JP7192778B2 - 撮像装置および方法、並びに、画像処理装置および方法 - Google Patents

撮像装置および方法、並びに、画像処理装置および方法 Download PDF

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Description

本技術は、撮像装置および方法、並びに、画像処理装置および方法に関し、特に、撮像可能な被写体の範囲を拡大することができるようにした撮像装置および方法、並びに、画像処理装置および方法に関する。
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。
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１参照、特許文献２、および非特許文献１）。
国際公開第２０１６／１２３５２９号 特表２０１６-５１０９１０号公報
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
しかしながら、このような撮像素子は、被写体までの距離が遠くなると入射光の指向性が均一になってしまい、検出信号を画像に変換する信号処理の計算精度が低減するおそれがあった。また、このような撮像素子は、その物理構造により撮像可能な画角が決定され、それ以上の画角の撮像を行うことができなかった。
つまり、このような撮像素子には、撮像可能な被写体の位置（距離や角度）に制限があり、その制限の外の被写体を撮像することは困難であった。そしてこの制限は、撮像素子の物理構造によるものであり、撮像素子の設計により決定されてしまう。そのため、撮像の用途等に応じてこの制限を変更することは困難であった。
本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、撮像可能な被写体の範囲を拡大することができるようにするものである。
本技術の一側面の撮像装置は、撮像レンズではない負のパワーを持つ光学系と、撮像レンズ及びピンホールのいずれも介さずに、かつ前記光学系を介して入射する被写体からの入射光を受光し、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を備える撮像装置である。
前記光学系は、単数の凹レンズよりなるようにすることができる。
前記光学系は、全体として負のパワーを持つ複数のレンズよりなるようにすることができる。
前記複数のレンズは、一部のレンズが正のパワーを持つようにすることができる。
前記光学系の前記撮像素子に対する相対位置は可変であるようにすることができる。
前記光学系は、前記撮像装置から脱着可能であるようにすることができる。
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ようにすることができる。
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ようにすることができる。
前記複数の画素出力単位は、出力に寄与するPD（Photo Diode）を互いに異ならせることで、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し得る構成を有するようにすることができる。
本技術の一側面の撮像方法は、撮像レンズ及びピンホールのいずれも介さずに、かつ、撮像レンズではない負のパワーを持つ光学系を介して入射する被写体からの入射光を受光し、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、被写体を撮像する撮像方法である。
本技術の他の側面の画像処理装置は、撮像レンズ及びピンホールのいずれも介さずに、かつ、撮像レンズではない負のパワーを持つ光学系を介して入射する被写体からの入射光を受光し、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の、前記複数の画素出力単位の前記出力画素値から復元画像を復元する際に用いられる係数を、前記光学系の種類および位置、並びに、前記被写体までの距離のうちの少なくともいずれか１つに応じて設定する係数設定部を備える画像処理装置である。
前記光学系の種類および位置の指定を受け付ける受付部をさらに備え、前記係数設定部は、前記受付部により受け付けられる前記光学系の種類および位置に応じて前記係数を設定するように構成されるようにすることができる。
前記光学系の種類および位置を検出する検出部をさらに備え、前記係数設定部は、前記検出部により検出される前記光学系の種類および位置に応じて前記係数を設定するように構成されるようにすることができる。
前記被写体までの距離の入力を受け付ける被写体距離受付部をさらに備え、前記係数設定部は、前記被写体距離受付部により受け付けられる前記被写体までの距離に応じて前記係数を設定するように構成されるようにすることができる。
前記被写体までの距離を検出する被写体距離検出部をさらに備え、前記係数設定部は、前記被写体距離検出部により検出される前記被写体までの距離に応じて前記係数を設定するように構成されるようにすることができる。
前記撮像素子の複数の画素出力単位の出力画素値と、前記係数設定部により設定される前記係数とを用いて、前記復元画像を復元する復元部をさらに備えるようにすることができる。
前記撮像素子の複数の画素出力単位の出力画素値を含むデータに、前記係数設定部により設定される前記係数をメタデータとして関連付ける関連付け部をさらに備えるようにすることができる。
前記光学系の種類および位置を設定する光学系設定部をさらに備えるようにすることができる。
前記光学系設定部は、前記被写体までの距離に応じて、前記光学系の種類および位置を設定するように構成されるようにすることができる。
本技術の他の側面の画像処理方法は、撮像レンズ及びピンホールのいずれも介さずに、かつ、撮像レンズではない負のパワーを持つ光学系を介して入射する被写体からの入射光を受光し、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の、前記複数の画素出力単位の前記出力画素値から復元画像を復元する際に用いられる係数を、前記光学系の種類および位置、並びに、前記被写体までの距離のうちの少なくともいずれか１つに応じて設定する画像処理方法である。
本技術の一側面の撮像装置および方法においては、撮像レンズ及びピンホールのいずれも介さずに、かつ、撮像レンズではない負のパワーを持つ光学系を介して入射する被写体からの入射光を受光し、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、被写体が撮像される。
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、撮像レンズ及びピンホールのいずれも介さずに、かつ、撮像レンズではない負のパワーを持つ光学系を介して入射する被写体からの入射光を受光し、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の、その複数の画素出力単位の出力画素値から復元画像を復元する際に用いられる係数が、光学系の種類および位置、並びに、被写体までの距離のうちの少なくともいずれか１つに応じて設定される。
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、撮像可能な被写体の範囲を拡大することができる。
撮像装置の主な構成例を示すブロック図である。 本開示の技術を適用した撮像装置における撮像の原理を説明する図である。 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。 撮像素子の第１の構成例を説明する図である。 撮像素子の第１の構成例を説明する図である。 入射角指向性の発生の原理を説明する図である。 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。 入射角指向性の設計を説明する図である。 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。 狭画角画素と広画角画素との関係を説明する図である。 狭画角画素と広画角画素との関係を説明する図である。 狭画角画素と広画角画素との関係を説明する図である。 変形例を説明する図である。 変形例を説明する図である。 変形例を説明する図である。 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。 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。 変形例を説明する図である。 遮光範囲を水平方向および垂直方向のそれぞれについて規則を設けることで計算量およびメモリの容量を低減させる理由を説明する図である。 遮光範囲を水平方向および垂直方向のそれぞれについて規則を設けることで計算量およびメモリの容量を低減させる理由を説明する図である。 遮光範囲を水平方向および垂直方向のそれぞれについて規則を設けることで計算量およびメモリの容量を低減させる理由を説明する図である。 遮光範囲を水平方向および垂直方向のそれぞれについて規則を設けることで計算量およびメモリの容量を低減させる理由を説明する図である。 変形例を説明する図である。 変形例を説明する図である。 被写体距離と光学系とについて説明するための図である。 画角と光学系とについて説明するための図である。 光学系の位置について説明するための図である。 光学系の種類について説明するための図である。 撮像処理の流れの例を説明するフローチャートである。 光学系の種類や位置の変更について説明するための図である。 撮像装置の主な構成例を示すブロック図である。 撮像処理の流れの例を説明するフローチャートである。 撮像処理の流れの例を説明するフローチャートである。 光学系設定処理の流れの例を説明するフローチャートである。 光学系設定処理の流れの例を説明するフローチャートである。 撮像素子の主な構成例を示す図である。 白黒パターンマスクを用いた場合を示す図である。 光干渉マスクを用いた場合を示す図である。 撮像素子の変形例を示す図である。
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．第１の実施の形態（撮像装置：光学系種類・位置固定）
２．第２の実施の形態（撮像装置：光学系種類・位置可変）
３．第３の実施の形態（撮像装置：光学系種類・位置設定）
４．第４の実施の形態（撮像装置：撮像素子の他の構成例）
５．その他
＜１．第１の実施の形態＞
＜撮像装置＞
図１は、本技術を適用した撮像装置または画像処理装置の一実施の形態である撮像装置の主な構成例を示す図である。図１に示される撮像装置１００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。
図１に示されるように、撮像装置１００は、制御部１０１、入力部１１１、出力部１１２、記憶部１１３、通信部１１４、記録再生部１１５、光学系１２０、撮像素子１２１、復元部１２２、関連付け部１２３、およびセンサ部１２４等を有する。光学系１２０を除く各処理部等は、バス１１０を介して接続され、互いに情報や命令等を授受することができる。なお、光学系１２０もバス１１０に接続され、他の処理部等と互いに情報や命令等を授受することができるようにしてもよい。
制御部１０１は、撮像装置１００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１０１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。
入力部１１１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１１１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１１１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１１１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１１１は、その受け付けた情報（取得した情報）を、バス１１０を介して他の処理部等に供給する。
なお、入力部１１１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１１１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１１１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１１１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１１１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１１１が、バス１１０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。
出力部１１２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１１２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１１２は、それらの出力デバイス等を用いて、バス１１０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１１２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。
なお、出力部１１２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１１２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１１２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１１２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１１２が、バス１１０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。
記憶部１１３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１１３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１１３は、バス１１０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１１３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１１３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１１０を介して他の処理部等に供給する。
なお、記憶部１１３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１１３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１１３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１１３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１１３が、バス１１０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。
通信部１１４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１１４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１１４は、他の装置と通信を行い、バス１１０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１１４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１１０を介して他の処理部等に供給する。
通信部１１４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１１４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１１４が、バス１１０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。
記録再生部１１５は、自身に装着された記録媒体１１６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１１５は、自身に装着された記録媒体１１６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１１０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１１５は、バス１１０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１１６に書き込む（記録する）。なお、例えば、記録再生部１１５が、バス１１０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。
なお、記録媒体１１６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。
光学系１２０は、撮像素子１２１に入射される入射光に対して光学的影響を及ぼすように構成される。例えば、光学系１２０は、負のパワーを持ち、撮像素子１２１に入射される入射光の入射角に対する特性を変化させるように構成される。例えば、光学系１２０は、レンズ等の任意の光学素子により構成される。なお、光学系１２０が有する光学素子の数や種類は任意である。単数であってもよいし、複数であってもよい。また、光学系１２０が複数種類の光学素子を有するようにしてもよい。なお、光学系１２０が、バス１１０に接続され、バス１１０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。
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、被写体面からの光をその被写体面の光強度を再現するように撮像素子１２１の各画素に導く撮像レンズ、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。
なお、撮像画像は、被写体の像が結像された画素値から構成される、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から構成される画像（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。
なお、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。
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。
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。撮像素子１２１は、例えば、その検出画像に関するデータを復元部１２２に供給し、復元画像を生成させることができる。また、撮像素子１２１は、例えば、その検出画像に関するデータを、バス１１０を介して、関連付け部１２３等に供給し、メタデータ等を関連付けさせることができる。もちろん、撮像素子１２１は、この検出画像に関するデータを、任意の処理部等に供給することができる。また、例えば、撮像素子１２１が、バス１１０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。
復元部１２２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１２２は、所定の演算を行うことにより、撮像素子１２１から供給される検出画像に関するデータ（検出信号等）から復元画像を生成する。また、復元部１２２は、生成した復元画像に関するデータ（画素値等）を、バス１１０を介して他の処理部等に供給する。
なお、撮像素子１２１において、カラーフィルタを用いる等して複数の色成分が混在する検出画像が得られ、復元部１２２が、その検出画像に対して所定の演算を行うことにより、複数の色成分が混在するRaw画像が得られるようにしてもよい。そして、復元部１２２が、その複数の色成分が混在するRaw画像を復元画像として他の処理部等に供給するようにしてもよいし、そのRaw画像に対して同時化処理や色分離処理等（例えば、デモザイク処理等）を行い、その処理が施された画像を復元画像として他の処理部等に供給するようにしてもよい。もちろん、撮像素子１２１において、モノクロの検出画像や、色毎の検出画像が得られ、同時化処理や色分離処理等（例えば、デモザイク処理等）が不要であるようにしてもよい。
また、復元部１２２が、復元画像に対して、例えばガンマ補正（γ補正）やホワイトバランス調整等の任意の画像処理を施し、画像処理後の復元画像に関するデータを他の処理部等に供給するようにしてもよい。さらに、復元部１２２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し、その変換（圧縮）後のデータを他の処理部等に供給するようにしてもよい。
なお、例えば復元部１２２が、バス１１０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。
関連付け部１２３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１２３は、撮像素子１２１等から供給される検出画像に関するデータ（検出信号等）に、復元画像生成のための所定の演算に用いられるデータ（例えば係数等）を関連付ける。
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（又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、又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。
また、例えば、関連付け部１２３は、関連付けたデータを、バス１１０を介して他の処理部等に供給する。なお、例えば関連付け部１２３が、バス１１０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。
センサ部１２４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１２４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１２４は、撮像装置１００の周辺の状態に関するパラメータや、撮像装置１００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１２４は、光学系１２０や撮像素子１２１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１２４は、検出した情報を、バス１１０を介して他の処理部等に供給する。なお、例えばセンサ部１２４が、バス１１０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。
なお、制御部１０１、入力部１１１、出力部１１２、記憶部１１３、通信部１１４、記録再生部１１５、復元部１２２、関連付け部１２３、センサ部１２４、およびバス１１０を１つにまとめて信号処理部１２５としてもよい。
＜撮像素子について＞
次に、撮像素子１２１について図２乃至図２４を参照して説明する。
＜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。
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。
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。
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。つまり、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。例えば、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が互いに異なるようにすることができる。
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。
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。
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。
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。
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。
＜入射角指向性＞
撮像素子１２１は、撮像レンズ及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有する。例えば、撮像素子１２１は、その複数の画素出力単位のうち、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。つまりその場合、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、その内の少なくとも２つの画素出力単位検出信号の、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。
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。
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、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。
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。
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被写体面の光強度を再現するように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。
これに対して撮像素子１２１は、図２の上段左部で示されるように、各画素の検出感度が互いに異なる入射角指向性を持つ。つまり、入射光の入射角度に応じた受光感度特性が画素毎に異なるということである。ただし、全ての画素の受光感度特性が完全に異なるものである必要はなく、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てもよいし、一部の画素が異なる受光感度特性を持つものであってもよい。
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。
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。
より具体的には、図２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（１）乃至式（３）で表される。
ＤＡ＝α１×ａ＋β１×ｂ＋γ１×ｃ
・・・（１）
ＤＢ＝α２×ａ＋β２×ｂ＋γ２×ｃ
・・・（２）
ＤＣ＝α３×ａ＋β３×ｂ＋γ３×ｃ
・・・（３）
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。
式（１）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。
同様に、式（２）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のセットである。つまり、位置Ｐｂにおける検出信号レベルＤＢは、上述の式（２）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（３）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のセットである。つまり、位置Ｐｃにおける検出信号レベルＤＣは、上述の式（３）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。
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２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２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）。
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（１）乃至式（３）の連立方程式を解くことにより、図２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。
撮像素子１２１は、このような構成により、被写体面からの光を被写体面の光強度を再現するように撮像素子の各画素に導く撮像レンズ、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、少なくとも２つの画素出力単位において互いに異なる入射角指向性を有する。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。
＜入射角指向性の形成＞
図３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３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。尚、図３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。
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１５１は、図３の左部の例のように、入射角指向性が同一の画素１５１ａ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３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。
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。
尚、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。
＜撮像素子の構成例＞
図４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４の上段は、撮像素子１２１の側面断面図であり、図４の中段は、撮像素子１２１の上面図である。また、図４の上段の側面断面図は、図４の中段におけるＡＢ断面となる。さらに、図４の下段は、撮像素子１２１の回路構成例である。
図４に示される構成の撮像素子１２１は、撮像レンズ及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。
図４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。
尚、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４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。
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。
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。
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。尚、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。
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。
また、変調素子の１つである遮光膜１２１ｂ－１５，１２１ｂ－１６は、図４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。
図４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共に、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。
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。尚、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。
また、図４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。
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。
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。
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２３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。
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。
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。
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。
以上のような回路構成により、図４の下段で示される画素回路は以下のように動作する。
すなわち、第一動作として、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。
第二動作として、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。
第三動作として、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。
第四動作として、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。
第五動作として、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。
第六動作として、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。
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）。
このように、図４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。
＜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。
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。
図５は、撮像素子１２１の他の構成例を示す図である。図５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５の中段には、撮像素子１２１の上面図が示されている。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。
図５に示される構成の撮像素子１２１は、撮像レンズ及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。
図５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５の撮像素子１２１と異なる構成となっている。即ち、図５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。
図５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５の遮光膜１２１ｐは、図４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。
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。
図５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５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。尚、図５の下段において、図４の下段と同一の構成については、その説明を省略する。
図５の下段において、図４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５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。
図５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。
図５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。
例えば、図５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。
なお、図５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。
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。
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。
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。
以上のように、図５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。尚、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
＜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６で示されるような原理により発生する。尚、図６の左上部および右上部は、図４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６の左下部および右下部は、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る。
また、図６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６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。尚、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。
図６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６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。尚、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。
例えば、図６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６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。
これに対して、例えば、図６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６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。
また、図６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。
すなわち、図６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６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。
同様に、図６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６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。
尚、図６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。
＜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。
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７で示されるように設定される。すなわち、図７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７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。
尚、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。
撮像素子１２１においては、さらに、図７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。
図７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７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。
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。
尚、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７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７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７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７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。
また、図７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７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。
すなわち、図７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。
尚、図７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。
この図７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。尚、図７の上段における実線の波形は、図７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７の上段における点線の波形は、図７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。
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７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言える。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７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。
さらに、図７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７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。
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。
また、同様に、図７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７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。
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。
尚、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（１）乃至式（３）または、後述する式（４）乃至式（６）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７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７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７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。
また、図７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。
また、図７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。
また、図７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。
＜入射角指向性の設定＞
例えば、図８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。
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。尚、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。
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。
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。
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。
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。
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８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８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。
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８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８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。
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。
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。尚、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。
＜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、被写体面からの光を被写体面の光強度を再現するように撮像素子の各画素に導く撮像レンズを必要としない（撮像レンズフリーである）。ただし、オンチップレンズ１２１ｃは、少なくとも、図５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。
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。
＜被写体面と撮像素子との距離の関係＞
次に、図９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。
図９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（１）乃至式（３）と同一の式で表現できるものとする。
ＤＡ＝α１×ａ＋β１×ｂ＋γ１×ｃ
・・・（１）
ＤＢ＝α２×ａ＋β２×ｂ＋γ２×ｃ
・・・（２）
ＤＣ＝α３×ａ＋β３×ｂ＋γ３×ｃ
・・・（３）
これに対して、図９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９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。
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（４）乃至式（６）で示されるように表現されることになる。
ＤＡ＝α１１×ａ'＋β１１×ｂ'＋γ１１×ｃ'
・・・（４）
ＤＢ＝α１２×ａ'＋β１２×ｂ'＋γ１２×ｃ'
・・・（５）
ＤＣ＝α１３×ａ'＋β１３×ｂ'＋γ１３×ｃ'
・・・（６）
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。
従って、式（４）乃至式（６）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９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９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。
すなわち、図１の撮像装置１００においては、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。
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。
また、画像認識や可視画像や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。
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。
例えば、図１０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１０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。
画素１２１ａは、例えば、図１１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１０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１１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１０の画像Ｉ２を復元するために用いられる。
これは、図１０の画素１２１ａが、図１２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。
これに対して、図１０の画素１２１ａ'は、図１０の画素１２１ａよりも遮光される範囲が広いため、図１２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。
つまり、遮光範囲が狭い図１０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１０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。尚、ここでいう広画角画素および狭画角画素は、図１０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。
尚、図１２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１２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１２の右部には、図１０における画素１２１ａ，１２１ａ'が示されている。
このような構成により、図１１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１０の画素１２１ａを、一点鎖線で囲まれた範囲ＺＢに図１０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１０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。
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１０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。
尚、図１１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。
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。
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。
尚、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。
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、装置の設計の自由度を高めることが可能になると共に、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。
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。
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。
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。
＜第１の変形例＞
図３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。
なお、図３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。
また、図１３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１３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。
これらの各画素（画素１２１ａ－２１乃至画素１２１ａ－２４）は、図１３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１３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。
従って、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。
また、図１３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。
図１３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１３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。
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。
＜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１４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。
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。
尚、図１４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。
換言すれば、図１４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。
より詳細には、図１４の各画素１２１ａの遮光範囲は、例えば、図１５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。
尚、図１５の右部は、図１４と同一の撮像素子１２１'の構成を示している。また、図１５の左部は、図１５（図１４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。
図１５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。尚、図１５，図１６において、遮光膜１２１ｂは黒色で示された範囲である。
図１５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１５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。
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。
図１４の撮像素子１２１'内の画素配列は、図１５の右部（図１４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。
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。
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したがって、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。尚、図１５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。
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。
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。
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したがって、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。尚、図１５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。
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。
さらに、図１５（図１４）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。
図１６の右部は、図１５（図１４）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１６の左部は、図１６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。
すなわち、図１６の左部で示されるように、例えば、画素１２１ａ内に、図１５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１６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。
より詳細には、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'（＜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。
ここで、図１６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。
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。
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したがって、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。
また、図１６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。
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。
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したがって、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。
また、図１６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。
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。
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。
例えば、図１７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。
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。
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。
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。
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。
＜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１２２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。
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１２２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。
例えば、図１８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。
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。
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。
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１２２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。
より詳細には、図１９の右上部で示されるように、Ｎ画素×Ｎ画素の検出画像ＰｉｃからＮ×Ｎ画素の復元画像を求める場合、Ｎ×Ｎ行１列の復元画像の各画素の画素値を要素とするベクトルＸ、Ｎ×Ｎ行１列の検出画像の各画素の画素値を要素とするベクトルＹ、および、係数セットからなるＮ×Ｎ行Ｎ×Ｎ列の行列Ａにより、図１９の左部で示されるような関係が成立する。
すなわち、図１９においては、係数セットからなるＮ×Ｎ行Ｎ×Ｎ列の行列Ａの各要素と、復元画像を表すＮ×Ｎ行１列のベクトルＸとを乗算した結果が、検出画像を表すＮ×Ｎ行１列のベクトルＹとなることが示されており、この関係から連立方程式が構成される。
尚、図１９においては、行列Ａの範囲Ｚ２０１で示される１列目の各要素が、ベクトルＸの１行目の要素に対応しており、行列Ａの範囲Ｚ２０２で示されるＮ×Ｎ列目の各要素が、ベクトルＸのＮ×Ｎ行目の要素に対応していることを示している。
換言すれば、図１９で示される行列式に基づいた連立方程式を解くことにより、ベクトルＸの各要素が求められることにより復元画像が求められる。また、ピンホールを用いた場合、および、撮像レンズ等の、同じ方向から入射した入射光を互いに隣接する画素出力単位の双方へ入射させるための集光機能を用いた場合、各画素の位置と光の入射角度の関係が一意に定まるので、行列Ａは、正方行列であって対角成分（（i,i）要素）が全て１からなり、対角成分以外が全て０からなる対角行列になる。逆に、図２の撮像素子１２１のようにピンホールおよび撮像レンズのいずれも用いない場合、各画素の位置と光の入射角度の関係は一意に定まらないので、行列Ａは対角行列にならない。
ところで、一般的に、図１９の行列式は、両辺に行列Ａの逆行列Ａ－１を左から乗じることにより、図２０で示されるように変形され、検出画像のベクトルＹに逆行列Ａ－１を右から乗じることで、検出画像であるベクトルＸの各要素が求められる。
しかしながら、現実の行列Ａは、正確に求められない、正確に測定できない、行列Ａの基底ベクトルが線形従属に近いケースで解けない、および、検出画像の各要素にノイズが含まれるといった理由のいずれか、または組み合わせで、連立方程式を解くことができないことがある。
そこで、様々な誤差に対してロバストな構成を考え、正則化最小二乗法の概念を用いた、以下の式（７）をとる。
Figure 0007192778000001
 ・・・（７）
ここで、式（７）にｘの上部に「＾」が付されたものは、ベクトルＸを、Ａは、行列Ａを、Ｙは、ベクトルＹを、γはパラメータを、||Ａ||はL2ノルム（二乗和平方根）を表している。ここで、第一項は、図１９の両辺の差異を最小にするときのノルムであり、第二項は正則化項である。
この式（７）をｘについて解くと、以下の式（８）で表現される。
Figure 0007192778000002
 ・・・（８）
しかしながら、行列Ａは、膨大なサイズであるので、計算時間や計算に大容量のメモリが必要になる。
そこで、例えば、図２１で示されるように、行列Ａを、Ｎ行Ｎ列の行列ＡＬと、Ｎ行Ｎ列の行列ＡＲＴとに分解し、それぞれ復元画像を表すＮ行Ｎ列の行列Ｘの前段と後段とから掛けた結果が、検出画像を表すＮ行Ｎ列の行列Ｙとなるようにすることを考える。これにより、要素数（Ｎ×Ｎ）×（Ｎ×Ｎ）の行列Ａに対して、要素数が（Ｎ×Ｎ）の行列ＡＬ、ＡＲＴとなるので、要素数を１／（Ｎ×Ｎ）に小さくすることができる。結果として、要素数が（Ｎ×Ｎ）からなる２個の行列ＡＬ，ＡＲＴを用いるだけで済むので、計算量とメモリの容量を低減させることができる。
ここで、ＡＴは、行列Ａの転置行列であり、γはパラメータであり、Ｉは、単位行列である。式（８）におけるカッコ内の行列を行列ＡＬとし、行列Ａの転置行列の逆行列を行列ＡＲＴとすることで。図２１で示される行列式を実現する。
このように図２１で示されるような計算は、図２２で示されるように、行列Ｘにおける注目要素Ｘｐに対しては、行列ＡＬの対応する列の各要素群Ｚ２２１を乗算することで、要素群Ｚ２２２が求められる。さらに、要素群Ｚ２２２と行列ＡＲＴの注目要素Ｘｐに対応する行の要素とを乗算することで、注目要素Ｘｐに対応する２次元応答Ｚ２２４が求められる。そして、行列Ｘの全要素に対応する２次元応答Ｚ２２４が積算されることで行列Ｙが求められる。
そこで、行列ＡＬの各行に対応する要素群Ｚ２２１には、図１８で示される撮像素子１２１の列毎に同一の幅に設定される横帯タイプの画素１２１ａの入射角指向性に対応する係数セットを持たせる。
同様に、行列ＡＲＴの各行の要素群Ｚ２２３には、図１８で示される撮像素子１２１の行毎に設定される同一の高さに設定される縦帯タイプの画素１２１ａの入射角指向性に対応する係数セットを持たせる。
この結果、検出画像に基づいて、復元画像を復元する際に使用する行列を小さくさせることが可能となるので、計算量が低減することで、処理速度を向上させ、計算に係る電力消費を低減させることが可能となる。また、行列を小さくできるので、計算に使用するメモリの容量を低減させることが可能となり、装置コストを低減させることが可能となる。
尚、図１８の例においては、水平方向、および垂直方向に所定の規則性を持たせつつ、画素単位で遮光される範囲（受光できる範囲）を変化させる例が示されているが、本開示の技術においては、このように画素単位で遮光される範囲（受光できる範囲）が、完全にランダムに設定されてはいないものの、ある程度ランダムに設定されるものについても、ランダムに設定されるものとみなす。換言すれば、本開示においては、画素単位で遮光される範囲（受光できる範囲）が完全にランダムに設定される場合のみならず、ある程度ランダムなもの（例えば、全画素のうち、一部については規則性を持たせた範囲を含むが、その他の範囲はランダムである場合）、または、ある程度規則性がなさそうなもの（全画素のうち、図１８を参照して説明したような規則に従って配置されていることが確認できない配置の場合）についてもランダムであるものとみなす。
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１２２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。
＜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。
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。
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。
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１２２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。
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。
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。
＜フォトダイオードの制御＞
図５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。
例えば、図２３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。
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。
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。
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。
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２３に示される例のような構成の場合、図２４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２３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。
＜撮像素子の制限＞
以上においては撮像素子１２１について説明した。図１の撮像装置１００においては、以上のような撮像素子１２１を用いる。次に、この撮像素子１２１が撮像可能な被写体の範囲について説明する。
＜被写体距離の制限＞
撮像素子１２１は、撮像素子１２１の撮像面から被写体までの距離（被写体距離）が長くなるほど検出画像から撮像画像（復元画像）への変換精度が低減する。つまり、実質的に、撮像素子１２１には撮像可能な被写体距離の上限（撮像可能な最も遠い被写体までの距離）が存在する。そして、この上限は、撮像素子１２１の設計により決定されるものであり、製造後に変更することは困難であった。
上述したようにこの撮像素子１２１は、被写体からの光（入射光）の各画素への入射角（撮像面に対して垂直方向からの角度）の違いを利用して撮像画像（復元画像）を得る。そして、その入射角の違いをより明確に検出することができるように撮像素子１２１は、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、撮像素子１２１は、少なくとも２画素間で出力画素値の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。つまり、撮像素子１２１の各画素において得られる検出信号では、この被写体からの光（入射光）の入射角の画素間の違いが表現されており、その違いを利用して連立方程式を解くことにより、撮像画像の画素値を得ることができる。換言するに、この検出信号に含まれる入射角の画素間の違いが小さいと検出画像から撮像画像（復元画像）への変換精度が低減するおそれがある。
例えば図２５のＡのように、撮像素子１２１の撮像面から被写体２０１までの距離（被写体距離）が短い（被写体２０１が近い）場合と、図２５のＢのように、被写体距離が長くなる（被写体２０１が遠い）場合とを比較すると、被写体距離が短い場合（図２５のＡ）の場合の被写体２０１からの光（入射光）の入射角θ１の方が、被写体距離が遠い場合（図２５のＢ）の場合の被写体２０１からの光（入射光）の入射角θ２よりも大きくなる。つまり、一般的には、被写体距離が遠くなるほど、被写体２０１からの光の画素間の入射角の違いが小さくなる。
したがって、一般的には、被写体距離が遠くなるほど、検出画像から撮像画像（復元画像）への変換精度が低減する。このように検出画像から撮像画像（復元画像）への変換精度が低減するとその主観画質が低減するため、変換精度が極度に低減すると実質的に変換不可能な状態となり得る。
これに対して、例えば図２５のＣに示されるように、被写体２０１と撮像素子１２１との間に凹レンズ２１１を設けると、被写体からの光は、この凹レンズ２１１により拡散方向に屈折し、その撮像面への入射角θ３が大きくなる。つまり、撮像素子１２１から見ると、被写体２０１がより手前の位置に移動したように見える（被写体２０１Ａ）。したがって、各画素への入射光の入射角の違いが大きくなり、検出画像から撮像画像（復元画像）への変換精度を向上させることができる。換言するに、撮像素子１２１は、撮像可能な被写体距離の上限を超えて被写体を撮像することができる。つまり、撮像素子１２１の撮像可能な被写体の範囲を拡大することができる。
＜角度の制限＞
また、撮像素子１２１は、撮像可能な被写体の角度（撮像面を基準とする角度）に制限が存在する。そしてその制限は、撮像素子１２１の設計により決定されるものであり、製造後に変更することは困難であった。
撮像素子１２１の各画素には、被写体からの光が入射するが、任意の角度から入射することができるわけではなく、物理構造上、入射不可能な角度が存在する。換言するに、撮像素子１２１の各画素には、物理構造上、入射光の入射角に制限がある。
例えば、図２６のＡのように、撮像素子１２１の中心の画素が、撮像面に対して垂直な方向から±Ｘdegの範囲２２１の入射光を受光することができるとする。その場合、その画素は、Ｘdegよりも大きな角度Ｙdegや－Ｙdegからの光を受光することができない。つまり、撮像面に対して垂直な方向から±Ｙdegの範囲２２２を撮像することができない。
これに対して、例えば図２６のＢに示されるように、撮像素子１２１の光入射側に凹レンズ２１１を設けると、上述の撮像素子１２１の中心の画素からの光は、この凹レンズ２１１により拡散方向に屈折する。例えば、その画素から撮像面に対して垂直な方向から±Ｘdegの角度で出射された光が、凹レンズ２１１により、撮像面に対して垂直な方向から±Ｙdegの角度に屈折する。
換言するに、その撮像面に対して垂直な方向から±Ｙdegからの光が、凹レンズ２１１を介することにより、撮像素子１２１の中心の画素に入射するようになる。したがって、撮像素子１２１は、撮像可能な角度の範囲を超えて被写体を撮像することができるようになる。つまり、撮像素子１２１の撮像可能な被写体の範囲を拡大することができる。
＜光学系＞
図１の撮像装置１００においては、撮像レンズとは異なる光学系１２０として、例えば以上のような凹レンズ２１１を撮像素子１２１の手前（光入射側）に設ける。したがって撮像装置１００は、撮像素子１２１の撮像可能な範囲を超えて被写体を撮像することができる。つまり、撮像装置１００は、撮像素子１２１の撮像可能な被写体の範囲を拡大することができる。次にこの光学系１２０について説明する。
＜位置と曲率の設計＞
以上に説明した凹レンズ２１１の設置位置（撮像面からの距離）や曲率によって、撮像素子１２１の撮像可能な被写体の範囲が決定される。換言するに、凹レンズ２１１の設置位置や曲率は、所望の被写体の範囲に合わせるように（どのような被写体の範囲を撮像可能とするかに応じて）設計すればよい。
一般的に、凹レンズ２１１の曲率が大きくなるほど、より遠くの被写体を撮像することができる（より遠くの被写体を撮像する場合の、検出画像から撮像画像（復元画像）への変換精度の低減を抑制することができる）ようになる。また、一般的に、凹レンズ２１１の設置位置が撮像素子１２１から遠くなるほど、より遠くの被写体を撮像することができる（より遠くの被写体を撮像する場合の、検出画像から撮像画像（復元画像）への変換精度の低減を抑制することができる）ようになる。
例えば、図２７のＡの場合、ある曲率の凹レンズ２１１Ａがある位置に設置されている。この場合、被写体２０１は、撮像面からみて被写体２０１Ａのような位置に見える。これに対して、図２７のＢの凹レンズ２１１Ｂの曲率は凹レンズ２１１Ａの曲率より大きい。また、凹レンズ２１１Ｂの設置位置は凹レンズ２１１Ａの設置位置よりも撮像素子１２１から遠い。
したがって、図２７のＢの場合、撮像素子１２１からみて、図２７のＡの場合よりも遠くの被写体２０１が、被写体２０１Ａよりも近くの被写体２０１Ｂのような位置に見える。つまり、図２７のＢの場合の方がより遠くの被写体を撮像することができる。
＜光学系の例＞
以上においては、光学系１２０の例として凹レンズを用いて説明したが、この例に限定されない。光学系１２０は、負のパワーを持ち、撮像素子１２１に入射される入射光の入射角に対する特性を変化させるように構成されればよい。
例えば、図２８のＡに示されるように、光学系１２０が、単数の凹レンズ２３１により構成されるようにしてもよい。つまり、光学系１２０が、負のパワーを持つ単数の光学素子により構成されるようにしてもよい。また、例えば、図２８のＢに示されるように、レンズ２３２およびレンズ２３３により構成されるようにしてもよい。つまり、光学系１２０が、全体として負のパワーを持つ光学素子群（複数の光学素子）により構成されるようにしてもよい。さらに、図２８のＣに示されるように、光学系１２０が、レンズ２３４乃至レンズ２３６からなるレンズ群と、レンズ２３７（からなるレンズ群）とにより構成されるようにしてもよい。つまり、光学系１２０が、全体として負のパワーを持つように構成される、全体として正のパワーを持つ光学素子（群）、および、全体として負のパワーを持つ光学素子（群）により構成されるようにしてもよい。つまり、一部の光学素子（群）が正のパワーを持っていてもよい。
以上においては光学素子としてレンズを例に説明したが、光学系１２０にレンズ以外の光学素子が含まれるようにしてもよい。つまり、光学系１２０の構成は任意であり、全体として負のパワーを持っていればよい。
以上のように撮像装置１００は、撮像レンズではない負のパワーを持つ光学系１２０と、撮像レンズ及びピンホールのいずれも介さずに、かつその光学系１２０を介して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、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、その被写体からの入射光に対する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）撮像素子１２１とを備えているので、この撮像素子１２１により光学系１２０を介して被写体を撮像することにより、撮像素子１２１の撮像可能な被写体の範囲を超えて撮像を行うことができる。つまり、撮像可能な被写体の範囲を拡大することができる。
＜撮像処理の流れ＞
撮像装置１００は、撮像を行うために撮像処理を実行する。この撮像装置１００により実行される撮像処理の流れの例を、図２９のフローチャートを参照して説明する。
撮像処理が開始されると、ステップＳ１０１において、撮像素子１２１は、負のパワーを持つ光学系１２０を介して被写体を撮像し、検出画像のデータ（検出信号等）を得る。
ステップＳ１０２において、制御部１０１は、被写体距離を決定する。この被写体距離の決定方法は任意である。制御部１０１が、例えば入力部１１１より入力されるユーザ等からの指示（被写体距離の指定）に基づいて被写体距離を決定するようにしてもよい。また、例えば、制御部１０１が、撮像画角内のユーザが指定した領域に存在する被写体をセンサ部１２４のセンサによって測距させ、その距離情報を被写体距離とするようにしてもよい。なお、この場合の測距の方法は任意であり、センサ部１２４を用いない方法であってもよい。また、例えば、予め設定された情報（例えば予め設定された被写体距離を指定する情報）等に基づいて、被写体距離を決定するようにしてもよい。
ステップＳ１０３において、制御部１０１は、ステップＳ１０２において設定された被写体距離に基づいて、検出画像を復元画像に変換するための演算に用いられる画像復元係数を設定する。例えば式（１）の場合、この画像復元係数として、係数α１、係数β１、係数γ１が設定される。また、例えば式（２）の場合、この画像復元係数として、係数α２、係数β２、係数γ２が設定される。さらに、例えば式（３）の場合、この画像復元係数として、係数α３、係数β３、係数γ３が設定される。
ステップＳ１０４において、制御部１０１は、検出画像から撮像画像を復元する（復元画像を生成する）か否かを判定する。制御部１０１は、例えば入力部１１１より入力されるユーザ等からの指示や予め設定された情報（例えば撮像画像を復元するか否かの設定）等に基づいて、撮像画像を復元するか否かを判定する。復元すると判定された場合、処理はステップＳ１０５に進む。この場合、撮像素子１２１より読み出された検出画像のデータ（検出信号等）が復元部１２２に供給される。また、制御部１０１は、ステップＳ１０３において設定した画像復元係数を復元部１２２に供給する。
ステップＳ１０５において復元部１２２は、供給される検出画像のデータ（検出信号等）と画像復元係数とを用いて検出画像を変換し、Raw画像を生成する。復元部１２２は、生成したRaw画像のデータ等を、出力データとして、バス１１０を介して、出力部１１２、記憶部１１３、通信部１１４、または記録再生部１１５等の他の処理部に供給する。また、処理はステップＳ１０７に進む。
また、ステップＳ１０４において、撮像画像を復元しないと判定された場合、処理はステップＳ１０６に進む。この場合、撮像素子１２１より読み出された検出画像のデータ（検出信号等）が関連付け部１２３に供給される。また、制御部１０１は、ステップＳ１０３において設定した画像復元係数を関連付け部１２３に供給する。
ステップＳ１０６において関連付け部１２３は、供給される検出画像のデータ（検出信号等）と画像復元係数とを関連付ける。関連付け部１２３は、互いに関連付けたそれらの情報等を、出力データとして、バス１１０を介して、出力部１１２、記憶部１１３、通信部１１４、または記録再生部１１５等の他の処理部に供給する。また、処理はステップＳ１０７に進む。
ステップＳ１０７において、出力データが出力される。この出力には、任意の手法が含まれる。例えば、この出力には、画像の表示、他の装置へのデータ出力や印刷、記憶媒体への記憶、通信相手への送信、記録媒体１１６への記録等が含まれるようにしてもよい。
まず、Raw画像（同時化処理や色分離処理等（例えば、デモザイク処理等）が施された復元画像でもよい）を出力する場合について説明する。例えば、出力が「表示」の場合、復元部１２２は、Raw画像のデータ等を出力部１１２に供給する。出力部１１２は、そのRaw画像を、画像表示デバイス（例えばLCD（Liquid Crystal Display）等）に表示したり、プロジェクタから投影したりする。また、例えば、出力が「出力」の場合、復元部１２２は、Raw画像のデータ等を出力部１１２に供給する。出力部１１２は、そのRaw画像のデータ等を、外部出力端子から他の装置に出力する。さらに、例えば、出力が「記憶」の場合、復元部１２２は、Raw画像のデータ等を記憶部１１３に供給する。記憶部１１３は、そのRaw画像のデータ等を、自身が有する記憶媒体に記憶する。また、例えば、出力が「送信」の場合、復元部１２２は、Raw画像のデータ等を通信部１１４に供給する。通信部１１４は、所定の通信方式で他の装置と通信を行い、そのRaw画像のデータ等を、その通信相手に送信する。さらに、例えば、出力が「記録」の場合、復元部１２２は、Raw画像のデータ等を記録再生部１１５に供給する。記録再生部１１５は、そのRaw画像のデータ等を、自身に装着された記録媒体１１６に記録する。
次に、互いに関連付けられた検出画像のデータおよび画像復元係数等を出力する場合について説明する。例えば、出力が「表示」の場合、関連付け部１２３は、互いに関連付けられた検出画像のデータおよび画像復元係数等を出力部１１２に供給する。出力部１１２は、その検出画像のデータおよび画像復元係数等に関する画像や文字などの情報を、画像表示デバイス（例えばLCD（Liquid Crystal Display）等）に表示したり、プロジェクタから投影したりする。また、例えば、出力が「出力」の場合、関連付け部１２３は、互いに関連付けられた検出画像のデータおよび画像復元係数等を出力部１１２に供給する。出力部１１２は、その互いに関連付けられた検出画像のデータおよび画像復元係数等を、外部出力端子から他の装置に出力する。さらに、例えば、出力が「記憶」の場合、関連付け部１２３は、互いに関連付けられた検出画像のデータおよび画像復元係数等を記憶部１１３に供給する。記憶部１１３は、その互いに関連付けられた検出画像のデータおよび画像復元係数等を、自身が有する記憶媒体に記憶する。また、例えば、出力が「送信」の場合、関連付け部１２３は、互いに関連付けられた検出画像のデータおよび画像復元係数等を通信部１１４に供給する。通信部１１４は、所定の通信方式で他の装置と通信を行い、その互いに関連付けられた検出画像のデータおよび画像復元係数等を、その通信相手に送信する。さらに、例えば、出力が「記録」の場合、関連付け部１２３は、互いに関連付けられた検出画像のデータおよび画像復元係数等を記録再生部１１５に供給する。記録再生部１１５は、その互いに関連付けられた検出画像のデータおよび画像復元係数等を、自身に装着された記録媒体１１６に記録する。
出力データが出力されると、撮像処理が終了する。以上のように撮像処理を行うことにより、撮像素子１２１によって、負のパワーを持つ光学系１２０を介して撮像が行われるので、撮像素子１２１の撮像可能な被写体の範囲を超えて撮像を行うことができる。つまり、撮像可能な被写体の範囲を拡大することができる。
＜信号処理部＞
なお、信号処理部１２５（の制御部１０１）は、上述したように撮像処理のステップＳ１０３の処理を実行することにより、撮像素子１２１が負のパワーを持つ光学系１２０を介して撮像して得られた複数の検出信号（例えば検出画像）から復元画像を復元する際に用いられる係数（例えば復元行列）を設定することができる。したがって、上述のように撮像素子１２１が撮像可能な被写体の範囲を超えて撮像を行った場合であっても、信号処理部１２５は、適切な係数を得ることができる。つまり、そのような場合であっても適切な復元画像が得られるようになるので、撮像可能な被写体の範囲を拡大することができる。
＜２．第２の実施の形態＞
＜光学系可変＞
光学系１２０は可変としてもよい。例えば、光学系１２０の位置を可変としてもよい。ここで光学系１２０の位置とは、例えば、撮像素子１２１を基準とする相対位置であってもよい。例えば、光学系１２０（を構成するレンズ等）の中心の、撮像素子１２１の中心からの相対位置であってもよい。
例えば、図３０のＡに示されるように撮像素子１２１が、被写体２４１を、撮像素子１２１から所定の距離に位置する負のパワーを持つ光学素子２４２を介して撮像する場合を基準とする。これに対して図３０のＢのように、光学素子２４２の位置を両矢印２４３だけ撮像素子１２１から離すように移動させると、入射光の入射角が図３０のＡの場合から変化する。つまり、光学系１２０の位置を可変とすることにより、撮像素子１２１が撮像可能な被写体の位置（例えば距離や角度）の範囲を可変とすることができる。
また、例えば、光学系１２０の種類を可変としてもよい。ここで種類とは、光学系１２０の光学的特徴を分類したものである。光学的特徴とは、光学系１２０を構成する光学素子が有するものであり、撮像素子１２１が撮像可能な被写体の位置の範囲への光学的影響に寄与するものであればどのようなものであってもよい。例えば、光学素子がレンズの場合、構造、曲率、半径、反射率等をこの光学的特徴としてもよい。
つまり、光学系１２０の種類を変えるということは、この光学的特徴が異なる他の光学素子により構成される光学系１２０に変えるということである。換言するに、光学系１２０（を構成する光学素子）の種類を変えることにより、撮像素子１２１が撮像可能な被写体の位置の範囲を変えることができる。
例えば、図３０のＣに示されるように、光学素子２４２（図３０のＡ）を、光学素子２４４および光学素子２４５からなる負のパワーを持つ光学素子群に変更することにより、入射光の入射角を図３０のＡの場合から変化させることができる。つまり、光学系１２０の種類を可変とすることにより、撮像素子１２１が撮像可能な被写体の位置（例えば距離や角度）の範囲を可変とすることができる。
＜撮像装置＞
図３１は、この場合の、本技術を適用した撮像装置または画像処理装置の一実施の形態である撮像装置の主な構成例を示す図である。図３１に示される撮像装置３００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。撮像装置３００は、基本的に撮像装置１００（図１）と同様の装置であるが、撮像装置１００の場合と異なり、光学系１２０が撮像装置３００に対して着脱可能に構成される。
図３１に示されるように、撮像装置３００は、撮像装置１００から光学系１２０を除いた構成と同一の構成を有する。例えば、撮像装置３００は、撮像素子１２１を有する。また、撮像装置３００は、光学系１２０を着脱可能な構造を有する。光学系１２０は、その構造を利用して撮像装置３００に装着されうる。撮像装置３００に装着された状態において、光学系１２０は、撮像素子１２１の前方（光入射側）に位置する。
したがって、撮像装置３００は、光学系１２０が装着された状態において、撮像装置１００の場合と同様に、撮像素子１２１により、負のパワーを持つ光学系１２０を介して撮像を行うことができる。その場合、撮像素子１２１が備える複数の画素出力単位は、撮像レンズ及びピンホールのいずれも介さずに、かつ、負のパワーを持つ光学系１２０を介して入射する被写体からの入射光を受光し、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。なお、撮像装置３００は、光学系１２０が装着されていない状態において、その撮像素子１２１により、光学系１２０を介さずに撮像を行うこともできる。その場合、撮像素子１２１が備える複数の画素出力単位は、撮像レンズ及びピンホールのいずれも介さずに（かつ光学系１２０も介さずに）入射する被写体からの入射光を受光し、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。
撮像装置３００には、任意の構造の光学系１２０を装着することができる。つまり、撮像装置３００は、自身に装着する光学系１２０（の光学素子）が可変である。つまり、撮像装置３００は、この撮像装置３００に装着する光学系１２０（の光学素子）の位置や種類を変えることにより、撮像可能な被写体の位置（例えば距離や角度）の範囲を可変とすることができる。
ここでは、光学系１２０の脱着は手動（例えばユーザ等の手作業）により行われるものとする。光学系１２０（の光学素子）の位置や種類を変更すると、検出画像から撮像画像等への変換に用いられる画像復元係数が変化する。つまり、検出画像から撮像画像等への変換においては、光学系１２０の位置や種類に応じた係数を用いる必要がある。
そこで、撮像装置３００では、入力部１１１が、ユーザ等の外部からの、撮像装置３００に装着された光学系１２０（の光学素子）の位置や種類の指定を受け付ける。制御部１０１は、その指定に従って、光学系１２０の位置や種類に応じた係数を設定する。
なお、外部からの指定を受け付ける代わりに、センサ部１２４が、撮像装置３００に装着された光学系１２０（の光学素子）の位置や種類を検出するセンサを有するようにしてもよい。この検出方法は任意である。制御部１０１は、このセンサの検出結果に従って、光学系１２０の位置や種類に応じた係数を設定する。
例えば、多様な光学系の位置や種類に応じた係数セット群を記憶部１１３が予め記憶しておき、制御部１０１は、その中から所望の（撮像装置３００に装着された光学系１２０（の光学素子）の位置や種類に対応する）係数セットを選択して取得し、その係数セットを用いて被写体距離に応じた画像復元係数を設定する。このようにすることにより、撮像装置３００は、適切な係数を用いて検出画像から撮像画像等への変換を行うことができ、より正確にこの変換を行うことができる。
なお、記憶部１１３が予め記憶している係数セット群は、更新することができるようにしてもよい。すなわち、出荷後に係数セット群を記憶部１１３に記憶させることができるようにしてもよい。また、例えば、記憶部１１３が代表的な光学系の位置や種類に応じた係数セット群を記憶し、制御部１０１が、その代表的な光学系の位置や種類に応じた係数セットを用いて補間処理等を行い、所望の係数セットを算出するようにしてもよい。また、例えば、記憶部１１３に係数セットを記憶させず、制御部１０１が所定の演算により、所望の係数セットを算出するようにしてもよい。
＜撮像処理の流れ＞
次に、この場合の撮像処理の流れの例を、図３２のフローチャートを参照して説明する。
撮像処理が開始されると、ステップＳ１２１において、センサ部１２４は、撮像装置３００に装着された光学系１２０の（の光学素子）の種類および位置（撮像素子１２１を基準とする相対位置）を特定する。
ステップＳ１２２において、撮像素子１２１は、撮像装置３００に装着された、負のパワーを持つ光学系１２０を介して被写体を撮像し、検出画像のデータ（検出信号等）を得る。
ステップＳ１２３において、制御部１０１は、光学系の種類および位置に対応する係数セットを設定する。例えば、制御部１０１は、記憶部１１３に記憶されている係数セット群の中から、撮像装置３００に装着された光学系１２０（の光学素子）の位置や種類に対応する係数セットを選択して取得する。
ステップＳ１２４において、制御部１０１は、被写体距離を決定する。この被写体距離の決定方法は、第１の実施の形態の場合と同様に任意である。
ステップＳ１２５において、制御部１０１は、ステップＳ１２３において設定された係数セットと、ステップＳ１２４において決定された被写体距離とを用いて画像復元係数を設定する。
ステップＳ１２６乃至ステップＳ１２９の各処理は、ステップＳ１０４乃至ステップＳ１０７の各処理（図２９）と同様に実行される。
ステップＳ１２９において、出力データが出力されると、撮像処理が終了する。以上のように撮像処理を行うことにより、撮像素子１２１によって、撮像装置３００に装着された負のパワーを持つ光学系１２０を介して撮像が行われるので、撮像素子１２１の撮像可能な被写体の範囲を超えて撮像を行うことができる。つまり、撮像可能な被写体の範囲を拡大することができる。また、第１の実施の形態の場合と比較して、より多様な光学系１２０を利用して撮像を行うことができるので、撮像可能な被写体の範囲をより拡大することができる。
＜３．第３の実施の形態＞
＜光学系の設定機能＞
なお、撮像装置３００が光学系１２０の種類や位置を設定することができるようにしてもよい。例えば、撮像装置３００が、互いに種類または位置が異なる複数の光学系１２０（複数の光学素子）の候補の中から、撮像条件などに応じて適切な光学系１２０（の光学素子）を選択し、セットするようにしてもよい。例えば、撮像装置３００が、被写体距離に応じて、光学系１２０（の光学素子）の種類や位置を選択し、設定するようにしてもよい。
この場合、撮像装置３００は、図３１に示される第２の実施の形態の場合と基本的に同様の構成を有する。ただし、図示は省略するが、光学系１２０にも例えばバス１１０が接続され、制御部１０１によって光学系１２０を制御することができるようにする。
また、この場合の光学系１２０は、複数の光学系の候補を備え、撮像素子１２１の前に設置される光学系をその候補群の中から選択する。また、この場合の光学系１２０は、光学系１２０（の光学素子）の位置（撮像素子１２１を基準とする相対位置）の変更（つまり移動）が可能である。光学系１２０は、このような選択や変更を、例えば制御部１０１の制御に従って行う。
第１の実施の形態や第２の実施の形態の場合と同様に、制御部１０１が被写体距離を決定する。さらに制御部１０１は、その決定した被写体距離に対して適切な光学系１２０（の光学素子）の種類や位置を決定し、適宜、光学系１２０を制御する。
このようにすることにより、撮像装置３００は、より多様な光学系１２０をより容易にセットすることができるので、第２の実施の形態の場合と比較して、より容易に、撮像可能な被写体の範囲を拡大することができる。
なお、この場合の被写体距離の決定方法は、第１の実施の形態や第２の実施の形態の場合と同様に任意である。
＜撮像処理の流れ＞
次に、この場合の撮像処理の流れの例を、図３３のフローチャートを参照して説明する。
撮像処理が開始されると、ステップＳ１４１において、撮像装置３００は、光学系設定処理を行い、光学系１２０として撮像装置３００にセットする光学系を設定する。
ステップＳ１４２およびステップＳ１４３の各処理は、ステップＳ１２２およびステップＳ１２３の各処理と同様に実行される。
ステップＳ１４４において、制御部１０１は、ステップＳ１４３において設定された係数セットと、ステップＳ１４１において決定された被写体距離とを用いて画像復元係数を設定する。
ステップＳ１４５乃至ステップＳ１４８の各処理は、ステップＳ１２６乃至ステップＳ１２９の各処理（図３２）と同様に実行される。
ステップＳ１４８において、出力データが出力されると、撮像処理が終了する。以上のように撮像処理を行うことにより、撮像素子１２１によって、撮像装置３００に装着された負のパワーを持つ光学系１２０を介して撮像が行われるので、撮像素子１２１の撮像可能な被写体の範囲を超えて撮像を行うことができる。つまり、撮像可能な被写体の範囲を拡大することができる。また、第１の実施の形態の場合と比較して、より多様な光学系１２０を利用して撮像を行うことができるので、撮像可能な被写体の範囲をより拡大することができる。さらに、撮像装置３００が、適切な位置や種類の光学系１２０を選択するので、第２の実施の形態の場合と比較して、より容易に、撮像可能な被写体の範囲を拡大することができる。
＜光学系設定処理の流れ＞
次に、図３４のフローチャートを参照して、図３３のステップＳ１４１において実行される光学系設定処理の流れの例を説明する。
光学系設定処理が開始されると、ステップＳ１６１において、入力部１１１は、例えばユーザ等の外部より、被写体距離の指定を受け付ける。
ステップＳ１６２において、制御部１０１は、ステップＳ１６１において受け付けられた入力により指定される被写体距離に応じて光学系の適切な種類および位置を特定する。
ステップＳ１６３において、制御部１０１は、撮像装置３００に装着されている光学系１２０から、現在セットされている光学系に関する情報を取得する。この現在セットされている光学系に関する情報は、例えば、その光学系の種類や位置を示す情報も含む。
ステップＳ１６４において、制御部１０１は、ステップＳ１６２において特定した光学系の適切な種類および位置と、ステップＳ１６３において取得した情報とに基づいて、現在セットされている光学系の変更が必要であるか否かを判定する。
例えば、ステップＳ１６２において特定した光学系の適切な種類と、ステップＳ１６３において取得した現在セットされている光学系の種類とが一致しておらず、変更が必要であると判定された場合、処理はステップＳ１６５に進む。
ステップＳ１６５において、光学系１２０は、制御部１０１に制御されて、光学系の種類を変更する。すなわち、光学系１２０は、現在セットされている光学系を、ステップＳ１６２において特定された適切な光学系に変更する。
ステップＳ１６５の処理が終了すると処理はステップＳ１６６に進む。また、ステップＳ１６４において、例えば、ステップＳ１６２において特定した光学系の適切な種類と、ステップＳ１６３において取得した現在セットされている光学系の種類とが一致し、光学系の種類の変更が不要であると判定された場合、ステップＳ１６５の処理が省略され、処理はステップＳ１６６に進む。
ステップＳ１６６において、制御部１０１は、ステップＳ１６２において特定した光学系の適切な種類および位置と、ステップＳ１６３において取得した情報とに基づいて、現在セットされている光学系の移動が必要であるか否かを判定する。
例えば、ステップＳ１６２において特定した光学系（の光学素子）の適切な位置と、ステップＳ１６３において取得した現在セットされている光学系（の光学素子）の位置とが一致しておらず、移動が必要であると判定された場合、処理はステップＳ１６７に進む。
ステップＳ１６７において、光学系１２０は、制御部１０１に制御されて、光学系（の光学素子）の位置を変更する。すなわち、光学系１２０は、現在セットされている光学系（の光学素子）を、ステップＳ１６２において特定された適切な位置に移動させる。なお、この移動は、光学系１２０内において行われる、つまり、光学系１２０全体の位置は変更せず、光学系１２０を構成する光学素子の位置を移動させるようにしてもよいし、光学系１２０全体を移動させるようにしてもよい。
ステップＳ１６７の処理が終了すると光学系設定処理が終了し、処理は図３３に戻る。また、図３４のステップＳ１６６において、例えば、ステップＳ１６２において特定した光学系の適切な位置と、ステップＳ１６３において取得した現在セットされている光学系の位置とが一致し、光学系の移動が不要であると判定された場合、ステップＳ１６７の処理が省略され、光学系設定処理が終了し、処理は図３３に戻る。
以上のように光学系設定処理を行うことにより、撮像装置３００が被写体距離に応じて適切な光学系を設定することができる。これにより、より容易に、撮像可能な被写体の範囲を拡大することができる。
＜光学系設定処理の流れ２＞
図３４においては、光学設定処理の流れの例として、被写体距離が外部より指定される場合について説明したが、これに限らず、例えば撮像装置３００が被写体距離を計測するようにしてもよい。その場合の光学系設定処理の流れの例を図３５のフローチャートを参照して説明する。
この場合、光学系設定処理が開始されると、ステップＳ１８１において、撮像素子１２１は、被写体を撮像する。この撮像において、光学系１２０の設定は任意である。初期化されていてもよい。
ステップＳ１８２において、制御部１０１は、ステップＳ１８１において撮像素子１２１から読み出された検出信号を取得し、それを用いて被写体距離を推定する。なお、より正確に被写体距離を推定するために、得られた推定結果を光学系１２０の設定に反映させ、その状態で再度撮像を行い、再度被写体距離を推定するようにしてもよい。つまり、被写体距離の推定結果を光学系１２０の設定に反映させながら、ステップＳ１８１およびステップＳ１８２の処理を複数回繰り返すようにしてもよい。
被写体距離が推定されると、制御部１０１は、ステップＳ１８３において、制御部１０１は、その推定された被写体距離に応じて光学系の適切な種類および位置を特定する。
ステップＳ１８４乃至ステップＳ１８８の各処理は、ステップＳ１６３乃至ステップＳ１６７の各処理と同様に実行される。
ステップＳ１８８の処理またはステップＳ１８７の処理が終了すると光学系設定処理が終了し、処理は図３３に戻る。
以上のように光学系設定処理を行うことにより、撮像装置３００が被写体距離に応じて適切な光学系を設定することができる。これにより、より容易に、撮像可能な被写体の範囲を拡大することができる。
＜４．第４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の例について説明したが、撮像素子１２１は、撮像レンズ及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有していればよく、その構成は任意である。
例えば、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、撮像素子１２１の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してもよい。
図３６は、撮像素子の他の構成を示している。撮像素子３２１は、撮像素子３２２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３２３が撮像素子３２２に固定されており、被写体面ＯＰからの光は、マスク３２３で変調されたのち撮像素子３２２の撮像面ＩＰに入射するように構成されている。
図３７は、白黒パターンマスクを用いた場合を示している。図３７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３２３BW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３２２の画素サイズと独立に設定されている。図３７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３７のＢには、白黒パターンマスク３２３BW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３２３BWで変調されたのち撮像素子３２２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３２２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。
図３８は、光干渉マスクを用いた場合を示している。図３８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３２３LFを介して撮像素子３２２の撮像面ＩＰに照射される。光干渉マスク３２３LFの例えば光入射面には、図３８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３２３LF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３２３LF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３２３LFを透過した特定波長の透過光の強度は、図３８のＢに示すように、光干渉マスク３２３LFに対する入射角に応じて変調されて撮像素子３２２の撮像面ＩＰに入射する。したがって、撮像素子８２２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。
なお、光学フィルタ３２３ＢＷの代わりに、図３９の光学フィルタ３２３ＨＷを用いるようにしてもよい。光学フィルタ３２３ＨＷは、互いに偏光方向が等しい直線偏光素子３３１Ａと直線偏光素子３３１Ｂ、及び、１／２波長板３３２を備え、１／２波長板３３２は、直線偏光素子３３１Ａと直線偏光素子３３１Ｂの間に挟まれている。１／２波長板３３２には、光学フィルタ３２３ＢＷ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。
直線偏光素子３３１Ａ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３３１Ａが、偏光方向が紙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３３１Ａを透過した偏光光のうち、１／２波長板３３２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３３１Ａを透過した偏光光のうち、１／２波長板３３２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３３１Ｂ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。従って、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３２３ＢＷを用いた場合とほぼ同様の濃淡のパターンが、撮像素子３２２の受光面（撮像面）ＩＰ上に生じる。
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、第１の実施の形態乃至第３の実施の形態において説明した構成例の撮像素子１２１の方が、より小型化することができる。
以上のように、本技術は、撮像素子１２１が、図４を参照して説明したような構成であってもよいし、図５を参照して説明したような構成であってもよいし、図３６や図３７を参照して説明したような構成であってもよいし、図３８を参照して説明したような構成であってもよい。つまり、撮像素子１２１は、撮像レンズ及びピンホールのいずれも介さずに（、かつ、撮像レンズではない負のパワーを持つ光学系が前方に設けられている場合には、その光学系を介して）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ものであればよい。
また、本技術は、図４を参照して説明したような構成、または、図５を参照して説明したような構成の撮像素子１２１に適用することができるようにしてもよい。つまり、撮像素子１２１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。
また、本技術は、図４を参照して説明したような構成の撮像素子に適用することができるようにしてもよい。つまり、撮像素子１２１の複数の画素出力単位が、そ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。
また、本技術は、図５を参照して説明したような構成の撮像素子に適用することができるようにしてもよい。つまり、撮像素子１２１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。
＜撮像装置・画像処理装置の他の構成例＞
以上において、撮像装置１００や撮像装置３００が撮像素子１２１を有するように説明したが、撮像装置１００や撮像装置３００が有する撮像素子１２１の数は任意である。撮像装置１００や撮像装置３００が、それぞれ、単数の撮像素子１２１を有するようにしてもよいし、複数の撮像素子１２１を有するようにしてもよい。また、撮像装置１００や撮像装置３００が複数の撮像素子１２１を有する場合、その複数の撮像素子１２１の性能（例えば画素数、形状、画素構造、撮像特性、撮像方式等）が全て統一されていてもよいし、異なるものが含まれていてもよい。
また、以上においては撮像装置１００や撮像装置３００が復元部１２２を有するように説明したが、撮像装置１００や撮像装置３００が有する復元部１２２の数は任意であり、それぞれ、単数であってもよいし、複数であってもよい。また、撮像装置１００や撮像装置３００が複数の復元部１２２を有する場合、その複数の復元部１２２の性能が全て統一されていてもよいし、異なるものが含まれていてもよい。また、撮像装置１００や撮像装置３００が、その他の処理部を複数有するようにしてもよい。
＜５．その他＞
＜適用例＞
本技術は、撮像機能を有する装置であればどのような装置にも適用することができる。また、本技術は、撮像機能により得られた画像を処理する装置やシステムであれば、どのような装置やシステムにも適用することができる。また、本技術は、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、任意の分野に用いられる装置やシステムに適用することができる。
例えば、本技術は、ディジタルカメラやカメラ機能付きの携帯機器等、鑑賞の用に供される画像を取り扱う装置やシステムに適用することができる。また、本技術は、例えば監視カメラのような、防犯、監視、観測等の用途に用いられる画像を取り扱う装置やシステムに適用することもできる。また、本技術は、例えば、人物認証、画像解析、測距等の用途に用いられる画像を取り扱う装置やシステムに適用することもできる。また、本技術は、例えば自動車やロボット等の自動運転のような、機械等の制御に用いられる画像を取り扱う装置やシステムに適用することもできる。
＜ソフトウエア＞
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。また、一部の処理をハードウエアにより実行させ、他の処理を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インストールされる。
このプログラムは、例えば、記録媒体からインストールすることができる。例えば図１の撮像装置１００や図３１の撮像装置３００の場合、この記録媒体は、装置本体とは別に、ユーザにプログラムを配信するために配布される、プログラムが記録されている記録媒体１１６により構成される。その場合、例えば、記録媒体１１６を記録再生部１１５に装着することにより、その記録媒体１１６に記憶されているこのプログラムを読み出させ、記憶部１１３にインストールさせることができる。
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。例えば図１の撮像装置１００や図３１の撮像装置３００の場合、プログラムは、通信部１１４で受信し、記憶部１１３にインストールすることができる。
その他、このプログラムは、記憶部やROM等に、予めインストールしておくこともできる。例えば図１の撮像装置１００や図３１の撮像装置３００の場合、プログラムは、記憶部１１３や制御部１０１内のROM（図示せず）等に予めインストールしておくこともできる。
＜補足＞
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。
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。
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。
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、及び、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１） 撮像レンズではない負のパワーを持つ光学系と、
撮像レンズ及びピンホールのいずれも介さずに、かつ前記光学系を介して入射する被写体からの入射光を受光し、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
を備える撮像装置。
（２） 前記光学系は、単数の凹レンズよりなる
（１）に記載の撮像装置。
（３） 前記光学系は、全体として負のパワーを持つ複数のレンズよりなる
（１）に記載の撮像装置。
（４） 前記複数のレンズは、一部のレンズが正のパワーを持つ
（３）に記載の撮像装置。
（５） 前記光学系の前記撮像素子に対する相対位置は可変である
（１）乃至（４）のいずれかに記載の撮像装置。
（６） 前記光学系は、前記撮像装置から脱着可能である
（１）乃至（５）のいずれかに記載の撮像装置。
（７） 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）乃至（６）のいずれかに記載の撮像装置。
（８） 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）乃至（６）のいずれかに記載の撮像装置。
（９） 前記複数の画素出力単位は、出力に寄与するPD（Photo Diode）を互いに異ならせることで、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し得る構成を有する
（１）乃至（６）のいずれかに記載の撮像装置。
（１０） 撮像レンズ及びピンホールのいずれも介さずに、かつ、撮像レンズではない負のパワーを持つ光学系を介して入射する被写体からの入射光を受光し、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、被写体を撮像する
撮像方法。
（１１） 撮像レンズ及びピンホールのいずれも介さずに、かつ、撮像レンズではない負のパワーを持つ光学系を介して入射する被写体からの入射光を受光し、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の、前記複数の画素出力単位の前記出力画素値から復元画像を復元する際に用いられる係数を、前記光学系の種類および位置、並びに、前記被写体までの距離のうちの少なくともいずれか１つに応じて設定する係数設定部
を備える画像処理装置。
（１２） 前記光学系の種類および位置の指定を受け付ける受付部をさらに備え、
前記係数設定部は、前記受付部により受け付けられる前記光学系の種類および位置に応じて前記係数を設定するように構成される
（１１）に記載の画像処理装置。
（１３） 前記光学系の種類および位置を検出する検出部をさらに備え、
前記係数設定部は、前記検出部により検出される前記光学系の種類および位置に応じて前記係数を設定するように構成される
（１１）または（１２）に記載の画像処理装置。
（１４） 前記被写体までの距離の入力を受け付ける被写体距離受付部をさらに備え、
前記係数設定部は、前記被写体距離受付部により受け付けられる前記被写体までの距離に応じて前記係数を設定するように構成される
（１１）乃至（１３）のいずれかに記載の画像処理装置。
（１５） 前記被写体までの距離を検出する被写体距離検出部をさらに備え、
前記係数設定部は、前記被写体距離検出部により検出される前記被写体までの距離に応じて前記係数を設定するように構成される
（１１）乃至（１４）のいずれかに記載の画像処理装置。
（１６） 前記撮像素子の複数の画素出力単位の出力画素値と、前記係数設定部により設定される前記係数とを用いて、前記復元画像を復元する復元部をさらに備える
（１１）乃至（１５）のいずれかに記載の画像処理装置。
（１７） 前記撮像素子の複数の画素出力単位の出力画素値を含むデータに、前記係数設定部により設定される前記係数をメタデータとして関連付ける関連付け部をさらに備える
（１１）乃至（１６）のいずれかに記載の画像処理装置。
（１８） 前記光学系の種類および位置を設定する光学系設定部をさらに備える
（１１）乃至（１７）のいずれかに記載の画像処理装置。
（１９） 前記光学系設定部は、前記被写体までの距離に応じて、前記光学系の種類および位置を設定するように構成される
（１８）に記載の画像処理装置。
（２０） 撮像レンズ及びピンホールのいずれも介さずに、かつ、撮像レンズではない負のパワーを持つ光学系を介して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の、前記複数の画素出力単位の前記出力画素値から復元画像を復元する際に用いられる係数を、前記光学系の種類および位置、並びに、前記被写体までの距離のうちの少なくともいずれか１つに応じて設定する
画像処理方法。
１００ 撮像装置， １２０ 光学系， １２１ 撮像素子， １２２ 復元部， １２３ 関連付け部， １２４ センサ部， １２５ 信号処理部， ３００ 撮像装置

Claims (20)

  1. 撮像レンズではない負のパワーを持つ光学系と、
    撮像レンズ及びピンホールのいずれも介さずに、かつ前記光学系を介して入射する被写体からの入射光を受光し、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
    を備える撮像装置。
  2. 前記光学系は、単数の凹レンズよりなる
    請求項１に記載の撮像装置。
  3. 前記光学系は、全体として負のパワーを持つ複数のレンズよりなる
    請求項１に記載の撮像装置。
  4. 前記複数のレンズは、一部のレンズが正のパワーを持つ
    請求項３に記載の撮像装置。
  5. 前記光学系の前記撮像素子に対する相対位置は可変である
    請求項１に記載の撮像装置。
  6. 前記光学系は、前記撮像装置から脱着可能である
    請求項１に記載の撮像装置。
  7. 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。
  8. 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。
  9. 前記複数の画素出力単位は、出力に寄与するPD（Photo Diode）を互いに異ならせることで、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し得る構成を有する
    請求項１に記載の撮像装置。
  10. 撮像レンズ及びピンホールのいずれも介さずに、かつ、撮像レンズではない負のパワーを持つ光学系を介して入射する被写体からの入射光を受光し、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、被写体を撮像する
    撮像方法。
  11. 撮像レンズ及びピンホールのいずれも介さずに、かつ、撮像レンズではない負のパワーを持つ光学系を介して入射する被写体からの入射光を受光し、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の、前記複数の画素出力単位の前記出力画素値から復元画像を復元する際に用いられる係数を、前記光学系の種類および位置、並びに、前記被写体までの距離のうちの少なくともいずれか１つに応じて設定する係数設定部
    を備える画像処理装置。
  12. 前記光学系の種類および位置の指定を受け付ける受付部をさらに備え、
    前記係数設定部は、前記受付部により受け付けられる前記光学系の種類および位置に応じて前記係数を設定するように構成される
    請求項１１に記載の画像処理装置。
  13. 前記光学系の種類および位置を検出する検出部をさらに備え、
    前記係数設定部は、前記検出部により検出される前記光学系の種類および位置に応じて前記係数を設定するように構成される
    請求項１１に記載の画像処理装置。
  14. 前記被写体までの距離の入力を受け付ける被写体距離受付部をさらに備え、
    前記係数設定部は、前記被写体距離受付部により受け付けられる前記被写体までの距離に応じて前記係数を設定するように構成される
    請求項１１に記載の画像処理装置。
  15. 前記被写体までの距離を検出する被写体距離検出部をさらに備え、
    前記係数設定部は、前記被写体距離検出部により検出される前記被写体までの距離に応じて前記係数を設定するように構成される
    請求項１１に記載の画像処理装置。
  16. 前記撮像素子の複数の画素出力単位の出力画素値と、前記係数設定部により設定される前記係数とを用いて、前記復元画像を復元する復元部をさらに備える
    請求項１１に記載の画像処理装置。
  17. 前記撮像素子の複数の画素出力単位の出力画素値を含むデータに、前記係数設定部により設定される前記係数をメタデータとして関連付ける関連付け部をさらに備える
    請求項１１に記載の画像処理装置。
  18. 前記光学系の種類および位置を設定する光学系設定部をさらに備える
    請求項１１に記載の画像処理装置。
  19. 前記光学系設定部は、前記被写体までの距離に応じて、前記光学系の種類および位置を設定するように構成される
    請求項１８に記載の画像処理装置。
  20. 撮像レンズ及びピンホールのいずれも介さずに、かつ、撮像レンズではない負のパワーを持つ光学系を介して入射する被写体からの入射光を受光し、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の、前記複数の画素出力単位の前記出力画素値から復元画像を復元する際に用いられる係数を、前記光学系の種類および位置、並びに、前記被写体までの距離のうちの少なくともいずれか１つに応じて設定する
    画像処理方法。
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