JP2012044459A - 光学デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】視差ずれを容易に低減可能な画像を撮像できる光学デバイスを提供すること。
【解決手段】光学デバイスは、撮像光に対して第１の光学特性を持つ少なくとも１つの第１レンズを有する第１撮像系と、撮像光に対して第２の光学特性をそれぞれ持ち、互いに異なる光軸を持つ複数の第２レンズを有する第２撮像系とを備え、複数の第２レンズのそれぞれの光軸は、第１レンズの光軸位置の重心を中心として同心円上に位置し、複数の第２レンズの光軸位置の重心が第１レンズの光軸位置の重心に位置する。複数の第２レンズを通じて撮像された複数の画像を重ね合わせた重ね合わせ画像と、第１撮像系で得られた画像とを合成してよい。
【選択図】図２

Description

本発明は、光学デバイスに関する。

複数の撮像光学系を有しており、撮像光学系間で生じる視差を算出する複眼撮像装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、光センサと、異なる色の光で光センサの対応する領域上に対象物の画像をそれぞれ形成するように構成された撮像素子とを有するカラーイメージセンサが知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特許文献１ 特許第４３８２１５６号明細書
特許文献２ 特表２００７−５２０１０７号公報

複数の光学系で同一の被写体を撮像した場合、視差の影響を含む複数の画像が得られる。これらの画像から視差を算出したり視差の影響を解消するなど、視差に関する処理には、比較的に多量の演算を要するという課題があった。

上記課題を解決するために、本発明の一態様においては、光学デバイスであって、撮像光に対して第１の光学特性を持つ少なくとも１つの第１レンズを有する第１撮像系と、撮像光に対して第２の光学特性をそれぞれ持ち、互いに異なる光軸を持つ複数の第２レンズを有する第２撮像系とを備え、複数の第２レンズのそれぞれの光軸は、第１レンズの光軸位置の重心を中心として同心円上に位置し、複数の第２レンズの光軸位置の重心が第１レンズの光軸位置の重心に位置する。

複数の第２レンズを通じて撮像された複数の画像を重ね合わせた重ね合わせ画像と、第１撮像系で得られた画像とを合成する画像生成部をさらに備えてよい。

第１撮像系は、撮像光に対して第１の光学特性を持つ複数の第１レンズを有してよい。複数の第１レンズの光軸は同心円上に位置してよい。

画像生成部は、重ね合わせ画像と、複数の第１レンズを通じて撮像された複数の画像を重ね合わせた重ね合わせ画像とを合成してよい。

第２撮像系は、第１レンズの光軸位置の重心に対して対称の位置に光軸が存在する１対以上の第２レンズを有してよい。

複数の第２レンズは、第１レンズよりＦ値が大きくてよい。複数の第２レンズは、第１レンズより有効口径が小さくてよい。複数の第２レンズは、焦点距離、合焦距離および焦点深度の少なくともいずれかが第１レンズとは異なってよい。

第１撮像系は、第１レンズを通じて撮像する第１撮像部をさらに有し、第２撮像系は、複数の第２レンズに対応して設けられ、それぞれ対応する第２レンズを通じて撮像する複数の第２撮像部をさらに有してよい。

第１撮像部および複数の第２撮像部は、それぞれ複数の撮像素子を持ち、複数の撮像素子は、同一面上に設けられてよい。

撮像光に対して第３の光学特性を持ち、互いに異なる光軸を持つ複数の第３レンズを有する第３撮像系をさらに備え、複数の第３レンズのそれぞれの光軸は、第１レンズの光軸位置の重心を中心として同心円上に位置し、複数の第３レンズの光軸位置の重心が第１レンズの光軸位置の重心に位置してよい。

複数の第２レンズは、第１レンズより有効口径が小さく、複数の第３レンズは、第１レンズより有効口径が大きくてよい。

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。

撮像装置１００のブロック構成の一例を模式的に示す図である。 撮像装置１００が備える撮像系の位置関係の一例を示す図である。 撮像モジュールのブロック構成の一例を模式的に示す図である。 撮像モジュールのブロック構成の一例を模式的に示す図である。 画像生成部１５０における合成処理の一例を示す図である。 レンズ配置の他の一例を示す図である。 レンズ配置の更なる他の一例を示す図である。 レンズ配置の更なる他の一例を示す図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許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。

図１は、撮像装置１００のブロック構成の一例を模式的に示す。本実施形態に係る撮像装置１００は、視差に関する処理を比較的に少ない演算量で行うことができる画像を提供する。撮像装置１００は、第１撮像系１０１、一対の第２撮像系１０２ａおよび第２撮像系１０２ｂ、画像信号生成部１７０、および、記録部１８０を備える。

本図では第２撮像系１０２ａおよび第２撮像系１０２ｂが一対示されるが、撮像装置１００は、後述されるとおり、３以上の第２撮像系を備える。撮像装置１００が備える複数の第２撮像系１０２は、符号の添え字で互いに識別される。また、撮像装置１００が備える複数の第２撮像系１０２を、第２撮像系１０２と総称する場合がある。第１撮像系１０１、第２撮像系１０２、および、画像信号生成部１７０は、撮像装置１００に組み込まれる撮像モジュールとして機能する。撮像モジュールは、この発明に係る光学デバイスの一例とみなすことができる。

第１撮像系１０１は、第１光学系１１５および第１撮像部１１９を有する。第１光学系１１５は、第１レンズ１１０および第１絞り部１１２を含む。第１撮像部１１９は、第１レンズ１１０を通じて撮像する。

第２撮像系１０２ａは、第２光学系１２５ａおよび第２撮像部１２９ａを有する。第２光学系１２５ａは、第２レンズ１２０ａおよび第２絞り部１２２ａを含む。第２撮像系１０２ｂは、第２光学系１２５ｂおよび第２撮像部１２９ｂを有する。第２光学系１２５ｂは、第２レンズ１２０ｂおよび第２絞り部１２２ｂを含む。他の第２撮像系１０２も、第２撮像系１０２ａおよび第２撮像系１０２ｂと略同一の光学構成を有する。他の第２撮像系１０２が有する光学要素は、各光学要素が属する第２撮像系１０２の符号の添え字と同じ添え字で識別される。このように、複数の第２撮像部１２９は、複数の第２レンズ１２０に対応して設けられる。そして第２撮像部１２９は、それぞれ対応する第２レンズ１２０を通じて撮像する。

第１撮像系１０１および第２撮像系１０２は、それぞれ被写体を撮像して撮像信号を生成する。画像信号生成部１７０は、第１撮像系１０１および第２撮像系１０２から、それぞれ撮像信号を取得する。画像信号生成部１７０は、取得した撮像画像を合成して１つの画像を示す画像信号を生成する。

記録部１８０は、画像生成部１５０が生成した画像信号を記録する。記録部１８０は、画像生成部１５０から供給された画像信号が示す画像を、不揮発性メモリに記録してよい。当該不揮発性メモリは、記録部１８０が有してよい。また、当該不揮発性メモリは、撮像装置１００に対して着脱可能に設けられた外部メモリであってよい。記録部１８０は、撮像装置１００の外部に画像を出力してもよい。

撮像装置１００は、カメラ機能付きの携帯電話、デジタルカメラなどの撮像機器であってよい。第１撮像系１０１、第２撮像系１０２、および、画像信号生成部１７０を有する撮像モジュールは、これらの撮像機器用のカメラモジュールとして提供することができる。

図２は、撮像装置１００が備える撮像系の位置関係の一例を示す。本図では、各撮像系が有するレンズの配置を用いて、撮像系の位置関係が示される。本図は、物体側から見た場合のレンズ配置例とする。

第１撮像系１０１が有する第１レンズ１１０、および、第２撮像系１０２ａ〜ｅがそれぞれ有する第２レンズ１２０ａ〜ｅは、レンズ鏡筒２００の内側に設けられる。第２レンズ１２０を、第２レンズ１２０と総称する場合がある。

第１レンズ１１０は、レンズ鏡筒２００の内側領域の略中央に位置する。複数の第２レンズ１２０のそれぞれの光軸は、第１レンズ１１０の光軸位置を中心として同心円上に位置する。また、複数の第２レンズ１２０の光軸位置の重心は、第１レンズ１１０の光軸位置に位置する。

具体的には、第２レンズ１２０ａおよび第２レンズ１２０ｂは、第１レンズ１１０に対してｙ方向に等距離離間して設けられるとする。第２レンズ１２０ｃおよび第２レンズ１２０ｂは、第１レンズ１１０に対してｘ方向に等距離離間して設けられるとする。第２レンズ１２０ａおよび第２レンズ１２０ｂは、第１レンズ１１０の光軸に対してｙ方向に対称な位置に設けられる。第２レンズ１２０ｃおよび第２レンズ１２０ｄは、第１レンズ１１０の光軸に対してｙ方向に対称な位置に設けられる。このように、第２撮像系１０２は、第１レンズ１１０の光軸位置の重心に対して対称の位置に光軸が存在する１対以上の第２レンズ１２０を有する。

また、第１レンズ１１０の光軸および第２レンズ１２０の光軸は、互いに平行であるとする。すなわち、第１撮像系１０１の撮像光軸および第２撮像系１０２の撮像光軸は、互いに平行であり、各撮像系は、撮像光軸に垂直な面内で、互いに撮像光軸の位置を異ならせて設けられることとなる。

このように、撮像装置１００は、第１レンズ１１０、第２レンズ１２０およびレンズ鏡筒２００を含むレンズ装置を備える。中央に存在する第１レンズ１１０の光軸をレンズ装置の中心と呼ぶ場合がある。

図３は、撮像装置１００が有する撮像モジュールのブロック構成の一例を模式的に示す。ここでは、第１撮像系１０１、第２撮像系１０２ａおよび第２撮像系１０２ｂのブロック構成として、第１撮像系１０１、第２撮像系１０２ａおよび第２撮像系１０２ｂの光軸を含む平面での模式断面図を示す。なお、第１撮像系１０１、第２撮像系１０２ｃおよび第２撮像系１０２ｄの光軸を含む平面での模式断面図は、図４に示される。

画像信号生成部１７０は、読み出し部１４０および画像生成部１５０を有する。第１撮像系１０１において、第１光学系１１５は、第１レンズ１１０および第１絞り部１１２を含む。第１撮像部１１９は、第１カラーフィルタアレイ１１６および第１撮像素子アレイ１１８を含む。第２撮像系１０２ａにおいて、第２光学系１２５ａは、第２レンズ１２０ａおよび第２絞り部１２２ａを含む。第２撮像部１２９ａは、第２カラーフィルタアレイ１２６ａおよび第２撮像素子アレイ１２８ａを含む。

第２撮像系１０２ｂ、第２撮像系１０２ｃ、および、第２撮像系１０２ｄは、いずれも、第１撮像系１０１ａが有する光学要素である第２レンズ１２０ａ、第２絞り部１２２ａ、第２カラーフィルタアレイ１２６ａ、第２撮像素子アレイ１２８ａと略同一の光学要素を有する。このため、説明を省略する。

第１撮像系１０１が有する第１レンズ１１０は、撮像光に対して第１の光学特性を持つ。第２撮像系１０２が有する複数の第２レンズ１２０は、撮像光に対して第２の光学特性をそれぞれ持ち、互いに異なる光軸を持つ。ここで、光学特性とは、光学応答、結像特性、明るさ特性を例示することができる。光学特性を示す指標として、焦点深度、焦点距離、光学伝達関数、Ｆ値、有効口径、ＭＴＦなどを例示することができる。複数の第２レンズ１２０は、互いに略等しい光学特性を持ち、同一物点に対して像面上に略等しい像を形成するとしてよい。例えば、複数の第２レンズ１２０は、それぞれの像面上に、例えば略等しい明るさ、略等しい形状、略等しい大きさの像を形成する。複数の第２レンズ１２０の光軸は互いに離間しているので、略等しい像を形成するとは、それぞれの像面上の同じ位置に像を形成することを意味するものではない。

さて、第２レンズ１２０は複数設けられるので、複数の第２レンズ１２０のそれぞれを通じて得られた被写体像を合成して１つの被写体像を生成することができる。一例として、複数の第２レンズ１２０のそれぞれを通じて得られた画像を重ね合わせる。複数の第２レンズ１２０は光軸が同心円上に位置しているので、当該画像の重ね合わせ処理によって、第２レンズ１２０の光軸の重心位置を視点として撮像した場合の像に対応する被写体像を生成することができる。

そして、複数の第２レンズ１２０の光軸の重心は、第１レンズ１１０の光軸位置に位置している。このため、画像の重ね合わせ処理によって得られた被写体像の位置は、第１レンズ１１０を通じて得られた被写体像の位置とほぼ一致する。このため、複数の第２レンズ１２０の間の光軸位置の違い、および、第１レンズ１１０と第２レンズ１２０との間の光軸位置の違いを考慮しなくとも、複数の第２レンズ１２０の被写体像と第１レンズ１１０の被写体像とを極めて容易に合成することができる。

光学特性について、第２レンズ１２０は、第１レンズ１１０よりＦ値が大きいとする。例えば、複数の第２レンズ１２０は、第１レンズ１１０より有効口径が小さいとする。この例では、第１レンズ１１０は第２レンズ１２０よりも明るいレンズとなる。第２レンズ１２０単体では第１レンズ１１０と比べて暗いレンズとなる。しかしながら、第２レンズ１２０は複数存在するので、第２レンズ１２０を通じて撮像した画像を合成することができる。したがって、像形成に利用できる光量が一方的に不足することを未然に防ぐことができる。

なお、明るさは光学特性の一例である。第２レンズ１２０は、明るさ、焦点距離、合焦距離、および、焦点深度の少なくともいずれかが第１レンズ１１０とは異なってよい。

第１撮像系１０１が持つ光学構成について説明する。第１レンズ１１０は、結像レンズであり、被写体からのＧ光を第１撮像部１１９に結像する。第１絞り部１１２は、第１光学系１１５を通過する光の量を調整する。第１光学系１１５を通過する光は、第１絞り部１１２の開口部を通過するものに制限される。

第１カラーフィルタアレイ１１６は、予め定められた波長域の光を選択的に透過する複数のカラーフィルタを含む。第１カラーフィルタアレイ１１６は、当該複数のカラーフィルタが予め定められたパターンで配列されて形成される。例えば、第１カラーフィルタアレイ１１６は、当該複数のカラーフィルタがマトリクス状に配列されて形成される。各カラーフィルタが透過する波長域は、撮像目的に応じて設計すればよい。全カラーフィルタが特定波長域の光を選択的に透過してよく、互いに異なる波長域の光を選択的に透過する複数種類のカラーフィルタを含んでよい。

第１撮像素子アレイ１１８は、被写体からの光を第１光学系１１５を通じて受光する複数の撮像素子を含む。第１撮像素子アレイ１１８が含む複数の撮像素子は、第１カラーフィルタアレイ１１６が含む複数のカラーフィルタに対応して設けられる。各撮像素子は、第１カラーフィルタアレイ１１６に入射した被写体光のうち、対応するカラーフィルタを透過した光を受光する。各撮像素子は、受光した光の量に応じた強度の撮像信号を出力する。

第２撮像系１０２ａにおいて、第２カラーフィルタアレイ１２６ａは、予め定められた波長域の光を選択的に透過する複数のカラーフィルタを含む。第２カラーフィルタアレイ１２６ａは、当該複数のカラーフィルタが予め定められたパターンで配列されて形成される。例えば、第２カラーフィルタアレイ１２６ａは、当該複数のカラーフィルタがマトリクス状に配列されて形成される。各カラーフィルタが透過する波長域は、撮像目的に応じて設計すればよい。全カラーフィルタが特定波長域の光を選択的に透過してよく、互いに異なる波長域の光を選択的に透過する複数種類のカラーフィルタを含んでよい。

第２撮像素子アレイ１２８ａは、被写体からの光を第２光学系１２５ａを通じて受光する複数の撮像素子を含む。第２撮像素子アレイ１２８ａが含む複数の撮像素子は、第２カラーフィルタアレイ１２６ａが含む複数のカラーフィルタに対応して設けられる。各撮像素子は、第２カラーフィルタアレイ１２６ａに入射した被写体光のうち、対応するカラーフィルタを透過した光を受光する。各撮像素子は、受光した光の量に応じた強度の撮像信号を出力する。

第１撮像部１１９および第２撮像部１２９の構成について説明する。第１撮像部１１９および第２撮像部１２９がそれぞれ有する複数の撮像素子は、同一平面上に設けられる。例えば、第１撮像素子アレイ１１８が有する複数の撮像素子、および、第２撮像素子アレイ１２８が有する複数の撮像素子は、同一基板上に形成される。例えば、第１撮像素子アレイ１１８が有する複数の撮像素子、および、第２撮像素子アレイ１２８が有する複数の撮像素子は、同一プロセスで同一基板の一面に同時に形成される。また、第１カラーフィルタアレイ１１６が有する複数のカラーフィルタおよび第２カラーフィルタアレイ１２６が有する複数のカラーフィルタも、対応する撮像素子の上部に同一プロセスで同時に形成される。これにより、第１撮像部１１９および第２撮像部１２９を一体に含む１つの受光部が製造される。第１撮像部１１９の撮像面および第２撮像部１２９の撮像面は、当該受光部が持つ撮像面の部分領域となる。なお、第１撮像素子アレイ１１８および第１カラーフィルタアレイ１１６を持つ第１撮像部１１９と、第２撮像素子アレイ１２８および第２カラーフィルタアレイ１２６を持つ第２撮像部１２９とは、互いに別個に製造して組み付けられてもよい。

第１撮像系１０１および第２撮像系１０２が備える複数の撮像素子は実質的に同時に露光される。各撮像素子が露光されると、読み出し部１４０は、当該複数の撮像素子から、撮像信号を読み出す。読み出し部１４０は、複数の撮像素子と同一基板上に形成された読み出し回路を有してよい。当該読み出し回路は、第１撮像系１０１および第２撮像系１０２に対して１つ設けられ、１つの読み出し回路が、第１撮像系１０１および第２撮像系１０２が備える複数の撮像素子から、撮像信号を順次に読み出してよい。なお、当該読み出し回路は、第１撮像系１０１および第２撮像系１０２に対してそれぞれ別個に設けられてよい。

第１撮像系１０１および第２撮像系１０２が備える複数の撮像素子は、ＭＯＳ型撮像素子であってよい。各撮像素子が同一プロセスで同一基板の一面に形成されたＭＯＳ型撮像素子である場合、読み出し部１４０は、各撮像系が備える光学系毎に、部分的に読み出すことができる。第１撮像部１１９が含む複数の撮像素子、および、第２撮像部１２９が含む複数の撮像素子は、ＭＯＳ型撮像素子の他、ＣＣＤ型撮像素子などの固体撮像素子で実装することもできる。

読み出し部１４０が各撮像系が備える撮像素子から読み出した撮像信号は、画像生成部１５０に供給される。画像生成部１５０は、各撮像系から読み出された撮像信号を合成して、１つの画像を示す画像信号を生成する。

図５は、画像生成部１５０における合成処理の一例を示す。画像５１０は、第１撮像系１０１により撮像された画像であるとする。画像５２０ａ、画像５２０ｂ、画像５２０ｃ、および、画像５２０ｄは、それぞれ、第１撮像系１０１ａ、第１撮像系１０１ｂ、第１撮像系１０１ｃ、および、第１撮像系１０１ｄによって撮像された画像であるとする。

レンズ装置の中心から光軸方向に延長した延長線上に存在する被写体の像を例に挙げて、画像生成部１５０による合成処理の一例を模式的に説明する。ここでは当該被写体のことを軸上被写体と呼ぶ。そして、軸上被写体像５１２は、画像５１０に含まれる軸上被写体の像である。軸上被写体像５１２ａ、軸上被写体像５１２ｂ、軸上被写体像５１２ｃ、および、軸上被写体像５１２ｄは、それぞれ画像５１０ａ、画像５２０ｂ、画像５２０ｃ、および、画像５２０ｄに含まれる軸上被写体の像である。

各画像内の軸上被写体像の位置について説明する。軸上被写体は、第１レンズ１１０の光軸上に存在する被写体であるから、軸上被写体像５１２は画像５１０の中央に位置する。

撮像装置１００から被写体を見た場合に、第２レンズ１２０ａは第２レンズ１２０ｂの上方に位置するものとする。第２レンズ１２０ｃは第２レンズ１２０ｄの右方に位置するものとする。この場合、軸上被写体像５２２ａは、画像５２０ａの中央より下方に位置する。軸上被写体像５２２ｂは、画像５２０ｂの中央より上方に位置する。また、軸上被写体像５２２ｃは、画像５２０ｃの中央より左方に位置する。そして、軸上被写体像５２２ｄは、画像５２０ｄの中央より右方に位置する。第２レンズ１２０の光軸は同心円上に存在するので、各画像５２０の中心からの軸上被写体像５２２の位置ズレ量は等しい。また、第２レンズ１２０の光軸は同心円上に存在するので、位置ズレの方向性は等方的となる。

画像生成部１５０は、画像５２０ａ、画像５２０ｂ、画像５２０ｃ、および、画像５２０ｄを重ね合わせて１つの重ね合わせ画像を生成する。重ね合わせ画像に含まれる重ね合わせ像５３２は、軸上被写体像５２２ａ〜ｄを重ね合わせた像を示す。上述のとおり、軸上被写体像５２２の位置ズレ量が等しく位置ズレは等方的であるので、重ね合わせ像５３２は、重ね合わせ画像の中央に位置する。

重ね合わせ像５３２には、重ね合わせ像５３２の中心に、４つの軸上被写体像５２２ａ〜ｄが重ね合わされた領域である像重なり領域５５０が存在する。また、重ね合わせ像５３２には、像重なり領域５５０に隣接する周囲の領域に、軸上被写体像５２２ａ〜ｄのうちの３つの軸上被写体像が重ね合わされた領域である像重なり領域５６０が存在する。像重なり領域５５０と像重なり領域５６０とで、軸上被写体像が占めるべき画像領域をほぼ再現することができる。

重ね合わせ像５３２には、像重なり領域５５０および像重なり領域５６０の他、軸上被写体像５２２ａ〜ｄのうちの２つの軸上被写体像が重ね合わされた領域がさらに含まれる。本領域を、像重なり領域５５０および像重なり領域５６０の領域に加えると、軸上被写体像が占めるべき画像領域が再現される。

また、重ね合わせ像５３２には、その他、軸上被写体像５２２ａ〜ｄのそれぞれの情報しか持たない領域が含まれる。本領域は、重ね合わせ像５３２の最も周辺の領域である。本領域の面積は、位置ズレ量が大きいほど大きくなる。このため、重ね合わせ像５３２は、位置ズレ量が大きいほど広がり、いわばボケ領域を伴ったような像になる。しかし、このボケ領域は、ボケ方向が比較的に等方的であり、方向性がない。このため、ボケに方向性がある場合と比較すると、重ね合わせ像５３２は歪みがないと言え、見た目に感じられる違和感は小さなものとなる。また、本ボケ領域の画像情報は、中央の像重なり領域５５０と比較すると１／４の強度しか有さない。このため、見た目のボケ度合いも比較的に小さなものとなる。

また、第２撮像系１０２を第１撮像系１０１の周囲に多数配置するほど、像重なり領域５５０は強度が高くなる。このため、ボケ領域の画像情報も相対的に小さくなる。また、ボケの方向性もより一層解消される。

本図では、説明を分かり易くすることを目的として、大きな視差ズレのある軸上被写体像５２２を用いて画像処理を模式的に説明した。実際には、大きな視差ズレを得るべくレンズの光軸を極端に離間させた場合でない限り、位置ズレが大きくなることはない。位置ズレが小さければ、ボケ領域は小さく、重ね合わせ像もより鮮明となる。

画像生成部１５０は、重ね合わせ像５３２と軸上被写体像５１２とを合成して、１つの画像を生成する。画像生成部１５０は、第２撮像系１０２の光学特性と第１レンズ１１０の光学特性との差異に応じて、軸上被写体像５１２および重ね合わせ像５３２の少なくとも一方に予め定められた画像処理を施して合成する。例えば、第１レンズ１１０と第２レンズ１２０の明るさが異なる場合、明るさの差異を補償する画像処理を施して合成する。軸上被写体像５１２の位置と重ね合わせ像５３２の位置はいずれも略一致しているので、画像生成部１５０は、重ね合わせ像５３２と軸上被写体像５１２との位置ズレを特定したり位置ズレを補償したりする画像処理をする必要はない。第１レンズ１１０および第２レンズ１２０の光学特性によっては、画像生成部１５０は、重ね合わせ像５３２と軸上被写体像５１２とを単に重ね合わせるだけで済む場合もある。

以上説明したとおり、画像生成部１５０は、複数の第２レンズ１２０ａ〜ｄを通じて撮像された複数の画像を重ね合わせた重ね合わせ画像と、第１撮像系１０１で得られた画像とを合成する。したがって、撮像装置１００によれば、各撮像系で撮像された複数の画像を簡単な画像処理で合成することができる。例えば、対応点マッチング等を含む位置合わせ処理をすることなく、複数の画像を速やかに合成して外部に提供することができる。

なお、画像生成部１５０は、重ね合わせ像５３２に対して、ボケを低減する画像処理を施してもよい。例えば、画像生成部１５０は、重ね合わせ像に対して予め定められた強度のエッジ強調処理を施してよい。重ね合わせ像のボケは、被写体が近いほど大きくなるので、画像生成部１５０は、被写体距離が近距離であるほど、ボケ低減処理の強度を高めてよい。例えば、画像生成部１５０は、被写体距離が近距離であるほど、重ね合わせ像に対するエッジ強調の強度を高めてよい。被写体距離は、撮像モードで特定してよい。例えば、画像生成部１５０は、撮像装置１００の撮影モードが風景モードに設定されている場合、被写体距離は遠距離であると特定してよい。撮影モードがポートレートモードに設定されている場合、被写体距離は近距離であると特定してよい。撮影モードがマクロモードに設定されている場合、被写体距離は至近距離であると特定してよい。測距デバイスによる測距情報が利用できる場合は、当該測距情報に基づいて被写体距離を特定してよい。画像生成部１５０は、距離に対応づけてエッジ強調処理等のボケ低減処理用の画像処理パラメータを予め記憶しており、特定した被写体距離に適合する距離に対応づけて記憶している画像処理パラメータを用いて重ね合わせ像に画像処理を施してよい。

図６は、レンズ配置の他の一例を示す。本レンズ配置例では、レンズ装置は、図１から図５にかけて説明したレンズ鏡筒２００、第１レンズ１１０、および、第２レンズ１２０ａ〜ｄに加え、第２レンズ１２０ｅ、第２レンズ１２０ｆ、第２レンズ１２０ｇ、および、第２レンズ１２０ｈをさらに有する。

図示されるように、第２レンズ１２０ａ〜ｈは、同心円上に存在する。また、第２レンズ１２０ｅ〜ｈは、第２レンズ１２０ａ〜ｄと略同一の光学特性を有する。この構成は、図５に関連して説明したように、第２撮像系１０２を第１撮像系１０１の周囲により多数配置した構成に相当する。したがって、重ね合わせ像のボケをより低減することができる。

なお、第２レンズ１２０ｅ〜ｈは、互いに略同一の光学特性を有するが、第２レンズ１２０ａ〜ｄとは異なる光学特性を有するとしてもよい。この場合、第２撮像系１０２ａ〜ｄとは別個の撮像系のレンズとみなすことができる。この場合、画像生成部１５０は、第２レンズ１２０ｅ〜ｈを通じて撮像された画像に対して、図５で説明した処理と同様に重ね合わせ処理をすることができる。そして、画像生成部１５０は、得られた重ね合わせ画像を、他の撮像系から得られた画像または重ね合わせ画像と合成することができる。

また、第２撮像系１０２ａ〜ｄを、特定色の撮像光で撮像する撮像系とする一方、第２レンズ１２０ｅ〜ｈが属する撮像系を、当該特定色とは異なる色の撮像光で撮像する撮像系としてもよい。この場合、第２レンズ１２０ａ〜ｈの結像特性は、撮像光の波長域に応じて色収差補正が施されてよい。画像生成部１５０は、第２レンズ１２０ａ〜ｈが属する撮像系で得られた画像に対して、図５で説明した処理と同様の重ね合わせ処理とともに、色合成処理をしてよい。

図７は、レンズ配置の他の一例を示す。レンズ装置は、第１レンズ７１０、第２レンズ７２０ａ〜ｄ、第３レンズ７３０ａ〜ｄ、および、レンズ鏡筒２００を有する。第１レンズ７１０は、第１レンズ１１０に替えて第１撮像系１０１が備えるレンズとする。また、複数の第２レンズ７２０ａ〜ｄは、第２レンズ１２０ａ〜ｄに替えて第２撮像系１０２ａ〜ｄが備えるレンズとする。複数の第３レンズ７３０ａ〜ｄは、第１撮像系１０１および第２撮像系１０２ａ〜ｄとは異なる第３撮像系に属するレンズとする。

第３レンズ７３０ａ〜ｄは、撮像光に対して第３の光学特性を持ち、互いに異なる光軸を持つ。第３レンズ７３０ａ〜ｄのそれぞれの光軸は、第１レンズ１１０の光軸位置を中心として同心円上に位置し、第３レンズ７３０ａ〜ｄの光軸位置の重心が第１レンズ１１０の光軸位置に位置する。

第３レンズ７３０ａ〜ｄのそれぞれの光軸は、第２撮像系１０２と同様、第１レンズ１１０の光軸位置を中心として同心円上に位置し、第３レンズ７３０ａ〜ｄの光軸位置の重心が第１レンズ１１０の光軸位置に位置する。このため、画像生成部１５０は、第３レンズ７３０ａ〜ｄのそれぞれを通じて撮像された複数の画像に対しても、第２撮像系１０２で撮像された画像と同様、図５に関連して説明した重ね合わせ処理をすることができる。そして、画像生成部１５０は、第１撮像系１０１で撮像された画像と、重ね合わせ画像とを合成して１つの画像を生成することができる。

また、本レンズ配置によると、撮像装置１００は、第３の光学特性を持つ第３レンズ７３０ａ〜ｄをさらに備える。このため、３種類の撮像パラメータを持つ撮像系で同一の被写体を撮像することができる。例えば、明るさ、倍率、解像力などを指標とする多様な撮像パラメータで同一の被写体を撮像することができる。そして、多様な撮像パラメータで撮像した画像を合成することで、より高画質な画像を生成することができる場合がある。

一例として、第２レンズ７２０ａ〜ｄは、第１レンズ１１０より有効口径が小さく、第３レンズ７３０ａ〜ｄは、第１レンズ１１０より有効口径が大きい。すなわち、第３レンズ７３０ａ〜ｄは、第２レンズ７２０ａ〜ｄおよび第１レンズ１１０よりも、有効口径が大きい。第３撮像系は、第１撮像系１０１および第２撮像系１０２よりも光量を最も多く必要とする撮像パラメータで撮像するとしてよい。例えば、第３撮像系は、Ｂ光を撮像光として用いる撮像系であってよい。

第２撮像系１０２は、Ｒ光を撮像光として用いる撮像系であってよい。多くの場合に撮像素子はＲ光に対して比較的に高い感度を持つ。この場合、Ｒ光を撮像光として用いる第２撮像系１０２が備えるレンズよりも他の撮像系が備えるレンズを明るくする方が、得られる撮像信号のＳＮ比の観点からは望ましい。

また、第１撮像系１０１は、Ｇ光を撮像光として用いる撮像系であってよい。レンズ装置の中心からＧ光で撮像できる。このため、複数の画像を重ね合わせることなくＧの撮像信号を得ることができる。

このように、３つの撮像系に撮像光の色を割り当てることで、レンズの色収差補正が容易となる。このため、撮像モジュールを低背化することができる。また、レンズの明るさを各色毎に設計することで、各色の間の光量バランスをとることができる。このように３つの撮像系に撮像光の色を割り当ててもよいが、１の撮像系が２色の波長域にわたる撮像光で撮像してもよい。

図８は、レンズ配置の更なる他の一例を示す。レンズ装置は、第１レンズ８１０、第２レンズ８２０ａ〜ｄ、第３レンズ８３０ａ〜ｄ、および、レンズ鏡筒２００を有する。第１レンズ８１０は、第１レンズ７１０に替えて第１撮像系１０１が備えるレンズとする。また、複数の第２レンズ８２０ａ〜ｄは、第２レンズ１２０ａ〜ｄに替えて第２撮像系１０２ａ〜ｄが備えるレンズとする。複数の第３レンズ８３０ａ〜ｄは、第１撮像系１０１および第２撮像系１０２ａ〜ｄとは異なる第３撮像系に属するレンズとする。

本例は、図７で例示したレンズ配置において、単一の第１レンズ７１０に替えて複数の第１レンズ８１０ａ〜ｄを備えたものに相当する。第２レンズ８２０ａ〜ｄおよび第３レンズ８３０ａ〜ｄは、それぞれ第２レンズ７２０ａ〜ｄおよび第３レンズ７３０ａ〜ｄに対応するので、その説明を省略する。

複数の第１レンズ８１０ａ〜ｄは、撮像光に対して特定の光学応答を持ち、第２レンズ８２０ａ〜ｄおよび第３レンズ８３０ａ〜ｄとは異なる光学応答を持つ。第１レンズ８１０ａ〜ｄの光軸は、同心円上に位置する。例えば、第１レンズ８１０ａ〜ｄの光軸は、レンズ装置中心を中心とする同心円上に位置する。

つまり、第２レンズ８２０ａ〜ｄのそれぞれの光軸は、第１レンズ１１０ａ〜ｄの光軸位置の重心を中心として同心円上に位置する。そして、複数の第２レンズ８２０ａ〜ｄの光軸位置の重心が第１レンズ１１０ａ〜ｄの光軸位置の重心に位置する。また、第３レンズ８３０ａ〜ｄのそれぞれの光軸は、第１レンズ１１０ａ〜ｄの光軸位置の重心を中心として同心円上に位置しており、複数の第３レンズ８３０ａ〜ｄの光軸位置の重心が第１レンズ１１０ａ〜ｄの光軸位置の重心に位置する。

そして、画像生成部１５０は、図５に関連して説明した重ね合わせ処理を、第１レンズ１１０ａ〜ｄを通じて撮像された複数の画像に対して行う。画像生成部１５０は、当該複数の画像を重ね合わせた重ね合わせ画像を生成する。そして、画像生成部１５０は、当該重ね合わせ画像を、他の撮像系で撮像された画像から生成した重ね合わせ画像と合成する。本配置のレンズ装置によっても、視差ずれを容易に低減できる画像を撮像することができる。

以上の説明において、光学特性が略同一の複数のレンズが４個または８個設けられる光学構成を例示した。例えば、図２では第２レンズ１２０を４つ設け、図６では第２レンズ１２０を８つ設けるとした。また、図７では、第２レンズ７２０および第３レンズ７３０をそれぞれ４つ設けるとした。また、図８において、第１レンズ８１０、第２レンズ８２０、および、第３レンズ８３０を、それぞれ４つ設けるとした。レンズの個数は４個または８個に限られず、２個以上であればいくつであってもよい。レンズの個数は偶数個であっても奇数個であってもよい。３以上の奇数個のレンズを設ける場合であっても、他のレンズの光軸位置の重心を中心として同心円上に光軸を位置させ、かつ、光軸位置の重心を他のレンズの光軸位置の重心に位置させることで、上述した効果を奏する。

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、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、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。特許請求の範囲、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。

１００ 撮像装置
１０１ 第１撮像系
１０２ 第２撮像系
１１０、７１０、８１０ 第１レンズ
１１２ 第１絞り部
１１５ 第１光学系
１１６ 第１カラーフィルタアレイ
１１８ 第１撮像素子アレイ
１１９ 第１撮像部
１２０、７２０、８２０ 第２レンズ
１２２ 第２絞り部
１２５ 第２光学系
１２６ 第２カラーフィルタアレイ
１２８ 第２撮像素子アレイ
１２９ 第２撮像部
１４０ 読み出し部
１５０ 画像生成部
１７０ 画像信号生成部
１８０ 記録部
２００ レンズ鏡筒
５１０、５２０ 画像
５１２、５２２ 軸上被写体像
５３２ 重ね合わせ像
５５０、５６０ 像重なり領域
７３０、８３０ 第３レンズ

Claims (13)

1. 撮像光に対して第１の光学特性を持つ少なくとも１つの第１レンズを有する第１撮像系と、
   撮像光に対して第２の光学特性をそれぞれ持ち、互いに異なる光軸を持つ複数の第２レンズを有する第２撮像系と
   を備え、
   前記複数の第２レンズのそれぞれの光軸は、前記第１レンズの光軸位置の重心を中心として同心円上に位置し、前記複数の第２レンズの光軸位置の重心が前記第１レンズの光軸位置の重心に位置する
   光学デバイス。
2. 前記複数の第２レンズを通じて撮像された複数の画像を重ね合わせた重ね合わせ画像と、前記第１撮像系で得られた画像とを合成する画像生成部
   をさらに備える請求項１に記載の光学デバイス。
3. 前記第１撮像系は、撮像光に対して前記第１の光学特性を持つ複数の前記第１レンズを有する
   請求項２に記載の光学デバイス。
4. 前記複数の第１レンズの光軸は同心円上に位置する
   請求項３に記載の光学デバイス。
5. 前記画像生成部は、前記重ね合わせ画像と、前記複数の第１レンズを通じて撮像された複数の画像を重ね合わせた重ね合わせ画像とを合成する
   請求項４に記載の光学デバイス。
6. 前記第２撮像系は、前記第１レンズの光軸位置の重心に対して対称の位置に光軸が存在する１対以上の第２レンズを有する
   請求項１から５のいずれかに記載の光学デバイス。
7. 前記複数の第２レンズは、前記第１レンズよりＦ値が大きい
   請求項１から６のいずれかに記載の光学デバイス。
8. 前記複数の第２レンズは、前記第１レンズより有効口径が小さい
   請求項１から７のいずれかに記載の光学デバイス。
9. 前記複数の第２レンズは、焦点距離、合焦距離および焦点深度の少なくともいずれかが前記第１レンズとは異なる
   請求項１から８のいずれかに記載の光学デバイス。
10. 前記第１撮像系は、
    前記第１レンズを通じて撮像する第１撮像部
    をさらに有し、
    前記第２撮像系は、
    前記複数の第２レンズに対応して設けられ、それぞれ対応する第２レンズを通じて撮像する複数の第２撮像部
    をさらに有する請求項１から９のいずれかに記載の光学デバイス。
11. 前記第１撮像部および前記複数の第２撮像部は、それぞれ複数の撮像素子を持ち、
    前記複数の撮像素子は、同一面上に設けられる
    請求項１０に記載の光学デバイス。
12. 撮像光に対して第３の光学特性を持ち、互いに異なる光軸を持つ複数の第３レンズを有する第３撮像系
    をさらに備え、
    前記複数の第３レンズのそれぞれの光軸は、前記第１レンズの光軸位置の重心を中心として同心円上に位置し、前記複数の第３レンズの光軸位置の重心が前記第１レンズの光軸位置の重心に位置する
    請求項１から１１のいずれかに記載の光学デバイス。
13. 前記複数の第２レンズは、前記第１レンズより有効口径が小さく、
    前記複数の第３レンズは、前記第１レンズより有効口径が大きい
    請求項１２に記載の光学デバイス。

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