ａについては、これらが組み合わされたＬ字タイプの遮光膜１２１ｂが設定されている。
【０２６０】
同様に、範囲Ｚ１３０に隣接する範囲Ｚ１３１で示される同一列の画素については、いずれも同一の幅Ｘ１の横帯タイプの遮光膜１２１ｂが用いられ、範囲Ｚ１５０に隣接する範囲Ｚ１５１で示される同一行の画素については、同一の高さＹ１の縦帯タイプの遮光膜１２１ｂが用いられ、各行列で特定される画素１２１ａについては、これらが組み合わされたＬ字タイプの遮光膜１２１ｂが設定されている。
【０２６１】
さらに、範囲Ｚ１３１に隣接する範囲Ｚ１３２で示される同一列の画素については、いずれも同一の幅Ｘ２の横帯タイプの遮光膜が用いられ、範囲Ｚ１５１に隣接する範囲Ｚ１５２で示される同一行の画素については、同一の高さＹ２の縦帯タイプの遮光膜が用いられ、各行列で特定される画素１２１ａについては、これらが組み合わされたＬ字タイプの遮光膜１２１ｂが設定されている。
【０２６２】
このようにすることで、遮光膜１２１ｂの水平方向の幅および位置、並びに、垂直方向の高さおよび位置に規則性を持たせつつ、画素単位で遮光膜の範囲を異なる値に設定することができるので、入射角指向性の違いの乱雑さを抑え込むことができる。結果として、係数セットのパターンを低減させることが可能となり、後段（例えば、復元部１２４等）における演算処理の処理負荷を低減させることが可能となる。
【０２６３】
＜第４の変形例＞
画素単位の遮光膜１２１ｂの形状のバリエーションは、任意であり、上述した各例に限定されない。例えば、遮光膜１２１ｂを三角形に設定し、その範囲を異なるものとすることで異なる入射角指向性を持たせる（設定する）ようにしてもよいし、遮光膜１２１ｂを円形に設定し、その範囲を異なるものとすることで異なる入射角指向性を持たせるようにしてもよい。また、例えば、斜め方向の線状の遮光膜などでも良い。
【０２６４】
また、所定数の複数の画素からなるユニットを構成する複数の画素単位で遮光膜１２１ｂのバリエーション（パターン）を設定するようにしてもよい。この１ユニットはどのような画素により構成されるようにしてもよい。例えば、撮像素子１２１がカラーフィルタを備えるものとし、そのカラーフィルタの色配列の単位を構成する画素により構成されるようにしてもよい。また、露光時間の異なる画素を組み合わせた画素グループをユニットとするようにしてもよい。なお、ユニットを構成する各画素における遮光膜１２１ｂが遮光する範囲のパターンのランダム性が高い方が、すなわち、ユニットを構成する画素がそれぞれに異なる入射角指向性を備えている方が望ましい。
【０２６５】
また、ユニット間で遮光膜１２１ｂの配置パターンを設定するようにしてもよい。例えば、ユニット毎に、遮光膜の幅や位置を変えるようにしてもよい。さらに、異なるカテゴリで分類される複数の画素からなるユニット内やユニット間で遮光膜１２１ｂが遮光する範囲のパターンを設定するようにしてもよい。
【０２６６】
以上においては遮光膜について説明したが、この例の説明は、画素内に配置した複数のフォトダイオードを選択的に用いることにより入射角指向性を持たせる場合にも適用することができる。つまり、例えば、分割位置（各部分領域の大きさや形状）や、各フォトダイオードの位置、大きさ、形状等を適切に設定したり、フォトダイオードを適切に選択したりすることにより、上述した画素１２１ａの遮光膜１２１ｂの遮光している範囲の変化の一部を規則的なものとした場合の入射光指向性と同等の入射光指向性を実現することができる。このようにすることにより、各画素の入射角指向性における乱雑さを低減させ、復元部１２４等の撮像素子１２１の外部の処理負荷を低減させることができる。
【０２６７】
以上においては遮光膜について説明したが、この例の説明は、画素内に配置した複数のフォトダイオードを選択的に用いることにより入射角指向性を持たせる場合にも適用することができる。つまり、分割位置（各部分領域の大きさや形状）や、各フォトダイオードの位置、大きさ、形状等を適切に設定したり、フォトダイオードを適切に選択したりすることにより、例えば、三角形、円形、斜め方向の線状等の、任意の形状の遮光膜による入射光指向性と同等の入射光指向性を実現することができる。
【０２６８】
また、例えば、分割位置（各部分領域の大きさや形状）の設定、各フォトダイオードの位置、大きさ、形状等の設定、およびフォトダイオードの選択等を、上述した遮光膜１２１ｂの場合と同様に、ユニット毎に設定するようにしてもよい。
【０２６９】
＜フォトダイオードの制御＞
図６を参照して上述したような画素内に配置した複数のフォトダイオードを選択的に用いる場合、複数のフォトダイオード１２１ｆのそれぞれの画素出力単位の出力画素値への寄与の有無や程度を切り替えることにより画素出力単位の出力画素値の入射角指向性を様々に変化させることができるようにしてもよい。
【０２７０】
例えば、図２０に示されるように、画素１２１ａに、フォトダイオード１２１ｆ−１１１乃至１２１ｆ−１１９の９個（縦３個×横３個）のフォトダイオード１２１ｆが配置されているとする。この場合、この画素１２１ａを、フォトダイオード１２１ｆ−１１１乃至１２１ｆ−１１９を有する画素１２１ａ−ｂとして用いるようにしてもよいし、フォトダイオード１２１ｆ−１１１、１２１ｆ−１１２、１２１ｆ−１１４、および１２１ｆ−１１５を有する画素１２１ａ−ｓとして用いるようにしてもよい。
【０２７１】
例えば、画素１２１ａを画素１２１ａ−ｂとする場合、フォトダイオード１２１ｆ−１１１乃至１２１ｆ−１１９の当該画素１２１ａの出力画素値への寄与の有無や度合いを制御することによって出力画素値の入射角指向性が制御される。これに対して、画素１２１ａを画素１２１ａ−ｓとする場合、フォトダイオード１２１ｆ−１１１、１２１ｆ−１１２、１２１ｆ−１１４、および１２１ｆ−１１５の当該画素１２１ａの出力画素値への寄与の有無や度合を制御することによって出力画素値の入射角指向性が制御される。この場合、その他のフォトダイオード１２１ｆ（フォトダイオード１２１ｆ−１１３、１２１ｆ−１１６、１２１ｆ−１１７乃至１２１ｆ−１１９）は、出力画素値に寄与しないように制御される。
【０２７２】
つまり、例えば複数の画素１２１ａ−ｂ間で出力画素値の入射角指向性が互いに異なる場合、フォトダイオード１２１ｆ−１１１乃至１２１ｆ−１１９の内の少なくともいずれか１つの出力画素値への寄与の有無や度合いが異なる。これに対して、例えば複数の画素１２１ａ−ｓ間で出力画素値の入射角指向性が互いに異なる場合、フォトダイオード１２１ｆ−１１１、１２１ｆ−１１２、１２１ｆ−１１４、および１２１ｆ−１１５の内の少なくともいずれか１つの出力画素値への寄与の有無や度合いが異なり、その他のフォトダイオード１２１ｆ−１１３、１２１ｆ−１１６、１２１ｆ−１１７乃至１２１ｆ−１１９は、これらの画素間で共通して、出力画素値に寄与しない。
【０２７３】
なお、画素１２１ａを画素１２１ａ−ｂとするか画素１２１ａ−ｓとするかは、画素毎に設定することができる。また、この設定をユニット（複数画素）毎に行うことができるようにしてもよい。
【０２７４】
また、上述したように撮像素子１２１の各画素（各画素出力単位）にはオンチップレンズが１つ形成される。つまり、画素１２１ａが図２０に示される例のような構成の場合、図２１に示されるように、そのフォトダイオード１２１ｆ−１１１乃至１２１ｆ−１１９に対して１つのオンチップレンズ１２１ｃが設けられる。したがって、図２０を参照して説明したように画素１２１ａを画素１２１ａ−ｂとする場合も、画素１２１ａ−ｓとする場合も、１画素（１画素出力単位）と１つのオンチップレンズ１２１ｃとが１対１に対応する。
【０２７５】
＜WB用画素＞
以上のような撮像素子１２１の場合、各画素の検出信号には広範囲の被写体の情報が含まれており、撮像レンズを用いる撮像素子の全画素値を積算したのと略同等の情報が含まれる。したがって、WB係数を算出するために、検出信号の積分は不要である。つまり、WB係数を算出するために用いる検出信号を得る画素（WB用画素）は、各色について少なくとも１画素以上ずつあればよい。
【０２７６】
つまり、WB用画素は、受光部１１１に形成される画素行列の一部でよい。そして、その画素行列内のどの画素をWB用画素としてもよい。例えば、最初に検出信号が読み出される画素（つまり、他の画素よりも先に検出信号が読み出される画素）をWB用画素としてもよい。
【０２７７】
例えば、受光部１１１の画素行列において、図２２に示される実践矢印や点線矢印のように、ラスタスキャン順に各画素の検出信号が読み出されるとする。このような場合に、その画素行列の一番上の行の左端のＲ画素１２１ａ−２０１、Ｇ画素１２１ａ−２０２、およびＢ画素１２１ａ−２０３（つまり、最初に読み出されるＲ画素、Ｇ画素、およびＢ画素の３画素）をWB用画素としてもよい。また、例えば行単位で検出信号の読み出しを行う場合も、最初に読み出される行の画素をWB用画素としてもよい。
【０２７８】
このようにすることにより、より早期に検出信号を得ることができる。また、他の画素からの検出信号の読み出しと並行してWB係数を算出することができるので、WB係数の算出による遅延時間の増大を抑制することができる。また、WB係数の算出のために全画素から検出信号を読み出す必要がないので、その算出したWB係数を、それ以降に読み出される検出信号に対して即時的に（リアルタイムに）反映させる（ホワイトバランス制御を行う）ことができる。例えば、ブロック毎に復元画像を復元する場合等、画像の一部を復元する場合においても、即時的にホワイトバランス制御を行うことができる。
【０２７９】
また、WB用画素の位置は任意である。例えば、画素行列の所定の位置の画素（例えば中央付近等）をWB用画素としてもよい。また、例えば、複数のWB用画素が画素行列内に一様に分布するようにしてもよい。
【０２８０】
また、WB用画素は、検出画像を構成する検出信号を生成する画素（有効画素とも称する）と兼ねるようにしてもよいし、分ける（互いを異なる画素とする）ようにしてもよい。例えば、図２３のＡに示されるように、有効画素が形成される有効画素領域外にWB用画素が形成されるようにしてもよい。
【０２８１】
図２３のＡの場合、受光部１１１の中央付近の領域（図中白地の領域）が有効画素領域３０１とされ、その周辺の領域（図中グレー地の領域）が、WB用画素が形成されるWB用画素領域３０２とされている。
【０２８２】
一般的に、画素領域の中央付近の画素方が周縁部の画素に比べて誤差（個体差）が少ない。したがって、図２３のＡに示されるような構成とし、画素領域の中央付近の有効画素領域から読み出した検出信号より復元画像を復元するようにすることにより、その復元画像の画質の低減を抑制することができる。
【０２８３】
なお、WB用画素の入射角指向性は任意である。例えば、WB用画素の入射角指向性に偏りが生じるようにしてもよい。例えば、所定の方向にピークを有する入射角指向性を持つ画素（または画素群）をWB用画素とするようにしてもよい。
【０２８４】
逆に、WB用画素の入射角指向性に偏りが生じないようにしてもよい。例えば、多様な方向にピークを有する入射角指向性を持つ画素群をWB用画素とするようにしてもよい。その場合、例えば、WB係数の算出に用いるWB用画素を選択することができるようにすることにより、所望の方向に重点を置いたホワイトバランス制御を行うことができるようにすることができる。
【０２８５】
例えば、撮像画像の画角内の中央に重点を置いたホワイトバランス制御を行うようにユーザ等が指示した場合、図２３のＢに示される矢印のように、画角の中央に向かう方向（撮像素子１２１（受光部１１１）の中央の前方に向かう方向）にピークを有する入射角指向性を持つWB用画素が選択され、WB係数の算出に用いられるようにしてもよい。
【０２８６】
もちろん、ホワイトバランス制御の重点を置く方向は任意であり画角の中央に限定されない。例えば、ユーザが指定した領域に向かう方向にホワイトバランス制御の重点が置かれるようにしてもよい。その場合、ユーザが指定した領域に向かう方向にピークを有する入射角指向性を持つWB用画素が選択され、WB係数の算出に用いられるようにすればよい。
【０２８７】
このようにすることにより、より多様なホワイトバランス制御を行うことができる。
【０２８８】
＜WB情報の付加＞
また、関連付け部１０４が、例えば図２４に示されるように、WB係数を、検出画像に関するデータ（検出信号等）に付加するようにしてもよい。図２４は、出力部１０５から出力される出力データ３１０の主な構成例を示している。図２４の例の場合、検出画像のデータ３１１には、ヘッダ３１２として、WB係数に関する情報であるWB情報が付加されている。つまり、この場合、検出画像のホワイトバランス制御は行われずに出力される。つまり、ホワイトバランス制御は、撮像素子１２１の外部において行われる。その際、図２４の例のようにWB情報がヘッダとして検出画像に付加されていることにより、ホワイトバランス制御を行う処理部は、処理対象の検出画像に対応するWB係数を容易に取得することができる。
【０２８９】
なお、上述したように、検出画像が他の画素よりも先に読み出される画素をWB用画素とすることにより、検出信号の読み出し順に従って、WB情報を含むヘッダを生成後、検出画像を生成することができるので、より容易にWB情報を検出画像に付加することができる。換言するに、WB情報を検出画像に付加するために必要なバッファ量の増大を抑制することができる。
【０２９０】
なお、このように検出画像に付加するWB係数は、画像全体のWB係数に限らず、任意の領域のWB係数を付加する（WB情報に含める）ようにしてもよい。つまり、上述したように、所定の方向に重点を置くホワイトバランス制御のためのWB係数（所定の方向にピークを有する入射角指向性を持つ画素をWB用画素として算出したWB係数）を、検出画像に付加する（WB情報に含める）ようにしてもよい。
【０２９１】
さらに、複数種類のWB係数を、検出画像に付加する（WB情報に含める）ことができるようにしてもよい。例えば、画像全体のWB係数と所定の領域のWB係数との両方を検出画像に付加する（WB情報に含める）ことができるようにしてもよい。例えば、画像全体のWB係数、画像の左上のWB係数、および画像の右下のWB係数を検出画像に付加する（WB情報に含める）ことができるようにしてもよい。このようにすることにより、ホワイトバランス制御を行う際に、使用するWB係数を選択することができるので、より多様なホワイトバランス制御を容易に実現することができる。
【０２９２】
なお、WB係数は、検出画像に限らず、復元された復元画像に付加されるようにしてもよい。
【０２９３】
＜撮像処理の流れ＞
以上のような撮像素子１２１により実行される撮像処理の流れの例を、図２５のフローチャートを参照して説明する。
【０２９４】
撮像処理が開始されると、撮像素子１２１の受光部１１１は、ステップＳ１０１において、被写体を撮像し、検出信号（検出画像）を生成する。A/D変換部１０１は、その検出信号（検出画像）をA/D変換する。
【０２９５】
ステップＳ１０２において、WB係数設定部１０２は、その検出信号に基づいて、WB係数を算出する。
【０２９６】
ステップＳ１０３において、復元部１０３および関連付け部１０４は、出力データを生成する。例えば、復元部１０３は、検出画像から復元画像を復元し、ホワイトバランス制御を行って、出力データを生成する。また、関連付け部１０４は、例えば、検出画像にWB係数を関連付けて出力データを生成する。
【０２９７】
ステップＳ１０４において、出力部１０５は、ステップＳ１０３の処理により生成された出力データを撮像素子１２１の外部に出力する。
【０２９８】
ステップＳ１０４の処理が終了すると撮像処理が終了する。このように撮像処理を実行することにより、撮像素子１２１は、より容易にホワイトバランス制御を行うことができる。
【０２９９】
＜３．第２の実施の形態＞
＜撮像装置＞
本技術は、撮像素子以外にも適用することができる。例えば、本技術は、撮像装置にも適用することができる。
【０３００】
例えば、撮像装置において、撮像レンズおよびピンホールのいずれも介さずに入射する入射光を受光し、その入射光の入射角によって変調された出力画素値を示す検出信号をそれぞれ１つ出力する複数の画素出力単位を備える撮像素子と、その撮像素子の画素出力単位において得られる検出信号に基づいて、その検出信号からなる検出画像から復元される復元画像のホワイトバランスの補正に用いられるホワイトバランス係数を設定する係数設定部とを備えるようにしてもよい。
【０３０１】
つまり、撮像レンズおよびピンホールのいずれも介さずに入射する入射光を受光し、その入射光の入射角によって変調された出力画素値を示す検出信号をそれぞれ１つ出力する複数の画素出力単位を備える撮像素子により被写体を撮像し、その撮像により得られた、その撮像素子の画素出力単位において得られる検出信号に基づいて、その検出信号からなる検出画像から復元される復元画像のホワイトバランスの補正に用いられるホワイトバランス係数を設定するようにしてもよい。
【０３０２】
このようにすることにより、この撮像装置は、より容易にホワイトバランス制御を行うことができる。
【０３０３】
図２６は、本技術を適用した撮像装置の一実施の形態の主な構成例を示す図である。図２６に示される撮像装置４００は、被写体を撮像し、その撮像画像に関する電子データを得る装置である。
【０３０４】
図２６に示されるように、撮像装置４００は、制御部４０１、入力部４１１、出力部４１２、記憶部４１３、通信部４１４、および記録再生部４１５を有する。また撮像装置４００は、撮像素子４２１、WB係数設定部４２２、復元部４２３、関連付け部４２４、およびセンサ部４２５を有する。各処理部等は、バス４１０を介して互いに接続され、互いに情報や命令等を授受することができる。
【０３０５】
なお、撮像素子４２１およびWB係数設定部４２２は、一体化して撮像部４２０としてもよい。撮像部４２０は、どのような物理的構成により実現されるようにしてもよい。例えば、撮像部４２０が、システムLSI（Large Scale Integration）等としてのプロセッサとして実現されるようにしてもよい。また、撮像部４２０が、例えば複数のプロセッサ等を用いるモジュール、複数のモジュール等を用いるユニット、または、ユニットにさらにその他の機能を付加したセット等（すなわち、装置の一部の構成）として実現されるようにしてもよい。また、撮像部４２０を装置として実現するようにしてもよい。
【０３０６】
制御部４０１は、撮像装置４００内の各処理部等の制御に関する処理を行うように構成される。例えば、制御部４０１は、CPU（Central Processing Unit）、ROM（Read Only Memory）、RAM（Random Access Memory）等を有し、そのCPU等を用いてプログラムを実行することにより、上述の処理を行う。
【０３０７】
入力部４１１は、情報の入力に関する処理を行うように構成される。例えば、入力部４１１は、操作ボタン、ダイヤル、スイッチ、タッチパネル、リモートコントローラ、センサ等の入力デバイスや外部入力端子を有する。例えば、入力部４１１は、それらの入力デバイスによってユーザ等の外部からの指示（入力された操作に対応する情報）を受け付ける。また、例えば、入力部４１１は、外部入力端子を介して、外部の装置から供給される任意の情報（プログラム、コマンド、データ等）を取得する。また、例えば、入力部４１１は、その受け付けた情報（取得した情報）を、バス４１０を介して他の処理部等に供給する。
【０３０８】
なお、入力部４１１が有するセンサは、例えば加速度センサ等、ユーザ等の外部からの指示を受け付けることができるものであれば、どのようなものであってもよい。また、入力部４１１が有する入力デバイスは任意であり、その数も任意である。入力部４１１が複数種類の入力デバイスを有するようにしてもよい。例えば、入力部４１１が、上述した例の一部を有するようにしてもよいし、全部を有するようにしてもよい。また、入力部４１１が、上述した例以外の入力デバイスを有するようにしてもよい。さらに、例えば、入力部４１１が、バス４１０を介して供給される自身（入力デバイス等）の制御情報を取得し、その制御情報に基づいて駆動するようにしてもよい。
【０３０９】
出力部４１２は、情報の出力に関する処理を行うように構成される。例えば、出力部４１２は、モニタ等の画像表示デバイス、プロジェクタ等の画像投影デバイス、スピーカ等の音声出力デバイス、外部出力端子等を有する。例えば、出力部４１２は、それらの出力デバイス等を用いて、バス４１０を介して他の処理部等から供給される情報を出力する。例えば、出力部４１２は、撮像画像（後述する復元画像）をモニタに表示したり、撮像画像（後述する復元画像）をプロジェクタから投影したり、音声（例えば入力操作や処理結果等に対応する音声）を出力したり、任意の情報（プログラム、コマンド、データ等）を外部（他の機器）に出力したりする。
【０３１０】
なお、出力部４１２が有する出力デバイス等は任意であり、その数も任意である。出力部４１２が複数種類の出力デバイス等を有するようにしてもよい。例えば、出力部４１２が、上述した例の一部を有するようにしてもよいし、全部を有するようにしてもよい。また、出力部４１２が、上述した例以外の出力デバイス等を有するようにしてもよい。さらに、例えば、出力部４１２が、バス４１０を介して供給される自身（出力デバイス等）の制御情報を取得し、その制御情報に基づいて駆動するようにしてもよい。
【０３１１】
記憶部４１３は、情報の記憶に関する処理を行うように構成される。例えば、記憶部４１３は、ハードディスクや半導体メモリ等のような、任意の記憶媒体を有する。例えば、記憶部４１３は、バス４１０を介して他の処理部等から供給される情報（プログラム、コマンド、データ等）をその記憶媒体に記憶する。また、記憶部４１３は、出荷時において任意の情報（プログラム、コマンド、データ等）を記憶しているようにしてもよい。また、記憶部４１３は、任意のタイミングにおいて、または、他の処理部等からの要求に応じて、その記憶媒体に記憶されている情報を読み出し、読み出した情報を、バス４１０を介して他の処理部等に供給する。
【０３１２】
なお、記憶部４１３が有する記憶媒体は任意であり、その数も任意である。記憶部４１３が複数種類の記憶媒体を有するようにしてもよい。例えば、記憶部４１３が、上述した記憶媒体の例の一部を有するようにしてもよいし、全部を有するようにしてもよい。また、記憶部４１３が、上述した例以外の記憶媒体等を有するようにしてもよい。また、例えば、記憶部４１３が、バス４１０を介して供給される自身の制御情報を取得し、その制御情報に基づいて駆動するようにしてもよい。
【０３１３】
通信部４１４は、他の装置との通信に関する処理を行うように構成される。例えば、通信部４１４は、所定の通信媒体（例えばインターネット等の任意のネットワーク）を介して外部の装置とプログラムやデータ等の情報を授受する通信を行う通信デバイスを有する。例えば、通信部４１４は、他の装置と通信を行い、バス４１０を介して他の処理部等より供給される情報（プログラム、コマンド、データ等）を、その通信相手である他の装置に供給する。また、例えば、通信部４１４は、他の装置と通信を行い、その通信相手である他の装置から供給される情報を取得し、その情報を、バス４１０を介して他の処理部等に供給する。
【０３１４】
通信部４１４が有する通信デバイスはどのようなものであってもよい。例えば、ネットワークインタフェースであってもよい。通信方法や通信規格は任意である。例えば、通信部４１４が、有線通信を行うことができるようにしてもよいし、無線通信を行うことができるようにしてもよいし、その両方を行うことができるようにしてもよい。また、例えば、通信部４１４が、バス４１０を介して供給される自身（通信デバイス等）の制御情報を取得し、その制御情報に基づいて駆動するようにしてもよい。
【０３１５】
記録再生部４１５は、自身に装着された記録媒体４１６を利用した情報の記録や再生に関する処理を行うように構成される。例えば、記録再生部４１５は、自身に装着された記録媒体４１６に記録されている情報（プログラム、コマンド、データ等）を読み出し、その情報を、バス４１０を介して他の処理部等に供給する。また、例えば、記録再生部４１５は、バス１４０を介して他の処理部等から供給される情報を取得し、その情報を、自身に装着された記録媒体４１６に書き込む（記録する）。なお、例えば、記録再生部４１５が、バス４１０を介して供給される自身の制御情報を取得し、その制御情報に基づいて駆動するようにしてもよい。
【０３１６】
なお、記録媒体４１６は、どのようなものであってもよい。例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリなどであってもよい。
【０３１７】
撮像素子４２１は、撮像素子１２１と同様の撮像素子である。つまり、撮像素子４２１として撮像素子１２１を適用することができる。ただし、撮像素子４２１の場合、WB係数設定部１０２、復元部１０３、および関連付け部１０４は、省略することができる。
【０３１８】
撮像素子４２１は、被写体を撮像し、各画素において検出信号を生成し、その検出信号からなる検出画像を出力し、WB係数設定部４２２に供給する。
【０３１９】
WB係数設定部４２２は、上述したWB係数設定部１０２と同様の処理部であり、同様の構成を有し、同様の処理を行う。例えば、WB係数設定部４２２は、撮像素子４２１から供給される検出画像（検出信号）を用いて、その検出画像のホワイトバランス制御に用いられるWB係数を設定する。WB係数設定部４２２は、設定したWB係数を、検出画像とともに復元部４２３および関連付け部４２４に供給する。
【０３２０】
復元部４２３は、上述した復元部１０３と同様の処理部であり、同様の構成を有し、同様の処理を行う。例えば、復元部４２３は、WB係数設定部４２２から供給される検出画像から復元画像を復元する。その際、復元部４２３は、WB係数設定部４２２から供給されるWB係数を用いて、復元画像のホワイトバランス制御を行う。復元部４２３は、このようにして生成した出力データ（ホワイトバランス制御が行われた復元画像）を、出力部４１２乃至記録再生部４１５のいずれか１つ以上に供給する。
【０３２１】
関連付け部４２４は、上述した関連付け部１０４と同様の処理部であり、同様の構成を有し、同様の処理を行う。例えば、関連付け部４２４は、WB係数設定部４２２から供給される検出画像に、WB係数設定部４２２から供給されるWB係数を関連付ける。関連付け部４２４は、このようにして生成した出力データ（WB係数が関連付けられた検出画像）を、出力部４１２乃至記録再生部４１５のいずれか１つ以上に供給する。
【０３２２】
センサ部４２５は、検出に関する処理を行うように構成される。例えば、センサ部４２５は、任意のセンサを有し、所定のパラメータについての検出を行う。例えば、センサ部４２５は、撮像装置４００の周辺の状態に関するパラメータや、撮像装置４００の状態に関するパラメータ等についての検出を行う。例えば、センサ部４２５は、撮像素子４２１の状態に関するパラメータについての検出を行う。また、例えば、センサ部４２５は、検出した情報を、バス４１０を介して他の処理部等に供給する。
【０３２３】
以上のように、撮像装置４００は、撮像素子１２１の場合と同様に、より容易にホワイトバランス制御を行うことができる。なお、撮像素子４２１乃至センサ部４２６は、バス４１０を介して供給される自身の制御情報を取得し、その制御情報に基づいて駆動するようにしてもよい。
【０３２４】
また、以上のように、撮像装置４００の場合、WB係数の設定やホワイトバランス制御等の処理を、撮像素子４２１の外部において行う。つまり、本技術を適用したWB係数設定やホワイトバランス制御は、撮像素子の内部において行うこともできるし、外部において行うこともできる。
【０３２５】
なお、この撮像装置４００が実行する撮像処理の流れは、図２５を参照して説明した撮像素子１２１による撮像処理の場合と同様であるので、その説明は省略する。
【０３２６】
＜４．第３の実施の形態＞
＜画像処理装置＞
また、ホワイトバランス制御を行う復元画像に対応する検出画像（検出信号）は、装置の外部から供給されるようにしてもよい。つまり、撮像素子４２１（撮像素子１２１）は、本技術を適用したWB係数設定やホワイトバランス制御を行う装置の外部（他の装置）に設けられるようにしてもよい。
【０３２７】
換言するに、本技術は、画像処理装置にも適用することができる。例えば、画像処理装置において、撮像レンズおよびピンホールのいずれも介さずに入射する入射光を受光し、その入射光の入射角によって変調された出力画素値を示す検出信号をそれぞれ１つ出力する複数の画素出力単位を備える撮像素子により被写体が撮像されて得られた、その画素出力単位において得られる検出信号に基づいて、その検出信号からなる検出画像から復元される復元画像のホワイトバランスの補正に用いられるホワイトバランス係数を設定する係数設定部を備えるようにしてもよい。
【０３２８】
つまり、撮像レンズおよびピンホールのいずれも介さずに入射する入射光を受光し、その入射光の入射角によって変調された出力画素値を示す検出信号をそれぞれ１つ出力する複数の画素出力単位を備える撮像素子により被写体が撮像されて得られた、その画素出力単位において得られる検出信号に基づいて、その検出信号からなる検出画像から復元される復元画像のホワイトバランスの補正に用いられるホワイトバランス係数を設定するようにしてもよい。
【０３２９】
このようにすることにより、この画像処理装置は、より容易にホワイトバランス制御を行うことができる。
【０３３０】
図２７は、本技術を適用した撮像装置の一実施の形態の主な構成例を示す図である。図２７に示される画像処理装置５００は、外部から供給される検出画像（検出信号）からWB係数を算出し、ホワイトバランス制御等の画像処理を行う装置である。
【０３３１】
図２７に示されるように、画像処理装置５００は、検出画像取得部５０１、WB係数設定部５０２、復元部５０３、関連付け部５０４、および出力部５０５を有する。
【０３３２】
検出画像取得部５０１は、検出画像（検出信号）の取得に関する処理を行う。検出画像取得部５０１は、外部の撮像素子４２１（撮像素子１２１）から出力される検出画像（検出信号）を取得する。また、検出画像取得部５０１は、取得した検出画像（検出信号）をWB係数設定部５０２に供給する。
【０３３３】
WB係数設定部５０２は、WB係数設定部１０２と同様の処理部であり、同様の構成を有し、同様の処理を行う。つまり、WB係数設定部５０２は、検出画像取得部５０１から供給される検出画像（検出信号）を取得し、それに基づいてWB係数を設定し、そのWB係数を検出画像とともに、復元部５０３若しくは関連付け部５０４、またはその両方に供給する。
【０３３４】
復元部５０３は、復元部１０３と同様の処理部であり、同様の構成を有し、同様の処理を行う。つまり、復元部５０３は、所定の復元係数を用いて、WB係数設定部５０２から供給される検出画像から復元画像を復元する。また、その際、復元部５０３は、WB係数設定部５０２から供給されるWB係数を用いて、復元画像のホワイトバランス制御を行う。復元部５０３は、ホワイトバランス制御を行った復元画像を出力データとして出力部５０５に供給する。
【０３３５】
関連付け部５０４は、関連付け部１０４と同様の処理部であり、同様の構成を有し、同様の処理を行う。つまり、関連付け部５０４は、WB係数設定部５０２から供給される検出画像に、WB係数設定部から供給されるWB係数を関連付ける。関連付け部５０４は、そのWB係数が関連付けられた検出画像を出力データとして出力部５０５に供給する。
【０３３６】
出力部５０５は、出力部１０５と同様の処理部であり、復元部５０３または関連付け部５０４から供給された出力データを画像処理装置５００の外部に出力する。
【０３３７】
このようにすることにより、画像処理装置５００は、撮像素子１２１や撮像装置４００の場合と同様に、より容易にホワイトバランス制御を行うことができる。
【０３３８】
＜画像処理の流れ＞
次に、この画像処理装置５００が実行する画像処理の流れの例を、図２８のフローチャートを参照して説明する。
【０３３９】
画像処理が開始されると、画像処理装置５００の検出画像取得部５０１は、ステップＳ２０１において、装置の外部より検出画像（検出信号）を取得する。
【０３４０】
ステップＳ２０２において、WB係数設定部５０２は、その検出信号に基づいて、WB係数を算出する。
【０３４１】
ステップＳ２０３において、復元部５０３および関連付け部５０４は、出力データを生成する。例えば、復元部５０３は、検出画像から復元画像を復元し、ホワイトバランス制御を行って、出力データを生成する。また、関連付け部５０４は、例えば、検出画像にWB係数を関連付けて出力データを生成する。
【０３４２】
ステップＳ２０４において、出力部５０５は、ステップＳ２０３の処理により生成された出力データを画像処理装置５００の外部に出力する。
【０３４３】
ステップＳ２０４の処理が終了すると画像処理が終了する。このように画像処理を実行することにより、画像処理装置５００は、より容易にホワイトバランス制御を行うことができる。
【０３４４】
＜５．第４の実施の形態＞
＜画像処理システム＞
本技術は複数の装置からなるシステムにも適用することができる。例えば、検出画像の生成やWB係数の算出を行う装置と、復元画像の生成やホワイトバランス制御を行う装置とが互いに異なるようにしてもよい。
【０３４５】
図２９は、本技術を適用した画像処理システムの一実施の形態の主な構成例を示す図である。図２９に示される画像処理システム６００は、検出画像を生成し、その検出画像から復元画像を生成するシステムである。図２９に示されるように、画像処理システム６００は、撮像素子６０１および画像処理装置６０２を有する。
【０３４６】
撮像素子６０１は、上述した撮像素子１２１と基本的に同様の撮像素子であり、被写体の撮像や検出画像の生成等に関する処理を行う。例えば、撮像素子６０１は、被写体を撮像し、各画素において検出信号を生成し、その検出信号からなる検出画像を出力する。
【０３４７】
撮像素子６０１および画像処理装置６０２は、ケーブル６０３を介して互いに通信可能に接続されている。撮像素子６０１において生成された検出画像は、このケーブル６０３を介して、画像処理装置６０２に供給される。
【０３４８】
画像処理装置６０２は、上述した画像処理装置５００と基本的に同様の装置であり、復元画像の復元に関する処理を行う。例えば、画像処理装置６０２は、ケーブル６０３を介して撮像素子６０１から供給される検出画像を取得し、その検出画像から復元画像を復元する。また、画像処理装置６０２は、生成した復元画像を画像処理装置６０２の外部（例えば後段の処理部）に出力する。
【０３４９】
図２９に示されるように、撮像素子６０１は、受光部１１１、A/D変換部１０１、WB係数設定部１０２、関連付け部１０４、および出力部１０５を有する。
【０３５０】
第１の実施の形態において説明したように、受光部１１１は、複数の画素（画素出力単位）からなる画素行列を有し、各画素において、被写体からの光を受光して光電変換し、その入射光に応じた電荷を蓄積し、所定のタイミングにおいてその電荷を検出信号として出力する。
【０３５１】
A/D変換部１０１は、受光部１１１から出力されたアナログ信号の検出信号をA/D変換し、デジタルデータの検出信号としてWB係数設定部１０２に供給する。
【０３５２】
WB係数設定部１０２は、供給された検出信号に基づいてWB係数を設定する。つまり、WB係数設定部１０２は、受光部１１１が有する複数の画素（画素出力単位）の一部において得られる検出信号に基づいて、WB係数（ホワイトバランス係数）を設定する。WB係数設定部１０２は、以上のように算出した値をWB係数として設定し、その設定したWB係数を検出信号（検出画像）とともに、関連付け部１０４に供給する。
【０３５３】
関連付け部１０４は、データの関連付けに関する処理を行うように構成される。例えば、関連付け部１０４は、WB係数設定部１０２から供給される検出画像に関するデータ（検出信号等）に、WB係数設定部１０２から供給されるWB係数を関連付ける。
【０３５４】
ここで、「関連付ける」という用語は、第１の実施の形態の場合と同様である。
【０３５５】
関連付け部１０４は、関連付けたデータを、出力データとして出力部１０５に供給する。なお、関連付け部１０４が、検出画像に関するデータに対して、さらに、例えば復元行列等、復元画像生成のための所定の演算に用いられる情報を関連付けるようにしてもよい。
【０３５６】
出力部１０５は、関連付け部１０４から供給される出力データを撮像素子６０１の外部に出力する。この出力データは、ケーブル６０３を介して画像処理装置６０２に供給される。
【０３５７】
また、図２９に示されるように、画像処理装置６０２は、検出画像取得部５０１、復元部５０３、および出力部５０５を有する。
【０３５８】
第３の実施の形態において説明したように、検出画像取得部５０１は、検出画像（検出信号）の取得に関する処理を行う。例えば、検出画像取得部５０１は、ケーブル６０３を介して供給される検出画像（検出信号）を取得する。また、検出画像取得部５０１は、その取得した検出画像（検出信号）を復元部５０３に供給する。なおこの検出画像には、WB係数が関連付けられている。
【０３５９】
復元部５０３は、所定の復元係数を用いて、検出画像取得部５０１から供給される検出画像から復元画像を復元する。また、その際、復元部５０３は、その検出画像に関連付けられたWB係数を抽出し、復元画像に対して、そのWB係数を用いてホワイトバランスの制御を行うことができる。このホワイトバランス制御の方法は任意である。
【０３６０】
例えば、復元部５０３が、検出画像に関連付けられたWB係数を用いて復元行列の係数を補正し（例えば、WB係数を復元行列の係数に乗算し）、その係数が補正された復元行列を用いることにより、検出画像から、ホワイトバランスが補正された復元画像を復元するようにしてもよい。
【０３６１】
また、例えば、復元部５０３が、復元行列を用いて検出画像から復元画像を復元し、その復元された復元画像の画素値を、検出画像に関連付けられたWB係数を用いて補正する（例えば、復元画像の各画素値に対してWB係数を乗算する）ことにより、復元画像のホワイトバランス制御を行うようにしてもよい。
【０３６２】
復元部５０３は、生成した復元画像を出力データとして出力部５０５に供給する。
【０３６３】
出力部５０５は、出力部１０５と同様の処理部であり、復元部５０３から供給された出力データを画像処理装置５００の外部に出力する。
【０３６４】
以上のように、撮像素子６０１は、検出画像の生成やWB係数の算出を行う装置であり、画像処理装置６０２は、その検出画像やWB係数を用いて、復元画像の生成やホワイトバランス制御を行う装置である。このような場合であっても、画像処理システム６００は、上述した他の実施の形態の場合と同様に、より容易にホワイトバランス制御を行うことができる。
【０３６５】
＜画像処理の流れ＞
次に、この画像処理システム６００が実行する画像処理の流れの例を、図３０のフローチャートを参照して説明する。
【０３６６】
画像処理が開始されると、撮像素子６０１の受光部１１１は、ステップＳ３０１において、被写体を撮像し、検出信号（検出画像）を生成する。A/D変換部１０１は、その検出信号（検出画像）をA/D変換する。
【０３６７】
ステップＳ３０２において、WB係数設定部１０２は、その検出信号に基づいて、WB係数を算出する。
【０３６８】
ステップＳ３０３において、関連付け部１０４は、出力データを生成する。例えば、関連付け部１０４は、例えば、検出画像にWB係数を関連付けて出力データを生成する。
【０３６９】
ステップＳ３０４において、出力部１０５は、ステップＳ３０３の処理により生成された出力データを撮像素子６０１の外部に出力する。
【０３７０】
この出力データは、例えばケーブル６０３を介して画像処理装置６０２に供給される。
【０３７１】
画像処理装置６０２の検出画像取得部５０１は、ステップＳ３１１において、ケーブル６０３を介して供給される検出画像（検出信号）を取得する。
【０３７２】
ステップＳ３１２において、復元部５０３は、ステップＳ３１１において取得された検出画像から復元画像を復元する。また、復元部５０３は、検出画像に関連付けられたWB係数を用いて復元画像に対するホワイトバランス制御を行う。
【０３７３】
ステップＳ３１４において、出力部５０５は、ステップＳ３１２において復元された復元画像（出力データ）を、画像処理装置５００の外部に出力する。
【０３７４】
ステップＳ３１４の処理が終了すると画像処理が終了する。このように画像処理を実行することにより、画像処理システム６００の各装置は、より容易にホワイトバランス制御を行うことができる。つまり、例えば、検出画像の生成やWB係数の算出を行う装置と、復元画像の生成やホワイトバランス制御を行う装置とが互いに異なる場合であっても、画像処理システム６００の各装置は、より容易にホワイトバランス制御を行うことができる。
【０３７５】
なお、画像処理システム６００の構成は任意であり、図２９の例に限定されない。例えば、図２９の撮像素子６０１の構成がさらに複数の装置として構成されるようにしてもよい。例えば、検出画像を生成する装置と、WB係数を算出する装置とが互いに異なるようにしてもよい。
【０３７６】
＜６．第５の実施の形態＞
＜撮像素子の他の構成例＞
以上においては撮像素子１２１（図２）、撮像素子４２１（図２６）、および撮像素子６０１（図２９）の例について説明したが、これらの撮像素子は、撮像レンズおよびピンホールのいずれも介さずに入射する入射光を受光し、その入射光の入射角によって変調された出力画素値を示す検出信号をそれぞれ１つ出力する複数の画素出力単位を備えていればよく、その構成は任意である。
【０３７７】
例えば、撮像素子１２１、撮像素子４２１、および撮像素子６０１が、変調素子としてランダムな白黒パターンマスクまたは光干渉マスクを用いて、撮像面に入射される光を白黒パターンまたは光の干渉に応じて変調するようにしてもよい。
【０３７８】
図３１は、撮像素子の他の構成を示している。撮像素子７０１は、撮像素子７０２の撮像面ＩＰに対して所定間隔を有するように変調素子であるマスク７０３が撮像素子７０２に固定されており、被写体面ＯＰからの光は、マスク７０３で変調されたのち撮像素子７０２の撮像面ＩＰに入射するように構成されている。
【０３７９】
図３２は、白黒パターンマスクを用いた場合を示している。図３２のＡは、白黒パターンマスクを例示している。白黒パターンマスク７０３BWは、光を透過する白パターン部と光を遮光する黒パターン部をランダムに配置した構成であり、パターンサイズは撮像素子７０２の画素サイズと独立に設定されている。図３２のＢは点光源ＰＡから出射された光と点光源ＰＢから出射された光について、撮像面ＩＰに対する照射状態を模式的に示している。また、図３２のＢには、白黒パターンマスク７０３BWを用いた場合の撮像素子の応答の例も、点光源ＰＡから出射された光と点光源ＰＢから出射された光について個々に模式的に示している。被写体面ＯＰからの光は、白黒パターンマスク７０３BWで変調されたのち撮像素子７０２の撮像面ＩＰに入射する。したがって、被写体面ＯＰの点光源ＰＡから出射された光に対応する撮像素子の応答はＳｂｗaとなる。また、被写体面ＯＰの点光源ＰＢから出射された光に対応する撮像素子の応答はＳｂｗbとなる。したがって、撮像素子７０２から出力される画素出力情報は、画素出力単位毎に各点光源の応答を合成した１画像の情報となる。この構成の場合、画素出力単位毎に独立して入射角指向性を設定することができず、近い位置の画素出力単位においては互いに近い入射角指向性を有することになる。
【０３８０】
図３３は、光干渉マスクを用いた場合を示している。図３３のＡに示すように、被写体面ＯＰの点光源ＰＡ，ＰＢから出射された光は、光干渉マスク７０３LFを介して撮像素子７０２の撮像面ＩＰに照射される。光干渉マスク７０３LFの例えば光入射面には、図３３のＡに示すように光の波長程度の凹凸が設けられている。また、光干渉マスク７０３LFは、鉛直方向から照射された特定波長の光の透過が最大となる。被写体面ＯＰの点光源ＰＡ，ＰＢから出射された特定波長の光の光干渉マスク７０３LFに対する入射角の変化（鉛直方向に対する傾き）が大きくなると光路長が変化する。ここで、光路長が半波長の奇数倍であるときは光が弱めあい、半波長の偶数倍であるときは光が強めあう。すなわち、点光源ＰＡ，ＰＢから出射されて光干渉マスク７０３LFを透過した特定波長の透過光の強度は、図３３のＢに示すように、光干渉マスク７０３LFに対する入射角に応じて変調されて撮像素子７０２の撮像面ＩＰに入射する。したがって、撮像素子７０２の各出力画素単位から出力される画素出力情報は、光干渉マスク８２３LFを透過した各点光源の変調後の光強度を合成した情報となる。この構成の場合、画素出力単位毎に独立して入射角指向性を設定することができず、近い位置の画素出力単位においては互いに近い入射角指向性を有することになる。
【０３８１】
なお、光学フィルタ７０３BWの代わりに、図３４の光学フィルタ７０３HWを用いるようにしてもよい。光学フィルタ７０３HWは、互いに偏光方向が等しい直線偏光素子７１１Ａと直線偏光素子７１１Ｂ、および、１／２波長板７１２を備え、１／２波長板７１２は、直線偏光素子７１１Ａと直線偏光素子７１１Ｂの間に挟まれている。１／２波長板７１２には、光学フィルタ７０３BWの黒パターン部の代わりに、斜線で示される偏光部が設けられ、白パターン部と偏光部がランダムに配置されている。
【０３８２】
直線偏光素子７１１Ａは、点光源ＰＡから出射されたほぼ無偏光の光のうち、所定の偏光方向の光成分のみを透過する。以下、直線偏光素子７１１Ａが、偏光方向が図面に平行な光成分のみを透過するものとする。直線偏光素子７１１Ａを透過した偏光光のうち、１／２波長板７１２の偏光部を透過した偏光光は、偏光面が回転されることにより、偏光方向が紙面に垂直な方向に変化する。一方、直線偏光素子７１１Ａを透過した偏光光のうち、１／２波長板７１２の白パターン部を透過した偏光光は、偏光方向が紙面に平行な方向のまま変化しない。そして、直線偏光素子７１１Ｂは、白パターン部を透過した偏光光を透過し、偏光部を透過した偏光光をほとんど透過しない。したがって、偏光部を透過した偏光光は、白パターン部を透過した偏光光より光量が減少する。これにより、光学フィルタ７０３BWを用いた場合とほぼ同様の濃淡のパターンが、撮像素子７０２の受光面（撮像面）ＩＰ上に生じる。
【０３８３】
このような構成の撮像素子７０１を適用するようにしてもよい。ただし、これらの構成の場合、撮像素子にマスク等の他の構成を付加する必要があるので、上述した撮像素子１２１（図２）、撮像素子４２１（図２６）、撮像素子６０１（図２９）の方が、より小型化することができる。
【０３８４】
以上のように、撮像素子１２１、撮像素子４２１、および撮像素子６０１のそれぞれは、図５を参照して説明したような構成、図６を参照して説明したような構成、図３１や図３２を参照して説明したような構成、または、図３３を参照して説明したような構成のいずれかの構成を有していればよい。つまり、これらのいずれかの構成を備える撮像素子、または、その撮像素子を有する装置等に、本技術を適用することができる。
【０３８５】
また、撮像素子１２１、撮像素子４２１、および撮像素子６０１のそれぞれは、図５を参照して説明したような構成、または、図６を参照して説明したような構成を有していればよい。つまり、これらのいずれかの構成を備える撮像素子、または、その撮像素子を有する装置等に、本技術を適用することができる。つまり、撮像素子の複数の画素出力単位が、その出力画素値の、被写体からの入射光の入射角に対する指向性を示す入射角指向性を画素出力単位毎に独立に設定可能な構成を有するようにしてもよい。
【０３８６】
例えば、撮像素子１２１、撮像素子４２１、および撮像素子６０１のそれぞれは、図５を参照して説明したような構成を有していればよい。つまり、このような構成を備える撮像素子、または、その撮像素子を有する装置等に、本技術を適用することができる。つまり、撮像素子の複数の画素出力単位が、被写体からの入射光の入射角に対する指向性を示す入射角指向性を画素出力単位毎に独立に設定可能な構成を有するようにしてもよい。
【０３８７】
また例えば、撮像素子１２１、撮像素子４２１、および撮像素子６０１のそれぞれは、図６を参照して説明したような構成を有していればよい。つまり、このような構成を備える撮像素子、または、その撮像素子を有する装置等に、本技術を適用することができる。つまり、撮像素子の複数の画素出力単位が、出力に寄与するPD（Photo Diode）を互いに異ならせることで、出力画素値の、被写体からの入射光の入射角に対する指向性を示す入射角指向性を画素出力単位毎に独立に設定し得るようにしてもよい。
【０３８８】
＜７．付記＞
＜コンピュータ＞
上述した一連の処理は、ハードウエアにより実行させることもできるし、ソフトウエアにより実行させることもできる。一連の処理をソフトウエアにより実行する場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、コンピュータにインストールされる。ここでコンピュータには、専用のハードウエアに組み込まれているコンピュータや、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータ等が含まれる。
【０３８９】
図３５は、上述した一連の処理をプログラムにより実行するコンピュータのハードウエアの構成例を示すブロック図である。
【０３９０】
図３５に示されるコンピュータ８００において、CPU（Central Processing Unit）８０１、ROM（Read Only Memory）８０２、RAM（Random Access Memory）８０３は、バス８０４を介して相互に接続されている。
【０３９１】
バス８０４にはまた、入出力インタフェース８１０も接続されている。入出力インタフェース８１０には、入力部８１１、出力部８１２、記憶部８１３、通信部８１４、およびドライブ８１５が接続されている。
【０３９２】
入力部８１１は、例えば、キーボード、マウス、マイクロホン、タッチパネル、入力端子などよりなる。出力部８１２は、例えば、ディスプレイ、スピーカ、出力端子などよりなる。記憶部８１３は、例えば、ハードディスク、RAMディスク、不揮発性のメモリなどよりなる。通信部８１４は、例えば、ネットワークインタフェースよりなる。ドライブ８１５は、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリなどのリムーバブル記録媒体８２１をアクセス（駆動）する。
【０３９３】
以上のように構成されるコンピュータでは、CPU８０１が、例えば、記憶部８１３に記憶されているプログラムを、入出力インタフェース８１０およびバス８０４を介して、RAM８０３にロードして実行することにより、上述した一連の処理が行われる。RAM８０３にはまた、CPU８０１が各種の処理を実行する上において必要なデータなども適宜記憶される。
【０３９４】
コンピュータ（CPU８０１）が実行するプログラムは、例えば、パッケージメディア等としてのリムーバブル記録媒体８２１に記録して適用することができる。その場合、プログラムは、リムーバブル記録媒体８２１をドライブ８１５に装着することにより、入出力インタフェース８１０を介して、記憶部８１３にインストールすることができる。
【０３９５】
また、このプログラムは、ローカルエリアネットワーク、インターネット、デジタル衛星放送といった、有線または無線の伝送媒体を介して提供することもできる。その場合、プログラムは、通信部８１４で受信し、記憶部８１３にインストールすることができる。
【０３９６】
その他、このプログラムは、ROM８０２や記憶部８１３に、あらかじめインストールしておくこともできる。
【０３９７】
＜本技術の適用対象＞
なお、本技術を適用したシステム、装置、処理部等は、例えば、交通、医療、防犯、農業、畜産業、鉱業、美容、工場、家電、気象、自然監視等、任意の分野に利用することができる。また、その用途も任意である。
【０３９８】
例えば、本技術は、観賞用コンテンツ等の提供の用に供されるシステムやデバイスに適用することができる。また、例えば、本技術は、交通状況の監理や自動運転制御等、交通の用に供されるシステムやデバイスにも適用することができる。さらに、例えば、本技術は、セキュリティの用に供されるシステムやデバイスにも適用することができる。また、例えば、本技術は、機械等の自動制御の用に供されるシステムやデバイスに適用することができる。さらに、例えば、本技術は、農業や畜産業の用に供されるシステムやデバイスにも適用することができる。また、本技術は、例えば火山、森林、海洋等の自然の状態や野生生物等を監視するシステムやデバイスにも適用することができる。さらに、例えば、本技術は、スポーツの用に供されるシステムやデバイスにも適用することができる。
【０３９９】
＜その他＞
本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【０４００】
例えば、本技術は、装置またはシステムを構成するあらゆる構成、例えば、システムLSI（Large Scale Integration）等としてのプロセッサ、複数のプロセッサ等を用いるモジュール、複数のモジュール等を用いるユニット、ユニットにさらにその他の機能を付加したセット等（すなわち、装置の一部の構成）として実施することもできる。
【０４０１】
また、上述した各処理部は、任意の構成により実現することができる。例えば、回路、LSI、システムLSI、プロセッサ、モジュール、ユニット、セット、デバイス、装置、またはシステム等により構成されるようにしてもよい。また、それらを複数組み合わせるようにしてもよい。その際、例えば、複数の回路、複数のプロセッサ等のように同じ種類の構成を組み合わせるようにしてもよいし、回路とLSI等のように異なる種類の構成を組み合わせるようにしてもよい。
【０４０２】
なお、本明細書において、システムとは、複数の構成要素（装置、モジュール（部品）等）の集合を意味し、全ての構成要素が同一筐体中にあるか否かは問わない。したがって、別個の筐体に収納され、ネットワークを介して接続されている複数の装置、および、１つの筐体の中に複数のモジュールが収納されている１つの装置は、いずれも、システムである。
【０４０３】
また、例えば、１つの装置（または処理部）として説明した構成を分割し、複数の装置（または処理部）として構成するようにしてもよい。逆に、以上において複数の装置（または処理部）として説明した構成をまとめて１つの装置（または処理部）として構成されるようにしてもよい。また、各装置（または各処理部）の構成に上述した以外の構成を付加するようにしてももちろんよい。さらに、システム全体としての構成や動作が実質的に同じであれば、ある装置（または処理部）の構成の一部を他の装置（または他の処理部）の構成に含めるようにしてもよい。
【０４０４】
また、例えば、本技術は、１つの機能を、ネットワークを介して複数の装置で分担、共同して処理するクラウドコンピューティングの構成をとることができる。例えば、コンピュータ、AV（Audio Visual）機器、携帯型情報処理端末、IoT（Internet of Things）デバイス等の任意の端末に対して、撮像画像（動画像）に関するサービスを提供するクラウドサービスに適用することもできる。
【０４０５】
また、例えば、上述したプログラムは、任意の装置において実行することができる。その場合、その装置が、必要な機能（機能ブロック等）を有し、必要な情報を得ることができるようにすればよい。
【０４０６】
また、例えば、上述のフローチャートで説明した各ステップは、１つの装置で実行する他、複数の装置で分担して実行することができる。さらに、１つのステップに複数の処理が含まれる場合には、その１つのステップに含まれる複数の処理は、１つの装置で実行する他、複数の装置で分担して実行することができる。換言するに、１つのステップに含まれる複数の処理を、複数のステップの処理として実行することもできる。逆に、複数のステップとして説明した処理を１つのステップとしてまとめて実行することもできる。
【０４０７】
コンピュータが実行するプログラムは、プログラムを記述するステップの処理が、本明細書で説明する順序に沿って時系列に実行されるようにしても良いし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで個別に実行されるようにしても良い。つまり、矛盾が生じない限り、各ステップの処理が上述した順序と異なる順序で実行されるようにしてもよい。さらに、このプログラムを記述するステップの処理が、他のプログラムの処理と並列に実行されるようにしても良いし、他のプログラムの処理と組み合わせて実行されるようにしても良い。
【０４０８】
本明細書において複数説明した本技術は、矛盾が生じない限り、それぞれ独立に単体で実施することができる。もちろん、任意の複数の本技術を併用して実施することもできる。例えば、いずれかの実施の形態において説明した本技術の一部または全部を、他の実施の形態において説明した本技術の一部または全部と組み合わせて実施することもできる。また、上述した任意の本技術の一部または全部を、上述していない他の技術と併用して実施することもできる。
【０４０９】
本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）  撮像レンズおよびピンホールのいずれも介さずに入射する入射光を受光し、前記入射光の入射角によって変調された出力画素値を示す検出信号をそれぞれ１つ出力する複数の画素出力単位を備える撮像素子と、
前記撮像素子の前記画素出力単位において得られる検出信号に基づいて、前記検出信号から復元される復元画像のホワイトバランスの補正に用いられるホワイトバランス係数を設定する係数設定部と
を備える撮像装置。
（２）  前記複数の画素出力単位は、前記出力画素値の、被写体からの入射光の入射角に対する指向性を示す入射角指向性を前記画素出力単位毎に独立に設定可能な構成を有する
（１）に記載の撮像装置。
（３）  前記複数の画素出力単位は、被写体からの入射光の入射角に対する指向性を示す入射角指向性を前記画素出力単位毎に独立に設定可能な構成を有する
（１）または（２）に記載の撮像装置。
（４）  前記係数設定部は、前記撮像素子の一部の画素出力単位において得られる前記検出信号に基づいて、前記ホワイトバランス係数を設定する
（１）乃至（３）のいずれかに記載の撮像装置。
（５）  前記一部の画素出力単位は、各色の少なくとも１つの画素出力単位を含む
（４）に記載の撮像装置。
（６）  前記一部の画素出力単位は、各色の単数の画素出力単位により構成される
（４）に記載の撮像装置。
（７）  前記一部の画素出力単位は、前記複数の画素出力単位の内の、他の画素出力単位よりも先に前記検出信号が読み出される単数または複数の画素出力単位により構成される
（４）乃至（６）のいずれかに記載の撮像装置。
（８）  前記一部の画素出力単位は、複数の画素出力単位により構成され、
前記係数設定部は、前記一部の画素出力単位のそれぞれから読み出される前記検出信号の値に基づいて、前記ホワイトバランス係数を設定する
（４）乃至（７）のいずれかに記載の撮像装置。
（９）  前記一部の画素出力単位は、前記検出信号が得られる有効画素領域外に形成される
（４）乃至（８）のいずれかに記載の撮像装置。
（１０）  前記一部の画素出力単位は、前記有効画素領域の周辺の領域に形成される
（９）に記載の撮像装置。
（１１）  前記一部の画素出力単位は、所定の方向の指向性を有する画素出力単位により構成される
（４）乃至（１０）のいずれかに記載の撮像装置。
（１２）  前記一部の画素出力単位は、前記撮像素子の中央の前方に向かう方向の指向性を有する画素出力単位により構成される
（１１）に記載の撮像装置。
（１３）  前記係数設定部により設定された前記ホワイトバランス係数をメタデータとして前記検出信号に関連付ける関連付け部をさらに備える
（１）乃至（１２）のいずれかに記載の撮像装置。
（１４）  復元行列を用いて前記検出信号から、ホワイトバランスが補正された前記復元画像を復元する復元部をさらに備える
（１）乃至（１３）のいずれかに記載の撮像装置。
（１５）  前記復元部は、前記ホワイトバランス係数により係数が補正された前記復元行列を用いることにより、前記検出信号から、ホワイトバランスが補正された前記復元画像を復元する
（１４）に記載の撮像装置。
（１６）  前記復元部は、前記復元行列を用いて前記検出信号から復元された前記復元画像の画素値を、前記ホワイトバランス係数を用いて補正することにより、ホワイトバランスが補正された前記復元画像を生成する
（１４）または（１５）に記載の撮像装置。
（１７）  撮像レンズおよびピンホールのいずれも介さずに入射する入射光を受光し、前記入射光の入射角によって変調された出力画素値を示す検出信号をそれぞれ１つ出力する複数の画素出力単位を備える撮像素子により被写体を撮像し、
前記撮像により得られた、前記撮像素子の画素出力単位において得られる検出信号に基づいて、前記検出信号から復元される復元画像のホワイトバランスの補正に用いられるホワイトバランス係数を設定する
撮像方法。
（１８）  撮像レンズおよびピンホールのいずれも介さずに入射する入射光を受光し、前記入射光の入射角によって変調された出力画素値を示す検出信号をそれぞれ１つ出力する複数の画素出力単位を備える撮像素子により被写体が撮像されて得られた、前記画素出力単位において得られる検出信号に基づいて、前記検出信号から復元される復元画像のホワイトバランスの補正に用いられるホワイトバランス係数を設定する係数設定部
を備える画像処理装置。
（１９）  撮像レンズおよびピンホールのいずれも介さずに入射する入射光を受光し、前記入射光の入射角によって変調された出力画素値を示す検出信号をそれぞれ１つ出力する複数の画素出力単位を備える撮像素子により被写体が撮像されて得られた、前記画素出力単位において得られる検出信号に基づいて、前記検出信号から復元される復元画像のホワイトバランスの補正に用いられるホワイトバランス係数を設定する
画像処理方法。
（２０）  撮像レンズおよびピンホールのいずれも介さずに入射する入射光を受光し、前記入射光の入射角によって変調された出力画素値を示す検出信号をそれぞれ１つ出力する複数の画素出力単位を備え、
前記画素出力単位において得られる検出信号に基づいて、前記検出信号から復元される復元画像のホワイトバランスの補正に用いられるホワイトバランス係数を設定する係数設定部
を備える撮像素子。
【符号の説明】
【０４１０】
１０２  WB係数設定部，  １０３  復元部，  １０４  関連付け部，  １１１  受光部，  １２１  撮像素子，  ４００  撮像装置，  ４２１  撮像素子，  ４２２  WB係数設定部，  ４２３  復元部，  ４２４  関連付け部，  ５００  画像処理装置，  ５０１  検出画像取得部，  ５０２  WB係数設定部，  ５０３  復元部，  ５０４  関連付け部
【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】
2019188396.tif 000009
【図６】
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【図７】
2019188396.tif 000011
【図８】
2019188396.tif 000012
【図９】
2019188396.tif 000013
【図１０】
2019188396.tif 000014
【図１１】
2019188396.tif 000015
【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１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【国際調査報告】
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