JP2013160878A - 撮像装置および撮像方法 - Google Patents

Abstract

【課題】単一の撮像光学系を用い、２次元の画像を取得すると共に、被写体距離の測定、または、広ダイナミックレンジ画像の取得を可能とする。
【解決手段】
ある実施形態の撮像装置は、光学特性が互いに異なる状態と同じ状態とが切り替わる第１、第２の光学領域Ｄ１、Ｄ２を有するレンズ光学系Ｌと、複数の第１、第２の画素を有する撮像素子Ｎと、レンズ光学系Ｌと撮像素子Ｎとの間に配置され、レンズ光学系Ｌを通過した光を複数の第１の画素または前記複数の第２の画素に入射させる第１のアレイ状光学素子Ｋとを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明はカメラ等の撮像装置およびその撮像装置を用いた撮像方法に関する。

被写体までの距離を測定する機能、広いダイナミックレンジの画像を取得する機能などを兼ね備えたカメラが求められている。

このうち被写体までの距離を測定する方法には、複数の撮像光学系による複数の画像から取得した視差情報を用いる方法がある。単一の撮像光学系から被写体までの距離を測定する方法もある。例えば、ＤＦＤ（Ｄｅｐｔｈ Ｆｒｏｍ Ｄｅｆｏｃｕｓ）法が知られている。ＤＦＤ法は、取得した画像のボケ量の解析から距離を算出する手法である。ただし、単一の画像では被写体そのものの模様であるのか、被写体距離によってぼけているのかを判定することができない。このため、複数の画像から距離を推測する手法が用いられている（特許文献１、非特許文献１）。

広いダイナミックレンジの画像を取得する方法が、特許文献２、３及び４に開示されている。特許文献２は、対数変換型の撮像素子において、画素毎の感度の不均一性を補正するため、各画素の撮像データからメモリに記憶された均一光照射時の撮像データを減算する方法を開示している。特許文献３は、プリズムによって光路を分割し、２つの撮像素子によって撮影条件（露光量）を変えて撮像を行う方法を開示している。これらの他に、時分割露光時間の異なる画像を得て、これらを合成する方法もある。特許文献４は、このような方法における画像のズレを補正する技術を開示している。

特許第３１１００９５号公報 特開平５−３０３５０号公報 特開２００９−３１６８２号公報 特開２００２−１０１３４７号公報

Ｘｕｅ Ｔｕ， Ｙｏｕｎ−ｓｉｋ Ｋａｎｇ ａｎｄ Ｍｕｒａｌｉ Ｓｕｂｂａｒａｏ Ｔｗｏ− ａｎｄ Ｔｈｒｅｅ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ Ｖ． Ｅｄｉｔｅｄ ｂｙ Ｈｕａｎｇ， Ｐｅｉｓｅｎ Ｓ．． Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＳＰＩＥ， Ｖｏｌｕｍｅ ６７６２， ｐｐ． ６７６２０３ （２００７）．

上述した従来技術において、被写体までの距離を取得する場合、複数の撮像光学系を用いた構成では、撮像装置が大型化、高コスト化する。また、複数の撮像光学系の特性を揃え、かつ２つの撮像光学系の光軸を高精度で並行にする必要性があるため製造が難しく、さらにはカメラパラメータを求めるためのキャリブレーション工程が必要であるため、多くの工数を要する。

特許文献１および非特許文献１に開示されるようなＤＦＤ法では、１つの撮像光学計によって被写体までの距離を算出することができる。しかしながらＤＦＤ法では、焦点が合う被写体までの距離（合焦距離）を変化させて、時分割で複数の画像を取得する必要がある。このような手法を動画に適用すると、撮影の時間差により画像間にズレが生じてしまうため、測距精度を低下させてしまうという課題が生じる。

また、特許文献１は、プリズムによって光路を分割し、バックフォーカスを異ならせた２つの撮像面で撮像することによって、１階の撮像で被写体までの距離を測定する手法も開示されている、しかしながら、このような方法では、撮像素子が２つ必要になるため、撮像装置が大型化し、かつ大幅なコストアップとなってしまうという課題が生じる。

広いダイナミックレンジの画像を取得する場合、対数変換型の撮像素子では、画素毎に画素信号を対数変換する回路が必要となるため、画素サイズを小さくすることができない。また、特許文献２に開示される方法では、画素毎に感度の不均一性を補正するための補正用データを記録しておく手段が必要となり、コストアップとなってしまう。

特許文献３のプリズムで光路を分割する方法では、撮像素子が２つ必要となるため、撮像装置が大型化し、大幅なコストアップとなってしまう。また、時分割で被写体を撮影する場合、被写体が動いていると時間差による画像のズレが生じ、画像の連続性が乱れるという課題が生じる。

特許文献４では、画像のズレを補正する技術が開示されているものの、あらゆる胴体に対して時間差による画像のズレを完全に補正することは原理的に困難である。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、単一の撮像光学系を用い、２次元の画像を取得する機能だけでなく、上述した機能（被写体距離の測定、広ダイナミックレンジ画像取得など）を含むその他の複数の機能のうち少なくとも１つを実現することができる撮像装置を提供することにある。

本発明によるある実施形態の撮像装置は、光学特性が互いに異なる状態と同じ状態とが切り替わる第１の光学領域と第２の光学領域とを有するレンズ光学系と、複数の第１の画素と複数の第２の画素とを有し、前記レンズ光学系からの光を電気信号に変換する撮像素子と、前記レンズ光学系と前記撮像素子との間に配置され、前記レンズ光学系を通過した光を前記複数の第１の画素または前記複数の第２の画素に入射させる第１のアレイ状光学素子と、を備え、前記第１の光学領域および前記第２の光学領域が互いに異なる光学特性を有する場合に、前記第１のアレイ状光学素子によって、前記第１の光学領域を通過した光を前記複数の第１の画素に、前記第２の光学領域を通過した光を前記複数の第２の画素に入射させ、前記第１の光学領域および前記第２の光学領域が互いに同じ光学特性を有する場合に、前記第１のアレイ状光学素子によって、前記第１の光学領域および前記第２の光学領域を通過した光のそれぞれを、前記複数の第１の画素および前記複数の第２の画素に入射させる。

本発明によるある実施形態の撮像方法は、光学特性が互いに異なる状態と同じ状態とが切り替わる第１の光学領域と第２の光学領域とを有するレンズ光学系と、複数の第１の画素と複数の第２の画素とを有し、前記レンズ光学系からの光を電気信号に変換する撮像素子と、前記レンズ光学系と前記撮像素子との間に配置され、前記レンズ光学系を通過した光を前記複数の第１の画素または前記複数の第２の画素に入射させる第１のアレイ状光学素子と、を備え、前記第１の光学領域および前記第２の光学領域が互いに異なる光学特性を有する場合に、前記第１の光学領域を通過した光を前記複数の第１の画素に、前記第２の光学領域を通過した光を前記複数の第２の画素に入射させ、前記複数の第１の画素から第１の画像を生成し、前記複数の第２の画素から第２の画像を生成し、前記第１の光学領域および前記第２の光学領域が互いに同じ光学特性を有する場合に、前記第１の光学領域および前記第２の光学領域を通過した光を、前記複数の第１の画素および前記複数の第２の画素に入射させ、前記複数の第１の画素および前記複数の第２の画素から画像を生成する。

本発明によれば、単一の撮像光学系を用い、２次元の画像を取得する機能だけでなく、その他の複数の機能（被写体距離の測定、広ダイナミックレンジ画像取得など）のうち少なくとも１つを実現することができる。本発明では、特殊な撮像素子を用いる必要がない。また、複数の撮像素子を必要としない。

本発明の実施形態１における、撮像装置Ａを示す模式図である。 本発明の実施形態１における、撮像装置Ａの作動のフローチャートである。 （ａ）は、本発明の実施形態１における、光学素子Ｌ１を被写体側から見た正面図であり、（ｂ）および（ｃ）は、本発明の実施形態１における、光学素子Ｌ１の断面図である。 （ａ）は、本発明の実施形態１における、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）は、本発明の実施形態１における、第２のアレイ状光学素子Ｋ２と撮像素子Ｎの斜視図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態１における、第１のアレイ状光学素子Ｋ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２と撮像素子Ｎとの断面図である。 本発明の実施形態１における、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の光学要素ＭＬ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＬ２の光軸が同じ場合において、（ａ）は第１のアレイ状光学素子Ｋ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２と撮像素子Ｎとの断面図であり、（ｂ）は撮像素子Ｎを被写体側から見た正面図である。 本発明の実施形態１における、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の光学要素ＭＬ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＬ２の光軸が、光学要素ＭＬ１と光学要素ＭＬ２の配列ピッチの半ピッチ分ずれている場合において、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の光学要素ＭＬ１の形状周期と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＬ２の形状周期が半周期すれている場合において、（ａ）は第１のアレイ状光学素子Ｋ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２と撮像素子Ｎとの断面図であり、（ｂ）は撮像素子Ｎを被写体側から見た正面図である。 （ａ）は、本発明の実施形態１における、撮像素子Ｎでの受光素子Ｐ１と受光素子Ｐ２を示す正面図であり、（ｂ）は、本発明の実施形態１における、第１の画像Ｉ１の模式図であり、（ｃ）は、本発明の実施形態１における、第２の画像Ｉ２の模式図であり、（ｄ）は、本発明の実施形態１における画像Ｉの模式図である。 本発明の実施形態１における被写体距離と鮮鋭度Ｇ（画像のシャープさ）の関係を示すグラフである。 本発明の実施形態２における、撮像装置Ａを示す模式図である。 （ａ）は、本発明の実施形態２における、光学素子Ｌ１を被写体側から見た正面図であり、（ｂ）および（ｃ）は、本発明の実施形態２における、光学素子Ｌ１の断面図である。 本発明の実施形態２における、ダイナミックレンジの高い画像を生成するフローチャートである。 本発明の実施形態３における、撮像装置Ａを示す模式図である。 本発明の実施形態３における、遮光板Ｒと画素値Ｖ１とＶ２を用いた撮像装置Ａの作動のフローチャートである。 本発明の実施形態３における、屈折率変化部Ｅ２が屈折率ｎＥ２であり、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の光学要素ＭＬ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＬ２の光軸が同じ場合において、（ａ）は、光学素子Ｌ１と絞りＳと遮光板Ｒの断面図であり、（ｂ）は、第１のアレイ状光学素子Ｋ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２と撮像素子Ｎと圧電素子Ｗ等の模式図である。 本発明の実施形態３における、光束Ｂ２が遮光されている場合において、（ａ）は、光学素子Ｌ１と絞りＳと遮光板Ｒの断面図であり、（ｂ）は、第１のアレイ状光学素子Ｋ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２と撮像素子Ｎと圧電素子Ｗ等の模式図である。 本発明の実施形態３における、光束Ｂ２が遮光され、屈折率変化部Ｅ２が光学素子Ｌ１と同じ屈折率ｎＥに代わり、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の光学要素ＭＬ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＬ２の光軸が、光学要素ＭＬ１と光学要素ＭＬ２の配列ピッチの半ピッチ分ずらした場合において、（ａ）は、光学素子Ｌ１と絞りＳと遮光板Ｒの断面図であり、（ｂ）は、第１のアレイ状光学素子Ｋ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２と撮像素子Ｎと圧電素子Ｗ等の模式図である。 本発明の実施形態３における、屈折率変化部Ｅ２が屈折率ｎＥであり、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の光学要素ＭＬ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＬ２の光軸が、光学要素ＭＬ１と光学要素ＭＬ２の配列ピッチの半ピッチ分ずれている場合において、（ａ）は、光学素子Ｌ１と絞りＳと遮光板Ｒの断面図であり、（ｂ）は、第１のアレイ状光学素子Ｋ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２と撮像素子Ｎと圧電素子Ｗ等の模式図である。 本発明の実施形態３における、光学素子Ｌ１と絞りＳと液晶遮光板ＲＸの断面図である。 本発明の実施形態４における、撮像装置Ａを示す模式図である。 本発明の実施形態４における、透過率変化部Ｆ２が透過率ｔＦ２であり、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の光学要素ＭＬ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＬ２の光軸が同じ場合において、（ａ）は、光学素子Ｌ１と絞りＳと遮光板Ｒの断面図であり、（ｂ）は、第１のアレイ状光学素子Ｋ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２と撮像素子Ｎと圧電素子Ｗ等の模式図である。 本発明の実施形態４における、光束Ｂ２が遮光されている場合において、（ａ）は、光学素子Ｌ１と絞りＳと遮光板Ｒの断面図であり、（ｂ）は、第１のアレイ状光学素子Ｋ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２と撮像素子Ｎと圧電素子Ｗ等の模式図である。 本発明の実施形態４における、光束Ｂ２が遮光され、透過率変化部Ｆ２が光学素子Ｌ１と同じ透過率ｔＦに代わり、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の光学要素ＭＬ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＬ２の光軸が、光学要素ＭＬ１と光学要素ＭＬ２の配列ピッチの半ピッチ分ずらした場合において、（ａ）は、光学素子Ｌ１と絞りＳと遮光板Ｒの断面図であり、（ｂ）は、第１のアレイ状光学素子Ｋ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２と撮像素子Ｎと圧電素子Ｗ等の模式図である。 本発明の実施形態４における、透過率変化部Ｆ２が透過率ｔＦであり、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の光学要素ＭＬ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＬ２の光軸が、光学要素ＭＬ１と光学要素ＭＬ２の配列ピッチの半ピッチ分ずれている場合において、（ａ）は、光学素子Ｌ１と絞りＳと遮光板Ｒの断面図であり、（ｂ）は、第１のアレイ状光学素子Ｋ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２と撮像素子Ｎと圧電素子Ｗ等の模式図である。 本発明の実施形態５における、液晶層Ｘを用いた撮像装置Ａの作動のフローチャートである。 本発明の実施形態５における、屈折率変化部Ｅ２が屈折率ｎＥ２１であり、液晶層Ｘが屈折率ｎＸ１である場合において、（ａ）は、光学素子Ｌ１と絞りＳと遮光板Ｒの断面図であり、（ｂ）は、第１のアレイ状光学素子Ｋ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２と撮像素子Ｎと圧電素子Ｗ等の模式図である。 本発明の実施形態５における、屈折率変化部Ｅ２が屈折率ｎＥ２２であり、液晶層Ｘが屈折率ｎＸ２である場合において、（ａ）は、光学素子Ｌ１と絞りＳと遮光板Ｒの断面図であり、（ｂ）は、第１のアレイ状光学素子Ｋ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２と撮像素子Ｎと圧電素子Ｗ等の模式図である。 本発明の実施形態６における、透過率変化部Ｆ２が透過率ｔＦ２１であり、液晶層Ｘが屈折率ｎＸ１である場合において、（ａ）は、光学素子Ｌ１と絞りＳと遮光板Ｒの断面図であり、（ｂ）は、第１のアレイ状光学素子Ｋ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２と撮像素子Ｎと圧電素子Ｗ等の模式図である。 本発明の実施形態６における、透過率変化部Ｆ２が透過率ｔＦ２２であり、液晶層Ｘが屈折率ｎＸ２である場合において、（ａ）は、光学素子Ｌ１と絞りＳと遮光板Ｒの断面図であり、（ｂ）は、第１のアレイ状光学素子Ｋ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２と撮像素子Ｎと圧電素子Ｗ等の模式図である。 （ａ）は、本発明のその他の実施形態における、屈折率変化部Ｅ２とＥ３とＥ４を備える光学素子Ｌ１を被写体側から見た正面図であり、（ｂ）と（ｃ）と（ｄ）と（ｅ）は、本発明のその他の実施形態における、光学素子Ｌ１の断面図である。 （ａ）は、本発明のその他の実施形態における、透過率変化部Ｆ２とＦ３とＦ４を備える光学素子Ｌ１を被写体側から見た正面図であり、（ｂ）と（ｃ）と（ｄ）と（ｅ）は、本発明のその他の実施形態における、光学素子Ｌ１の断面図である。 （ａ）は、本発明のその他の実施形態における、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の斜視図であり、（ｂ）は、本発明のその他の実施形態における、第２のアレイ状光学素子Ｋ２と撮像素子Ｎの斜視図である。 本発明のその他の実施形態における、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の光学要素ＭＬ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＬ２の光軸が同じ場合において、（ａ）は第１のアレイ状光学素子Ｋ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２と撮像素子Ｎとの断面図であり、（ｂ）は撮像素子Ｎを被写体側から見た正面図である。 本発明のその他の実施形態における、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の光学要素ＭＬ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＬ２の光軸が、光学要素ＭＬ１と光学要素ＭＬ２の配列ピッチの半ピッチ分ずれている場合において、（ａ）は第１のアレイ状光学素子Ｋ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２と撮像素子Ｎとの断面図であり、（ｂ）は撮像素子Ｎを被写体側から見た正面図である。 （ａ）は、本発明のその他の実施形態における、撮像素子Ｎでの受光素子Ｐ１と受光素子Ｐ２と受光素子Ｐ３と受光素子Ｐ４を示す正面図であり、（ｂ）は、本発明のその他の実施形態における、第１の画像Ｉ１の模式図であり、（ｃ）は、本発明のその他の実施形態における、第２の画像Ｉ２の模式図であり、（ｄ）は、本発明のその他の実施形態における、第３の画像Ｉ３の模式図であり、（ｅ）は、本発明のその他の実施形態における、第４の画像Ｉ４の模式図であり、（ｆ）は、本発明のその他の実施形態における画像Ｉの模式図である。

以下、本発明による撮像装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施形態１）
図１は、本発明による実施形態１の撮像装置Ａの構成を示す模式図である。撮像装置Ａは、Ｖを光軸とし、第１の光学領域Ｄ１と第２の光学領域Ｄ２とを有するレンズ光学系Ｌと、レンズ光学系Ｌの焦点近傍に配置され、複数の光学要素ＭＬ１（図４等に示す）を有する第１のアレイ状光学素子Ｋ１と、複数の光学要素ＭＬ２を有する第２のアレイ状光学素子Ｋ２と、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の位置を制御するアレイ状光学素子制御部Ｈと、複数の第１の画素および複数の第２の画素を有する撮像素子Ｎと、撮像素子Ｎからの電気信号を受けて画像を生成する信号処理部Ｃとを備える。第１のアレイ状光学素子Ｋ１および第２のアレイ状光学素子Ｋ２は、レンズ光学系Ｌと撮像素子Ｎとの間に配置されている。

図２は、本発明の実施形態１における撮像装置Ａの作動を示すフローチャートである。図３から図８を用いて詳細に後述するが、撮像装置Ａは、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の光学要素ＭＬ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＬ２との光軸が同じ場合において、鮮鋭度の異なる第１の画像Ｉ１と第２の画像Ｉ２とを同時に取得することができ、第１の画像Ｉ１と第２の画像Ｉ２の被写体における鮮鋭度Ｇの比より、被写体距離の測定を行うことができる。また撮像装置Ａは、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の光学要素ＭＬ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＬ２の光軸が、光学要素ＭＬ１と光学要素ＭＬ２の配列ピッチの半ピッチ分ずれている場合において、画像Ｉを取得することができ、画像Ｉから鮮鋭度Ｇの差を得ることができず被写体距離の測定はできないが、画素数の多い画像を取得することができる。

レンズ光学系Ｌは、絞りＳと、絞りＳの近傍に配置された光学素子Ｌ１と、レンズＬ２とを備えている。

図３（ａ）は、光学素子Ｌ１を被写体側から見た正面図である。図３（ａ）に示すように、光学素子Ｌ１は、第１、第２の光学領域Ｄ１、Ｄ２に位置する部分を有している。光学領域Ｄ１とＤ２は、光学素子Ｌ１の表面において、光軸Ｖを境界中心として上下に２分割されている。

図３（ｂ）は、光学素子Ｌ１の断面図である。図３（ｂ）に示すように、光学素子Ｌ１のうち第１の光学領域Ｄ１に位置する部分は、例えばガラスや樹脂から形成されている基体部ｇ１から構成されており、絞りＳを通過した光を透過する。光学素子Ｌ１のうち第２の光学領域Ｄ２に位置する部分には、例えばガラスや樹脂から形成されている基体部ｇ２と、基体部ｇ２に挟まれた例えば液晶材料から形成されている屈折率変化部Ｅ２とから構成されている。屈折率変化部Ｅ２の屈折率が変化することにより、第１の光学領域Ｄ１の光学特性が第２の光学領域Ｄ２の光学特性と等しい状態と、第１の光学領域Ｄ１の光学特性が第２の光学領域Ｄ２の光学特性とは異なる状態とが切り替わる。

具体的には、図３（ｂ）に示すように、例えば屈折率変化部Ｅ２に電圧が印加されている場合、屈折率変化部Ｅ２は、基体部ｇ１、ｇ２の屈折率ｎＥとは異なる屈折率ｎＥ２を有する。光学領域Ｄ２における屈折率変化部Ｅ２と基体部ｇ２との間の界面は非球面であるため、光学領域Ｄ１を通過する光束Ｂ１と、光学領域Ｄ２を通過する光束Ｂ２の光学情報である被写界深度は異なる。

第１の光学領域Ｄ１、Ｄ２の光学特性が、レンズ光学系Ｌ全体としての合焦特性に影響を与える。本実施形態において、「合焦特性を異ならせる」とは、その光学系において光の集光に寄与する特性の少なくとも１つを異ならせることをいい、具体的には、焦点距離、焦点が合う被写体までの距離、鮮鋭度が一定の値以上となる距離範囲などを異ならせることをいう。光学領域Ｄ１、Ｄ２の曲率半径や非球面係数や屈折率を調整して光学特性を異ならせることにより、各領域を通過した光線による合焦特性を異なるものとすることができる。本実施形態においては、屈折率変化部Ｅ２に電圧を印加することにより、光学素子Ｌ１のうち第２の光学領域Ｄ２に位置する部分に非球面の界面が生じる。これにより、光学領域Ｄ１、Ｄ２が、合焦特性を互いに異ならせる光学特性を有するようになる。

図３（ｃ）に示すように、屈折率変化部Ｅ２に電圧が印加されていない場合、屈折率変化部Ｅ２の屈折率はｎＥである。この場合、屈折率変化部Ｅ２の屈折率は、基体部ｇ１、ｇ２の屈折率ｎＥと同じになる（略等しくなる）。屈折率差がないため、屈折率変化部Ｅ２と基体部ｇ２との間の非球面の界面は消滅する。よって、光学領域Ｄ１を通過する光束Ｂ１と、光学領域Ｄ２を通過する光束Ｂ２の光学情報である被写界深度は同じになる。

図示は省略するが、屈折率変化部Ｅ２を構成する液晶層の周囲には、液晶層に電圧を印加するための電極が設けられている。電極は、屈折率変化部Ｅ２の側面上に設けられていてもよいし、上面および下面に設けられていてもよい。

２つの光学領域Ｄ１および光学領域Ｄ２をそれぞれ通過した光束Ｂ１および光束Ｂ２は、レンズＬ２を通過した後、第１のアレイ状光学素子Ｋ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２に入射し、撮像素子Ｎの撮像面Ｎｉにおいて結像する。

なお、絞りＳは全ての画角の光束が通過する領域である。従って、絞りＳの近傍に光学特性を制御する面を挿入することにより、全ての画角の光束の光学特性を同様に制御することができる。すなわち、本実施形態では、光学特性が切り替わる領域を有する光学素子Ｌ１は、絞りＳの近傍に設けられていることが好ましい。絞り近傍に位置する光学領域Ｄ１、Ｄ２において光学特性と制御することによって、領域の分割数に応じた光学特性を光束に与えることができる。

図１においては、絞りＳを通過した光が直接（他の光学部材を介することなく）、光学素子Ｌ１に入射する位置に設けられている。光学素子Ｌ１は、絞りＳよりも被写体側に設けられていてもよい。この場合、光学素子Ｌ１を通過した光が、直接（他の光学部材を介することなく）、絞りＳに入射することが好ましい。像側テレセントリック光学系の場合、光学系の焦点における光線の入射角は、絞りＳを通過する光線の位置によって一義的に決定される。また、アレイ状光学素子Ｋは、光線の入射角に応じて出射方向を振り分ける機能を有する。そのため、絞りＳの近傍で分割された光学領域Ｄ１、Ｄ２に対応するように、撮像面Ｎｉ上の画素に光束を振り分けることができる。

なお、像側非テレセントリック光学系の場合、光学系の焦点における光線の入射角は、絞りＳを通過する光線の位置と画角によって一義的に決定される。

第１の光学領域Ｄ１の光学特性が第２の光学領域Ｄ２の光学特性とは異なる状態（図３（ｂ）に示す状態）において、アレイ状光学素子制御部Ｈは、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の光学要素ＭＬ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＬ２の光軸を同じ位置（略一致する位置）に配置する。なお、光学要素ＭＬ１の光軸と光学要素ＭＬ２の光軸とが同じ位置（略一致する位置）に配置されるとは、それぞれの光軸が完全に一致する場合だけでなく、例えば、光学要素ＭＬ１のピッチの10％以下だけずれている場合も含み、好ましくは5%以下だけずれている場合も含む。

この場合、図６に示すように、光学領域Ｄ１を通過した光束Ｂ１は、撮像素子Ｎの受光素子Ｐ１へ結像し、光学領域Ｄ２を通過した光束Ｂ２は、撮像素子Ｎの受光素子Ｐ２へ結像する。撮像素子Ｎからの信号を、信号処理部Ｃにて、受光素子Ｐ１から取得された信号による第１の画像Ｉ１と、受光素子Ｐ２から取得された信号による第２の画像Ｉ２とを同時に取得することができる。第１の画像Ｉ１は光学領域Ｄ１を通過した光によるものであり、第２の画像Ｉ２は光学領域Ｄ２を通過した光によるものである。光学領域Ｄ１、Ｄ２が異なる光学特性を有するため、２つの画像Ｉ１、Ｉ２の鮮鋭度（輝度情報）は異なる。信号処理部Ｃは、鮮鋭度を用いて測距演算を行い、被写体距離が算出される。

一方、第１の光学領域Ｄ１の光学特性が第２の光学領域Ｄ２の光学特性とは等しい状態（図３（ｃ）に示す状態）において、アレイ状光学素子制御部Ｈは、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の光学要素ＭＬ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＬ２の光軸を、光学要素ＭＬ１と光学要素ＭＬ２の配列ピッチ（周期）と半ピッチ分（例えばピッチの40％以上60%以下）ずらす。光学領域Ｄ１を通過した光束Ｂ１は、撮像素子Ｎの受光素子Ｐ１とＰ２へ結像し、光学領域Ｄ２を通過した光束Ｂ２もまた、撮像素子Ｎの受光素子Ｐ１とＰ２へ結像し（図７に示す）、撮像素子Ｎからの信号を、信号処理部Ｃにて、受光素子Ｐ１およびＰ２から取得された画像Ｉを取得することができる。

なお、本実施形態においては、屈折率変化部Ｅ２の屈折率を変化させることにより非球面の界面を出現させたが、非球面の表面を有し、基体部ｇ１とは異なる屈折率を有する部材を挿入および除去することにより、光学領域Ｄ１、Ｄ２の光学特性が同じ状態と異なる状態とを切り替えてもよい。

図４（ａ）は、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の斜視図である。第１のアレイ状光学素子Ｋ１はレンチキュラレンズであり、第１のアレイ状光学素子Ｋ１のうち撮像素子Ｎ側の面には、複数の光学要素ＭＬ１が配置されている。光学要素ＭＬ１のそれぞれの断面は円弧状である。図４（ｂ）は、第２のアレイ状光学素子Ｋ２と撮像素子Ｎの斜視図である。第２のアレイ状光学素子Ｋ２のうち第１のアレイ状光学素子Ｋ１と対向する面には、複数の光学要素ＭＬ２が配置されている。複数の光学要素ＭＬ２のそれぞれの断面は円弧状である。撮像素子Ｎに付随するマイクロレンズＭｓの２つの円弧に、第２のアレイ状光学素子Ｋ２における光学要素ＭＬ２の円弧が１つ対応している。撮像面には、１つのマイクロレンズＭｓに対して、１つの受光素子Ｐ１またはＰ２が配置している。また、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の表面における光学要素ＭＬ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の表面における光学要素ＭＬ２とは例えば、同じ構造（同一の周期および同一の曲率）を持っており、光学要素ＭＬ１が形成されている面と光学要素ＭＬ２が形成されている面とは互いに向かい合った状態で存在する。ただし、光学要素ＭＬ１の曲率と光学要素Ｍ２の曲率とは必ずしも一致しなくてもよい。

図５（ａ）、（ｂ）は、第１のアレイ状光学素子Ｋ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２と撮像素子Ｎとの断面図である。第２のアレイ状光学素子Ｋ２および撮像素子Ｎは台座Ｊ上に載置されている。第１のアレイ状光学素子Ｋ１は、台座Ｊ上に設けられた圧電素子Ｗ上に配置されている。圧電素子Ｗは、アレイ状光学素子制御部Ｈにて制御されている。

図５（ａ）に示すように、アレイ状光学素子制御部Ｈによって圧電素子Ｗに電圧が印加されていない状態では、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の光学要素ＭＬ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＬ２の光軸が同じになる位置に、第１のアレイ状光学素子Ｋ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２が存在する。圧電素子Ｗは、第１のアレイ状光学素子Ｋ１における光学要素ＭＬ１の配列方向に対して水平に、長さｗ１から長さｗ２へと伸縮する。この状態において、圧電素子Ｗは長さｗ１を有する。

図５（ｂ）に示すように、アレイ状光学素子制御部Ｈによって圧電素子Ｗに電圧が印加されると、圧電素子Ｗが伸びて、圧電素子Ｗの長さはｗ２となる。これにより、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の光学要素ＭＬ１の光軸と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＬ２の光軸が、光学要素ＭＬ１と光学要素ＭＬ２の配列ピッチの半ピッチ分ずれる位置に、第１のアレイ状光学素子Ｋ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２が配置される。このように、圧電素子Ｗの長さｗ２と長さｗ１との差が、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の光学要素ＭＬ１および第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＬ２の配列ピッチの半分になるように設定されている。

なお、圧電素子Ｗは、第２のアレイ状光学素子Ｋ２と撮像素子Ｎに接続されていてもよい。

図６（ａ）は、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の光学要素ＭＬ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＬ２の光軸が同じ（略一致）になる場合における、第１のアレイ状光学素子Ｋ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の拡大図である。光学領域Ｄ１を通過した光束Ｂ１は、光学要素ＭＬ１と光学要素ＭＬ２とマイクロレンズＭｓにより、撮像素子Ｎにある受光素子Ｐ１に結像し、また光学領域Ｄ２を通過した光束Ｂ２は、光学要素ＭＬ１と光学要素ＭＬ２とマイクロレンズＭｓにより、撮像素子Ｎにある受光素子Ｐ２に結像する。

図６（ｂ）は、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の光学要素ＭＬ１の光軸と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＬ２の光軸が同じになる場合における、第１のアレイ状光学素子Ｋ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２と撮像素子Ｎを被写体側から見た正面図である。光学領域Ｄ１を通過した光線は、受光素子Ｐ１へ結像し、光学領域Ｄ２を通過した光線は、受光素子Ｐ２へ結像する。これにより、光学領域を通過した光束を、光学領域別に撮像素子の受光素子に分離し結像することができる。

図７（ａ）は、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の光学要素ＭＬ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＬ２の光軸が、光学要素ＭＬ１と光学要素ＭＬ２の配列ピッチの半ピッチ分ずれる場合における、第１のアレイ状光学素子Ｋ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の拡大図である。光学領域Ｄ１を通過した光束Ｂ１は、光学要素ＭＬ１と光学要素ＭＬ２とマイクロレンズＭｓにより、撮像素子Ｎにある受光素子Ｐ１とＰ２に結像し、また光学領域Ｄ２を通過した光束Ｂ２は、光学要素ＭＬ１と光学要素ＭＬ２とマイクロレンズＭｓより、撮像素子Ｎになる受光素子Ｐ１とＰ２に結像する。図７（ｂ）は、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の光学要素ＭＬ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＬ２の光軸が、光学要素ＭＬ１と光学要素ＭＬ２の配列ピッチの半ピッチ分ずれる場合における、第１のアレイ状光学素子Ｋ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２と撮像素子Ｎを被写体側から見た正面図である。光学領域Ｄ１を通過した光線は、受光素子Ｐ１とＰ２へ均等に結像し、光学領域Ｄ２を通過した光線もまた、受光素子Ｐ１とＰ２へ均等に結像する。これにより、光線領域を通過した光束を分けることなく、撮像素子の受光素子に均等に結像することができる。

図８（ａ）は、撮像素子Ｎを被写体側から見た正面図である。撮像素子Ｎにおいて、受光素子Ｐ１は、撮像素子Ｎにおける偶数列にあたる画素であり、受光素子Ｐ２は、撮像素子Ｎにおける奇数列にあたる画素である。図８（ｂ）は、受光素子Ｐ１から得られた信号から信号処理部Ｃが生成した第１の画像Ｉ１であり、撮像素子Ｎにおける偶数列の画素を抽出したものである。図８（ｃ）は、受光素子Ｐ２から得られた信号から信号処理部Ｃが生成した第２の画像Ｉ２であり、撮像素子Ｎの奇数列の画素を抽出したものである。図８（ｄ）は、受光素子Ｐ１およびＰ２から得られた信号から信号処理部Ｃが生成した画像Ｉであり、撮像素子Ｎの全画素数を抽出したものである。第１の画像Ｉ１と第２の画像Ｉ２の画素数は、画像Ｉの画素数よりも半分に低下していることがわかる。

このような構成により、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の光学要素ＭＬ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＬ２の光軸が同じになる場合、光学素子Ｌ１の光学領域Ｄ１を通過した光束Ｂ１は、撮像素子Ｎの受光素子Ｐ１へ結像し、光学素子Ｌ１の光学領域Ｄ２を通過した光束Ｂ２は、撮像素子Ｎの受光素子Ｐ２に結像することができる。また、光学素子Ｌ１の光学領域Ｄ１の屈折率ｎＥと光学領域Ｄ２の屈折率変化部Ｅ２の屈折率ｎＥ２は異なるため、光学領域Ｄ１と光学領域Ｄ２の光学特性である被写界深度は異なり、受光素子Ｐ１から形成される第１の画像Ｉ１と受光素子Ｐ２から形成される第２の画像Ｉ２から、鮮鋭度Ｇの異なる画像を同時に取得することができる。これにより、後述の方法にて被写体距離を測定することができる。

また、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の光学要素ＭＬ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＬ２の光軸が、光学要素ＭＬ１と光学要素ＭＬ２の配列ピッチの半ピッチ分ずれる場合、光学素子Ｌ１の光学領域Ｄ１を通過した光束Ｂ１は、撮像素子Ｎの受光素子Ｐ１とＰ２へ結像し、光学素子Ｌ１の光学領域Ｄ２を通過した光束Ｂ２もまた、撮像素子Ｎの受光素子Ｐ１とＰ２へ結像することができる。また、光学素子Ｌ１の光学領域Ｄ１の屈折率ｎＥと光学領域Ｄ２の屈折率変化部Ｅ２の屈折率ｎＥは同じため、光学領域Ｄ１と光学領域Ｄ２の光学特性である被写界深度は同じになり、受光素子Ｐ１と受光素子Ｐ２から形成される画像Ｉから、鮮鋭度Ｇの異なる画像を同時に取得することができないが、第１の画像Ｉ１や第２の画像Ｉ２よりも画素数が２倍になる画像を取得することができる。

図９は、被写体距離と鮮鋭度Ｇの関係を示すグラフである。Ｇ１は受光素子Ｐ１のみで生成された第１の画像Ｉ１の所定領域の鮮鋭度Ｇを示しており、Ｇ２は受光素子Ｐ２のみで生成された第２の画像Ｉ２の所定領域の鮮鋭度Ｇを示している。鮮鋭度Ｇは、隣接する画素間の差分により求めることができる。また、所定の大きさの画像ブロックをフーリエ変換することによって求めることもできる。また、Ｚの範囲は、Ｇ１が変化し、かつＧ２がほとんど変化しない領域である。したがって、このような関係を利用して被写体距離を求めることができる。例えば、Ｚの範囲では、被写体距離と、鮮鋭度Ｇ１とＧ２との比に相関があるため、受光素子Ｐ１のみで生成された第１の画像Ｉ１と受光素子Ｐ２のみで生成された第２の画像Ｉ２の鮮鋭度Ｇの比を求めることにより、被写体距離を求めることができる。

なお、本実施形態では、輝度を用いて算出される値（輝度情報）であれば、鮮鋭度以外の値、例えばコントラストを用いて被写体距離を求めてもよい。コントラストは、例えば、所定の演算ブロック内における最大輝度値と最低輝度値の比から求めることができる。鮮鋭度は輝度値の差分であるのに対し、コントラストは輝度値の比である。最大輝度値である一点と最低輝度値である一点との比からコントラストを求めてもよいし、例えば輝度値の上位数点の平均値と、輝度値の下位数点の平均値との比からコントラストを求めてもよい。コントラストを用いて被写体距離を求める場合も、鮮鋭度の場合と同様に、予め被写体距離と、コントラストの比との相関関係を記憶部に記憶させておく。各ブロック毎に第１の画像Ｉ１と第２の画像Ｉ２とのコントラストの比を求めることにより、相関関係を利用して被写体距離を求めることができる。

本実施形態１は、被写界深度の異なる画像を同時に取得することにより被写体距離を測定できる機能と、被写体距離を測定できないが画素数の多い画像を取得できる機能の２つの機能を兼ね備えた撮像装置である。

特許文献１および非特許文献１では、時分割で複数の画像を取得する必要がある。このような手法を動画に適用すると、撮影の時間差により画像間にズレが生じてしまうため、測距制度を低下させてしまうという課題が生じる。本実施形態によると、光学素子Ｌ１の光学領域Ｄ１とＤ２によって得られる画像Ｉの鮮鋭度Ｇ（またはコントラスト）の比と被写体距離との相関関係をあらかじめ記憶しておき、撮像された第１の画像Ｉ１と第２の画像Ｉ２における鮮鋭度Ｇ（またはコントラスト）の比と、上記相関関係とに基づいて、被写体までの距離を得ることができる。また、単一の撮像系を用いた（例えば１回の）撮像によって被写体までの距離を得ることができるため、複数の撮像光学系を用いた撮像装置のように、複数の撮像光学系間の特性や位置を揃える必要がない。また、本実施形態１の撮像装置を用いて動画を撮影した場合、時間の経過によって被写体の位置に変化が生じても、被写体までの正確な距離を測定することができる。また、単一の撮像系にて、被写界深度の異なる画像を同時に取得することにより被写体距離を測定できる機能と、被写体距離を測定できないが画素数の多い画像を取得できる機能の、２つの機能を持ち合わせることができる。

（実施形態２）
本実施形態２は、光学素子Ｌ１の光学領域Ｄ２に配置している屈折率変化部Ｅ２を透過率変化部Ｆ２にした点と、光学素子Ｌ１の被写体側に偏光板Ｙ１を、撮像素子Ｎ側に偏光板Ｙ２を備えた点と、被写体距離の測定機能を広ダイナミックレンジ画像取得機能にした点で、実施形態１と異なっている。ここでは、本実施形態２において実施形態１と同様の内容である、撮像装置Ａの作動のフローチャートや、第１のアレイ状光学素子Ｋ１と光学要素ＭＬ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２と光学要素ＭＬ２と撮像素子Ｎと圧電素子Ｗとについての詳細な説明は省略する。

図１０は、本発明の実施形態２における撮像装置Ａの構成を示す模式図である。撮像装置Ａは、Ｖを光軸とするレンズ光学系Ｌと、レンズ光学系Ｌの焦点近傍に配置された第１のアレイ状光学素子Ｋ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２と、アレイ状光学素子制御部Ｈと、撮像素子Ｎと、信号処理部Ｃとを備える。また光学素子Ｌ１の被写体側に偏光板Ｙ１を、撮像素子Ｎ側に偏光板Ｙ２を備える。図１０に示す撮像装置Ａにおける第１のアレイ状光学素子Ｋ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２と撮像素子Ｎは、実施形態１の図４を用いてすでに説明している。また、アレイ状光学素子制御部Ｈと圧電素子Ｗは、実施形態１の図５を用いてすでに説明している。第１のアレイ状光学素子Ｋ１の光学要素ＭＬ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＬ２との光軸が同じ場合については、実施形態１の図６を用いてすでに説明しており、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の光学要素ＭＬ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＬ２との光軸が、光学要素ＭＬ１と光学要素ＭＬ２の配列ピッチの半ピッチ分ずれる場合は、実施形態１の図７を用いてすでに説明している。

レンズ光学系Ｌは、絞りＳと、絞りＳの近傍に配置された２つの異なる光学領域Ｄ１、Ｄ２を有する光学素子Ｌ１と、レンズＬ２から構成されており、光学領域Ｄ２は透過率変化部Ｆ２を含んでいる。２つの光学領域Ｄ１と光学領域Ｄ２を通過した光束Ｂ１と光束Ｂ２は、レンズＬ２を通過した後、第１のアレイ状光学素子Ｋ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２に入射し、撮像素子Ｎの撮像面Ｎｉにて結像する。アレイ状光学素子制御部Ｈにより、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の光学要素ＭＬ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＬ２の光軸が同じ場合、光学領域Ｄ１を通過した光束Ｂ１は、撮像素子Ｎの受光素子Ｐ１へ結像し、光学領域Ｄ２を通過した光束Ｂ２は、撮像素子Ｎの受光素子Ｐ２へ結像され（図６に示す）、撮像素子Ｎからの信号を、信号処理部Ｃにて、受光素子Ｐ１で構成される第１の画像Ｉ１と、受光素子Ｐ２で構成される第２の画像Ｉ２とを同時に取得できる。一方、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の光学要素ＭＬ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＬ２の光軸が、光学要素ＭＬ１と光学要素ＭＬ２の配列ピッチの半ピッチ分ずれる場合、光学領域Ｄ１を通過した光束Ｂ１は、撮像素子Ｎの受光素子Ｐ１とＰ２へ結像し、光学領域Ｄ２を通過した光束Ｂ２もまた、撮像素子Ｎの受光素子Ｐ１とＰ２へ結像し（図７に示す）、撮像素子Ｎからの信号を、信号処理部Ｃにて、受光素子Ｐ１とＰ２とで構成される画像Ｉを取得することができる。

図１１（ａ）は、光学素子Ｌ１を被写体側から見た正面図であり、光学領域Ｄ１とＤ２は光軸Ｖを境界中心として上下に２分割されている。また、Ｓは、絞りを示している。図１１（ｂ）は、光学素子Ｌ１の断面図であり、光学領域Ｄ１とＤ２は光軸Ｖを境界中心として上下に２分割されており、光学素子Ｌ１のうち光学領域Ｄ２に位置する部分は、透過率変化部Ｆ２を有している。

例えば、透過率変化部Ｆ２は液晶材料から形成されており、透過率変化部Ｆ２に印加電圧のある状態では、透過率変化部Ｆ２は、等方性の液晶配向を有する。そのため、偏光板Ｙ１と偏光板Ｙ２により、光学領域Ｄ２においては光の一部が遮断され、光学領域Ｄ２は、光学領域Ｄ１とは異なる透過率ｔＦ２を持つ。また、透過率変化部Ｆ２に印加電圧のない状態では、配向性のある液晶配向を有するために偏光板Ｙ１と偏光板Ｙ２により、光学領域Ｄ２は、光学領域Ｄ１と同じ透過率ｔＦを持つ。図１１（ｂ）では、印加電圧により光学領域Ｄ２の透過率はｔＦ２になっている。また、光学素子Ｌ１の被写体側に偏光板Ｙ１を備え、光学素子Ｌ１の撮像素子Ｎ側に偏光板Ｙ２を備えているため、光学領域Ｄ１を通過する光束Ｂ１と、光学領域Ｄ２を通過する光束Ｂ２の光学情報である透過率は異なる。図１１（ｃ）は、光学素子Ｌ１の断面図であり、印加電圧のない状態の透過率変化部Ｆ２であるので、光学領域Ｄ２の透過率はｔＦとなっている。このとき、光学領域Ｄ１と光学領域Ｄ２は同じ透過率ｔＦなので、光学領域Ｄ１を通過する光束Ｂ１と、光学領域Ｄ２を通過する光束Ｂ２の光学情報である透過率は同じになる。

図６の構成により、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の光学要素ＭＬ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＬ２の光軸が同じになる場合、光学素子Ｌ１のうち光学領域Ｄ１に位置する部分を通過した光束Ｂ１は、撮像素子Ｎの受光素子Ｐ１へ結像し、光学素子Ｌ１のうち光学領域Ｄ２に位置する部分を通過した光束Ｂ２は、撮像素子Ｎの受光素子Ｐ２に結像することができる。また、図１１（ｂ）の構成により、透過率変化部Ｆ２を操作し、光学領域Ｄ１と異なる透過率を持つ光学領域Ｄ２にする。また、受光素子Ｐ１から形成される第１の画像Ｉ１と、受光素子Ｐ２から形成される第２の画像Ｉ２との透過率の異なる画像を同時に取得することができ、受光素子Ｐ１から輝度を表す画素値Ｖ１を取得し、受光素子Ｐ２から輝度を表す画素値Ｖ２を取得する。これにより、後述の方法にてダイナミックレンジの高い画像を取得することができる（図１２に示す）。

図７の構成により、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の光学要素ＭＬ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＬ２の光軸が、光学要素ＭＬ１と光学要素ＭＬ２の配列ピッチの半ピッチ分ずれる場合、光学素子Ｌ１の光学領域Ｄ１を通過した光束Ｂ１は、撮像素子Ｎの受光素子Ｐ１とＰ２へ結像し、光学素子Ｌ１の光学領域Ｄ２を通過した光束Ｂ２もまた、撮像素子Ｎの受光素子Ｐ１とＰ２へ結像することができる。また、図１１（ｃ）の構成により、透過率変化部Ｆ２を操作することにより、光学領域Ｄ１と光学領域Ｄ２の光学特性である透過率を同じｔＦにできる。これにより、受光素子Ｐ１と受光素子Ｐ２から形成される画像Ｉからは、ダイナミックレンジの高い画像を取得することができないが、第１の画像Ｉ１や第２の画像Ｉ２よりも画素数が２倍になる画像を取得することができる。

図１２は、受光素子Ｐ１の画素値と受光素子Ｐ２の画素値からダイナミックレンジの高い画像を生成するフローチャートであり、図１の信号処理部Ｃにて実行される。受光素子Ｐ１と受光素子Ｐ２の画素値は８ビット（２５６階調）として説明する。

まず、受光素子Ｐ１の画素値と受光素子Ｐ２の画素値をそれぞれ撮像素子から読み込む（Ｓ１０１）。ここで、受光素子Ｐ１と受光素子Ｐ２の画素値は、それぞれＶ１、Ｖ２とする。受光素子Ｐ１には光学領域Ｄ１を通過した光が入射し、受光素子Ｐ２には光学領域Ｄ２を通過した光が入射する。光学領域Ｄ２の光の透過率が光学領域Ｄ１の光の透過率の例えばｋ分の１である場合、受光素子Ｐ１には、受光素子Ｐ２の約ｋ倍の量の光が入射する。続いて受光素子Ｐ１が飽和しているかどうかを判定する（Ｓ１０２）。画素値は、８ビットであるため、画素値が２５５である場合に飽和していると判定され、画素値が２５５未満の場合に飽和していないと判定される。受光素子Ｐ１が飽和していない場合（Ｓ１０２でＮｏ）は、出力値ＶｏをＶ１とする（Ｓ１０３）。一方、受光素子Ｐ１が飽和している場合（Ｓ１０２でＹｅｓ）は、出力値Ｖｏを、Ｖ２に光学領域Ｄ１とＤ２の透過率の比（例えばｋ）を乗じた値とする（Ｓ１０４）。以上の演算を全ての受光素子Ｐ１とＰ２について実行することにより、ダイナミックレンジの高い画像を取得することができる。ｙ方向の画素値が１画素おきに欠落するため、欠落している画素の画素値をｙ方向に隣接する画素の画素値によって補間して生成してもよい。具体的には、画像において、座標（ｘ、ｙ＋１）の画素値が欠落している場合は、座標（ｘ、ｙ）の画素値と座標（ｘ、ｙ＋２）の画素値を平均して座標（ｘ、ｙ＋１）の画素値を補間すればよい。

本実施形態２は、透過率の異なる画像を同時に取得することにより、ダイナミックレンジの高い画像を取得できる機能と、ダイナミックレンジの高い画像を取得できないが画素数の多い画像を取得できる機能との２つの機能を兼ね備えた撮像装置である。

また、本実施形態２では、光学領域Ｄ２に透過率変化部Ｆ２を備えているが、透過率変化部Ｆ２が誘電多層膜であってもよい。透過率変化部Ｆ２がＮＤフィルタであってもよい。

特許文献２は、画素毎の感度の不均一性を補正するため、各画素の撮像データからメモリに記憶された均一光照射時の撮像データを減算する方法を開示しており、また特許文献３は、プリズムによって光路を分割し、２つの撮像素子によって撮影条件（露光量）を変えて撮像を行う方法を開示している。これらの方法において時分割で被写体を撮影する場合、被写体が動いていると時間差による画像のズレが生じ、画像の連続性が乱れるという課題がある。また特許文献４では、画像の連続性が乱れるという課題に対して、画像のズレを補正する方法を提案している。しかし、本実施形態２によると、単一の撮像系を用いた（例えば１回の）撮像によって、時分割で被写体を撮影する必要がなく、また画像のズレを補正する必要もない。また、本実施形態２の撮像装置を用いて動画を撮影した場合、時間の経過によって被写体の位置に変化が生じても、ダイナミックレンジの高い画像を取得することができる。また、単一の撮像系にて、ダイナミックレンジの高い画像を取得することの機能と、ダイナミックレンジの高い画像を取得しないが画素数の多い画像を取得できる機能の、２つの機能を持ち合わせることができる。

（実施形態３）
本実施形態３は、絞りＳの近傍に遮光板Ｒを設置し、遮光板Ｒと遮光板制御部Ｔとアレイ状光学素子制御部Ｈと撮像素子Ｎと信号処理部Ｃと第１の画像Ｉ１と第２の画像Ｉ２を連動することにより、実施形態１の、被写体距離を測定することの機能と、被写体距離を測定はしないが画素数の多い画像を取得できる機能の、２つの機能を切り替える実施形態である。ここでは、本実施形態３において実施形態１と同様の内容についての詳細な説明は省略する。

図１３は、本発明の実施形態３における撮像装置Ａの構成を示す模式図である。実施形態１の撮像装置Ａに、遮光板Ｒと遮光板制御部Ｔとが追加されている。

図１４は、本発明の実施形態３における撮像装置Ａの作動を示すフローチャートである。図１５から図１８までに後述するが、撮像装置Ａにおいて、被写体距離を測定する機能のために、光学領域を通過した光束を光学領域別に撮像素子の受光素子に分離し結像することが必要であり、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の光学要素ＭＬ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＬ２の光軸を同じにする様に、第１のアレイ状光学素子Ｋ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の相対的な位置合わせが必要となる。また、撮像装置Ａにおいて、画素数の多い画像を取得する機能のために、光線領域を通過した光束を分けることなく撮像素子の受光素子に均等に結像することが必要であり、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の光学要素ＭＬ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＬ２の光軸が、光学要素ＭＬ１と光学要素ＭＬ２の配列ピッチの半ピッチ分ずらす様に、第１のアレイ状光学素子Ｋ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の相対的な位置合わせが必要となる。遮光板Ｒを操作し、受光素子Ｐ１の画素値Ｖ１と受光素子Ｐ２の画素値Ｖ２を信号処理部Ｃにて検出しながら、圧電素子Ｗを駆動することにより、第１のアレイ状光学素子Ｋ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２との相対的な位置合わせを行う。

図１５（ａ）は、実施形態３における、光学素子Ｌ１と絞りＳと遮光板Ｒの断面図である。屈折率変化部Ｅ２によって、光学領域Ｄ１を通過する光束Ｂ１と光学領域Ｄ２を通過する光束Ｂ２との被写界深度は異なる。光学領域Ｄ１を通過した光束Ｂ１および光学領域Ｄ２を通過した光束Ｂ２は、絞りＳを通過し、撮像素子Ｎに向けて進んでいることがわかる。図１５（ｂ）は、図１５（ａ）の状態においての、第１のアレイ状光学素子Ｋ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２と撮像素子Ｎの断面図であり、アレイ状光学素子制御部Ｈと信号処理部Ｃ等を模式的に示す図である。光束Ｂ１は受光素子Ｐ１へ結像され、光束Ｂ２は受光素子Ｐ２へ結像され、信号処理部Ｃを介して、第１の画像Ｉ１と第２の画像Ｉ２とを得ることができる。そのため、実施形態１に記載しているように、被写体距離を測定することができる。

次に、遮光板Ｒを動かし光束Ｂ２が遮光され、屈折率変化部Ｅ２の屈折率をｎＥ２からｎＥに操作し、アレイ状光学素子制御部Ｈにて圧電素子Ｗを駆動する。

図１６（ａ）は、実施形態３における、光学素子Ｌ１と絞りＳと遮光板Ｒの断面図である。屈折率変化部Ｅ２によって、光学領域Ｄ１を通過する光束Ｂ１と光学領域Ｄ２を通過する光束Ｂ２との被写界深度が同じになる。また光学領域Ｄ１を通過した光束Ｂ１は、絞りＳを通過し、光学素子Ｌ１に向けて進んでいることがわかる。しかし、光学領域Ｄ２を通過した光束Ｂ２は、遮光板制御部Ｔにて操作された遮光板Ｒにより、絞りＳを通過後に遮光され、撮像素子Ｎに向けて進まないようになる。図１６（ｂ）は、図１６（ａ）の光束Ｂ２が撮像素子Ｎに到達しない状態においての、第１のアレイ状光学素子Ｋ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２と撮像素子Ｎの断面図であり、アレイ状光学素子制御部Ｈと信号処理部Ｃ等を模式的に示す図である。光束Ｂ１を受光素子Ｐ１および受光素子Ｐ２に結像されるように、アレイ状光学素子制御部Ｈにて、圧電素子Ｗを駆動する。受光素子Ｐ１から信号処理部Ｃを介して得られる第１の画像Ｉ１の画素値Ｖ１と、受光素子Ｐ２から信号処理部Ｃを介して得られる第２の画像Ｉ２の画素値Ｖ２とが同じになるとき（略等しくなるとき）、アレイ状光学素子制御部Ｈにて、圧電素子Ｗの作動を止める。これにより、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の光学要素ＭＬ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＬ２の光軸が、光学要素ＭＬ１と光学要素ＭＬ２の配列ピッチの半ピッチ分ずれた位置に配置される。なお、画素値Ｖ１と画素値Ｖ２とが略等しくなる場合には、画素値Ｖ１と画素値Ｖ２が一致する場合だけでなく、検出誤差や光量のばらつきなどに起因して、例えば、画素値Ｖ１が画素値Ｖ２の２０％以上２０％以下である場合を含んでいてもよい。

次に、遮光板Ｒを動かし、光束Ｂ１と光束Ｂ２が撮像素子Ｎへ結像する。

図１７（ａ）は、実施形態３における、光学素子Ｌ１と絞りＳと遮光板Ｒの断面図である。遮光板制御部Ｔにて操作された遮光板Ｒにより、光束Ｂ２は、光束Ｂ１と同様に、絞りＳを通過し、撮像素子Ｎに向けて進んでいる。図１７（ｂ）は、図１７（ａ）の光束Ｂ１および光束Ｂ２が撮像素子Ｎに到達している状態においての、第１のアレイ状光学素子Ｋ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２と撮像素子Ｎの断面図であり、アレイ状光学素子制御部Ｈと信号処理部Ｃ等を模式的に示す図である。第１のアレイ状光学素子Ｋ１の光学要素ＭＬ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＬ２の光軸が、光学要素ＭＬ１と光学要素ＭＬ２の配列ピッチの半ピッチ分ずれた位置合わせとなっているため、光学特性が同じである光束Ｂ１および光束Ｂ２は、受光素子Ｐ１および受光素子Ｐ２に均等に結像でき、信号処理部Ｃを介して、画像Ｉを得ることができる。そのため、実施形態１に記載しているように、被写体距離を測定できないが画素数の多い画像を取得できる。

図１５から図１７にて、被写体距離を測定する機能から、被写体距離を測定できないが画素数の多い画像を取得できる機能への切り替えについて示したが、その逆の機能の切り替えも、本実施形態３の撮像装置Ａにて行うことができる。

図１７での、被写体距離を測定できないが画素数の多い画像を取得できる撮像装置Ａから、遮光板Ｒを動かし光束Ｂ２が遮光され、屈折率変化部Ｅ２の屈折率をｎＥからｎＥ２に操作し、アレイ状光学素子制御部Ｈにて圧電素子Ｗを駆動する。図１８（ａ）は、実施形態３における、光学素子Ｌ１と絞りＳと遮光板Ｒの断面図である。屈折率変化部Ｅ２によって、光学領域Ｄ１を通過する光束Ｂ１と光学領域Ｄ２を通過する光束Ｂ２との被写界深度を異なるようにするために、屈折率変化部Ｅの屈折率をｎＥ２とする。また光学領域Ｄ１を通過した光束Ｂ１は、絞りＳを通過し、光学素子Ｌ１に向けて進んでいることがわかる。しかし、光学領域Ｄ２を通過した光束Ｂ２は、遮光板制御部Ｔにて操作された遮光板Ｒにより、絞りＳを通過後に遮光され、撮像素子Ｎに向けて進まないようになる。図１８（ｂ）は、図１８（ａ）の光束Ｂ２が撮像素子Ｎに到達しない状態においての、第１のアレイ状光学素子Ｋ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２と撮像素子Ｎの断面図であり、アレイ状光学素子制御部Ｈと信号処理部Ｃ等を模式的に示す図である。光束Ｂ１は受光素子Ｐ１に結像され、光束Ｂ２は受光素子Ｐ２に結像されるように、アレイ状光学素子制御部Ｈにて、圧電素子Ｗを駆動する。受光素子Ｐ１から信号処理部Ｃを介して得られる第１の画像Ｉ１の画素値Ｖ１と、受光素子Ｐ２から信号処理部Ｃを介して得られる第２の画像Ｉ２の画素値Ｖ２との差が最大になるとき、アレイ状光学素子制御部Ｈにて、圧電素子Ｗの作動を止める。これにより、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の光学要素ＭＬ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＬ２の光軸が同じ位置に配置される。次に、遮光板Ｒを動かし、光束Ｂ１と光束Ｂ２が撮像素子Ｎへ結像することにより、図１５での被写体距離を測定できる状態になる。

本実施形態３によると、本実施形態１と同様に、光学領域Ｄ２を通過する光束Ｂ２を遮光し、光学領域Ｄ１を通過する光束Ｂ１を撮像素子Ｎへ到達させることと、その光束Ｂ１と受光素子Ｐ１と受光素子Ｐ２から得られる画素値Ｖ１とＶ２を指標として圧電素子Ｗを駆動することで、光学要素ＭＬ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＬ２の光軸が、同じになる位置合わせ、もしくは光学要素ＭＬ１と光学要素ＭＬ２の配列ピッチの半ピッチ分ずれた位置合わせに設定することができる。これにより、被写界深度の異なる画像を同時に取得することにより被写体距離を測定できる機能と、被写体距離を測定できないが画素数の多い画像を取得できる機能の、２つの機能を切り替えることができる。

撮像装置Ａの使用環境における振動、温度や湿度は、光学系に大きな影響を与え、第１のアレイ状光学素子Ｋ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２との位置関係を保つことは難しい。しかし実施形態３を用いることにより、撮像装置Ａが撮影する直前に、光学要素ＭＬ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＬ２の光軸が、同じになる位置合わせ、もしくは光学要素ＭＬ１と光学要素ＭＬ２の配列ピッチの半ピッチ分ずれた位置合わせを行うことができ、被写界深度の異なる画像を同時に取得することにより被写体距離を測定できる機能と、被写体距離を測定できないが画素数の多い画像を取得できる機能を、精度高く発揮することができる。

また、本実施形態３では、光学領域Ｄ２を通過する光束Ｂ２を遮光板Ｒにて遮光した状態で受光素子Ｐ１と受光素子Ｐ２から得られる画素値Ｖ１とＶ２に基づいて圧電素子Ｗを駆動したが、光学領域Ｄ１を通過する光束Ｂ１を遮光板Ｒにて遮光した状態で受光素子Ｐ１と受光素子Ｐ２から得られる画素値Ｖ１とＶ２に基づいて圧電素子Ｗを駆動してもよい。

また、本実施形態３での遮光板Ｒと遮光板制御部Ｔの代わりに、液体遮光板ＲＸを用いてもよい。図１９は、実施形態３における、光学素子Ｌ１と絞りＳと液晶遮光板ＲＸの断面図である。液晶遮光板ＲＸは、液晶遮光層ＲＦと、液晶遮光層ＲＦの被写体側に偏光板ＹＸ１と、液晶遮光層ＲＦの撮像素子Ｎ側に偏光板ＹＸ２とを備えており、液晶遮光層ＲＦに印加電圧があると、偏光板ＹＸ１と偏光板ＹＸ２により限りなく０に近い透過率ｔＲＦ１の液晶遮光板ＲＸとなり、液晶遮光層ＲＦに印加電圧がないと、偏光板ＹＸ１と偏光板ＹＸ２により、限りなく１に近い透過率ｔＲＦの液晶遮光板ＲＸとなる。図１９（ａ）は、図１５における遮光板Ｒと遮光板制御部Ｔの代わりになる液晶遮光板ＲＸと光学素子Ｌ１と絞りＳの断面図である。液晶遮光層ＲＦに印加電圧がないため、液晶遮光板ＲＸの透過率はｔＲＦとなり、光学領域Ｄ２の光束Ｂ２は透過できる。図１９（ｂ）は、図１６における遮光板Ｒと遮光板制御部Ｔの代わりになる液晶遮光板ＲＸと光学素子Ｌ１と絞りＳの断面図である。液晶遮光層ＲＦに印加電圧があるため、液晶遮光板ＲＸの透過率はｔＲＦ１となり、光学領域Ｄ２の光束Ｂ２は遮光される。図１９（ｃ）は、図１７における遮光板Ｒと遮光板制御部Ｔの代わりになる液晶遮光板ＲＸと光学素子Ｌ１と絞りＳの断面図である。液晶遮光層ＲＦに印加電圧がないため、液晶遮光板ＲＸの透過率はｔＲＦとなり、光学領域Ｄ２の光束Ｂ２は透過できる。図１９（ｄ）は、図１８における遮光板Ｒと遮光板制御部Ｔの代わりになる液晶遮光板ＲＸと光学素子Ｌ１と絞りＳの断面図である。液晶遮光層ＲＦに印加電圧があるため、液晶遮光板ＲＸの透過率はｔＲＦ１となり、光学領域Ｄ２の光束Ｂ２は遮光される。

（実施形態４）
本実施形態４は、絞りＳの近傍に遮光板Ｒを設置し、遮光板Ｒと遮光板制御部Ｔとアレイ状光学素子制御部Ｈと撮像素子Ｎと信号処理部Ｃと第１の画像Ｉ１と第２の画像Ｉ２を連動することにより、実施形態２の、ダイナミックレンジの高い画像を取得することの機能と、ダイナミックレンジの高い画像を取得しないが画素数の多い画像を取得できる機能の、２つの機能を切り替える実施形態である。ここでは、本実施形態４において実施形態１と実施形態２と同様の内容についての詳細な説明は省略する。

図２０は、本発明の実施形態３における撮像装置Ａの構成を示す模式図である。実施形態２の撮像装置Ａに、遮光板Ｒと遮光板制御部Ｔとが追加されている。

本発明の実施形態４における撮像装置Ａの作動を示すフローチャートは、実施形態３の図１４と同様である。

図２１から図２４までに後述するが、撮像装置Ａにおいて、ダイナミックレンジの高い画像を取得するために、光学領域を通過した光束を光学領域別に撮像素子の受光素子に分離し結像することが必要であり、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の光学要素ＭＬ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＬ２の光軸を同じにする様に、第１のアレイ状光学素子Ｋ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の相対的な位置合わせが必要となる。また、撮像装置Ａにおいて、ダイナミックレンジの高い画像を取得しないが画素数の多い画像を取得できる機能のために、光線領域を通過した光束を分けることなく撮像素子の受光素子に均等に結像することが必要であり、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の光学要素ＭＬ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＬ２の光軸が、光学要素ＭＬ１と光学要素ＭＬ２の配列ピッチの半ピッチ分ずらす様に、第１のアレイ状光学素子Ｋ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の相対的な位置合わせが必要となる。遮光板Ｒを操作し、受光素子Ｐ１の画素値Ｖ１と受光素子Ｐ２の画素値Ｖ２を信号処理部Ｃにて検出しながら、圧電素子Ｗを駆動することにより、第１のアレイ状光学素子Ｋ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２との相対的な位置合わせをする。

図２１（ａ）は、実施形態４における、光学素子Ｌ１と絞りＳと遮光板Ｒの断面図である。透過率変化部Ｆ２によって、光学領域Ｄ１の透過率ｔＦと光学領域Ｄ２の透過率ｔＦ２は異なる。光学領域Ｄ１を通過した光束Ｂ１および光学領域Ｄ２を通過した光束Ｂ２は、絞りＳを通過し、撮像素子Ｎに向けて進んでいることがわかる。図２１（ｂ）は、図２１（ａ）の状態においての、第１のアレイ状光学素子Ｋ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２と撮像素子Ｎの断面図であり、アレイ状光学素子制御部Ｈと信号処理部Ｃ等を模式的に示す図である。光束Ｂ１は、受光素子Ｐ１へ結像され、光束Ｂ２は受光素子Ｐ２へ結像され、信号処理部Ｃを介して、第１の画像Ｉ１と第２の画像Ｉ２とを得ることができる。そのため、実施形態２と同様に、ダイナミックレンジの高い画像を取得することができる。

次に、遮光板Ｒを動かし、光束Ｂ２が遮光され、透過率変化部Ｆ２を制御し、光学領域Ｄ１の透過率と光学領域Ｄ２の透過率を同じｔＦにし、アレイ状光学素子制御部Ｈにて圧電素子Ｗを駆動する。

図２２（ａ）は、実施形態４における、光学素子Ｌ１と絞りＳと遮光板Ｒの断面図である。透過率変化部Ｆ２によって、光学領域Ｄ１と光学領域Ｄ２の透過率が同じになる。また光学領域Ｄ１を通過した光束Ｂ１は、絞りＳを通過し、光学素子Ｌ１に向けて進んでいることがわかる。しかし、光学領域Ｄ２を通過した光束Ｂ２は、遮光板制御部Ｔにて操作された遮光板Ｒにより、絞りＳを通過後に遮光され、撮像素子Ｎに向けて進まないようになる。図２２（ｂ）は、図２２（ａ）の光束Ｂ２が撮像素子Ｎに到達しない状態においての、第１のアレイ状光学素子Ｋ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２と撮像素子Ｎの断面図であり、アレイ状光学素子制御部Ｈと信号処理部Ｃ等を模式的に示す図である。光束Ｂ１を受光素子Ｐ１および受光素子Ｐ２に結像されるように、アレイ状光学素子制御部Ｈにて、圧電素子Ｗを駆動する。受光素子Ｐ１から信号処理部Ｃを介して得られる第１の画像Ｉ１の画素値Ｖ１と、受光素子Ｐ２から信号処理部Ｃを介して得られる第２の画像Ｉ２の画素値Ｖ２とが同じになるとき、アレイ状光学素子制御部Ｈにて、圧電素子Ｗの作動を止める。これにより、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の光学要素ＭＬ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＬ２の光軸が、光学要素ＭＬ１と光学要素ＭＬ２の配列ピッチの半ピッチ分ずれた位置に配置される。

次に、遮光板Ｒを動かし、光束Ｂ１と光束Ｂ２が撮像素子Ｎへ結像する。

図２３（ａ）は、実施形態４における、遮光板制御部Ｔにて操作された遮光板Ｒにより、光束Ｂ２は、光束Ｂ１と同様に、絞りＳを通過し、撮像素子Ｎに向けて進んでいる。遮光板制御部Ｔにて操作された遮光板Ｒにより、光束Ｂ２は、光束Ｂ１と同様に、絞りＳを通過し、撮像素子Ｎに向けて進んでいる。図２３（ｂ）は、図２３（ａ）の光束Ｂ１および光束Ｂ２が撮像素子Ｎに到達している状態においての、第１のアレイ状光学素子Ｋ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２と撮像素子Ｎの断面図であり、アレイ状光学素子制御部Ｈと信号処理部Ｃ等を模式的に示す図である。第１のアレイ状光学素子Ｋ１の光学要素ＭＬ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＬ２の光軸が、光学要素ＭＬ１と光学要素ＭＬ２の配列ピッチの半ピッチ分ずれた位置合わせとなっているため、光学特性が同じである光束Ｂ１および光束Ｂ２は、受光素子Ｐ１および受光素子Ｐ２に均等に結像でき、信号処理部Ｃを介して、画像Ｉを得られる。そのため、実施形態２に記載しているように、ダイナミックレンジの高い画像を取得しないが画素数の多い画像を取得できる。

図２１から図２３にて、ダイナミックレンジの高い画像を取得できる機能から、ダイナミックレンジの高い画像を取得できないが画素数の多い画像を取得できる機能への切り替えについて示したが、その逆の機能の切り替えも、本実施形態４の撮像装置Ａにて行うことができる。

図２３での、被写体距離を測定できないが画素数の多い画像を取得できる撮像装置Ａから、遮光板Ｒを動かし光束Ｂ２が遮光され、透過率変化部Ｆ２を制御して光学領域Ｄ１と光学領域Ｄ２の透過率を異なるようにし、アレイ状光学素子制御部Ｈにて圧電素子Ｗを駆動する。図２４（ａ）は、実施形態４における、光学素子Ｌ１と絞りＳと遮光板Ｒの断面図である。透過率変化部Ｆ２によって、光学領域Ｄ１を通過する光束Ｂ１と光学領域Ｄ２を通過する光束Ｂ２との透過率を異なるようにするために、光学領域Ｄ２の透過率をｔＦ２とする。また光学領域Ｄ１を通過した光束Ｂ１は、絞りＳを通過し、光学素子Ｌ１に向けて進んでいることがわかる。しかし、光学領域Ｄ２を通過した光束Ｂ２は、遮光板制御部Ｔにて操作された遮光板Ｒにより、絞りＳを通過後に遮光され、撮像素子Ｎに向けて進まないようになる。図２４（ｂ）は、図２４（ａ）の光束Ｂ２が撮像素子Ｎに到達しない状態においての、第１のアレイ状光学素子Ｋ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２と撮像素子Ｎの断面図であり、アレイ状光学素子制御部Ｈと信号処理部Ｃ等を模式的に示す図である。光束Ｂ１は受光素子Ｐ１に結像され、光束Ｂ２は受光素子Ｐ２に結像されるように、アレイ状光学素子制御部Ｈにて、圧電素子Ｗを駆動する。受光素子Ｐ１から信号処理部Ｃを介して得られる第１の画像Ｉ１の画素値Ｖ１と、受光素子Ｐ２から信号処理部Ｃを介して得られる第２の画像Ｉ２の画素値Ｖ２との差が最大になるとき、アレイ状光学素子制御部Ｈにて、圧電素子Ｗの作動を止める。これにより、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の光学要素ＭＬ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＬ２の光軸が同じ位置合わせとなっている。次に、遮光板Ｒを動かし、光束Ｂ１と光束Ｂ２が撮像素子Ｎへ結像することにより、図２１でのダイナミックレンジの高い画像を取得できる。

本実施形態４によると、本実施形態２と同様に、光学領域Ｄ２を通過する光束Ｂ２を遮光し、光学領域Ｄ１を通過する光束Ｂ１を撮像素子Ｎへ到達させることと、その光束Ｂ１と受光素子Ｐ１と受光素子Ｐ２から得られる画素値Ｖ１とＶ２を指標として圧電素子Ｗを駆動することで、光学要素ＭＬ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＬ２の光軸が、同じになる位置合わせ、もしくは光学要素ＭＬ１と光学要素ＭＬ２の配列ピッチの半ピッチ分ずれた位置合わせに設定することができる。これにより、ダイナミックレンジの高い画像を取得することの機能と、ダイナミックレンジの高い画像を取得しないが画素数の多い画像を取得できる機能の、２つの機能を切り替えることができる。

撮像装置Ａの使用環境における振動、温度や湿度は、光学系に大きな影響を与え、第１のアレイ状光学素子Ｋ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２との位置関係を保つことは難しい。しかし実施形態４を用いることにより、撮像装置Ａが撮影する直前に、光学要素ＭＬ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＬ２の光軸が、同じになる位置合わせ、もしくは光学要素ＭＬ１と光学要素ＭＬ２の配列ピッチの半ピッチ分ずれた位置合わせを行うことができ、ダイナミックレンジの高い画像を取得することの機能と、ダイナミックレンジの高い画像を取得しないが画素数の多い画像を取得できる機能を、精度高く発揮することができる。

また、本実施形態４では、光学領域Ｄ２を通過する光束Ｂ２を遮光板Ｒにて遮光した状態で受光素子Ｐ１と受光素子Ｐ２から得られる画素値Ｖ１とＶ２に基づいて圧電素子Ｗを駆動したが、光学領域Ｄ１を通過する光束Ｂ１を遮光板Ｒにて遮光し、受光素子Ｐ１と受光素子Ｐ２から得られる画素値Ｖ１とＶ２からに基づいて圧電素子Ｗを駆動してもよい。

また、本実施形態４では、遮光板Ｒと遮光板制御部Ｔを用いているが、例えば、図２２および図２４での透過率変化部Ｆ２にて、印加電圧を制御することにより、光学領域Ｄ２の透過率を限りなく０に近づけるようにすると、遮光板Ｒにて光束Ｂ２を遮光するのと同等の効果があるため、遮光板Ｒと遮光板制御部Ｔを撮像装置Ａにて用いる必要はない。

また、本実施形態４では、遮光板Ｒと遮光板制御部Ｔの代わりに、実施形態３での液晶遮光板ＲＸを用いてもよい。本実施形態４での液晶遮光板ＲＸとしては、図１９と同様のものを用いればよい。

（実施形態５）
本実施形態５は、実施形態１および実施形態３において、第１のアレイ状光学素子Ｋ１における光学要素ＭＬ１と撮像素子Ｎとの間に液晶層Ｘを設け、印加電圧によって液晶層Ｘの屈折率を変化することにより、被写体距離を測定することの機能と、被写体距離を測定はしないが画素数を上げて撮像できる機能の、２つの機能を切り替える実施形態である。本実施形態５において実施形態１および実施形態３と同様の内容についての詳細な説明は省略する。

図２５は、本発明の実施形態５における撮像装置Ａの作動を示すフローチャートである。第１のアレイ状光学素子Ｋ１における光学要素ＭＬ１と撮像素子Ｎとの間に液晶層Ｘを設けて、液晶層Ｘの屈折率を変化させることにより、第１のアレイ状光学素子Ｋ１のレンズ効果を発現もしくは消滅させるように切り替え、被写体距離を測定することの機能と、被写体距離を測定できないが画素数の多い画像を取得できる機能の切り替えを可能にする。

図２６（ａ）は、実施形態５における、光学素子Ｌ１と絞りＳの断面図である。屈折率変化部Ｅ２によって、光学領域Ｄ１を通過する光束Ｂ１と光学領域Ｄ２を通過する光束Ｂ２との被写界深度は異なる。図２６（ｂ）は、第１のアレイ状光学素子Ｋ１と撮像素子Ｎと液晶層Ｘの断面図であり、信号処理部Ｃ等を模式的に示す図である。また、液晶層Ｘは、印加電圧のある時には屈折率ｎＸ１となり、印加電圧のない時には屈折率ｎＸであり、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の屈折率はｎＸである。なお、液晶層Ｘの屈折率と第１のアレイ状光学素子Ｋ１の屈折率とは必ずしも完全に一致していなくてもよい。例えば、印加電圧のばらつきなどを考慮すると、電圧を印加したときの液晶層Ｘの屈折率が、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の屈折率の９８．８％以上１０１．２％以下であってもよい。

第１のアレイ状光学素子Ｋ１の屈折率と液晶層Ｘの屈折率を互いに異なるようにするために、印加電圧にて屈折率ｎＸ１の液晶層Ｘにする。光学要素ＭＬ１と液晶層Ｘとの間には屈折率の差が生じるため、アレイ状光学素子Ｋにレンズ効果を発現させることができ、光学領域Ｄ１を通過した光束Ｂ１は、撮像素子Ｎの受光素子Ｐ１へ結像され、光学領域Ｄ２を通過した光束Ｂ２は、撮像素子Ｎの受光素子Ｐ２へ結像され、信号処理部Ｃを介して、第１の画像Ｉ１と第２の画像Ｉ２とを得ることができる。そのため、実施形態１と同様に、被写体距離を測定することができる。

次に、屈折率変化部Ｅ２の屈折率ｎＸに変化させる。

図２７（ａ）は、実施形態１における光学素子Ｌ１と絞りＳの断面図である。屈折率変化部Ｅ２によって、光学領域Ｄ１を通過する光束Ｂ１と光学領域Ｄ２を通過する光束Ｂ２との被写界深度は同じになる。図２７（ｂ）は、第１のアレイ状光学素子Ｋ１と撮像素子Ｎと液晶層Ｘの断面図であり、信号処理部Ｃ等を模式的に示す図である。第１のアレイ状光学素子Ｋ１の屈折率と液晶層Ｘの屈折率は同じｎＸであるために、アレイ状光学素子Ｋのレンズ効果を消滅することができるため、光学領域Ｄ１を通過した光束Ｂ１および光学領域Ｄ２を通過した光束Ｂ２は、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の光学要素ＭＬ１の影響を受けずに、マイクロレンズＭｓによって、撮像素子Ｎの受光素子Ｐ１と受光素子Ｐ２へと結像され、信号処理部Ｃを介して、画像Ｉを得ることができる。そのため、実施形態１に記載しているように、被写体距離を測定はしないが画素数の多い画像を取得できる。

本実施形態５は、液晶層Ｘの屈折率をｎＸ１にすることにより、光学領域Ｄ１を通過する光束Ｂ１を撮像素子Ｎの受光素子Ｐ１へ結像し、光学領域Ｄ２を通過する光束Ｂ２を撮像素子Ｎの受光素子Ｐ２へ結像する。これは、液晶層Ｘの屈折率を、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の屈折率ｎＸは異なるものとすることにより、第１のアレイ状光学素子Ｋ１における光学要素ＭＬ１のレンズ面によって光束を振り分けることができるためである。また、液晶層Ｘの屈折率をｎＸにして、第１のアレイ状光学素子Ｋ１と同じ屈折率にすることにより、光学領域Ｄ１を通過する光束Ｂ１と光学領域Ｄ２を通過する光束Ｂ２とを撮像素子Ｎの受光素子Ｐ１と受光素子Ｐ２へと結像する。これにより、第１のアレイ状光学素子Ｋ１における光学要素ＭＬ１のレンズ効果を消滅させることができる。よって、本実施形態５によると、被写体距離を測定することの機能と、被写体距離を測定はしないが画素数の多い画像を取得できる機能の、２つの機能を切り替えることができる。

実施形態５によると、第１のアレイ状光学素子Ｋ１を固定し、液晶層Ｘの屈折率を操作することにより、第１のアレイ状光学素子Ｋ１のレンズ効果を発現もしくは消滅することができるため、実施形態１および３と比べて、圧電素子Ｗやアレイ状光学素子制御部Ｈを設ける必要がなく撮像装置Ａを小型にすることができる。

また、本実施形態５では、撮像装置Ａにおいて、被写体距離を測定することの機能から、被写体距離を測定はしないが画素数の多い画像を取得できる機能への切り替えを示した。撮像装置Ａにおいて、画素数を上げて撮像できる機能から、画素数は下がるが被写体距離を測定することの機能への切り替えも、本実施形態５の図２５のフローチャートのように、屈折率変化部Ｅ２と液晶層Ｘを操作することにより、行う事ができる。

（実施形態６）
本実施形態６は、実施形態２および実施形態４において、第１のアレイ状光学素子Ｋにおける光学要素ＭＬ１と撮像素子Ｎとの間に液晶層Ｘを設け、印加電圧によって液晶層Ｘの屈折率を変化することにより、ダイナミックレンジの高い画像を取得することの機能と、ダイナミックレンジの高い画像を取得しないが画素数の多い画像を取得できる機能の、２つの機能を切り替える実施形態である。本実施形態６において実施形態２および実施形態４と同様の内容についての詳細な説明は省略する。

本発明の実施形態６における撮像装置Ａの作動を示すフローチャートは、実施形態５の図２５と同様である。第１のアレイ状光学素子Ｋ１における光学要素ＭＬ１と撮像素子Ｎとの間に液晶層Ｘを設けて、液晶層Ｘの屈折率を変化させることにより、第１のアレイ状光学素子Ｋ１のレンズ効果を発現もしくは消滅させるように切り替え、ダイナミックレンジの高い画像を取得することの機能とダイナミックレンジの高い画像を取得しないが画素数の多い画像を取得できる機能の切り替えを可能にする。

図２８（ａ）は、実施形態６における、光学素子Ｌ１と絞りＳの断面図である。透過率変化部Ｆ２により、光学領域Ｄ１と光学領域Ｄ２の透過率は異なる。図２８（ｂ）は、第１のアレイ状光学素子Ｋ１と撮像素子Ｎと液晶層Ｘの断面図であり、信号処理部Ｃ等を模式的に示す図である。また、液晶層Ｘは、印加電圧のある時には屈折率ｎＸ１となり、印加電圧のない時には屈折率ｎＸであり、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の屈折率の屈折率はｎＸである。

第１のアレイ状光学素子Ｋ１の屈折率と液晶層Ｘの屈折率を互いに異なるようにするために、印加電圧にて屈折率ｎＸ１の液晶層Ｘにする。光学要素ＭＬ１と液晶層Ｘとの間には屈折率の差が生じるため、アレイ状光学素子Ｋにレンズ効果を発現させることができ、光学領域Ｄ１を通過した光束Ｂ１は、撮像素子Ｎの受光素子Ｐ１へ結像され、光学領域Ｄ２を通過した光束Ｂ２は、撮像素子Ｎの受光素子Ｐ２へ結像され、信号処理部Ｃを介して、第１の画像Ｉ１と第２の画像Ｉ２とを得ることができる。そのため、実施形態２と同様に、ダイナミックレンジの高い画像を取得することができる。

次に、屈折率変化部Ｅ２の屈折率ｎＸに変化させる。

図２９（ａ）は、実施形態６における光学素子Ｌ１と絞りＳの断面図である。透過率変化部Ｆ２により、光学領域Ｄ１と光学領域Ｄ２の透過率は同じになる。図２９（ｂ）は、第１のアレイ状光学素子Ｋ１と撮像素子Ｎと液晶層Ｘの断面図であり、信号処理部Ｃ等を模式的に示す図である。第１のアレイ状光学素子Ｋ１の屈折率と液晶層Ｘの屈折率は同じｎＸであるために、アレイ状光学素子Ｋのレンズ効果を消滅することができるため、光学領域Ｄ１を通過した光束Ｂ１および光学領域Ｄ２を通過した光束Ｂ２は、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の光学要素ＭＬ１の影響を受けずに、マイクロレンズＭｓによって、撮像素子Ｎの受光素子Ｐ１と受光素子Ｐ２へと結像され、信号処理部Ｃを介して、画像Ｉを得ることができる。そのため、実施形態２に記載しているように、ダイナミックレンジの高い画像を取得しないが画素数の多い画像を取得できる。

本実施形態６は、液晶層Ｘの屈折率をｎＸ１にすることにより、光学領域Ｄ１を通過する光束Ｂ１を撮像素子Ｎの受光素子Ｐ１へ結像し、光学領域Ｄ２を通過する光束Ｂ２を撮像素子Ｎの受光素子Ｐ２へ結像する。これは、液晶層Ｘの屈折率を、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の屈折率ｎＸとは異なるものとすることにより、第１のアレイ状光学素子Ｋ１における光学要素ＭＬ１のレンズ面によって光束を振り分けることができるためである。また、液晶層Ｘの屈折率をｎＸにして、第１のアレイ状光学素子Ｋ１と同じ屈折率にすることにより、光学領域Ｄ１を通過する光束Ｂ１と光学領域Ｄ２を通過する光束Ｂ２とを撮像素子Ｎの受光素子Ｐ１と受光素子Ｐ２へと結像する。これにより、アレイ状光学素子Ｋにおける光学要素ＭＬ１のレンズ効果を消滅させることができる。よって、本実施形態６によると、ダイナミックレンジの高い画像を取得することの機能と、ダイナミックレンジの高い画像を取得しないが画素数の多い画像を取得できる機能の、２つの機能を切り替えることができる。

実施形態６によると、撮像装置Ａにおいて、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の光学要素ＭＬ１を固定し、液晶層Ｘの屈折率を操作することにより、第１のアレイ状光学素子Ｋ１のレンズ効果を発現もしくは消滅することができるため、実施形態２および４と比べて、圧電素子Ｗやアレイ状光学素子制御部Ｈを設ける必要がなく撮像装置Ａを小型にすることができる。

また、本実施形態６では、撮像装置Ａにおいて、ダイナミックレンジの高い画像を取得することの機能から、ダイナミックレンジの高い画像を取得しないが画素数の多い画像を取得できる機能への切り替えを示した。画素数を上げて撮像できる機能から、画素数は下がるがダイナミックレンジの高い画像を取得することの機能への切り替えも、本実施形態５の図２５のフローチャートのように、透過率変化部Ｆ２と液晶層Ｘを操作することにより、行う事ができる。

（その他の実施形態）
なお、実施形態１と３と５においては、光学素子Ｌ１に設けた領域の数は２以上であってもよい。以下、実施形態１と３と５に記載の光学素子Ｌ１について記述する。

図３０（ａ）は、光学素子Ｌ１を被写体側から見た正面図であり、光軸Ｖを境界中心として上下と左右に４分割された光学領域Ｄ１、光学領域Ｄ２、光学領域Ｄ３、および光学領域Ｄ４に分けられている。またＳは、絞りを示している。図３０（ｂ）は、光学素子Ｌ１を上側からみた断面図であり、光学領域Ｄ２と光学領域Ｄ１は光軸Ｖを境界中心として左右に２分割されており、光学領域Ｄ２の中に、屈折率変化部Ｅ２が設けられている。図３０（ｃ）は、光学素子Ｌ１を下側からみた断面図であり、光学領域Ｄ３とＤ４は光軸Ｖを境界中心として左右に２分割されており、光学領域Ｄ３の中に屈折率変化部Ｅ３が設けられており、また光学領域Ｄ４の中に屈折率変化部Ｅ４が設けられている。例えば、屈折率変化部Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４は同じ液晶材料から形成されており、光学領域Ｄ１を構成している光学材料と各々異なる屈折率ｎＥ２、ｎＥ３、ｎＥ４となるように、各々異なる印加電圧を屈折率変化部Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４に与える。一方、印加電圧がない場合には、屈折率変化部Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４は光学領域Ｄ１を構成している光学材料と同じ屈折率のｎＥとなる。図３０（ｂ）と図３０（ｃ）では、各々異なる印加電圧を屈折率変化部Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４に与え、光学領域Ｄ１を構成している光学材料と各々異なる屈折率ｎＥ２、ｎＥ３、ｎＥ４となり、また屈折率変化部Ｅ２と屈折率変化部Ｅ３と屈折率変化部Ｅ４は、光学素子Ｌ１中にて互いに異なる非球面の界面を有しているため、光学領域Ｄ１を通過する光束Ｂ１と、光学領域Ｄ２を通過する光束Ｂ２と、光学領域Ｄ３を通過する光束Ｂ３と、光学領域Ｄ４を通過する光束Ｂ４の被写界深度は互いに異なる。図３０（ｄ）は、光学素子Ｌ１を上側からみた断面図であり、光学領域Ｄ２と光学領域Ｄ１は光軸Ｖを境界中心として左右に２分割されており、光学領域Ｄ２の中に、屈折率変化部Ｅ２が設けられている。図３０（ｅ）は、光学素子Ｌ１を下側からみた断面図であり、光学領域Ｄ３とＤ４は光軸Ｖを境界中心として左右に２分割されており、光学領域Ｄ３の中に屈折率変化部Ｅ３が設けられており、また領域Ｄ４の中に屈折率変化部Ｅ４が設けられている。図３０（ｄ）と図３０（ｅ）では、屈折率変化部Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４には印加電圧がなく、屈折率変化部Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４は光学領域Ｄ１を構成している光学材料と各々同じ屈折率ｎＥとなっており、また、屈折率変化部Ｅ２と屈折率変化部Ｅ３と屈折率変化部Ｅ４は、互いに異なる非球面の界面を有しているが、光学素子Ｌ１内は全て同じ屈折率ｎＥになっているために、光学領域Ｄ１を通過する光束Ｂ１と、光学領域Ｄ２を通過する光束Ｂ２と、光学領域Ｄ３を通過する光束Ｂ３と、光学領域Ｄ４を通過する光束Ｂ４の被写界深度は全て同じになる。

なお、実施形態２と４と６においては、光学素子Ｌ１に設けた領域の数は２以上であってもよい。以下、実施形態２と４と６に記載の光学素子Ｌ１について記述する。

図３１は、光学素子Ｌ１に設けた領域の数を４とし、図３１（ａ）は、光学素子Ｌ１を被写体側から見た正面図である。光学素子Ｌ１は、光軸Ｖを境界中心として上下と左右に４分割されて、光学領域Ｄ１、光学領域Ｄ２、光学領域Ｄ３、および光学領域Ｄ４に分けられている。またＳは、絞りを示している。図３１（ｂ）は、光学素子Ｌ１を上側からみた断面図であり、光学領域Ｄ２と光学領域Ｄ１は光軸Ｖを境界中心として左右に２分割されており、光学領域Ｄ２の中に、透過率変化部Ｆ２が設けられている。図３１（ｃ）は、光学素子Ｌ１を下側からみた断面図であり、光学領域Ｄ３とＤ４は光軸Ｖを境界中心として左右に２分割されており、光学領域Ｄ３の中に透過率変化部Ｆ３が設けられており、また領域Ｄ４の中に透過率変化部Ｆ４が設けられている。例えば、透過率変化部Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４は同じ液晶材料から形成されており、偏光板Ｙ１と偏光板Ｙ２により、光学領域Ｄ１と光学領域Ｄ２と光学領域Ｄ３と光学領域Ｄ４の透過率は各々異なり、透過率ｔＦと透過率ｔＦ２と透過率ｔＦ３と透過率ｔＦ４となるように、各々異なる印加電圧を屈折率変化部Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４に与える。一方、透過率変化部Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４に印加電圧がない場合、偏光板Ｙ１と偏光板Ｙ２により、光学領域Ｄ１と光学領域Ｄ２と光学領域Ｄ３と光学領域Ｄ４の透過率は同じ透過率ｔＦとなる。図３１（ｂ）と図３１（ｃ）では、各々異なる印加電圧を屈折率変化部Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４に与え、光学領域Ｄ１と光学領域Ｄ２と光学領域Ｄ３と光学領域Ｄ４の透過率は各々異なり、透過率ｔＦと透過率ｔＦ２と透過率ｔＦ３と透過率ｔＦ４となる。図３１（ｄ）は、光学素子Ｌ１を上側からみた断面図であり、光学領域Ｄ２と光学領域Ｄ１は光軸Ｖを境界中心として左右に２分割されており、光学領域Ｄ２の中に、透過率変化部Ｆ２が設けられている。図３１（ｅ）は、光学素子Ｌ１を下側からみた断面図であり、光学領域Ｄ３とＤ４は光軸Ｖを境界中心として左右に２分割されており、光学領域Ｄ３の中に透過率変化部Ｆ３が設けられている、また光学領域Ｄ４の中に透過率変化部Ｆ４が設けられている。図３１（ｄ）と図３１（ｅ）では、透過率変化部Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４には印加電圧がなく、光学領域Ｄ１を構成している光学材料と各々同じ透過率ｔＦとなっており、光学領域Ｄ１を通過する光束Ｂ１と、光学領域Ｄ２を通過する光束Ｂ２と、光学領域Ｄ３を通過する光束Ｂ３と、光学領域Ｄ４を通過する光束Ｂ４の透過率は、全て同じになる。

なお、実施形態１から６は、光学素子Ｌ１に設けた領域の数は２以上であってもよい。以下、光学素子Ｌ１に設けた領域の数を４とし、図３０と図３１に記載のとおりに、光学素子Ｌ１に光学領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４を設けていることを前提として、実施形態１から６に記載の第１のアレイ状光学素子Ｋ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２について記述する。

図３２（ａ）は、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の斜視図である。第１のアレイ状光学素子Ｋ１には、光学要素ＭＡ１が格子状に配置されている。それぞれの光学要素ＭＡ１の断面（縦方向および横方向それぞれの断面）は円弧状である。このように、光学要素ＭＡ１はマイクロレンズであり、第１のアレイ状光学素子Ｋ１は、マイクロレンズアレイとなっている。図３２（ｂ）は、第２のアレイ状光学素子Ｋ２と撮像素子Ｎの斜視図である。第２のアレイ状光学素子Ｋ２には、光学要素ＭＡ２が格子状に配置されている。それぞれの光学要素ＭＡ２の断面（縦方向および横方向それぞれの断面）は円弧状である。このように、光学要素ＭＡ２はマイクロレンズであり、第２のアレイ状光学素子Ｋ２は、マイクロレンズアレイとなっている。撮像素子Ｎに付随するマイクロレンズＭｓの２つの円弧分に対して、第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＡ２の円弧１つが存在する。撮像面には、マイクロレンズＭｓに対して、受光素子Ｐが配置している。また、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の表面にある光学要素ＭＡ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の表面にあるＭＡ２は同じ構造を持っている。

なお、実施形態１から４は、光学素子Ｌ１に設けた領域の数は２以上であってもよい。以下、光学素子Ｌ１に設けた領域の数を４とし、図３０、図３１および図３２に示したとおりに、光学素子Ｌ１に光学領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４を設けていることを前提とし、実施形態１から４に記載のアレイ状光学素子Ｋと撮像素子Ｎについて記述する。

図３３（ａ）は、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の光学要素ＭＡ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＡ２の光軸が同じ場合における、第１のアレイ状光学素子Ｋ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の拡大断面図である。光学領域Ｄ１を通過した光束Ｂ１は、光学要素ＭＡ１と光学要素ＭＡ２とマイクロレンズＭｓにて、撮像素子Ｎにある受光素子Ｐ１に結像し、また領域Ｄ４を通過した光束Ｂ４は、光学要素ＭＡ１と光学要素ＭＡ２とマイクロレンズＭｓにて、撮像素子Ｎにある受光素子Ｐ４に結像する。図３３（ａ）には記載していないが、光学領域Ｄ２を通過した光束Ｂ２は、撮像素子Ｎにある受光素子Ｐ２に結像し、光学領域Ｄ３を通過した光束Ｂ３は、撮像素子Ｎにある受光素子Ｐ３に結像する。図３３（ｂ）は、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の光学要素ＭＡ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＡ２の光軸が、同じ場合における、第１のアレイ状光学素子Ｋ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２と撮像素子Ｎを被写体側から見た正面図である。光学領域Ｄ１を通過した光束Ｂ１は、受光素子Ｐ１へ結像し、領域Ｄ４を通過した光束Ｂ４は、受光素子Ｐ４へ結像し、光学領域Ｄ２を通過した光束Ｂ２は、受光素子Ｐ２へ結像し、光学領域Ｄ３を通過した光束Ｂ３は、受光素子Ｐ３へ結像する。

図３４（ａ）は、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の光学要素ＭＡ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＡ２の光軸が、光学要素ＭＡ１と光学要素ＭＡ２の配列ピッチの半ピッチ分ずれている場合における、第１のアレイ状光学素子Ｋ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の拡大断面図である。光学領域Ｄ１を通過した光束Ｂ１は、光学要素ＭＡ１光学要素ＭＡ２とマイクロレンズＭｓにて、撮像素子Ｎにある受光素子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４に結像し、また領域Ｄ４を通過した光束Ｂ４も同様に、光学要素ＭＬ１と光学要素ＭＬ２とマイクロレンズＭｓにて、撮像素子Ｎになる受光素子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４に結像する。図３４（ａ）には記載していないが、光学領域Ｄ２およびＤ３を通過した光束Ｂ２とＢ３も同様に、受光素子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４に結像する。図３４（ｂ）は、第１のアレイ状光学素子Ｋ１の光学要素ＭＡ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＡ２の光軸が、光学要素ＭＡ１と光学要素ＭＡ２の配列ピッチの半ピッチ分ずれている場合での、第１のアレイ状光学素子Ｋ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２と撮像素子Ｎを被写体側から見た正面図である。光学領域Ｄ１を通過した光束Ｂ１と、光学領域Ｄ２を通過した光束Ｂ２と、光学領域Ｄ３を通過した光束Ｂ３と、領域Ｄ４を通過した光束Ｂ４は、受光素子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４へ結像する。

なお、実施形態１から６は、光学素子Ｌ１に設けた領域の数は２以上であってもよい。以下、光学素子Ｌ１に設けた領域の数を４とし、実施形態１から６に記載の撮像素子Ｎと信号処理部Ｃから得られる画像について記述する。

図３５（ａ）は、撮像素子Ｎを被写体側から見た正面図である。撮像素子Ｎにおいて、受光素子Ｐ１は、撮像素子Ｎでの奇数行・偶数列にあたる画素であり、受光素子Ｐ２は、撮像素子Ｎでの偶数行・偶数列にあたる画素であり、受光素子Ｐ３は、撮像素子Ｎでの偶数行・奇数列にあたる画素であり、受光素子Ｐ４は、撮像素子Ｎでの奇数行・奇数列にあたる画素である。図３５（ｂ）は、撮像素子Ｎから得られた信号を信号処理部Ｃにて、撮像素子Ｎの奇数行・偶数列を抽出した受光素子Ｐ１から作成される第１の画像Ｉ１であり、図３５（ｃ）は、撮像素子Ｎの偶数行・偶数列を抽出した受光素子Ｐ２から作成される第２の画像Ｉ２であり、図３５（ｄ）は、撮像素子Ｎの偶数行・奇数列を抽出した受光素子Ｐ３から作成される第３の画像Ｉ３であり、図３５（ｅ）は、撮像素子Ｎの奇数行・奇数列を抽出した受光素子Ｐ４から作成される第４の画像Ｉ４である。図３５（ｆ）は、撮像素子Ｎから得られた信号を信号処理部Ｃにて、全画素を抽出した画像Ｉである。第１の画像Ｉ１と第２の画像Ｉ２と第３の画像Ｉ３と第４の画像Ｉ４の画素数は、画像Ｉの画素数よりも１／４に低下していることがわかる。

屈折率変化部Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４の屈折率を、光学領域Ｄ１を構成している光学材料とは各々異なる屈折率ｎＥ２、ｎＥ３、ｎＥ４となるようにし、光学領域Ｄ１と光学領域Ｄ２と光学領域Ｄ３と光学領域Ｄ４の被写界深度が異なるようにし、かつ第１のアレイ状光学素子Ｋ１の光学要素ＭＡ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＡ２の光軸が、同じ場合では、光学領域を通過した光束を、光学領域別に撮像素子の受光素子に分離し結像することができる。そのため、撮像素子Ｎから得られた信号を信号処理部Ｃにて、図３５（ｂ）から図３５（ｅ）のように、第１の画像Ｉ１と第２の画像Ｉ２と第３の画像Ｉ３と第４の画像Ｉ４を同時に得ることができ、第１の画像Ｉ１と第２の画像Ｉ２と第３の画像Ｉ３と第４の画像Ｉ４の鮮鋭度により、被写体距離を測定することができる。

屈折率変化部Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４の屈折率を、光学領域Ｄ１を構成している光学材料と同じ屈折率ｎＥとなるようにし、光学領域Ｄ１と光学領域Ｄ２と光学領域Ｄ３と光学領域Ｄ４の被写界深度が同じようにし、かつ第１のアレイ状光学素子Ｋ１の光学要素ＭＡ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＡ２の光軸が、光学要素ＭＡ１と光学要素ＭＡ２の配列ピッチの半ピッチ分ずれている場合では、光線領域を通過した光束を分けることなく、撮像素子の受光素子に均等に結像することができる。そのため、被写体距離を測定することはできないが、第１の画像Ｉ１や第２の画像Ｉ２や第３の画像Ｉ３や第４の画像Ｉ４よりも４倍画素数の多い画像Ｉを取得することができる。

これらの光学素子Ｌ１にて領域を４つ設けている状態においては、実施形態１と３と５での、光学素子Ｌ１にて領域を２つ設けている状態よりも、異なる光学特性を有する画像が多く取得できるため、被写体距離の測定において、測定誤差を低減することができる。

透過率変化部Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４の透過率を、光学領域Ｄ１と光学領域Ｄ２と光学領域Ｄ３と光学領域Ｄ４の透過率を各々透過率ｔＦと透過率ｔＦ２と透過率ｔＦ３と透過率ｔＦ４と異ならせるようにし、光学領域Ｄ１と光学領域Ｄ２と光学領域Ｄ３と光学領域Ｄ４の透過率が異なるようにし、かつ第１のアレイ状光学素子Ｋ１の光学要素ＭＡ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＡ２の光軸が、同じ場合では、光学領域を通過した光束を、光学領域別に撮像素子の受光素子に分離し結像することができる。そのため、撮像素子Ｎから得られた信号を信号処理部Ｃにて、図３５（ｂ）から図３５（ｅ）のように、第１の画像Ｉ１と第２の画像Ｉ２と第３の画像Ｉ３と第４の画像Ｉ４を同時に得ることができ、受光素子Ｐ１の画素値Ｖ１と受光素子Ｐ２の画素値Ｖ２と受光素子Ｐ３の画素値Ｖ３と受光素子Ｐ４の画素値Ｖ４から、ダイナミックレンジの高い画像を取得することができる。

透過率変化部Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４の透過率を、光学領域Ｄ１と光学領域Ｄ２と光学領域Ｄ３と光学領域Ｄ４の透過率を各々同じ透過率ｔＦにし、光学領域Ｄ１と光学領域Ｄ２と光学領域Ｄ３と光学領域Ｄ４の透過率が同じになるようにしかつ第１のアレイ状光学素子Ｋ１の光学要素ＭＡ１と第２のアレイ状光学素子Ｋ２の光学要素ＭＡ２の光軸が、光学要素ＭＡ１と光学要素ＭＡ２の配列ピッチの半ピッチ分ずれている場合では、光線領域を通過した光束を分けることなく、撮像素子の受光素子に均等に結像することができる。そのため、ダイナミックレンジの高い画像を取得することはできないが、第１の画像Ｉ１や第２の画像Ｉ２や第３の画像Ｉ３や第４の画像Ｉ４よりも４倍画素数の多い画像Ｉを取得することができる。

これらの光学素子Ｌ１にて領域を４つ設けている状態においては、実施形態２と４と６での、光学素子Ｌ１にて領域を２つ設けている状態よりも、異なる光学特性を有する画像が多く取得できるため、ダイナミックレンジの高い画像を撮影する場合において、より白飛びおよび黒つぶれしない画像を取得することができる。

本発明にかかる撮像装置は、製品検査用のカメラ、監視カメラ、情報端末やロボット等の画像入力用カメラ、など産業用カメラとして有用である。また、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等に用いる撮像装置としても用いることは可能である。

Ａ 撮像装置
Ｌ レンズ光学系
Ｌ１ 光学素子
Ｙ１、Ｙ２ 偏光板
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４ 光学領域
Ｂ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４ 光束
Ｅ２、Ｅ３，Ｅ４ 屈折率変化部
ｎＥ、ｎＥ２、ｎＥ３、ｎＥ４ 光学素子Ｌ１での屈折率
Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４ 透過率変化部
ｔＦ、ｔＦ２、ｔＦ３、ｔＦ４ 光学領域Ｄでの透過率
Ｓ 絞り
Ｒ 遮光板
Ｔ 遮光板制御部
ＲＸ 液晶遮光板
ＲＦ 液晶遮光層
ＹＸ１、ＹＸ２ 液晶遮光板の偏光板
Ｌ２ レンズ
Ｋ アレイ状光学素子
Ｋ１ 第１のアレイ状光学素子
Ｋ２ 第２のアレイ状光学素子
ＭＬ１、ＭＬ２ 光学要素 レンチキュラレンズ
ＭＡ１、ＭＡ２ 光学要素 マイクロレンズ
Ｈ アレイ状光学素子制御部
Ｗ 圧電素子
ｗ１、ｗ２ 圧電素子長さ
Ｊ 台座
Ｘ 液晶層
ｎＸ，ｎＸ１ 液晶層の屈折率
Ｍｓ 撮像素子上のマイクロレンズ
Ｎ 撮像素子
Ｎｉ 撮像面
Ｐ、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４ 撮像素子上の受光素子
Ｇ，Ｇ１、Ｇ２ 鮮鋭度
Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４ 画素値
Ｃ 信号処理部
Ｉ、Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４ 画像

Claims (25)

1. 光学特性が互いに異なる状態と同じ状態とが切り替わる第１の光学領域と第２の光学領域とを有するレンズ光学系と、
   複数の第１の画素と複数の第２の画素とを有し、前記レンズ光学系からの光を電気信号に変換する撮像素子と、
   前記レンズ光学系と前記撮像素子との間に配置され、前記レンズ光学系を通過した光を前記複数の第１の画素または前記複数の第２の画素に入射させる第１のアレイ状光学素子と、
   を備え、
   前記第１の光学領域および前記第２の光学領域が互いに異なる光学特性を有する場合に、
   前記第１のアレイ状光学素子によって、前記第１の光学領域を通過した光を前記複数の第１の画素に、前記第２の光学領域を通過した光を前記複数の第２の画素に入射させ、
   前記第１の光学領域および前記第２の光学領域が互いに同じ光学特性を有する場合に、
   前記第１のアレイ状光学素子によって、前記第１の光学領域および前記第２の光学領域を通過した光のそれぞれを、前記複数の第１の画素および前記複数の第２の画素に入射させる、撮像装置。
2. 第２のアレイ状光学素子をさらに備え、
   前記第１、第２のアレイ状光学素子の表面には、それぞれ、複数の光学要素が配置され、
   前記第１のアレイ状光学素子において前記複数の光学要素が形成されている面と、前記第２のアレイ状光学素子において前記複数の光学要素が形成されている面とは対向している、請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記第１のアレイ状光学素子または前記第２のアレイ状光学素子の光軸と垂直な方向の位置を制御するアレイ状光学素子制御部をさらに備え、
   前記アレイ状光学素子制御部によって、前記第１のアレイ状光学素子における前記複数の光学要素の光軸と前記第２のアレイ状光学素子における前記複数の光学要素の光軸とが略一致することにより、前記第１の光学領域を通過した光を前記複数の第１の画素に、前記第２の光学領域を通過した光を前記複数の第２の画素に入射させ、
   前記アレイ状光学素子制御部によって、前記第１のアレイ状光学素子における前記複数の光学要素の光軸と前記第２のアレイ状光学素子における前記複数の光学要素の光軸とが前記複数の光学要素の周期の略半分だけずれることにより、前記第１の光学領域および前記第２の光学領域を通過した光のそれぞれを、前記複数の第１の画素および前記複数の第２の画素に入射させる、請求項２に記載の撮像装置。
4. 遮光板と、前記遮光板の配置を切り替える遮光板制御部と、をさらに備え、
   前記遮光板制御部は、前記遮光板を、前記第１の光学領域および前記第２の光学領域のいずれか一方に入射した光を遮る遮光位置に配置し、
   前記遮光位置に前記遮光板が配置された状態で、前記アレイ状光学素子制御部は、前記複数の第１の画素のうちの少なくとも１つの画素によって得られた画素値Ｖ１および前記複数の第２の画素のうちの少なくとも１つの画素によって得られた画素値Ｖ２に基づいて、前記第１のアレイ状光学素子および前記第２のアレイ状光学素子の位置を決定し、
   前記遮光板制御部は、前記第１のアレイ状光学素子と前記第２のアレイ状光学素子の位置が決定された後、前記遮光板を遮光位置とは異なる位置に配置する、請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記第１の光学領域および前記第２の光学領域のいずれか一方からの光が入射する位置に配置され、第１の光学領域および前記第２の光学領域のいずれか一方からの光を遮る遮光状態と透過する透過状態とが切り替わる液晶遮光板をさらに備え、
   前記遮光状態において、前記アレイ状光学素子制御部は、前記複数の第１の画素のうちの少なくとも１つの画素によって得られた画素値Ｖ１および前記複数の第２の画素のうちの少なくとも１つの画素によって得られた画素値Ｖ２に基づいて、前記第１のアレイ状光学素子および前記第２のアレイ状光学素子の位置を決定し、
   前記第１のアレイ状光学素子と前記第２のアレイ状光学素子の位置が決定された後、前記液晶遮光板を前記透過状態にする、請求項３に記載の撮像装置。
6. 前記アレイ状光学素子制御部は、前記画素値Ｖ１と前記画素値Ｖ２との差が最大になるように、前記第１のアレイ状光学素子および前記第２のアレイ状光学素子の位置を決定する、請求項４または５に記載の撮像装置。
7. 前記アレイ状光学素子制御部は、前記画素値Ｖ１と前記画素値Ｖ２とが略等しくなるように、前記第１のアレイ状光学素子と前記第２のアレイ状光学素子の位置を決定する、請求項４または５に記載の撮像装置。
8. 前記第１のアレイ状光学素子と前記撮像素子との間に液晶層を有し、
   前記液晶に印加する電圧によって、前記アレイ状光学素子と前記液晶層との屈折率が略等しい状態と異なる状態とが切り替わり、
   前記屈折率が異なる状態において、前記第１の光学領域を通過した光を前記複数の第１の画素に、前記第２の光学領域を通過した光を前記複数の第２の画素に入射させ、
   前記屈折率が略等しい状態において、前記第１の光学領域および前記第２の光学領域を通過した光のそれぞれを、前記複数の第１の画素と前記複数の第２の画素に入射させる、請求項１に記載の撮像装置。
9. 前記第１の光学領域および前記第２の光学領域のいずれか一方には液晶材料から形成されている液晶部が配置され、前記液晶部に印加する電圧によって、光学特性が互いに異なる状態と同じ状態とが切り替わる、請求項１に記載の撮像装置。
10. 前記レンズ光学系は絞りをさらに有し、前記第１の光学領域および前記第２の光学領域は、前記絞り近傍に存在する、請求項１から９のいずれかに記載の撮像装置。
11. 前記光学素子の前記第１の光学領域と前記第２の光学領域においては、合焦特性を互いに異ならせる状態と同じにする状態とが切り替わる、請求項１から１０のいずれかに記載の撮像装置。
12. 信号処理部をさらに備え、
    前記信号処理部は、前記第１の光学領域および前記第２の光学領域が互いに異なる光学特性を有する場合に、前記複数の第１の画素において得られた前記第１の画像および前記複数の第２の画素において得られた前記第２の画像の輝度情報を用いて、被写体までの距離を算出する、請求項１１に記載の撮像装置。
13. 前記第１の光学領域および前記第２の光学領域が互いに異なる光学特性を有する場合であって、被写体距離がある一定の範囲内にある場合、前記第１の光学領域に入射した光によって形成される前記第１の画像の鮮鋭度と前記第２の光学領域に入射した光によって形成される前記第２の画像の鮮鋭度との比の値は、前者被写体距離と相関関係を有し、
    前記信号処理部は、前記相関関係と、前記第１の画像の鮮鋭度と前記第２の画像の鮮鋭度との比に基づいて、前者被写体までの距離を算出する、請求項１２に記載の撮像装置。
14. 前記レンズ光学系においては、前記第１の光学領域に入射する光量に対する出射する光量の割合が、前記第２の光学領域に入射する光量に対する出射する光量の割合と異なる状態と同じ状態とが切り替わる、請求項１から１０のいずれかに記載の撮像装置。
15. 信号処理部をさらに備え、
    前記レンズ光学系においては、前記第１の光学領域に入射する光量に対する出射する光量の割合が、前記第２の光学領域に入射する光量に対する出射する光量の割合と異なる状態と同じ状態とが切り替わり、
    前記複数の第１の光学領域から前記複数の第１の画素に供給される光の量は、前記複数の第２の光学領域から前記複数の第２の画素に供給される光の量のｋ倍（ｋ＞１）であり、
    前記信号処理部は、前記複数の第１の画素のうちの少なくとも１つの画素によって得られた画素値Ｖ１と、前記複数の第２の画素のうちの少なくとも１つの画素によって得られた画素値Ｖ２とを読み込み、
    前記画素値Ｖ１が飽和していない場合には、画素値Ｖ１を出力し、
    前記画素値Ｖ２が飽和している場合には、前記画素値Ｖ２にｋを乗じた値を出力する処理を行う、請求項１に記載の撮像装置。
16. 光学特性が互いに異なる状態と同じ状態とが切り替わる第１の光学領域と第２の光学領域とを有するレンズ光学系と、
    複数の第１の画素と複数の第２の画素とを有し、前記レンズ光学系からの光を電気信号に変換する撮像素子と、
    前記レンズ光学系と前記撮像素子との間に配置され、前記レンズ光学系を通過した光を前記複数の第１の画素または前記複数の第２の画素に入射させる第１のアレイ状光学素子と、
    を備え、
    前記第１の光学領域および前記第２の光学領域が互いに異なる光学特性を有する場合に、
    前記第１の光学領域を通過した光を前記複数の第１の画素に、前記第２の光学領域を通過した光を前記複数の第２の画素に入射させ、
    前記複数の第１の画素から第１の画像を生成し、
    前記複数の第２の画素から第２の画像を生成し、
    前記第１の光学領域および前記第２の光学領域が互いに同じ光学特性を有する場合に、
    前記第１の光学領域および前記第２の光学領域を通過した光を、前記複数の第１の画素および前記複数の第２の画素に入射させ、
    前記複数の第１の画素および前記複数の第２の画素から画像を生成する、撮像方法。
17. 第２のアレイ状光学素子をさらに備え、
    前記第１、第２のアレイ状光学素子の表面には、それぞれ、複数の光学要素が配置され、
    前記第１のアレイ状光学素子において前記複数の光学要素が形成されている面と、前記第２のアレイ状光学素子において前記複数の光学要素が形成されている面とは対向している、請求項１６に記載の撮像方法。
18. 前記第１のアレイ状光学素子または前記第２のアレイ状光学素子の光軸と垂直な方向の位置を制御するアレイ状光学素子制御部をさらに備え、
    前記アレイ状光学素子制御部によって、
    前記第１のアレイ状光学素子における前記複数の光学要素の光軸と前記第２のアレイ状光学素子における前記複数の光学要素の光軸とを略一致させることにより、前記第１の光学領域を通過した光を前記複数の第１の画素に、前記第２の光学領域を通過した光を前記複数の第２の画素に入射させ、
    前記アレイ状光学素子制御部によって、
    前記第１のアレイ状光学素子における前記複数の光学要素の光軸と前記第２のアレイ状光学素子における前記複数の光学要素の光軸を、前記複数の光学要素の周期の略半分だけずらすことにより、前記第１の光学領域および前記第２の光学領域を通過した光のそれぞれを、前記複数の第１の画素および前記複数の第２の画素に入射させる、請求項１７に記載の撮像方法。
19. 遮光板と、前記遮光板の配置を切り替える遮光板制御部と、をさらに備え、
    前記遮光板制御部は、前記遮光板を、前記第１の光学領域および前記第２の光学領域のいずれか一方に入射した光を遮る遮光位置に配置し、
    前記遮光位置に前記遮光板が配置された状態で、前記アレイ状光学素子制御部は、前記複数の第１の画素のうちの少なくとも１つの画素によって得られた画素値Ｖ１および前記複数の第２の画素のうちの少なくとも１つの画素によって得られた画素値Ｖ２に基づいて、前記第１のアレイ状光学素子および前記第２のアレイ状光学素子の位置を決定し、
    前記遮光板制御部は、前記第１のアレイ状光学素子と前記第２のアレイ状光学素子の位置が決定された後、前記遮光板を遮光位置とは異なる位置に配置する、請求項１８に記載の撮像方法。
20. 前記アレイ状光学素子制御部は、前記画素値Ｖ１と前記画素値Ｖ２との差が最大になるように、前記第１のアレイ状光学素子と前記第２のアレイ状光学素子の位置を決定し、
    前記アレイ状光学素子制御部は、前記画素値Ｖ１と前記画素値Ｖ２とが略等しくなるように、前記第１のアレイ状光学素子と前記第２のアレイ状光学素子の位置を決定する、請求項１９に記載の撮像方法。
21. 前記アレイ状光学素子は、
    前記第１のアレイ状光学素子と前記撮像素子との間に液晶層を有し、
    前記液晶層に印加する電圧により、
    前記第１のアレイ状光学素子の屈折率と前記液晶層の屈折率とを異ならせることにより、前記第１の光学領域を通過した光を前記複数の第１の画素に、前記第２の光学領域を通過した光を前記複数の第２の画素に入射させ、
    前記第１のアレイ状光学素子の屈折率と前記液晶層の屈折率を同じにすることにより、前記第１の光学領域および前記第２の光学領域を通過した光のそれぞれを、前記複数の第１の画素と前記複数の第２の画素に入射させる、請求項１６に記載の撮像方法。
22. 前記第１の光学領域および前記第２の光学領域が、互いに合焦特性を異ならせる光学特性を有する場合に、前記第１の画像および前記第２の画像の輝度情報を用いて、被写体まで距離を算出する、請求項１６から２１のいずれかに記載の撮像方法。
23. 前記第１の光学領域および前記第２の光学領域が互いに合焦特性を異ならせる光学特性を有する場合であって、被写体距離がある一定の範囲内にある場合、
    前記第１の光学領域に入射した光によって形成される前記第１の画像の鮮鋭度Ｇと前記第２の光学領域に入射した光によって形成される前記第２の画像の鮮鋭度Ｇとの比の値は、前者被写体距離と相関関係を有し、
    前記相関関係と、前記第１の画像の鮮鋭度Ｇと前記第２の画像の鮮鋭度Ｇとの比に基づいて、前者被写体までの距離を算出する、請求項１６から２１のいずれかに記載の撮像方法。
24. 前記レンズ光学系においては、前記第１の光学領域に入射する光量に対する出射する光量の割合が、前記第２の光学領域に入射する光量に対する出射する光量の割合と異なる状態と同じ状態とが切り替わる、請求項１６から２１のいずれかに記載の撮像方法。
25. 前記レンズ光学系においては、前記第１の光学領域に入射する光量に対する出射する光量の割合が、前記第２の光学領域に入射する光量に対する出射する光量の割合と異なる状態と同じ状態とが切り替わり、
    前記複数の第１の光学領域から前記複数の第１の画素に供給される光の量は、前記複数の第２の光学領域から前記複数の第２の画素に供給される光の量のｋ倍（ｋ＞１）であり、
    前記複数の第１の画素のうちの少なくとも１つの画素によって得られた画素値Ｖ１と、前記複数の第２の画素のうちの少なくとも１つの画素によって得られた画素値Ｖ２とを信号処理部に読み込み、
    前記画素値Ｖ１が飽和していない場合には、画素値Ｖ１を出力し、
    前記画素値Ｖ２が飽和している場合には、前記画素値Ｖ２にｋを乗じた値を出力する処理を行う、請求項１６に記載の撮像方法。

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