JPWO2013114895A1 - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

複雑な撮影光学系と撮像素子を用意しなければならない。撮像装置は、入射光を電気信号に光電変換する、二次元的に配列された光電変換素子、及び、前記光電変換素子のそれぞれに一対一に対応して設けられた開口部が前記入射光の断面領域内の互いに異なる部分領域からの光束をそれぞれ通過させるように位置づけられた開口マスクを有する撮像素子と、前記互いに異なる部分領域の配列方向の絞り開口の幅が、前記配列方向と直交する方向の前記絞り開口の幅よりも長い状態で形状が変化する絞りとを備える。

Description

本発明は、撮像装置に関する。

２つの撮影光学系を用いて、右目用の画像と左目用の画像とから成るステレオ画像を撮像するステレオ撮像装置が知られている。このようなステレオ撮像装置は、２つの撮像光学系を一定の間隔で配置することにより、同一の被写体を撮像して得られる２つの画像に視差を生じさせる。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］ 特開平８−４７００１号公報

しかしながら、上述の技術では、視差画像を取得するには、それぞれの視差画像を撮像するための複雑な撮影光学系と撮像素子を用意しなければならなかった。

本発明の第１の態様においては、入射光を電気信号に光電変換する、二次元的に配列された光電変換素子、及び、前記光電変換素子のそれぞれに一対一に対応して設けられた開口部が前記入射光の断面領域内の互いに異なる部分領域からの光束をそれぞれ通過させるように位置づけられた開口マスクを有する撮像素子と、前記互いに異なる部分領域の配列方向の絞り開口の幅が、前記配列方向と直交する方向の前記絞り開口の幅よりも長い状態で形状が変化する絞りとを備える撮像装置を提供する。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本発明の実施形態に係るデジタルカメラ１０の構成を説明する図である。 本発明の実施形態に係る撮像素子の断面を表す概略図である。 撮像素子１００の一部を拡大した様子を表す概略図である。 視差画素と被写体の関係を説明する概念図である。 視差画像を生成する処理を説明する概念図である。 繰り返しパターン１１０の他の例を示す図である。 二次元的な繰り返しパターン１１０の例を示す図である。 開口部１０４の他の形状を説明する図である。 ベイヤー配列を説明する図である。 ベイヤー配列に対する視差画素の割り振りについて、視差画素の種類が２つである場合のバリエーションを説明する図である。 バリエーションの一例を示す図である。 他のバリエーションの一例を示す図である。 更に他のバリエーションの一例を示す図である。 他のカラーフィルタ配列を説明する図である。 図１４の他のカラーフィルタ配列を採用する場合の、Ｗ画素と視差画素の配列の一例を示す図である。 開放状態の絞り５０を説明する正面図である。 絞られた状態の絞り５０を説明する正面図である。 開放状態の絞り５０における視差量を説明する図である。 本実施形態とは異なり円形状を維持する開口を有する絞り５０が絞られた状態での視差量を説明する図である。 本実施形態による絞り５０が絞られた状態での視差量を説明する図である。 別の絞り１５０の開放状態を説明する正面図である。 図２１の絞り１５０が絞られた状態を説明する正面図である。 別の絞り２５０の開放状態を説明する正面図である。 図２３の絞り２５０が絞られた状態を説明する正面図である。 別の絞り３５０の開放状態を説明する正面図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

撮像装置の一形態である本実施形態に係るデジタルカメラは、複数の視点数の画像を単一の撮像光学系で撮影して生成し、ＲＡＷ画像データセットとして保存する。互いに視点の異なるそれぞれの画像を視差画像と呼ぶ。

図１は、本発明の実施形態に係るデジタルカメラ１０の構成を説明する図である。デジタルカメラ１０は、撮影光学系としての撮影レンズ２０及び絞り５０を備える。撮影レンズ２０は、光軸２１に沿って入射する被写体光束を撮像素子１００へ導く。絞り５０は、面積を変更可能な開口の大きさを変化させることによって、被写体光束である入射光の光量を変化させる。絞り５０は、撮影レンズ２０の瞳の位置に共役な位置、またはその近傍に配置されている。撮影レンズ２０は、デジタルカメラ１０に対して絞り５０とともに着脱できる交換式レンズであっても構わない。デジタルカメラ１０は、撮像素子１００、制御部２０１、Ａ／Ｄ変換回路２０２、メモリ２０３、駆動部２０４、絞り５０を制御する絞り駆動部２０６、画像処理部２０５、メモリカードＩＦ２０７、操作部２０８、表示部２０９、ＬＣＤ駆動回路２１０、ＡＦセンサ２１１および保存制御部２３８を備える。

なお、図示するように、撮像素子１００へ向かう光軸２１に平行な方向を＋Ｚ軸方向と定め、Ｚ軸と直交する平面において紙面手前へ向かう方向を＋Ｘ軸方向、紙面上方向を＋Ｙ軸方向と定める。撮影における構図との関係はＸ軸が水平方向、Ｙ軸が垂直方向となる。以降のいくつかの図においては、図１の座標軸を基準として、それぞれの図の向きがわかるように座標軸を表示する。

撮影レンズ２０は、複数の光学レンズ群から構成され、被写体光束をその焦点面近傍に結像させる。なお、図１では撮影レンズ２０を説明の都合上、瞳近傍に配置された仮想的な１枚のレンズで代表して表している。撮像素子１００は、撮影レンズ２０の焦点面近傍に配置されている。撮像素子１００は、二次元的に複数の光電変換素子が配列された、例えばＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサ等のイメージセンサである。撮像素子１００は、駆動部２０４によりタイミング制御されて、受光面上に結像された被写体像を画像信号に変換してＡ／Ｄ変換回路２０２へ出力する。

Ａ／Ｄ変換回路２０２は、撮像素子１００が出力する画像信号をデジタル信号に変換してＲＡＷ元画像データとしてメモリ２０３へ出力する。画像処理部２０５は、メモリ２０３をワークスペースとして種々の画像処理を施し、画像データを生成する。

画像処理部２０５は、他にも選択された画像フォーマットに従って画像データを調整するなどの画像処理一般の機能も担う。生成された画像データは、ＬＣＤ駆動回路２１０により表示信号に変換され、表示部２０９に表示される。また、上記種々の画像データは保存制御部２３８によりメモリカードＩＦ２０７に装着されているメモリカード２２０に記録される。

ＡＦセンサ２１１は、被写体空間に対して複数の測距点が設定された位相差センサであり、それぞれの測距点において被写体像のデフォーカス量を検出する。一連の撮影シーケンスは、操作部２０８がユーザの操作を受け付けて、制御部２０１へ操作信号を出力することにより開始される。撮影シーケンスに付随するＡＦ，ＡＥ等の各種動作は、制御部２０１に制御されて実行される。例えば、制御部２０１は、ＡＦセンサ２１１の検出信号を解析して、撮影レンズ２０の一部を構成するフォーカスレンズを移動させる合焦制御を実行する。尚、後述する視差画素が、ＡＦセンサ２１１の機能を兼用するように構成してもよい。この場合、ＡＦセンサ２１１は、省略できる。

次に、撮像素子１００の構成について詳細に説明する。図２は、本発明の実施形態に係る撮像素子の断面を表す概略図である。図２（ａ）は、カラーフィルタ１０２と開口マスク１０３が別体で構成される撮像素子１００の断面概略図である。また、図２（ｂ）は、撮像素子１００の変形例として、カラーフィルタ部１２２と開口マスク部１２３が一体的に構成されたスクリーンフィルタ１２１を備える撮像素子１２０の断面概略図である。

図２（ａ）に示すように、撮像素子１００は、被写体側から順に、マイクロレンズ１０１、カラーフィルタ１０２、開口マスク１０３、配線層１０５および光電変換素子１０８が配列されて構成されている。光電変換素子１０８は、入射する光を電気信号に変換するフォトダイオードにより構成される。光電変換素子１０８は、基板１０９の表面に二次元的に複数配列されている。

光電変換素子１０８により変換された画像信号、光電変換素子１０８を制御する制御信号等は、配線層１０５に設けられた配線１０６を介して送受信される。また、各光電変換素子１０８に一対一に対応して設けられ、二次元的に繰り返し配列された開口部１０４を有する開口マスク１０３が、配線層に接して設けられている。カラーフィルタ１０２と、視差特性を持たせる開口マスク１０３とが、同一の光電変換素子１０８上に積層されている。開口部１０４は、後述するように、対応する光電変換素子１０８ごとにシフトさせて、相対的な位置が厳密に定められている。詳しくは後述するが、この開口部１０４を備える開口マスク１０３の作用により、光電変換素子１０８が受光する被写体光束に視差が生じる。

一方、視差を生じさせない光電変換素子１０８上には、開口マスク１０３が存在しない。別言すれば、対応する光電変換素子１０８に対して入射する被写体光束を制限しない、つまり有効光束の全体を通過させる開口部１０４を有する開口マスク１０３が設けられているとも言える。視差を生じさせることはないが、実質的には配線１０６によって形成される開口部１０７が入射する被写体光束を規定するので、配線１０６を、視差を生じさせない有効光束の全体を通過させる開口マスクと捉えることもできる。尚、開口部１０７は、配線層１０５の上層の配線１０６に形成してもよい。開口マスク１０３は、各光電変換素子１０８に対応して別個独立に配列しても良いし、カラーフィルタ１０２の製造プロセスと同様に複数の光電変換素子１０８に対して一括して形成しても良い。

カラーフィルタ１０２は、開口マスク１０３上に設けられている。カラーフィルタ１０２は、各光電変換素子１０８に対して特定の波長帯域を透過させるように着色された、光電変換素子１０８のそれぞれに一対一に対応して設けられるフィルタである。カラー画像を出力するには、互いに異なる少なくとも３種類のカラーフィルタが配列されれば良い。これらのカラーフィルタは、カラー画像を生成するための原色フィルタと言える。原色フィルタの組み合わせは、例えば赤色波長帯を透過させる赤フィルタ、緑色波長帯を透過させる緑フィルタ、および青色波長帯を透過させる青フィルタである。これらのカラーフィルタは、後述するように、光電変換素子１０８に対応して格子状に配列される。カラーフィルタは原色ＲＧＢの組合せのみならず、ＹｅＣｙＭｇの補色フィルタの組合せであっても良い。

マイクロレンズ１０１は、カラーフィルタ１０２上に設けられている。マイクロレンズ１０１は、入射する被写体光束のより多くを光電変換素子１０８へ導くための集光レンズである。マイクロレンズ１０１は、光電変換素子１０８のそれぞれに一対一に対応して設けられている。マイクロレンズ１０１は、撮影レンズ２０の瞳中心と光電変換素子１０８の相対的な位置関係を考慮して、より多くの被写体光束が光電変換素子１０８に導かれるようにその光軸がシフトされていることが好ましい。さらには、開口マスク１０３の開口部１０４の位置と共に、後述の特定の被写体光束がより多く入射するように配置位置が調整されても良い。

このように、各々の光電変換素子１０８に対応して一対一に設けられる開口マスク１０３、カラーフィルタ１０２およびマイクロレンズ１０１の一単位を画素と呼ぶ。特に、視差を生じさせる開口マスク１０３が設けられた画素を視差画素、視差を生じさせる開口マスク１０３が設けられていない画素を視差なし画素と呼ぶ。例えば、撮像素子１００の有効画素領域が２４ｍｍ×１６ｍｍ程度の場合、画素数は１２００万程度に及ぶ。

なお、集光効率、光電変換効率が良いイメージセンサの場合は、マイクロレンズ１０１を設けなくても良い。また、裏面照射型イメージセンサの場合は、配線層１０５が光電変換素子１０８とは反対側に設けられる。

カラーフィルタ１０２と開口マスク１０３の組み合わせには、さまざまなバリエーションが存在する。図２（ａ）において、開口マスク１０３の開口部１０４に色成分を持たせれば、カラーフィルタ１０２と開口マスク１０３を一体的に形成することができる。また、特定の画素を被写体の輝度情報を取得する画素とする場合、その画素には、対応するカラーフィルタ１０２を設けなくても良い。あるいは、可視光のおよそ全ての波長帯域を透過させるように、着色を施さない透明フィルタを配列しても良い。

輝度情報を取得する画素を視差画素とする場合、つまり、視差画像を少なくとも一旦はモノクロ画像として出力するのであれば、図２（ｂ）として示す撮像素子１２０の構成を採用し得る。すなわち、カラーフィルタとして機能するカラーフィルタ部１２２と、開口部１０４を有する開口マスク部１２３とが一体的に構成されたスクリーンフィルタ１２１を、マイクロレンズ１０１と配線層１０５の間に配設することができる。

スクリーンフィルタ１２１は、カラーフィルタ部１２２において例えば青緑赤の着色が施され、開口マスク部１２３において開口部１０４以外のマスク部分が黒の着色が施されて形成される。スクリーンフィルタ１２１を採用する撮像素子１２０は、撮像素子１００に比較して、マイクロレンズ１０１から光電変換素子１０８までの距離が短いので、被写体光束の集光効率が高い。

次に、開口マスク１０３の開口部１０４と、生じる視差の関係について説明する。図３は、撮像素子１００の一部を拡大した様子を表す概略図である。ここでは、説明を簡単にすべく、カラーフィルタ１０２の配色については後に言及を再開するまで考慮しない。カラーフィルタ１０２の配色に言及しない以下の説明においては、同色（透明である場合を含む）のカラーフィルタ１０２を有する視差画素のみを寄せ集めたイメージセンサであると捉えることができる。したがって、以下に説明する繰り返しパターンは、同色のカラーフィルタ１０２における隣接画素として考えても良い。

図３に示すように、開口マスク１０３の開口部１０４は、それぞれの画素に対して相対的にシフトして設けられている。そして、隣接する画素同士においても、それぞれの開口部１０４は互いに変位した位置に設けられている。

図の例においては、それぞれの画素に対する開口部１０４の位置として、互いにＸ軸方向にシフトした６種類の開口マスク１０３が用意されている。そして、撮像素子１００の全体は、−Ｘ側から＋Ｘ側へ徐々にシフトする開口マスク１０３をそれぞれ有する６つの視差画素を一組とする光電変換素子群が、二次元的かつ周期的に配列されている。つまり、撮像素子１００は、一組の光電変換素子群を含む繰り返しパターン１１０が、周期的に敷き詰められて構成されていると言える。

図４は、視差画素と被写体の関係を説明する概念図である。特に図４（ａ）は撮像素子１００のうち撮影光軸２１と直交する中心に配列されている繰り返しパターン１１０ｔの光電変換素子群を示し、図４（ｂ）は周辺部分に配列されている繰り返しパターン１１０ｕの光電変換素子群を模式的に示している。図４（ａ）、（ｂ）における被写体３０は、撮影レンズ２０に対して合焦位置に存在する。図４（ｃ）は、図４（ａ）に対応して、撮影レンズ２０に対して非合焦位置に存在する被写体３１を捉えた場合の関係を模式的に示している。

まず、撮影レンズ２０が合焦状態に存在する被写体３０を捉えている場合の、視差画素と被写体の関係を説明する。被写体光束は、撮影レンズ２０の瞳を通過して撮像素子１００へ導かれるが、被写体光束が通過する全体の断面領域に対して、６つの部分領域Ｐａ〜Ｐｆが規定されている。そして、例えば繰り返しパターン１１０ｔ、１１０ｕを構成する光電変換素子群の−Ｘ側の端の画素は、拡大図からもわかるように、部分領域Ｐｆから射出された被写体光束のみが光電変換素子１０８へ到達するように、開口マスク１０３の開口部１０４ｆの位置が定められている。同様に、＋Ｘ側の端の画素に向かって、部分領域Ｐｅに対応して開口部１０４ｅの位置が、部分領域Ｐｄに対応して開口部１０４ｄの位置が、部分領域Ｐｃに対応して開口部１０４ｃの位置が、部分領域Ｐｂに対応して開口部１０４ｂの位置が、部分領域Ｐａに対応して開口部１０４ａの位置がそれぞれ定められている。

別言すれば、例えば部分領域Ｐｆと−Ｘ側の端の画素の相対的な位置関係によって定義される、部分領域Ｐｆから射出される被写体光束の主光線Ｒｆの傾きにより、開口部１０４ｆの位置が定められていると言っても良い。そして、合焦位置に存在する被写体３０からの被写体光束を、開口部１０４ｆを介して光電変換素子１０８が受光する場合、その被写体光束は、点線で図示するように、光電変換素子１０８上で結像する。同様に、＋Ｘ側の端の画素に向かって、主光線Ｒｅの傾きにより開口部１０４ｅの位置が、主光線Ｒｄの傾きにより開口部１０４ｄの位置が、主光線Ｒｃの傾きにより開口部１０４ｃの位置が、主光線Ｒｂの傾きにより開口部１０４ｂの位置が、主光線Ｒａの傾きにより開口部１０４ａの位置がそれぞれ定められていると言える。

図４（ａ）で示すように、合焦位置に存在する被写体３０のうち、光軸２１と交差する被写体３０上の微小領域Ｏｔから放射される光束は、撮影レンズ２０の瞳を通過して、繰り返しパターン１１０ｔを構成する光電変換素子群の各画素に到達する。すなわち、繰り返しパターン１１０ｔを構成する光電変換素子群の各画素は、それぞれ６つの部分領域Ｐａ〜Ｐｆを介して、一つの微小領域Ｏｔから放射される光束を受光している。微小領域Ｏｔは、繰り返しパターン１１０ｔを構成する光電変換素子群の各画素の位置ずれに対応する分だけの広がりを有するが、実質的には、ほぼ同一の物点と近似することができる。同様に、図４（ｂ）で示すように、合焦位置に存在する被写体３０のうち、光軸２１から離間した被写体３０上の微小領域Ｏｕから放射される光束は、撮影レンズ２０の瞳を通過して、繰り返しパターン１１０ｕを構成する光電変換素子群の各画素に到達する。すなわち、繰り返しパターン１１０ｕを構成する光電変換素子群の各画素は、それぞれ６つの部分領域Ｐａ〜Ｐｆを介して、一つの微小領域Ｏｕから放射される光束を受光している。微小領域Ｏｕも、微小領域Ｏｔと同様に、繰り返しパターン１１０ｕを構成する光電変換素子群の各画素の位置ずれに対応する分だけの広がりを有するが、実質的には、ほぼ同一の物点と近似することができる。

つまり、被写体３０が合焦位置に存在する限りは、撮像素子１００上における繰り返しパターン１１０の位置に応じて、光電変換素子群が捉える微小領域が異なり、かつ、光電変換素子群を構成する各画素は互いに異なる部分領域を介して同一の微小領域を捉えている。そして、それぞれの繰り返しパターン１１０において、対応する画素同士は同じ部分領域からの被写体光束を受光している。つまり、図においては、例えば繰り返しパターン１１０ｔ、１１０ｕのそれぞれの−Ｘ側の端の画素は、同じ部分領域Ｐｆからの被写体光束を受光している。

撮影光軸２１と直交する中心に配列されている繰り返しパターン１１０ｔにおいて−Ｘ側の端の画素が部分領域Ｐｆからの被写体光束を受光する開口部１０４ｆの位置と、周辺部分に配列されている繰り返しパターン１１０ｕにおいて−Ｘ側の端の画素が部分領域Ｐｆからの被写体光束を受光する開口部１０４ｆの位置は厳密には異なる。しかしながら、機能的な観点からは、部分領域Ｐｆからの被写体光束を受光するための開口マスクという点で、これらを同一種類の開口マスクとして扱うことができる。したがって、図４の例では、撮像素子１００上に配列される視差画素のそれぞれは、６種類の開口マスクの一つを備えると言える。

次に、撮影レンズ２０が非合焦状態に存在する被写体３１を捉えている場合の、視差画素と被写体の関係を説明する。この場合も、非合焦位置に存在する被写体３１からの被写体光束は、撮影レンズ２０の瞳の６つの部分領域Ｐａ〜Ｐｆを通過して、撮像素子１００へ到達する。ただし、非合焦位置に存在する被写体３１からの被写体光束は、光電変換素子１０８上ではなく他の位置で結像する。例えば、図４（ｃ）に示すように、被写体３１が被写体３０よりも撮像素子１００に対して遠い位置に存在すると、被写体光束は、光電変換素子１０８よりも被写体３１側で結像する。逆に、被写体３１が被写体３０よりも撮像素子１００に対して近い位置に存在すると、被写体光束は、光電変換素子１０８よりも被写体３１とは反対側で結像する。

したがって、非合焦位置に存在する被写体３１のうち、微小領域Ｏｔ'から放射される被写体光束は、６つの部分領域Ｐａ〜Ｐｆのいずれを通過するかにより、異なる組の繰り返しパターン１１０における対応画素に到達する。例えば、部分領域Ｐｄを通過した被写体光束は、図４（ｃ）の拡大図に示すように、主光線Ｒｄ'として、繰り返しパターン１１０ｔ'に含まれる、開口部１０４ｄを有する光電変換素子１０８へ入射する。そして、微小領域Ｏｔ'から放射された被写体光束であっても、他の部分領域を通過した被写体光束は、繰り返しパターン１１０ｔ'に含まれる光電変換素子１０８へは入射せず、他の繰り返しパターンにおける対応する開口部を有する光電変換素子１０８へ入射する。換言すると、繰り返しパターン１１０ｔ'を構成する各光電変換素子１０８へ到達する被写体光束は、被写体３１の互いに異なる微小領域から放射された被写体光束である。すなわち、開口部１０４ｄに対応する１０８へは主光線をＲｄ'とする被写体光束が入射し、他の開口部に対応する光電変換素子１０８へは主光線をＲａ＋、Ｒｂ＋、Ｒｃ＋、Ｒｅ＋、Ｒｆ＋とする被写体光束が入射するが、これらの被写体光束は、被写体３１の互いに異なる微小領域から放射された被写体光束である。このような関係は、図４（ｂ）における周辺部分に配列されている繰り返しパターン１１０ｕにおいても同様である。

すると、撮像素子１００の全体で見た場合、例えば、開口部１０４ａに対応する光電変換素子１０８で捉えた被写体像Ａと、開口部１０４ｄに対応する光電変換素子１０８で捉えた被写体像Ｄは、合焦位置に存在する被写体に対する像であれば互いにずれが無く、非合焦位置に存在する被写体に対する像であればずれが生じることになる。そして、そのずれは、非合焦位置に存在する被写体が合焦位置に対してどちら側にどれだけずれているかにより、また、部分領域Ｐａと部分領域Ｐｄの距離により、方向と量が定まる。つまり、被写体像Ａと被写体像Ｄは、互いに視差像となる。この関係は、他の開口部に対しても同様であるので、開口部１０４ａから１０４ｆに対応して、６つの視差像が形成されることになる。また、互いに異なる部分領域Ｐａ〜Ｐｆの配列方向を視差方向と呼ぶ。この例の場合はＸ軸方向である。

したがって、このように構成されたそれぞれの繰り返しパターン１１０において、互いに対応する画素の出力を寄せ集めると、視差画像が得られる。つまり、６つの部分領域Ｐａ〜Ｐｆうちの特定の部分領域から射出された被写体光束を受光した画素の出力は、視差画像を形成する。これにより、複雑な光学系を必要とすることなく、一の撮影レンズ２０によって、互いに異なる部分領域Ｐａ〜Ｐｆの配列方向を視差方向とする視差画像を撮像することができる。

図５は、視差画像を生成する処理を説明する概念図である。図は、紙面左列から順に、開口部１０４ｆに対応する視差画素の出力を集めて生成される視差画像データＩｍ＿ｆの生成の様子、開口部１０４ｅの出力による視差画像データＩｍ＿ｅの生成の様子、開口部１０４ｄの出力による視差画像データＩｍ＿ｄの生成の様子、開口部１０４ｃの出力による視差画像データＩｍ＿ｃの生成の様子、開口部１０４ｂの出力による視差画像データＩｍ＿ｂの生成の様子、開口部１０４ａの出力による視差画像データＩｍ＿ａの生成の様子を表す。まず開口部１０４ｆの出力による視差画像データＩｍ＿ｆの生成の様子について説明する。

６つの視差画素を一組とする光電変換素子群から成る繰り返しパターン１１０は、Ｘ軸方向に平行な紙面横一列に配列されている。したがって、開口部１０４ｆを有する視差画素は、撮像素子１００上において、Ｘ軸方向に６画素おき、かつ、Ｙ軸方向に連続して存在する。これら各画素は、上述のようにそれぞれ異なる微小領域からの被写体光束を受光している。したがって、これらの視差画素の出力を寄せ集めて配列すると、Ｘ軸方向、つまり水平視差画像が得られる。

しかし、本実施形態における撮像素子１００の各画素は正方画素であるので、単に寄せ集めただけでは、Ｘ軸方向の画素数が１／６に間引かれた結果となり、Ｙ軸方向に縦長の画像データが生成されてしまう。そこで、補間処理を施してＸ軸方向に６倍の画素数とすることにより、本来のアスペクト比の画像として視差画像データＩｍ＿ｆを生成する。ただし、そもそも補間処理前の視差画像データがＸ軸方向に１／６に間引かれた画像であるので、Ｘ軸方向の解像度は、Ｙ軸方向の解像度よりも低下している。つまり、生成される視差画像データの数と、解像度は相反関係にあると言える。

同様にして、視差画像データＩｍ＿ｅ〜視差画像データＩｍ＿ａが得られる。すなわち、デジタルカメラ１０は、Ｘ軸方向に視差を有する６視点の水平視差画像を生成することができる。

上記の例では、Ｘ軸方向を繰り返しパターン１１０として周期的に配列される例を説明したが、繰り返しパターン１１０はこれに限らない。図６は、繰り返しパターン１１０の他の例を示す図である。

図６（ａ）は、Ｙ軸方向６画素を繰り返しパターン１１０とした例である。ただし、それぞれの開口部１０４は、＋Ｙ側の端の視差画素から−Ｙ側に向かって、−Ｘ側から＋Ｘ側へ徐々にシフトするように位置が定められている。このように配列された繰り返しパターン１１０によっても、Ｘ軸方向に視差を与える６視点の視差画像を生成することができる。この場合は、図３の繰り返しパターン１１０に比較すると、Ｙ軸方向の解像度を犠牲にする代わりにＸ軸方向の解像度を維持する繰り返しパターンであると言える。

図６（ｂ）は、斜め方向に隣接する６画素を繰り返しパターン１１０とした例である。それぞれの開口部１０４は、−Ｘ側かつ＋Ｙ側の端の視差画素から＋Ｘ側かつ−Ｙ側に向かって、−Ｘ側から＋Ｘ側へ徐々にシフトするように位置が定められている。このように配列された繰り返しパターン１１０によっても、Ｘ軸方向に視差を与える６視点の視差画像を生成することができる。この場合は、図３の繰り返しパターン１１０に比較すると、Ｙ軸方向の解像度およびＸ軸方向の解像度をある程度維持しつつ、視差画像の数を増やす繰り返しパターンであると言える。

図３の繰り返しパターン１１０、および図６（ａ）（ｂ）の繰り返しパターン１１０をそれぞれ比較すると、いずれも６視点の視差画像を生成する場合において、視差画像でない全体から一枚の画像を出力する場合の解像度に対し、Ｙ軸方向、Ｘ軸方向のいずれの方向の解像度を犠牲にするかの違いであると言える。図３の繰り返しパターン１１０の場合は、Ｘ軸方向の解像度を１／６とする構成である。図６（ａ）の繰り返しパターン１１０の場合は、Ｙ軸方向の解像度を１／６とする構成である。また、図６（ｂ）の繰り返しパターン１１０の場合は、Ｙ軸方向を１／３、Ｘ軸方向を１／２とする構成である。いずれの場合も、一つのパターン内には、各画素に対応して開口部１０４ａ〜１０４ｆが一つずつ設けられており、それぞれが対応する部分領域Ｐａ〜Ｐｆのいずれかから被写体光束を受光するように構成されている。したがって、いずれの繰り返しパターン１１０であっても視差量は同等である。

上述の例では、水平方向に視差を与える視差画像を生成する場合について説明したが、もちろん垂直方向に視差を与える視差画像を生成することもできるし、水平垂直の二次元方向に視差を与える視差画像を生成することもできる。図７は、二次元的な繰り返しパターン１１０の例を示す図である。

図７の例によれば、Ｙ軸６画素、Ｘ軸６画素の３６画素を一組の光電変換素子群として繰り返しパターン１１０を形成する。それぞれの画素に対する開口部１０４の位置として、互いにＹ軸Ｘ軸方向にシフトした３６種類の開口マスク１０３が用意されている。具体的には、各開口部１０４は、繰り返しパターン１１０の＋Ｙ側の端の画素から−Ｙ側の端の画素に向かって、＋Ｙ側から−Ｙ側へ徐々にシフトすると同時に、−Ｘ側の端の画素から＋Ｘ側の端の画素に向かって、−Ｘ側から＋Ｘ側へ徐々にシフトするように位置決めされている。

このような繰り返しパターン１１０を有する撮像素子１００は、垂直方向および水平方向に視差を与える、３６視点の視差画像を出力することができる。もちろん図７の例に限らず、さまざまな視点数の視差画像を出力するように繰り返しパターン１１０を定めることができる。

以上の説明においては、開口部１０４の形状として矩形を採用した。特に、水平方向に視差を与える配列においては、シフトさせる方向であるＸ軸方向の幅よりも、シフトさせないＹ軸方向の幅を広くすることにより、光電変換素子１０８へ導く光量を確保している。しかし、開口部１０４の形状は矩形に限定されない。

図８は、開口部１０４の他の形状を説明する図である。図においては、開口部１０４の形状を円形とした。円形とした場合、半球形状であるマイクロレンズ１０１との相対的な関係から、予定外の被写体光束が迷光となって光電変換素子１０８へ入射することを防ぐことができる。

次に、カラーフィルタ１０２と視差画像について説明する。図９は、ベイヤー配列を説明する図である。図示するように、ベイヤー配列は、緑フィルタが−Ｘ側かつ＋Ｙ側と、＋Ｘ側かつ−Ｙ側との２画素に、赤フィルタが−Ｘ側かつ−Ｙ側の１画素に、青フィルタが＋Ｘ側かつ＋Ｙ側の１画素に割り当てられる配列である。ここでは、緑フィルタが割り当てられた−Ｘ側かつ＋Ｙ側の画素をＧｂ画素と、同じく緑色フィルタが割り当てられた＋Ｘ側かつ−Ｙ側の画素をＧｒ画素とする。また、赤色フィルタが割り当てられた画素をＲ画素と、青色が割り当てられた画素をＢ画素とする。そして、Ｇｂ画素およびＢ画素が並ぶＸ軸方向をＧｂ行とし、Ｒ画素およびＧｒ画素が並ぶＸ軸方向をＧｒ行とする。また、Ｇｂ画素およびＲ画素が並ぶＹ軸方向をＧｂ列とし、Ｂ画素およびＧｒ画素が並ぶＹ軸方向をＧｒ列とする。

このようなカラーフィルタ１０２の配列に対して、視差画素と視差なし画素を、何色の画素にどのような周期で割り振っていくかにより、膨大な数の繰り返しパターン１１０が設定され得る。視差なし画素の出力を集めれば、通常の撮影画像と同じく視差のない撮影画像データを生成することができる。したがって、相対的に視差なし画素の割合を増やせば、解像度の高い２Ｄ画像を出力させることができる。この場合、視差画素は相対的に少ない割合となるので、複数の視差画像からなる３Ｄ画像としては立体情報が減少する。逆に、視差画素の割合を増やせば、３Ｄ画像としては立体情報が増加するが、視差なし画素は相対的に減少するので、解像度の低い２Ｄ画像が出力される。

このようなトレードオフの関係において、何れの画素を視差画素とするか、あるいは視差なし画素とするかにより、様々な特徴を有する繰り返しパターン１１０が設定される。図１０は、ベイヤー配列に対する視差画素の割り振りについて、視差画素の種類が２つである場合のバリエーションを説明する図である。この場合の視差画素は、開口部１０４が中心よりも−Ｘ側に偏心した視差Ｌｔ画素と、同じく＋Ｘ側に偏心した視差Ｒｔ画素を想定している。つまり、このような視差画素から出力される２視点の視差画像は、いわゆる立体視を実現する。

それぞれの繰り返しパターンに対する特徴の説明は図に示す通りである。例えば、視差なし画素が多く割り振られていれば高解像度の２Ｄ画像データとなり、ＲＧＢのいずれの画素に対しても均等に割り振られていれば、色ずれの少ない高画質の２Ｄ画像データとなる。一方、視差画素が多く割り振られていれば立体情報の多い３Ｄ画像データとなり、ＲＧＢのいずれの画素に対しても均等に割り振られていれば、３Ｄ画像でありながら、高品質のカラー画像データとなる。

以下にいくつかのバリエーションについて説明する。図１１は、バリエーションの一例を示す図である。図１１のバリエーションは、図１０における繰り返しパターン分類Ａ−１に相当する。

図の例においては、ベイヤー配列と同じ４画素を繰り返しパターン１１０とする。Ｒ画素とＢ画素は視差なし画素であり、Ｇｂ画素を視差Ｌｔ画素に、Ｇｒ画素を視差Ｒｔ画素に割り当てる。この場合、同一の繰り返しパターン１１０に含まれる視差Ｌｔ画素と視差Ｒｔ画素が、被写体が合焦位置に存在するときに、同じ微小領域から放射される光束を受光するように開口部１０４が定められる。

図の例においては、視感度の高い緑画素であるＧｂ画素およびＧｒ画素を視差画素として用いるので、コントラストの高い視差画像を得ることが期待できる。また、同じ緑色画素であるＧｂ画素およびＧｒ画素を視差画素として用いるので、これら２つの出力から視差のない出力に変換演算がし易く、視差なし画素であるＲ画素およびＢ画素の出力と共に、高画質の２Ｄ画像データを生成できる。

図１２は、他のバリエーションの一例を示す図である。図１２のバリエーションは、図１０における繰り返しパターン分類Ｂ−１に相当する。

図の例においては、ベイヤー配列の４画素がＸ軸方向に２組続く８画素を繰り返しパターン１１０とする。８画素のうち、−Ｘ側のＧｂ画素に視差Ｌｔ画素を、＋Ｘ側のＧｂ画素に視差Ｒｔ画素を割り当てる。このような配列においては、Ｇｒ画素を視差なし画素としたことにより、図１０の例よりも、更に２Ｄ画像の高画質化が望める。

図１３は、更に他のバリエーションの一例を示す図である。図１３のバリエーションは、図１０における繰り返しパターン分類Ｄ−１に相当する。

図の例においては、ベイヤー配列の４画素がＸ軸方向に２組続く８画素を繰り返しパターン１１０とする。８画素のうち、−Ｘ側のＧｂ画素に視差Ｌｔ画素を、＋Ｘ側のＧｂ画素に視差Ｒｔ画素を割り当てる。さらに、−Ｘ側のＲ画素に視差Ｌｔ画素を、＋Ｘ側のＲ画素に視差Ｒｔ画素を割り当てる。さらに、−Ｘ側のＢ画素に視差Ｌｔ画素を、＋Ｘ側のＢ画素に視差Ｒｔ画素を割り当てる。２つのＧｒ画素には視差なし画素を割り当てる。

２つのＧｂ画素に割り当てられた視差Ｌｔ画素と視差Ｒｔ画素は、被写体が合焦位置に存在するときに、同じ微小領域から放射される光束を受光する。また、２つのＲ画素に割り当てられた視差Ｌｔ画素と視差Ｒｔ画素は、Ｇｂ画素のそれとは異なる一つの微小領域から放射される光束を受光し、２つのＢ画素に割り当てられた視差Ｌｔ画素と視差Ｒｔ画素は、Ｇｂ画素およびＲ画素のそれとは異なる一つの微小領域から放射される光束を受光する。したがって、図１２の例に比較して、３Ｄ画像としての立体情報が縦方向に３倍となる。しかも、ＲＧＢの３色の出力が得られるので、カラー画像としての３Ｄ画像として高品質である。

なお、上述のように視差画素の種類を２つにすれば２視点の視差画像が得られるが、もちろん視差画素の種類は、出力したい視差画像数に合わせて、図３、図７、図８などで説明したような様々な数を採用し得る。視点数が増えていっても、さまざまな繰り返しパターン１１０を形成することができる。したがって、仕様、目的等に応じた繰り返しパターン１１０を選択することができる。

上述の例では、カラーフィルタ配列としてベイヤー配列を採用した場合について説明したが、もちろん他のカラーフィルタ配列であっても差し支えない。このとき、一組の光電変換素子群を構成する視差画素のそれぞれは、互いに異なる部分領域を向く開口部１０４を有する開口マスク１０３を備えると良い。

したがって、撮像素子１００は、入射光を電気信号に光電変換する、二次元的に配列された光電変換素子１０８と、光電変換素子１０８の少なくとも一部のそれぞれに一対一に対応して設けられた開口マスク１０３と、光電変換素子１０８の少なくとも一部のそれぞれに一対一に対応して設けられたカラーフィルタ１０２とを備え、隣接するｎ個（ｎは３以上の整数）の光電変換素子１０８のうち、少なくとも２つ（３つ以上であっても良い）に対応して設けられたそれぞれの開口マスク１０３の開口部１０４は、互いに異なる波長帯域を透過させる少なくとも３種類のカラーフィルタ１０２から構成されるカラーフィルターパターンの一パターン内に含まれると共に、入射光の断面領域内の互いに異なる部分領域からの光束をそれぞれ通過させるように位置づけられ、ｎ個の光電変換素子１０８を一組とする光電変換素子群が周期的に配列されていれば良い。

図１４は、他のカラーフィルタ配列を説明する図である。図示するように、他のカラーフィルタ配列は、図９で示したベイヤー配列のＧｒ画素を緑フィルタが割り当てられるＧ画素として維持する一方、Ｇｂ画素をカラーフィルタが割り当てられないＷ画素に変更した配列である。なお、Ｗ画素は、上述のように、可視光のおよそ全ての波長帯域を透過させるように、着色を施さない透明フィルタが配列されていても良い。

このようなＷ画素を含むカラーフィルタ配列を採用すれば、撮像素子が出力するカラー情報の精度は若干低下するものの、Ｗ画素が受光する光量はカラーフィルタが設けられている場合に比較して多いので、精度の高い輝度情報を取得できる。Ｗ画素の出力を寄せ集めれば、モノクロ画像を形成することもできる。

Ｗ画素を含むカラーフィルタ配列の場合、視差画素と視差なし画素の繰り返しパターン１１０は、さらなるバリエーションが存在する。例えば、比較的暗い環境下で撮影された画像であっても、カラー画素から出力された画像に比較してＷ画素から出力された画像であれば、被写体像のコントラストが高い。そこで、Ｗ画素に視差画素を割り振れば、複数の視差画像間で行う補間処理において、精度の高い演算結果が期待できる。後述するように、補間処理は、視差画素量を取得する処理の一環として実行される。したがって、２Ｄ画像の解像度および視差画像の画質への影響に加え、抽出される他の情報への利害得失も考慮して、視差画素と視差なし画素の繰り返しパターン１１０が設定される。

図１５は、図１４の他のカラーフィルタ配列を採用する場合の、Ｗ画素と視差画素の配列の一例を示す図である。図１５のバリエーションは、ベイヤー配列における図１２の繰り返しパターン分類Ｂ−１に類似するので、ここではＢ'−１とする。図の例においては、他のカラーフィルタ配列の４画素がＸ軸方向に２組続く８画素を繰り返しパターン１１０とする。８画素のうち、−Ｘ側のＷ画素に視差Ｌｔ画素を、＋Ｘ側のＷ画素に視差Ｒｔ画素を割り当てる。このような配列において撮像素子１００は、視差画像をモノクロ画像として出力し、２Ｄ画像をカラー画像として出力する。

この場合、撮像素子１００は、入射光を電気信号に光電変換する、二次元的に配列された光電変換素子１０８と、光電変換素子１０８の少なくとも一部のそれぞれに一対一に対応して設けられた開口マスク１０３と、光電変換素子１０８の少なくとも一部のそれぞれに一対一に対応して設けられたカラーフィルタ１０２とを有し、隣接するｎ個（ｎは４以上の整数）の光電変換素子１０８のうち、少なくとも２つに対応して設けられたそれぞれの開口マスク１０３の開口部１０４は、互いに異なる波長帯域を透過させる少なくとも３種類のカラーフィルタ１０２から構成されるカラーフィルターパターンの一パターン内には含まれず、かつ、入射光の断面領域内の互いに異なる部分領域からの光束をそれぞれ通過させるように位置づけられ、ｎ個の光電変換素子１０８を一組とする光電変換素子群が周期的に配列されていれば良い。

図１６は、開放状態の絞り５０を説明する正面図である。図１７は、絞られた状態の絞り５０を説明する正面図である。図１６に示すように、絞り５０は、上絞り羽根５２及び下絞り羽根５４を有する。上絞り羽根５２の中央部の紙面下部には、下側に開口した半円形状の上凹部５６が形成されている。半円形状は、部分円形状の一例である。上絞り羽根５２は、垂直方向に移動可能に構成されている。下絞り羽根５４の中央部の紙面上部には、上側に開口した半円形状の下凹部５８が形成されている。下凹部５８は、上凹部５６と対向する。下絞り羽根５４は、垂直方向に移動可能に構成されている。換言すると、上絞り羽根５２及び下絞り羽根５４は、相手に対して相対移動する。上絞り羽根５２及び下絞り羽根５４は、制御部２０１から絞り駆動部２０６に入力される駆動信号によって移動させてもよく、ユーザの手動により移動させてもよい。上絞り羽根５２の下端と下絞り羽根５４の上端とを略同じ位置に配置させることにより、略円形状の光を透過する絞り開口６０が上凹部５６と下凹部５８とによって形成される。

図１６に示す絞り５０が開放状態では、絞り開口６０は略円形状に形成されている。従って、絞り開口６０の視差方向の幅ＤＬ１と、絞り開口６０の視差方向と直交する方向の幅ＤＬ２は、略等しい。一方、図１７に示すように、上絞り羽根５２と下絞り羽根５４とが、互いに接近する方向に移動すると、絞り開口６０が小さくなって、絞り５０が絞られる。この状態では、絞り開口６０は水平方向に長い略楕円形状になる。従って、絞り開口６０の幅のうち、視差方向、即ち、互いに異なる部分領域の配列方向に沿った絞り開口６０の幅ＤＬ１は、視差方向と直交する方向に沿った絞り開口６０の幅ＤＬ２よりも長い状態で、絞り５０の形状が変化しつつ、入射光の光量が変化する。尚、図７及び図８の実施形態のように、視差方向が２方向である場合、重視する視差の方向を、視差方向及び互いに異なる部分領域の配列方向として、上述の絞り開口６０の幅となるように設定すればよい。例えば、視差方向が水平方向及び垂直方向である場合であって、水平方向の視差を重視する場合、水平方向の絞り開口６０の幅を、垂直方向の絞り開口６０の幅よりも長い状態で、絞り５０の形状を変化させればよい。

図１８は、開放状態の絞り５０における視差量を説明する図である。図１８（ａ）は、平面図である。図１８（ｂ）は、正面図である。図１８（ａ）及び図１８（ｂ）に示すように、絞り５０の絞り開口６０の内部に対応する領域には、視差Ｌｔ画素のＬｔ瞳形状６４と、視差Ｒｔ画素のＲｔ瞳形状６６とが形成される。

Ｌｔ瞳形状６４は、絞り開口６０の内部に対応する領域の左側に楕円形状に形成される。Ｒｔ瞳形状６６は、絞り開口６０の内部に対応する領域の右側に楕円形状に形成される。絞り５０が開放状態の場合、Ｌｔ瞳形状６４の重心とＲｔ瞳形状６６の重心との距離をＤ１とする。Ｌｔ瞳形状６４の重心とＲｔ瞳形状６６の重心との距離は、視差量と相関がある。従って、Ｌｔ瞳形状６４の重心とＲｔ瞳形状６６の重心との距離に関連付けて、視差量の変化を説明する。

図１９は、本実施形態とは異なり円形状を維持する開口を有する絞り５０が光量を制限するために絞られた状態での視差量を説明する図である。図１９（ａ）は、平面図である。図１９（ｂ）は、正面図である。図１９に示すように、Ｌｔ瞳形状６４及びＲｔ瞳形状６６は、図１８に比べて、面積が小さくなる。また、Ｌｔ瞳形状６４及びＲｔ瞳形状６６は、視差方向の幅が小さくなるとともに、Ｌｔ瞳形状６４及びＲｔ瞳形状６６の位置は、絞り５０の中心へと寄る。これにより、Ｌｔ瞳形状６４の重心とＲｔ瞳形状６６の重心とが、互いに接近するので、当該重心間の距離Ｄ２は、Ｄ１よりも小さくなる。従って、図１９に示す例の視差量は、図１８に示す視差量よりも、小さい。

図２０は、本実施形態による絞り５０が絞られた状態での視差量を説明する図である。図２０（ａ）は、平面図である。図２０（ｂ）は、正面図である。図２０に示すように、Ｌｔ瞳形状６４及びＲｔ瞳形状６６は、図１８に比べて、視差方向と直交する方向の長さが短くなる。また、Ｌｔ瞳形状６４及びＲｔ瞳形状６６の面積は、小さくなる。しかし、Ｌｔ瞳形状６４及びＲｔ瞳形状６６は、図１８に比べて、視差方向の長さがほとんど変化しない。これにより、Ｌｔ瞳形状６４の重心とＲｔ瞳形状６６の重心との距離Ｄ３は、図１８に比べて、ほとんど変化せず、Ｄ１と略等しくなる。従って、図２０に示す例の視差量は、図１８に示す視差量と略等しい。即ち、光量を制限するために絞り５０を絞った場合でも、図２０に示す視差量はほとんど変化しない。また、図２０に示す例の視差量は、図１９に示す視差量よりも大きい。従って、図１８に示す視差量に対する図２０に示す視差量の変化は、図１８に示す視差量に対する図１９に示す視差量の変化よりも小さい。

図２１は、別の絞り１５０の開放状態を説明する正面図である。図２２は、図２１の絞り１５０が絞られた状態を説明する正面図である。図２１に示すように、絞り１５０は、上左絞り羽根１５２と、下左絞り羽根１５４と、上右絞り羽根１５３と、下右絞り羽根１５５と、左回転軸１７０と、右回転軸１７２とを有する。

上左絞り羽根１５２の右下部には、右下に開口した１／４円形状の上左凹部１５６が形成されている。下左絞り羽根１５４の右上部には、右上に開口した１／４円形状の下左凹部１５８が形成されている。上右絞り羽根１５３の左下部には、左下に開口した１／４円形状の上右凹部１５７が形成されている。下右絞り羽根１５５の左上部には、左上に開口した１／４円形状の下右凹部１５９が形成されている。開口状態では、上左絞り羽根１５２の下端と下左絞り羽根１５４の上端とが同じ位置に配置されるとともに、上右絞り羽根１５３の下端と下右絞り羽根１５５の上端とが同じ位置に配置される。また、開口状態では、上左絞り羽根１５２の右端と上右絞り羽根１５３の左端とが同じ位置に配置されるとともに、下左絞り羽根１５４の右端と下右絞り羽根１５５の左端とが同じ位置に配置される。これにより、略円形状の絞り開口１６０が、上左凹部１５６、下左凹部１５８、上右凹部１５７、及び、下右凹部１５９によって形成される。

左回転軸１７０は、上左絞り羽根１５２の下左端及び下左絞り羽根１５４の上左端を回動可能に支持する。右回転軸１７２は、上右絞り羽根１５３の下右端及び下右絞り羽根１５５の上右端を回動可能に支持する。

図２１に示す絞り１５０が開放状態では、絞り開口１６０は略円形状に形成されている。一方、図２２に示すように、上左絞り羽根１５２及び下左絞り羽根１５４が左回転軸１７０の周りにそれぞれ右回り及び左回りに回転するとともに、上右絞り羽根１５３及び下右絞り羽根１５５が右回転軸１７２の周りにそれぞれ左回り及び右回りに回転する。これにより、絞り開口１６０が小さくなって、絞り１５０が絞られる。この状態では、絞り開口１６０は、水平方向に長い略円形状になり、絞り開口１６０の視差方向の幅ＤＬ１は、絞り開口１６０の視差方向と直交する方向の幅ＤＬ２よりも長くなる。これにより、開放状態から絞られた状態へ移行した場合の視差量の変化を低減できる。

図２３は、別の絞り２５０の開放状態を説明する正面図である。図２４は、図２３の絞り２５０が絞られた状態を説明する正面図である。図２３に示すように、絞り２５０は、上絞り羽根２５２及び下絞り羽根２５４を有する。上絞り羽根２５２には、下側に開口した半正方形状の上凹部２５６が形成されている。半正方形状は、矩形状の一例である。上絞り羽根２５２は、紙面下方に移動可能に構成されている。下絞り羽根２５４には、上側に開口した半正方形状の下凹部２５８が形成されている。下絞り羽根２５４は、紙面上方に移動可能に構成されている。換言すると、上絞り羽根２５２及び下絞り羽根２５４は、相手に対して相対移動する。開放状態において、上絞り羽根２５２の下端と下絞り羽根２５４の上端とを略同じ位置に配置させることにより、略正方形状の絞り開口２６０が上凹部２５６と下凹部２５８とによって形成される。

一方、図２４に示すように、上絞り羽根２５２と下絞り羽根２５４とが、互いに接近する方向に移動すると、絞り開口２６０が小さくなって、絞り２５０が絞られる。この状態では、絞り開口２６０は水平方向に長い長方形状になる。絞られた状態においても、絞り開口２６０の視差方向の幅ＤＬ１は、略維持されて、絞り開口２６０の視差方向と直交する方向の幅ＤＬ２よりも長くなる。

図２５は、別の絞り３５０の開放状態を説明する正面図である。図２５に示すように、絞り３５０は、中央部に円形状の絞り開口３６０が形成されたベース部材３５２と、絞り開口３６０を構成する略円形状の液晶部材３５６とを有する。液晶部材３５６は、マトリックス状に配置された複数の微小液晶部３５７を有する。各微小液晶部３５７は、デジタルカメラ１０の本体部に設けられた制御部２０１から絞り駆動部２０６に入力される駆動信号によって、光を透過可能な透過状態と光を遮断可能な遮光状態とに切り替えられる。これにより、絞り開口３６０は、光を部分的に透過する。制御部２０１は、液晶部材３５６を制御して、絞り開口３６０の透過部分及び遮光部分の形状を変化させる。例えば、制御部２０１は、全ての微小液晶部３５７を光が透過可能な状態にすることにより、絞り３５０を開口状態にする。また、制御部２０１は、視差画像の撮像において、絞り３５０を絞る場合、紙面上下端部の微小液晶部３５７を遮光状態にするとともに、左右端部の微小液晶部３５７を透過状態にする。これにより、絞り３５０は、視差方向、即ち、互いに異なる部分領域の配列方向の絞り開口３６０の幅を一定に維持しつつ、絞り開口３６０の形状を変化させて、光を絞ることができる。

上述した実施形態における各構成の形状、個数等は適宜変更してよい。例えば、絞り５０等の絞り羽根の形状は変更してよく、絞り羽根の形状の変更に伴って、絞り羽根の枚数を変更してもよい。

撮影レンズ２０が絞りとともに交換された場合、撮像素子１００の情報と交換された撮影レンズ２０の特性のマッチング演算を行って、絞り開口６０等の形状制御のパラメータを決定してもよい。撮像素子１００の情報の例は、撮像サイズ、画素サイズ、視差特性、画素レイアウト等である。撮影レンズ２０の特性の例は、焦点距離、射出瞳距離、射出瞳形状、イメージサークル、収差特性、絞り値等である。これは、撮像素子１００に照射される被写体光束は、レンズ設計情報及びレンズ状態によるからである。また、撮像素子１００毎に異なる視差画素の角度特性と絞り開口の形状制御に相関性を持たせてもよい。更に、上述の視差画素の角度特性と絞り開口の形状制御との相関性を考慮して、撮像素子１００から光電変換された電気信号を得てもよい。これらを考慮して、面内均一性を高める演算を行ってもよく、光強度と電気信号のレベルとの直線性を維持する演算を行ってもよい。

具体的には、絞り羽根等の移動及び回転に伴う絞り開口等の形状を種々のパラメータによって制御してもよい。例えば、絞り開口の形状を制御するパラメータとして、円形絞りを制御するパラメータの補正項として楕円状に変化させるパラメータを付加する場合、絞り値をＦ４からＦ８に変化させる状況において、絞り開口の水平方向の幅と垂直方向の幅との比を、変更してもよい。例えば、撮像素子１００が水平方向の視差を与える構成である場合、水平方向の絞り開口の幅と垂直方向の絞り開口の幅との比を（１．０：１．０）から（１．０：０．６）に変化させつつ、絞り値をＦ４からＦ８に変化させてもよい。また、撮像素子１００が視差なしに構成されている場合において、水平方向の絞り開口の幅と垂直方向の絞り開口の幅との比を（１．０：１．０）から（１．０：１．０）に維持しつつ、絞り値をＦ４からＦ８に変化させてもよい。撮像素子１００が垂直方向の視差を与える構成である場合、水平方向の絞り開口の幅と垂直方向の絞り開口の幅との比を（１．０：１．０）から（０．６：１．０）に変化させつつ、絞り値をＦ４からＦ８に変化させてもよい。

撮影レンズ２０の焦点距離が変更された場合、当該焦点距離に基づいて絞り開口６０等の形状制御のパラメータを再演算してもよい。

デジタルカメラ１０が動画撮影可能な構成である場合、動画撮影では、絞り開口６０等が固定してもよい。これにより、絞り開口６０等の変化に伴う視差量の変化及び光量の変化による画質の低下を抑制できる。

上述の実施形態では、一度の撮影により視差画像を取得する撮像装置を例に説明した。これに限られず、互いに異なる部分領域からの光束をそれぞれ通過させるように位置づけられた開口部を有する撮像素子を備える他の撮像装置に上述の絞りを適用してもよい。例えば、上述の開口部によりＡＦ機能を有する撮像素子を備える撮像装置に、上述の絞りを適用してもよい。

また、上記デジタルカメラ１０において、単一の撮像光学系である撮影レンズ２０の瞳の位置に共役な位置、またはその近傍に、撮像素子１００の全体に対する単一のまたは複数の開口マスクを設けてもよい。このようなデジタルカメラ１０に対して、当該開口マスクに加えて、図１６から図２５の絞り５０等を設けてもよい。この場合において、開口マスクは、撮像光学系により規定される光束を、複数の異なる部分領域に分割する複数の開口部を有する。例えば、開口マスクはＸ方向に並んだ一対の円形の開口部を有する。この場合には部分領域の配列方向はＸ方向となる。上記複数の開口部は交互に開閉する。複数の開口部が交互に開閉したそれぞれのタイミングで撮像することにより、撮像素子１００は、上記部分領域に対応した複数の視差画像を取得することができる。この場合に、撮像素子１００の各画素の開口部は、図１１等における視差なし画素に対する開口部と同じであってもよい。

また、上記開口マスクの複数の開口部のそれぞれが、図１６から図２５の絞り５０等のように形状が変化するものであってもよい。この場合には、開口マスクと絞りとが兼用されているともいえる。この場合にも、上記複数の開口部は交互に開閉する。複数の開口部が交互に開閉したそれぞれのタイミングで撮像することにより、撮像素子１００は、上記部分領域に対応した複数の視差画像を取得することができる。この場合に、撮像素子１００の各画素の開口部は、図１１等における視差なし画素に対する開口部と同じであってもよい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。

請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０ デジタルカメラ
２０ 撮影レンズ
２１ 光軸
３０ 被写体
３１ 被写体
５０ 絞り
５２ 上絞り羽根
５４ 下絞り羽根
５６ 上凹部
５８ 下凹部
６０ 絞り開口
６４ Ｌｔ瞳形状
６６ Ｒｔ瞳形状
１００ 撮像素子
１０１ マイクロレンズ
１０２ カラーフィルタ
１０３ 開口マスク
１０４ 開口部
１０５ 配線層
１０６ 配線
１０７ 開口部
１０８ 光電変換素子
１０９ 基板
１１０ パターン
１２０ 撮像素子
１２１ スクリーンフィルタ
１２２ カラーフィルタ部
１２３ 開口マスク部
１５０ 絞り
１５２ 上左絞り羽根
１５３ 上右絞り羽根
１５４ 下左絞り羽根
１５５ 下右絞り羽根
１５６ 上左凹部
１５７ 上右凹部
１５８ 下左凹部
１５９ 下右凹部
１６０ 絞り開口
１７０ 左回転軸
１７２ 右回転軸
２０１ 制御部
２０２ Ａ／Ｄ変換回路
２０３ メモリ
２０４ 駆動部
２０５ 画像処理部
２０６ 絞り駆動部
２０７ メモリカードＩＦ
２０８ 操作部
２０９ 表示部
２１０ ＬＣＤ駆動回路
２１１ ＡＦセンサ
２２０ メモリカード
２３８ 保存制御部
２５０ 絞り
２５２ 上絞り羽根
２５４ 下絞り羽根
２５６ 上凹部
２５８ 下凹部
２６０ 絞り開口
３５０ 絞り
３５２ ベース部材
３５６ 液晶部材
３５７ 微小液晶部
３６０ 絞り開口

Claims (25)

1. 入射光を電気信号に光電変換する、二次元的に配列された光電変換素子、及び、前記光電変換素子のそれぞれに一対一に対応して設けられた開口部が前記入射光の断面領域内の互いに異なる部分領域からの光束をそれぞれ通過させるように位置づけられた開口マスクを有する撮像素子と、
   前記互いに異なる部分領域の配列方向の絞り開口の幅が、前記配列方向と直交する方向の前記絞り開口の幅よりも長い状態で形状が変化する絞りと
   を備える撮像装置。
2. 前記絞りは、部分円形状の一の凹部が形成された一の絞り羽根と、前記一の凹部と対向する部分円形状の他の凹部が形成され前記一の絞り羽根に対して移動する他の絞り羽根とを有する請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記絞りは、矩形状の一の凹部が形成された一の絞り羽根と、前記一の凹部と対向する矩形状の他の凹部が形成され前記一の絞り羽根に対して移動する他の絞り羽根とを有する請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記絞り開口は、光を部分的に透過可能な液晶部材により形成されている請求項１に記載の撮像装置。
5. 前記絞り開口の形状を変化させる場合、前記互いに異なる部分領域の配列方向の前記絞り開口の幅が一定である請求項４に記載の撮像装置。
6. 前記絞りが着脱できる本体部と、
   前記本体部に設けられ、前記液晶部材を制御して前記絞り開口の形状を変化させる制御部とを更に備える請求項４または請求項５に撮像装置。
7. 前記撮像装置は動画撮影が可能であって、
   動画撮影では、前記絞り開口が固定される請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の撮像装置。
8. 前記絞りは、撮影レンズの瞳の位置に共役な位置、またはその近傍に配置されたことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の撮像装置。
9. 前記撮像素子は、前記互いに異なる部分領域の配列方向を視差方向とする視差画像を撮像する請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の撮像装置。
10. 前記絞り開口の形状を変化させる場合、前記視差方向の前記絞り開口の幅が一定である請求項９に記載の撮像装置。
11. 前記開口マスクにおいて、前記開口部が二次元的に繰り返し配列されている請求項１から１０のいずれか１項に記載の撮像装置。
12. 入射光を電気信号に光電変換する、二次元的に配列された光電変換素子を有する撮像素子と、
    前記入射光の断面領域内の互いに異なる部分領域からの光束をそれぞれ通過させて撮像素子に導く開口マスクと、
    前記互いに異なる部分領域の配列方向の絞り開口の幅が、前記配列方向と直交する方向の前記絞り開口の幅よりも長い状態で形状が変化する絞りと
    を備える撮像装置。
13. 前記撮像素子に前記入射光を導く単一の撮像光学系をさらに備える請求項１２に記載の撮像装置。
14. 前記開口マスクは、前記撮像素子の全体に対して設けられる請求項１２または１３に記載の撮像装置。
15. 前記開口マスクは、前記部分領域のそれぞれに対応し、交互に開閉する複数の開口部を有する請求項１４に記載の撮像装置。
16. 前記絞りは、部分円形状の一の凹部が形成された一の絞り羽根と、前記一の凹部と対向する部分円形状の他の凹部が形成され前記一の絞り羽根に対して移動する他の絞り羽根とを有する請求項１２から１５のいずれか１項に記載の撮像装置。
17. 前記絞りは、矩形状の一の凹部が形成された一の絞り羽根と、前記一の凹部と対向する矩形状の他の凹部が形成され前記一の絞り羽根に対して移動する他の絞り羽根とを有する請求項１２から１５のいずれか１項に記載の撮像装置。
18. 前記絞り開口は、光を部分的に透過可能な液晶部材により形成されている請求項１２から１５のいずれか１項に記載の撮像装置。
19. 前記絞り開口の形状を変化させる場合、前記互いに異なる部分領域の配列方向の前記絞り開口の幅が一定である請求項１８に記載の撮像装置。
20. 前記絞りが着脱できる本体部と、
    前記本体部に設けられ、前記液晶部材を制御して前記絞り開口の形状を変化させる制御部とを更に備える請求項１８または請求項１９に撮像装置。
21. 前記撮像装置は動画撮影が可能であって、
    動画撮影では、前記絞り開口が固定される請求項１２から請求項２０のいずれか１項に記載の撮像装置。
22. 前記絞りは、撮影レンズの瞳の位置に共役な位置、またはその近傍に配置されたことを特徴とする請求項１２から請求項２１のいずれか１項に記載の撮像装置。
23. 前記撮像素子は、前記互いに異なる部分領域の配列方向を視差方向とする視差画像を撮像する請求項１２から請求項２２のいずれか１項に記載の撮像装置。
24. 前記絞り開口の形状を変化させる場合、前記視差方向の前記絞り開口の幅が一定である請求項２３に記載の撮像装置。
25. 前記絞りは前記開口マスクと兼用である請求項１２から２４のいずれか１項に記載の撮像装置。

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