JP7484904B2 - 撮像素子、信号処理装置、信号処理方法、プログラム、及び、撮像装置 - Google Patents

撮像素子、信号処理装置、信号処理方法、プログラム、及び、撮像装置 Download PDF

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Description

本技術は、撮像素子、信号処理装置、信号処理方法、プログラム、及び、撮像装置に関し、特に、撮像レンズを用いない撮像装置においてフリッカの発生を抑制するようにした撮像素子、信号処理装置、信号処理方法、プログラム、及び、撮像装置に関する。
従来、撮像レンズを用いずに、撮像素子の各画素の受光面を覆う遮光膜により被写体からの光を変調して撮像し、所定の演算処理により被写体の像が結像された復元画像を復元する撮像装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
国際公開第２０１８／０１２４９２号
ところで、特許文献１に示されるような撮像レンズを用いない撮像装置において、フリッカの発生を抑制することが望まれている。
本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、撮像レンズを用いない撮像装置において、フリッカの発生を抑制するものである。
本技術の第１の側面の撮像素子は、撮像レンズ及びピンホールのいずれも介さず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１つ出力する画素を含む複数の画素が行方向及び列方向に配列され、行単位で順次露光される画素領域と、前記画素領域の異なる行に配置され、フリッカの検出に用いられる複数の検出領域とを備える。
本技術の第２の側面の信号処理装置は、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１つ出力する画素を含む複数の画素が行方向及び列方向に配列され、行単位で順次露光される画素領域の異なる行に配置されている複数の検出領域内の画素から出力される検出信号に基づいて前記検出領域毎に生成される複数の検出画像、及び、各前記検出画像から復元される複数の復元画像のうち少なくとも一方に基づいて、フリッカの検出を行うフリッカ検出部を備える。
本技術の第２の側面の信号処理方法は、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１つ出力する画素を含む複数の画素が行方向及び列方向に配列され、行単位で順次露光される画素領域の異なる行に配置されている複数の検出領域内の画素から出力される検出信号に基づいて前記検出領域毎に生成される複数の検出画像、及び、各前記検出画像から復元される複数の復元画像のうち少なくとも一方に基づいて、フリッカの検出を行う。
本技術の第２の側面のプログラムは、撮像レンズ及びピンホールのいずれも介さず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１つ出力する画素を含む複数の画素が行方向及び列方向に配列され、行単位で順次露光される画素領域の異なる行に配置されている複数の検出領域内の画素から出力される検出信号に基づいて前記検出領域毎に生成される複数の検出画像、及び、各前記検出画像から復元される複数の復元画像のうち少なくとも一方に基づいて、フリッカの検出を行う処理をコンピュータに実行させる。
本技術の第３の側面の撮像装置は、撮像レンズ及びピンホールのいずれも介さず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１つ出力する画素を含む複数の画素が行方向及び列方向に配列され、行単位で順次露光される画素領域と、前記画素領域の異なる行に配置され、フリッカの検出に用いられる複数の検出領域とを備える撮像素子と、各前記検出領域内の画素から出力される検出信号に基づいて前記検出領域毎に生成される複数の検出画像、及び、各前記検出画像から復元される複数の復元画像のうち少なくとも一方に基づいて、フリッカの検出を行うフリッカ検出部とを備える。
本技術の第１の側面においては、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１つ出力する画素を含む複数の画素が行方向及び列方向に配列され、行単位で順次露光される画素領域と、前記画素領域の異なる行に配置され、フリッカの検出に用いられる複数の検出領域とが設けられる。
本技術の第２の側面においては、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１つ出力する画素を含む複数の画素が行方向及び列方向に配列され、行単位で順次露光される画素領域の異なる行に配置されている複数の検出領域内の画素から出力される検出信号に基づいて前記検出領域毎に生成される複数の検出画像、及び、各前記検出画像から復元される複数の復元画像のうち少なくとも一方に基づいて、フリッカの検出が行われる。
本技術の第３の側面においては、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１つ出力する画素を含む複数の画素が行方向及び列方向に配列され、行単位で順次露光される画素領域と、前記画素領域の異なる行に配置され、フリッカの検出に用いられる複数の検出領域を備える撮像素子の各前記検出領域内の画素から出力される検出信号に基づいて前記検出領域毎に生成される複数の検出画像、及び、各前記検出画像から復元される複数の復元画像のうち少なくとも一方に基づいて、フリッカの検出が行われる。
本技術を適用した撮像装置の構成例を示すブロック図である。 本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。 図１の撮像素子の画素アレイ部の構成例を示す図である。 図１の撮像素子の第１の構成例を説明する図である。 図１の撮像素子の第２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。 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。 図１の撮像素子の画素領域の第１の構成例を示す図である。 図１の制御部の機能の構成例を示すブロック図である。 図１の撮像装置による撮像処理の第１の実施の形態を説明するフローチャートである。 各検出領域の露光期間の例を示す図である。 図１の撮像装置による撮像処理の第２の実施の形態を説明するフローチャートである。 復元画像の加算及び合成方法を説明するための図である。 動体の検出方法を説明するための図である。 画素領域を分割することによるフリッカ抑制効果を説明するための図である。 画素領域を分割することによるフリッカ抑制効果を説明するための図である。 画素領域の第２の構成例を示す図である。 撮像素子の変形例を示す図である。 撮像素子の変形例を示す図である。 撮像素子の変形例を示す図である。 撮像素子の変形例を示す図である。 撮像素子の変形例を示す図である。 車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。 車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
以下に添付図面を参照しながら、本技術の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を適宜省略する。
また、以下の順序で説明を行う。
１．実施の形態
２．変形例
３．応用例
４．その他
＜＜１．実施の形態＞＞
図１乃至図１８を参照して、本技術の実施の形態について説明する。
＜撮像装置１０１の構成例＞
図１は、本技術を適用した撮像装置１０１の構成例を示すブロック図である。
撮像装置１０１は、撮像素子１２１、復元部１２２、制御部１２３、入力部１２４、検出部１２５、関連付け部１２６、表示部１２７、記憶部１２８、記録再生部１２９、記録媒体１３０、及び、通信部１３１を備える。また、復元部１２２、制御部１２３、入力部１２４、検出部１２５、関連付け部１２６、表示部１２７、記憶部１２８、記録再生部１２９、記録媒体１３０、及び、通信部１３１により、信号処理や撮像装置１０１の制御等を行う信号処理制御部１１１が構成される。なお、撮像装置１０１は、撮像レンズを含まない（撮像レンズフリー）。
また、撮像素子１２１、復元部１２２、制御部１２３、入力部１２４、検出部１２５、関連付け部１２６、表示部１２７、記憶部１２８、記録再生部１２９、及び、通信部１３１は、バスＢ１を介して相互に接続されており、バスＢ１を介してデータの送受信等を行う。なお、以下、説明を簡単にするために、撮像装置１０１の各部がバスＢ１を介してデータの送受信等を行う場合のバスＢ１の記載を省略する。例えば、入力部１２４がバスＢ１を介して制御部１２３にデータを供給する場合、入力部１２４が制御部１２３にデータを供給すると記載する。
撮像素子１２１は、各画素の検出感度に入射角指向性を持たせた撮像素子であり、入射光の光量に応じた検出信号レベルを示す検出信号からなる画像を復元部１２２又はバスＢ１に出力する。各画素の検出感度に入射角指向性を持たせるとは、各画素への入射光の入射角度に応じた受光感度特性を画素毎に異なるものとすることである。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、一部の画素の受光感度特性が同一であってもよい。
より具体的には、撮像素子１２１は、基本的な構造において、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ものであっても良い。ただし、撮像素子１２１は、画素アレイ部を構成する各画素の構成が一般のものと異なり、例えば、図３乃至図５を参照して後述するように、入射角指向性を持たせる構成を有している。そして、撮像素子１２１は、画素毎に入射光の入射角度に応じて受光感度が異なり（変化し）、画素単位で入射光の入射角度に対する入射角指向性を有している。
ここで、例えば、全ての被写体は点光源の集合であり、各点光源からあらゆる方向に光が出射されているものとする。例えば、図２の左上の被写体の被写体面１０２が、点光源ＰＡ乃至点光源ＰＣにより構成され、点光源ＰＡ乃至点光源ＰＣが、それぞれ光強度ａ乃至光強度ｃの複数の光線を周囲に発しているものとする。また、以下、撮像素子１２１が、位置Ｐａ乃至位置Ｐｃに入射角指向性がそれぞれ異なる画素（以下、画素Ｐａ乃至画素Ｐｃと称する）を備えるものとする。
この場合、図２の左上に示されるように、同一の点光源より発せられた同一の光強度の光線が、撮像素子１２１の各画素に入射される。例えば、点光源ＰＡから発せられた光強度ａの光線が、撮像素子１２１の画素Ｐａ乃至画素Ｐｃにそれぞれ入射される。一方、同一の点光源より発せられた光線は、画素毎にそれぞれ異なる入射角度で入射される。例えば、点光源ＰＡからの光線は、画素Ｐａ乃至画素Ｐｃにそれぞれ異なる入射角度で入射される。
これに対して、画素Ｐａ乃至画素Ｐｃの入射角指向性がそれぞれ異なるため、同一の点光源より発せられた同一の光強度の光線が、各画素で異なる感度で検出される。その結果、同一の光強度の光線が画素毎に異なる検出信号レベルで検出される。例えば、点光源ＰＡからの光強度ａの光線に対する検出信号レベルが、画素Ｐａ乃至画素Ｐｃでそれぞれ異なる値になる。
そして、各点光源からの光線に対する各画素の受光感度レベルは、その光線の光強度に、その光線の入射角度に対する受光感度（すなわち、入射角指向性）を示す係数を乗じることにより求められる。例えば、点光源ＰＡからの光線に対する画素Ｐａの検出信号レベルは、点光源ＰＡの光線の光強度ａに、当該光線の画素Ｐａへの入射角度に対する画素Ｐａの入射角指向性を示す係数を乗じることにより求められる。
従って、画素Ｐｃ，Ｐｂ，Ｐａの検出信号レベル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、係数α１は、点光源ＰＡから画素Ｐｃへの光線の入射角度に対する画素Ｐｃの入射角指向性を示す係数であり、当該入射角度に応じて設定される。また、α１×ａは、点光源ＰＡからの光線に対する画素Ｐｃの検出信号レベルを示している。
係数β１は、点光源ＰＢから画素Ｐｃへの光線の入射角度に対する画素Ｐｃの入射角指向性を示す係数であり、当該入射角度に応じて設定される。また、β１×ｂは、点光源ＰＢからの光線に対する画素Ｐｃの検出信号レベルを示している。
係数γ１は、点光源ＰＣから画素Ｐｃへの光線の入射角度に対する画素Ｐｃの入射角指向性を示す係数であり、当該入射角度に応じて設定される。また、γ１×ｃは、点光源ＰＣからの光線に対する画素Ｐｃの検出信号レベルを示している。
このように、画素Ｐａの検出信号レベルＤＡは、画素Ｐｃにおける点光源ＰＡ，ＰＢ，ＰＣからの光線のそれぞれの光強度ａ，ｂ，ｃと、それぞれの入射角度に応じた入射角指向性を示す係数α１，β１，γ１との積和により求められる。
同様に、画素Ｐｂの検出信号レベルＤＢは、式（２）に示されるように、画素Ｐｂにおける点光源ＰＡ，ＰＢ，ＰＣからの光線のそれぞれの光強度ａ，ｂ，ｃと、それぞれの入射角度に応じた入射角指向性を示す係数α２，β２，γ２との積和により求められる。また、画素Ｐｃの検出信号レベルＤＣは、式（３）に示されるように、画素Ｐａにおける点光源ＰＡ，ＰＢ，ＰＣからの光線のそれぞれの光強度ａ，ｂ，ｃと、それぞれの入射角度に応じた入射角指向性を示す係数α２，β２，γ２との積和により求められる。
ただし、画素Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃの検出信号レベルＤＡ、ＤＢ、ＤＣは、式（１）乃至式（３）に示されるように、点光源ＰＡ，ＰＢ，ＰＣのそれぞれより発せられた光線の光強度ａ，ｂ，ｃが入り交じっている。従って、図２の右上に示されるように、撮像素子１２１における検出信号レベルは、被写体面１０２上の各点光源の光強度とは異なる。従って、撮像素子１２１により得られる画像は、被写体面１０２の像が結像されたものとは異なるものとなる。
一方、式（１）乃至式（３）からなる連立方程式を作成し、作成した連立方程式を解くことにより、各点光源ＰＡ乃至点光源ＰＣの光線の光強度ａ乃至光強度ｃが求められる。そして、求めた光強度ａ乃至光強度ｃに応じた画素値を有する画素を点光源ＰＡ乃至点光源ＰＣの配置（相対位置）に合わせて並べることにより、図２の右下に示されるように、被写体面１０２の像が結像された復元画像が復元される。
このようにして、撮像レンズ及びピンホールを必要とせず、各画素において入射角指向性を有する撮像素子１２１を実現することが可能となる。
以下、連立方程式を構成する式毎に係数をまとめたもの（例えば、係数α１、β１、γ１）を係数セットと称する。以下、連立方程式に含まれる複数の式に対応する複数の係数セットをまとめたもの（例えば、係数セットα１、β１、γ１、係数セットα２、β２、γ２、係数セットα３、β３、γ３）を係数セット群と称する。
ここで、被写体面１０２から撮像素子１２１の受光面までの被写体距離が異なると、被写体面１０２の各点光源からの光線の撮像素子１２１への入射角が異なるため、被写体距離毎に異なる係数セット群が必要となる。
従って、撮像装置１０１においては、撮像素子１２１からの被写体面までの距離（被写体距離）毎の係数セット群を予め用意しておき、被写体距離毎に係数セット群を切り替えて連立方程式を作成し、作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。例えば、検出画像を１回撮像し、記録した後、記録した検出画像を用いて、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、復元画像を復元することにより、任意の被写体距離の被写体面の復元画像を生成することが可能である。
また、同じ被写体距離の被写体面１０２であっても、設定する点光源の数や配置が異なると、各点光源からの光線の撮像素子１２１への入射角が異なる。従って、同じ被写体距離の被写体面１０２に対して、複数の係数セット群が必要となる場合がある。さらに、各画素１２１ａの入射角指向性は、上述した連立方程式の独立性を確保できるように設定する必要がある。
また、撮像素子１２１が出力する画像は、図２の右上に示されるように被写体の像が結像されていない検出信号により構成される画像となるので、目視により被写体を認識することができない。すなわち、撮像素子１２１が出力する検出信号からなる検出画像は、画素信号の集合ではあるが、ユーザが目視しても被写体を認識できない（被写体を視認不可能な）画像である。
そこで、以下、図２の右上に示されるように被写体の像が結像されていない検出信号より構成される画像、すなわち、撮像素子１２１により撮像される画像を、検出画像と称する。
なお、入射角指向性は必ずしも画素単位で全て異なる必要はなく、入射角指向性が同じ画素を含んでいてもよい。
復元部１２２は、例えば、図２における撮像素子１２１から被写体面１０２（復元画像に対応する被写体面）までの距離に相当する被写体距離に対応し、上述した係数α１乃至α３，β１乃至β３，γ１乃至γ３に相当する係数セット群を記憶部１２８から取得する。また、復元部１２２は、撮像素子１２１から出力される検出画像の各画素の検出信号レベルと、取得した係数セット群とを用いて、上述した式（１）乃至式（３）で示されるような連立方程式を作成する。そして、復元部１２２は、作成した連立方程式を解くことにより、図２の右下に示される被写体の像が結像された画像を構成する各画素の画素値を求める。これにより、ユーザが目視して被写体を認識できる（被写体を視認可能な）画像が検出画像から復元される。
以下、この検出画像から復元される画像を復元画像と称する。ただし、撮像素子１２１が紫外線などの視認可能な波長帯域以外の光のみに感度を有する場合、復元画像も通常の画像のように被写体を識別できるような画像とはならないが、この場合も復元画像と称する。
また、以下、被写体の像が結像された状態の画像である復元画像であって、デモザイク処理等の色分離や同時化処理前の画像をＲＡＷ画像と称し、撮像素子１２１により撮像された検出画像については、色フィルタの配列に従った画像ではあるが、ＲＡＷ画像ではないものとして区別する。
なお、撮像素子１２１の画素数と、復元画像を構成する画素の画素数とは、必ずしも同一である必要はない。
また、復元部１２２は、必要に応じて、復元画像に対してデモザイク処理、γ補正、ホワイトバランス調整、所定の圧縮形式への変換処理等を行う。そして、復元部１２２は、復元画像をバスＢ１に出力する。
制御部１２３は、例えば、各種のプロセッサを備え、撮像装置１０１の各部を制御したり、各種の処理を実行したりする。
入力部１２４は、撮像装置１０１の操作や、処理に用いるデータの入力等を行うための入力デバイス（例えば、キー、スイッチ、ボタン、ダイヤル、タッチパネル、リモートコントローラ等）を備える。入力部１２４は、操作信号や入力されたデータ等をバスＢ１に出力する。
検出部１２５は、撮像装置１０１や被写体の状態等の検出に用いる各種のセンサ等を備える。例えば、検出部１２５は、撮像装置１０１の姿勢や動きを検出する加速度センサやジャイロセンサ、撮像装置１０１の位置を検出する位置検出センサ（例えば、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）受信機等）、被写体距離を検出する測距センサ等を備える。検出部１２５は、検出結果を示す信号をバスＢ１に出力する。
関連付け部１２６は、撮像素子１２１により得られる検出画像と、検出画像に対応するメタデータとの関連付けを行う。メタデータは、例えば、対象となる検出画像を用いて復元画像を復元するための係数セット群や被写体距離等を含む。
なお、検出画像とメタデータを関連付ける方法は、検出画像とメタデータとの対応関係を特定することができれば、特に限定されない。例えば、検出画像を含む画像データにメタデータを付与したり、検出画像とメタデータに同じＩＤを付与したり、検出画像とメタデータを同じ記録媒体１３０に記録させたりすることにより、検出画像とメタデータが関連付けられる。
表示部１２７は、例えば、ディスプレイにより構成され、各種の情報（例えば、復元画像等）の表示を行う。なお、表示部１２７が、スピーカ等の音声出力部を備え、音声の出力を行うようにすることも可能である。
記憶部１２８は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリ等の記憶装置を１つ以上備え、例えば、撮像装置１０１の処理に用いられるプログラムやデータ等を記憶する。例えば、記憶部１２８は、様々な被写体距離に対応付けて、上述した係数α１乃至α３，β１乃至β３，γ１乃至γ３に相当する係数セット群を記憶している。より具体的には、例えば、記憶部１２８は、各被写体距離における被写体面１０２毎に、被写体面１０２上に設定した各点光源に対する撮像素子１２１の各画素１２１ａに対する係数を含む係数セット群を記憶している。
記録再生部１２９は、記録媒体１３０へのデータの記録、及び、記録媒体１３０に記録されているデータの再生（読み出し）を行う。例えば、記録再生部１２９は、復元画像を記録媒体１３０に記録したり、記録媒体１３０から読み出したりする。また、例えば、記録再生部１２９は、検出画像及び対応するメタデータを、記録媒体１３０に記録したり、記録媒体１３０から読み出したりする。
記録媒体１３０は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、及び、半導体メモリ等のいずれか、又は、それらの組合せなどからなる。
通信部１３１は、所定の通信方式により、他の機器（例えば、他の撮像装置や信号処理装置等）と通信を行う。なお、通信部１３１の通信方式は、有線又は無線のいずれであってもよい。また、通信部１３１が複数の通信方式に対応することも可能である。
＜撮像素子１２１の第１の構成例＞
次に、図３及び図４を参照して、図１の撮像装置１０１の撮像素子１２１の第１の構成例について説明する。
図３は、撮像素子１２１の画素アレイ部の一部の正面図を示している。なお、図３においては、画素アレイ部の画素数が縦６画素×横６画素である場合の例を示しているが、画素アレイ部の画素数は、これに限るものではない。
図３の撮像素子１２１では、画素１２１ａ毎に、そのフォトダイオードの受光領域（受光面）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とによりフォトダイオードの受光領域を遮光する範囲が異なる（遮光する領域（位置）、及び、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の左側の一部を所定の幅だけ遮光するように遮光膜１２１ｂ－１が設けられている。一方、画素１２１ａ－２においては、受光領域の右側の一部を所定の幅だけ遮光するように遮光膜１２１ｂ－２が設けられている。なお、遮光膜１２１ｂ－１がフォトダイオードの受光領域を遮光する幅と、遮光膜１２１ｂ－２がフォトダイオードの受光領域を遮光する幅とは、異なっていてもよいし、同じであってもよい。その他の画素１２１ａにおいても、同様に、遮光膜１２１ｂが、画素毎に受光領域の異なる範囲を遮光するように、画素アレイ部内でランダムに配置されている。
図４の上段は、撮像素子１２１の第１の構成例における側面断面図であり、図４の中段は、撮像素子１２１の第１の構成例における上面図である。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－１，１２１ａ－２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。
なお、以下、画素１２１ａ－１，１２１ａ－２を区別する必要がない場合、符号の末尾の数字の記載を省略し、単に、画素１２１ａと称する。以下、明細書内において、他の構成についても、同様に符号の末尾の数字やアルファベットを省略する場合がある。
また、図４は、撮像素子１２１の画素アレイ部を構成する２画素分の側面図および上面図のみを示しており、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－１，１２１ａ－２は、それぞれ光電変換層Ｚ１１にフォトダイオード１２１ｅ－１，１２１ｅ－２を備えている。また、フォトダイオード１２１ｅ－１，１２１ｅ－２の上には、それぞれ上からオンチップレンズ１２１ｃ－１，１２１ｃ－２、およびカラーフィルタ１２１ｄ－１，１２１ｄ－２が積層されている。
オンチップレンズ１２１ｃ－１，１２１ｃ－２は、入射光をフォトダイオード１２１ｅ－１，１２１ｅ－２上に集光させる。
カラーフィルタ１２１ｄ－１，１２１ｄ－２は、例えば、赤色、緑色、青色、赤外および白色等の特定の波長の光を透過させる光学フィルタである。なお、白色の場合、カラーフィルタ１２１ｄ－１，１２１ｄ－２は、透明のフィルタでもよいし、無くてもよい。
画素１２１ａ－１，１２１ａ－２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１２１ｇ－１乃至１２１ｇ－３が形成されており、例えば、図４に示されるように、入射光Ｌが隣接する画素に入射し、クロストークが発生するのを抑制する。
また、図４の上段及び中段に示されるように、遮光膜１２１ｂ－１，１２１ｂ－２が、上面から見て受光面Ｓの一部を遮光している。画素１２１ａ－１，１２１ａ－２におけるフォトダイオード１２１ｅ－１，１２１ｅ－２の受光面Ｓにおいては、遮光膜１２１ｂ－１，１２１ｂ－２により、それぞれ異なる範囲が遮光されており、これにより異なる入射角指向性が画素毎に独立に設定される。ただし、遮光される範囲は、撮像素子１２１の全画素１２１ａで異なっている必要はなく、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。
なお、図４の上段に示されるように、遮光膜１２１ｂ－１と遮光膜１２１ｇ－１とは互いに接続されており、側面から見てＬ字型に構成されている。同様に、遮光膜１２１ｂ－２と遮光膜１２１ｇ－２とは互いに接続されており、側面から見てＬ字型に構成されている。また、遮光膜１２１ｂ－１、遮光膜１２１ｂ－２、及び、遮光膜１２１ｇ－１乃至１２１ｇ－３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）との合金により構成される。また、遮光膜１２１ｂ－１、遮光膜１２１ｂ－２、及び、遮光膜１２１ｇ－１乃至１２１ｇ－３は、半導体プロセスにおける配線が形成されるプロセスと同一のプロセスで、配線と同一の金属により同時に形成されるようにしてもよい。なお、遮光膜１２１ｂ－１、遮光膜１２１ｂ－２、及び、遮光膜１２１ｇ－１乃至１２１ｇ－３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の下段に示されるように、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、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のゲート電極に接続されている。
転送トランジスタ１６２は、転送信号ＴＧに従って駆動する。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。
ＦＤ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。
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検出信号（画素信号）を垂直信号線１６７に出力する。すなわち、増幅トランジスタ１６５は、ドレイン端子が電源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。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）。
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ＶＤＤに排出して、ＦＤ部１６３をリセットする。
なお、各画素１２１ａの遮光膜１２１ｂの形状は、図３の例に限定されるものではなく、任意の形状に設定することが可能である。例えば、図３の水平方向に延びる形状、垂直方向及び水平方向に延びるＬ字型の形状、矩形の開口部が設けられた形状等にすることが可能である。
＜撮像素子１２１の第２の構成例＞
図５は、撮像素子１２１の第２の構成例を示す図である。図５の上段には、第２の構成例である撮像素子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の撮像素子１２１は、１つの画素１２１ａに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１２１ｇ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４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１２１ｇ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図４と同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。
図５の撮像素子１２１では、遮光膜１２１ｇによりフォトダイオード１２１ｆ－１乃至１２１ｆ－４が分離されることによって、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の発生が防止される。すなわち、図５の遮光膜１２１ｇは、図４の撮像素子１２１の遮光膜１２１ｇ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。
また、図５の撮像素子１２１では、１個のＦＤ部１６３が４個のフォトダイオード１２１ｆ－１乃至１２１ｆ－４で共有される。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。なお、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（図４の上段におけるフォトダイオード１２１ｅに対応する）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。
このような構成により、フォトダイオード１２１ｆ－１乃至１２１ｆ－４に蓄積された電荷は、フォトダイオード１２１ｆ－１乃至１２１ｆ－４と増幅トランジスタ１６５のゲート電極との接続部に設けられる所定の容量を有する共通の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検出信号（画素信号）として読み出される。
このため、フォトダイオード１２１ｆ－１乃至１２１ｆ－４で蓄積された電荷を様々な組み合わせで選択的に画素１２１ａの出力、すなわち検出信号に寄与させることができる。すなわち、フォトダイオード１２１ｆ－１乃至１２１ｆ－４毎に独立して電荷を読み出すことができる構成とし、出力に寄与するフォトダイオード１２１ｆ－１乃至１２１ｆ－４（フォトダイオード１２１ｆ－１乃至１２１ｆ－４が出力に寄与する度合い）を互いに異ならせることで、異なる入射角指向性を得ることができる。
例えば、フォトダイオード１２１ｆ－１とフォトダイオード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ことにより、左右方向の入射角指向性を得ることができる。同様に、フォトダイオード１２１ｆ－１とフォトダイオード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ことにより、上下方向の入射角指向性を得ることができる。
また、４つのフォトダイオード１２１ｆ－１乃至１２１ｆ－４から独立して選択的に読み出される電荷に基づいて得られる信号は、検出画像を構成する１画素分に相当する検出信号となる。
なお、各フォトダイオード１２１ｆ（の電荷）の検出信号への寄与は、例えば、各フォトダイオード１２１ｆの電荷（検出値）をＦＤ部１６３に転送するか否かだけでなく、電子シャッタ機能を用いてＦＤ部１６３への転送前にフォトダイオード１２１ｆに蓄積された電荷をリセットすること等でも実現することができる。例えば、ＦＤ部１６３への転送直前にフォトダイオード１２１ｆの電荷をリセットすれば、そのフォトダイオード１２１ｆは、検出信号に全く寄与しない状態となる。一方、フォトダイオード１２１ｆの電荷をリセットとＦＤ部１６３への電荷の転送との間に時間を持たせることにより、そのフォトダイオード１２１ｆは、部分的に検出信号に寄与する状態となる。
以上のように、図５の撮像素子１２１の場合、４つのフォトダイオード１２１ｆ－１乃至１２１ｆ－４のうち、検出信号に用いるものの組み合わせを変更することで、画素毎に異なる入射角指向性を持たせることができる。また、図５の撮像素子１２１の各画素１２１ａから出力される検出信号は、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）となり、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）。
なお、図５の撮像素子１２１では、入射光が光学的に変調されずに全てのフォトダイオード１２１ｆ－１乃至１２１ｆ－４に入射されるため、検出信号は、光学的な変調により得られる信号ではない。また、以降において、検出信号に寄与しないフォトダイオード１２１ｆのことを、画素又は出力に寄与しないフォトダイオード１２１ｆとも称する。
また、図５には、画素（画素１２１ａ）の受光面を４等分して、各領域にそれぞれ受光面が同じ大きさのフォトダイオード１２１ｆを配置した例、すなわち、フォトダイオードを４等分した例を示しているが、フォトダイオードの分割数や分割位置は任意に設定することが可能である。
例えば、フォトダイオードを必ずしも等分する必要はなく、画素毎にフォトダイオードの分割位置を異ならせてもよい。これにより、例えば、複数の画素間で同じ位置のフォトダイオード１２１ｆを出力に寄与させるようにしたとしても、画素間で入射角指向性が異なるようになる。また、例えば、画素間で分割数を異なるものとすることにより、より自由に入射角指向性を設定することが可能になる。さらに、例えば、画素間で分割数及び分割位置の両方を異ならせるようにしてもよい。
また、図４の撮像素子１２１及び図５の撮像素子１２１のいずれも、各画素が入射角指向性を独立に設定可能な構成を有している。なお、図４の撮像素子１２１では、各画素の入射角指向性が、遮光膜１２１ｂにより製造時に設定される。一方、図５の撮像素子１２１では、各画素のフォトダイオードの分割数や分割位置は製造時に設定されるが、各画素の入射角指向性（出力に寄与させるフォトダイオードの組合せ）は使用時（例えば、撮像時）に設定することができる。なお、図４の撮像素子１２１及び図５の撮像素子１２１のいずれにおいても、必ずしも全ての画素が、入射角指向性を持たせる構成を備える必要はない。
なお、以下、図４の撮像素子１２１において、各画素１２１ａの遮光膜１２１ｂの形状を遮光パターンと称する。また、以下、図５の撮像素子１２１において、各画素１２１ａ内の出力に寄与しないフォトダイオード１２１ｆの領域の形状を遮光パターンと称する。
＜入射角指向性を生じさせる原理について＞
撮像素子１２１の各画素の入射角指向性は、例えば、図６に示されるような原理により発生する。なお、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。
図６の左上部および右上部の画素は、いずれも１個のフォトダイオード１２１ｅを備える。これに対して、図６の左下部および右下部の画素は、いずれも２個のフォトダイオード１２１ｆを備える。なお、ここでは、１画素が２個のフォトダイオード１２１ｆを備える例を示しているが、これは説明の便宜上であり、１画素が備え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の左上部の画素においては、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の右上部の画素においては、フォトダイオード１２１ｅ－１２の受光面の左半分を遮光するように遮光膜１２１ｂ－１２が形成されている。なお、図中の一点鎖線は、フォトダイオード１２１ｅの受光面の水平方向の中心を通り、受光面に対して垂直な補助線である。
例えば、図６の左上部の画素においては、図中の一点鎖線に対して入射角θ１を成す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により受光され易い。これに対して、図中の一点鎖線に対して入射角θ２を成す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により受光されにくい。したがって、図６の左上部の画素は、図中の右上方からの入射光に対して受光感度が高く、左上方からの入射光に対して受光感度が低い入射角指向性を備えることになる。
一方、例えば、図６の右上部の画素においては、入射角θ１を成す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により受光されにくい。これに対して、入射角θ２を成す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により受光され易い。したがって、図６の右上部の画素は、図中の右上方からの入射光に対して受光感度が低く、左上方からの入射光に対して受光感度が高い入射角指向性を備えることになる。
また、図６の左下部の画素は、図中の左右にフォトダイオード１２１ｆ－１１，１２１ｆ－１２が設けられており、いずれか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の左下部の画素では、図中の左側に設けられたフォトダイオード１２１ｆ－１１の信号のみを読み出すようにすることで、図６の左上部の画素と同様の入射角指向性を得ることができる。すなわち、図中の一点鎖線に対して入射角θ１を成す右上方向からの入射光は、フォトダイオード１２１ｆ－１１に入射し、受光量に対応する信号がフォトダイオード１２１ｆ－１１から読み出されるため、この画素から出力される検出信号に寄与する。これに対して、図中の一点鎖線に対して入射角θ２を成す左上方向からの入射光は、フォトダイオード１２１ｆ－１２に入射するが、フォトダイオード１２１ｆ－１２から読み出されないため、この画素から出力される検出信号に寄与しない。
同様に、図６の右下部の画素のように、２個のフォトダイオード１２１ｆ－１３，１２１ｆ－１４を備える場合、図中の右側に設けられたフォトダイオード１２１ｆ－１４の信号のみを読み出すようにすることで、図６の右上部の画素と同様の入射角指向性を得ることができる。すなわち、入射角θ１を成す右上方向からの入射光は、フォトダイオード１２１ｆ－１３に入射するが、フォトダイオード１２１ｆ－１３から信号が読み出されないため、この画素から出力される検出信号に寄与しない。これに対して、入射角θ２を成す左上方向からの入射光は、フォトダイオード１２１ｆ－１４に入射し、受光量に対応する信号がフォトダイオード１２１ｆ－１４から読み出されるため、この画素から出力される検出信号に寄与する。
なお、図６の上部の画素においては、画素（フォトダイオード１２１ｅの受光面）の水平方向の中心位置で遮光される範囲と遮光されない範囲が分かれる例を示したが、その他の位置で分かれるようにしてもよい。また、図６の下部の画素においては、画素の水平方向の中心位置で、２つのフォトダイオード１２１ｆが分かれる例を示したが、その他の位置で分かれるようにしてもよい。このように、遮光範囲又はフォトダイオード１２１ｆが分かれる位置を変えることにより、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＞
次に、図７を参照して、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。
図７の上段のグラフは、図７の中段及び下段の画素の入射角指向性を示している。なお、横軸が入射角度θであり、縦軸が検出信号レベルを示している。なお、入射角度θは、入射光の方向が、図７の中段左側の一点鎖線と一致する場合を０度とし、図７の中段左側の入射角度θ２１側を正の方向とし、図７の中段右側の入射角度θ２２側を負の方向とする。したがって、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、入射光の進行方向が左に傾くほど大きくなり（正の方向に大きくなり）、右に傾くほど小さくなる（負の方向に大きくなる）。
また、図７の中段左部の画素は、図６の上段左部の画素に、入射光を集光するオンチップレンズ１２１ｃ－１１、及び、所定の波長の光を透過させるカラーフィルタ１２１ｄ－１１を追加したものである。すなわち、この画素では、オンチップレンズ１２１ｃ－１１、カラーフィルタ１２１ｄ－１１、遮光膜１２１ｂ－１１、フォトダイオード１２１ｅ－１１が、図中上方の光の入射方向から順に積層されている。
同様に、図７の中段右部の画素、図７の下段左部の画素、及び、図７の下段右部の画素は、それぞれ、図６の上段右部の画素、図６の下段左部の画素、及び、図６の下段右部の画素に、オンチップレンズ１２１ｃ－１１及びカラーフィルタ１２１ｄ－１１、又は、オンチップレンズ１２１ｃ－１２及びカラーフィルタ１２１ｄ－１２を追加したものである。
図７の中段左部の画素では、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（受光感度）が変化する。すなわち、図中の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（図中の右方向に傾くほど））、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、入射光の入射角度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ほど））、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。
また、図７の中段右部の画素では、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（受光感度）が変化する。すなわち、入射光の入射角度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、入射光の入射角度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。
この図７の上段に示される実線および点線の波形は、遮光膜１２１ｂの範囲に応じて変化させることができる。従って、遮光膜１２１ｂの範囲により、画素単位で相互に異なる入射角指向性を持たせることが可能となる。
上述したように、入射角指向性とは、入射角度θに応じた各画素の受光感度の特性であるが、これは、図７の中段の画素では、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、それ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の上段に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。
また、図７の下段左部の画素では、図６の下段左部の画素と同様に、図中左部のフォトダイオード１２１ｆ－１１のみの信号を用いるようにすることで、図７の中段左部の画素と同様の入射角指向性を得ることができる。すなわち、入射光の入射角度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）、信号が読み出されるフォトダイオード１２１ｆ－１１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、入射光の入射角度θが小さいほど（入射角度θが負の方向に大きいほど）、信号が読み出されないフォトダイオード１２１ｆ－１２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の下段右部の画素では、図６の下段右部の画素と同様に、図中右部のフォトダイオード１２１ｆ－１４のみの信号を用いるようにすることで、図７の中段右部の画素と同様の入射角指向性を得ることができる。すなわち、入射光の入射角度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）、出力（検出信号）に寄与しないフォトダイオード１２１ｆ－１３の範囲に光が集光されることで、画素単位の検出信号のレベルが小さくなる。逆に、入射光の入射角度θが小さいほど（入射角度θが負の方向に大きいほど）、出力（検出信号）に寄与するフォトダイオード１２１ｆ－１４の範囲に光が集光されることで、画素単位の検出信号のレベルが大きくなる。
なお、図７の下段の画素のように、画素内に複数のフォトダイオードを設け、出力に寄与するフォトダイオードを変更可能な画素において、各フォトダイオードに入射光の入射角に対する指向性を持たせ、画素単位での入射角指向性を生じさせるために、各画素にオンチップレンズ１２１ｃが必須構成となる。
なお、以下の説明では、図４の画素１２１ａのように、遮光膜１２１ｂを用いて入射角指向性を実現する画素１２１ａを用いる場合の例を中心に説明する。ただし、遮光膜１２１ｂが必須となる場合を除いて、基本的にフォトダイオードを分割して入射角指向性を実現する画素１２１ａを用いることも可能である。
＜遮光範囲と画角の関係について＞
次に、図８及び図９を参照して、遮光範囲と画角の関係について説明する。
例えば、図８の上段に示されるように、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８の下段に示されるように、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。
図９は、撮像素子１２１の中心位置Ｃ１への被写体面１０２からの入射光の入射角度の例を示している。なお、図９においては、水平方向の入射光の入射角度の例を示しているが、垂直方向についてもほぼ同様となる。また、図９の右部には、図８における画素１２１ａ，１２１ａ’が示されている。
例えば、図８の画素１２１ａが撮像素子１２１の中心位置Ｃ１に配置されている場合、被写体面１０２から画素１２１ａへの入射光の入射角の範囲は、図９の左部に示されるように角度Ａ１となる。従って、画素１２１ａは、被写体面１０２の水平方向の幅Ｗ１分の入射光を受光することができる。
これに対して、図８の画素１２１ａ’が撮像素子１２１の中心位置Ｃ１に配置されている場合、画素１２１ａ’は画素１２１ａよりも遮光される範囲が広いため、被写体面１０２から画素１２１ａ’への入射光の入射角の範囲は、図９の左部に示されるように角度Ａ２（＜Ａ１）となる。従って、画素１２１ａ’は、被写体面１０２の水平方向の幅Ｗ２（＜Ｗ１）分の入射光を受光することができる。
つまり、遮光範囲が狭い画素１２１ａは、被写体面１０２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、遮光範囲が広い画素１２１ａ’は、被写体面１０２上の狭い範囲を撮像するのに適した狭画角画素である。なお、ここでいう広画角画素および狭画角画素は、図８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。
従って、例えば、画素１２１ａは、図８の画像Ｉ１を復元するために用いられる。これに対して、例えば、画素１２１ａ’は、図８の画像Ｉ２を復元するために用いられる。
なお、画角ＳＱ２は、画角ＳＱ１よりも狭いので、画角ＳＱ２と画角ＳＱ１の画像を同一の画素数で復元する場合、画角ＳＱ１の画像よりも、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。
また、例えば、被写体距離に加えて、上述したように、復元画像の画角に対応する係数セット群をさらに用意して、被写体距離および画角に応じた係数セット群を用いて、復元画像を復元するようにしても良い。なお、被写体距離および画角に対する分解能は、用意される係数セット群の数によるものとなる。
さらに、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を用いて、復元画像を生成するようにしてもよい。これにより、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生成することができる。
＜撮像素子１２１の画素領域の構成例＞
図１０は、撮像素子１２１の画素領域（画素アレイ部）の構成例を模式的に示している。
画素領域２０１は、異なる入射角指向性を備える画素１２１ａ（不図示）が行方向（水平方向）及び列方向（垂直方向）の２次元に配列された領域である。なお、入射角指向性は必ずしも画素１２１ａ単位で全て異なる必要はなく、入射角指向性が同じ画素１２１ａを含んでいてもよい。また、必ずしも全ての画素１２１ａが、入射角指向性を持たせる構成を備える必要はない。
そして、画素領域２０１は、それぞれ異なる行に配置され、行方向に延びる検出領域２０２Ａ乃至検出領域２０２Ｃにより列方向に３等分されている。検出領域２０２Ａ乃至検出領域２０２Ｃは、後述するように、それぞれ復元画像の復元及びフリッカの検出に用いられる。
検出領域２０２Ａ乃至検出領域２０２Ｃは、遮光パターンが互いに同じで、入射角指向性が同じ領域である。すなわち、検出領域２０２Ａ乃至検出領域２０２Ｃは、画素１２１ａの配列（画素１２１ａの数及び位置）が同じであり、領域内の互いに同じ位置（座標）に、遮光パターンが同じ画素１２１ａが配置されている。従って、検出領域２０２Ａ乃至検出領域２０２Ｃでは、ほぼ同じ被写体距離及び画角で、ほぼ同じ被写体の画像が撮像される。
また、撮像素子１２１は、ローリングシャッタ方式であり、画素領域２０１の露光が行単位で順次行われる。すなわち、画素領域２０１の１行目から最終行まで順に露光が開始され、画素領域２０１の１行目から最終行まで順に各画素１２１ａの検出信号の読み出しが開始され、行単位で露光期間がシフトする。
なお、画素領域２０１の露光は、必ずしも１行単位で行う必要はなく、複数行単位で行うようにしてもよい。すなわち、画素領域２０１の複数行単位で露光及び読み出しが開始され、複数行単位で露光期間がシフトするようにしてもよい。
そして、撮像素子１２１は、各検出領域２０２内の画素１２１ａから出力される検出信号からなる複数の検出画像を検出領域２０２毎に生成し、復元部１２２又はバスＢ１に出力する。
なお、以下、検出領域２０２Ａ乃至検出領域２０２Ｃを個々に区別する必要がない場合、単に検出領域２０２と称する。
＜制御部１２３の構成例＞
図１１は、制御部１２３により実現される機能の一部の構成例を示すブロック図である。制御部１２３は、フリッカ検出部２２１及び動体検出部２２２の機能を実現する。
フリッカ検出部２２１は、各検出領域２０２に対応する複数の検出画像、及び、各検出画像から復元された複数の復元画像のうち少なくとも一方に基づいて、フリッカの検出を行う。また、フリッカ検出部２２１は、復元画像の輝度に基づいて、フリッカが発生していると推定されるフリッカ領域の検出を行う。フリッカ検出部２２１は、フリッカ及びフリッカの検出結果等を示す情報を復元部１２２に供給する。
動体検出部２２２は、各検出領域２０２に対応する複数の復元画像の特徴点を検出し、検出した特徴点に基づいて、動体の検出を行う。動体検出部２２２は、必要に応じて、動体の検出結果を示す情報を、記録再生部１２９に供給し、記録媒体１３０に記録させたり、通信部１３１を介して、他の機器に出力したりする。
＜撮像処理の第１の実施の形態＞
次に、図１２のフローチャートを参照して、撮像装置１０１により実行される撮像処理について説明する。
ステップＳ１において、撮像素子１２１は、被写体の撮像を行う。これにより、異なる入射角指向性を備える撮像素子１２１の各画素１２１ａから、被写体からの入射光の光量に応じた検出信号レベルを示す検出信号が出力される。また、撮像素子１２１は、各画素１２１ａの検出信号のＡ／Ｄ変換を行い、各画素１２１ａの検出信号からなる複数の検出画像を検出領域２０２毎に生成し、フリッカ検出部２２１に供給する。
ここで、撮像素子１２１は、ローリングシャッタ方式なので、各検出領域２０２の露光期間が異なる。
具体的には、図１３のＡは、撮像素子１２１の画素領域２０１を示し、図１３のＢは、画素領域２０１の各行の露光期間を示している。図１３の直線Ｌ１は、画素領域２０１の各行の露光開始タイミングを示し、直線Ｌ２は、画素領域２０１の各行の読み出し開始タイミングを示している。従って、画素領域２０１の各行の露光期間は、直線Ｌ１と直線Ｌ２の間の期間となる。
また、図１３のＡには、点滅する被写体２５１（例えば、信号機のランプ等）が模式的に示されている。以下、図１３のＡに示されるように、被写体２５１は、検出領域２０２Ａの露光期間中に消灯し、検出領域２０２Ｂの露光期間中に消灯状態から点灯状態に遷移し、検出領域２０２Ｃの露光期間中に点灯しているものとする。
ステップＳ２において、フリッカ検出部２２１は、各検出領域２０２の検出画像の輝度を比較する。例えば、フリッカ検出部２２１は、各検出領域２０２の検出画像の輝度の平均値をそれぞれ算出し、各検出画像間の輝度の平均値の差を算出する。
ステップＳ３において、フリッカ検出部２２１は、フリッカが発生しているか否かを判定する。例えば、フリッカ検出部２２１は、全ての組合せの検出画像間の輝度の平均値の差が所定の閾値未満である場合、すなわち、全ての組合せの検出画像間の輝度の差が小さい場合、フリッカが発生していないと判定し、処理はステップＳ４に進む。
ステップＳ４において、復元部１２２は、所定の検出領域２０２の検出画像のみ復元する。具体的には、フリッカ検出部２２１は、検出領域２０２Ａ乃至検出領域２０２Ｃの検出画像のうち所定の検出領域２０２（例えば、検出領域２０２Ａ）の検出画像を復元部１２２に供給する。
復元部１２２は、復元対象となる被写体面までの距離、すなわち被写体距離を設定する。なお、被写体距離の設定方法には、任意の方法を採用することができる。例えば、復元部１２２は、入力部１２４を介してユーザにより入力された被写体距離、又は、検出部１２５により検出された被写体距離を、復元対象となる被写体面１０２までの距離に設定する。
次に、復元部１２２は、設定した被写体距離に対応付けられている係数セット群を記憶部１２８から読み出す。
次に、復元部１２２は、フリッカ検出部２２１から供給された検出画像の各画素の検出信号レベルと、取得した係数セット群とを用いて、式（１）乃至式（３）を参照して上述した連立方程式を作成する。次に、復元部１２２は、作成した連立方程式を解くことにより、設定した被写体距離に対応する被写体面上の各点光源の光強度を算出する。そして、復元部１２２は、算出した光強度に応じた画素値を有する画素を被写体面の各点光源の配置に従って並べることにより、被写体の像が結像された復元画像を生成する。
さらに、復元部１２２は、必要に応じて、復元画像に対して、デモザイク処理、γ補正、ホワイトバランス調整、所定の圧縮形式への変換処理等を行う。また、復元部１２２は、必要に応じて、復元画像を表示部１２７に供給し、表示させたり、記録再生部１２９に供給し、記録媒体１３０に記録させたり、通信部１３１を介して、他の機器に出力したりする。
その後、撮像処理は終了する。
一方、ステップＳ３において、例えば、フリッカ検出部２２１は、少なくとも１組の検出画像間の輝度の平均値の差が所定の閾値以上である場合、すなわち、少なくとも１組の検出画像間の輝度の差が大きい場合、フリッカが発生していると判定し、処理はステップＳ５に進む。
例えば、図１３のＡの例では、上述したように、検出領域２０２Ａ乃至検出領域２０２Ｃの露光期間において、被写体２５１の点滅状態が異なる。従って、検出領域２０２Ａ乃至検出領域２０２Ｃの検出画像間で、輝度の差が大きくなり、フリッカが発生していると判定される。
ステップＳ５において、復元部１２２は、最も輝度が高い検出領域の検出画像のみ復元する。具体的には、フリッカ検出部２２１は、検出領域２０２Ａ乃至検出領域２０２Ｃの検出画像のうち最も輝度の平均値が高い検出画像を選択し、復元部１２２に供給する。
例えば、図１３のＡの例では、検出領域２０２Ａ乃至検出領域２０２Ｃの検出画像のうち、被写体２５１が点灯しているときに撮像（露光）された検出領域２０２Ｃの検出画像が選択される。
復元部１２２は、上述したステップＳ４と同様の処理により、フリッカ検出部２２１により選択された検出画像の復元を行う。
その後、撮像処理は終了する。
このようにして、フリッカの発生を抑制することができる。例えば、図１３のＡの例において、被写体２５１が点灯しているときに撮像された検出領域２０２Ｃの検出画像が復元される。これにより、点滅する被写体２５１を確実に検出することが可能になる。
例えば、信号機のランプがＬＥＤ（Light Emitting Diode）により構成される場合、ランプの点灯中も実際にはランプが点滅するため、従来の撮像装置では、フリッカが発生し、点灯しているランプの検出に失敗する場合がある。
一方、撮像装置１０１では、信号機のランプが点灯しているタイミングで撮像された検出画像から復元画像を復元することができ、点灯しているランプの検出の失敗を抑制することができる。その結果、例えば、復元画像を自動運転の制御に用いることにより、安全な自動運転を実現することができる。
また、撮像装置１０１では、復元前の検出画像の状態でフリッカ検出が行われるので、迅速にフリッカの検出を行うことができる。
さらに、１つの検出領域２０２の復元画像のみ復元されるため、計算量を削減することができ、例えば、フレームレート（サンプリング周期）を上げることができる。
＜撮像処理の第２の実施の形態＞
次に、図１４のフローチャートを参照して、撮像装置１０１の撮像処理の第２の実施の形態について説明する。
ステップＳ５１において、図１２のステップＳ１の処理と同様に、被写体の撮像が行われる。そして、撮像素子１２１は、各検出領域２０２の検出画像を復元部１２２に供給する。
ステップＳ５２において、復元部１２２は、図１２のステップＳ４と同様の処理により、各検出領域２０２の検出画像を復元する。復元部１２２は、各検出領域２０２の復元画像をフリッカ検出部２２１に供給する。
ステップＳ５３において、フリッカ検出部２２１は、各検出領域２０２の復元画像の輝度を比較する。例えば、フリッカ検出部２２１は、各検出領域２０２の復元画像の輝度の平均値をそれぞれ算出し、各復元画像間の輝度の平均値の差を算出する。
ステップＳ５４において、フリッカ検出部２２１は、フリッカが発生しているか否かを判定する。例えば、フリッカ検出部２２１は、全ての組合せの復元画像間の輝度の平均値の差が所定の閾値未満である場合、すなわち、全ての組合せの復元画像間の輝度の差が小さい場合、フリッカが発生していないと判定し、処理はステップＳ５５に進む。
ステップＳ５５において、復元部１２２は、復元画像を加算する。具体的には、フリッカ検出部２２１は、フリッカが発生していないことを復元部１２２に通知する。復元部１２２は、各検出領域２０２の復元画像の同じ位置の画素の画素値を加算することにより、復元画像を加算する。
さらに、復元部１２２は、必要に応じて、加算した復元画像に対して、デモザイク処理、γ補正、ホワイトバランス調整、所定の圧縮形式への変換処理等を行う。また、復元部１２２は、必要に応じて、復元画像を表示部１２７に供給し、表示させたり、記録再生部１２９に供給し、記録媒体１３０に記録させたり、通信部１３１を介して、他の機器に出力したりする。
その後、撮像処理は終了する。
一方、ステップＳ５４において、例えば、フリッカ検出部２２１は、少なくとも１組の復元画像間の輝度の平均値の差が所定の閾値以上である場合、すなわち、少なくとも１組の復元画像間の輝度の差が大きい場合、フリッカが発生していると判定し、処理はステップＳ５６に進む。
ステップＳ５６において、フリッカ検出部２２１は、各検出領域２０２の復元画像の輝度に基づいて、フリッカ領域を検出する。例えば、フリッカ検出部２２１は、各検出領域２０２の復元画像の輝度を画素毎に比較し、輝度の差が所定の閾値以上となる画素を抽出する。次に、フリッカ検出部２２１は、抽出した画素からノイズにより輝度が変動している画素を除去する等の処理を行った後、抽出した画素からなる領域をフリッカ領域として検出する。これにより、各検出領域２０２の復元画像間で輝度が大きく変化している領域が、フリッカ領域として検出される。
例えば、図１５の左側は、図１３のＡの状態において撮像された検出領域２０２Ａ乃至検出領域２０２Ｃの検出画像から復元された復元画像３０１Ａ乃至復元画像３０１Ｃの例を示している。復元画像３０１Ａ乃至復元画像３０１Ｃ内の領域３０２Ａ乃至領域３０２Ｃ内には、図１３の被写体２５１が写っている。
この場合、復元画像３０１Ａ乃至復元画像３０１Ｃにおいて、輝度の変化が大きい領域３０２Ａ乃至領域３０２Ｃがフリッカ領域として検出される。
ステップＳ５７において、フリッカ検出部２２１は、最も輝度が高いフリッカ領域を検出する。例えば、フリッカ検出部２２１は、各検出領域２０２の復元画像毎にフリッカ領域の輝度の平均値を算出する。そして、フリッカ検出部２２１は、各復元画像のフリッカ領域のうち、輝度の平均値が最も高いフリッカ領域を検出する。
例えば、図１５の左側の例では、復元画像３０１Ｃのフリッカ領域３０２Ｃが、最も輝度が高いフリッカ領域として検出される。
なお、各復元画像内に複数のフリッカ領域が存在する場合（例えば、点滅する被写体が複数存在する場合）、各フリッカ領域単位で輝度が比較され、最も輝度が高いフリッカ領域が検出される。従って、フリッカ領域毎に（すなわち、点滅する被写体毎に）、最も輝度が高いフリッカ領域が検出される復元画像が異なる場合がある。
ステップＳ５８において、フリッカ検出部２２１は、復元画像の加算及びフリッカ領域の合成を行う。具体的には、フリッカ検出部２２１は、各復元画像のフリッカ領域を除く領域内の同じ位置の画素の画素値を加算する。また、フリッカ検出部２２１は、画素値を加算することにより得られた復元画像に、ステップＳ５７の処理で検出した最も輝度が高いフリッカ領域の画像を合成する。
例えば、図１５の例において、復元画像３０１Ａの領域３０２Ａを除く領域、復元画像３０１Ｂの領域３０２Ｂを除く領域、及び、復元画像３０１Ｃの領域３０２Ｃを除く領域内の同じ位置の画素の画素値が加算される。さらに、フリッカ領域３０２Ａ乃至フリッカ領域３０２Ｃのうち最も輝度が高いフリッカ領域３０２Ｃ内の画像が、加算後の復元画像に合成される。これにより、復元画像３０３が生成される。
さらに、復元部１２２は、必要に応じて、得られた復元画像に対して、デモザイク処理、γ補正、ホワイトバランス調整、所定の圧縮形式への変換処理等を行う。また、復元部１２２は、必要に応じて、復元画像を表示部１２７に供給し、表示させたり、記録再生部１２９に供給し、記録媒体１３０に記録させたり、通信部１３１を介して、他の機器に出力したりする。
その後、撮像処理は終了する。
なお、各検出領域２０２の復元画像は、同じ被写体を同じ被写体距離及び画角でほぼ同時に撮像した画像である。従って、フリッカが発生していない場合、各検出領域２０２の復元画像を加算することにより、画質が向上する。例えば、ノイズを除去したり、高解像度化を実現したりすることができる。
一方、フリッカが発生している場合も、フリッカが発生していない領域では、画素が加算されることにより画質が向上する。また、フリッカが発生している領域においては、各復元画像から最も輝度が高い領域の画像が合成される。これにより、復元画像の画質が向上するとともに、フリッカの発生を抑制することができる。
なお、例えば、図１６に示されるように、復元画像３０１Ａ乃至復元画像３０１Ｃにおいて、特徴点を検出することにより、動体（オプティカルフロー）の検出を行うことができる。
例えば、図１６のＡに示されるように、動体検出部２２２は、復元画像３０１Ａにおいて、消失点３５１Ａ、及び、特徴点３５２Ａ乃至特徴点３５４Ａを検出し、復元画像３０１Ｂにおいて、消失点３５１Ｂ、及び、特徴点３５２Ｂ乃至特徴点３５４Ｂを検出し、復元画像３０１Ｃにおいて、消失点３５１Ｃ、及び、特徴点３５２Ｃ乃至特徴点３５４Ｃを検出する。なお、特徴点３５２Ａ乃至特徴点３５２Ｃが互いに対応し、特徴点３５３Ａ乃至特徴点３５３Ｃが互いに対応し、特徴点３５４Ａ乃至特徴点３５４Ｃが互いに対応するものとする。
そして、例えば、図１６のＢに拡大して示されるように、動体検出部２２２は、復元画像３０１Ａ乃至復元画像３０１Ｃの加算及び合成後の復元画像３０３において、特徴点３５２Ａ乃至特徴点３５２Ｃに基づいて、オプティカルフローを生成し、動体の検出を行う。同様に、動体検出部２２２は、復元画像３０３において、特徴点３５３Ａ乃至特徴点３５３Ｃに基づいて、オプティカルフローを生成し、動体の検出を行い、特徴点３５４Ａ乃至特徴点３５４Ｃに基づいて、オプティカルフローを生成し、動体の検出を行う。
＜画素領域を分割することによるフリッカ抑制効果＞
次に、図１７及び図１８を参照して、画素領域を分割することによるフリッカ抑制効果について説明する。なお、図１７は、画素領域を分割しない場合の露光期間の例を示し、図１８は画素領域を検出領域４０１Ａ乃至検出領域４０１Ｅに５分割した場合の露光期間の例を示している。
なお、以下、検出領域４０１Ａ乃至検出領域４０１Ｅを個々に区別する必要がない場合、単に検出領域４０１と称する。
図１７及び図１８の例とも、画素領域全体の露光期間は同じである。具体的には、時刻ｔ１において、画素領域の１行目の露光が開始され、時刻ｔ３において、画素領域の最終行の露光が終了している。また、時刻ｔ４において、画素領域の１行目の検出信号の読み出しが開始され、時刻ｔ６において、画素領域の最終行の検出信号の読み出しが終了している。従って、露光時間ｓ１は、時刻ｔ４－時刻ｔ１となり、幕速ｍ１は、時刻ｔ３－時刻ｔ１となる。
ここで、例えば、ＬＥＤにより構成される信号機のランプ等の点滅する被写体（以下、点滅体と称する）を撮像する場合について検討する。
例えば、点滅体が、時刻ｔ２で消灯し、時刻ｔ５で点灯するものとする。この場合、図１７及び図１８の露光期間のうち斜線で示される期間が、点滅体の消灯期間ｄ１と重なる期間となる。また、消灯期間ｄ１の長さは、時刻ｔ５－時刻ｔ２となる。
例えば、図１７に示されるように、画素領域を分割しない場合、画素領域の各行の間で点滅体からの入射光の強度のバラツキが大きくなる。例えば、画素領域の中間付近の行では、露光期間のほぼ全期間にわたって、点滅体からの光がほとんど入射しない。一方、画素領域の端付近の行では、露光期間の約半分の期間で、点滅体からの光が入射する。
なお、幕速ｍ１が遅くなるほど、行毎の点滅体からの入射光の強度のバラツキが大きくなる。
一方、式（１）乃至式（３）を参照して上述した連立方程式は、撮像中に被写体が静止し、変化しない前提で作成されるため、行毎の点滅体からの入射光の強度の差が大きくなると、連立方程式の関係性に齟齬が生じ、連立方程式を解くのが困難になる。その結果、例えば、連立方程式の解の誤差が大きくなり、復元画像の画質が劣化したり、点滅体の検出精度が低下したりする。
なお、例えば、幕速ｍ１と点滅体の点灯時間との関係を考慮することにより、連立方程式をより正確に解くことが可能になる。しかし、幕速ｍ１と点滅体の点灯時間との関係を事前に予測する必要がある上に、計算量が大きくなるため、あまり現実的ではない。特に、復元画像を自動運転等に用いる場合、リアルタイム性が重視されるため、実用性に乏しくなる。
一方、図１８に示されるように、画素領域を分割することにより、個々の検出領域４０１当たりの幕速は、ｍ１÷５となり速くなる。従って、各検出領域４０１内の点滅体からの入射光の強度のバラツキは、画素領域を分割しない場合と比較して小さくなる。
その結果、画素領域を分割しない場合と比較して、連立方程式を解くのが容易になり、各検出領域４０１から復元される復元画像の画質が向上するとともに、点滅体の検出精度が向上する。
＜＜２．変形例＞＞
以下、上述した本技術の実施の形態の変形例について説明する。
＜検出領域に関する変形例＞
上述した画素領域の分割数、すなわち、検出領域の数は、その一例であり、任意に変更することができる。
また、各検出領域の遮光パターン、すなわち、各検出領域の入射角指向性は、必ずしも完全に一致しなくてもよい。例えば、各検出領域間の画素の配列が一部異なっていたり、同じ位置の画素１２１ａの一部の遮光パターンが異なっていてもよい。
さらに、以上の説明では、各検出領域（内の画素）が復元画像の復元に用いられる例を示したが、例えば、図１９に示されるように、検出領域と復元画像の復元に用いる復元領域とが異なるようにしてもよい。
図１９の画素領域５０１は、列方向（垂直方向）において、検出領域５０２Ａ乃至検出領域５０２Ｃ、復元領域５０３Ａ、及び、復元領域５０３Ｂに分かれている。検出領域５０２Ａ乃至検出領域５０２Ｃ、復元領域５０３Ａ、及び、復元領域５０３Ｂは、それぞれ画素領域５０１の異なる行に配置され、行方向（水平方向）に延びている。また、検出領域と復元領域とが交互に配置されている。
検出領域５０２Ａ乃至検出領域５０２Ｃは、フリッカの検出にのみ用いられ、復元画像の復元には用いられない。
一方、復元領域５０３Ａ及び復元領域５０３Ｂは、復元画像の復元にのみ用いられ、フリッカの検出には用いられない。また、復元領域５０３Ａ及び復元領域５０３Ｂからは、個別に検出画像が生成され、各検出画像から個別に復元画像が復元される。
これにより、検出領域５０２Ａ乃至検出領域５０２Ｃの画素数を削減することができ、例えば、上述した図１２及び図１４のいずれの撮像処理においても、フリッカの検出時間を短縮することができる。
なお、検出領域の数や復元領域の数は、変更することが可能である。
また、検出領域の行数は、任意に設定することができ、例えば、１行でもよい。
さらに、各検出領域は、全体として異なる行に配置されていればよく、一部が重複していてもよい。ただし、各検出領域を重複しないようにすることが望ましく、重複する場合も重複する行数が少ない方が望ましい。
＜復元処理に関する変形例＞
以上においては、検出画像の撮像を行った後、すぐに所定の被写体距離に対応する復元画像を復元する処理について説明したが、例えば、すぐに復元処理を行わずに、検出画像を記録媒体１３０に記録したり、通信部１３１を介して、他の機器に出力したりした後、所望のタイミングで検出画像を用いて、復元画像を復元するようにしてもよい。この場合、復元画像の復元は、撮像装置１０１で行ってもよいし、他の装置で行ってもよい。例えば、任意の被写体距離や画角に応じた係数セット群を用いて作成した連立方程式を解いて復元画像を求めることで、任意の被写体距離や画角の被写体面に対する復元画像を得ることができ、リフォーカス等を実現することができる。
また、撮像レンズを用いる撮像装置のように、オートフォーカス機能を実現することも可能である。例えば、復元画像に基づいてコントラストＡＦ（Auto Focus）方式と同様の山登り方式で最適な被写体距離を決定することで、オートフォーカス機能を実現することができる。
＜システムの構成に関する変形例＞
例えば、撮像装置１０１の信号処理制御部１１１の一部又は全部を外部の装置で行うようにしてもよい。例えば、フリッカの検出や復元画像の復元を外部の装置で行うようにしてもよい。
＜撮像素子１２１に関する変形例＞
図４では、変調素子として遮光膜１２１ｂを用いたり、出力に寄与するフォトダイオードの組合せを変更したりすることにより画素毎に異なる入射角指向性を持たせる例を示したが、本技術では、例えば、図２０に示されるように、撮像素子９０１の受光面を覆う光学フィルタ９０２を変調素子として用いて、各画素に入射角指向性を持たせるようにすることも可能である。
具体的には、光学フィルタ９０２は、撮像素子９０１の受光面９０１Ａから所定の間隔を空けて、受光面９０１Ａの全面を覆うように配置されている。被写体面１０２からの光は、光学フィルタ９０２で変調されてから、撮像素子９０１の受光面９０１Ａに入射する。
例えば、光学フィルタ９０２には、図２１に示される白黒の格子状のパターンを有する光学フィルタ９０２ＢＷを用いることが可能である。光学フィルタ９０２ＢＷには、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がランダムに配置されている。各パターンのサイズは、撮像素子９０１の画素のサイズとは独立して設定されている。
図２２は、光学フィルタ９０２ＢＷを用いた場合の被写体面１０２上の点光源ＰＡ及び点光源ＰＢからの光に対する撮像素子９０１の受光感度特性を示している。点光源ＰＡ及び点光源ＰＢからの光は、それぞれ光学フィルタ９０２ＢＷで変調されてから、撮像素子９０１の受光面９０１Ａに入射する。
例えば、点光源ＰＡからの光に対する撮像素子９０１の受光感度特性は、波形Ｓａのようになる。すなわち、光学フィルタ９０２ＢＷの黒パターン部により影が生じるため、点光源ＰＡからの光に対する受光面９０１Ａ上の像に濃淡のパターンが生じる。同様に、点光源ＰＢからの光に対する撮像素子９０１の受光感度特性は、波形Ｓｂのようになる。すなわち、光学フィルタ９０２ＢＷの黒パターン部により影が生じるため、点光源ＰＢからの光に対する受光面９０１Ａ上の像に濃淡のパターンが生じる。
なお、点光源ＰＡからの光と点光源ＰＢからの光とは、光学フィルタ９０２ＢＷの各白パターン部に対する入射角度が異なるため、受光面に対する濃淡のパターンの現れ方にズレが生じる。従って、撮像素子９０１の各画素は、被写体面１０２の各点光源に対して入射角指向性を持つようになる。
この方式の詳細は、例えば、「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」に開示されている。
なお、光学フィルタ９０２ＢＷの黒パターン部の代わりに、図２３の光学フィルタ９０２ＨＷを用いるようにしてもよい。光学フィルタ９０２ＨＷは、偏光方向が等しい直線偏光素子９１１Ａと直線偏光素子９１１Ｂ、及び、１／２波長板９１２を備え、１／２波長板９１２は、直線偏光素子９１１Ａと直線偏光素子９１１Ｂの間に挟まれている。１／２波長板９１２には、光学フィルタ９０２ＢＷ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９１１Ａ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のみを透過する。以下、直線偏光素子９１１Ａが、偏光方向が図面に平行な光のみを透過するものとする。直線偏光素子９１１Ａを透過した偏光光のうち、１／２波長板９１２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、偏光方向が図面に垂直な方向に変化する。一方、直線偏光素子９１１Ａを透過した偏光光のうち、１／２波長板９１２の白パターン部を透過した偏光光は、偏光方向が図面に平行な方向のまま変化しない。そして、直線偏光素子９１１Ｂ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ＢＷを用いた場合とほぼ同様の濃淡のパターンが、撮像素子９０１の受光面９０１Ａ上に生じる。
また、図２４のＡに示されるように、光干渉マスクを光学フィルタ９０２ＬＦとして用いることが可能である。被写体面１０２の点光源ＰＡ，ＰＢから出射された光は、光学フィルタ９０２ＬＦを介して撮像素子９０１の受光面９０１Ａに照射される。図２４のＡの下方の拡大図に示されるように、光学フィルタ９０２ＬＦの例えば光入射面には、波長程度の凹凸が設けられている。また、光学フィルタ９０２ＬＦ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１０２の点光源ＰＡ，ＰＢから出射された特定波長の光の光学フィルタ９０２ＬＦ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から出射されて光学フィルタ９０２ＬＦを透過した特定波長の透過光の強度は、図２４のＢに示すように、光学フィルタ９０２ＬＦに対する入射角に応じて変調されて撮像素子９０１の受光面９０１Ａに入射する。したがって、撮像素子９０１の各画素から出力される検出信号は、画素毎に各点光源の変調後の光強度を合成した信号となる。
この方式の詳細は、例えば、上述した特表２０１６-５１０９１０号公報に開示されている。
＜その他の変形例＞
また、本技術は、赤外光等の可視光以外の波長の光の撮像を行う撮像装置や撮像素子にも適用することが可能である。この場合、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。この場合も、本技術を用いることにより、被写体を認識可能な画像処理装置等に対して、復元画像の画質が向上する。なお、通常の撮像レンズは遠赤外光を透過することが困難であるため、本技術は、例えば、遠赤外光の撮像を行う場合に有効である。したがって、復元画像は遠赤外光の画像であっても良く、また、遠赤外光に限らず、その他の可視光や非可視光の画像であっても良い。
さらに、例えば、ディープラーニング等の機械学習を適用することにより、復元後の復元画像を用いずに、復元前の検出画像を用いて画像認識等を行うようにすることも可能である。この場合も、本技術を用いることにより、復元前の検出画像を用いた画像認識の精度が向上する。換言すれば、復元前の検出画像の画質が向上する。
＜＜３．応用例＞＞
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット、建設機械、農業機械（トラクター）などのいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
図２５は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システム７０００の概略的な構成例を示すブロック図である。車両制御システム７０００は、通信ネットワーク７０１０を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図２５に示した例では、車両制御システム７０００は、駆動系制御ユニット７１００、ボディ系制御ユニット７２００、バッテリ制御ユニット７３００、車外情報検出ユニット７４００、車内情報検出ユニット７５００、及び統合制御ユニット７６００を備える。これらの複数の制御ユニットを接続する通信ネットワーク７０１０は、例えば、ＣＡＮ（Controller Area Network）、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）、ＬＡＮ（Local Area Network）又はＦｌｅｘＲａｙ（登録商標）等の任意の規格に準拠した車載通信ネットワークであってよい。
各制御ユニットは、各種プログラムにしたがって演算処理を行うマイクロコンピュータと、マイクロコンピュータにより実行されるプログラム又は各種演算に用いられるパラメータ等を記憶する記憶部と、各種制御対象の装置を駆動する駆動回路とを備える。各制御ユニットは、通信ネットワーク７０１０を介して他の制御ユニットとの間で通信を行うためのネットワークＩ／Ｆを備えるとともに、車内外の装置又はセンサ等との間で、有線通信又は無線通信により通信を行うための通信Ｉ／Ｆを備える。図２５では、統合制御ユニット７６００の機能構成として、マイクロコンピュータ７６１０、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０、音声画像出力部７６７０、車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０及び記憶部７６９０が図示されている。他の制御ユニットも同様に、マイクロコンピュータ、通信Ｉ／Ｆ及び記憶部等を備える。
駆動系制御ユニット７１００は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット７１００は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。駆動系制御ユニット７１００は、ＡＢＳ（Antilock Brake System）又はＥＳＣ（Electronic Stability Control）等の制御装置としての機能を有してもよい。
駆動系制御ユニット７１００には、車両状態検出部７１１０が接続される。車両状態検出部７１１０には、例えば、車体の軸回転運動の角速度を検出するジャイロセンサ、車両の加速度を検出する加速度センサ、あるいは、アクセルペダルの操作量、ブレーキペダルの操作量、ステアリングホイールの操舵角、エンジン回転数又は車輪の回転速度等を検出するためのセンサのうちの少なくとも一つが含まれる。駆動系制御ユニット７１００は、車両状態検出部７１１０から入力される信号を用いて演算処理を行い、内燃機関、駆動用モータ、電動パワーステアリング装置又はブレーキ装置等を制御する。
ボディ系制御ユニット７２００は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット７２００は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット７２００には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット７２００は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
バッテリ制御ユニット７３００は、各種プログラムにしたがって駆動用モータの電力供給源である二次電池７３１０を制御する。例えば、バッテリ制御ユニット７３００には、二次電池７３１０を備えたバッテリ装置から、バッテリ温度、バッテリ出力電圧又はバッテリの残存容量等の情報が入力される。バッテリ制御ユニット７３００は、これらの信号を用いて演算処理を行い、二次電池７３１０の温度調節制御又はバッテリ装置に備えられた冷却装置等の制御を行う。
車外情報検出ユニット７４００は、車両制御システム７０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット７４００には、撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０のうちの少なくとも一方が接続される。撮像部７４１０には、ＴｏＦ（Time Of Flight）カメラ、ステレオカメラ、単眼カメラ、赤外線カメラ及びその他のカメラのうちの少なくとも一つが含まれる。車外情報検出部７４２０には、例えば、現在の天候又は気象を検出するための環境センサ、あるいは、車両制御システム７０００を搭載した車両の周囲の他の車両、障害物又は歩行者等を検出するための周囲情報検出センサのうちの少なくとも一つが含まれる。
環境センサは、例えば、雨天を検出する雨滴センサ、霧を検出する霧センサ、日照度合いを検出する日照センサ、及び降雪を検出する雪センサのうちの少なくとも一つであってよい。周囲情報検出センサは、超音波センサ、レーダ装置及びＬＩＤＡＲ（Light Detection and Ranging、Laser Imaging Detection and Ranging）装置のうちの少なくとも一つであってよい。これらの撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０は、それぞれ独立したセンサないし装置として備えられてもよいし、複数のセンサないし装置が統合された装置として備えられてもよい。
ここで、図２６は、撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０の設置位置の例を示す。撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６，７９１８は、例えば、車両７９００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部のうちの少なくとも一つの位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部７９１０及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部７９１８は、主として車両７９００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部７９１２，７９１４は、主として車両７９００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部７９１６は、主として車両７９００の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部７９１８は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
なお、図２６には、それぞれの撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲ａは、フロントノーズに設けられた撮像部７９１０の撮像範囲を示し、撮像範囲ｂ，ｃは、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部７９１２，７９１４の撮像範囲を示し、撮像範囲ｄは、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部７９１６の撮像範囲を示す。例えば、撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両７９００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
車両７９００のフロント、リア、サイド、コーナ及び車室内のフロントガラスの上部に設けられる車外情報検出部７９２０，７９２２，７９２４，７９２６，７９２８，７９３０は、例えば超音波センサ又はレーダ装置であってよい。車両７９００のフロントノーズ、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部に設けられる車外情報検出部７９２０，７９２６，７９３０は、例えばＬＩＤＡＲ装置であってよい。これらの車外情報検出部７９２０～７９３０は、主として先行車両、歩行者又は障害物等の検出に用いられる。
図２５に戻って説明を続ける。車外情報検出ユニット７４００は、撮像部７４１０に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像データを受信する。また、車外情報検出ユニット７４００は、接続されている車外情報検出部７４２０から検出情報を受信する。車外情報検出部７４２０が超音波センサ、レーダ装置又はＬＩＤＡＲ装置である場合には、車外情報検出ユニット７４００は、超音波又は電磁波等を発信させるとともに、受信された反射波の情報を受信する。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、降雨、霧又は路面状況等を認識する環境認識処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、車外の物体までの距離を算出してもよい。
また、車外情報検出ユニット７４００は、受信した画像データに基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等を認識する画像認識処理又は距離検出処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した画像データに対して歪補正又は位置合わせ等の処理を行うとともに、異なる撮像部７４１０により撮像された画像データを合成して、俯瞰画像又はパノラマ画像を生成してもよい。車外情報検出ユニット７４００は、異なる撮像部７４１０により撮像された画像データを用いて、視点変換処理を行ってもよい。
車内情報検出ユニット７５００は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット７５００には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部７５１０が接続される。運転者状態検出部７５１０は、運転者を撮像するカメラ、運転者の生体情報を検出する生体センサ又は車室内の音声を集音するマイク等を含んでもよい。生体センサは、例えば、座面又はステアリングホイール等に設けられ、座席に座った搭乗者又はステアリングホイールを握る運転者の生体情報を検出する。車内情報検出ユニット７５００は、運転者状態検出部７５１０から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。車内情報検出ユニット７５００は、集音された音声信号に対してノイズキャンセリング処理等の処理を行ってもよい。
統合制御ユニット７６００は、各種プログラムにしたがって車両制御システム７０００内の動作全般を制御する。統合制御ユニット７６００には、入力部７８００が接続されている。入力部７８００は、例えば、タッチパネル、ボタン、マイクロフォン、スイッチ又はレバー等、搭乗者によって入力操作され得る装置によって実現される。統合制御ユニット７６００には、マイクロフォンにより入力される音声を音声認識することにより得たデータが入力されてもよい。入力部７８００は、例えば、赤外線又はその他の電波を利用したリモートコントロール装置であってもよいし、車両制御システム７０００の操作に対応した携帯電話又はＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等の外部接続機器であってもよい。入力部７８００は、例えばカメラであってもよく、その場合搭乗者はジェスチャにより情報を入力することができる。あるいは、搭乗者が装着したウェアラブル装置の動きを検出することで得られたデータが入力されてもよい。さらに、入力部７８００は、例えば、上記の入力部７８００を用いて搭乗者等により入力された情報に基づいて入力信号を生成し、統合制御ユニット７６００に出力する入力制御回路などを含んでもよい。搭乗者等は、この入力部７８００を操作することにより、車両制御システム７０００に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりする。
記憶部７６９０は、マイクロコンピュータにより実行される各種プログラムを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）、及び各種パラメータ、演算結果又はセンサ値等を記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）を含んでいてもよい。また、記憶部７６９０は、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）等の磁気記憶デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス又は光磁気記憶デバイス等によって実現してもよい。
汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、外部環境７７５０に存在する様々な機器との間の通信を仲介する汎用的な通信Ｉ／Ｆである。汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、ＧＳＭ（登録商標）（Global System of Mobile communications）、ＷｉＭＡＸ（登録商標）、ＬＴＥ（登録商標）（Long Term Evolution）若しくはＬＴＥ－Ａ（LTE－Advanced）などのセルラー通信プロトコル、又は無線ＬＡＮ（Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）ともいう）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などのその他の無線通信プロトコルを実装してよい。汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、例えば、基地局又はアクセスポイントを介して、外部ネットワーク（例えば、インターネット、クラウドネットワーク又は事業者固有のネットワーク）上に存在する機器（例えば、アプリケーションサーバ又は制御サーバ）へ接続してもよい。また、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、例えばＰ２Ｐ（Peer To Peer）技術を用いて、車両の近傍に存在する端末（例えば、運転者、歩行者若しくは店舗の端末、又はＭＴＣ（Machine Type Communication）端末）と接続してもよい。
専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、車両における使用を目的として策定された通信プロトコルをサポートする通信Ｉ／Ｆである。専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、例えば、下位レイヤのＩＥＥＥ８０２．１１ｐと上位レイヤのＩＥＥＥ１６０９との組合せであるＷＡＶＥ（Wireless Access in Vehicle Environment）、ＤＳＲＣ（Dedicated Short Range Communications）、又はセルラー通信プロトコルといった標準プロトコルを実装してよい。専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、典型的には、車車間（Vehicle to Vehicle）通信、路車間（Vehicle to Infrastructure）通信、車両と家との間（Vehicle to Home）の通信及び歩車間（Vehicle to Pedestrian）通信のうちの１つ以上を含む概念であるＶ２Ｘ通信を遂行する。
測位部７６４０は、例えば、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）衛星からのＧＮＳＳ信号（例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星からのＧＰＳ信号）を受信して測位を実行し、車両の緯度、経度及び高度を含む位置情報を生成する。なお、測位部７６４０は、無線アクセスポイントとの信号の交換により現在位置を特定してもよく、又は測位機能を有する携帯電話、ＰＨＳ若しくはスマートフォンといった端末から位置情報を取得してもよい。
ビーコン受信部７６５０は、例えば、道路上に設置された無線局等から発信される電波あるいは電磁波を受信し、現在位置、渋滞、通行止め又は所要時間等の情報を取得する。なお、ビーコン受信部７６５０の機能は、上述した専用通信Ｉ／Ｆ７６３０に含まれてもよい。
車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、マイクロコンピュータ７６１０と車内に存在する様々な車内機器７７６０との間の接続を仲介する通信インタフェースである。車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＮＦＣ（Near Field Communication）又はＷＵＳＢ（Wireless USB）といった無線通信プロトコルを用いて無線接続を確立してもよい。また、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、図示しない接続端子（及び、必要であればケーブル）を介して、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）、ＨＤＭＩ（登録商標）（High-Definition Multimedia Interface、又はＭＨＬ（Mobile High-definition Link）等の有線接続を確立してもよい。車内機器７７６０は、例えば、搭乗者が有するモバイル機器若しくはウェアラブル機器、又は車両に搬入され若しくは取り付けられる情報機器のうちの少なくとも１つを含んでいてもよい。また、車内機器７７６０は、任意の目的地までの経路探索を行うナビゲーション装置を含んでいてもよい。車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、これらの車内機器７７６０との間で、制御信号又はデータ信号を交換する。
車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０は、マイクロコンピュータ７６１０と通信ネットワーク７０１０との間の通信を仲介するインタフェースである。車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０は、通信ネットワーク７０１０によりサポートされる所定のプロトコルに則して、信号等を送受信する。
統合制御ユニット７６００のマイクロコンピュータ７６１０は、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０及び車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０のうちの少なくとも一つを介して取得される情報に基づき、各種プログラムにしたがって、車両制御システム７０００を制御する。例えば、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット７１００に対して制御指令を出力してもよい。例えば、マイクロコンピュータ７６１０は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Advanced Driver Assistance System）の機能実現を目的とした協調制御を行ってもよい。また、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行ってもよい。
マイクロコンピュータ７６１０は、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０及び車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０のうちの少なくとも一つを介して取得される情報に基づき、車両と周辺の構造物や人物等の物体との間の３次元距離情報を生成し、車両の現在位置の周辺情報を含むローカル地図情報を作成してもよい。また、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される情報に基づき、車両の衝突、歩行者等の近接又は通行止めの道路への進入等の危険を予測し、警告用信号を生成してもよい。警告用信号は、例えば、警告音を発生させたり、警告ランプを点灯させたりするための信号であってよい。
音声画像出力部７６７０は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図２５の例では、出力装置として、オーディオスピーカ７７１０、表示部７７２０及びインストルメントパネル７７３０が例示されている。表示部７７２０は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。表示部７７２０は、ＡＲ（Augmented Reality）表示機能を有していてもよい。出力装置は、これらの装置以外の、ヘッドホン、搭乗者が装着する眼鏡型ディスプレイ等のウェアラブルデバイス、プロジェクタ又はランプ等の他の装置であってもよい。出力装置が表示装置の場合、表示装置は、マイクロコンピュータ７６１０が行った各種処理により得られた結果又は他の制御ユニットから受信された情報を、テキスト、イメージ、表、グラフ等、様々な形式で視覚的に表示する。また、出力装置が音声出力装置の場合、音声出力装置は、再生された音声データ又は音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して聴覚的に出力する。
なお、図２５に示した例において、通信ネットワーク７０１０を介して接続された少なくとも二つの制御ユニットが一つの制御ユニットとして一体化されてもよい。あるいは、個々の制御ユニットが、複数の制御ユニットにより構成されてもよい。さらに、車両制御システム７０００が、図示されていない別の制御ユニットを備えてもよい。また、上記の説明において、いずれかの制御ユニットが担う機能の一部又は全部を、他の制御ユニットに持たせてもよい。つまり、通信ネットワーク７０１０を介して情報の送受信がされるようになっていれば、所定の演算処理が、いずれかの制御ユニットで行われるようになってもよい。同様に、いずれかの制御ユニットに接続されているセンサ又は装置が、他の制御ユニットに接続されるとともに、複数の制御ユニットが、通信ネットワーク７０１０を介して相互に検出情報を送受信してもよい。
以上説明した車両制御システム７０００において、例えば、図１を用いて説明した本実施形態に係る撮像装置１０１を、図２５に示した応用例の撮像部７４１０に適用することができる。これにより、撮像部７４１０から車外情報検出ユニット７４００にフリッカを除去した復元画像が供給され、フリッカの発生原因となる信号機、電子案内板、電子標識、街灯等に対する車外情報検出ユニット７４００の検出精度が向上する。
＜＜４．その他＞＞
上述した一連の処理は、ハードウェアにより実行することもできるし、ソフトウェアにより実行することもできる。一連の処理をソフトウェアにより実行する場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、コンピュータにインストールされる。ここで、コンピュータには、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータ（例えば、制御部１２３等）などが含まれる。
コンピュータが実行するプログラムは、例えば、パッケージメディア等としての記録媒体（例えば、記録媒体１３０等）に記録して提供することができる。また、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ができる。
なお、コンピュータが実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであっても良いし、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処理が行われるプログラムであっても良い。
また、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、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。
さらに、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。
また、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。
なお、本技術は、以下のような構成も取ることができる。
（１）
撮像レンズ及びピンホールのいずれも介さず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１つ出力する画素を含む複数の画素が行方向及び列方向に配列され、行単位で順次露光される画素領域と、
前記画素領域の異なる行に配置され、フリッカの検出に用いられる複数の検出領域と
を備える撮像素子。
（２）
各前記検出領域の前記入射光の入射角に対する指向性を示す入射角指向性が略同じである
前記（１）に記載の撮像素子。
（３）
各前記検出領域の画素の配列が略同じであり、互いに同じ位置の画素の前記入射角指向性が略同じである
前記（２）に記載の撮像素子。
（４）
各前記検出領域毎に復元画像の復元が行われる
前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の撮像素子。
（５）
前記検出領域と、前記画素領域内の復元画像の復元に用いられる領域とが異なる
前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の撮像素子。
（６）
撮像レンズ及びピンホールのいずれも介さず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１つ出力する画素を含む複数の画素が行方向及び列方向に配列され、行単位で順次露光される画素領域の異なる行に配置されている複数の検出領域内の画素から出力される検出信号に基づいて前記検出領域毎に生成される複数の検出画像、及び、各前記検出画像から復元される複数の復元画像のうち少なくとも一方に基づいて、フリッカの検出を行うフリッカ検出部を
備える信号処理装置。
（７）
前記フリッカ検出部は、各前記検出画像の輝度の差に基づいて、フリッカの検出を行う
前記（６）に記載の信号処理装置。
（８）
前記フリッカ検出部によりフリッカが検出された場合、各前記検出画像の輝度に基づいて選択された前記検出画像から前記復元画像を復元する復元部を
さらに備える前記（７）に記載の信号処理装置。
（９）
前記復元部は、前記フリッカ検出部によりフリッカが検出されなかった場合、複数の前記検出画像のうちのいずれかから前記復元画像を復元する
前記（８）に記載の信号処理装置。
（１０）
各前記検出画像からそれぞれ前記復元画像を復元する復元部を
さらに備え、
前記フリッカ検出部は、各前記復元画像の輝度の差に基づいて、フリッカの検出を行う
前記（６）に記載の信号処理装置。
（１１）
前記フリッカ検出部は、各前記復元画像の画素毎の輝度の差に基づいて、前記フリッカが発生していると推定されるフリッカ領域を検出する
前記（１０）に記載の信号処理装置。
（１２）
前記復元部は、各前記復元画像の前記フリッカ領域以外の領域の画像を加算するとともに、各前記復元画像の前記フリッカ領域の中から前記フリッカ領域の輝度に基づいて選択した前記フリッカ領域の画像を合成する
前記（１１）に記載の信号処理装置。
（１３）
各前記復元画像の特徴点に基づいて、前記復元部により加算及び合成された前記復元画像において動体を検出する動体検出部を
さらに備える前記（１２）に記載の信号処理装置。
（１４）
各前記検出領域の前記入射光の入射角に対する指向性を示す入射角指向性が略同じである
前記（６）乃至（１３）のいずれかに記載の信号処理装置。
（１５）
撮像レンズ及びピンホールのいずれも介さず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１つ出力する画素を含む複数の画素が行方向及び列方向に配列され、行単位で順次露光される画素領域の異なる行に配置されている複数の検出領域内の画素から出力される検出信号に基づいて前記検出領域毎に生成される複数の検出画像、及び、各前記検出画像から復元される複数の復元画像のうち少なくとも一方に基づいて、フリッカの検出を行う
信号処理方法。
（１６）
撮像レンズ及びピンホールのいずれも介さず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１つ出力する画素を含む複数の画素が行方向及び列方向に配列され、行単位で順次露光される画素領域の異なる行に配置されている複数の検出領域内の画素から出力される検出信号に基づいて前記検出領域毎に生成される複数の検出画像、及び、各前記検出画像から復元される複数の復元画像のうち少なくとも一方に基づいて、フリッカの検出を行う
処理をコンピュータに実行させるためのプログラム。
（１７）
撮像レンズ及びピンホールのいずれも介さず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１つ出力する画素を含む複数の画素が行方向及び列方向に配列され、行単位で順次露光される画素領域と、
前記画素領域の異なる行に配置され、フリッカの検出に用いられる複数の検出領域と
を備える撮像素子と、
各前記検出領域内の画素から出力される検出信号に基づいて前記検出領域毎に生成される複数の検出画像、及び、各前記検出画像から復元される複数の復元画像のうち少なくとも一方に基づいて、フリッカの検出を行うフリッカ検出部と
を備える撮像装置。
（１８）
各前記検出領域の前記入射光の入射角に対する指向性を示す入射角指向性が略同じである
前記（１７）に記載の撮像装置。
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、他の効果があってもよい。
１０１ 撮像装置， １１１ 信号処理制御部， １２１ 撮像素子， １２１ａ，１２１ａ’ 画素， １２１ａＡ 復元用画素， １２１ａＢ 露出用画素， １２１ｂ 遮光膜， １２２ 復元部， １２３ 制御部， ２０１ 画素領域， ２０２Ａ乃至２０２Ｃ 検出領域， ２２１ フリッカ検出部， ２２２ 動体検出部， ３０１Ａ乃至３０１Ｃ，３０３ 復元画像

Claims (18)

  1. 撮像レンズ及びピンホールのいずれも介さず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１つ出力する画素を含む複数の画素が行方向及び列方向に配列され、行単位で順次露光される画素領域と、
    前記画素領域の異なる行に配置され、フリッカの検出に用いられる複数の検出領域と
    を備える撮像素子。
  2. 各前記検出領域の前記入射光の入射角に対する指向性を示す入射角指向性が略同じである
    請求項１に記載の撮像素子。
  3. 各前記検出領域の画素の配列が略同じであり、互いに同じ位置の画素の前記入射角指向性が略同じである
    請求項２に記載の撮像素子。
  4. 各前記検出領域毎に復元画像の復元が行われる
    請求項１に記載の撮像素子。
  5. 前記検出領域と、前記画素領域内の復元画像の復元に用いられる領域とが異なる
    請求項１に記載の撮像素子。
  6. 撮像レンズ及びピンホールのいずれも介さず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１つ出力する画素を含む複数の画素が行方向及び列方向に配列され、行単位で順次露光される画素領域の異なる行に配置されている複数の検出領域内の画素から出力される検出信号に基づいて前記検出領域毎に生成される複数の検出画像、及び、各前記検出画像から復元される複数の復元画像のうち少なくとも一方に基づいて、フリッカの検出を行うフリッカ検出部を
    備える信号処理装置。
  7. 前記フリッカ検出部は、各前記検出画像の輝度の差に基づいて、フリッカの検出を行う
    請求項６に記載の信号処理装置。
  8. 前記フリッカ検出部によりフリッカが検出された場合、各前記検出画像の輝度に基づいて選択された前記検出画像から前記復元画像を復元する復元部を
    さらに備える請求項７に記載の信号処理装置。
  9. 前記復元部は、前記フリッカ検出部によりフリッカが検出されなかった場合、複数の前記検出画像のうちのいずれかから前記復元画像を復元する
    請求項８に記載の信号処理装置。
  10. 各前記検出画像からそれぞれ前記復元画像を復元する復元部を
    さらに備え、
    前記フリッカ検出部は、各前記復元画像の輝度の差に基づいて、フリッカの検出を行う
    請求項６に記載の信号処理装置。
  11. 前記フリッカ検出部は、各前記復元画像の画素毎の輝度の差に基づいて、前記フリッカが発生していると推定されるフリッカ領域を検出する
    請求項１０に記載の信号処理装置。
  12. 前記復元部は、各前記復元画像の前記フリッカ領域以外の領域の画像を加算するとともに、各前記復元画像の前記フリッカ領域の中から前記フリッカ領域の輝度に基づいて選択した前記フリッカ領域の画像を合成する
    請求項１１に記載の信号処理装置。
  13. 各前記復元画像の特徴点に基づいて、前記復元部により加算及び合成された前記復元画像において動体を検出する動体検出部を
    さらに備える請求項１２に記載の信号処理装置。
  14. 各前記検出領域の前記入射光の入射角に対する指向性を示す入射角指向性が略同じである
    請求項６に記載の信号処理装置。
  15. 撮像レンズ及びピンホールのいずれも介さず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１つ出力する画素を含む複数の画素が行方向及び列方向に配列され、行単位で順次露光される画素領域の異なる行に配置されている複数の検出領域内の画素から出力される検出信号に基づいて前記検出領域毎に生成される複数の検出画像、及び、各前記検出画像から復元される複数の復元画像のうち少なくとも一方に基づいて、フリッカの検出を行う
    信号処理方法。
  16. 撮像レンズ及びピンホールのいずれも介さず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１つ出力する画素を含む複数の画素が行方向及び列方向に配列され、行単位で順次露光される画素領域の異なる行に配置されている複数の検出領域内の画素から出力される検出信号に基づいて前記検出領域毎に生成される複数の検出画像、及び、各前記検出画像から復元される複数の復元画像のうち少なくとも一方に基づいて、フリッカの検出を行う
    処理をコンピュータに実行させるためのプログラム。
  17. 撮像レンズ及びピンホールのいずれも介さず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１つ出力する画素を含む複数の画素が行方向及び列方向に配列され、行単位で順次露光される画素領域と、
    前記画素領域の異なる行に配置され、フリッカの検出に用いられる複数の検出領域と
    を備える撮像素子と、
    各前記検出領域内の画素から出力される検出信号に基づいて前記検出領域毎に生成される複数の検出画像、及び、各前記検出画像から復元される複数の復元画像のうち少なくとも一方に基づいて、フリッカの検出を行うフリッカ検出部と
    を備える撮像装置。
  18. 各前記検出領域の前記入射光の入射角に対する指向性を示す入射角指向性が略同じである
    請求項１７に記載の撮像装置。
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