JP2016048825A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被写体を適切な倍率で観察しつつ正確に距離を測定することができる撮像装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の一実施形態に係る撮像装置では、影倍率が互いに異なる中央光学系と環状光学系とが同一の光軸上に配置されており、さらに撮影光学系の光軸とレーザー光の投射方向が平行なので、被写体を適切な倍率で観察しつつ正確に距離を測定することができる。【選択図】 図５

Description

本発明は撮像装置に関し、特に画像の取得及び測距が可能な撮像装置に関する。

近年、広角画像及び望遠画像を撮像することができる撮像装置が知られている（例えば、特許文献１，２を参照）。特許文献１，２に記載のシステムは、いずれも広角カメラと望遠カメラ、及び電動雲台（パン・チルト装置）を備え、広角カメラにより撮像された広角画像から追尾対象の物体を検出し、検出した物体の広角画像における位置情報に基づいて電動雲台を回動制御し、望遠カメラにより物体を自動追尾して望遠撮像することを基本的な構成としている。

また、円形状または円環状の瞳領域を有する結像レンズを通過した被写体光を選択的に受光可能な受光素子により、空間周波数特性が異なる複数の画像を同時に取得できる撮像装置が知られている（特許文献３）。

一方、目標物の観察及び測距が可能な装置が知られている。例えば非特許文献１に記載の距離測定器では、ファインダー中で指定した目標物（グリーン上のピン等）までの距離をレーザー光により測定することができるようになっている。

特開平１１−６９３４２号公報 特開２００６−３３２２４号公報 特開２０１２−２５３６７０号公報

株式会社ライクス・ジャパン「イーセレクトショッピング ゴルフ用レーザー距離測定器 レーザーアキュラシー」、インターネットＵＲＬ［http://likesjapan.com/shop/RF440PS2.html］、平成２６年８月２１日検索

特許文献１，２に記載のシステムは、いずれも２台の独立した広角カメラと望遠カメラとを備えることを基本構成としているため、システムが高価になるとともに大型化してしまい、また広角画像と望遠画像とを同時に取得したい場合は２台のカメラ間で同期を取る必要がある。さらに、広角カメラと望遠カメラの光軸は共通ではなく、それぞれ撮像される広角画像と望遠画像とに視差が生じてしまう。

また、特許文献３に記載の撮像装置はフォーカス状態の異なる複数の画像（シャープな画像とソフトフォーカスな画像）を得るためのもので、撮像倍率が異なる画像を得られるものではなかった。

このため、撮像倍率が異なる画像を得ようとして上記特許文献１，２に記載されているような広角・望遠画像の取得に関する技術を非特許文献１に記載の距離測定器に適用すると、システムの大型化や画像間の視差の問題が顕著になり、さらに撮影方向（光学系の光軸方向）と測距方向とがずれて正確な測距が困難になってしまう。また測距を優先しようとして広角・望遠の光学系のうちいずれかのみを搭載すると画像の撮影倍率に制約が生じ、目標物の種類や大きさ、距離等の条件によっては適切な倍率で観察することが困難になる。

このように従来の技術では、目標物（被写体）を適切な倍率で観察しつつ正確に距離を測定することは困難であった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、被写体を適切な倍率で観察しつつ正確に距離を測定することができる撮像装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の第１の態様に係る撮像装置は、それぞれ同一の光軸上に配置された中央部の中央光学系とその周辺部の環状光学系とからなる撮影光学系であって撮影倍率が互いに異なる撮影光学系と、２次元状に配列された光電変換素子により構成された複数の画素を有する指向性センサであって、中央光学系及び環状光学系を介して入射する光束をそれぞれ瞳分割して選択的に受光する複数の画素を含む指向性センサと、中央光学系を介して受光した第１画像を示す画像信号と環状光学系を介して受光した第２画像を示す画像信号とを指向性センサから取得する画像読み出し部と、レーザー光を用いて第２画像中の被写体までの距離を測定する測距部であって、レーザー光の投射方向が撮影光学系の光軸と平行である測距部と、第１画像、第２画像、及び測定した距離のうち少なくとも１つを示す情報を表示する表示部と、を備える。

本発明の第１の態様によれば、撮影倍率が互いに異なる中央光学系と環状光学系とが同一の光軸上に配置されており、さらに撮影光学系の光軸とレーザー光の投射方向が平行なので、被写体を適切な倍率で観察しつつ正確に距離を測定することができる。

第１の態様において、第１画像・第２画像・距離を示す情報（距離情報）のうち一部を表示してもよいし、全てを表示してもよい。これらのうち複数を表示する場合は、切り替えて表示してもよい。同時に表示する場合は、重畳表示してもよい。なお第１画像と第２画像とは同時に取得してもよいし、距離情報の取得その他の条件に応じて異なるタイミングで取得してもよい。

また第１の態様において「距離情報」とは距離の他、距離の変化やその方向など他の情報を含んでいてもよい。

本発明の第２の態様に係る撮像装置は第１の態様において、表示部は、測距部による距離の測定結果に基づいて第１画像、第２画像、及び測定した距離を示す情報を表示する。例えば、使用開始時は第１画像・第２画像のうち一方を表示しておき、距離情報が得られた時点で他方の画像を表示するようにしてもよいし、距離がしきい値以上であるか否かに応じて第１画像・第２画像のうち一方を表示するようにしてもよい。

本発明の第３の態様に係る撮像装置は第１の態様において、投射したレーザー光の反射光が第２画像に含まれているか否かを判断するレーザー光判断部をさらに備え、表示部は、判断の結果反射光が第２画像に含まれていない場合は第１画像を表示し、反射光が第２画像に含まれている場合は第２画像及び距離を示す情報を表示する。

本発明の第４の態様に係る撮像装置は第１の態様において、表示部は、距離の測定中、及び距離を測定できない場合は第１画像を表示し、距離が測定できた場合は第２画像及び距離を示す情報を表示する。

本発明の第５の態様に係る撮像装置は第１の態様において、表示部は、測定した距離がしきい値未満である場合は第１画像を表示し、測定した距離がしきい値以上である場合は第２画像を表示する。

本発明の第６の態様に係る撮像装置は第１から第５の態様のいずれか一において、目標被写体の情報及び撮像装置周辺の自然環境の情報のうち少なくとも一方を入力する入力部をさらに備え、表示部は、入力部が入力した情報及び前記測定した距離の値に応じて第１画像及び第２画像を表示する。

本発明の第７の態様に係る撮像装置は第１から第６の態様のいずれか一において、第２画像を電子ズームするズーム部をさらに備え、ズーム部は測定した距離の値に応じた倍率で第２画像をズームし、表示部はズーム後の画像を表示する。

本発明の第８の態様に係る撮像装置は第１から第７の態様のいずれか一において、目標被写体の情報は目標被写体の種類及び当該目標被写体の種類に応じて設定される距離を含む。

本発明の第９の態様に係る撮像装置は第１から第８の態様のいずれか一において、レーザー光の投射方向は撮影光学系の光軸と同一である。

本発明の第１０の態様に係る撮像装置は第１から第９の態様のいずれか一において、環状光学系は光束を２回以上反射させる反射光学系を有する。これにより、環状光学系の光軸方向の寸法を短くすることができ、撮像部をコンパクトにすることができる。

上述の各態様において、中央光学系が広角光学系であり、環状光学系が望遠光学系であってもよい。

本発明によれば、被写体を適切な倍率で観察しつつ正確に距離を測定することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係るカメラの外観斜視図である。 図２は、本発明の一実施形態に係るカメラの撮像部を示す断面図である。 図４は、図２に示したマイクロレンズアレイ及びイメージセンサの要部拡大図である。 図４は、イメージセンサに配設されたカラーフィルタ配列を示す図である。 図５は、本発明の一実施形態に係るカメラの内部構成を示すブロック図である。 図６は、本発明の一実施形態に係るカメラにより撮像される広角画像及び望遠画像の一例を示す図である。 図７は、画像及び距離情報の表示処理を示すフローチャートである。 図８は、望遠画像に距離情報を重畳表示する場合の例を示す図である。 図９は、画像及び距離情報の表示処理の他の例を示すフローチャートである。 図１０は、広角画像と望遠画像とを重畳表示する場合の例を示す図である。 図１１は、画像及び距離情報の表示処理のさらに他の例を示すフローチャートである。 図１２は、望遠画像のズーム処理の例を示す図である。 図１３は、撮像部及び測距部の構成の他の例を示す図である。 図１４は、指向性センサの他の実施形態を示す側面図である。 図１５は、本発明のカメラに適用可能な撮像部の他の実施形態を示す断面図である。

以下、添付図面に従って本発明に係る撮像装置の実施の形態について説明する。本実施形態では、本発明の撮像装置をハンティング用カメラに適用した場合について説明する。

＜カメラの外観＞
図１は本発明の撮像装置の一実施形態に係るカメラ１００の外観斜視図である。

図１に示すようにカメラ１００は、主としてカメラ本体１０２と、撮像部１１０と、測距部１２０と、接眼部１７０を有しており、カメラ本体１０２の上部には操作部１８０のボタン１８２，１８４が配設されている。

カメラ本体１０２は撮像部１１０、測距部１２０等を収容するケースであり、図１ではカメラ本体１０２の左上部に撮像部１１０、左下部に測距部１２０が配設されている。撮像部１１０の光軸はＬ１、測距部１２０のレーザー光投射方向はＬ２であり、撮像部１１０及び測距部１２０は、Ｌ１とＬ２とが平行になるように位置・角度が調整されカメラ本体１０２に取り付けられている。

ボタン１８２，１８４は後述する広角画像・望遠画像の切替や重畳表示の設定、被写体関連情報の入力、等の操作を行うためのものである。

広角画像・望遠画像や距離情報等は後述する液晶モニタに表示され、カメラ１００のユーザは接眼部１７０を介してそれらの画像や距離情報を確認できる。

［撮像部の構成］
図２は、カメラ１００の撮像部１１０の第１の実施形態を示す断面図である。

図２に示すように、撮像部１１０は、撮影光学系１２と指向性センサ１７とから構成されている。

＜撮影光学系＞
撮影光学系１２は、それぞれ同一の光軸Ｌ１上に配置された、第１の光学系としての中央部の中央光学系１３と、その周辺部の同心円状の第２の光学系としての環状光学系１４とから構成されている。

中央光学系１３は、第１レンズ１３ａ、第２レンズ１３ｂ、第３レンズ１３ｃ、第４レンズ１３ｄ、及び共通レンズ１５から構成された広角光学系（広角レンズ）であり、指向性センサ１７を構成するマイクロレンズアレイ１６上に広角画像を結像させる。

環状光学系１４は、第１レンズ１４ａ、第２レンズ１４ｂ、反射光学系としての第１反射ミラー１４ｃ、第２反射ミラー１４ｄ、及び共通レンズ１５から構成された望遠光学系（望遠レンズ）であり、マイクロレンズアレイ１６上に望遠画像を結像させる。第１レンズ１４ａ、及び第２レンズ１４ｂを介して入射した光束は、第１反射ミラー１４ｃ及び第２反射ミラー１４ｄにより２回反射された後、共通レンズ１５を通過する。第１反射ミラー１４ｃ及び第２反射ミラー１４ｄにより光束が折り返されることにより、焦点距離の長い望遠光学系（望遠レンズ）の光軸方向の長さを短くしている。

＜指向性センサ＞
指向性センサ１７は、マイクロレンズアレイ１６とイメージセンサ１８とから構成されている。

図３は、マイクロレンズアレイ１６及びイメージセンサ１８の要部拡大図である。

マイクロレンズアレイ１６は、複数のマイクロレンズ（瞳結像レンズ）１６ａが２次元状に配列されて構成されており、各マイクロレンズの水平方向及び垂直方向の間隔は、イメージセンサ１８の光電変換素子である受光セル１８ａの３つ分の間隔に対応している。即ち、マイクロレンズアレイ１６の各マイクロレンズは、水平方向及び垂直方向の各方向に対して、２つ置きの受光セルの位置に対応して形成されたものが使用される。

また、マイクロレンズアレイ１６の各マイクロレンズ１６ａは、撮影光学系１２の中央光学系１３及び環状光学系１４に対応する、円形の中央瞳像（第１の瞳像）１７ａ及び環状瞳像（第２の瞳像）１７ｂを、イメージセンサ１８の対応する受光領域の受光セル１８ａ上に結像させる。

図３に示すマイクロレンズアレイ１６及びイメージセンサ１８によれば、マイクロレンズアレイ１６の１マイクロレンズ１６ａ当たりに付き、格子状（正方格子状）の３×３個の受光セル１８ａが割り付けられている。以下、１つのマイクロレンズ１６ａ及び１つのマイクロレンズ１６ａに対応する受光セル群（３×３個の受光セル１８ａ）を単位ブロックという。

中央瞳像１７ａは、単位ブロックの中央の受光セル１８ａのみに結像し、環状瞳像１７ｂは、単位ブロックの周囲の８個の受光セル１８ａに結像する。

上記構成の撮像部１１によれば、後述するように中央光学系１３に対応する広角画像と、環状光学系１４に対応する望遠画像（撮影倍率が広角画像よりも大きい画像）とを同時に撮像することができる。

［イメージセンサの実施形態］
図４は、イメージセンサ１８に配設されたカラーフィルタ配列等を示す図である。尚、図４上で、マイクロレンズアレイ１６は省略されているが、円形で示した領域は、マイクロレンズアレイ１６の各マイクロレンズ１６ａにより瞳像が結像される３×３個の受光セルを含む単位ブロックを示している。

図４（ａ）に示すようにイメージセンサ１８の撮像面上には、各受光セル上に配設されたカラーフィルタ（光学フィルタ）により構成されるカラーフィルタ配列が設けられる。

このカラーフィルタ配列は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、及び青（Ｂ）の各波長域の光を透過させる３原色のカラーフィルタ（以下、Ｒフィルタ、Ｇフィルタ、Ｂフィルタという）により構成されている。そして、各受光セル上には、ＲＧＢフィルタのいずれかが配置される。以下、Ｒフィルタが配置された受光セルを「Ｒ受光セル」、Ｇフィルタが配置された受光セルを「Ｇ受光セル」、Ｂフィルタが配置された受光セルを「Ｂ受光セル」という。

図４（ａ）に示すカラーフィルタ配列は、６×６個の受光セルを基本ブロックＢＬ（図４（ａ）の太枠で示したブロック、及び図４（ｂ）参照）とし、基本ブロックＢＬが水平方向及び垂直方向に繰り返し配置されて構成されている。

図４（ｂ）に示すように基本ブロックＢＬは、４個の単位ブロックＢＬ１〜ＢＬ４により構成されている。

図４（ｃ１）及び（ｃ２）は、それぞれ４個の単位ブロックＢＬ１〜ＢＬ４の中央の受光セル（図２に示した中央光学系１３を通過した光束が入射する受光セル）のグループと、周囲の８個の受光セル（図２に示した環状光学系１４を通過した光速が入射する受光セル）のグループとを示す。

図４（ｃ１）に示すように中央の受光セルのグループの画像は、ベイヤ配列のモザイク画像となる。これにより、ベイヤ配列のモザイク画像をデモザイク処理することにより、カラー画像を得ることができる。

一方、図４（ｃ２）に示すように、単位ブロックＢＬ１〜ＢＬ４の各中央の受光セルの周囲の８個の受光セルのグループは、８個の受光セル内にＲＧＢの全ての受光セル（Ｒ受光セル、Ｇ受光セル、Ｂ受光セル）を含み、かつ単位ブロックＢＬ１〜ＢＬ４にかかわらず、ＲＧＢの受光セルが同じパターンで配置されている。

具体的には、各単位ブロックＢＬ１〜ＢＬ４の４隅の４つの受光セルは、Ｇ受光セルが配置され、中央の受光セルを挟んで上下の２個の受光セルは、Ｒ受光セルが配置され、中央の受光セルを挟んで左右の２個の受光セルは、Ｂ受光セルが配置されている。

また、Ｒ受光セル、Ｇ受光セル、及びＢ受光セルは、それぞれ単位ブロックの中央の受光セル（中心）に対して対称位置に配置されている。これにより、単位ブロック内のＲＧＢの受光セルの出力信号を使用して、その単位ブロック毎のデモザイク処理（同時化処理）後の、画像を構成する１つの画素（ＲＧＢの画素値）を生成することができる。

即ち、単位ブロック内の４個のＧ受光セルの出力信号（画素値）の平均値を求めることにより、単位ブロック（１マイクロレンズ）の中心位置におけるＧ画素の画素値を取得することができ、同様に単位ブロック内の２個のＲ受光セルの画素値の平均値、及び２個のＢ受光セルの画素値の平均値を求めることにより、それぞれ単位ブロックの中心位置におけるＲ画素及びＢ画素の画素値を取得することができる。

これにより、単位ブロックの周囲の８個の受光セルのグループにより生成される、環状光学系１４（望遠光学系）に対応する望遠画像については、単位ブロック内のＲＧＢの受光セルの画素値を使用してデモザイク処理を行うことができ、周囲の単位ブロックの受光セルの画素値を補間して特定の波長域の画素の画素値を生成する必要がなく、出力画像の解像度（実質的な画素数）を低下させることがない。

＜カメラの内部構成＞
図５は、カメラ１００の内部の要部構成を示すブロック図である。

図５に示すようにカメラ１００は、図２で説明した中央光学系１３及び環状光学系１４を有する撮影光学系１２と、図３及び図４で説明したマイクロレンズアレイ１６及びイメージセンサ１８を有する指向性センサ１７とからなる撮像部１１０を備えている。

撮像部１１０は、撮影光学系１２及び指向性センサ１７を介して時系列の広角画像及び望遠画像を撮像するものであり、撮影光学系１２を介して指向性センサ１７（イメージセンサ１８）の各受光セル（光電変換素子）の受光面に結像された被写体像は、その入射光量に応じた量の信号電圧（または電荷）に変換される。

イメージセンサ１８に蓄積された信号電圧（または電荷）は、受光セルそのもの若しくは付設されたキャパシタに蓄えられる。蓄えられた信号電圧（または電荷）は、Ｘ−Ｙアドレス方式を用いたＭＯＳ型撮像素子（いわゆるＣＭＯＳセンサ）の手法を用いて、受光セル位置の選択とともに読み出される。なお本実施の形態ではイメージセンサ１８がＭＯＳ型撮像素子である場合について説明しているが、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサを用いるようにしてもよい。

これにより、イメージセンサ１８から中央光学系１３に対応する中央の受光セルのグループの広角画像を示す画素信号と、環状光学系１４に対応する周囲８個の受光セルのグループの望遠画像を示す画素信号とを読み出すことができる。なお、イメージセンサ１８からは、広角画像及び望遠画像を示す画素信号が読み出されるが、画像の読み出しは操作部１８０の操作に応じたタイミングで行うようにしてもよいし、所定のフレームレート（例えば、１秒当たりのフレーム数２４ｐ，３０ｐ，又は６０ｐ）で連続して行うようにしてもよい。

イメージセンサ１８から読み出された画素信号（電圧信号）は、相関二重サンプリング処理（センサ出力信号に含まれるノイズ（特に熱雑音）等を軽減することを目的として、受光セル毎の出力信号に含まれるフィードスルー成分レベルと信号成分レベルとの差をとることにより正確な画素データを得る処理）により受光セル毎の画素信号がサンプリングホールドされ、増幅されたのちＡ／Ｄ変換器２０に加えられる。Ａ／Ｄ変換器２０は、順次入力する画素信号をデジタル信号に変換して画像取得部２２に出力する。尚、ＭＯＳ型センサでは、Ａ／Ｄ変換器が内蔵されているものがあり、この場合、イメージセンサ１８から直接デジタル信号が出力される。

画像取得部（画像読み出し部）１３０は、イメージセンサ１８の受光セル位置を選択して画素信号を読み出すことにより、広角画像（第１画像）を示す画素信号と望遠画像（第２画像；広角画像よりも撮影倍率が高い）を示す画素信号とを同時に、又は選択的に取得することができる。

即ち、イメージセンサ１８の中央瞳像１７ａが入射する受光セルの画素信号を選択的に読み出すことにより、１マイクロレンズ当たり１個の受光セル（３×３の受光セルの中央の受光セル）の広角画像を示す画素信号（ベイヤ配列のモザイク画像を示す画素信号）を取得することができ、一方、イメージセンサ１８の環状瞳像１７ｂが入射する受光セルの画素信号を選択的に読み出すことにより、１マイクロレンズ当たり８個の受光セル（３×３の受光セルの周囲の受光セル）の望遠画像を示す画素信号を取得することができる。

尚、イメージセンサ１８から全ての画素信号を読み出してバッファメモリに一時的に記憶させ、バッファメモリに記憶させた画素信号から、広角画像と望遠画像の２つ画像の画素信号のグループ分けを行ってもよい。

画像取得部１３０により取得された広角画像及び望遠画像を示す画素信号は、それぞれデジタル信号処理部（レーザー光判断部）１４０に出力される。

デジタル信号処理部１４０は、入力するデジタルの画素信号（ＲＧＢの点順次のＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号）に対して、オフセット処理、ガンマ補正処理、及びＲＧＢのモザイク画像の信号に対するデモザイク処理等のデジタル信号処理を行う。ここで、デモザイク処理とは、単板式のイメージセンサ１８のカラーフィルタ配列に対応したＲＧＢのモザイク画像から画素毎に全ての色情報を算出する処理であり、同時化処理ともいう。例えば、ＲＧＢ３色のカラーフィルタからなるイメージセンサ１８の場合、ＲＧＢからなるモザイク画像から画素毎にＲＧＢ全ての色情報を算出する処理である。

即ち、デジタル信号処理部１４０に含まれるデモザイク処理部は、広角画像（ベイヤ配列のモザイク画像）のＧ受光セルの位置には、Ｒ受光セル、Ｂ受光セルが無いため、そのＧ受光セルの周囲のＲ受光セル、Ｂ受光セルのＲ信号、Ｂ信号をそれぞれ補間して、Ｇ受光セルの位置におけるＲ信号、Ｂ信号を生成する。同様に、モザイク画像のＲ受光セルの位置には、Ｇ受光セル、Ｂ受光セルが無いため、そのＲ受光セルの周囲のＧ受光セル、Ｂ受光セルのＧ信号、Ｂ信号をそれぞれ補間してＲ受光セルの位置におけるＧ信号、Ｂ信号を生成し、また、モザイク画像のＢ受光セルの位置には、Ｇ受光セル、Ｒ受光セルが無いため、そのＢ受光セルの周囲のＧ受光セル、Ｒ受光セルのＧ信号、Ｒ信号をそれぞれ補間してＢ受光セルの位置におけるＧ信号、Ｒ信号を生成する。

一方、望遠画像は、図４（ｃ２）に示したように１マイクロレンズ１６ａ当たり８個（３×３の単位ブロックの周囲８個）のモザイク画像からなり、かつ８個の受光セル内には、ＲＧＢの全ての色情報（Ｒ受光セル、Ｇ受光セル、Ｂ受光セル）が含まれているため、デモザイク処理部は、単位ブロック内の８個の受光セルの出力信号を使用して単位ブロック毎にデモザイク処理した、画像を構成する１つの画素（ＲＧＢの画素値）を生成することができる。

具体的には、望遠画像のモザイク画像をデモザイク処理するデモザイク処理部は、単位ブロック内の４個のＧ受光セルの画素値の平均値を求めることにより、単位ブロック（１マイクロレンズ）の中心位置における画素のＧの画素値を算出し、同様に単位ブロック内の２個のＲ受光セルの画素値の平均値、及び２個のＢ受光セルの画素値の平均値を求めることにより、それぞれ単位ブロックの中心位置における画素のＲの画素値及びＢの画素値を算出する。

上記デモザイク処理部により生成される広角画像及び望遠画像の２つのデモザイク画像のうちの望遠画像のデモザイク画像は、単位ブロック内の８個の受光セルの出力信号を使用してデモザイク処理が行われるため、周囲の単位ブロックの受光セルの出力信号を使用（補間）してデモザイク処理が行われる広角画像のデモザイク画像よりも解像度が実質的に高いものとなる。

また、デジタル信号処理部１４０は、デモザイク処理部によりデモザイク処理されたＲＧＢの色情報（Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号）から輝度信号Ｙと色差信号Ｃｂ，Ｃｒを生成するＲＧＢ／ＹＣ変換等を行い、所定のフレームレートの広角画像及び望遠画像を示す動画記録用及び動画表示用の画像信号を生成する。

デジタル信号処理部１４０で処理された広角画像及び望遠画像を示す画像信号は、表示制御部１５０及び記録部１９０にそれぞれ出力される。記録部１９０は、デジタル信号処理部１４０により処理された広角画像及び望遠画像、及び後述する距離情報の画像信号を記録媒体（メモリカード等）に記録する。これらの記録は静止画像により行ってもよいし、動画像により行ってもよい。また、記録部１９０は、望遠画像のみを記録するようにしてもよい。

デジタル信号処理部１４０はまた、望遠画像を解析して、測距部１２０から投射したレーザー光の反射光が望遠画像に含まれているか否かを判断する。

表示制御部１５０は、デジタル信号処理部１４０により処理された広角画像及び望遠画像を示す画像信号により、広角画像及び望遠画像の液晶モニタ１６０への表示を制御する。また表示制御部１５０は、後述する測距部１２０が取得した距離情報がこれら画像と合わせて液晶モニタ１６０に表示されるよう制御する。なお表示制御部１５０は、記録部１９０に記録された画像信号に基づいて広角画像・望遠画像、及び距離情報を再生することもできる。

またＧＰＳ情報取得部１９２は、ＧＰＳ情報を利用してカメラ１００が存在する場所の位置情報（緯度、経度、高度）を取得する。取得した位置情報は無線通信部１９４に入力され、カメラ１００が存在する場所及びその周辺の自然環境の情報（風向、風速、気温、湿度 等）を取得する。取得した位置情報及び自然環境の情報はデジタル信号処理部１４０及び表示制御部１５０に入力され、液晶モニタ１６０に表示することができるようになっている。

［測距部の構成及び測距の手法］
測距部１２０は、対象物にレーザー光を照射して測距を行う。具体的には、投光部１２２の図示せぬレーザー光源から図示せぬレンズを介してレーザー光が投射されてハーフミラー１２４で反射され、図１，２中のＬ２を光軸とするレーザー光が投射される。撮像部１１０の光軸Ｌ１と上記レーザー光の光軸Ｌ２とは平行であり、これにより撮影方向と測距方向のズレをなくし、所望の倍率で目標を観察しつつ正確に測距を行うことができる。

測定対象で反射されたレーザー光は図示せぬレンズを介して集光され、受光部１２６に入射する。距離情報取得部１２８は、受光部１２６から出力される信号に基づいて、距離情報（測距対象までの距離及びその変化、等）を取得して、デジタル信号処理部１４０及び表示制御部１５０に出力する。後述するように、出力された距離情報に基づいて、距離情報の望遠画像への重畳表示や、広角・望遠画像の切替表示・重畳表示が行われる。

測距部１２０での測距は、例えばパルス測距や変調測距により行うことができる。パルス測距はパルス状のレーザー光を投射して発射時と反射波到着時の時間差を測定し、その結果から次式（１）により距離を求める手法である。

Ｌ＝ｃ×ΔＴ／２ …（１）
ただし、
Ｌ ：距離
ｃ ：光速
ΔＴ ：時間差
である。

一方変調測距は連続発振レーザー光に高周波で強度変調をかけ、反射波と参照波の間でそれぞれの変調波の位相差を測定し、次式（２）により距離を算出する手法である。

Ｌ＝φ×λ／（２π） …（２）
ただし、
φ：位相差
λ：レーザー光の波長
である。

また、距離情報取得部１２８では、このようにして得られた距離の変化を求める。

距離取得部１２８は、そのようにして取得した距離情報を表示制御部１５０に出力して、広角画像・望遠画像と共に液晶モニタ１６０に表示させる。

＜画像及び距離情報取得・表示の例＞
次に、本実施形態における画像及び距離情報表示の例について説明する。図６は本実施形態で取得される画像の例を示すものであり、図６（ａ）は広角画像ｉＷ、図６（ｂ）は望遠画像ｉＴをそれぞれ示している。なお図６（ａ）中の枠ＦＬは広角画像ｉＷ中で望遠画像ｉＴに対応する範囲を示し、操作部１８０のボタン１８２，１８４の操作やデジタル信号処理部１４０，表示制御部１５０等の処理によりこのような枠ＦＬの表示をＯＮ／ＯＦＦできるようになっている。

図７は画像及び距離情報の取得・表示を示すフローチャートであり、図８は図７のフローチャートに対応した画像表示の例である。処理が開始されるとレーザー測距を開始すると共に（Ｓ１００）広角画像ｉＷ及び望遠画像ｉＴを取得し、広角画像ｉＷを液晶モニタ１６０に表示する（Ｓ１１０、図８（ａ））。Ｓ１００，Ｓ１１０の処理はどちらが先でもよい。

次に、デジタル信号処理部１４０で望遠画像ｉＴを解析し、Ｓ１００で投射したレーザー光の反射光が望遠画像ｉＴに含まれているか否かを判断する（Ｓ１１２）。反射光が望遠画像ｉＴに含まれていない場合（Ｓ１１２でＮｏ）は広角画像ｉＷの表示を継続し、反射光が望遠画像ｉＴに含まれている場合（Ｓ１１２でＹｅｓ）はＳ１２０へ進んで目標Ｑまでの距離が測定可能か否かを判断する。測定可能である場合（Ｓ１２０でＹｅｓ）はＳ１３０へ進み、望遠画像ｉＴ及び目標Ｑまでの距離を液晶モニタ１６０に切替表示する。距離の変化や目標Ｑの速度を合わせて算出し表示してもよい。図８（ｂ）は望遠画像ｉＴに目標Ｑまでの距離を示す情報Ｍ１を重畳表示した例である。

次に、画像及び距離情報の取得・表示の他の例を説明する。図９は画像及び距離情報の取得・表示の他の態様を示すフローチャートである。Ｓ１００からＳ１２０までの処理は図７のフローチャートと同様なので、説明を省略する。図９のフローチャートでは、被写体距離の測定が可能であり（Ｓ１２０でＹｅｓ）距離が得られた場合、その距離がしきい値以上であるか否かを判断し（Ｓ１２２）、しきい値以上である場合（Ｓ１２２でＹｅｓ）は望遠画像ｉＴに切り替え、距離を表示する（Ｓ１３０；図８（ｂ）を参照）。被写体の種類や大きさ等の条件によっては広角画像ｉＷでも目標Ｑを適切に観察できる場合がありそのような場合は広角画像ｉＷを表示してよいが、ある程度の距離より遠い場合は広角画像ｉＷ中の目標Ｑが小さくなってしまうため、望遠画像ｉＴを表示するようにしたものである。なおこのような処理を行う場合の距離のしきい値は目標Ｑの種類等に応じ操作部１８０を介して設定できるようにしてよい。

以上の説明では広角画像ｉＷと望遠画像ｉＴとを切り替え表示する場合について説明したが、図１０に示す例のように広角画像ｉＷの一部（図１０の例では右隅だが、他の場所でもよい）に望遠画像ｉＴを重畳表示するようにしてもよい。

次に、図１１を参照して画像及び距離情報の取得・表示のさらに他の例を説明する。この例は、距離情報に加え被写体（目標）に関する情報を考慮して画像表示の切り替え等を行う場合の例である。

本実施の形態のようにカメラ１００をハンティングに用いる場合、目標となる動物の種類によって使う弾の種類が異なり、従って弾の到達距離（使用可能な距離）も異なってくる。そこでそのような条件に応じて画像表示の切り替えをするようにしたのが図１１に示す態様である。

処理を開始すると、まず動物（目標）の種類やこれに応じた弾の種類等の被写体（目標）に関する情報、及びカメラ１００周辺の自然環境の情報を入力する（Ｓ２００）。被写体に関する情報の入力は操作部１８０の操作により、あらかじめ設定された種類の中から選択することにより行うことができる。また、「カメラ１００周辺の自然環境の情報」とは、カメラ１００が存在する地点周辺（被写体が存在する地点を含んでいてよい）の風向、風速、気温、湿度等を指し、カメラ１００に搭載したＧＰＳ情報取得部１９２及び無線通信部１９４により取得することができるが、別途測定した値を操作部１８０の操作により入力するようにしてもよい。自然環境の情報を入力するのは、ハンティングに用いる弾の弾道がそのような条件によって変化するからである。なお天候や通信状況等により自然環境の情報が入手できない場合は、被写体に関する情報だけを入力するようにしてもよい。また、入力した情報を液晶モニタ１６０に表示するようにしてもよい。

これらの情報が入力されると撮影を開始して広角画像ｉＷ及び望遠画像ｉＴを取得し、液晶モニタ１６０に広角画像ｉＷを表示する（Ｓ２１０）。また、レーザー光を投射し、目標までの距離を測定する（Ｓ２２０）。そして、投射したレーザー光の反射光が望遠画像ｉＴに含まれているか否かを判断する（Ｓ２２２）。反射光が望遠画像ｉＴに含まれている場合（Ｓ２２２でＹｅｓ）は、上述した図９のＳ１２２と同様に目標までの距離が所定の距離内であるか否かを判断し（Ｓ２３０）、所定の距離内である場合（Ｓ２３０でＹｅｓ）はＳ２４０へ進んで弾の使用可能範囲の距離内であるか否かを判断する。判断が肯定されると（Ｓ２４０でＹｅｓ）液晶モニタ１６０の表示を図８（ｂ）のような望遠画像ｉＴ（距離情報を重畳表示してもよい）に切り替え、望遠画像ｉＴを記録部１９０に記録する。

このように被写体（目標）や弾の種類等の被写体に関する情報、及び自然環境の情報を考慮することで、観察や測距をより適切に行うことができ、確実なハンティングに資することとなる。

次に、取得した画像を電子ズームする態様について説明する。被写体（目標）の距離によっては、図１２（ａ）のように望遠画像ｉＴ２でも被写体Ｑが小さいことがあるが、この場合望遠画像ｉＴ２を電子ズームして図１２（ｂ）のようにズーム後の望遠画像ｉＴ３を表示することで、観察をより適切に行うことができる。なお図１２（ａ）中点線Ｚはズーム範囲を示すが、このようなズーム範囲は被写体の大きさや距離（図１２（ａ），（ｂ）中情報Ｍ２として表示）に応じて適宜設定してよい。

以上説明したように本実施の形態に係るカメラ１００では、光軸が同一の中央光学系１３及び環状光学系１４（反射光学系）により構成される撮像部１１、及び指向性センサ１７により、光軸の調整や画像取得の同期等なしに、広角画像ｉＷ及び望遠画像ｉＴを迅速かつ容易に取得でき、画像間で視差が生じることもない。また、反射光学系の採用により装置全体をコンパクトにできる。さらに、撮像部１１０の光軸Ｌ１と測距部１２０の光軸Ｌ２とが平行であるため、撮像と測距の対象のずれが少なく、望遠画像ｉＴ中の被写体（測距対象）の測距を正確に行うことができる。

なお上記実施形態では本発明の撮像装置をハンティング用のカメラ１００として用いる場合について説明したが、本発明の撮像装置の実施形態はこれに限定されるものではなく、ゴルフ等のスポーツで目標（グリーン上のピンやバンカー・樹木等の障害物）を観察しつつ測距を行う場合や、建設現場で目標（建物・樹木・岩石等）を観察しつつ測距を行う場合にも適用することができる。

＜撮像部及び測距部の他の実施形態＞
次に、撮像部及び測距部の他の実施形態について説明する。上述した実施形態では撮像部１１０の光軸Ｌ１と測距部１２０のレーザー光投射方向Ｌ２とが平行である場合について説明したが、本発明において光軸の関係は「平行」（Ｌ１とＬ２との距離が０でない場合）に限られず、「同一」（Ｌ１とＬ２とが平行で、かつ距離が０の場合）でもよい。図１３は、撮像部の光軸とレーザー光投射方向Ｌ２とが同一である場合の実施形態を示す図である。なお図１３は撮像部及び測距部の一部の要素のみ示したものであり、他の要素は図示を省略している。また図１３中、図２と同じ要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。

図１３に示す実施形態では、測距部１２０Ａの投光部１２２から投射されたレーザー光がハーフミラー１２３を透過し、ハーフミラー１２４Ａで反射されてＬ１方向に投射される。被写体で反射されたレーザー光はハーフミラー１２４Ａ及びハーフミラー１２３で反射されて、受光部１２６で受光される。

ここでハーフミラー１２４Ａは、図示せぬ駆動機構により光軸上の点を中心として図１３の矢印方向に回転可能であり、測距を行わないときは点線位置（図１３中１２４Ｂで示す）に退避可能になっている。なお回転可能なハーフミラー１２４Ａに代えて、位置を固定したハーフミラー等のビームスプリッタを用いてもよい。

図２に示す実施形態のように像部１１０の光軸Ｌ１と測距部１２０のレーザー光投射方向Ｌ２との距離が０でない場合、被写体（測距対象）までの距離やその大きさによっては画像の中心と測距位置とがずれてしまう場合があるが、撮像部及び測距部を図１３のように構成することで、被写体（測距対象）までの距離やその大きさによらず正確な測距が可能となる。

また、測距部において、三角測距方式を利用して測距を行うようにしてもよい。この場合、対象物からの反射光を一次元状で受光位置が特定できるＰＳＤ（Position Sensitive Detector）センサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサ上に集光させ、受光素子上の結像位置が対象物までの距離に応じて変化することを利用して距離を算出することができる。

＜指向性センサの他の実施形態＞
図１２は、指向性センサの他の実施形態を示す側面図である。

この指向性センサ１１７は、瞳分割手段としてのマイクロレンズアレイ１１８及び遮光マスクとして機能する遮光部材１２０と、遮光部材１２０により受光セル１１６ａ、１１６ｂの一部が遮光されたイメージセンサ１１６とから構成されている。尚、遮光部材１２０により一部が遮光された受光セル１１６ａと受光セル１１６ｂとは、イメージセンサ１１６の左右方向及び上下方向に交互（チェッカーフラグ状）に設けられている。

マイクロレンズアレイ１１８は、イメージセンサ１１６の受光セル１１６ａ、１１６ｂと一対一に対応するマイクロレンズ１１８ａを有している。

遮光部材１２０は、イメージセンサ１１６の受光セル１１６ａ、１１６ｂの開口を規制するものであり、図３に示した撮影光学系１２の中央光学系１３及び環状光学系１４に対応する開口形状を有している。尚、マイクロレンズアレイ１１８の各レンズの下方には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルタが配設されている。

受光セル１１６ａは、遮光部材１２０の遮光部１２０ａによりその開口の周辺部が遮光され、一方、受光セル１１６ｂは、遮光部材１２０の遮光部１２０ｂによりその開口の中心部が遮光されている。これにより、撮影光学系１２の中央光学系１３を通過した光束は、マイクロレンズアレイ１１８及び遮光部材１２０の遮光部１２０ａにより瞳分割されて受光セル１１６ａに入射し、一方、撮影光学系１２の環状光学系１４を通過した光束は、マイクロレンズアレイ１１８及び遮光部材１２０の遮光部１２０ｂにより瞳分割されて受光セル１１６ｂに入射する。

これにより、イメージセンサ１１６の各受光セル１１６ａから広角画像の画素信号を読み出すことができ、イメージセンサ１１６の各受光セル１１６ｂから望遠画像の画素信号を読み出すことができる。

＜撮像部の他の実施形態＞
次に、本発明に係る撮像装置に適用される撮像部の他の実施形態について説明する。

図１３は、カメラ１００に適用可能な撮像部の他の実施形態を示す断面図である。

この撮像部は、撮影光学系１１２と、指向性センサ１７とから構成されている。尚、指向性センサ１７は、図４及び図５に示したものと同一であるため、以下、撮影光学系１１２について説明する。

この撮影光学系１１２は、それぞれ同一の光軸上に配置された中央部の中央光学系１１３とその周辺部の環状光学系１１４とから構成されている。

中央光学系１１３は、第１レンズ１１３ａ、第２レンズ１１３ｂ、及び共通レンズ１１５から構成された望遠光学系であり、画角αを有している。

環状光学系１１４は、レンズ１１４ａ及び共通レンズ１１５から構成された広角光学系であり、画角β（β＞α）を有し、中央光学系１１３よりも広角である。

この撮影光学系１１２は、図３に示した撮影光学系１２と比較すると、反射ミラーを使用しておらず、また、中央光学系１１３が望遠光学系であり、環状光学系１１４が広角光学系である点で相違する。

［その他］
本実施形態の撮影光学系は、第１の光学系の周辺部に設けられた第２の光学系を環状光学系としたが、これに限らず、光軸を中心とした同心円上に配設した複数の光学系により構成されたものでもよい。

また、図３に示した撮影光学系１２の反射ミラー型のレンズ構成のうちの反射ミラーは、凹面鏡や凸面鏡に限らず、平面鏡でもよく、また、反射ミラーの枚数も２枚に限らず、３枚以上設けるようにしてもよい。

更に、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の精神を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。

１００…カメラ、１１０…撮像部、１２、１１２…撮影光学系、１３、１１３…中央光学系、１４、１１４…環状光学系、１６、１１８…マイクロレンズアレイ、１６ａ、１１８ａ…マイクロレンズ、１７、１１７…指向性センサ、１８、１１６…イメージセンサ、１８ａ、１１６ａ、１１６ｂ…受光セル、１３０…画像取得部、１４０…デジタル信号処理部、１５０…表示制御部、１６０…液晶モニタ、１７０…接眼部、１８０…操作部、１９０…記録部、Ｌ１、Ｌ２…光軸

Claims (10)

1. それぞれ同一の光軸上に配置された中央部の中央光学系とその周辺部の環状光学系とからなる撮影光学系であって撮影倍率が互いに異なる撮影光学系と、
   ２次元状に配列された光電変換素子により構成された複数の画素を有する指向性センサであって、前記中央光学系及び前記環状光学系を介して入射する光束をそれぞれ瞳分割して選択的に受光する複数の画素を含む指向性センサと、
   前記中央光学系を介して受光した第１画像を示す画像信号と前記環状光学系を介して受光した第２画像を示す画像信号とを前記指向性センサから取得する画像読み出し部と、
   レーザー光を用いて前記第２画像中の被写体までの距離を測定する測距部であって、前記レーザー光の投射方向が前記撮影光学系の光軸と平行である測距部と、
   前記第１画像、前記第２画像、及び前記測定した距離を示す情報のうち少なくとも１つを表示する表示部と、
   を備える撮像装置。
2. 前記表示部は、前記測距部による距離の測定結果に基づいて前記第１画像、前記第２画像、及び前記測定した距離を示す情報を表示する、請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記投射したレーザー光の反射光が前記第２画像に含まれているか否かを判断するレーザー光判断部をさらに備え、
   前記表示部は、前記判断の結果前記反射光が前記第２画像に含まれていない場合は前記第１画像を表示し、前記反射光が前記第２画像に含まれている場合は前記第２画像及び前記距離を示す情報を表示する、
   請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記表示部は、
   前記距離の測定中、及び前記距離を測定できない場合は前記第１画像を表示し、
   前記距離が測定できた場合は前記第２画像及び前記距離を示す情報を表示する、
   請求項１に記載の撮像装置。
5. 前記表示部は、前記測定した距離がしきい値未満である場合は前記第１画像を表示し、前記測定した距離がしきい値以上である場合は前記第２画像を表示する、請求項１に記載の撮像装置。
6. 目標被写体の情報及び前記撮像装置周辺の自然環境の情報のうち少なくとも一方を入力する入力部をさらに備え、
   前記表示部は、前記入力部が入力した情報及び前記測定した距離の値に応じて前記第１画像及び前記第２画像を表示する、請求項１から５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 前記第２画像を電子ズームするズーム部をさらに備え、
   前記ズーム部は前記測定した距離の値に応じた倍率で前記第２画像をズームし、
   前記表示部は前記ズーム後の画像を表示する、請求項１から６のいずれか１項に記載の撮像装置。
8. 前記目標被写体の情報は目標被写体の種類及び当該目標被写体の種類に応じて設定される距離を含む、請求項１から７のいずれか１項に記載の撮像装置。
9. 前記レーザー光の投射方向は前記撮影光学系の光軸と同一である、請求項１から８のいずれか１項に記載の撮像装置。
10. 前記環状光学系は光束を２回以上反射させる反射光学系を有する、請求項１から９のいずれか１項に記載の撮像装置。

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