JP5592027B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は撮像装置に関し、特に複数の焦点距離を有する多焦点レンズを備える撮像装置に関するものである。

近年、複数の焦点距離を有する多焦点レンズを備える撮像装置が知られるようになってきている。例えば特許文献１には、多焦点レンズを用いた撮像光学系において、内側領域と外側領域との焦点距離比あるいは入射瞳面積比を所定の範囲にすることで焦点深度を確保し、物点距離の差が大きな物点でも可動部なしで同時に撮像することができるようにすることが記載されている。また特許文献２には、複数焦点レンズを用いた内視鏡光学系において、絞り開口の形状を変化させることにより、観察範囲を確保しつつ明るい像が得られるようにすることが記載されている。

特開２００３−２７０５２６号公報 特公平７−１１９８９３号公報

撮像装置においてレンズの近傍から照明光を照射して撮影を行う場合、被写体までの距離が遠くなるほど被写体に照射される光量が減衰する。このためレンズに近い被写体では露出過剰になりがちであり、逆にレンズから遠い被写体では露出不足になりがちであった。この現象は、一般カメラのストロボ、内視鏡のライトガイド照明、監視や車載カメラの補助光ライト（赤外線のものも含む）、など多様な分野で大きな課題となっている。そしてこのような課題は、多焦点レンズを用いた撮像装置に関しても同様に存在する。

例えば上記特許文献１は、焦点深度を確保し、物点距離の差が大きな物点でも同時に撮像できるようにすることを目的としている。しかしながら特許文献１では距離の異なる被写体に対する露出が一定であるから、照明光を用いて撮像する際に照明光の強度を一方の距離の被写体に合わせると、もう一方の距離の被写体に対しては露出過剰または露出不足となってしまう。このような露出過剰または露出不足を解消するために、特許文献２のように絞りを変化させたり、あるいは照明光の強度やセンサゲイン等を切り替えて順次撮影したりすることも考えられる。しかしながらこのような順次撮影では複数の被写体の同時撮影ができない上に複雑な切替制御が必要になり、さらに被写体までの距離の変化等の撮影条件の変化に対する制御の追随性が劣る、という問題がある。

本発明はこのような事情に基づいてなされたもので、多焦点レンズを用いた撮像装置を用いて照明光の下で撮影を行う場合に、適正露出の合焦画像を容易に得ることができるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の態様に係る撮像装置は、複数の領域を有し、当該複数の領域がそれぞれ異なる焦点距離を有する多焦点レンズと、複数の領域に対応して設けられた複数の受光センサであって、複数の領域のいずれかを通過した光束を選択的に受光する複数の受光センサを有する撮像素子と、被写体に照明光を照射する照明光源と、を備えた撮像装置であって、照明光源を用いて、複数の領域を介した複数の画像を同時に撮像したときに、複数の領域の内の一の領域を介して撮像した、当該一の領域の合焦距離にある被写体の画像の、照明光に起因する明るさと、一の領域以外の他の領域を介して撮影した、当該他の領域の合焦距離にある他の被写体の画像の、照明光に起因する明るさと、がほぼ等しくなるように複数の領域間の開口面積比が設定されている。

第１の態様に係る撮像装置では、多焦点レンズの複数の領域間の開口面積比を適切に設定することで、照明光源を用いて、複数の領域を介した複数の画像を同時に撮像したときに、複数の領域の内の一の領域を介して撮像した、当該一の領域に対応する合焦距離にある被写体の画像の、照明光に起因する明るさと、一の領域以外の他の領域を介して撮影した、当該他の領域に対応する合焦体距離にある他の被写体の画像の、照明光に起因する明るさと、がほぼ等しくなるようにしている。したがって、いずれかの距離の被写体が露出過剰または不足になることがなく、また被写体距離に応じて撮影条件（照明光強度、レンズの絞り等）を切り替えて複数回撮影したり、特性（受光センサの集光力、感度等）が異なる複数の処理系をあらかじめ設けておいたりする必要もないため、適正露出の合焦画像を容易に得ることができる。

なお第１の態様、及び後述する各態様において、「多焦点レンズ」は１枚のレンズに限定されず、複数のレンズから構成されるレンズ群をも含むものとする。また「（多焦点レンズの各領域に）対応する合焦距離」とは、各領域の焦点距離による合焦位置までの距離をいい、具体的には後述するｂ_ｉ，ｂ_ｊを意味する。

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、開口面積比は、合焦距離が長い領域ほど開口面積が広くなるように設定されている。これは、距離が長いほど光の減衰が大きくなることを考慮したものである。

本発明の第３の態様に係る撮像装置は第１または第２の態様において、開口面積比は以下の式：

を満たすように設定されている。

ただし、
Ｎ ：多焦点レンズの領域数（２以上の整数）
Ｓ_ｉ，Ｓ_ｊ：領域ｉ，ｊの開口面積
ｂ_ｉ，ｂ_ｊ：領域ｉ，ｊに対応する合焦距離
である。

第３の態様は、多焦点レンズの各領域用の受光素子の集光力・感度が同等である場合に、各焦点領域に対応する合焦距離にある被写体（各焦点領域での合焦被写体）の画像の明るさをほぼ等しくするための開口面積比を規定するものである。開口面積比をこのように設定することで、被写体のいずれかが露出過剰または不足になることがなく、また被写体距離に応じて撮影条件（照明光強度、レンズの絞り等）を切り替えて複数回撮影する必要もないため、適正露出の合焦画像を容易に得ることができる。

本発明の第４の態様に係る撮像装置は第１または第２の態様において、開口面積比は以下の式：

を満たすように設定されている。

ただし、
Ｎ ：多焦点レンズの領域数
Ｓ_ｉ，Ｓ_ｊ：領域ｉ，ｊの開口面積
ｂ_ｉ，ｂ_ｊ：領域ｉ，ｊに対応する合焦距離
ｍ_ｉｊ ：領域ｉに対応する受光センサの受光強度（ｌ_ｉ）／領域ｊに対応する受光センサの受光強度（ｌ_ｊ）
である。第４の態様は、受光センサの集光力・感度が領域によって異なる場合に、各焦点領域に対応する合焦距離にある被写体（各焦点領域での合焦被写体）の画像の明るさをほぼ等しくするための開口面積比を規定するものである。なお集光力・感度の相違は、受光センサの大きさや受光センサにおける集光用マイクロレンズの有無、同一光量での出力信号レベルの相違等に起因するものである。開口面積比をこのように設定することで、被写体のいずれかが露出過剰または不足になることがなく、また被写体距離に応じて撮影条件（照明光強度、レンズの絞り等）を切り替えて複数回撮影する必要もないため、適正露出の合焦画像を容易に得ることができる。

本発明の第５の態様に係る撮像方法は第１から第４の態様のいずれかにおいて、複数の受光センサが以下の式：

を満たすように設けられている。

ただし、
Ｎ ：多焦点レンズの領域数
Ｐ_ｉ，Ｐ_ｊ：領域ｉ，ｊに対応する受光センサの数
Ｓ_ｉ，Ｓ_ｊ：領域ｉ，ｊの開口面積
である。第５の態様は、多焦点レンズの各領域に対応するセンサの数の比が、各領域の開口面積の比に等しくなるようにしたものである。

以上説明したように本発明によれば、多焦点レンズを用いた撮像装置を用いて照明光の下で撮影を行う場合に、適正露出の合焦画像を容易に得ることができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る撮像装置１０の外観を示す斜視図である。 図２は、撮像装置１０の構成を示すブロック図である。 図３は、撮影レンズ１２を示す正面図である。 図４は、撮影レンズの他の例を示す正面図である。 図５Ａは、撮影レンズのさらに他の例を示す正面図である。 図５Ｂは、撮影レンズのさらに他の例を示す正面図である。 図６は、撮影レンズ１２における被写体距離と合焦度合との関係を示す概念図である。 図７は、ＣＣＤ１６の構成を示す図である。 図８は、ＣＣＤ１６における受光素子の配列を示す図である。 図９は、撮影レンズ１２の開口面積比設定の様子を示す図である。 図１０Ａは、撮影レンズ１２の各領域で取得された画像の例を示す模式図である。 図１０Ｂは、撮影レンズ１２の各領域で取得された画像の他の例を示す模式図である。 図１０Ｃは、撮影レンズ１２の各領域で取得された画像を合成した画像の例を示す模式図である。 図１１は、本発明の第３の実施形態に係る画像診断装置１０００を示す外観図である。 図１２は、画像診断装置１０００の要部構成を示すブロック図である。 図１３は、内視鏡１００の先端部１４４に配置される撮影レンズ１５１を示す正面図である。 図１４は、内視鏡１００の先端部１４４を被験者の体内に挿入した状態を示す図である。

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］
＜撮像装置の構成＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る撮像装置１０（撮像装置）の外観を示す斜視図である。撮像装置１０は撮影レンズ１２を備え、前面に照明光源としてのストロボ１８（照明光源）、上面にシャッタボタン３８−１が設けられている。

図２は撮像装置１０の構成の概要を示すブロック図である。撮像装置１０の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、ＣＰＵ４０の動作に必要なプログラムやパラメータは、ＥＥＰＲＯＭ（Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory）４６に記憶されている。

撮像装置１０には、シャッタボタン３８−１の他、モードダイヤル、再生ボタン、ＭＥＮＵ／ＯＫキー、十字キー、ＢＡＣＫキー等を含む操作部３８が設けられており、ユーザは操作部３８に含まれるボタンやキーを操作することにより、撮影／再生モードの選択、撮影開始、画像の選択・再生・消去等の指示が可能になっている。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１０の各回路を制御する。

撮影モードにおいて、被写体光は撮影レンズ１２（多焦点レンズ）、絞り１４を介して固体撮像素子（以下、「ＣＣＤ」という）１６の受光面に結像される。撮影レンズ１２は、長い焦点距離を有する領域（以下、遠焦点領域という）１２ａと、遠焦点領域より短い焦点距離を有する領域（以下、近焦点領域という）１２ｂと、を有する多焦点レンズ（２焦点レンズ）であり、後述するように遠焦点領域１２ａ、近焦点領域１２ｂの開口面積比が最適化されている。撮影レンズ１２は、図３に示すように、正面から見て半月型の領域がレンズの上下方向に設けられており、下部から順に遠焦点領域１２ａ、近焦点領域１２ｂとなっている。本実施形態では、開口面積最大でレンズ中心Ｏ_１を含む遠焦点領域１２ａが主領域である。

なお多焦点レンズにおける焦点領域の数は２に限定されるものではなく、図４の例に示す撮影レンズ１２’のように、３つの焦点領域１２ａ’，１２ｂ’，１２ｃ’から構成されるものでもよい。また図３，図４の例では各焦点領域を半月型または帯型に形成しているが、図５Ａ、図５Ｂに示す撮影レンズ１３−１，１３−２のように、レンズ中心Ｏ_２を含む円形の領域（遠焦点領域１３−１ａ，１３−２ａ）とその周辺の円環状の領域（近／中焦点領域１３−１ｂ，１３−２ｂ，１３−２ｃ）とで形成するようにしてもよい。これらの領域において、焦点距離の具体的な値は撮影目的等に合わせて設定してよい。

図６は、撮影レンズ１２における、被写体距離と合焦度合との関係を示す概念図である。図６中、合焦度曲線Ｃ_１，Ｃ_２は遠焦点領域１２ａ、近焦点領域１２ｂにおける合焦度合を示す曲線である。曲線がピークとなる点Ｐ_１，Ｐ_２までの距離が撮影レンズ１２の領域の合焦距離ｂ_１，ｂ_２に対応する。また曲線の高さは合焦度合に対応し、曲線の広がりは被写界深度に対応する。従ってＰ_１に対応する位置（距離ｂ_１）にある被写体は遠焦点領域１２ａで正確に合焦し、Ｐ_２に対応する位置（距離ｂ_２）にある被写体は近焦点領域１２ｂで正確に合焦する。一方被写体が各曲線Ｃ_１，Ｃ_２の広がり内に存在すれば、Ｐ_１，Ｐ_２からのずれに応じてそれぞれの領域である程度合焦する（ある程度ぼける）ことになる。

これらの曲線が囲む領域の面積は各焦点領域の面積に対応する。各曲線の形状及び他の曲線との重なり具合は、光学系の特性や撮影目的に応じて設定してよい。なおこれらの曲線Ｃ_１，Ｃ_２は各領域のＭＴＦ（Modulation Transfer Function）曲線に対応するものである。

撮影レンズ１２の遠焦点領域１２ａ、近焦点領域１２ｂを通過した光束は、ＣＣＤ１６（撮像素子）の各受光セルに入射する。図８に示すようにＣＣＤ１６は、撮影レンズ１２の遠焦点領域１２ａを通過した光束を受光する遠画像用受光セル１６ａ（受光センサ）と、近焦点領域１２ｂを通過した光束を受光する近画像用受光セル１６ｂ（受光センサ）とを有する。受光セル１６ａ，１６ｂは、マイクロレンズＭＬ、及び受光部１７の前面に設けられた遮光膜１８ａ，１８ｂにより遠焦点領域１２ａ、近焦点領域１２ｂを通過した光束をそれぞれ選択的に受光するようになっており、そのため遮光膜１８ａ，１８ｂはそれぞれ異なる形状をしている。なお受光部１７の前面に遮光膜を設ける代わりに、マイクロレンズＭＬの前面に遮光部材を設けるようにしてもよい。

なお図８に示すように、これら受光セルの数は対応するレンズ領域の開口面積に応じた比率になっており、本実施形態では遠焦点領域１２ａに対応する遠画像用受光セル１６ａの方が近画像用受光セル１６ｂよりも素子数が多くなっている。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、撮影レンズの面積比に応じて遠画像用受光セル１６ａを多くすることで高画質の主画像を得ることができる。なお、各受光セルの数は、受光セルに対応する焦点領域の開口面積比と等しくなるようにしてもよい。これらの受光セルは、得られた画像において特定の領域や方向で画質が劣化しないように配置することが好ましく、複数の焦点領域のそれぞれに対応したセルが混在することによる画素データの欠落を、補間等により適宜補うことが好ましい。

シャッタボタン３８−１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、Ａ／Ｄ変換器２１から出力される画像データがＡＥ検出部４４に取り込まれる。ＣＰＵ４０は、ＡＥ検出部４４に入力されたＧ信号の積算値より被写体の明るさ（撮影Ｅｖ値）を算出し、その結果に基づいて絞り１４の絞り値、ＣＣＤ１６での電荷蓄積時間、ストロボ１８の発光時間等を制御する。

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、ストロボ１８が所定の時間発光する。またＣＣＤ制御部３２から加えられる読み出し信号に基づいて、ＣＣＤ１６に蓄積された信号電荷が信号電荷に応じた電圧信号として読み出され、アナログ信号処理部２０に加えられる。アナログ信号処理部２０は、ＣＣＤ１６から出力された電圧信号に対して相関二重サンプリング処理により各画素のＲ、Ｇ、Ｂ信号をサンプリングホールドし、増幅した後Ａ／Ｄ変換器２１に加える。Ａ／Ｄ変換器２１は、順次入力するアナログの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。

画像入力コントローラ２２から出力された画像データはデジタル信号処理部２４に入力されてオフセット処理、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が行われ、ＶＲＡＭ５０への書き込み／読み出しを経てビデオ・エンコーダ２８でエンコーディングされて液晶モニタ３０に出力され、これにより被写体像が液晶モニタ３０に表示される。

また、シャッタボタンの全押しに応答して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。メモリ４８への一時記憶後、デジタル信号処理部２４におけるゲイン・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や圧縮伸張処理部２６でのJPEG(joint photographic experts group)形式への圧縮処理等を経て画像ファイルが生成され、その画像ファイルは、メディア・コントローラ５２により読み出されてメモリカード５４に記録される。メモリカード５４に記録された画像は、操作部３８の再生ボタンを操作することにより液晶モニタ３０で再生表示することができる。

［開口面積比の最適化］
次に、撮像装置１０における撮影レンズ１２の開口面積比の最適化について説明する。

図９は、撮像装置１０を用いた撮影の様子を示す概念図である。図９中、各参照符号の内容はそれぞれ以下の通りである。

ａ_０・・・撮影レンズ１２とＣＣＤ１６の間の距離
ｂ_１，ｂ_２・・・領域１，２の合焦距離（被写体Ｑ_１，Ｑ_２までの距離）
ｒ_１，ｒ_２・・・ストロボ１８の照明光が被写体Ｑ_１，Ｑ_２に到達し反射した後にレンズ側に戻ってくる照明光の減衰率
Ｓ_１，Ｓ_２・・・撮影レンズ１２の領域１，２の開口面積
ｉ_１，ｉ_２・・・領域１，２で取得した画像
ｌ_１，ｌ_２・・・ＣＣＤ１６の、出力画像ｉ_１，ｉ_２用（領域１，２用）の受光素子が受光する光の強度（受光強度）
このような状況では、結像の公式より、以下の式（１−１），（１−２）が成立する。なおｆ_１，ｆ_２は領域１，２の焦点距離である。

式（１−１），（１−２）より、それぞれ式（１−３），（１−４）が成立する。

次に照明光の減衰に関して、空気での照明光の吸収がなく光の広がりによるものだけだとすれば、減衰率ｒ_１，ｒ_２はストロボ１８から被写体までの距離ｂ_１，ｂ_２の２乗に反比例する。よってｒ_１とｒ_２との比は

となる。なおストロボ１８は撮影レンズ１２の近傍にあるため、ストロボ１８から被写体Ｑ_１，Ｑ_２までの距離は撮影レンズ１２から被写体Ｑ_１，Ｑ_２までの距離に等しいとみなすことができる。

また、ＣＣＤ１６の、出力画像ｉ_１，ｉ_２用の受光素子の受光強度ｌ_１，ｌ_２は、以下のように撮影レンズ１２に到達する光量とレンズ開口面積の積に比例する（比例係数をｋとする）。

出力画像ｉ_１，ｉ_２用の受光素子の集光力・感度が同等である場合、焦点領域１，２での合焦被写体Ｑ_１，Ｑ_２の画像の明るさをほぼ等しくするためには、受光強度ｌ_１，ｌ_２を均等（ｌ_１／ｌ_２＝１．０）にすればよい。すると（１−５）〜（１−７）より、ｒ_１×Ｓ_１＝ｒ_２×Ｓ_２となる。ここで減衰率ｒ_１，ｒ_２は被写体までの距離ｂ_１，ｂ_２により決まるので、調整可能なのはＳ_１，Ｓ_２である。さらに撮影レンズ１２の全開口面積Ｓ＝Ｓ_１＋Ｓ_２でもあることから、結局Ｓ_１，Ｓ_２の比率を調整することによって、以下のようにｌ_１，ｌ_２を均等にすることができる。

これより、

なお本実施形態では領域数が２の場合について説明しているが、式（１−９）の関係は撮影レンズ１２の領域数が３以上の場合の任意の２領域間でも成り立つから、領域数がＮ（２以上の整数）の場合は、一般に

となる。なおこの場合、全開口面積Ｓ＝Ｓ_１＋Ｓ_２＋・・・＋Ｓ_Ｎであることを考慮すると、（１−１０）式は任意の領域ｇ（例えば、領域１）を基準として以下のように表すこともできる。

ただし
Ｎ ：撮影レンズの領域数（２以上の整数）
Ｓ ：撮影レンズの全開口面積
Ｓ_ｇ：任意の領域ｇ（領域１〜Ｎのいずれか）の開口面積
Ｓ_ｊ：領域ｊの開口面積
ｂ_ｇ：領域ｇの合焦距離
ｂ_ｊ：領域ｊの合焦距離
次に、遠焦点領域１２ａ、近焦点領域１２ｂの開口面積比が（１−９）式で示される値に設定された撮影レンズ１２を備える撮像装置１０により取得される画像について説明する。

図１０Ａは遠焦点領域１２ａで取得した画像ｉ_１の例である。撮像装置１０と被写体との関係は、図９の場合を想定している。上記「撮像装置の構成」の項で説明したように、距離ｂ_１にある被写体Ｑ_１は遠焦点領域１２ａで合焦するので、画像ｉ_１において被写体Ｑ_１は合焦しているが、被写体Ｑ_１よりも近い距離ｂ_２にある被写体Ｑ_２は合焦しておらず、距離ｂ_１と距離ｂ_２との差に応じてぼけている。また画像ｉ_１において被写体Ｑ_１は適正露出となっているが、被写体Ｑ_２は被写体Ｑ_１よりも近い距離ｂ_２にあるため、画像ｉ_１では、被写体Ｑ_２は被写体Ｑ_１よりも明るくなっている。

一方、図１０Ｂは近焦点領域１２ｂで取得した画像ｉ_２の例である。撮像装置１０と被写体との関係は、図９の場合を想定している。上記「撮像装置の構成」の項で説明したように、距離ｂ_２にある被写体Ｑ_２は近焦点領域１２ｂで合焦するので、画像ｉ_２において被写体Ｑ_２は合焦しているが、被写体Ｑ_２よりも遠い距離ｂ_１にある被写体Ｑ_１は合焦しておらず、距離ｂ_２と距離ｂ_１との差に応じてぼけている。また画像ｉ_２において被写体Ｑ_２は適正露出となっているが、被写体Ｑ_１は被写体Ｑ_２よりも遠い距離ｂ_１にあるため、画像ｉ_２では、被写体Ｑ_１は被写体Ｑ_２よりも暗くなっている。

このように、本発明に係る撮像装置１０では遠焦点領域１２ａ，近焦点領域１２ｂの開口面積比が式（１−９）で表される値になっているので、遠焦点領域１２ａ，近焦点領域１２ｂを介して被写体Ｑ_１，Ｑ_２の画像ｉ_１，ｉ_２を同時に取得した時に、遠焦点領域１２ａ介して撮像した、遠焦点領域１２ａに対応する合焦距離ｂ_１にある被写体Ｑ_１の画像の、ストロボ１８の照明光に起因する明るさと、近焦点領域１２ｂを介して撮影した、近焦点領域１２ｂに対応する合焦距離ｂ_２にある他の被写体Ｑ_２の画像の、ストロボ１８の照明光に起因する明るさと、がほぼ等しくなる。したがって、被写体Ｑ_１，Ｑ_２のいずれかが露出過剰または不足になることがなく、また被写体距離に応じて撮影条件（照明光強度、レンズの絞り等）を切り替えて複数回撮影する必要もないため、適正露出の合焦画像を容易に得ることができる。

なおｂ_１，ｂ_２は撮影目的に応じて設定できるが、例えばｂ_１＝４ｍ、ｂ_２＝１ｍとすると、（１−９）式よりＳ_１／Ｓ_２＝４^２／１^２＝１６となる。

取得した画像ｉ_１，ｉ_２は、液晶モニタ３０に同時に表示してもよいし、ユーザが選択した画像のみを表示するようにしてもよい。また、本発明に係る撮像装置１０では合焦被写体は適正露出となっている（逆にいえば、適正露出の被写体は合焦している）ので、撮像装置１０側の処理またはユーザによる操作部３８や液晶モニタ３０を介した操作により注目する被写体（例えば被写体Ｑ_１）を指定し、その注目被写体が合焦し適正露出となっている画像（この場合画像ｉ_１）を選択・表示するようにしてもよい。

さらに、図１０Ｃの例に示すように、画像ｉ_１，ｉ_２から適正露出の部分（画像ｉ_１における被写体Ｑ_１及びその周辺部分、画像ｉ_２における被写体Ｑ_２及びその周辺部分）を抽出し、抽出した部分を合成した画像ｉ_３を液晶モニタ３０に表示したり、メモリカード５４に記録したりするようにしてもよい。

［第２の実施形態］
第２の実施形態では、撮影レンズの各領域用の受光素子の受光強度が均等でない場合に焦点領域１，２での合焦被写体Ｑ_１，Ｑ_２の画像の明るさをほぼ等しくするための、領域間の開口面積比について説明する。なお第２の実施形態における撮像装置の構成は、撮影レンズ１２の開口面積比を除いては第１の実施形態に係る撮像装置１０と同様であるため、各要素には撮像装置１０と同じ符号を付し詳細な説明は省略する。

第２の実施形態についても第１の実施形態と同様に図９の状況を想定すると、上述した式（１−１）〜（１−７）までが成立する。ここで、ＣＣＤ１６において出力画像ｉ_１，ｉ_２用の受光素子の受光強度ｌ_１，ｌ_２が均等（ｌ_１／ｌ_２＝１．０）ではなく、比（ｌ_１／ｌ_２）がｍ_１２であるとすると、以下の関係が成立する。

これより、

なお、式（２−２）の関係は撮影レンズ１２の領域数が２の場合に限らず、領域数が３以上の場合の任意の２領域間でも成り立つから、領域数がＮ（２以上の整数）の場合は、一般に

となる。ここで

である。なおこの場合、（２−３）式及び全開口面積Ｓ＝Ｓ_１＋Ｓ_２＋・・・＋Ｓ_Ｎであることを考慮すると、（２−４）式は任意の領域ｇ（例えば、領域１）を基準として以下のように表すこともできる。

ただし
Ｎ ：撮影レンズの領域数（２以上の整数）
Ｓ_ｇ：任意の領域ｇ（領域１〜Ｎのいずれか）の開口面積
Ｓ_ｊ：領域ｊの開口面積
ｂ_ｇ：領域ｇに対応する合焦距離
ｂ_ｊ：領域ｊに対応する合焦距離
ｍ_ｇｊ：領域ｇに対応する受光センサの受光強度（ｌ_ｇ）／領域ｊに対応する受光センサの受光強度（ｌ_ｊ）
である。

このように第２の実施形態では、遠焦点領域１２ａ，近焦点領域１２ｂの開口面積比が式（２−２）で表される値になっているので、遠焦点領域１２ａ，近焦点領域１２ｂを介して被写体Ｑ_１，Ｑ_２の画像ｉ_１，ｉ_２を同時に取得した時に、遠焦点領域１２ａ介して撮像した、遠焦点領域１２ａに対応する合焦距離ｂ_１にある被写体Ｑ_１の画像の、ストロボ１８の照明光に起因する明るさと、近焦点領域１２ｂを介して撮影した、近焦点領域１２ｂに対応する合焦距離ｂ_２にある他の被写体Ｑ_２の画像の、ストロボ１８の照明光に起因する明るさと、がほぼ等しくなる。したがって、被写体Ｑ_１，Ｑ_２のいずれかが露出過剰または不足になることがなく、また被写体距離に応じて撮影条件（照明光強度、レンズの絞り等）を切り替えて複数回撮影する必要もないため、適正露出の合焦画像を容易に得ることができる。

なお第２の実施形態においてｂ_１，ｂ_２，ｍ_１２は撮影目的や機器の特性に応じて設定できるが、例えばｂ_１＝３ｍ，ｂ_２＝０．５ｍ，ｍ_１２＝０．５とすると、（２−２）式よりＳ_１／Ｓ_２＝（３^２／０．５^２）×０．５＝１６となる。（ｂ_１／ｂ_２）が大きい場合、即ちｂ_２に比較してｂ_１が非常に長い場合は領域２が領域１に対して非常に狭くなるが、領域２用の受光センサの集光率・感度が領域１用の受光センサの集光率・感度より高ければ（ｍ_１２が１より小さければ）、領域２が領域１に対して極端に狭くならないようにすることができる。

なお第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、注目被写体が合焦し適正露出となっている画像を選択・表示したり、取得した画像から被写体が合焦し適正露出となっている部分を抽出・合成して表示したりするようにしてもよい。

［第３の実施形態］
次に、本発明の撮像装置の第２の実施形態について説明する。図１１は第２の実施形態に係る画像診断装置１０００を示す外観図であり、図１２は画像診断装置１０００の要部構成を示すブロック図である。図１１，図１２に示すように、画像診断装置１０００は、主として内視鏡１００、内視鏡プロセッサ２００、光源装置３００、ＯＣＴプロセッサ４００、モニタ装置５００、サーバ７００から構成されている。

内視鏡１００は、手元操作部１１２と、この手元操作部１１２に連設される挿入部１１４とを備える。術者は手元操作部１１２を把持して操作し、挿入部１１４を被験者の体内に挿入して観察を行う。挿入部１１４は、手元操作部１１２側から順に、軟性部１４０、湾曲部１４２、先端部１４４で構成されている。先端部１４４には、観察光学系１５０、照明光学系１５２、送気・送水ノズル１５４、鉗子口１５６等が設けられる。

先端部１４４の先端面には、観察光学系１５０用の撮影レンズ１５１が配設されており、この撮影レンズ１５１の奥にＣＣＤ１８０が配設される。この撮影レンズ１５１は、第１，第２の実施形態に係る撮影レンズ１２と同様に遠焦点領域１５１ａと近焦点領域１５１ｂとを有する多焦点レンズであり（図１３参照）、ＣＣＤ１８０は、図７に示されるＣＣＤ１６と同様に、遠焦点領域１５１ａまたは近焦点領域１５１ｂを通過した光束を選択的に受光する複数の受光セル（遠画像用受光セル、近画像用受光セル）を有する。

撮影レンズ１５１を介して取り込まれた観察像はＣＣＤ１８０の受光面に結像されて電気信号に変換され、不図示の信号ケーブルを介して内視鏡プロセッサ２００に出力されて映像信号に変換される。これにより、内視鏡プロセッサ２００に接続されたモニタ装置５００に観察画像が表示される。

先端部１４４の先端面にはまた、撮影レンズ１５１に隣接して照明光学系１５２の照明用レンズ１５３が設けられている。照明用レンズ１５３の奥には、後述するライトガイド１７０の射出端が配設され、このライトガイド１７０が挿入部１１４、手元操作部１１２、及びユニバーサルケーブル１１６に挿通され、ライトガイド１７０の入射端がＬＧコネクタ１２０内に配置される。また光源装置３００は、光源３１０、絞り３３０、及び集光レンズ３４０等から構成されており、照明用の光をライトガイド１７０に入射させる。したがって、ＬＧコネクタ１２０を光源装置３００に連結することによって、光源装置３００から照射された照明光がライトガイド１７０を介して照明用レンズ１５３に伝送され、照明用レンズ１５３から観察範囲に照射される。図１４は内視鏡を被験者の体内に挿入した状態を示す図である。ここでは撮影レンズ１５１の遠焦点領域１５１ａ（開口面積Ｓ_１’），近焦点領域１５１ｂ（開口面積Ｓ_２’）の合焦距離をｂ_１’，ｂ_２’とし、合焦距離に存在する被写体（被験者の胃腸壁の一部等）をＱ_１’，Ｑ_２’としている。

上述した構成の画像診断装置１０００において、撮影レンズの各領域用の受光素子の集光力・感度が同等である場合は、撮影レンズ１５１の遠焦点領域・近焦点領域の開口面積比を（１−９）式で表される関係とし、撮影レンズの各領域用の受光素子の集光力・感度が同等でない場合（比がｍ_１２’の場合）は、第２の実施形態に係る撮像装置１０と同様に、撮影レンズ１５１の遠焦点領域・近焦点領域の開口面積比を（２−１），（２−２）式で表される関係にする。これにより、遠焦点領域１５１ａ及び近焦点領域１５１ｂを介して被写体Ｑ_１’，Ｑ_２’の画像を同時に取得した時に、遠焦点領域１５１ａを介して撮像した、合焦距離ｂ_１’にある被写体Ｑ_１’の画像の、光源３１０の照明光に起因する明るさと、近焦点領域１５１ｂを介して撮影した、合焦距離ｂ_２’にある他の被写体Ｑ_２’の画像の、光源３１０の照明光に起因する明るさと、をほぼ等しくすることができる。

なお第３の実施形態においてｂ_１’，ｂ_２’（あるいは、ｍ_１２’も）は撮影目的に応じて設定できるが、例えばｂ_１’＝５ｃｍ、ｂ_２’＝０．５ｃｍ、ｍ_１２’＝０．１５とすると、（１−９）式よりＳ_１’／Ｓ_２’＝（５^２／０．５^２）×０．１５＝１５となる。

被験者の体内では照明用レンズ１５３から照射される照明光以外の光源が存在しないため、内視鏡１００のような画像診断装置では、遠焦点領域１５１ａ，近焦点領域１５１ｂの開口面積比を上述した関係にすることで適正露出の合焦画像を安定して得ることができ、本発明の適用が非常に有効である。

［他の実施形態］
本発明は、上述した第１〜第３の実施形態に係る撮像装置や画像診断装置以外にも様々な装置に適用することができる。例えば、赤外光源を有し赤外領域で画像を取得する監視システムや車載カメラシステムにおいて、撮影レンズを多焦点レンズとし、開口面積比を上述の関係とすることが考えられる。このようなシステムにおいても、第３の実施形態に係る画像診断装置１０００と同様に監視システムの赤外光源から照射される赤外光以外の影響が低いため、本発明の適用が非常に有効である。

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。

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。

１０…撮像装置、１２…撮影レンズ、１２ａ…遠焦点領域、１２ｂ…近焦点領域、１６…ＣＣＤ、１６ａ…遠画像用受光セル、１６ｂ…近画像用受光セル、１８ａ，１８ｂ…遮光膜、３０…液晶モニタ、３８…操作部、３８−１…シャッタボタン、４０…ＣＰＵ、４６…ＥＥＰＲＯＭ、４８…メモリ、５４…メモリカード、１０００…画像診断装置、１００…内視鏡、１４４…先端部、１５０…観察光学系、１５１…撮影レンズ、１５１ａ・・・遠焦点領域、１５１ｂ・・・近焦点領域、１５２…照明光学系、１５３…照明用レンズ、１７０…ライトガイド、２００…内視鏡プロセッサ、２１０…ＣＰＵ、３００…光源装置、３１０…光源、４００…ＯＣＴプロセッサ、５００…モニタ装置

Claims (8)

1. 複数の領域を有し、当該複数の領域がそれぞれ異なる焦点距離を有する単一の多焦点レンズと、
   前記複数の領域にそれぞれ対応した複数の受光センサが二次元配置された単一の撮像素子と、
   一度の撮影指示に応じて、前記複数の受光センサが受光した、前記それぞれ異なる焦点距離を有する複数の領域のいずれかを通過した光束にそれぞれ対応する複数の画像を、それぞれ別個の画像として取得する画像処理手段と、
   被写体に照明光を照射する照明光源と、
   を備えた撮像装置であって、
   前記複数の受光センサは、前記二次元配置における位置に関わらず、前記撮影レンズの前記複数の領域のうち前記対応する領域を通過した光束のみを選択的に受光し、当該対応する領域以外の領域を通過した光束は受光せず、
   前記照明光源と前記画像処理手段とを用いて、前記複数の領域を介して前記複数の画像を同時に取得したときに、
   前記複数の領域の内の一の領域を介して撮像した、当該一の領域の合焦距離にある被写体の画像の、前記照明光に起因する明るさと、
   前記一の領域以外の他の領域を介して撮影した、当該他の領域の合焦距離にある他の被写体の画像の、前記照明光に起因する明るさと、
   がほぼ等しくなるように前記複数の領域間の開口面積比が設定された、
   撮像装置。
2. 前記開口面積比は、合焦距離が長い領域ほど開口面積が広くなるように設定された、請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記開口面積比は以下の式を満たすように設定された、請求項１または２に記載の撮像装置。
   ただし、
   Ｎ ：多焦点レンズの領域数（２以上の整数）
   Ｓ_ｉ，Ｓ_ｊ：領域ｉ，ｊの開口面積
   ｂ_ｉ，ｂ_ｊ：領域ｉ，ｊに対応する合焦距離
4. 前記開口面積比は以下の式を満たすように設定された、請求項１または２に記載の撮像装置。
   ただし、
   Ｎ ：多焦点レンズの領域数（２以上の整数）
   Ｓ_ｉ，Ｓ_ｊ：領域ｉ，ｊの開口面積
   ｂ_ｉ，ｂ_ｊ：領域ｉ，ｊに対応する合焦距離
   ｍ_ｉｊ ：領域ｉに対応する受光センサの受光強度
   （Ｉ_ｉ）／領域ｊに対応する受光センサの受光強度（Ｉ_ｉ）
5. 前記複数の受光センサが以下の式を満たすように設けられた、請求項１から４のいずれかに記載の撮像装置。
   ただし、
   Ｎ ：多焦点レンズの領域数
   Ｐ_ｉ，Ｐ_ｊ：領域ｉ，ｊに対応する受光センサの数
   Ｓ_ｉ，Ｓ_ｊ：領域ｉ，ｊの開口面積
6. 前記画像処理手段は、前記取得した複数の画像の内から、指定された被写体が合焦し適正露出となっている画像を選択し、当該選択した画像を出力する、請求項１から５のいずれかに記載の撮像装置。
7. 前記画像処理手段は、前記取得した複数の画像において、指定された被写体が合焦し適正露出となっている部分を抽出し、当該抽出した部分を合成した画像を出力する、請求項１から６のいずれかに記載の撮像装置。
8. 前記複数の受光センサは、前記対応する領域を通過した光束以外の光束を遮光する遮光部をそれぞれ備える、請求項１から７のいずれかに記載の撮像装置。