JP2013205516A

JP2013205516A - 多重フォーカスカメラ

Info

Publication number: JP2013205516A
Application number: JP2012072407A
Authority: JP
Inventors: Hokuto Seo; 北斗瀬尾
Original assignee: Nippon Hoso Kyokai NHK; Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2013-10-07
Anticipated expiration: 2032-03-27
Also published as: JP5848177B2

Abstract

【課題】被写体の像を撮像するとともに、撮像光学系のレンズから被写体までの距離を計測する多重フォーカスカメラを提供する。
【解決手段】本発明の多重フォーカスカメラ１０は、撮像光学系のレンズ２０と、レンズ２０を介して被写体から入射する光のうち、有機光電変換膜により所定の光吸収率で光を吸収して光電変換し被写体の像を撮像する第１撮像素子３０‐１と、第１撮像素子３０‐１を透過した光を光電変換し当該被写体の像を撮像する第２撮像素子３０‐２と、第１撮像素子３０‐１及び第２撮像素子３０‐２による撮像動作を制御する制御部７０とを備える。制御部７０は、第１撮像素子３０‐１及び第２撮像素子３０‐２で撮像される当該被写体の像のボケ量の差に基づいて、当該被写体からレンズ２０までの距離を演算する測距演算部７０３を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、被写体の像を撮像するとともに、レンズから被写体までの距離を計測する光学機器に関する。

近年、光導電性有機材料を光電変換部に採用した撮像素子が提案されている。光導電性有機材料の光電変換膜は、その光吸収特性を光導電性有機材料の選択と膜厚によって調整することができ、これを利用して、例えば、青色光のみ、緑色光のみ、赤色光のみを吸収し撮像する撮像素子を三層積層したカラー撮像素子が提案されている。

例えば、青色に波長選択機能を有する有機光電変換素子と、緑色に波長選択機能を有する有機光電変換素子と、赤色に波長選択機能を有する有機光電変換素子と、これらの有機光電変換素子で生じた電荷を読み出す回路とを順次積層したカラー撮像素子が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

一方、レンズから被写体までの距離を計測する光学的技法として、レンズによる合焦位置を機構的にずらせて複数の被写体画像（多重フォーカス画像群）を得ることで、いわゆるコントラストに基づく多重フォーカス法によりカメラと撮像される画像内の被写体との間の距離の測定を行うことが知られている。この場合、レンズによる合焦位置をずらす機構を設け、複数回の撮像動作を行う必要がある。

このため、レンズによる合焦位置を機構的にずらせて複数の被写体画像（多重フォーカス画像群）を得る代わりに、複数のマイクロレンズにより複数の個眼像について合焦位置をずらせて撮像する複眼カメラ部を構成し、この複眼カメラ部により複数の被写体画像（多重フォーカス画像群）を得て、コントラストに基づく多重フォーカス法によりカメラと撮像される画像内の被写体との間の距離の測定を行う装置が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

また、レンズから被写体までの距離を計測する従来の測距装置として、入射光を分離する複数のプリズムで分光した光を複数の固体撮像素子で撮像し、合焦位置とレンズの焦点距離に基づいて被写体までの距離を計測する装置が開示されている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００９−１１７４８０号公報特開２００９−２１６６００号公報特開平１１−３３７３１３号公報

前述したように、有機材料を光電変換部に採用した撮像素子が提案されている。しかしながら、レンズから被写体までの距離を計測するのに有機材料の光電変換膜を利用し、測距装置としての性能又は利便性を高める技法は知られていない。特に、従来技術では、測距装置としての性能又は利便性の観点から以下のような課題があった。

例えば、従来の測距装置として、レンズによる合焦位置を機構的にずらせて複数の被写体画像（多重フォーカス画像群）を得る技法では、合焦位置が複数個所となるようにフォーカス駆動して、複数のフォーカス画像を取得することになるが、このフォーカス駆動には、ある程度の時間が必要なため動物体の撮像及びその被写体までの距離計測には適していないという課題がある。

また、複数のマイクロレンズにより複数の個眼像について合焦位置をずらせて撮像する複眼カメラ部を構成する技法では、焦点距離の同じ複数のマイクロレンズを精密に配置する必要があり、製造上の課題が生じやすくコスト的にも高価になりうる。

また、入射光をプリズム（或いはハーフミラー）で分光する技法では、カメラが大型化してしまうという課題がある。

本発明は、上述の問題点を鑑みて為されたものであり、被写体の像を撮像するとともに、レンズから被写体までの距離を計測する光学機器（即ち、多重フォーカスカメラ）を提供することを目的とする。

本発明の多重フォーカスカメラは、入射光のうち所定の光吸収率で光を吸収して光電変換し被写体の像を撮像する第１撮像素子と、第１撮像素子を透過した光を光電変換し当該被写体の像を撮像する第２撮像素子とを、予め定めた間隔でレンズの光軸上に配置する。本発明の多重フォーカスカメラにおいては、第１撮像素子及び第２撮像素子で撮像される被写体の像のボケ量は各撮像素子で異なり、このボケ量の差が焦点距離、口径比（Ｆ値）、被写体からレンズまでの距離、レンズから第１撮像素子までの距離及びレンズから第２撮像素子までの距離に依存することを利用して、被写体からレンズまでの距離を演算する。

即ち、本発明の多重フォーカスカメラは、被写体の像を撮像するとともに、撮像光学系のレンズから被写体までの距離を計測する多重フォーカスカメラであって、撮像光学系のレンズと、前記レンズを介して被写体から入射する光のうち、有機光電変換膜により所定の光吸収率で光を吸収して光電変換し被写体の像を撮像する第１撮像素子と、前記第１撮像素子を透過した光を光電変換し当該被写体の像を撮像する第２撮像素子と、前記第１撮像素子及び前記第２撮像素子による撮像動作を制御する制御部とを備え、前記第１撮像素子及び前記第２撮像素子は、前記第１撮像素子及び前記第２撮像素子で撮像される当該被写体の像のボケ量の差が前記レンズの焦点距離及び口径比、当該被写体から前記レンズまでの距離、前記レンズから前記第１撮像素子までの距離、及び、前記レンズから前記第２撮像素子までの距離に依存する予め定めた間隔で前記レンズの光軸上に配置されており、前記制御部は、前記第１撮像素子及び前記第２撮像素子で撮像される当該被写体の像のボケ量の差に基づいて、当該被写体から前記レンズまでの距離を演算する測距演算部を有することを特徴とする。

また、本発明の多重フォーカスカメラにおいて、前記測距演算部は、前記被写体の像のボケ量の差を、前記第１撮像素子から前記レンズによる当該被写体の結像面までのボケ径と前記第２撮像素子から前記レンズによる当該被写体の結像面までのボケ径との差分に前記レンズの口径比を乗じた値とし、前記第１撮像素子による撮像結果と前記第２撮像素子による撮像結果のうち、いずれか一方の撮像結果に対して前記ボケ径の差分の整数倍のぼかし処理を施して他方の撮像結果と比較し、最もマッチングする当該被写体の像の領域について前記ボケ径の差分の整数倍の値、前記レンズから前記第１撮像素子までの距離、及び、前記レンズから前記第２撮像素子までの距離を基に前記レンズから当該被写体の結像面までの距離を定め、前記レンズから当該被写体の結像面までの距離及び前記レンズの焦点距離を基に当該被写体から前記レンズまでの距離を演算することを特徴とする。

また、本発明の多重フォーカスカメラにおいて、前記第２撮像素子が、有機光電変換膜により所定の光吸収率で光を吸収して光電変換するように構成されていることを特徴とする。

また、本発明の多重フォーカスカメラにおいて、前記第１撮像素子が、前記レンズの焦点距離に等しい位置に配置されていることを特徴とする。

また、本発明の多重フォーカスカメラにおいて、前記第１撮像素子の画素サイズ及び画素数が、それぞれ前記第２撮像素子の画素サイズ及び画素数と等しいことを特徴とする。

本発明によれば、被写体までの距離測定に関する性能又は利便性を高めることができ、小型で動物体の撮像及びその被写体までの距離計測に適した多重フォーカスカメラを実現できる。

本発明による一実施形態の多重フォーカスカメラの概略図である。本発明による一実施形態の多重フォーカスカメラにおける測距演算の説明図である。本発明による一実施形態の多重フォーカスカメラにおける撮像素子に用いる有機材料の光電変換膜の膜厚と光吸収率の関係を例示する図である。本発明による一実施形態の多重フォーカスカメラにおける動作フローの一例を示す図である。（Ａ），（Ｂ）は、本発明による一実施形態の多重フォーカスカメラにおける測距領域の一例を示す図である。本発明による実施例１の多重フォーカスカメラにおける画素部の画素構造を示す図である。本発明による実施例１の多重フォーカスカメラにおける撮像素子の一例を示す図である。本発明による実施例１の多重フォーカスカメラにおける撮像素子の配置例を示す図である。本発明による実施例２の多重フォーカスカメラにおける撮像素子の配置例を示す図である。

以下、本発明による一実施形態の多重フォーカスカメラについて詳細に説明する。

〔装置構成〕
図１は、本発明による一実施形態の多重フォーカスカメラ１０の概略図である。本実施形態の多重フォーカスカメラ１０は、被写体の像を撮像するとともに被写体までの距離を計測する光学機器であり、レンズ２０と、第１撮像素子３０‐１と、第２撮像素子３０‐２と、画像処理部４０と、記憶部５０と、レンズ駆動用アクチュエータ６０と、制御部７０と、表示部８０と、出力インターフェース（ＩＦ）９０と、操作部１００とを備える。

図１に示すように、本実施形態の多重フォーカスカメラ１０では、レンズ２０を介する入射光のうち所定の光吸収率で光を吸収して光電変換し被写体の像を撮像する第１撮像素子３０‐１と、第１撮像素子３０‐１を透過した光を光電変換し当該被写体の像を撮像する第２撮像素子３０‐２とを、予め定めた間隔でレンズ２０の光軸上に配置し、「レンズ２０から第１撮像素子３０‐１までの距離」＜「レンズ２０から第２撮像素子３０‐２までの距離」としている。本例では、詳細に後述する測距演算を容易にするために、第１撮像素子３０‐１の画素サイズ及び画素数が、それぞれ第２撮像素子３０‐２の画素サイズ及び画素数と等しいものとする。第１撮像素子３０‐１は、赤色光用、緑色光用及び青色光用のうちのいずれかの有機材料の光電変換膜（以下、「有機光電変換膜」とも称する）を用いて構成され、本例では可視光域の中央に位置する緑色光の５０％を吸収して光電変換し、残りの５０％を透過させる機能を有する。例えば、ガラス基板上に形成したスイッチング素子回路と有機光電変換膜を組み合わせて第１撮像素子３０‐１を形成することができる。第２撮像素子３０‐２は、第１撮像素子３０‐１と同様に有機材料の光電変換膜を用いて構成することができ、赤色光用、緑色光用及び青色光用の有機材料の光電変換膜を例えばベイヤー配列で画素領域毎に配設したものとすることができる。尚、第２撮像素子３０‐２に関しては、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサにより構成してもよい。

レンズ２０は、撮像光学系のレンズとして、Ｆ値が所定の範囲で変化するズームレンズとしてもよいし、Ｆ値を固定とする単焦点レンズとしてもよい。本例におけるレンズ２０は、被写体に対する合焦位置を調整可能であり、レンズ駆動用アクチュエータ６０は、制御部７０からの制御信号Ｓ_ａに従い、レンズ２０を駆動させることができる。

制御部７０は、リード・オンリー・メモリ（ＲＯＭ）等の所定のメモリ（図示せず）に記憶されたプログラムを読み出し、操作部１００からの指示に応じて所定の処理を実行するマイクロプロセッサ等により構成され、多重フォーカスカメラ１０の各部を統括的に制御するとともに、レンズ２０から被写体までの距離を演算する機能を有する。制御部７０の本発明に係る各部の制御に関してのみ具体的に説明すると、制御部７０は、第１撮像素子３０‐１及び第２撮像素子３０‐２における撮像動作の制御、画像処理部４０における信号処理の制御、記憶部５０における撮像画像等の記憶又は読み出しの制御、レンズ駆動用アクチュエータ６０における合焦位置の調整制御、表示部８０における第１撮像素子３０‐１又は第２撮像素子３０‐２からの撮像画像又はスルー画像の表示制御、及び、撮像画像又はレンズ２０から被写体までの距離データに関して、着脱可能に装着される可搬性の記録媒体等の外部装置（図示せず）への出力インターフェース（ＩＦ）９０における出力制御を行う。

操作部１００は、制御部７０に対して種々の指示を与える機能を有し、図示を省略するが、多重フォーカスカメラ１０の電源をオンオフする電源スイッチ、撮影を指示するシャッターボタン、測距領域の指定等のメニューを表示部８０に表示させるメニューボタン、表示部８０における距離計測を行うか否かを設定する測距指定ボタン、撮像済画像の検索や出力ＩＦ９０における外部装置へのデータ出力等の様々な設定に対する確定操作を行うための決定ボタン等から構成される。

制御部７０は、本発明に係る機能部として、測距領域設定部７０１と、撮像制御部７０２と、測距演算部７０３と、記録表示制御部７０４とを備える。

本実施形態の多重フォーカスカメラ１０においては、一度の撮像動作でレンズ２０から被写体までの距離を計測することが可能なように構成される。本例では、距離計測に先立って、制御部７０は、測距領域設定部７０１により、表示部８０に表示される第１撮像素子３０‐１又は第２撮像素子３０‐２からのスルー画像を介して計測対象の領域である測距領域をユーザに対して走査部１００を介して指定させる。

続いて、操作部１００からレンズ２０から被写体までの距離を計測する指示を受けた制御部７０は、撮像制御部７０２により、第１撮像素子３０‐１及び第２撮像素子３０‐２に対してそれぞれ撮像制御信号Ｓ_Ｃ１，Ｓ_Ｃ２を供給する。撮像制御信号Ｓ_Ｃ１，Ｓ_Ｃ２に応じて、第１撮像素子３０‐１及び第２撮像素子３０‐２は、レンズ２０で定めるＦ値及び焦点距離ｆで、それぞれ被写体からの入射光を基に撮像して第１撮像画像信号及び第２撮像画像信号を生成し、それぞれ画像処理部４０における第１信号処理部４０１及び第２信号処理部４０２に供給する。第１信号処理部４０１は、制御部７０からの信号処理制御信号Ｓ_ｍにより被写体の像に対応する２次元表示となるように第１撮像画像信号を配列し、第１撮像画像の撮像結果として記憶部５０に記憶する。同様に、第２信号処理部４０２は、被写体の像に対応する２次元表示となるように第２撮像画像信号を配列し、第２撮像画像の撮像結果として記憶部５０に記憶する。

尚、距離計測の際に、制御部７０は、レンズ２０の焦点距離ｆに対応する位置をレンズ２０から第１撮像素子３０‐１までの位置とし、計測対象の被写体の結像面が第１撮像素子３０‐１から第２撮像素子３０‐２までの間となるようにレンズ駆動用アクチュエータ６０を制御する。レンズ２０を単焦点レンズとした場合には、計測範囲を予め定め、レンズ２０の焦点距離ｆに対応する位置をレンズ２０から第１撮像素子３０‐１までの位置とし、計測対象の被写体の結像面が第１撮像素子３０‐１から第２撮像素子３０‐２までの間となるように予め設定しておけばよい。このために、図１における図示を省略するが、第１撮像素子３０‐１と第２撮像素子３０‐２との間の間隔を調整するためのアクチュエータを設けるのが有効である。したがって、第１撮像素子３０‐１で撮像された第１撮像画像の撮像結果と、第２撮像素子３０‐２で撮像された第２撮像画像の撮像結果との間で、撮像される被写体の像のボケ量が各撮像素子で異なるものとなる。

また、第１撮像素子３０‐１及び第２撮像素子３０‐２は、第１撮像素子３０‐１及び第２撮像素子３０‐２で撮像される当該被写体の像のボケ量の差が、レンズ２０の焦点距離ｆ及び口径比（Ｆ値）、当該被写体からレンズ２０までの距離、レンズ２０から第１撮像素子３０‐１までの距離、及び、レンズ２０から第２撮像素子３０‐２までの距離に依存する予め定めた間隔でレンズ２０の光軸上に配置される。

続いて、制御部７０は、測距演算部７０３により、記憶部５０に記憶された第１撮像画像の撮像結果及び第２撮像画像の撮像結果を読み出し、第１撮像画像の撮像結果及び第２撮像画像の撮像結果のボケ量の差に基づいて被写体からレンズ２０までの距離を演算する。

測距演算の原理については、図２を参照して詳細に説明するが、測距演算部７０３は、被写体の像のボケ量の差を、第１撮像素子３０‐１からレンズ２０による当該被写体の結像面までのボケ径と第２撮像素子３０‐２からレンズ２０による当該被写体の結像面までのボケ径との差分にレンズ２０の口径比（Ｆ値）を乗じた値から求め、第１撮像素子３０‐１による撮像結果と第２撮像素子３０‐２による撮像結果のうち、いずれか一方の撮像結果に対してボケ径の差分のｎ（ｎは、０以上の整数）倍のぼかし処理を施して他方の撮像結果と比較し、最もマッチングする当該被写体の像の領域についてボケ径の差分のｎ倍の値を基にレンズ２０までの距離を演算する。

最後に、制御部７０は、記録表示制御部７０４により、被写体からレンズ２０までの距離の演算結果を示すデータを記憶部５０に記憶し、操作部１００からの指示に応じて表示部８０に表示し、或いは出力ＩＦ９０を介して外部装置に出力する。

被写体の撮影画像とともに、被写体からレンズ２０までの距離の演算結果を示すデータを表示部８０に表示するように構成する場合には、例えば、制御部７０は、撮影を指示するシャッターボタンの半押し状態で、撮影領域を定めるためにレンズ駆動用アクチュエータ６０を制御して合焦位置を決定して撮影領域内の被写体までの距離計測の動作に移行し、撮影を指示するシャッターボタンの全押し状態で、そのまま撮影動作に移行するか、又は当該被写体の結像面が第１撮像素子３０‐１上、又は第２撮像素子３０‐２上となるようにレンズ駆動用アクチュエータ６０を更に制御して合焦位置を合わせて撮影動作に移行することで、被写体の撮像画像とともに、被写体からレンズ２０までの距離の演算結果を示すデータを表示部８０に表示することができる。

以下、測距演算部７０３における測距演算に関して、より詳細に説明する。

前述したように、有機材料の光電変換膜の性質を利用すれば、例えば緑色光の５０％を光電変換し、残りの５０％を透過させる撮像素子を実現することができる。また、本実施形態の多重フォーカスカメラ１０では、測距演算にあたり、有機材料の光電変換膜を用いた第１撮像素子３０‐１により、入射光のうち所定の光吸収率で光を吸収して光電変換し被写体の像を撮像し、第２撮像素子３０‐２により、第１撮像素子３０‐１を透過した光を光電変換し当該被写体の像を撮像する。第１撮像素子３０‐１及び第２撮像素子３０‐２は、予め定めた間隔でレンズ２０の光軸上に配置している。

図２は、本実施形態の多重フォーカスカメラ１０における測距演算の説明図である。図２では、被写体Ｏ_ｂ１からレンズ２０までの距離ａ_１とレンズ２０から結像面Ｏ_ｂ１’までの距離ｂ_１とがレンズ２０の焦点距離ｆで定まる関係にあり、同様に、被写体Ｏ_ｂ２からレンズ２０までの距離ａ_２とレンズ２０から結像面Ｏ_ｂ２’までの距離ｂ_２とがレンズ２０の焦点距離fで定まる関係にあり、被写体Ｏ_ｂ１の結像面Ｏ_ｂ１’が第１撮像素子３０‐１上であり、被写体Ｏ_ｂ２の結像面Ｏ_ｂ２’が第２撮像素子３０‐２上となる配置関係にある様子を示している。このとき、被写体Ｏ_ｂ３からレンズ２０までの距離ａ_３とレンズ２０から結像面Ｏ_ｂ３’までの距離ｂ_３も、レンズ２０の焦点距離ｆで定義される位置に配置される。図１において、ａ_１＞ａ_３＞ a_２である。

即ち、被写体からレンズ２０までの距離ａと、レンズ２０から結像面までの距離ｂと、レンズ２０の焦点距離fの間には式（１）の関係がある。

また、レンズ２０から結像面までの距離ｂからδだけ離れた位置のボケ径ｄはレンズ２０の口径比（Ｆ値）Ｆを用いて、式（２）で表される。

ここで、第１撮像素子３０‐１における被写体Ｏ_ｂ３のボケ径ｄ_１はδ_１／Ｆ、第２撮像素子３０‐２における被写体Ｏ_ｂ３のボケ径ｄ_２はδ_２／Ｆと表されるので、第１撮像素子３０‐１及び第２撮像素子３０‐２で撮像した撮像結果の比較でボケ径の差分Δｄ＝ｄ_１−ｄ_２を定め、ボケ径の差分Δｄ＝ｄ_１−ｄ_２からボケ量の差δ_１−δ_２（＝Ｆ（ｄ_１−ｄ_２））を求めることができる。またδ_１＋δ_２＝ｂ_２−ｂ_１なので、δ_１＝１／２｛（ｂ_２−ｂ_１）＋Ｆ（ｄ_１−ｄ_２）｝、δ_２＝１／２｛（ｂ_２−ｂ_１）−Ｆ（ｄ_１−ｄ_２）｝と計算できる。さらに、ｂ_３＝１／２｛（ｂ_２＋ｂ_１）＋Ｆ（ｄ_１−ｄ_２）｝であり、ａ_３＝ｂ_３ｆ／（ｂ_３−ｆ）によりレンズ２０から被写体Ｏ_ｂ３までの距離ａ_３を求めることができる。また、距離ａ_１，ａ_２についてもｂ_１，ｂ_２から計算することができる。

つまり、第１撮像素子３０‐１に結像する被写体の像と、第２撮像素子３０‐２に結像する被写体の像の２つの像が得られるように第１撮像素子３０‐１と第２撮像素子３０‐２との間の間隔が調整されているとき、第１撮像素子３０‐１から第２撮像素子３０‐２までの間に結像面がある任意の被写体についてレンズ２０からの距離を求めることができる。しかしながら、実際の距離計測時には、被写体に関するレンズ２０から結像面までの距離ｂについて、第１撮像素子３０‐１の位置ｂ_１及び第２撮像素子３０‐２の位置ｂ_２とし、第１撮像素子３０‐１による撮像結果と第２撮像素子３０‐２による撮像結果のうち、いずれか一方の撮像結果に対してボケ径の差分のｎ（ｎは、０以上の整数）倍のぼかし処理を施して他方の撮像結果との比較を繰り返してマッチング領域を抽出することにより、第１撮像素子３０‐１から第２撮像素子３０‐２までの間に結像面がある任意の被写体についてレンズ２０までの距離を演算することができる。

また、式（１）から分かるように、測定対象の被写体までの距離を無限大とするために、第１撮像素子３０‐１をレンズ２０の焦点距離fに配置することが望ましい。このように、第１撮像素子３０‐１及び第２撮像素子３０‐２で撮像される被写体の像のボケ量の差が焦点距離ｆ、口径比（Ｆ値）、被写体からレンズ２０までの距離、レンズ２０から第１撮像素子３０‐１までの距離及びレンズ２０から第２撮像素子３０‐２までの距離に依存することから、任意の被写体についてレンズ２０までの距離を演算することができる。

尚、有機材料の光電変換膜に関して、光吸収特性を有機材料の選択と膜厚によって調整することができ、例えば、図３に示すように、有機材料のキナクリドン（NN’ジメチルキナクリドン）を用いれば、入射光として波長５４０ｎｍの単波長光（緑色光）に対して、その膜厚調整で、１０％〜９０％の範囲で光吸収率を調整することができる。光電変換を示す他の有機材料には、ポルフィリン類、フタロシアニン類、クマリン類及びペリレン類などがあり、特定の色の光のみを吸収して光電変換を行う光電変換膜を利用することができる。より具体的には、有機材料の光電変換膜として、スチルベン誘導体、ベンゾキサゾール誘導体、縮合芳香族炭素環（ペリレン誘導体、アントラセン誘導体、テトラセン誘導体等）、メロシアニン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ジアミン誘導体、チオフェン誘導体、ＰｔやＥｕ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｉｒ、Ｚｎ等の金属錯体、ＤＣＭ誘導体、アゾ系有機顔料、又は多環式系有機顔料（フタロシアニン類、キナクリドン類、ポルフィリン類等）等を用いることができる。

〔装置動作〕
次に、図４を参照して、本実施形態の多重フォーカスカメラ１０における、より詳細な動作フローについて説明する。撮影及び距離の測定は、例えば次のように行う。

図４は、本発明による一実施形態の多重フォーカスカメラ１０における動作フローの一例を示す図である。先ず、制御部７０は、測距領域設定部７０１により、表示部８０に表示されるスルー画像を基に指定される所定の焦点距離ｆで定まる画角の撮像領域内における測距領域を設定する（ステップＳ１０）。測距領域の設定に関して、例えば、図５（Ａ）に示すように、例えば第２撮像素子３０‐２からのスルー画像１０００にて被写体Ｏ_ｂ１，Ｏ_ｂ２，Ｏ_ｂ３を囲む測距領域を指定し、各測距領域の大部分を占める被写体までの距離の計測を行うことができる。これは、特定の被写体までの距離を計測するのに、その各測距領域についてのみ演算すればよく、処理速度の点で有利になる。また、図５（Ｂ）に示すように、スルー画像１０００のほぼ全体を細分化する測距領域を指定し、細分化した測距領域ごとに被写体までの距離の計測を行うことができる。これは、例えば、被写体全体の奥行形状の計測にも利用できる。

次に、制御部７０は、撮像制御部７０２により、第１撮像素子３０‐１及び第２撮像素子３０‐２による撮影を制御し、第１撮像素子３０‐１及び第２撮像素子３０‐２のそれぞれの撮像結果を記憶部５０に記憶保持する（ステップＳ１１）。ここで、レンズ２０から第１撮像素子３０-１までの距離とレンズ２０から第２撮像素子３０-２までの距離とが異なることから、第１撮像素子３０‐１で撮像された第１撮像画像の撮像結果と、第２撮像素子３０‐２で撮像された第２撮像画像の撮像結果との間で、距離計測対象の被写体の像のボケ量が異なるものとなっていることに留意する。

次に、制御部７０は、測距演算部７０３により、記憶部５０に記憶された第１撮像画像の撮像結果及び第２撮像画像の撮像結果を読み出し、第１撮像画像の撮像結果及び第２撮像画像の撮像結果のボケ量の差が焦点距離ｆ、口径比（Ｆ値）、被写体からレンズ２０までの距離、レンズ２０から第１撮像素子３０-１までの距離及びレンズ２０から第２撮像素子３０-２までの距離に依存することを利用して、被写体からレンズ２０までの距離を演算する。

より具体的には、測距演算部７０３は、まず、第１撮像画像の撮像結果と第２撮像画像の撮像結果とを比較し、測距領域におけるマッチング領域を抽出する（ステップＳ１２）。このマッチング領域の抽出処理は、第１撮像素子３０‐１の画素サイズ及び画素数が、それぞれ第２撮像素子３０‐２の画素サイズ及び画素数と等しいものとしたとき、単純に、第１撮像画像の撮像結果と第２撮像画像の撮像結果との間で、各撮像結果内で正規化した輝度値がほぼ同じで、撮像倍率がほぼ同じ（抽出領域の画素数がほぼ同じ）となる画素位置をマッチング領域として決定する。尚、マッチング領域の抽出方法としては、特徴点を検出し、その周囲の局所領域に対して特徴量を定義し、各特徴量からの距離に基づいてマッチング領域を抽出する方法や、測距領域を更に領域分割して類似画素を含む分割領域の集合量が所定量以上のものをマッチング領域として抽出する方法や、比較対象の双方の撮像結果に対して空間フィルタリングを施してエッジ検出を行い、エッジ位置が一致する領域をマッチング領域として抽出する方法や、パターンマッチング法やテクスチャマッチング法などがあるが、いずれにしろ第１撮像画像の撮像結果と第２撮像画像の撮像結果との双方で、各撮像結果内で正規化した輝度値がほぼ同じで、撮像倍率がほぼ同じ（抽出領域の画素数がほぼ同じ）となる画素位置を抽出するためには、濃淡の差がある撮像結果の領域に注目して比較することで抽出精度が向上する。

この時点で抽出されたマッチング領域は、図２を参照して、ｄ_２−ｄ_１＝０の距離にある被写体の像となるので、測距演算部７０３は、第１撮像素子３０‐１の位置ｂ_１及び第２撮像素子３０‐２の位置ｂ_２、レンズ２０のＦ値、及び、レンズ２０の焦点距離ｆから、ａ_３＝ｂ_３ｆ／（ｂ_３−ｆ）、ｂ_３＝１／２（ｂ_２＋ｂ_１）の計算式を使って、マッチング領域における被写体までの距離を求め、このマッチング領域における画素位置の情報と被写体までの距離の値を記憶部５０に記憶保持する（ステップＳ１３）。

次に、測距演算部７０３は、第１撮像画像の撮像結果に対して所定のぼかし処理を施した状態で第２撮像画像の撮像結果との比較を所定のＮ回分行ったか否かを判定するループ処理を行う（ステップＳ１４）。最初のループでは、第１撮像画像の撮像結果に対してぼかし処理を施しておらず（ステップＳ１４：Ｎｏ）、ステップＳ１５に移行する。

次に、測距演算部７０３は、第１撮像画像の撮像結果に対してボケ径の１倍（ｎ＝１）となる距離に相当するぼかし処理を実行し（ステップＳ１５）、ステップＳ１２，Ｓ１３の処理を介して第２撮像画像の撮像結果に対するマッチング領域の抽出に伴い、このマッチング領域における画素位置の情報と被写体までの距離の値を記憶部５０に記憶保持する。

つまり、第１撮像画像の撮像結果に対してｄ（＝ｄ_２−ｄ_１）の量だけ、ぼかし処理を施す。このぼかし処理を施した結果と第２撮像画像の撮像結果とを比較し、マッチング領域を抽出する。このマッチング領域はｄ_２−ｄ_１＝ｄの距離にある被写体の像となるので、測距演算部７０３は、第１撮像素子３０‐１の位置ｂ_１及び第２撮像素子３０‐２の位置ｂ_２、レンズ２０のＦ値、及び、レンズ２０の焦点距離ｆから、ａ_３＝ｂ_３ｆ／（ｂ_３−ｆ）、ｂ_３＝１／２｛（ｂ_２＋ｂ_１）＋Ｆｄ｝の計算式を使って、マッチング領域における被写体までの距離を求め、このマッチング領域における画素位置の情報と被写体までの距離の値を記憶部５０に記憶保持する。

続いて、第１撮像画像の撮像結果に対して２ｄ（＝ｄ_２−ｄ_１）の量だけ、ぼかし処理を施す。このぼかし処理を施した結果と第２撮像画像の撮像結果とを比較し、マッチング領域を抽出する。このマッチング領域はｄ_２−ｄ_１＝２ｄの距離にある被写体の像となるので、測距演算部７０３は、第１撮像素子３０‐１の位置ｂ_１及び第２撮像素子３０‐２の位置ｂ_２、レンズ２０のＦ値、及び、レンズ２０の焦点距離ｆから、ａ_３＝ｂ_３ｆ／（ｂ_３−ｆ）、ｂ_３＝１／２｛（ｂ_２＋ｂ_１）＋２Ｆｄ｝の計算式を使って、マッチング領域における被写体までの距離を求め、このマッチング領域における画素位置の情報と被写体までの距離の値を記憶部５０に記憶保持する。

このようにして、第１撮像画像の撮像結果に対する各撮像素子からのボケ径の差分Δｄのｎ倍のぼかし処理を施した結果と第２撮像画像の撮像結果とのマッチング領域の抽出処理を、ｎ＝１,２,・・・,Ｎのようにｎの値を順次インクリメントして、それぞれのマッチング領域における画素位置の情報と被写体までの距離の値を記憶部５０に記憶保持する。結果として、第１撮像画像の撮像結果に対する各撮像素子からのボケ径の差分のｎ倍のぼかし処理を施した結果と第２撮像画像の撮像結果とのマッチング領域の抽出処理を、ｎ回（ｎ＝０，１,２,・・・,Ｎ）繰り返すことで、ｄ_２−ｄ_１＝ｎｄの距離にある被写体の像について、レンズ２０とその結像面との間の距離ｂ_３＝１／２｛（ｂ_２＋ｂ_１）＋Ｆｎｄ}を求め、続いて、レンズ２０とその被写体までの距離ａ_３＝ｂ_３ｆ／（ｂ_３−ｆ）を求め、Ｎ個のレンズ２０とその被写体までの距離のデータを得る。このＮの値は、測距領域についてマッチング領域の抽出ができるまで（マッチング領域が見つからなくなるまで）の値とすることができる。

続いて、第１撮像画像の撮像結果と第２撮像画像の撮像結果を入れ替えて上記のマッチング領域の抽出処理を行う。つまり、測距演算部７０３は、第２撮像画像の撮像結果に対して所定のぼかし処理を施した状態で第１撮像画像の撮像結果との比較を所定のＭ回分行ったか否かを判定するループ処理を行う（ステップＳ１６）。最初のループでは、第２撮像画像の撮像結果に対してぼかし処理を施しておらず（ステップＳ１６：Ｎｏ）、ステップＳ１７に移行する。

次に、測距演算部７０３は、第２撮像画像の撮像結果に対してボケ径ｄの差分の１倍（ｋ＝１）となる距離に相当するぼかし処理を実行し（ステップＳ１７）、ステップＳ１２，Ｓ１３の処理を介して第１撮像画像の撮像結果に対するマッチング領域の抽出に伴い、このマッチング領域における画素位置の情報と被写体までの距離の値を記憶部５０に記憶保持する。

つまり、第２撮像画像の撮像結果に対して−ｄ（＝ｄ_２−ｄ_１）の量だけ、ぼかし処理を施す。このぼかし処理を施した結果と第１撮像画像の撮像結果とを比較し、マッチング領域を抽出する。このマッチング領域はｄ_２−ｄ_１＝−ｄの距離にある被写体の像となるので、測距演算部７０３は、第１撮像素子３０‐１の位置ｂ_１及び第２撮像素子３０‐２の位置ｂ_２、レンズ２０のＦ値、及び、レンズ２０の焦点距離ｆから、ａ_３＝ｂ_３ｆ／（ｂ_３−ｆ）、ｂ_３＝１／２｛（ｂ_２＋ｂ_１）−Ｆｄ｝の計算式を使って、マッチング領域における被写体までの距離を求め、このマッチング領域における画素位置の情報と被写体までの距離の値を記憶部５０に記憶保持する。

続いて、第２撮像画像の撮像結果に対して−２ｄ（＝ｄ_２−ｄ_１）の量だけ、ぼかし処理を施す。このぼかし処理を施した結果と第１撮像画像の撮像結果とを比較し、マッチング領域を抽出する。このマッチング領域はｄ_２−ｄ_１＝−２ｄの距離にある被写体の像となるので、測距演算部７０３は、第１撮像素子３０‐１の位置ｂ_１及び第２撮像素子３０‐２の位置ｂ_２、レンズ２０のＦ値、及び、レンズ２０の焦点距離ｆから、ａ_３＝ｂ_３ｆ／（ｂ_３−ｆ）、ｂ_３＝１／２｛（ｂ_２＋ｂ_１）−２Ｆｄ｝の計算式を使って、マッチング領域における被写体までの距離を求め、このマッチング領域における画素位置の情報と被写体までの距離の値を記憶部５０に記憶保持する。

このようにして、第２撮像画像の撮像結果に対するボケ径の差分のｋ倍のぼかし処理を施した結果と第１撮像画像の撮像結果とのマッチング領域の抽出処理を、ｋ＝１,２,・・・,Ｍのようにｋの値を順次インクリメントして、それぞれのマッチング領域における画素位置の情報と被写体までの距離の値を記憶部５０に記憶保持する。結果として、第２撮像画像の撮像結果に対するボケ径の差分のｋ倍のぼかし処理を施した結果と第１撮像画像の撮像結果とのマッチング領域の抽出処理を、ｋ回（ｋ＝０，１,２,・・・,Ｍ）繰り返すことで、ｄ_２−ｄ_１＝−ｋｄの距離にある被写体の像について、レンズ２０とその結像面との間の距離ｂ_３＝１／２｛（ｂ_２＋ｂ_１）−Ｆｋｄ}を求め、続いて、レンズ２０とその被写体までの距離ａ_３＝ｂ_３ｆ／（ｂ_３−ｆ）を求め、Ｍ個のレンズ２０とその被写体までの距離のデータを得る。このＭの値は、測距領域についてマッチング領域の抽出ができるまで（マッチング領域が見つからなくなるまで）の値とすることができる。

最終的に、測距演算部７０３は、レンズ２０と測距領域の被写体との間の距離として求めたＭ＋Ｎ個の測距値をその画素位置の情報とともに記憶部５０から読み出し、記録表示制御部７０４により、スルー画像とともに表示部８０に表示する（ステップＳ１８）。また、制御部７０は、撮像制御部７０２により、第２撮像素子３０‐２に合焦させた撮影動作を行わせ、撮影画像を記憶部５０に記憶し、記録表示制御部７０４により、この撮影画像とともに表示部８０に表示する。尚、Ｍ＋Ｎ個の測距値は、測距領域内に占められる被写体の距離分布となるので、表示部８０への表示には、測距領域における大部分を占める測距値のみを表示するように構成してもよい。

これにより、本実施形態の多重フォーカスカメラ１０は、レンズ２０から被写体までの距離を計測するのに有機材料の光電変換膜を利用し、測距装置としての性能又は利便性を高めることができ、さらに、被写体の像を撮像するとともに、レンズ２０から被写体までの距離を計測して撮影する画像と関連付けることができるようになる。

次に、有機光電変換膜を用いた撮像素子を作成し、第１撮像素子３０‐１及び第２撮像素子３０‐２に適用した実施例について説明する。尚、２つの実施例を順次説明するが、実施例１と実施例２とでは、レンズ２０、第１撮像素子３０‐１及び第２撮像素子３０‐２の配置距離が異なるのみで、その他の構成は同一である。

（実施例１）
図６は、実施例１の多重フォーカスカメラ１０における画素部３００の画素構造を示す図である。光導電性有機材料の光電変換膜から光生成電荷を読み出すための信号回路を作製した。１画素を構成する図６に示す信号回路は酸化亜鉛薄膜トランジスタ（ＺｎＯ‐ＴＦＴ）をスイッチング素子として採用し、無アルカリ基板（ガラス基板３０１）上に形成した。ガラス基板３０１として、石英、ＢＫ７、無アルカリガラス、ソーダガラス等のガラス材料などがあり、その他、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリサルフォン、又はポリエーテルサルフォン等の透明プラスチック材料で構成した透明基板としてもよい。

作製した酸化亜鉛薄膜トランジスタ（ＺｎＯ‐ＴＦＴ）では、ガラス基板３０１上に設けたゲート電極３０８にＳｉＮ系ゲート絶縁膜３０２及びＳｉＯ系ゲート絶縁膜３０３を堆積し、さらに酸化亜鉛薄膜（ＺｎＯ）を形成した。酸化亜鉛薄膜（ＺｎＯ）の周囲をＳｉＮ系保護膜３０４で包囲し、エッチングしてドレインＩＴＯ電極３０６及びソースＩＴＯ電極３０９を形成し、さらにＭｏＷ合金の出力信号用電極３０７を形成してＳｉＮ系保護膜３０５で覆う構造とした。

次に、作製したＺｎＯ‐ＴＦＴ回路上に光導電性有機材料の有機光電変換膜３１０としてキナクリドン薄膜を１００ｎｍの厚さで形成し、その上に対向ＩＴＯ電極３１１を形成した。本実施例ではキナクリドン薄膜を用いているが、有機光電変換膜３１０としては、例えば、スチルベン誘導体、ベンゾキサゾール誘導体、縮合芳香族炭素環（ペリレン誘導体、アントラセン誘導体、テトラセン誘導体等）、メロシアニン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ジアミン誘導体、チオフェン誘導体、ＰｔやＥｕ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｉｒ、Ｚｎ等の金属錯体、ＤＣＭ誘導体、アゾ系有機顔料、又は多環式系有機顔料（フタロシアニン類、キナクリドン類、ポルフィリン類等）等を用いることができる。各電極は、インジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）で透明電極を形成する他、インジウム酸化物（ＩＯ）、インジウム・亜鉛酸化物（ＩＺＯ）等の金属酸化物や、あるいは白金、金、銀、アルミニウム等の金属材料を５ｎｍ〜３０ｎｍと薄く堆積した透明又は半透明金属薄膜で構成することができる。

図６において、ソースＩＴＯ電極３０９上に、有機光電変換膜３１０及び対向ＩＴＯ電極３１１を堆積したことで、入射した光に相当する電荷を発生するフォトダイオード（ＰＤ）が形成される。フォトダイオード（ＰＤ）による発生電荷は、ゲート電極３０８の印加電圧でドレインＩＴＯ電極３０６とソースＩＴＯ電極３０９との通電が制御されることにより、出力信号用電極３０７を介して出力して取り出すことができる。したがって、ドレインＩＴＯ電極３０６、ソースＩＴＯ電極３０９及び対向ＩＴＯ電極３１１は１画素毎に設けられる画素電極として機能させ、ゲート電極３０８を行選択信号電極として機能させ、出力信号用電極３０７を出力信号線に接続する電極として機能させることができる。

図６に示す画素部３００を２次元平面上に配列して、図７に示す撮像素子３０を形成することができる。図７において、各画素部３００は、行選択線でシフトレジスタ４００に接続され、出力信号線でアナログ‐デジタル（ＡＤ）コンバータ群５００に接続される。シフトレジスタ４００は、制御部７０からの撮像制御信号Ｓ_Ｃで制御される。シフトレジスタ４００で行選択信号を発生させて行を選択し、行選択線を介して接続される各画素部３００のゲート電極３０８が制御されて、各画素部３００におけるフォトダイオード（ＰＤ）を構成する有機光電変換膜３１０からの信号が出力信号線を介して読み出される。また、この読み出された信号は列毎に設けられたＡＤコンバータからなるＡＤコンバータ群５００を介してデジタルデータ化され、撮影画像信号として出力される。撮像素子３０の画素数は１２８列×９６行の画素配列とし、１画素の大きさは１００ｕｍで作製した。

本実施例では、撮像素子３０、シフトレジスタ４００及びＡＤコンバータ群５００からなる素子を、図１に示す第１撮像素子３０‐１及び第２撮像素子３０‐２のそれぞれに採用し、第１撮像素子３０‐１及び第２撮像素子３０‐２をレンズ２０の光軸上に並べて撮像実験を行った。焦点距離５０ｍｍの単焦点レンズをレンズ２０として使い、図８に示すように被写体Ｏ_ｂ１、被写体Ｏ_ｂ２及び被写体Ｏ_ｂ３をレンズ２０から４ｍ，１ｍ，２．３ｍの場所にそれぞれ配置した。被写体Ｏ_ｂ３の距離を計測することを目的として、ここでは第１撮像素子３０‐１は被写体Ｏ_ｂ１に、第２撮像素子３０‐２は被写体Ｏ_ｂ２に合焦位置を合わせ、第１撮像素子３０‐１及び第２撮像素子３０‐２をレンズ２０からそれぞれ、約５０．６ｍｍ、約５２．６ｍｍの位置に配置した。この状態でレンズのＦ値を２として、第１撮像素子３０‐１及び第２撮像素子３０‐２で被写体Ｏ_ｂ１、被写体Ｏ_ｂ２及び被写体Ｏ_ｂ３を撮像した。

次に、第１撮像素子３０‐１による第１撮像画像の撮像結果にぼかし処理を繰り返し、第２撮像素子３０‐２による第２撮像画像の撮像結果と比較したところ、第１撮像画像の撮像結果に対して５画素分のぼかし処理を行った場合に被写体Ｏ_ｂ３の領域が良く一致した。ここで、５画素分は第１撮像素子３０‐１の画素ピッチからボケ量として０．５ｍｍに相当するとして求めることができる。ｄ_２−ｄ_１＝０．５ｍｍなので、前述の計算式から距離ａ_３を求めたところ、ａ_３＝２３２２ｍｍ（２．３２２ｍ）となり、実際の被写体Ｏ_ｂ３の位置（＝２．３ｍｍ）にほぼ近い値が得られた。また、距離ａ_１，ａ_２についてもｂ_１，ｂ_２から計算したところ、ａ_１＝４２１６ｍｍ（４．２１６ｍ）、ａ_２＝１０１２ｍｍ（１．０１２ｍ）となり、実際の被写体Ｏ_ｂ１の位置（＝４ｍ）、被写体Ｏ_ｂ２の位置（＝１ｍ）にほぼ近い値が得られた。

（実施例２）
実施例１と同様の第１撮像素子３０‐１及び第２撮像素子３０‐２、レンズ２０、被写体Ｏ_ｂ１、被写体Ｏ_ｂ２及び被写体Ｏ_ｂ３を用いて、撮像実験を行った。ただし、図９に示すように、第１撮像素子３０‐１はレンズ２０の焦点距離fに等しい位置（＝５０ｍｍ）に配置した。第１撮像素子３０‐１による第１撮像画像の撮像結果にぼかし処理を繰り返し、第２撮像素子３０‐２による第２撮像画像の撮像結果と比較したところ、第１撮像画像の撮像結果に対して７画素分のぼかし処理を行った場合に被写体Ｏ_ｂ１の領域が良く一致した。ここで、７画素分は撮像素子の画素ピッチからボケ量として０．７ｍｍに相当するとして求めることができる。ｄ_２−ｄ_１＝０．７ｍｍなので、前述の計算式から距離ａ_１を求めたところ、ａ_１＝４２１６ｍｍ（４．２１６ｍ）となり、実際の被写体Ｏ_ｂ１の位置（＝４ｍｍ）にほぼ近い値が得られた。また、第１撮像画像の撮像結果に対して６画素分のぼかし処理を行った場合に被写体Ｏ_ｂ３の領域が良く一致した。ここで、６画素分は撮像素子の画素ピッチからボケ量として０．６ｍｍに相当するとして求めることができる。ｄ_２−ｄ_１＝０．６ｍｍなので、前述の計算式から距離ａ_３を求めたところ、ａ_３＝２３２２ｍｍ（２．３２２ｍ）となり、実際の被写体Ｏ_ｂ３の位置（＝２．３ｍｍ）にほぼ近い値が得られた。距離ａ_２についてもｂ_２から計算することができ、ａ_２＝１０１２ｍｍ（１．０１２ｍ）となり、実際の被写体Ｏ_ｂ２の位置（＝１ｍ）にほぼ近い値が得られた。

このように、第１撮像素子３０‐１と第２撮像素子３０‐２との画素サイズや画素数を同一にすることでぼかし処理の演算が容易になる。また、レンズ２０の焦点距離fに相当する位置に第１撮像素子３０‐１を配置することで、第１撮像素子３０‐１の位置から第２撮像素子３０‐２の位置までに結像面がある任意の被写体に対する距離計測が可能である。また、実施例では、特定の被写体に合焦位置を合わせた上で第１撮像素子３０‐１と第２撮像素子３０‐２の配置を決定する例を説明したが、多重フォーカスカメラ１０において、撮影領域のうち遠方にある第１の被写体に第１撮像素子３０‐１を合焦させ、近方にある第２の被写体に第２撮像素子３０‐２を合焦させるオートフォーカス機構をさらに具備させることにより、第１の被写体と第２の被写体との間にある任意の被写体について計測を行うように構成することで、測距演算の速度を向上させることができる。また、このオートフォーカス機構の一部として、多重フォーカスカメラ１０において、第１撮像素子３０‐１と第２撮像素子３０‐２の配置を調整するアクチュエータを設け、測距可能な領域を可変にするように構成することができる。或いはまた、物体の形状検査等で、被写体の距離範囲が所定範囲内で定まっている場合には、レンズ２０の配置や焦点位置、第１撮像素子３０‐１及び第２撮像素子３０‐２の間隔を固定とすることができる。

上記の実施形態では特定の例について説明したが、本発明は上述の実施形態及び実施例に限定されるものではない。例えば、実施例では、第１撮像素子３０‐１と第２撮像素子３０‐２との画素サイズ及び画素数を同一にする例を説明したが、第１撮像素子３０‐１と第２撮像素子３０‐２のいずれか一方の撮像画像の結果からマッチング領域を抽出すればよいことから、第１撮像素子３０‐１と第２撮像素子３０‐２との画素サイズ及び画素数を必ずしも同一にする必要はない。さらに、第１撮像素子３０‐１と第２撮像素子３０‐２の双方を赤色光用、緑色光用、青色光用の画素でベイヤー配列した撮像素子としてもよい。

本発明によれば、被写体までの距離計測を要する用途に有用である。特に、静止画又は動画の撮影を行うデジタルカメラに搭載することや、物体の三次元形状計測に用いることが可能な被写体の奥行き計測の用途にも利用できる。さらに、静止画又は動画の撮影情報とは別に、計測した距離情報を画像の奥行情報（「depth map」とも称される）を添付した立体視の撮像又は情報処理の用途にも有用である。

１０多重フォーカスカメラ
２０レンズ
３０撮像素子
３０‐１第１撮像素子
３０‐２第２撮像素子
４０画像処理部
５０記憶部
６０レンズ駆動用アクチュエータ
７０制御部
８０表示部
９０出力インターフェース（ＩＦ）
１００操作部
４０１第１信号処理部
４０２第２信号処理部
７０１測距領域設定部
７０２撮像制御部
７０３測距演算部
７０４記録表示制御部

Claims

被写体の像を撮像するとともに、撮像光学系のレンズから被写体までの距離を計測する多重フォーカスカメラであって、
撮像光学系のレンズと、
前記レンズを介して被写体から入射する光のうち、有機光電変換膜により所定の光吸収率で光を吸収して光電変換し被写体の像を撮像する第１撮像素子と、
前記第１撮像素子を透過した光を光電変換し当該被写体の像を撮像する第２撮像素子と、
前記第１撮像素子及び前記第２撮像素子による撮像動作を制御する制御部とを備え、
前記第１撮像素子及び前記第２撮像素子は、前記第１撮像素子及び前記第２撮像素子で撮像される当該被写体の像のボケ量の差が前記レンズの焦点距離及び口径比、当該被写体から前記レンズまでの距離、前記レンズから前記第１撮像素子までの距離、及び、前記レンズから前記第２撮像素子までの距離に依存する予め定めた間隔で前記レンズの光軸上に配置されており、
前記制御部は、前記第１撮像素子及び前記第２撮像素子で撮像される当該被写体の像のボケ量の差に基づいて、当該被写体から前記レンズまでの距離を演算する測距演算部を有することを特徴とする多重フォーカスカメラ。
前記測距演算部は、前記被写体の像のボケ量の差を、前記第１撮像素子から前記レンズによる当該被写体の結像面までのボケ径と前記第２撮像素子から前記レンズによる当該被写体の結像面までのボケ径との差分に前記レンズの口径比を乗じた値とし、前記第１撮像素子による撮像結果と前記第２撮像素子による撮像結果のうち、いずれか一方の撮像結果に対して前記ボケ径の差分の整数倍のぼかし処理を施して他方の撮像結果と比較し、最もマッチングする当該被写体の像の領域について前記ボケ径の差分の整数倍の値、前記レンズから前記第１撮像素子までの距離、及び、前記レンズから前記第２撮像素子までの距離を基に前記レンズから当該被写体の結像面までの距離を定め、前記レンズから当該被写体の結像面までの距離及び前記レンズの焦点距離を基に当該被写体から前記レンズまでの距離を演算することを特徴とする、請求項１に記載の多重フォーカスカメラ。
前記第２撮像素子が、有機光電変換膜により所定の光吸収率で光を吸収して光電変換するように構成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の多重フォーカスカメラ。
前記第１撮像素子が、前記レンズの焦点距離に等しい位置に配置されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の多重フォーカスカメラ。
前記第１撮像素子の画素サイズ及び画素数が、それぞれ前記第２撮像素子の画素サイズ及び画素数と等しいことを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の多重フォーカスカメラ。