JP5525109B2 - 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１１に示すように撮像レンズ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が、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が撮像レンズ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には撮像レンズ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が撮像レンズ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には撮像レンズ１００の中央領域１００ａを通過した光束のみが結像される。

瞳分割により異なる画像を結像することは、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。

特開２０１０−２１０９０３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明や単眼立体撮像装置では、瞳分割の数に対応した種類の遮光マスクが必要であるとともに、全ての画素に遮光マスクを設けているため多数の遮光マスクが必要であり、種類の異なる多数の遮光マスクを精度よく製造・配置しなくてはならない。しかしながらこのような構成では、撮像素子の構造が微細になるとこれに対応した高精度の加工・製造が困難になってくるとともに、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という問題がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、簡単な構成で瞳分割が可能であり、かつ多品種への対応が容易な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、本発明の撮像装置は、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の領域と、を有する撮影レンズと、２次元配列された第１の受光素子及び第２の受光素子を有する撮像素子と、撮影レンズを通過した光束を遮光する遮光部材と、第１の受光素子又は第２の受光素子の撮像信号から被写体の画像を生成する画像生成部と、を備え、遮光部材は第１の受光素子に対してのみ設けられ、第２の領域を通過した光束が第１の受光素子に入射しないように遮光する。

本発明によれば、第２の領域を通過した光束が第１の受光素子に入射しないように遮光する遮光部材が第１の受光素子に対してのみ設けられている。即ち第２の受光素子に対しては遮光部材が設けられていないので、遮光部材の種類・数を減らすことができ、簡単な構成で瞳分割が可能となる。また、多品種への対応が容易となる。

また本発明によれば、第１の受光素子に対して遮光部材が設けられることで、第２の領域を通過した光束が第１の受光素子に入射しないようになっている。このため、第１の受光素子の撮像信号から画像を生成する際に、第２の領域を通過した光束の影響を除去する画像処理を行わなくてよい。

本発明において、撮影レンズの射出瞳のうち第２の領域が占める比率が、射出瞳の全領域が第２の特性を有するとした場合の被写体の画像の特性と射出瞳の第２の領域を通過した画像の特性とが同一となるように定められていてもよい。このような構成を採用すれば、第２の受光素子の撮像信号から画像を生成する際に、第１の領域を通過した光速の影響を除去する画像処理を行わなくてよい。

ここで２つの画像の特性が「同一」とは、特性が完全に同一である場合だけでなく、２つの画像の特性がユーザが画像を見た際に直ちに識別できない程度に違っている場合をも含む。画像の相違をこのようにするには、撮影レンズの全射出瞳のうち第２の領域が占める比率を７５％より大きくする（例えば、７５．１％）ことが好ましく、８０％以上にすることが更に好ましい。

本発明において、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際に第２の領域を通過した光束の影響を除去する画像処理を行うか否かの選択、及び第２の受光素子の撮像信号から被写体の画像を生成する際に第１の領域を通過した光束の影響を除去する画像処理を行うか否かの選択を受け付ける画像処理選択部を更に備え、画像生成部は、画像処理選択部が受け付けた選択に従って画像処理を行うようにしてもよい。このような画像処理を行うことで、必要に応じて被写体の画質の画像を向上させることができる。

遮光部材は、撮影レンズと撮像素子との間に配置することができる。この場合遮光部材は、表面に遮光部が形成された光透過性の板状部材であってもよい。このような遮光部材としては、例えば表面に遮光物がエッチングにより形成された透明なガラス板を用いることができ、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、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。

遮光部材は、第１の受光素子の受光面に設けられた遮光マスクであってもよい。このような構成でも本発明の効果を得ることができる。

第１の受光素子及び第２の受光素子は、撮像素子の有する全受光素子のうち第１の受光素子が占める割合が、撮影レンズの射出瞳の全領域のうち第１の領域が占める割合に等しくなるように配置されていてもよい。このようにすることで、第２の受光素子の撮像信号から生成した画像の画質低下を抑制することができる。なお本発明において第１，第２の受光素子の割合は完全に等しい場合に限定されるものではなく、取得する画像の目的や光学部材の特性等に応じて若干異なる（２つの受光素子の割合が略等しくなる）ようにしてもよい。

画像生成部は、第２の受光素子の出力信号から被写体の画像を生成する際に、第１の受光素子が配設された位置における第２の受光素子の画素欠落を補間する処理を行うようにしてもよい。これにより、第２の領域を通過した光束から得られる画像の画質を向上させることができる。

撮影レンズは、光軸を中心として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、からなり、環状の領域が第１の領域であり、円形の領域が第２の領域であるようにしてもよい。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向上させることができる。

第１の領域は第１の特性として第１の焦点距離を有し、第２の領域は第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ようにしてもよい。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。

画像生成部が第１の受光素子及び第２の受光素子のうちいずれの受光素子の撮像信号から画像を生成するか、の選択を受け付ける生成画像選択部を更に備えるようにしてもよい。このように構成することで、撮影者が必要とする画像を提供することができる。

本発明によれば、簡単な構成で瞳分割が可能であり、かつ多品種への対応が容易な撮像装置を提供することができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置１の構成を示すブロック図である。 図２は、撮像装置１の撮影レンズ、遮光部材及び撮像素子を模式的に示す図である。 図３は、撮影レンズの平面形状を示す図である。 図４は、撮像素子のフォトセンサの配列を示す図である。 図５は、遮光部材と撮像素子とを模式的に示す図である。 図６は、遮光部材の取り付け方を示す図である。 図７は、遮光部材の取り付け方の変形例を示す図である。 図８Ａは、遮光部材の移動例を示す図であり、遮光部材が撮像素子に最も近い位置にある場合を示す。 図８Ｂは、遮光部材の移動例を示す図であり、遮光部材が撮像素子から最も遠い位置に移動された場合を示す。 図９Ａは、遮光部材の他の移動例を示す図であり、遮光部材が基本位置にある場合を示す。 図９Ｂは、遮光部材の他の移動例を示す図であり、遮光部材が基本位置から上方向に移動された場合を示す。 図１０は、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である。 図１１は、従来の撮影レンズ、遮光部材及び撮像素子の例を模式的に示す図である。

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の実施形態＞
図１は本発明の第１の実施形態に係る撮像装置１の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、装置全体の動作は、中央処理装置（ＣＰＵ）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、ＢＡＣＫキー等の操作部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の各回路を制御し、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の表示制御などを行う。

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二段ストローク式のスイッチで構成されている。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ボタン（カーソル移動操作手段）として機能する。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し、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、撮影レンズ１０、絞り（図示せず）及び遮光部材１２を介してＣＭＯＳ型の撮像素子１６の受光面に結像される。

絞りは、例えば、５枚の絞り羽根からなり、ＣＰＵ４０により、例えば絞り値Ｆ2.8 〜Ｆ11まで１ＡＶ刻みで５段階に絞り制御される。

撮像素子１６は、多数のフォトセンサ（受光素子）が２次元配列されており（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（又は電荷）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、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、これらの光学要素はこれに限定されるものではなく、被写体を撮影可能な任意の数や大きさの各光学要素を有することはいうまでもない。

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を有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に分割されており、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。これらの領域は、撮影レンズ１０の射出瞳の全領域のうち近焦点領域１０ｂが占める割合が２０％、遠焦点領域１０ａが占める割合が８０％となっている。

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。本実施形態において近画像用受光セル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の射出瞳の全領域（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の占める割合に応じた割合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であり、近画像用受光セル１６ｂから得られる画像が副画像であるが、撮影レンズの面積比に応じ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。

なお近画像用受光セル１６ｂの比率は、撮像素子１６の全フォトセンサ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の射出瞳の全領域のうちの近焦点領域１０ｂの占める割合と等しくなるようにしてもよい。

遮光部材１２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である。エッチングにより遮光物１２ａを生成することで、５μｍ程度と小さい遮光物１２ａを狭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。

また本実施形態では、遠焦点領域１０ａを通過した光束が近画像用受光セル１６ｂに入射しないように遮光する遮光物１２ａが設けられており、遠画像用受光セル１６ａに対しては遮光物が設けられていないので、遮光部材・遮光物の種類・数を減らすことができ、簡単な構成で瞳分割が可能となる。また、多品種への対応が容易となる。

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２０の同一面に固定されているため、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。このため、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（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として１２個のフォトセンサが図示され、遮光部材１２に４個の遮光物１２ａが図示されているが、これらの光学要素はこのような態様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材１２の遮光物１２ａの数も図示した態様に限定されるものではない。

撮像素子１６に蓄積された信号電圧（又は電荷）は、フォトセンサそのものもしくは付設されたキャパシタで蓄えられる。蓄えられた信号電圧（又は電荷）は、センサ制御部３２により、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、画素位置の選択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は、相関二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）等を軽減することを目的として、撮像素子の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、Ｇ、Ｂ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、順次入力する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で処理され画像データは、ＶＲＡＭ５０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、カメラ背面に設けられている液晶モニタ３０に出力され、これにより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、ＡＥ動作を開始させ、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）を算出し、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し、その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するとともに、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。

ＡＥ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)４８に入力され、一時的に記憶される。本実施の形態では、操作部３８を介した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、近画像用受光セル１６ｂから読み出された画像データのいずれか、又は遠画像用受光セル１６ａから読み出された画像データ及び近画像用受光セル１６ｂから読み出された画像データ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データがメモリ４８から画像処理部２５に読み出されて、遠画像用受光セル１６ａから読み出された画像データから遠画像（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からマクロ画像等の近画像（近距離画像）を生成する。以下、これら画像生成の際に画像処理部２５で行う処理について説明する。

本実施形態では撮影レンズ１０の射出瞳の全領域のうち遠焦点領域１０ａが８０％を占めているので、射出瞳の全領域が遠焦点領域である場合の被写体の画像の特性と遠焦点領域１０ａを通過した光束から生成した遠焦点画像の特性とが略同一であり、遠焦点画像生成の際に、近焦点領域１０ｂを通過した光束の影響を除去する画像処理を行わなくてもよいようになっている。しかしながら、遠画像用受光セル１６ａには近焦点領域１０ｂを通過した光束と遠焦点領域１０ａを通過した光束とが入射するため、遠画像用受光セル１６ａの撮像信号から遠距離画像を生成する際に、近焦点領域１０ｂを通過した光束の影響を除去する画像処理（例えばボケ補正やコントラスト補正）を行うことで、必要に応じ遠距離画像の画質を向上させるようにしてもよい。

一方、近画像用受光セル１６ｂに対しては遮光物１２ａが設けられており、遠焦点領域１０ａを通過した光束が近画像用受光セル１６ｂに入射しないようになっている。このため、近画像用受光セル１６ｂの撮像信号から近距離画像を生成する際に遠焦点領域１０ａを通過した光束の影響を除去する画像処理を行わなくてもよいようになっている。しかしながら、遮光部材１２（遮光物１２ａ）の加工・配置精度等によっては、遠焦点領域１０ａを通過した被写体光が若干近画像用受光セル１６ｂに入射することも考えられ、そのような入射光が誤差成分となってボケ劣化、コントラスト劣化などの画質低下が生じる可能性がある。そこで、近画像用受光セル１６ｂの撮像信号から近距離画像を生成する際に、遠焦点領域１０ａを通過した光束の影響を除去する画像処理を行うことで、必要に応じ近距離画像の画質を向上させるようにしてもよい。

このような画像処理を行うか否かの選択は、操作部３８を介した撮影者の指示により受け付けられ、受け付けた選択に従って画像処理部２５が画像処理を行う。なお、以下では遠距離画像生成の際の画像処理について説明するが、このような画像処理は近距離画像生成の際にも同様に行うことができる。

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が、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公知の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が、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させる要因となる。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公知の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、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。

また、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から生成した遠距離画像は、近画像用受光セル１６ｂが存在する画素のデータが欠落している。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、欠落画素を埋める処理を行う（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。

更に、近焦点領域１０ｂの大きさは遠焦点領域１０ａの大きさに比べて小さい上、近画像用受光セル１６ｂは、９画素（３×３）に１画素の割合と数が少ないため、画像が暗くなる。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の明るさを明るくする処理を行うようにしてもよい。ただし、この処理は必須ではない。

このようにして得られた遠距離画像及びマクロ画像（近距離画像）は、それぞれ圧縮伸張処理部２６に出力され、JPEG (joint photographic experts group)などの所定の圧縮処理が実行されたのち、再びメモリ４８に記憶される。

メモリ４８に記憶されたＹＣデータ（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）が生成され、そのＭＰファイルは、メディア・コントローラ５２により読み出され、メモリカード５４に記録される。

本実施の形態によれば、撮像素子の前面に遮光部材を設けるという簡単な構成で、撮影レンズ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、すなわち撮像素子に所望の指向特性を得ることができる。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、撮像素子に指向特性を持たせることができる。

また、本実施の形態によれば、遮光部材が撮像素子と別部材であるため、遮光部材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なかった場合においても、遮光部材の取り付け位置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、多品種少量生産や設計変更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、遮光部材が撮像素子の外側であるため、遮光部の端面等で光が回折することによるノイズをなくし、画質を向上させることができる。

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、遮光部材の位置決めの方法はこれに限られない。図７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、ガラス板であり、表面に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１の変形例＞
本発明の第１の実施形態では、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。以下、遮光部材の取り付け方法の変形例について説明する。

第１の変形例は、遮光部材を光軸方向に移動可能に配設する形態である。第１の変形例では遮光部材１２は光軸方向に移動可能に配設され、遮光部材駆動部により光軸方向に移動される。遮光部材駆動部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２０に複数の棒状部材が移動可能に設けられ、遮光部材１２に棒状部材の先端に当接する方向の力が付勢され、棒状部材は遮光部材駆動部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から遠くなる側、図８Ａ，図８Ｂ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に近くなる側、図８Ａ，図８Ｂ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８Ａ，図８Ｂ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８Ａ，図８Ｂにおいては模式的に１枚のレンズで示している。また、図８Ａ，図８Ｂにおいては、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、これらの光学要素はこれに限定されるものではなく、被写体を撮影可能な任意の数や大きさの各光学要素を有することはいうまでもない。

図８Ａ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が適切であるため、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８Ｂは、遮光部材１２が撮像素子１６から最も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く、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しないため、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の効果を無くすことができる。

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画素の割合であり、問題とはならない。

本変形例１によれば、遮光部材を光軸方向に移動させることで、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。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。

＜第２の変形例＞
上記第１の変形例では、遮光部材を光軸方向に移動可能に配設したが、遮光部材の取り付け方法はこれに限られない。

遮光部材の取り付け方法の第２の変形例は、遮光部材を光軸方向と直交する方向に移動可能に配設する形態である。第２の変形例では、遮光部材１２は、広い面、すなわち遮光物１２ａが形成された面が光軸と直交し、かつその面内を平行移動可能に配設される。遮光部材駆動部は、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９Ａ，図９Ｂの上下方向）及び左右方向（図９Ａ，図９Ｂの紙面に対して直交方向）を指す。遮光部材駆動部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可能に配設する方法としては、例えば、装置のブレを検出してそのブレに応じて撮像素子を移動させるいわゆる像ブレ補正装置を適用することができる。像ブレ補正装置については既に公知であるため、説明を省略する。

図９Ａ，図９Ｂ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９Ａ，図９Ｂにおいては模式的に１枚のレンズで示している。また、図９Ａ，図９Ｂにおいては、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、これらの光学要素はこれに限定されるものではなく、被写体を撮影可能な任意の数や大きさの各光学要素を有することはいうまでもない。

図９Ａ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に対応して設けられる、すなわち遮光物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９Ｂ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に入射する焦点領域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の効果を無くすことができる。

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。

第２の変形例によれば、遮光部材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。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。

＜第２の実施形態＞
上述した第１の実施形態、及び第１、第２の変形例では、撮影レンズ１０と撮像素子１６の間に遮光部材１２を配設する場合について説明している。しかしながら本発明において遮光部材の配置はこれらに限られず、本第２の実施形態で説明するように、受光セルの受光面上に遮光部材を配設するようにしてもよい。

図１０は、第２の実施形態における撮影レンズ１０’、遮光マスク１２ｂ、及び撮像素子１６’を模式的に示す図である。なおこれら要素以外の撮像装置の構成は第１の実施形態に係る撮像装置１と同様であるので、その説明は省略する。

第２の実施形態では、撮像素子１６’のうち近画像用受光セル１６ｂ’の受光面上に遮光マスク１２ｂが配設され、撮影レンズ１０’の遠焦点領域１０ａ’を通過した光束を遮光するので、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。これにより第２の実施形態では第１の実施形態と同様に、遮光部材の種類・数を減らすことができ、簡単な構成で瞳分割が可能となるとともに、多品種への対応が容易となる。

また第２の実施形態では上述した第１の実施形態と同様に、遠画像用受光セル１６ａ’又は近画像用受光セル１６ｂ’の撮像信号から画像を生成する際に、他方の受光セルに入射する光束の影響を除去する画像処理を行わず画像処理部２５への負荷や性能要求を抑制することが可能であり、その結果撮像装置１の設計・製造コストを低減することができる。

なお本実施の形態でも、第１の実施形態と同様に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。

上述した第１の実施形態（第１、第２の変形例を含む）及び第２の実施形態では、撮像素子にＣＭＯＳを用いた例で説明したが、撮像素子はＣＭＯＳに限定されるものではない。本発明は、ＣＣＤ等他のイメージセンサにも適用可能である。

また、第１の実施形態及び第２の実施形態では、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し、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し、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し、更に多く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。更に、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の実施形態及び第２の実施形態では、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。

特許請求の範囲、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：撮像装置、１０，１０’：撮影レンズ、１２：遮光部材、１６，１６’：撮像素子、２５：画像処理部、３２：センサ制御部、４０：ＣＰＵ

Claims (16)

1. 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の領域と、を有する撮影レンズと、
   ２次元配列された第１の受光素子及び第２の受光素子を有する撮像素子と、
   前記撮影レンズを通過した光束を遮光する遮光部材と、
   前記第１の受光素子又は第２の受光素子の撮像信号から被写体の画像を生成する画像生成部と、
   を備え、
   前記遮光部材は前記第１の受光素子に対してのみ設けられ、当該第１の受光素子に対してのみ設けられた遮光部材が前記第２の領域を通過した光束が前記第１の受光素子に入射しないように遮光することで、前記第１の受光素子には前記第１の領域を通過した光束のみが入射し、前記第２の受光素子には前記第１の領域を通過した光束と前記第２の領域を通過した光束とが入射し、
   前記撮影レンズの全射出瞳のうち前記第２の領域が占める割合が、前記撮影レンズの全射出瞳のうち前記第１の領域が占める割合よりも高い、
   撮像装置。
2. 前記撮影レンズの射出瞳のうち前記第２の領域が占める比率が、前記射出瞳の全領域が前記第２の特性を有するとした場合の前記被写体の画像の特性と前記射出瞳の前記第２の領域を通過した光束から生成した画像の特性とが同一となるように定められた、請求項１に記載の撮像装置。
3. 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際に前記第２の領域を通過した光束の影響を除去する画像処理を行うか否かの選択、及び前記第２の受光素子の撮像信号から被写体の画像を生成する際に前記第１の領域を通過した光束の影響を除去する画像処理を行うか否かの選択を受け付ける画像処理選択手段をさらに備え、
   前記画像生成部は、前記画像処理選択手段が受け付けた選択に従って画像処理を行う、請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 前記遮光部材は前記撮影レンズと前記撮像素子との間に配置された、請求項１から３のいずれかに記載の撮像装置。
5. 前記遮光部材は、表面に遮光部が形成された光透過性の板状部材である、請求項１から４のいずれかに記載の撮像装置。
6. 前記遮光部材は前記撮像素子から所定の距離離れた位置に固定される、請求項１から５のいずれかに記載の撮像装置。
7. 前記遮光部材は前記撮影レンズの光軸方向に移動可能に配置された、請求項１から５のいずれかに記載の撮像装置。
8. 前記遮光部材は前記撮影レンズの光軸方向と直交する面に沿って平行移動可能に配置された、請求項１から５のいずれかに記載の撮像装置。
9. 前記遮光部材は、前記第１の受光素子の受光面に設けられた遮光マスクである、請求項１から３のいずれかに記載の撮像装置。
10. 前記第１及び第２の受光素子は、前記撮像素子が有する全受光素子のうち前記第１の受光素子が占める割合が、前記撮影レンズの射出瞳の全領域のうち前記第１の領域が占める割合と等しくなるように配置された、請求項１から９のいずれかに記載の撮像装置。
11. 前記画像生成部は、前記第２の受光素子の出力信号から被写体の画像を生成する際に、前記第１の受光素子が配設された位置における前記第２の受光素子の画素欠落を補間する処理を行う、請求項１から１０のいずれかに記載の撮像装置。
12. 前記撮影レンズは、光軸を中心として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、からなり、
    前記環状の領域が前記第１の領域であり、
    前記円形の領域が前記第２の領域である、請求項１から１１のいずれかに記載の撮像装置。
13. 前記第１の領域は前記第１の特性として第１の焦点距離を有し、前記第２の領域は前記第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、請求項１から１２のいずれかに記載の撮像装置。
14. 前記撮影レンズの全射出瞳のうち前記第２の領域が占める比率が７５％より高い、請求項１から１３のいずれかに記載の撮像装置。
15. 前記撮影レンズの全射出瞳のうち前記第２の領域が占める比率が８０％以上である、請求項１から１４のいずれかに記載の撮像装置。
16. 前記画像生成部が前記第１の受光素子及び第２の受光素子のうちいずれの受光素子の撮像信号から画像を生成するか、の選択を受け付ける生成画像選択手段をさらに備える、請求項１から１５のいずれかに記載の撮像装置。

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