CN104204941A - 摄像装置 - Google Patents

Abstract

本发明的一形态所涉及的摄像装置，具备：拍摄镜头，其由在物理上分离开的2枚以上的透镜构成，且该拍摄镜头的多个区域与2枚以上的透镜的组合对应地分别具有独立的对焦距离；摄像元件，其具有多个受光传感器，该多个受光传感器与多个区域分别对应地设置，且对通过了多个区域的任一个区域后的光束进行选择性地受光；和图像生成部，其根据摄像元件输出的摄像信号来生成被摄体的图像。

Description

摄像装置

技术领域

本发明涉及摄像装置，尤其涉及能获取特性不同的多个图像的摄像装置。

背景技术

在摄像装置的技术领域中，公知使拍摄条件发生变化来进行多次拍摄，或者使用具有多种特性的镜头系统来进行拍摄，由此来获取特性不同的多个图像，并根据目的而对所得到的图像进行处理的技术(例如参照专利文献1、2)。在专利文献1所述的摄像装置中，由半圆状的多个透镜构成远距离用及近距离用的摄像镜头系统，从摄像元件各自的一半区域获取远距离图像/近距离图像。再有，在专利文献2所述的摄像装置中，在被检体与成像面之间配置光学部件，使该光学部件绕着光轴旋转或在光轴方向移动，或者将1个透镜切断为半圆状的部分并在光轴方向上将位置错开地配置，由此使在光轴方向上分离开的多个被检体成像于同一成像面上。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开2010-271429号公报

专利文献2：JP特开2006-184844号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，在这种现有技术中，在获取特性不同的多个图像时存在各种各样的问题。例如，在通过多次拍摄来获取特性不同的图像的情况下图像获取需要时间，而且在图像之间因为拍摄定时不同，因此针对被摄体位置的变化等拍摄条件的变化的追随性低。再有，在利用上述专利文献1、2的手法来获取特性不同的多个图像的情况下，画质有可能降低。例如，在专利文献1所述的技术中，因为向摄像元件不同的区域的成像而导致将远距离图像/近距离图像分离(一个受光元件自身能同时对多个不同特性的信号进行受光)，所以根据摄像元件的区域(尤其是在远距离图像用区域/近距离图像用区域的边界附近等)无法充分地分离信号，画质会降低。还有，在上述专利文献2所述的技术中，因为在光轴方向上分离开的多个被检体同时地成像于一个受光元件(受光元件)，所以在只想得到具有特定特性的图像的情况下，必须对所得到的图像信号进行分离，相对于摄像装置的处理能力而成为负担，另外或者信号的分离不能充分地进行，画质会降低。

本发明正是鉴于这种状况而进行的，其目的在于提供一种既能确保优良的画质又能迅速且容易地获得所期望的图像的摄像装置。

用于解决技术问题的手段

为了达成上述目的，本发明的第1形态所涉及的摄像装置具备：拍摄镜头，其由在物理上分离开的2枚以上的透镜构成，且该拍摄镜头的多个区域与2枚以上的透镜的组合对应地分别具有独立的对焦距离；摄像元件，其具有多个受光传感器，该多个受光传感器与多个区域分别对应地设置，且对通过了多个区域的任一个后的光束进行选择性地受光；和图像生成部，其根据摄像元件输出的摄像信号来生成被摄体的图像。

在第1形态中，“对焦距离”指的是下式所表示的距离FD、即从受光传感器的受光面到与该受光传感器处于对焦关系的被摄体为止的距离。

(数学式1)

FD＝a+b                        ...(1)

FD：对焦距离

a：透镜与受光传感器的受光面之间的距离

b：透镜与对焦位置之间的距离

另外，若将焦点距离设为f，则为1/f＝(1/a)+(1/b)，即便焦点距离f相同，根据距离a、b的组合方式的不同，对焦距离FD也会不同。相反，即便焦点距离f不同，也可以根据距离a、b的组合方式而使对焦距离FD相同。

在第1形态中，拍摄镜头的各区域的对焦距离是独立的，可以依据于拍摄目的或被摄体来设定各区域的对焦距离。具体是，如果各区域的对焦距离不同，则能够获取特性(对焦距离)不同的多个图像，该情况下不会反复进行几次拍摄而花费时间或在图像间被摄体位置偏离，可迅速且容易地获取图像。再有，在各区域的对焦距离相等的情况下，可以获取分辨率或光量优良的单一图像。

再有，如上所述，在第1形态所涉及的摄像装置中，因为具备包括对通过了多个区域的任一个后的光束进行选择性地受光的多个受光传感器在内的摄像元件，所以不存在多个图像信号重叠于一个受光元件的输出信号而使画质降低的状况，还有也可不进行将不需要的图像信号分离的处理，因此能以优良的画质且容易地获取所期望的图像。此外，基于受光传感器的选择性受光可以通过设置于受光面或者其前方的遮光部件、液晶快门、液晶棱镜等光学要素来实现。

这样一来，在第1形态所涉及的摄像装置中，既能确保优良的画质又能迅速且容易地获得所期望的图像。另外，在第1形态中，对焦距离既可以被固定，也可以进行变更。

本发明的第2形态所涉及的摄像装置，在第1形态中拍摄镜头是多个区域的对焦距离不同的多对焦镜头，图像生成部生成与多个区域的对焦距离相应的多个图像。因此，在第2形态所涉及的摄像装置中，可以同时获取对焦距离不同的多个图像。另外，在第2形态中也与第1形态同样，对焦距离既可以被固定，也可以进行变更。

本发明的第3形态所涉及的摄像装置，在第2形态中多对焦镜头将与多个区域分别对应、且焦点距离大致相等的多个透镜部配置在光轴方向的不同位置。如上所述，焦点距离f与距离a、距离b具有(1/f)＝(1/a)+(1/b)的关系，因此如果多个透镜部的焦点距离大致相等但光轴方向位置不同，则对焦距离FD(＝a+b)也按每个区域而成为不同的值。第3形态表示了用于使多对焦镜头具有多个不同的对焦距离的具体构成的一形态。

另外，在第3形态中焦点距离“大致相等”未限于焦点距离完全相等的情况，也包含使焦点距离不同到对图像进行了视觉辨认的用户无法明确地掌握同一被摄体的像倍率的差异的程度的情况。

本发明的第4形态所涉及的摄像装置，在第1～第3形态的任一个中具备：对焦距离变更部，其变更多个区域的对焦距离之中的至少一个。在第3形态中，依据于被摄体的距离或其变化来变更对焦距离，可以获取对焦图像。

本发明的第5形态所涉及的摄像装置，在第4形态中对焦距离变更部通过使2枚以上的透镜之中的至少一个在光轴方向上移动，由此来变更多个区域的对焦距离之中的至少一个。第5形态示出了对焦距离变更的一形态。

本发明的第6形态所涉及的摄像装置，在第4或第5形态中，所述对焦距离变更部通过使2枚以上的透镜之中的至少一个绕着光轴旋转，由此来变更多个区域的对焦距离之中的至少一个。第6形态表示出对焦距离变更的其他形态，通过使上述2枚以上的透镜之中的至少一个绕着光轴旋转来改变光束通过的区域的组合，从而使对焦距离发生变化。

本发明的第7形态所涉及的摄像装置，在第4～第6形态的任一个中，具备配设了多个透镜的光学部件，对焦距离变更部通过按照多个透镜的任一个位于拍摄镜头的光轴上的方式使光学部件移动，由此来变更多个区域的对焦距离之中的至少一个。第7形态示出了对焦距离变更的又一形态，即便在这种形态下针对不同距离的被摄体也能获取对焦图像。另外，在第7形态中，可以使对焦距离或焦点距离不同的多个透镜被配置成圆形的光学部件旋转移动、或使被配置成直线状的光学部件直线移动。

本发明的第8形态所涉及的摄像装置，在第4～第7形态的任一个中，具备：距离信息获取部，其获取直到被摄体为止的距离的信息；和对焦距离变更控制部，其根据获取到的被摄体距离的分布，按照至少一个被摄体通过多个区域的任一个对焦的方式控制对焦距离变更部。在第8形态中，根据被摄体距离的分布来控制对焦距离变更部，可以自动地获得对焦图像。

此外，在第8形态中，被摄体的距离信息可以通过使用相位差信息的方法、或基于摄像信号的对比度的方法等各种方法来检测。

本发明的第9形态所涉及的摄像装置，在第2～第8形态的任一个中，图像生成部生成使与多个区域的对焦距离相应的多个图像进行合成所得的单一图像。在第9形态中，例如可以生成位于不同距离的多个被摄体已对焦的单一图像。

本发明的第10形态所涉及的摄像装置，在第1～第9形态的任一个中，所述图像生成部使用与多个区域之中对焦距离相等的多个区域对应的多个受光传感器的摄像信号来生成单一图像。在第10形态中，因为使用与多个区域对应的受光传感器的摄像信号来生成图像，所以可获取分辨率或光量优良的图像，还因为将对焦距离相等的区域的摄像信号用于图像生成，所以也不会发生对焦状态不同的摄像信号混合存在而导致画质降低的状况。

本发明的第11形态所涉及的摄像装置，在第1形态中，拍摄镜头是多个区域的焦点距离不同但多个区域的对焦距离相等的拍摄镜头，图像生成部生成与多个区域的焦点距离相应的多个图像。在此，区域间使焦点距离相异何种程度不同是适当的，根据被摄体的种类等拍摄条件而不同，但能够设为用户在对图像进行了视觉辨认时可掌握像倍率的差异。由此，在第11形态中，可同时获取同一被摄体的像倍率不同的多个图像(例如，广角的图像与望远的图像)，还因为在图像生成中使用对焦距离相等的区域的摄像信号，所以可获得对焦状态相等的多个图像。另外，在第11形态中“对焦距离相等”未限于对焦距离完全相等的情况，也包含对焦距离不同到对图像进行了视觉辨认的用户无法明确地掌握对焦状态的差异的程度的情况。

本发明的第12形态所涉及的摄像装置，在第11形态中具备：焦点距离变更部，其变更多个区域的焦点距离之中的至少一个。在第11形态中，通过焦点距离的变更能获取所期望的像倍率的图像。

本发明的第13形态所涉及的摄像装置，在第12形态中，焦点距离变更部通过使2枚以上的透镜之中的至少一个在光轴方向上移动，由此来变更多个区域的焦点距离之中的至少一个。第13形态表示焦点距离变更的一形态。

本发明的第14形态所涉及的摄像装置，在第12或第13形态中具备配设了多个透镜的光学部件，焦点距离变更部通过按照多个透镜的任一个位于拍摄镜头的光轴上的方式使光学部件移动，由此来变更多个区域的焦点距离之中的至少一个。可以在光学部件配置对焦距离或焦点距离不同的多个透镜。第14形态表示焦点距离变更的其他形态。

本发明的第15形态所涉及的摄像装置，在第11～第14形态的任一个中，图像生成部根据与多个区域分别对应的多个摄像信号来生成单一图像，多个摄像信号之中的、用于生成单一图像中的一部分区域的摄像信号的个数比用于生成该一部分区域以外的区域的摄像信号的个数多。在第15形态中，例如虽然可合成广角的图像与望远的图像，但该情况下合成图像中相当于望远图像的区域使用广角图像用受光元件的摄像信号与望远图像用受光元件的摄像信号这双方(2个图像信号)来生成图像，合成图像中相当于望远图像的区域以外的区域可以仅使用广角图像用受光元件的摄像信号(1个图像信号)来生成图像，因此相当于望远图像的区域，与望远部分以外的区域相比可获得更优良的画质(分辨率或明亮度)。因此，如果按照主要被摄体位于广角图像与望远图像的重复区域(例如，拍摄范围的中央)的方式进行拍摄，则针对主要被摄体能获得画质优良的图像。

本发明的第16形态所涉及的摄像装置，在第15形态中，单一图像中一部分区域的分辨率比一部分区域以外的区域的分辨率高。第16形态具体地示出第15形态的画质提高的内容。

为了达成上述目的，本发明的第17形态具备：拍摄镜头，其由使焦点距离大致相等且分别与不同的区域对应的多个透镜部在光轴方向上错开位置地配置、并使该多个透镜部一体化而成的一枚透镜构成；摄像元件，其具有多个受光传感器，该多个受光传感器与多个区域分别对应地设置，且对通过了多个区域的任一个后的光束进行选择性地受光；和图像生成部，其根据摄像元件输出的摄像信号来生成被摄体的图像。在第17形态中，焦点距离相同的多个透镜部在光轴方向上错开位置地配置，因此根据上述的(1/f)＝(1/a)+(1/b)的关系，各区域的对焦距离不同，可以同时地获取对焦距离不同的多个图像，因此不存在反复进行几次拍摄而花费时间或在图像间被摄体位置偏离的状况。再有，在第17形态所涉及的摄像装置中因为具备包括对通过了多个区域的任一个后的光束进行选择性地受光的多个受光传感器在内的摄像元件，所以不存在多个图像信号重叠于一个受光元件的输出信号而使画质降低的状况，还有也可不进行将不需要的图像信号分离的处理，因此能以优良的画质且容易地获取所期望的图像。

另外，第17形态中“焦点距离大致相等”未限于焦点距离完全相等的情况，也包含焦点距离不同到对图像进行了视觉辨认的用户无法明确地掌握同一被摄体的像倍率的差异的程度的情况。。

发明效果

如以上所说明的，根据本发明，既能确保优良画质又能迅速且容易地获得所期望的图像。

附图说明

图1是本发明的第1实施方式所涉及的摄像装置10的主视立体图。

图2是表示摄像装置10的要部构成的框图。

图3是拍摄镜头12的主视图及侧视图。

图4是表示拍摄镜头12的各区域的移动的样态的图。

图5是表示摄像元件16中的光束的选择性受光的样态的图。

图6是表示摄像元件16中的受光元件的配置的例子的图。

图7是表示CPU40的功能构成的图。

图8是表示摄像装置10中的多对焦图像获取的样态的概念图。

图9是表示摄像装置10中的多对焦图像的例子的图。

图10是表示摄像装置10中的对焦距离的变更的图。

图11是表示由圆形透镜来构成拍摄镜头12的形态的图。

图12是表示半月型透镜的旋转所引起的对焦距离变更的样态的图。

图13是表示使用半月型透镜来构成拍摄镜头12的形态的图。

图14是表示光学部件的移动所引起的对焦距离变更的样态的图。

图15是表示第2形态所涉及的摄像装置中的CPU40的功能构成的图。

图16是表示第2实施方式中的CPU40的功能、镜头驱动部56、及拍摄镜头12的关系的图。

图17是表示第2实施方式中拍摄镜头12的各区域的对焦距离不同的情况下的图像获取的样态的概念图。

图18是表示第2实施方式中拍摄镜头12的各区域的对焦距离相等的情况下的图像获取的样态的概念图。

图19是表示第3实施方式中的图像获取的样态的概念图。

图20是表示第3实施方式中的CPU40’的功能构成的图。

图21是用于说明焦点距离变更的结构的图。

图22是表示第3实施方式中的焦点距离变更的形态的图。

图23是表示第3实施方式中的图像获取的样态的图。

图24是表示第4实施方式中的拍摄镜头的例子的图。

具体实施方式

以下，根据附图来详细地说明用于实施本发明所涉及的摄像装置的方式。

<第1实施方式>

<摄像装置的构成>

图1是本发明的第1实施方式所涉及的摄像装置10(摄像装置)的外观立体图，图2是表示摄像装置10的要部构成的框图。如图1所示，在摄像装置10的前面配置了拍摄镜头12、闪光灯18等，在上表面设置有释放按钮38-1。L1表征拍摄镜头12的光轴。

图2是表示摄像装置10的要部构成的框图。摄像装置10的装置整体的动作由中央处理装置(CPU)40总括控制，CPU40的动作所需的程序(包含后述的摄像处理或图像生成/合成处理等所利用的程序)或参数被存储于EEPROM(Electronically Erasable and Programmable Read OnlyMemory；电可擦除可编程只读存储器)46内。

在摄像装置10中设置有包含释放按钮38-1的其他模式拨盘、再生按钮、MENU/OK按键、十字按键、BACK按键等的操作部38。来自该操作部38的信号被输入至CPU40内，CPU40基于输入信号如后所述那样控制摄像装置10的各电路。

释放按钮38-1是用于输入拍摄开始的指示的操作单元，由所谓的“半按”和“全按”所组成的两级按压式的开关构成。摄像装置10通过半按释放按钮38-1而输出S1接通的信号，通过从半按起进一步进行压入的全按而输出S2接通的信号，若输出S1接通信号，则执行自动曝光控制(AE处理)等的拍摄准备处理，若输出S2接通信号，则执行拍摄处理。另外，释放按钮38-1未限于由半按和全按构成的两级按压式按钮的形式，也可以通过在1次操作中输出S1接通的信号和S2接通的信号，还可以各自设置单个的按钮来输出S1接通的信号、和S2接通的信号。再有，在通过触摸面板等来进行摄像装置10的操作指示的方式中，作为这些操作单元，也可以通过触摸与触摸式面板的画面上显示出的操作指示对应的区域而输出操作指示，在本发明中只要能指示拍摄准备处理或拍摄处理，则操作单元的方式就未限于这些。此外，也可以通过对1个操作单元的操作指示而连续地执行拍摄准备处理与拍摄处理。模式拨盘是选择静止图像/运动图像拍摄模式、手动/自动拍摄模式、及拍摄场景等的单元。

再生按钮是用于切换至使已拍摄记录的图像的静止图像或运动图像显示于液晶监视器30的再生模式的按钮。MENU/OK按键是兼备用于进行使液晶监视器30的画面上显示菜单的指令的功能、和指令选择内容的确定及执行等的功能的操作按键。十字按键是输入上下左右4个方向的指示的操作部，作为光标移动操作单元或变焦开关、再生模式时的画面传送按钮等而发挥功能。BACK按键在选择项目等所期望的对象的删除、或指示内容的取消、或者使之返回前一个操作状态等时被使用。这些按钮或按键也可以利用于图像提取或合成处理之际所需的操作中。

在拍摄模式时，表示被摄体的图像光经由拍摄镜头12(多对焦镜头)、光圈14而被成像于固体摄像元件(摄像元件：以下称为“CCD”)16的受光面。拍摄镜头12由受CPU40控制的镜头驱动部36来驱动，由此变更对焦距离或焦点距离。

拍摄镜头12包括对焦距离长的区域(以下称为远对焦区域)12a和具有比远对焦区域12a短的对焦距离的区域(以下称为近对焦区域)12b。如图3(a)所示，从正面观看，半月型的区域设置于透镜中心O1的上下，按照自下而上的顺序成为远对焦区域12a、近对焦区域12b。而且，这2个对焦区域作为在物理上分离开的2枚透镜起作用，作为整体构成拍摄镜头12。在这些区域中，焦点距离的具体值可以依据于拍摄目的等来设定。另外，如图3(b)所示，远对焦区域12a、近对焦区域12b可以配置在光轴方向的不同位置。

再有，拍摄镜头12在光轴方向上分开地移动远对焦区域12a与近对焦区域12b，由此可变更对焦距离。图4是从倾斜方向观看到拍摄镜头12的图，(a)表示远对焦区域12a与近对焦区域12b位于光轴方向的同一位置的状态，(b)表示从(a)的状态起使远对焦区域12a向CCD16侧移动并使近对焦区域12b向被摄体侧移动的状态，(c)表示与(b)相反地使远对焦区域12a向被摄体侧移动并使近对焦区域12b向CCD16侧移动的状态。这种远对焦区域12a、近对焦区域12b的移动所引起的对焦距离变更的详细将在后面叙述。

还有，在图3的例子中，虽然将各对焦区域形成为半月型，但也可以由圆形的区域与圆环状的区域(任一个为远对焦区域、另一个为近对焦区域)来形成对焦区域。在该情况下，拍摄镜头既可以用圆环状的透镜来构成远对焦区域、并由与远对焦区域的透镜分离开的圆形的透镜来构成近对焦区域，也可以由在圆环状的远对焦区域的内侧设置了圆形的零光焦度的区域的透镜、以及在圆形的近对焦区域的外侧设置了圆环状的零光焦度的区域的透镜来构成。另外，这样在由圆形的区域与圆环状的区域来构成对焦区域的情况下，优选使光传感器上的遮光膜与对焦区域的形状对应地作成圆形或圆环状。此外，在图3的例子中，虽然使远对焦区域12a、近对焦区域12b的面积相等，但远对焦区域/近对焦区域的面积比也可以根据光学系统的特性或拍摄目的/拍摄条件等而设定为与上述不同的比率。再有，区域个数未限于2个，也可以是3个以上。

通过了拍摄镜头12的远对焦区域12a、近对焦区域12b后的光束入射至CCD16的各光传感器。如图5所示，CCD16具有：对通过了拍摄镜头12的远对焦区域12a后的光束进行受光的远图像用受光元件16a、及对通过了近对焦区域12b后的光束进行受光的近图像用受光元件16b。受光元件16a、16b通过微透镜ML、及设置于受光部17的前面的遮光膜18a、18b而各自有选择地对通过了远对焦区域12a、近对焦区域12b后的光束进行受光，为此遮光膜18a、18b各自呈不同的形状。另外，取代在受光部17的前面设置遮光膜，也可以在微透镜ML的前面设置遮光部件或液晶快门。

受光元件16a、16b的个数之比优选与受光元件16a、16b所对应的对焦区域12a、12b的面积比大致相等。图6是摄像元件16中的受光元件的配置例子，在本实施方式中，由于远对焦区域12a与近对焦区域12b的面积是相等的，因此受光元件16a、16b的个数也相等。优选受光元件16a、16b在所生成的图像中在特定的区域或方向上配置为画质不会劣化，优选通过插补等适宜地填补因多个对焦区域各自所对应的元件混合存在而引起的像素数据的欠缺。

CPU40经由光圈驱动部34来对光圈14进行控制，并且经由CCD控制部32来进行CCD16内的电荷蓄积时间(快门速度)或来自CCD16的图像信号的读出控制等。基于自CCD控制部32施加的读出信号，将CCD16所蓄积的信号电荷作为与信号电荷相应的电压信号读出，并施加给模拟信号处理部20。

模拟信号处理部20针对从CCD16输出的电压信号，通过相关双重取样处理对每个像素的R、G、B信号进行采样保持，放大后施加给A/D变换器21。A/D变换器21将依次输入的模拟的R、G、B信号变换为数字的R、G、B信号后向图像输入控制器22输出。另外，虽然取代CCD16而可以使用MOS型摄像元件，但该情况下A/D变换器204大多被内置于摄像元件内，而且不需要上述相关双重取样。

数字信号处理部24针对经由图像输入控制器22而输入的数字的图像信号，进行偏置处理、包含白平衡修正及灵敏度修正的增益控制处理、伽马修正处理、YC处理等的给定的信号处理。

由数字信号处理部24处理过的图像数据被输入至VRAM50。在VRAM50中包含各自存储表征1画面份的图像的图像数据的A区域与B区域，表征1画面份的图像的图像数据在A区域与B区域中被交替地改写，从图像数据被改写的区域以外的区域之中读出已被写入的图像数据。从VRAM50被读出的图像数据在视频编码器28中被编码并向液晶监视器30输出，由此被摄体像被显示于液晶监视器30。液晶监视器30采用触摸面板，能够显示所获取到的图像，并且能够实现经由画面的用户的操作。

再有，若存在操作部38的释放按钮38-1的第1阶段的按压(半按)，则CPU40使AE动作开始，经由镜头驱动部36来进行拍摄镜头12的对焦控制。还有，在释放按钮38-1的半按时从A/D变换器21输出的图像数据被取入AE检测部44内。

CPU40根据从AE检测部44输入的G信号的累计值来计算被摄体的明亮度(拍摄EV值)，并基于该拍摄EV值来决定光圈14的光圈值及CCD16的电子快门(快门速度)，而且基于其结果对光圈14及CCD16内的电荷蓄积时间进行控制。

若AE动作结束并存在释放按钮38-1的第2阶段的按压(全按)，则响应于该按压，从A/D变换器21输出与远对焦区域12a、近对焦区域12b对应的图像数据，从图像输入控制器22输入并暂时存储于存储器(SDRAM)48中。

在暂时存储到存储器48后，经过数字信号处理部24中的YC处理等信号处理或压缩解压缩处理部26中的向JPEG(joint photographic expertsgroup)形式的压缩处理等而生成图像文件，这些图像文件被媒体控制器52读出并被记录于存储卡54。存储卡54所记录的图像可以通过对操作部38的再生按钮进行操作而在液晶监视器30上进行再生显示。

<CPU的功能构成>

如后所述，在摄像装置10中虽然进行拍摄镜头12的对焦距离控制或图像的生成/合成，但这种处理主要通过CPU40的控制来进行。图7是表示用于进行这种处理的CPU40的功能的功能框图，如图7所示，CPU40具有图像生成/合成功能f1(图像生成部)和对焦距离变更功能f2(对焦距离变更部)。以下，对各功能的概要进行说明。

图像生成/合成功能f1是使用从CCD16输出的摄像信号来生成与拍摄镜头12的各区域的对焦距离/焦点距离对应的图像，并且生成对这些图像进行了合成的图像的功能。

对焦距离变更功能f2是对镜头驱动部56所包含的电动机或后述的光学部件进行驱动/移动来变更拍摄镜头12的各区域的对焦距离的功能。

基于这些功能的控制的详细将在后面叙述。其中，上述功能f1、f2表示CPU40的功能之中对焦距离控制或图像的生成/合成等所涉及的主要功能，CPU40的功能并未限于这些。

<多对焦图像的获取>

接着，对摄像装置10内的多对焦图像获取进行说明。图8是表示拍摄镜头12的远对焦区域12a、近对焦区域12b中的对焦图像(远对焦图像、近对焦图像)及将这些对焦图像合成后的图像的获取的样态的图，各参照符号所表示的内容如下所述。

在图8中，各参照符号的内容如下所述。

a1、a2：远对焦区域12a、近对焦区域12b的透镜-受光面间距离

b1、b2：远对焦区域12a、近对焦区域12b的透镜-被摄体间距离

FD1、FD2：远对焦区域12a、近对焦区域12b的对焦距离

Q1、Q2：被摄体

因此，在图8的状况中，位于距离b1的被摄体Q1在远对焦区域12a对焦，位于距离b2的被摄体Q2在近对焦区域12b对焦。图9是图8的状况中在各对焦区域内获取到的图像、及将各对焦图像的对焦部分提取并进行合成后的图像的例子。图9(a)所示的图像i1表示在远对焦区域12a获取到的图像，位于距离b1的被摄体Q1对焦，位于与距离b1不同的距离b2的被摄体Q2根据距离b1、b2之差而模糊。另一方面，图9(b)所示的图像i2表示在近对焦区域12b获取到的图像，位于距离b2的被摄体对焦，位于与距离b2不同的距离b1的被摄体Q1根据距离b2、b1之差而模糊。若提取这些图像i1、i2的对焦部分并进行合成，则图9(c)所示的图像i3那样可以获取两被摄体Q1、Q2对焦后的图像。

另外，在图9中，作为例子示出了一方的被摄体模糊的图像，即便是位于与距离b1、b2不同的距离的被摄体，在位于各对焦区域12a、12b的景深内的情况下也可以视为“已对焦”。例如，在被摄体Q1位于近对焦区域12b的景深内的情况下，被摄体Q1在近对焦区域12b所对应的图像i2内对焦，图像i2成为被摄体Q1、Q2均已对焦的图像。对于被摄体Q2而言也是同样的。各对焦区域12a、12b的景深可考虑这种状况后进行设定。

<多对焦拍摄的效果>

这样，在第1实施方式所涉及的摄像装置10中，通过拍摄镜头12的远对焦区域12a、近对焦区域12b能同时地获取对焦距离不同的多个图像，而且摄像元件16具备有选择地对通过了远对焦区域12a、近对焦区域12b后的光束进行受光的受光元件16a、16b，因此可以防止对焦距离不同的摄像信号混入而使画质降低。即，既能确保优良的画质又能迅速且容易地获得所期望的图像。

<对焦距离的变更>

接着，对本实施方式中的对焦距离变更进行说明。图10是从侧面观看到拍摄镜头12的图，图的右侧(Z方向)表征CCD16的方向，符号16-1表征CCD16的受光元件16a、16b的受光面。图10(a)表示远对焦区域12a与近对焦区域12b位于光轴(L1)方向的相同位置的状态，该状态下远对焦区域12a的对焦距离FD1＝a1+b1，近对焦区域12b的对焦距离FD2＝a2+b2。在此，如上所述，焦点距离f与距离a(拍摄镜头与受光传感器的受光面之间的距离)、距离b(镜头与对焦位置之间的距离)存在(1/f)＝(1/a)+(1/b)的关系，如图10(b)所示，若使远对焦区域12a在箭头A方向(被摄体侧)上移动，则距离a1变长(a1’)，距离b1变短(b1’)，对焦距离FD1变短(FD1’)。同样地，若使近对焦区域12b在箭头B方向(受光面侧)移动，则距离a2变短(a2’)，距离b2变长(b2’)，对焦距离FD2变长(FD2’)。

若表示对焦距离变更的数值例，则例如远对焦区域12a的距离a1为10cm、距离b1为3m(因此对焦距离为3.1m、焦点距离为约97mm)的情况下，如果将远对焦区域12a向受光面16-1侧移动而使距离a1’变为9.9cm，则距离b1’变为约4.3m，对焦距离变为约4.4m。

这种对焦距离的变更既可以通过用户的手动操作(例如使镜头镜筒旋转并经由凸轮机构使拍摄镜头12沿着光轴方向移动)而进行，也可以通过基于经由操作部38的用户指示输入，镜头驱动部56使远对焦区域12a、近对焦区域12b沿着光轴方向移动而进行。基于镜头驱动部56的拍摄镜头12的移动可以使用电动机的其他凸轮或齿轮、PZT(压电元件)等来进行。

这样，通过移动远对焦区域12a、近对焦区域12b来变更对焦距离，从而能以所期望的对焦距离及其组合同时地获取多个图像。

<对焦距离变更的其他形态>

在上述实施方式中，对使半月型的远对焦区域12a及近对焦区域12b在光轴方向上移动来变更对焦距离的情况进行了说明，但本发明中的多对焦镜头的构成及对焦距离的变更未限于这种形态。以下，对其他形态进行说明。

(1)基于圆形透镜的移动的情况

图11是拍摄镜头12构成为包括2枚圆形透镜且通过使这些圆形透镜的一方或双方在光轴方向移动来变更对焦距离的情况下的例子。通过使用这种圆形透镜，从而与上述那样的半月型透镜相比，保持/移动变得更加容易。在图11(a)中，对于透镜12-1而言，下侧区域D0为无光焦度(平面)、上侧区域D1为正光焦度(凸面)，对于透镜12-2而言，上侧区域D2为无光焦度(平面)、下侧区域D3为正光焦度(凸面)。另一方面，在图11(b)中，对于透镜12-1’而言，下侧区域D0’为无光焦度(平面)、上侧区域D1’为正光焦度(凸面)，对于透镜12-2’而言，上侧区域D2’为负光焦度(凹面)、下侧区域D3’为无光焦度(平面)。在使用图11(b)这样的透镜的情况下，可以组合这些透镜与主透镜来制作成像镜头(拍摄镜头12)。

(2)基于半月型透镜的旋转的情况

图12是将2枚半月型透镜12-3、12-4排列于光轴方向上且通过使一方旋转来变更对焦距离的情况下的例子。在图12中，(a1)～(a3)是从光轴方向斜上方观看到半月型透镜12-3、12-4的图，(a1)表示半月型透镜12-3、12-4重合的状态、(a2)表示使半月型透镜12-4旋转1/4的状态、(a3)表示使半月型透镜12-4旋转1/4的状态。若从被摄体侧观察(a1)～(a3)，则成为(b1)～(b3)、及(c1)～(c3)。

在这种状态下，镜头整体内的光焦度成为(c1)～(c3)，多个区域各自具有独立的光焦度(对焦距离)。若将半月型透镜12-3、12-4的光焦度分别设为D1、D2，则在(c1)中，上半部分(第1、第2象限)为光焦度D1+D2，下半部分(第3、第4象限)为零光焦度，在(c2)中第1～第4象限的光焦度分别为(D1+D2)、D1、零、D2，在(c3)中，上半部分(第1、第2象限)为光焦度D1而下半部分(第3、第4象限)为光焦度D2。

在使用图12这样的透镜的情况下，可以将这些透镜与主透镜12-0组合来制作成像镜头(拍摄镜头12)(参照图13)。

另外，即便在如上述(2)那样使透镜旋转的情况下，也可以与(1)的情况(图11)同样地使用圆形的透镜。例如，在图12、13的镜头系统中，将透镜12-3、4设为圆形并使一方或双方旋转，从而与图11的情况同样地可以容易地进行镜头的保持或移动。

(3)基于光学部件的移动的情况

对焦距离的变更也可以通过光学部件的移动(旋转移动/平行移动)来进行。图14是表示基于这种手法的对焦距离变更的例子的图，(a)是进行光学部件13-1(光学部件)的旋转移动的情况、(b)是进行光学部件13-2(光学部件)的平行移动的情况。在图14(a)所示的光学部件13-1中，透镜13-1A～13-1E被配设于圆周上，使该光学部件13-1旋转，并使透镜13-1A～13-1E的任一个位于主透镜12-0的光轴上，从而可变更作为镜头系统整体的对焦距离。再有，在图14(b)所示的长方形的光学部件13-2中，透镜13-2A～13-2D被配设于直线上，通过使该光学部件13-2平行移动并使透镜13-2A～13-2D的任一个位于主透镜12-0的光轴上，从而可变更作为镜头系统整体的对焦距离。在这些光学部件中，可以根据作为镜头系统整体的所期望的对焦距离的范围来设定镜头的对焦距离或焦点距离、及透镜个数。

<第2实施方式>

<基于距离分布的对焦距离的自动变更>

接着，对本发明所涉及的摄像装置的第2实施方式进行说明。上述第1实施方式中对基于用户的操作或指示输入来变更对焦距离的情况进行了说明，但在第2实施方式中对基于被摄体距离的分布来自动变更对焦距离的情况进行说明。

对于第2实施方式而言，摄像装置的基本构成也与第1实施方式同样，因此以下对不同点进行说明。图15是第2实施方式中的CPU的功能构成图。在第2实施方式中，CPU40具有以下的功能f1～f4。

图像生成/合成功能f1与第1实施方式同样，是使用从CCD16输出的摄像信号来生成与拍摄镜头12的各区域的对焦距离/焦点距离对应的图像，并且生成将那些图像合成后的图像的功能。

对焦距离变更功能f2是驱动镜头驱动部56所包含的电动机等来移动拍摄镜头12，由此变更对焦距离的功能。另外，在第2实施方式中也与第1实施方式同样，可以通过拍摄镜头12的移动或光学部件的移动来变更对焦距离(参照图10～14)。

距离信息获取功能f3(距离信息获取部)是基于从CCD16(距离信息获取部)输出的信号来获取被摄体的距离分布的功能。其中，在距离信息获取功能f3中可以利用各种方法来检测被摄体的距离信息。例如，既可以如JP特开2011-124712号所记载的那样在摄像元件中设置相位差检测用像素并利用相位差信息来计算，也可以通过对在不同的透镜位置获取到的多个摄像信号的对比度进行比较来计算。

对焦距离变更控制功能f4(对焦距离变更控制部)是基于距离信息获取功能f3所获取到的距离信息来控制对焦距离变更功能f2所引起的对焦距离的变更的功能。对焦距离变更控制功能f4还具有：对焦距离判断功能f4-1、远对焦区域12a目标位置决定功能f4-2、及近对焦区域12b目标位置决定功能f4-3。

图16是表示上述CPU40的功能、镜头驱动部56、及拍摄镜头12的关系的图。

在上述构成下，在第2实施方式中，通过上述距离信息获取功能f3获取被摄体的距离分布。其结果如图17的例子所示，在多个被摄体Q1、Q2分别位于不同的距离(透镜-被摄体间距离)b1、b2的情况下，对焦距离变更控制功能f4及对焦距离变更功能f2控制镜头驱动部56，以使远对焦区域12a的对焦距离变为FD1(＝a1+b1)、使近对焦区域12b的对焦距离变为FD2(＝a2+b2)。而且，与此对应地输出远对焦区域12a、近对焦区域12b所对应的图像i1’、i2’、及将这些图像合成后的图像i3’。图像i1’～i3’的样态和第1实施方式中的i1’～i3’同样(参照图9)。

获取一方被摄体的距离分布的结果如图18的例子所示，在多个被摄体Q1、Q2位于相等的距离(透镜-被摄体间距离)b1的情况下，对焦距离变更控制功能f4控制镜头驱动部56，以使远对焦区域12a、近对焦区域12b的对焦距离均设为FD1(＝a1+b1)。而且，该情况下，使用远对焦区域12a、近对焦区域12b所对应的受光传感器16a、16b双方的摄像信号，可以生成分辨率或光量高且画质优良的图像i3”。另外，在此距离“相等”，未限于距离完全相同的情况，也包含存在些许差异(可以根据被摄体的种类或拍摄目的而不同)的情况。再有，例如也可以将任一个对焦区域的景深内存在多个被摄体的情况下的那些被摄体的距离作为“相等”来处理。

<第3实施方式>

接下来，对本发明所涉及的摄像装置的第3实施方式进行说明。在上述第1、第2实施方式中对拍摄镜头的各区域的对焦距离不同的情况、及变更对焦距离的情况进行了说明，但在本第3实施方式中对拍摄镜头的各区域的对焦距离相等但焦点距离不同的情况、及变更焦点距离的情况进行说明。

第3实施方式所涉及的摄像装置的构成基本上与第1、第2实施方式同样(参照图2)，因此以下对不同点进行说明。

第3实施方式所涉及的摄像装置中的拍摄镜头12’具有第1区域12a’及第2区域12b’，这些区域的对焦距离相等，但焦点距离(像倍率)是不同的。而且，这2个对焦区域作为在物理上分离开的2枚透镜起作用，作为整体构成拍摄镜头12。通过这种拍摄镜头12’，在第3实施方式所涉及的摄像装置中，如图19所示，可以同时地获取第1区域12a’及第2区域12b’所对应的焦点距离(像倍率)不同的多个图像i4、i5。

图20是第3实施方式所涉及的摄像装置中的CPU40’的功能构成图。CPU40’主要除了与第1、第2实施方式同样的图像生成/合成功能f1之外，还具有使拍摄镜头的各区域移动来变更焦点距离的焦点距离变更功能f5(焦点距离变更部)。

图21是用于说明焦点距离变更的结构的图。焦点距离变更的结构虽然可考虑各种结构，但在第3实施方式中使用变焦镜头的构成。变焦镜头的方式也有各种方式，在此以进行驱动的透镜位于透镜群的中央的“4小组式”为例进行说明。

在图21的例子中，镜头构成从前往后依次被分为“焦点系统透镜(聚焦透镜：凸成分)FL”、“变倍系统透镜(变速器：凹成分)VL”、“修正系统透镜(补偿器：凸成分)CL”、“成像系统透镜(也称为主控透镜、继电器系统：凸成分)ML”的各小组(成分)。实际上作为变焦镜头起作用的第1～第3小组是未连结焦点的无焦点系统(无焦点，afocal)，通过使无焦点倍率(距平行光线入射至第1小组的光轴的高度和距从第3小组出射的光轴的高度之比)发生变化，由此使焦点距离发生变化。

此时的无焦点倍率和第4小组的凸成分主控透镜ML的焦点距离相乘而得的数值成为变焦镜头整体的焦点距离。例如，若主控透镜ML的焦点距离为150mm、第1～第3小组的无焦点倍率为0.5倍(图21(a))～1倍(图21(b))，则变焦镜头整体的焦点距离为75～150mm。

在第3实施方式中的拍摄镜头12’中，如图22所示，将第2小组的变倍系统透镜VL与第3小组的修正系统透镜CL作为多对焦镜头，通过移动这些透镜，从而作为镜头整体可变更焦点距离，图22的下侧为焦点距离长的第1区域12a’、上侧为焦点距离短的第2区域12b’。透镜的移动既可以通过用户的手动操作(例如使镜头镜筒旋转并经由凸轮机构将透镜向光轴方向移动)而进行，也可以基于经由操作部38的用户的指示输入，由镜头驱动部56来进行。

另外，在第3实施方式中也与第2实施方式(参照图14)同样地，也可以通过移动(旋转移动/平行移动)配置有对焦距离或焦点距离不同的多个透镜的光学部件来变更焦点距离。

图23是表示利用具备这种拍摄镜头12’的摄像装置获取到的图像的例子的图。在图23中，(a)为在焦点距离长的第1区域12a’获取到的望远的图像i4，(b)为在焦点距离短的第1区域12b’获取到的广角的图像i5。若使用这些图像，则针对拍摄范围的周边部分使用图像i5的摄像信号，针对望远部分(图23(b)的虚线CA的部分)使用图像i4、i5双方的摄像信号，对图像进行合成，由此针对望远部分(图23(c)的虚线CA的部分)可以获取提高了分辨率/光量的图像i6。在图像i6中，既能对于位于拍摄范围周边的所期望的被摄体以外的被摄体(该情况下为被摄体Q2)而言，确保某种程度的画质，又能对于位于拍摄范围中心部的所期望的被摄体(该情况下为被摄体Q1的面部部分)而言，使画质提高。

<第4实施方式>

接下来，对本发明所涉及的摄像装置的第4实施方式进行说明。在上述第1～第3实施方式中，对拍摄镜头由在物理上分离开的2枚以上的透镜构成的情况进行了说明，但在本第4实施方式中对拍摄镜头由将多个透镜部一体化而成的一枚透镜构成的情况进行说明。

图24是表示第4实施方式所涉及的拍摄镜头120的图。如图24(a)所示，拍摄镜头120从正面观看，半月型的区域被设置于透镜中心O2的上下(光轴L2的上下)，自下部起顺序地为远对焦区域120a、近对焦区域120b。再有，如图24(b)所示，远对焦区域120a、近对焦区域120b在光轴方向上错开位置地配置，这些对焦区域一体地结合而作为一枚透镜来构成拍摄镜头120。在此，远对焦区域120a、近对焦区域120b的焦点距离虽然相等，但在光轴方向上错开位置地配置，因此远对焦区域120a、近对焦区域120b的对焦距离不同。另外，在此“焦点距离大致相等”并未限于焦点距离完全相等的情况，也包含焦点距离不同到对图像进行了视觉辨认的用户无法明确地掌握同一被摄体的像倍率的差异的程度的情况。再有，各对焦区域的光轴方向位置可以设定为获得所期望的对焦距离。

在第4实施方式中，摄像装置的其他构成与第1～第3实施方式同样，包括具备有选择地对通过了上述对焦区域的任一个后的光束进行受光的多个受光传感器的CCD(摄像元件)等。再有，在第4实施方式所涉及的摄像装置中，根据CCD输出的摄像信号可以生成各对焦区域所对应的图像、及将这些图像合成而得的图像。

根据这种构成，在第4实施方式所涉及的摄像装置中，能以优良的画质同时获取对焦距离不同的多个图像。

另外，即便在第4实施方式所涉及的摄像装置中，也与第1～第3实施方式同样地可以使拍摄镜头120在光轴方向移动来变更对焦距离。

以上，基于第1～第4实施方式而对本发明进行了说明，但本发明的实施方式未限定于这些实施方式，在不脱离本发明精神的范围内能够实施各种变形。

符号说明

10...摄像装置，12、120...拍摄镜头，12a、120a...远对焦区域，12b、120b...近对焦区域，13-1、13-2...光学部件，16...固体摄像元件(CCD)，16a...远图像用受光元件，16b...近图像用受光元件，18a、18b...遮光膜，30...液晶监视器，38...操作部，40...CPU，46...EEPROM，48...存储器，54...存储卡，a1、a2、a1’、a2’...透镜-受光面间距离，b1、b2、b1’、b2’...透镜-被摄体间距离，FD1、FD2、FD1’、FD2’...对焦距离，Q1、Q2...被摄体，i1～i6、i1’～i3’、i3”...图像。

Claims (17)

1.一种摄像装置，具备：

拍摄镜头，其由在物理上分离开的2枚以上的透镜构成，且该拍摄镜头的多个区域与所述2枚以上的透镜的组合对应地分别具有独立的对焦距离；

摄像元件，其具有多个受光传感器，该多个受光传感器与所述多个区域分别对应地设置，且对通过了所述多个区域的任一个后的光束进行选择性地受光；和

图像生成部，其根据所述摄像元件输出的摄像信号来生成被摄体的图像。

2.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，

所述拍摄镜头是所述多个区域的对焦距离不同的多对焦镜头，

所述图像生成部生成与所述多个区域的对焦距离相应的多个图像。

3.根据权利要求2所述的摄像装置，其中，

所述多对焦镜头将与所述多个区域分别对应、且焦点距离大致相等的多个透镜部配置在光轴方向的不同位置。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的摄像装置，其中，

所述摄像装置具备：对焦距离变更部，其变更所述多个区域的对焦距离之中的至少一个。

5.根据权利要求4所述的摄像装置，其中，

所述对焦距离变更部通过使所述2枚以上的透镜之中的至少一个在光轴方向上移动，由此来变更所述多个区域的对焦距离之中的至少一个。

6.根据权利要求4或5所述的摄像装置，其中，

所述对焦距离变更部通过使所述2枚以上的透镜之中的至少一个绕着光轴旋转，由此来变更所述多个区域的对焦距离之中的至少一个。

7.根据权利要求4～6中任一项所述的摄像装置，其中，

所述摄像装置具备：光学部件，其配设了多个透镜，

所述对焦距离变更部通过按照所述多个透镜的任一个位于所述拍摄镜头的光轴上的方式使所述光学部件移动，由此来变更所述多个区域的对焦距离之中的至少一个。

8.根据权利要求4～7中任一项所述的摄像装置，其中，

所述摄像装置具备：

距离信息获取部，其获取直到被摄体为止的距离的信息；和

对焦距离变更控制部，其根据所述获取到的被摄体距离的分布，按照至少一个被摄体通过所述多个区域的任一个对焦的方式控制所述对焦距离变更部。

9.根据权利要求2～8中任一项所述的摄像装置，其中，

所述图像生成部生成使与所述多个区域的对焦距离相应的多个图像进行合成所得的单一图像。

10.根据权利要求1～9中任一项所述的摄像装置，其中，

所述图像生成部使用与所述多个区域之中对焦距离相等的多个区域对应的所述多个受光传感器的摄像信号来生成单一图像。

11.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，

所述拍摄镜头是所述多个区域的焦点距离不同但所述多个区域的对焦距离相等的拍摄镜头，

所述图像生成部生成与所述多个区域的焦点距离相应的多个图像。

12.根据权利要求11所述的摄像装置，其中，

所述摄像装置具备：焦点距离变更部，其变更所述多个区域的焦点距离之中的至少一个。

13.根据权利要求12所述的摄像装置，其中，

所述焦点距离变更部通过使所述2枚以上的透镜之中的至少一个在光轴方向上移动，由此来变更所述多个区域的焦点距离之中的至少一个。

14.根据权利要求12或13所述的摄像装置，其中，

所述摄像装置具备：光学部件，其配设了多个透镜，

所述焦点距离变更部通过按照所述多个透镜的任一个位于所述拍摄镜头的光轴上的方式使所述光学部件移动，由此来变更所述多个区域的焦点距离之中的至少一个。

15.根据权利要求11～14中任一项所述的摄像装置，其中，

所述图像生成部根据与所述多个区域分别对应的多个摄像信号来生成单一图像，

所述多个摄像信号之中的、用于生成所述单一图像中的一部分区域的摄像信号的个数比用于生成该一部分区域以外的区域的摄像信号的个数多。

16.根据权利要求15所述的摄像装置，其中，

所述单一图像中，所述一部分区域的分辨率比所述一部分区域以外的区域的分辨率高。

17.一种摄像装置，具备：

拍摄镜头，其由使焦点距离大致相等且分别与不同的区域对应的多个透镜部在光轴方向上错开位置地配置、并使该多个透镜部一体化而成的一枚透镜构成；

摄像元件，其具有多个受光传感器，该多个受光传感器与所述多个区域分别对应地设置，且对通过了所述多个区域的任一个后的光束进行选择性地受光；和

图像生成部，其根据所述摄像元件输出的摄像信号来生成被摄体的图像。