JP5507761B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は撮像装置に係り、特に多様な画像を同時に取得可能な撮像装置に関する。

特許文献１には、受光面の前面に左半分が半円状に開口された遮光マスク及びマイクロレンズが形成された画素と、受光面の前面に右半分が半円状に開口された遮光マスク及びマイクロレンズが形成された画素とからなる１対の焦点検出画素を含む瞳分割型位相差検出方式の焦点検出光学系が記載されている。

図１３に示すように、撮影レンズ１００を通過した光束は、マイクロレンズＭにより撮像素子１６０の各セルの受光面に結像される。撮像素子１６０の受光セル１６０ａの受光面上に形成された遮光部材１６１ａが撮影レンズ１００の中央領域１００ａを通過した光束を遮光するため、受光セル１６０ａには撮影レンズ１００の周縁領域１００ｂを通過した光束のみが結像される。また、撮像素子１６０の受光セル１６０ｂの受光面上に形成された遮光部材１６１ｂが撮影レンズ１００の周縁領域１００ｂを通過した光束を遮光するため、受光セル１６０ｂには撮影レンズ１００の中央領域１００ａを通過した光束のみが結像される。

特開２０１０−２１０９０３号公報

瞳分割により異なる画像を結像する技術は、焦点検出のみでなく、単眼立体撮像装置にも用いられる。単眼立体撮像装置においては、撮像レンズを通過した光を瞳分割し、撮影レンズの異なる領域を通過した被写体像をそれぞれ撮像素子に結像させ、複数枚の画像を同時に取得することが行われている。

特許文献１に記載の技術および単眼立体撮像装置では、マイクロレンズの焦点距離制御（結像能力や焦点距離）を高い精度で行う必要がある。しかしながら、撮像素子が微細になると正確なレンズ形状のマイクロレンズを製造することが難しい。その結果、マイクロレンズの焦点距離制御の精度が悪くなり、マイクロレンズの指向特性が低下して正確に瞳分割できなくなる。したがって、単眼立体撮像装置により撮像される立体画像の画質が低下する。また、焦点検出を行う場合には、焦点の検出精度が低下する。

また、特許文献１に記載の技術および単眼立体撮像装置では、受光面の前面に遮光マスクを形成するため、撮像素子の製造の難度が高くなる。さらに、受光面の前面に遮光マスクを形成するため、遮光部の形状、位置の設計変更や、多様な位置や形状の遮光部を有する製品の供給要求への対応が難しい。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、簡単な構成で精度の良い瞳分割が可能であり、かつ、製品の種類に応じた設計変更に柔軟に対応することが可能な撮像装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の一態様に係る撮像装置は、撮影光学系と、複数の受光素子が２次元配列された撮像素子と、撮影光学系と撮像素子との間に配設され、撮影光学系の所定の領域を通過した光束のみを複数の受光素子のうちの一部の受光素子である第１の受光素子に入射させる遮光部材と、第１の受光素子の撮像信号から被写体の画像を生成する画像生成手段とを備え、遮光部材は、第１の受光素子に対応して形成された第１の遮光物であって、所定の領域以外を通過した光束を遮光するように形成された第１の遮光物が形成された板状部材である。

上記の態様によれば、撮影光学系の所定の領域を通過した光束を遮光するように形成された第１の遮光物が形成された板状部材である遮光部材が撮影光学系と前記撮像素子との間に配設され、第１の遮光物が所定の領域以外を通過した光束を遮光して所定の領域を通過した光束のみが第１の受光素子に入射され、第１の受光素子の撮像信号から被写体の画像が生成される。これにより、簡単な構成で精度の良い瞳分割が可能となる。また、上記の態様によれば、撮像装置の製品の種類に応じた設計変更に柔軟に対応することが可能となる。

遮光部材は、表面に前記第１の遮光物がエッチングにより形成された透明なガラス板であってもよい。これにより、遮光部材に小さい遮光物を正確に形成することができる。

遮光部材は、前記撮像素子から所定の距離だけ離れた位置に固定されてもよい。これにより、遮光物が撮影レンズの所定の領域を通過した光束全てを遮光することができる。

遮光部材は、光軸方向に移動可能に配設されてもよい。また、遮光部材は、光軸と直交する面に沿って平行移動可能に配設されてもよい。これにより、遮光部材を取り外すことなく、遮光部材の効果を無くすことができる。そのため、簡単な構成で遮光部材のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることができる。

撮影光学系は、第１の特性を有する第１の領域と、第１の特性とは異なる第２の特性を有する第２の領域であって、第１の領域より面積の広い第２の領域とを含んでいてもよい。この場合、第１の受光素子には、遮光部材により第１の領域を通過した光束のみが入射され、第１の受光素子以外の受光素子である第２の受光素子には、第１の領域及び第２の領域を通過した光束が入射される。また、画像生成手段は、第２の受光素子の撮像信号から被写体の画像を生成し、第２の受光素子の撮像信号から被写体の画像を生成する場合に、ボケ補正処理、コントラスト補正処理、及び欠落画素を埋める補間処理の少なくとも１つを行う画像処理部を備える。

これにより、第１の領域及び第２の領域を通過した光束が入射するため、第２の受光素子から得られる画像データに発生するボケやコントラスト低下を防止することができる。また、第１の受光素子による欠落画素を保管することができる。

撮影光学系は、第１の特性を有する第１の領域と、第１の特性とは異なる第２の特性を有する第２の領域であって、第１の領域より面積の広い第２の領域とを含んでいてもよい。遮光部材は、第１の受光素子以外の受光素子である第２の受光素子に対応して形成された第２の遮光物であって、第２の領域を通過した光束のみが通過するように形成された第２の遮光物が形成されていてもよい。画像生成手段は、第２の受光素子の撮像信号から被写体の画像を生成するようにしてもよい。

これにより、第１の受光素子には第１の領域を通過した光束が入射され、第２の受光素子には第２の領域を通過した光束が入射される。したがって、ボケ補正やコントラスト補正等の画像処理を無くすことができる。

撮影光学系の第１の領域の占める割合と、複数の受光素子の第１の受光素子の占める割合とが略同一となるように遮光部が形成されるようにしてもよい。これにより、主画像の画質劣化を防止することができる。

撮影光学系は、中心に配置された平面形状が円形の領域と、円形の領域の外縁に配置された環状の領域とを含んでおり、円形の領域が第２の領域であり、環状の領域が第１の領域であってもよい。これにより、第１の領域を通過した光束から得られる画像の画質を良くすることができる。

撮影光学系は、第１の特性として第１の焦点距離を有する第１の領域と、第２の特性として第１の焦点距離よりも長い焦点距離を有する第２の領域とからなる多焦点レンズであってもよい。これにより、遠距離画像と近距離画像等の被写体の距離が異なる画像を得ることができる。

本発明によれば、簡単な構成で精度の良い瞳分割が可能であり、かつ、製品の種類に応じた設計変更に柔軟に対応することが可能な撮像装置を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置の内部構成を示すブロック図 本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置の撮影レンズ、遮光部材及び撮像素子を模式的に示す図 撮影レンズの形状を示す平面図 撮像素子のフォトセンサの配列を示す平面図 遮光部材と撮像素子とを模式的に示す図 遮光部材の取り付け方を示す図 撮像装置の変形例を示す図 撮像装置の変形例を示す図 本発明の第２の実施の形態に係る撮像装置の内部構成を示すブロック図 本発明の第２の実施の形態に係る撮像装置の撮影レンズ、遮光部材及び撮像素子を模式的に示す図 本発明の第２の実施の形態に係る撮像装置の撮影レンズ、遮光部材及び撮像素子を模式的に示す図 本発明の第３の実施の形態に係る撮像装置の内部構成を示すブロック図 本発明の第３の実施の形態に係る撮像装置の撮影レンズ、遮光部材及び撮像素子を模式的に示す図 本発明の第３の実施の形態に係る撮像装置の撮影レンズ、遮光部材及び撮像素子を模式的に示す図 従来例を模式的に示す図。

以下、添付図面に従って本発明に係る撮像装置を実施するための形態について詳細に説明する。

＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置の内部構成を示すブロック図である。

この撮像装置１は、撮像した画像をメモリカード５４に記録するものである。撮像装置１の全体の動作は、中央処理装置（ＣＰＵ（Central Processing Unit））４０によって統括制御される。

撮像装置１には、シャッタボタン、モードダイヤル、再生ボタン、ＭＥＮＵ／ＯＫキー、十字キーおよびＢＡＣＫキーを含む操作部３８が設けられている。この操作部３８からの信号はＣＰＵ４０に入力され、ＣＰＵ４０は入力信号に基づいて撮像装置１の各回路を制御する。これにより、例えば、レンズ駆動制御、絞り駆動制御、撮影動作制御、画像処理制御、画像データの記録／再生制御、立体表示用の液晶モニタ（ＬＣＤ）３０の表示制御などが行われる。

シャッタボタンは、撮影開始の指示を入力する操作ボタンであり、半押し時にＯＮするＳ１スイッチと、全押し時にＯＮするＳ２スイッチとを有する２段ストローク式のスイッチである。モードダイヤルは、静止画を撮影するオート撮影モード、マニュアル撮影モード、人物、風景、夜景等のシーンポジション、及び動画を撮影する動画モードのいずれかを選択する選択手段である。

再生ボタンは、撮像装置１の動作モードを、撮影記録した静止画又は動画を液晶モニタ３０に表示させる再生モードに切り替えるためのボタンである。ＭＥＮＵ／ＯＫキーは、液晶モニタ３０の画面上にメニューを表示させる指令を行うためのメニューボタンとしての機能と、選択内容の確定及び実行などを指令するＯＫボタンとしての機能とを兼備した操作キーである。十字キーは、上下左右の４方向の指示を入力する操作部であり、メニュー画面から項目を選択したり、各メニューから各種設定項目の選択を指示したりする操作部（カーソル移動操作手段）である。また、十字キーの上／下キーは撮影時のズームスイッチあるいは再生モード時の再生ズームスイッチとして機能する。左／右キーは再生モード時のコマ送り（順方向／逆方向送り）ボタンとして機能する。ＢＡＣＫキーは、選択項目など所望の対象の消去や指示内容の取消し、あるいは１つ前の操作状態に戻らせるときなどに使用される。

撮影モード時において、被写体光は、撮影光学系（撮影レンズ）１０、絞り（図示せず）及び遮光部材１２を介してＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型の撮像素子１６の受光面に結像される。

撮影レンズ１０は、ＣＰＵ４０によって制御されるレンズ駆動部３６によって駆動される。これにより、フォーカス制御、ズーム制御等が行われる。

レンズ駆動部３６は、ＣＰＵ４０からの指令に従い、フォーカスレンズを光軸方向に移動させて、焦点調整を行う。また、レンズ駆動部３６は、ＣＰＵ４０からの指令に従い、ズームレンズを光軸方向に進退動作させ、焦点距離を変更させる。

絞りは、例えば、５枚の絞り羽根を含んでいる。ＣＰＵ４０は、例えば、絞り値Ｆ２．８〜Ｆ１１まで１ＡＶ刻みの５段階で絞りの制御を行う。

撮像素子１６の受光面には、多数のフォトセンサ（受光素子）が２次元配列されている（図４参照）。各フォトセンサ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。

撮像素子１６の前側、すなわち撮影レンズ１０と撮像素子１６の間には、撮像素子１６の受光面と平行に、すなわち光軸と直交する面と平行に遮光部材１２が配設される。

図２は、本実施の形態における撮影レンズ１０、遮光部材１２及び撮像素子１６の位置関係を示す図である。なお、撮影レンズ１０は、複数枚のレンズにより構成されるが、図２においては模式的に１枚のレンズで示している。また、図２においては、簡単のため、撮像素子１６として２個のフォトセンサが図示され、遮光部材１２も２個のフォトセンサに対応した大きさで図示されているが、実際には、被写体を撮影可能な任意の数や大きさのフォトセンサおよび遮光部材１２が設けられる。

撮影レンズ１０は、短い焦点距離で収束し、マクロ撮影が可能な領域（以下、近焦点領域という）と、近焦点領域より長い焦点距離で収束し、風景等の撮影が可能な領域（以下、遠焦点領域という）を有する２焦点レンズである。撮影レンズ１０は、図３に示すように、正面から見た形状（以下、平面形状という）が円形の領域と、その周縁の環状の領域とを含んでいる。中央の円形の領域が遠焦点領域１０ａであり、環状の領域が近焦点領域１０ｂである。撮影レンズ１０は、近焦点領域１０ｂに比べて遠焦点領域１０ａが広くなるように形成される。

撮影レンズ１０の遠焦点領域１０ａ、近焦点領域１０ｂを通過した光束は、撮像素子１６の各フォトセンサに入射する。撮像素子１６は、遠焦点領域１０ａ及び近焦点領域１０ｂを通過した光束、すなわち撮影レンズ１０の射出瞳全てを通過した光束が入射する遠画像用受光セル１６ａと、近焦点領域１０ｂを通過した光束のみが入射する近画像用受光セル１６ｂとを有する。近画像用受光セル１６ｂは、図４に示すように、９画素（３×３）に１画素の割合で配置されている。これは、撮像素子１６の全フォトセンサ（遠画像用受光セル１６ａと近画像用受光セル１６ｂとの合計）のうちの近画像用受光セル１６ｂの占める割合が、撮影レンズ１０の射出瞳（遠焦点領域１０ａと近焦点領域１０ｂとの合計）のうちの近焦点領域１０ｂの占める割合と略同じとなるように近画像用受光セル１６ｂが配置された結果である。本実施の形態では、遠画像用受光セル１６ａから得られる画像が主画像（画像データＡ）であり、近画像用受光セル１６ｂから得られる画像が副画像（画像データＢ）である。なお、撮影レンズ１０における射出瞳全体と遠焦点領域１０ａの面積比にあわせて遠画像用受光セル１６ａを多くすることで主画像の画質劣化を防止することができる。

遮光部材１２の材料としては、厚さが１０μｍ〜１００μｍ程度の透明なガラス板が用いられる。遮光部材１２としては、撮像素子１６のカバーガラスを用いることも可能である。遮光部材１２はガラスに限らず、透明なフィルムを板状の枠に張設したものを用いることもできる。

図５に示すように、遮光部材１２には、遮光物１２ａが近画像用受光セル１６ｂに対応するように、すなわち近画像用受光セル１６ｂの前面に位置するように設けられる。遮光物１２ａは、遮光部材１２の表面にエッチング等により形成された黒色の（光を透過しない）領域であり、直径は５μｍ程度である。この５μｍとは、撮像素子１６の各フォトダイセンサの直径と略同一の大きさとなるように決定された値である。本実施の形態では、近画像用受光セル１６ｂが９画素（３×３）に１画素の割合で配置されるため、遮光物１２ａと遮光物１２ａとの間隔は１５μｍ程度である。エッチングにより遮光物１２ａを形成することで、５μｍ程度の小さい遮光物１２ａを細かい間隔で正確に形成することができる。

遮光物１２ａが近画像用受光セル１６ｂに対応して設けられているため、図２に示すように、影絵の原理により、遮光物１２ａが遠焦点領域１０ａを通過した光束を遮光し、近焦点領域１０ｂを通過した光束のみが近画像用受光セル１６ｂに入射する。このような構成とすることで、マイクロレンズを用いることなく、撮影レンズ系の所望の領域を通過した光束のみをフォトセンサに受光させることができる。

遮光物１２ａが遠焦点領域１０ａを通過した光束全てを遮光するためには、撮像素子１６と遮光部材１２（遮光物１２ａ）との光軸方向の距離が重要となる。図６に示すように、撮像素子１６を囲むようにフランジ１７が配設され、遮光部材１２はフランジ１７の端面に当接するように配設される。撮像素子１６及びフランジ１７は、背面がそれぞれカメラボディ内の同一の面２０に固定されている。このため、遮光部材１２をフランジ１７の端面に当接させることで、遮光部材１２が正確に位置決めされる。したがって、フランジ１７の高さを適切な値とすることにより、撮像素子１６と遮光部材１２との光軸方向の距離を適切な距離に保つことができる。撮像素子１６と遮光部材１２との間の空間は、空気で満たしても良いし、光学媒体（例えば、透明な液体、接着剤等）で満たしても良い。

なお、図５においては、撮像素子１６の中に１２個のフォトセンサが図示され、遮光部材１２の中に４個の遮光物１２ａが図示されているが、これらの光学要素の数はこれに限定されるものではない。また、図６においても、撮像素子１６のフォトセンサの数や遮光部１２の遮光物１２ａの数も図示されている数に限定されるものではない。

撮像素子１６に入射した入射光は、その光量に応じた電荷に変換され、フォトセンサそのものもしくは付設されたキャパシタに蓄えられる。撮像素子１６に蓄積された電荷は、センサ制御部３２からの駆動信号に従って、電荷量に応じた電圧信号として読み出されて、当該画素位置に関する情報とともに保持される。上記画素ごとの電圧信号は、例えば、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、読み出し対象の画素位置の選択情報とともに読み出される。

撮像素子１６から読み出された電圧信号には、相関２重サンプリング処理（撮像素子の出力信号に含まれるノイズ（特に熱雑音）等を軽減するための処理）が施される。具体的には、撮像素子１６の１画素毎の出力信号に含まれるフィードスルー成分レベル（信号レベルがゼロのゼロレベル期間の信号）と画素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各画素毎のＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）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２１に加えられる。Ａ／Ｄ変換器２１は、順次入力されるアナログの電圧信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ信号）をデジタルのＲ、Ｇ、Ｂ信号に変換して画像入力コントローラ２２に出力する。

デジタル信号処理部２４は、画像入力コントローラ２２を介して入力するデジタルの画像信号に対して、オフセット処理、ホワイトバランス補正及び感度補正を含むゲイン・コントロール処理、ガンマ補正処理、ＹＣ処理（Ｒ，Ｇ，Ｂの色信号を輝度信号および色差信号に変換する処理）等の所定の信号処理を行う。

デジタル信号処理部２４で処理された画像データは、ＶＲＡＭ（Video Random Access Memory）５０に入力される。ＶＲＡＭ５０から読み出された画像データはビデオ・エンコーダ２８においてエンコーディングされ、立体表示用の液晶モニタ３０に出力される。これにより、３Ｄの被写体像が液晶モニタ３０の表示画面上に表示される。

操作部３８のシャッタボタンの第１段階の押下（半押し）があると、ＣＰＵ４０は、自動焦点調整（ＡＦ）動作及び自動露出制御（ＡＥ）動作を開始させ、レンズ駆動部３６を介して撮影レンズ１０内のフォーカスレンズが合焦位置にくるように制御する。また、シャッタボタンの半押し時にＡ／Ｄ変換器２１から出力される画像データは、ＡＥ検出部４４に取り込まれる。

ＡＥ検出部４４では、画面全体のＧ信号を積算し、又は画面中央部と周辺部とで異なる重みづけをしたＧ信号を積算し、その積算値をＣＰＵ４０に出力する。ＣＰＵ４０は、ＡＥ検出部４４から入力する積算値より被写体の明るさ（撮影Ｅｖ値）を算出する。ＣＰＵ４０は、この撮影Ｅｖ値に基づいて絞りの絞り値及び撮像素子１６の電子シャッタ（シャッタスピード）を所定のプログラム線図に従って決定する。そして、ＣＰＵ４０は、決定した絞り値に基づいて絞り駆動部（不図示）を介して絞りを制御し、決定したシャッタスピードに基づいてセンサ制御部３２を介して撮像素子１６での電荷蓄積時間を制御する。

ＡＦ処理部４２は、コントラストＡＦ処理又は位相ＡＦ処理を行う。コントラストＡＦ処理を行う場合には、上記画像データのうちの所定のフォーカス領域内の画像データの高周波成分を抽出し、この高周波成分を積分することにより合焦状態を示すＡＦ評価値を算出する。このＡＦ評価値が極大となるように撮影レンズ１０内のフォーカスレンズを制御することによりＡＦ制御が行われる。また、位相差ＡＦ処理を行う場合には、上記画像データのうちの所定のフォーカス領域内の主画素（遠画像用受光セル１６ａ）に対応する画像データ（画像データＡ）と、副画素（近画像用受光セル１６ｂ）に対応する画像データ（画像データＢ）の位相差を検出し、この位相差を示す情報に基づいてデフォーカス量を求める。このデフォーカス量が０になるように撮影レンズ１０内のフォーカスレンズを制御することによりＡＦ制御が行われる。

ＡＥ動作及びＡＦ動作が終了し、シャッタボタンの第２段階の押下（全押し）があると、その押下に応答してＡ／Ｄ変換器２１から出力される画像データが画像入力コントローラ２２からメモリ（ＳＤＲＡＭ（Synchronous Dynamic Random Access Memory））４８に入力され、一時的に記憶される。本実施の形態では、撮影者の指示により又はＣＰＵ４０が自動で、遠画像用受光セル１６ａから読み出された画像データＡ、近画像用受光セル１６ｂから読み出された画像データＢのいずれか、又は遠画像用受光セル１６ａから読み出された画像データＡ及び近画像用受光セル１６ｂから読み出された画像データＢの両方を取得することができる。

メモリ４８に一時的に記憶された画像データは、デジタル信号処理部２４により適宜読み出され、ここで画像データの輝度データ及び色差データの生成処理（ＹＣ処理）を含む所定の信号処理が行われる。ＹＣ処理された画像データ（ＹＣデータ）は、再びメモリ４８に記憶される。

続いて、ＹＣデータは、メモリ４８から画像処理部２５に読み出される。画像処理部２５は、遠画像用受光セル１６ａから読み出された画像データＡ及び近画像用受光セル１６ｂから読み出された画像データＢに対して画像処理を行う。そして、画像処理部２５は、遠画像用受光セル１６ａから読み出された画像データＡから遠距離画像を生成し、近画像用受光セル１６ｂから読み出された画像データＢからマクロ画像を生成する。以下、画像処理部２５で行う処理について説明する。

遠画像用受光セル１６ａに入射する被写体光が遠焦点領域１０ａを通過した光束のみであれば、被写体像は点像となる。しかしながら、本実施形態では、遠画像用受光セル１６ａには遠焦点領域１０ａ及び近焦点領域１０ｂを通過した光束が入射する。このため、近焦点領域１０ｂを通過した被写体光がボケ成分となりボケた画像（大きな点像）となってしまう。したがって、遠画像用受光セル１６ａから読み出された画像データＡに対してボケ補正処理を行い、近焦点領域１０ｂを通過したマクロ画像の成分が混入したことによるボケを補正する。ボケ補正処理としては、例えば、復元フィルタによるフィルタリング処理等の様々な方法を適用することができる。

また、遠画像用受光セル１６ａに入射する被写体光が遠焦点領域１０ａを通過した光束のみであれば、被写体像のコントラストがはっきりする。しかしながら、本実施形態では、遠画像用受光セル１６ａには遠焦点領域１０ａ及び近焦点領域１０ｂを通過した光束が入射する。このため、近焦点領域１０ｂを通過した被写体光により画像中の明暗差が目立たなくなり、コントラストを低下し得る。したがって、遠画像用受光セル１６ａから読み出された画像データＡに対してコントラスト補正処理を行い、近焦点領域１０ｂを通過したマクロ画像の成分が混入したことによるコントラスト劣化を補正する。コントラスト補正処理としては、明るい部分と暗い部分の差を強調する処理（例えば、ＲＧＢ信号を輝度／色差信号（ＹＣｒＣｂ信号）に変換して明暗差の情報を得た上で、このＹ信号の値を一定の比率で拡大することで、Ｙ信号の分布すなわち明度差を拡大する処理等）の様々な方法を用いることができる。また、コントラスト劣化を補正する方法としては、輪郭強調処理（例えば、特開２０１１−１２４７１２号公報参照）を用いてもよい。

さらに、撮像素子１６には近画像用受光セル１６ｂが９画素（３×３）に１画素の割合で含まれる（図４参照）ため、遠画像用受光セル１６ａから読み出された画像データＢから生成した遠距離画像には、近画像用受光セル１６ｂが存在する画素位置に対応するデータが含まれていない。したがって、近画像用受光セル１６ｂの存在による欠落画素については、周囲の遠画像用受光セル１６ａの画像データに基づいて補間処理を行い、欠落画素の画素位置に対応する画像データを生成する（自己補間処理）。補間処理については公知であるため、説明を省略する。なお、補間に用いる列数や重みづけの態様は適宜選択可能である。

これらの遠画像用受光セル１６ａから読み出された画像データに対する処理は、必ず全ての処理を行わなければならないものではない。全ての処理を行ってもよいし、任意の処理のみを行うようにしてもよい。

近画像用受光セル１６ｂには、遮光物１２ａによって一部が遮光された光束（好ましくは、近焦点領域１０ｂを通過した光束のみ）が入射する。このため、近画像用受光セル１６ｂから読み出された画像データＢに対しては、ボケ補正処理及びコントラスト補正処理を実施することは必須ではない。

近焦点領域１０ｂの大きさは遠焦点領域１０ａの大きさに比べて十分に小さく、近画像用受光セル１６ｂは、遠画像用受光セル１６ａと比較して数が少ない（本実施形態では、９画素（３×３）に１画素の割合）。このため、近画像用受光セル１６ｂから得られた画像データＢから作成したマクロ画像は暗くなる。したがって、近画像用受光セル１６ｂから読み出された画像データＢの明るさを明るくする処理を行う。ただし、この処理は必須ではない。

このように画像処理部２５で画像処理が行われた遠距離画像及びマクロ画像は、それぞれ圧縮伸張処理部２６に出力され、ＪＰＥＧ（Joint Photographic Experts Group）等の所定の形式の圧縮データに圧縮する処理が実行される。

この圧縮データからマルチピクチャファイル（ＭＰファイル：複数の画像が連結された形式のファイル）を作成する場合には、上記圧縮データは、再びメモリ４８に一時記憶される。そして、メモリ４８に記憶された複数の圧縮データ（例えば、遠画像用受光セル１６ａから得られた遠距離画像、および近画像用受光セル１６ｂから得られたマクロ画像）を格納するためのＭＰファイルが生成される。生成されたＭＰファイルは、メディア・コントローラ５２を介してメモリカード５４に記録される。

なお、遠距離画像とマクロ画像とは、個別の画像ファイル（例えば、ＪＰＥＧ）に格納されるようにしてもよい。この場合、遠距離画像を格納する画像ファイルと、マクロ画像を格納する画像ファイルとは、相互に関連づけられて記録される。遠距離画像を格納する画像ファイルと、マクロ画像を格納する画像ファイルとの関連づけは、例えば、各画像ファイルのファイル名に共通の文字列を含める方法、画像ファイルの対応関係を示す情報を画像ファイルの付属情報（ヘッダ情報）または専用の管理ファイルに、画像ファイルの対応関係を記録する方法により行われる。

再生モード時には、メモリカード５４に記録された画像ファイルのうち操作部３８を介して選択された画像ファイルがメディア・コントローラ５２を介して読み出される。そして、読み出された画像ファイル中の圧縮データは、圧縮伸張処理部２６によって伸張されて、ビデオ・エンコーダ２８を介して液晶モニタ３０に出力される。これにより、画像データの再生表示が行われる。

本実施の形態によれば、撮像素子１６の前面に遮光部材１２を設けるという簡単な構成で、レンズ１０の所定の領域を通過した光束のみをフォトセンサに入射させることができる、すなわち撮像素子１６に入射する入射光の指向特性を制御することができる。また、マイクロレンズを使用する必要がないため、製造コストを下げることができる。また、遮光部材１２として撮像素子１６のカバーガラスを用いた場合には、部材を増やすことなく、撮像素子１６における指向特性制御を実現することができる。

また、遮光部材１２が撮像素子１６と別部材により作成される場合、遮光部材１２の取り外しが容易である。したがって、所望の指向特性が得られたかった場合においても、遮光部材１２の取り付け位置等の修正が容易であり、製造コストを下げることができる。また、様々な種類の製品を少量ずつ生産する場合や、設計変更を行う場合にもコスト増なく対応することができる。

また、本実施の形態によれば、遮光部材１２が撮像素子１６の外側に配置される場合、遮光部１２ａの端面等で光が回折することによるノイズが撮像素子１６に入射することを低減することができる。これにより、画質の劣化を低減することができる。

なお、本実施の形態では、近焦点領域１０ｂに比べて遠焦点領域１０ａが広くなるように形成された撮影レンズ１０を用いたが、遠焦点領域１０ａと近焦点領域１０ｂとの大きさの関係はこれに限られない。例えば、遠焦点領域１０ａに比べて近焦点領域１０ｂが広くなるように形成されてもよいし、遠焦点領域１０ａの面積と近焦点領域１０ｂの面積とが略同一であってもよい。

また、本実施の形態では、遠画像用受光セル１６ａには遠焦点領域１０ａ及び近焦点領域１０ｂを通過した光束を入射させ、近画像用受光セル１６ｂには近焦点領域１０ｂを通過した光束を入射させたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、遮光部１２ａの配置および形状を変更することにより、遠画像用受光セル１６ａに遠焦点領域１０ａを通過した光束のみを入射させるようにしてもよい。

図７は、遠画像用受光セル１６ａに遠焦点領域１０ａを通過した光束を入射させ、近画像用受光セル１６ｂには近焦点領域１０ｂを通過した光束を入射させる場合の撮影レンズ１０、遮光部材１２’及び撮像素子１６を模式的に示す図である。図２の実施形態と同一の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。なお、図７についても、図２と同様、各光学要素はこの形態に限定されるものではない。

撮像素子１６は、遠焦点領域１０ａを通過した光束が入射する遠画像用受光セル１６ａと、近焦点領域１０ｂを通過した光束のみが入射する近画像用受光セル１６ｂとを有する。

遮光部材１２’には、近画像用受光セル１６ｂに対応して遮光物１２ａが形成され、遠画像用受光セル１６ａに対応して遮光物１２ｂが形成される。遮光物１２ｂは、遮光部材１２’の表面にエッチング等により形成され、中央に円形の開口を有する直径は５μｍ程度のドーナツ状の黒色の（光を透過しない）領域である。

遮光部材１２’は、遮光物１２ａが近画像用受光セル１６ｂに対応し、遮光物１２ｂが遠画像用受光セル１６ａに対応するように配置される。すなわち、近画像用受光セル１６ｂの前面に遮光物１２ａが位置し、遮光物１２ｂの前面に遠画像用受光セル１６ａが位置するように設けられる。

影絵の原理により、遮光物１２ｂが近焦点領域１０ｂを通過した光束を遮光し、遠焦点領域１０ａを通過した光束のみが遠画像用受光セル１６ａに入射する。

このように構成することにより、遠画像用受光セル１６ａには遠焦点領域１０ａを通過した光束のみが入射される。このため、図７に示す例では、近焦点領域１０ｂを通過したマクロ画像の成分が混入することがない。したがって、画像処理部２５でボケ補正処理やコントラスト補正処理をする必要がないため、コストを下げることができる。

なお、図７に示す例では、遠画像用受光セル１６ａに遠焦点領域１０ａを通過した光束のみを入射させている。このため、近焦点領域１０ｂに比べて遠焦点領域１０ａが広くなるように形成された撮影レンズ１０ではなく、遠焦点領域１０ａと近焦点領域１０ｂとが略同一の大きさの撮影レンズを用いてもよい。ただし、遠距離画像を主とし、マクロ画像を副とするのであれば、画質や光量のバランスの観点から、近焦点領域１０ｂに比べて遠焦点領域１０ａが広くなるように形成することが望ましい。

なお、本実施の形態では、マイクロレンズを設けていないが、スペース上の問題等がある場合にはマイクロレンズを用いるようにしてもよい。この場合には、マイクロレンズの前面に遮光部材を設け、遮光部材１２を通過した光のみがマイクロレンズに入射するようにすれば良い。

また、本実施の形態では、撮像素子１６及びフランジ１７をカメラボディ内の面２０に固定し、遮光部材１２をフランジ１７の端面に当接させることで、遮光部材１２を位置決めしたが、遮光部材１２の位置決めの方法はこれに限られない。

図８は、遮光部材１２の位置決めの異なる方法を示す図である。

遮光部材１３は、例えば、ガラス板である。遮光部材１３の表面には、遮光部がエッチング等により形成されている。撮像素子１６と遮光部材１２との光軸方向の距離を確実に決めるため、遮光部材１３は、遮光部が撮像素子１６と対向するように、かつ遮光部材１３と撮像素子１６と間に透明なスペーサ１４を挟むように設けられる。スペーサ１４の大きさは数μｍであり、液晶のガラス間のギャップを保つのに用いられるビーズ等の部材を用いることができる。

＜第２の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態は、遮光部材をフランジの端面に当接させて固定することで、遮光部材の光軸方向の位置を正確に位置決めしたが、遮光部材の取り付け方法はこれに限られない。

本発明の第２の実施の形態は、遮光部材を光軸方向に移動可能に配設する形態である。以下、第２の実施の形態に係る撮像装置２について説明する。なお、第１の実施の形態と同一の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。

図９は、撮像装置２の内部構成を示すブロック図である。遮光部材１２は光軸方向に移動可能に配設され、遮光部材駆動部３１により光軸方向に移動される。遮光部材駆動部３１としては様々なアクチュエータを使用することができる。

例えば、撮像素子１６の背面が固定されたカメラボディ内の面（図６および図８の符号２０）に複数の棒状部材が移動可能に設けられる。遮光部材１２には、棒状部材の先端に当接する方向の力が付勢される。棒状部材は、遮光部材駆動部３１により光軸方向に移動される。このような構成とすることで、遮光部材１２の光軸方向の位置を変えることができる。なお、棒状部材は、最も後退（撮影レンズ１０から遠い側、図９、図１０の右方向）した場合においても撮像素子１６の受光面よりも前側（撮影レンズ１０に近い側、図９、図１０の左方向）になるように配設される。ただし、遮光部材１２を光軸方向に移動可能に配設する構成はこれに限られるものではない。

図１０Ａおよび図１０Ｂは、本実施の形態における撮影レンズ１０、遮光部材１２及び撮像素子１６を模式的に示す図である。なお、撮影レンズ１０は複数枚のレンズにより構成されるが、図１０Ａおよび図１０Ｂにおいては模式的に１枚のレンズで示している。また、図１０Ａおよび図１０Ｂにおいては、簡単のため、撮像素子１６として２個のフォトセンサが図示され、遮光部材１２も２個のフォトセンサに対応した大きさで図示されているが、実際には、被写体を撮影可能な任意の数や大きさの光学要素が設けられる。

図１０Ａは、遮光部材１２が最も撮像素子１６に近い位置にある場合である。これは、撮影レンズ１０、遮光部材１２及び撮像素子１６との幾何学的な位置関係が第１の実施の形態（図２に示す状況）と同様の状況である。この場合には、撮像素子１６と遮光物１２ａとの光軸方向の距離と適切であるため、第１の実施の形態と同様、遠焦点領域１０ａ及び近焦点領域１０ｂを通過した光束が遠画像用受光セル１６ａに入射し、近焦点領域１０ｂを通過した光束のみが近画像用受光セル１６ｂに入射する。

それに対し、図１０Ｂは、遮光部材１２が最も撮像素子１６から遠い位置に移動された場合を示す。撮像素子１６と遮光物１２ａとの光軸方向の距離が適切ではない。この場合、遮光物１２ａが遠焦点領域１０ａを通過した光束の一部しか遮光されないため、遠焦点領域１０ａを通過した光束の一部は近画像用受光セル１６ｂに入射する。したがって、遠焦点領域１０ａ及び近焦点領域１０ｂを通過した光束が近画像用受光セル１６ｂに入射することとなる。このように、遮光部材１２と撮像素子１６との距離を変えることで、遮光部材１２による遮光の効果を抑制ないしなくすことができる。

なお、遮光物１２ａにより遮光される分、遠焦点領域１０ａを通過した被写体光の光量が減るが、近画像用受光セル１６ｂはフォトセンサ９画素に１画素の割合である。このため、図１０Ｂに示すように、遮光部材１２による遮光の効果を抑制した状態で、遠画像用受光セル１６ａおよび近画像用受光セル１６ｂから取得した画像データから１枚の画像を得る場合に、該１枚の画像に上記遮光による光量の減少が与える影響は少ない。

本実施の形態によれば、遮光部材１２を光軸方向に移動させることで、遮光部材１２を取り外すことなく、遮光部材１２の効果を抑制することができる。したがって、簡単な構成で遮光部材１２のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることができる。また、遮光部材１２の効果をなくした場合には、自己補間処理を行う必要がないため、画像処理に要する時間を短くすることができる。

＜第３の実施の形態＞
本発明の第２の実施の形態は、遮光部材を光軸方向に移動可能に配設したが、遮光部材の移動方向はこれに限られない。

本発明の第３の実施の形態では、遮光部材１２が光軸方向と直交する方向に移動可能に配設される。以下、第３の実施の形態の撮像装置３について説明する。なお、第１の実施の形態と同一の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。

図１１は、撮像装置３の内部構成を示すブロック図である。遮光部材１２は、遮光物１２ａが形成された面が光軸と直交するように配設されている。遮光部材１２は、光軸と直交する面内を平行移動可能に配設される。遮光部材駆動部３３は、遮光部材１２を光軸と直交する面内を上下左右に移動させる。ここでいう上下左右は、撮影レンズ１０側から遮光部材１２を見たときの上下方向（図９および図１０の上下方向）及び左右方向（図９および図１０の紙面に対して直交する方向）を指す。遮光部材駆動部３３としては様々なアクチュエータを使用することができる。なお、遮光部材１２と撮像素子１６との光軸方向の距離は、第１の実施の形態（図２に示す状況）と同様である。

なお、遮光部材１２を光軸と直交する面内を平行移動させる手段は、例えば、装置に加えられた振動を検出してその振動の検出信号に応じて撮像素子１６を移動させるいわゆる像ブレ補正装置と兼用するようにしてもよい。像ブレ補正装置の詳細については、説明を省略する。

図１２Ａおよび図１２Ｂは、本実施の形態における撮影レンズ１０、遮光部材１２及び撮像素子１６を模式的に示す図である。なお、撮影レンズ１０は複数枚のレンズにより構成されるが、図１２Ａおよび図１２Ｂにおいては模式的に１枚のレンズで示している。また、図１２Ａおよび図１２Ｂにおいては、簡単のため、撮像素子１６として２個のフォトセンサが図示され、遮光部材１２も２個のフォトセンサに対応した大きさで図示されているが、実際には、被写体を撮影可能な任意の数や大きさの光学要素が設けられる。

図１２Ａは、遮光部材１２が基本位置にある場合を示す。これは、撮影レンズ１０、遮光部材１２及び撮像素子１６との幾何学的な位置関係が第１の実施の形態（図２に示す状況）と同様の状況である。この場合には、遮光物１２ａが近画像用受光セル１６ｂの前面に位置する。したがって、遠焦点領域１０ａ及び近焦点領域１０ｂを通過した光束が遠画像用受光セル１６ａに入射し、近焦点領域１０ｂを通過した光束のみが近画像用受光セル１６ｂに入射する。

それに対し、図１２Ｂは、遮光部材１２が基本位置から上方向に移動された場合を示す。遮光物１２ａは、遠画像用受光セル１６ａおよび近画像用受光セル１６ｂに入射する光束を遮光しない。または、遮光物１２ａは、遠画像用受光セル１６ａに入射する近焦点領域１０ｂを通過した光束の一部を遮光するとともに、近画像用受光セル１６ｂに入射する近焦点領域１０ｂを通過した光束の一部を遮光する。したがって、遠焦点領域１０ａ及び近焦点領域１０ｂを通過した光束が近画像用受光セル１６ｂに入射することとなる。すなわち、遮光部材１２を光軸と直交する方向に移動させることで、遮光部材１２による遮光の効果を抑制ないしなくすことができる。

なお、遮光物１２ａにより遮光される分、近焦点領域１０ｂを通過した被写体光の光量が減る。そのため、マクロ画像の成分が混入したことによるボケやコントラスト劣化も少なくなり、画質を向上させることができる。

本実施の形態によれば、遮光部材１２を光軸方向と直交する方向に移動させることで、遮光部材１２を取り外すことなく、遮光部材１２の効果を抑制することができる。したがって、簡単な構成で遮光部材のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることができる。また、遮光部材の効果をなくした場合には、自己補間処理を行う必要がないため、画像処理に要する時間を短くすることができる。

なお、第１〜第３の実施の形態では、撮像素子にＣＭＯＳを用いた例で説明したが、ＣＭＯＳに限定されるものではない。例えば、ＣＣＤ等のイメージセンサを用いることも可能である。また、第２および第３の実施の形態を組み合わせることも可能である。

また、第１〜３の実施の形態では、撮影レンズ１０として中央の円形の遠焦点領域１０ａと環状の近焦点領域１０ｂを有する２焦点レンズを使用したが、撮影レンズ１０はこの形態に限られない。例えば、中央の円形の近距離領域と環状の遠距離領域を有する２焦点レンズを用いてもよい。また、上半分と下半分とで異なる焦点レンズを有する２焦点レンズを用いてもよい。また、中央の円形の領域と、その外側の環状の領域と、更にその外側の環状の領域とで全て異なる焦点距離を有する３焦点レンズを用いてもよい。また、３以上の異なる焦点距離を有する多焦点レンズを用いてもよい。また、撮影レンズ１０は多焦点レンズに限られず、透過波長域が異なる複数の領域を有するレンズ等、様々な多様特性レンズを用いることができる。さらに、撮影レンズ１０として通常のレンズを用いることもできる。この場合には、レンズの位置によってＭＴＦ（Modulation Transfer Function）が異なることを利用し、中央の円形の領域と外側の環状の領域とでＭＴＦ特性の異なる画像を取得するようにしても良い。また、撮影レンズ１０に中央の円形の領域と外側の環状の領域とで色の異なるカラーフィルタを追加し、中央の円形の領域と外側の環状の領域とで色の異なる画像を取得するようにしても良い。なお、第１〜第３の実施の形態では、撮影レンズが２つの領域に分割されていたため、撮像素子も２つの異なる指向特性を有したが、撮影レンズが３つ以上の領域に分割される場合には、撮像素子も３種類の異なる指向特性を有するようにする必要がある。

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、多様な変更又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。そのような変更又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。本発明は、特に、特性の異なる複数枚の画像を撮影可能な撮像装置に限らず、瞳分割により１つの光学系で立体画像を撮影する単眼立体撮像装置や、位相差焦点検出装置にも適用可能である。

請求の範囲、明細書、及び図面中において示した装置、システム、プログラム、及び方法における動作、手順、ステップ、及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、及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。

１、２、３：撮像装置、１０：撮影レンズ１０、１３：遮光部材、１６：撮像素子、２５：、画像処理部、３０：レンズ駆動部、３１、３３：遮光部材駆動部、３２：センサ制御部、４０：ＣＰＵ

Claims (9)

1. 撮影光学系と、
   複数の受光素子が２次元配列された撮像素子と、
   前記撮影光学系と前記撮像素子との間に配設され、前記撮影光学系の所定の領域を通過した光束のみを前記複数の受光素子のうちの一部の受光素子である第１の受光素子に入射させる遮光部材と、
   前記第１の受光素子の撮像信号から被写体の画像を生成する画像生成手段とを備え、
   前記遮光部材は、前記第１の受光素子に対応して形成された第１の遮光物であって、前記所定の領域以外を通過した光束を遮光するように形成された第１の遮光物が形成された板状部材であり、
   前記遮光部材は、光軸方向に移動可能に配設される撮像装置。
2. 撮像装置であって、
   撮影光学系と、
   複数の受光素子が２次元配列された撮像素子と、
   前記撮影光学系と前記撮像素子との間に配設され、前記撮影光学系の所定の領域を通過した光束のみを前記複数の受光素子のうちの一部の受光素子である第１の受光素子に入射させる遮光部材と、
   前記第１の受光素子の撮像信号から被写体の画像を生成する画像生成手段とを備え、
   前記遮光部材は、前記第１の受光素子に対応して形成された第１の遮光物であって、前記所定の領域以外を通過した光束を遮光するように形成された第１の遮光物が形成された板状部材であり、
   前記撮影光学系は、第１の特性を有する第１の領域と、前記第１の特性とは異なる第２の特性を有する第２の領域であって、前記第１の領域より面積の広い第２の領域と含み、
   前記第１の受光素子には、前記遮光部材により前記第１の領域を通過した光束のみが入射され、
   前記第１の受光素子以外の第２の受光素子には、前記第１の領域及び前記第２の領域を通過した光束が入射され、
   前記画像生成手段は、前記第２の受光素子の撮像信号から被写体の画像を生成し、
   前記撮像装置は、前記第２の受光素子の撮像信号から被写体の画像を生成する場合に、ボケ補正処理、コントラスト補正処理、及び欠落画素を埋める補間処理の少なくとも１つを行う画像処理部を備える撮像装置。
3. 撮影光学系と、
   複数の受光素子が２次元配列された撮像素子と、
   前記撮影光学系と前記撮像素子との間に配設され、前記撮影光学系の所定の領域を通過した光束のみを前記複数の受光素子のうちの一部の受光素子である第１の受光素子に入射させる遮光部材と、
   前記第１の受光素子の撮像信号から被写体の画像を生成する画像生成手段とを備え、
   前記遮光部材は、前記第１の受光素子に対応して形成された第１の遮光物であって、前記所定の領域以外を通過した光束を遮光するように形成された第１の遮光物が形成された板状部材であり、
   前記撮影光学系は、第１の特性を有する第１の領域と、前記第１の特性とは異なる第２の特性を有する第２の領域であって、前記第１の領域より面積の広い第２の領域とを含み、
   前記遮光部材は、前記第１の受光素子以外の受光素子である第２の受光素子に対応して形成された第２の遮光物であって、前記第２の領域を通過した光束のみが通過するように形成された第２の遮光物が形成され、
   前記画像生成手段は、前記第２の受光素子の撮像信号から被写体の画像を生成する撮像装置。
4. 前記遮光部材は、表面に前記第１の遮光物がエッチングにより形成された透明なガラス板である請求項１から３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 前記遮光部材は、前記撮像素子から所定の距離だけ離れた位置に固定される請求項２又は３に記載の撮像装置。
6. 前記遮光部材は、光軸と直交する面に沿って平行移動可能に配設される請求項１から４のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 前記撮影光学系の前記第１の領域の占める割合と、前記複数の受光素子の前記第１の受光素子の占める割合とが略同一となるように前記遮光部材が形成される請求項２又は３に記載の撮像装置。
8. 前記撮影光学系は、中心に配置された平面形状が円形の領域と、前記円形の領域の外縁に配置された環状の領域とを含み、
   前記円形の領域が前記第２の領域であり、
   前記環状の領域が前記第１の領域である請求項２、３及び７のいずれか１項に記載の撮像装置。
9. 前記撮影光学系は、前記第１の特性として第１の焦点距離を有する第１の領域と、前記第２の特性として前記第１の焦点距離よりも長い焦点距離を有する第２の領域とからなる多焦点レンズである請求項２、３、７及び８のいずれか１項に記載の撮像装置。

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