JP5710835B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は撮像装置に関し、特に特性が異なる複数の画像を取得可能な撮像装置に関する。

撮像装置の技術分野では、撮影条件を変化させて複数回撮影したり、複数の特性を有するレンズ系を用いて撮影したりすることにより特性が異なる複数の画像の取得を取得し、得られた画像を目的に応じて処理する技術が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。特許文献１に記載の撮像装置では、遠距離用及び近距離用の撮像レンズ系を半円状の複数のレンズで構成し、撮像素子のそれぞれ半分の領域から遠距離画像・近距離画像を得るようになっている。また特許文献２に記載の撮像装置では、被検体と結像面との間に光学部材を配置し、その光学部材を光軸周りに回転させたり光軸方向に移動したりすることや、１つのレンズを半円状の部分に切断し光軸方向位置をずらして配置することにより、光軸方向に離間した複数の被検体を同一の結像面上に結像させるようになっている。

特開２０１０−２７１４２９号公報 特開２００６−１８４８４４号公報

しかしながらこのような従来の技術では、特性が異なる複数の画像の取得に様々な問題が存在する。例えば複数回の撮影により特性が異なる画像を取得する場合画像取得に時間を要し、また画像間で撮影タイミングが異なるため被写体位置の変化等撮影条件の変化に対する追随性が低い。また上記特許文献１，２のような手法で特性が異なる複数の画像を取得する場合は、画質低下のおそれがある。例えば特許文献１に記載の技術では撮像素子の異なる領域への結像により遠距離画像・近距離画像を分離する（一つの受光セル自体は異なる特性の信号を複数同時に受光可能である）ため、撮像素子の領域（特に、遠距離画像用領域・近距離画像用領域の境界付近等）によっては信号を十分分離できず画質が低下してしまう。また上記特許文献２に記載の技術では光軸方向に離間した複数の被検体が一つの受光素子（受光セル）に同時に結像するため、特定の特性を有する画像のみを得たい場合は得られた画像信号を分離しなければならず撮像装置の処理能力に対する負担となったり、また信号の分離が十分に行われず画質が低下したりする。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、所望の画像を、良好な画質を確保しつつ迅速かつ容易に得られ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、物理的に分離した２枚以上のレンズからなる撮影レンズであって、当該撮影レンズの複数の領域が、２枚以上のレンズの組合せに対応してそれぞれ独立した合焦距離を有する撮影レンズと、複数の領域にそれぞれ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、撮像素子が出力する撮像信号から被写体の画像を生成する画像生成部と、を備えている。

第１の態様において「合焦距離」とは以下の式で表される距離ＦＤ、即ち受光センサの受光面から当該受光センサと合焦関係にある被写体までの距離をいう。
（数１）
ＦＤ＝ａ＋ｂ ・・・（１）
ＦＤ：合焦距離
ａ ：レンズと受光センサの受光面との距離
ｂ ：レンズと合焦位置との距離
なお焦点距離をｆとすると１／ｆ＝（１／ａ）＋（１／ｂ）であり、焦点距離ｆが同じでも距離ａ，ｂの組み合わせ方により合焦距離ＦＤは異なる。逆に焦点距離ｆが異なっていても、距離ａ，ｂの組み合わせ方で合焦距離ＦＤを同じにすることもできる。

第１の態様では撮影レンズの各領域の合焦距離は独立であり、撮影目的や被写体に合わせて各領域の合焦距離が設定されていてよい。具体的には各領域の合焦距離が異なっていれば特性（合焦距離）が異なる複数の画像を取得することが可能となり、この場合何度も撮影を繰り返して時間を費やしたり画像間で被写体位置がずれたりすることがなく、迅速かつ容易に画像を取得できる。また各領域の合焦距離が等しい場合は、解像度や光量が良好な単一の画像を取得することができる。

また上述のように第１の態様に係る撮像装置では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を備えているので、一つの受光セルの出力信号に複数の画像信号が重畳されて画質が低下することがなく、また不要な画像信号を分離する処理を行わなくてよいため、所望の画像を良好な画質で容易に取得することができる。なお受光センサによる選択的な受光は、受光面あるいはその前方に設けた遮光部材、液晶シャッタ、液晶プリズム等の光学要素により実現することができる。

このようにして第１の態様に係る撮像装置では、所望の画像を、良好な画質を確保しつつ迅速かつ容易に得ることができる。なお第１の態様において、合焦距離は固定されていてもよいし、変更できるようにしてもよい。

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、撮影レンズは複数の領域の焦点距離が異なる多合焦レンズであり、画像生成部は複数の領域の合焦距離に応じた複数の画像を生成する。したがって第２の態様に係る撮像装置では、合焦距離が異なる複数の画像を同時に取得することができる。なお第２の態様においても第１の態様と同様に、合焦距離は固定されていてもよいし、変更でき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２の態様において、多合焦レンズは、複数の領域にそれぞれ対応する複数のレンズ部であって焦点距離がほぼ等しい複数のレンズ部を光軸方向の異なる位置に配置したものである。上述のように、焦点距離ｆと距離ａ，距離ｂとは（１／ｆ）＝（１／ａ）＋（１／ｂ）の関係があるため、複数のレンズ部の焦点距離がほぼ等しく光軸方向位置が異なれば、合焦距離ＦＤ（＝ａ＋ｂ）も領域ごとに異なる値となる。第３の態様は、多合焦レンズが複数の異なる合焦距離を有するようにするための具体的構成の一態様を示したものである。

なお第３の態様において焦点距離が「ほぼ等しい」とは焦点距離が完全に等しい場合に限らず、画像を視認したユーザが同一被写体の像倍率の違いを明確に把握できない程度に焦点距離が違う場合をも含むものとする。

本発明の第４の態様に係る撮像装置は第１から第３の態様のいずれかにおいて、複数の領域の合焦距離のうち少なくとも一つを変更する合焦距離変更部を備えている。第３の態様では被写体の距離やその変化に合わせて合焦距離を変更し、合焦画像を得ることができる。

本発明の第５の態様に係る撮像装置は第４の態様において、合焦距離変更部は２枚以上のレンズのうち少なくとも一つを光軸方向に移動することにより複数の領域の合焦距離のうち少なくとも一つを変更する。第５の態様は合焦距離変更の一態様を示したものである。

本発明の第６の態様に係る撮像装置は第４または第５の態様において、合焦距離変更部は、２枚以上のレンズのうち少なくとも一つを光軸周りに回転させることにより複数の領域の合焦距離のうち少なくとも一つを変更する。第６の態様は合焦距離変更の他の態様を示したもので、上記２枚以上のレンズのうち少なくとも一つを光軸周りに回転させて光束が通過する領域の組合せを変えることで合焦距離を変化させるようにしている。

本発明の第７の態様に係る撮像装置は第４から第６の態様のいずれかにおいて、複数のレンズが配設された光学部材を備え、合焦距離変更部は、複数のレンズのいずれかが撮影レンズの光軸上に位置するように光学部材を移動させることにより複数の領域の合焦距離のうち少なくとも一つを変更する。第７の態様は合焦距離変更のさらに他の態様を示したもので、このような態様でも異なる距離の被写体に対し合焦画像を得ることができる。なお第７の態様では、合焦距離や焦点距離が異なる複数のレンズが円形に配置された光学部材を回転移動したり、直線状に配置された光学部材を直線移動したりしてよい。

本発明の第８の態様に係る撮像装置は第４から第７の態様のいずれかにおいて、被写体までの距離の情報を取得する距離情報取得部と、取得した被写体距離の分布に応じて、少なくとも一つの被写体が複数の領域のいずれかで合焦するように合焦距離変更部を制御する合焦距離変更制御部と、を備える。第８の態様では被写体距離の分布に応じて合焦距離変更部が制御され、合焦画像を自動的に得ることができる。

なお第８の態様において、被写体の距離情報は位相差情報を用いる方法や撮像信号のコントラストに基づく方法等、種々の方法により検出することができる。

本発明の第９の態様に係る撮像装置は第２から第８の態様のいずれかにおいて、画像生成部は複数の領域の合焦距離に応じた複数の画像を合成した単一の画像を生成する。第９の態様では例えば、異なる距離にある複数の被写体が合焦した単一の画像を生成することができる。

本発明の第１０の態様に係る撮像装置は第１から第９の態様のいずれかにおいて、記画像生成部は複数の領域のうち合焦距離が等しい複数の領域に対応する複数の受光センサの撮像信号を用いて単一の画像を生成する。第１０の態様では複数の領域に対応する受光センサの撮像信号を用いて画像を生成するので解像度や光量が良好な画像を取得でき、また合焦距離が等しい領域の撮像信号を画像生成に用いるので、合焦状態が異なる撮像信号が混在して画質が低下することもない。

本発明の第１１の態様に係る撮像装置は第１の態様において、撮影レンズは複数の領域の焦点距離が異なり複数の領域の合焦距離が等しい撮影レンズであり、画像生成部は複数の領域の焦点距離に応じた複数の画像を生成する。ここで領域間で焦点距離をどの程度異ならせるのが適当であるかは被写体の種類等撮影条件によって異なるが、ユーザが画像を視認した時に像倍率の違いが把握できるようにすることができる。これにより第１１の態様では同一の被写体の像倍率が異なる複数の画（例えば、広角の画像と望遠の画像）像を同時に取得でき、また画像生成には合焦距離が等しい領域の撮像信号を用いるので、合焦状態が等しい複数の画像が得られる。なお第１１の態様において「合焦距離が等しい」とは合焦距離が完全に等しい場合に限らず、画像を視認したユーザが合焦状態の違いを明確に把握できない程度に合焦距離が違う場合をも含むものとする。

本発明の第１２の態様に係る撮像装置は第１１の態様において、複数の領域の焦点距離のうち少なくとも一つを変更する焦点距離変更部を備える。第１１の態様では、焦点距離の変更により所望の像倍率の画像を取得できる。

本発明の第１３の態様に係る撮像装置は第１２の態様において、焦点距離変更部は２枚以上のレンズのうち少なくとも一つを光軸方向に移動することにより複数の領域の焦点距離のうち少なくとも一つを変更する。第１３の態様は焦点距離変更の一態様を示すものである。

本発明の第１４の態様に係る撮像装置は第１２または第１３の態様において、複数のレンズが配設された光学部材を備え、焦点距離変更部は、複数のレンズのいずれかが撮影レンズの光軸上に位置するように光学部材を移動させることにより複数の領域の焦点距離のうち少なくとも一つを変更する。光学部材には、合焦距離や焦点距離が異なる複数のレンズを配置するようにしてよい。第１４の態様は焦点距離変更の他の態様を示すものである。

本発明の第１５の態様に係る撮像装置は第１１から第１４の態様のいずれかにおいて、画像生成部は複数の領域にそれぞれ対応する複数の撮像信号から単一の画像を生成し、複数の撮像信号のうちの、単一の画像中の一部の領域の生成に用いられる撮像信号の数が、当該一部の領域以外の領域の生成に用いられる撮像信号の数よりも多い。第１５の態様では例えば広角の画像と望遠の画像とを合成することができ、この場合合成画像において望遠画像に相当する領域は広角画像用受光セルの撮像信号と望遠画像用受光セルの撮像信号との双方（２つの画像信号）を用いて画像を生成し、合成画像において望遠画像に相当する領域以外の領域は広角画像用受光セルの撮像信号のみ（１つの画像信号）を用いて画像を生成することができるので、望遠画像に相当する領域は望遠部分以外の領域よりも良好な画質（解像度や明るさ）が得られる。従って主要被写体が広角画像と望遠画像との重複領域（例えば、撮影範囲の中央）に位置するように撮影すれば、主要被写体について画質が良好な画像が得られる。

本発明の第１６の態様に係る撮像装置は第１５の態様において、単一の画像は、一部の領域の解像度が一部の領域以外の領域の解像度よりも高い。第１６の態様は、第１５の態様による画質向上の内容を具体的に示したものである。

上記目的を達成するために本発明の第１７の態様は、焦点距離がほぼ等しくそれぞれ異なる領域に対応する複数のレンズ部を光軸方向位置をずらして配置し、当該複数のレンズ部を一体化した一枚のレンズからなる撮像レンズと、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、撮像素子が出力する撮像信号から被写体の画像を生成する画像生成部と、を備える。第１７の態様においては焦点距離が同一である複数のレンズ部が光軸方向位置をずらして配置されているため、上述した（１／ｆ）＝（１／ａ）＋（１／ｂ）の関係より各領域の合焦距離が異なることとなり、合焦距離の異なる複数の画像を同時に取得することができるので、何度も撮影を繰り返して時間を費やしたり画像間で被写体位置がずれたりすることがない。また第１７の態様に係る撮像装置では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を備えているので、一つの受光セルの出力信号に複数の画像信号が重畳されて画質が低下することがなく、不要な画像信号を分離する処理を行わなくてよいため、所望の画像を良好な画質で容易に取得することができる。

なお第１７の態様において「焦点距離がほぼ等しい」とは、焦点距離が完全に等しい場合に限らず、画像を視認したユーザが同一被写体の像倍率の違いを明確に把握できない程度に焦点距離が違う場合をも含むものとする。

以上説明したように本発明によれば、所望の画像を、良好な画質を確保しつつ迅速かつ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の正面斜視図である。 図２は、撮像装置１０の要部構成を示すブロック図である。 図３は、撮影レンズ１２の正面図及び側面図である。 図４は、撮影レンズ１２の各領域の移動の様子を示す図である。 図５は、撮像素子１６における光束の選択的な受光の様子を示す図である。 図６は、撮像素子１６における受光セルの配置の例を示す図である。 図７は、ＣＰＵ４０の機能構成を示す図である。 図８は、撮像装置１０における多合焦画像取得の様子を示す概念図である。 図９は、撮像装置１０における多合焦画像の例を示す図である。 図１０は、撮像装置１０における合焦距離の変更を示す図である。 図１１は、円形レンズで撮影レンズ１２を構成する態様を示す図である。 図１２は、半月型レンズの回転による合焦距離変更の様子を示す図である。 図１３は、半月型レンズを用いて撮影レンズ１２を構成する態様を示す図である。 図１４は、光学部材の移動による合焦距離変更の様子を示す図である。 図１５は、第２の態様に係る撮像装置におけるＣＰＵ４０の機能構成を示す図である。 図１６は、第２の実施形態におけるＣＰＵ４０の機能、レンズ駆動部５６、及び撮影レンズ１２の関係を示す図である。 図１７は、第２の実施形態において撮影レンズ１２の各領域の合焦距離が異なる場合の画像取得の様子を示す概念図である。 図１８は、第２の実施形態において撮影レンズ１２の各領域の合焦距離が等しい場合の画像取得の様子を示す概念図である。 図１９は、第３の実施形態における画像取得の様子を示す概念図である。 図２０は、第３の実施形態におけるＣＰＵ４０’の機能構成を示す図である。 図２１は、焦点距離変更の仕組みを説明するための図である。 図２２は、第３の実施形態における焦点距離変更の態様を示す図である。 図２３は、第３の実施形態における画像取得の様子を示す図である。 図２４は、第４の実施形態における撮影レンズの例を示す図である。

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の実施の形態に係る撮像装置１０（撮像装置）の外観斜視図であり、図２は撮像装置１０の要部構成を示すブロック図である。図１に示すように、撮像装置１０の前面には撮影レンズ１２，ストロボ１８等が配置され、上面にはレリーズボタン３８−１が設けられている。Ｌ１は撮影レンズ１２の光軸を表す。

図２は撮像装置１０の要部構成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（後述する撮像処理や画像生成・合成処理等に用いるプログラムを含む）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、レリーズボタン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、後述するように撮像装置１０の各回路を制御する。

レリーズボタン３８−１は撮影開始の指示を入力するための操作手段であり、いわゆる「半押し」と「全押し」とからなる２段ストローク式のスイッチで構成されている。撮像装置１０は、レリーズボタン３８−１が半押しされることによってＳ１オンの信号、半押しから更に押し込む全押しがされることによってＳ２オンの信号が出力され、Ｓ１オン信号が出力されると自動露出制御（ＡＥ処理）などの撮影準備処理を実行し、Ｓ２オン信号が出力されると撮影処理を実行する。なおレリーズボタン３８−１は半押しと全押しとからなる２段ストローク式のボタンの形式に限られず、１回の操作でＳ１オンの信号とＳ２オンの信号とを出力してもよく、それぞれ個別のボタンを設けてＳ１オンの信号、Ｓ２オンの信号を出力してもよい。また、撮像装置１０の操作指示をタッチパネル等により行う形態では、これら操作手段としてタッチ式パネルの画面に表示される操作指示に対応する領域をタッチすることで操作指示を出力するようにしてもよく、本発明においては撮影準備処理や撮影処理を指示するものであれば操作手段の形態はこれらに限られない。また、１つの操作手段への操作指示で撮影準備処理と撮影処理とを連続して実行するようにしてもよい。モードダイヤルは、静止画／動画撮影モード、マニュアル／オート撮影モード、及び撮影シーン等を選択する手段である。

再生ボタンは、撮影記録した画像の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機能と、選択内容の確定及び実行などを指令する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、カーソル移動操作手段やズームスイッチ、再生モード時のコマ送りボタン等として機能する。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時などに使用される。これらのボタンやキーは、画像抽出や合成処理の際に必要な操作にも用いることができる。

撮影モード時において、被写体を示す画像光は、撮影レンズ１２（多合焦レンズ）、絞り１４を介して固体撮像素子（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、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、合焦距離や焦点距離が変更される。

撮影レンズ１２は、合焦距離が長い領域（以下、遠合焦領域という）１２ａと、遠合焦領域１２ａより短い合焦距離を有する領域（以下、近合焦領域という）１２ｂと、を有する。図３(ａ)に示すように、正面から見て半月型の領域がレンズ中心Ｏ１の上下に設けられており、下部から順に遠合焦領域１２ａ、近合焦領域１２ｂ、となっている。そしてこれら２つの合焦領域が物理的に分離した２枚のレンズとして作用し、全体として撮影レンズ１２を構成する。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。なお図３(ｂ)に示すように、遠合焦領域１２ａ，近合焦領域１２ｂは光軸方向の異なる位置に配置してよい。

また撮影レンズ１２は、遠合焦領域１２ａと近合焦領域１２ｂとを光軸方向に個別に移動して合焦距離を変更できるようになっている。図４は撮影レンズ１２を斜め方向から見た図であり、（ａ）は遠合焦領域１２ａと近合焦領域１２ｂとが光軸方向の同位置にある状態、（ｂ）は（ａ）の状態から遠合焦領域１２ａをＣＣＤ１６側に移動させて近合焦領域１２ｂを被写体側に移動させた状態を示し、（ｃ）は（ｂ）と逆に遠合焦領域１２ａを被写体側に移動させて近合焦領域１２ｂをＣＣＤ１６側に移動させた状態を示す。このような遠合焦領域１２ａ，近合焦領域１２ｂの移動による合焦距離変更の詳細は後述する。

なお図３の例では各合焦領域を半月型に形成しているが、合焦領域を円形の領域と円環状の領域（いずれかが遠合焦領域、他方が近合焦領域）とで形成するようにしてもよい。この場合撮影レンズは、遠合焦領域を円環状のレンズで構成し、近合焦領域を遠合焦領域のレンズとは分離した円形のレンズで構成してもよいし、円環状の遠合焦領域の内側に円形のパワーゼロの領域を設けたレンズと、円形の近合焦領域の外側に円環状のパワーゼロの領域を設けたレンズとで構成してもよい。なおこのように合焦領域を円形の領域と円環状の領域とで構成する場合、フォトセンサ上の遮光膜を合焦領域の形状に対応させて円形または円環状にすることが好ましい。また図３の例では遠合焦領域１２ａ、近合焦領域１２ｂの面積を等しくしているが、遠合焦領域・近合焦領域の面積比は光学系の特性や撮影目的・撮影条件等に応じて上記と異なる比率に設定してもよい。また領域数は２に限らず３以上でもよい。

撮影レンズ１２の遠合焦領域１２ａ、近合焦領域１２ｂを通過した光束は、ＣＣＤ１６の各フォトセンサに入射する。図５に示すようにＣＣＤ１６は、撮影レンズ１２の遠合焦領域１２ａを通過した光束を受光する遠画像用受光セル１６ａと、近合焦領域１２ｂを通過した光束を受光する近画像用受光セル１６ｂ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により遠合焦領域１２ａ、近合焦領域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の前面に遮光部材や液晶シャッタを設けるようにしてもよい。

受光セル１６ａ，１６ｂの数の比は、受光セル１６ａ，１６ｂに対応する合焦領域１２ａ，１２ｂの面積比と略等しくなるようにすることが好ましい。図６は撮像素子１６における受光セルの配置例であり、本実施形態では遠合焦領域１２ａと近合焦領域１２ｂの面積が等しいので、受光セル１６ａ，１６ｂの数も等しくなっている。受光セル１６ａ，１６ｂは生成さ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、複数の合焦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。

ＣＰＵ４０は、絞り駆動部３４を介して絞り１４を制御するとともに、ＣＣＤ制御部３２を介してＣＣＤ１６での電荷蓄積時間（シャッタスピード）や、ＣＣＤ１６からの画像信号の読み出し制御等を行う。ＣＣＤ１６に蓄積された信号電荷は、ＣＣＤ制御部３２から加えられる読み出し信号に基づいて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ごとの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。なおＣＣＤ１６に代えてＭＯＳ型撮像素子を用いることができるが、その場合Ａ／Ｄ変換器２０４は撮像素子内に内蔵されていることが多く、また上記相関二重サンプリングは必要としない。

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で処理された画像データは、ＶＲＡＭ５０に入力される。ＶＲＡＭ５０には、それぞれが１コマ分の画像を表す画像データを記憶するＡ領域とＢ領域とが含まれており、１コマ分の画像を表す画像データがＡ領域とＢ領域とで交互に書き換えられ、画像データが書き換えられている領域以外の領域から、書き込まれた画像データが読み出される。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。液晶モニタ３０はタッチパネルを採用しており、取得した画像を表示すると共に、画面を介したユーザの操作が可能になっている。

また、操作部３８のレリーズボタン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、レンズ駆動部３６を介して撮影レンズ１２の合焦制御を行う。また、レリーズボタン３８−１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。

ＣＰＵ４０は、ＡＥ検出部４４から入力するＧ信号の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１４の絞り値及びＣＣＤ１６の電子シャッタ（シャッタスピード）を決定し、その結果に基づいて絞り１４及びＣＣＤ１６での電荷蓄積時間を制御する。

ＡＥ動作が終了し、レリーズボタン３８−１の第２段階の押下（全押し）があると、その押下に応答して遠合焦領域１２ａ，近合焦領域１２ｂに対応した画像データがＡ／Ｄ変換器２１から出力されて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ＹＣ処理等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、それらの画像ファイルは、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。

＜ＣＰＵの機能構成＞
撮像装置１０では後述するように撮影レンズ１２の合焦距離制御や画像の生成・合成を行うが、このような処理は主としてＣＰＵ４０の制御により行われる。図７はそのような処理を行うためのＣＰＵ４０の機能を示す機能ブロック図であり、ＣＰＵ４０は図７に示すように画像生成／合成機能ｆ１（画像生成部）と合焦距離変更機能ｆ２（合焦距離変更部）を有している。以下、各機能の概略を説明する。

画像生成／合成機能ｆ１は、ＣＣＤ１６から出力される撮像信号を用いて撮影レンズ１２の各領域の合焦距離・焦点距離に対応した画像を生成すると共に、それらの画像を合成した画像を生成する機能である。

合焦距離変更機能ｆ２は、レンズ駆動部５６に含まれるモータや後述する光学部材を駆動／移動して撮影レンズ１２の各領域の合焦距離を変更する機能である。

これらの機能に基づく制御の詳細は後述する。なお上記機能ｆ１，ｆ２はＣＰＵ４０の機能のうち合焦距離制御や画像の生成・合成等に関する主要機能を示したものであり、ＣＰＵ４０の機能はこれらに限られるものではない。

＜多合焦画像の取得＞
次に、撮像装置１０での多合焦画像取得について説明する。図８は、撮影レンズ１２の遠合焦領域１２ａ，近合焦領域１２ｂでの合焦画像（遠合焦画像，近合焦画像）及びそれらを合成した画像の取得の様子を示す図であり、各参照符号の示す内容は以下の通りである。

図８において、各参照符号の内容は以下の通りである。

ａ１，ａ２ ：遠合焦領域１２ａ，近合焦領域１２ｂのレンズ−受光面間距離
ｂ１，ｂ２ ：遠合焦領域１２ａ，近合焦領域１２ｂのレンズ−被写体間距離
ＦＤ１，ＦＤ２：遠合焦領域１２ａ，近合焦領域１２ｂの合焦距離
Ｑ１，Ｑ２ ：被写体
従って図８の状況において、距離ｂ１にある被写体Ｑ１は遠合焦領域１２ａで合焦し、距離ｂ２にある被写体Ｑ２は近合焦領域１２ｂで合焦する。図９は図８の状況において各合焦領域で取得した画像、及び各合焦画像の合焦部分を抽出し合成した画像の例である。図９(ａ)に示す画像ｉ１は遠合焦領域１２ａで取得した画像を示し、距離ｂ１にある被写体Ｑ１が合焦し、距離ｂ１と異なる距離ｂ２にある被写体Ｑ２は距離ｂ１，ｂ２の差に応じてぼけている。一方図９(ｂ)に示す画像ｉ２は近合焦領域１２ｂで取得した画像を示し、距離ｂ２にある被写体が合焦し、距離ｂ２と異なる距離ｂ１にある被写体Ｑ１は距離ｂ２，ｂ１の差に応じてぼけている。これらの画像ｉ１，ｉ２の合焦部分を抽出して合成すれば、図９(ｃ)に示す画像ｉ３のように両被写体Ｑ１，Ｑ２が合焦した画像を得ることができる。

なお図９では一方の被写体がボケている画像を例として示したが、距離ｂ１，ｂ２と異なる距離にある被写体であっても各合焦領域１２ａ，１２ｂの被写界深度内にある場合は「合焦した」とみなすことができる。例えば被写体Ｑ１が近合焦領域１２ｂの被写界深度内にある場合は被写体Ｑ１は近合焦領域１２ｂに対応する画像ｉ２で合焦し、画像ｉ２は被写体Ｑ１，Ｑ２がいずれも合焦した画像となる。被写体Ｑ２についても同様である。各合焦領域１２ａ，１２ｂの被写界深度は、このような事情を考慮して設定してよい。

＜多合焦撮影の効果＞
このように第１の実施形態に係る撮像装置１０では撮影レンズ１２の遠合焦領域１２ａ，近合焦領域１２ｂにより合焦距離の異なる複数の画像を同時に取得可能であり、また撮像素子１６は遠合焦領域１２ａ，近合焦領域１２ｂを通過した光束を選択的に受光する受光セル１６ａ，１６ｂを備えているので、合焦距離の異なる撮像信号が混入して画質が低下するのを防ぐことができる。即ち所望の画像を、良好な画質を確保しつつ迅速かつ容易に得ることができる。

＜合焦距離の変更＞
次に、本実施形態での合焦距離変更について説明する。図１０は撮影レンズ１２を側面から見た図であり、図の右側（Ｚ方向）がＣＣＤ１６の方向、符号１６−１はＣＣＤ１６の受光セル１６ａ，１６ｂの受光面を表す。図１０（ａ）は遠合焦領域１２ａと近合焦領域１２ｂが光軸（Ｌ１）方向の同じ位置にある状態を示しており、この状態では遠合焦領域１２ａの合焦距離ＦＤ１＝ａ１＋ｂ１、近合焦領域１２ｂの合焦距離ＦＤ２＝ａ２＋ｂ２である。ここで上述のように焦点距離ｆと距離ａ（撮影レンズと受光センサの受光面との距離），距離ｂ（レンズと合焦位置との距離）とは（１／ｆ）＝（１／ａ）＋（１／ｂ）の関係があり、図１０（ｂ）のように遠合焦領域１２ａを矢印Ａ方向（受光面側）に動かすと距離ａ１が短くなって（ａ１’）距離ｂ１が長くなり（ｂ１’）、合焦距離ＦＤ１が長くなる（ＦＤ１’）。同様に近合焦領域１２ｂを矢印Ｂ方向（被写体側）に動かすと距離ａ２が長くなって（ａ２’）距離ｂ２が短くなり（ｂ２’）、合焦距離ＦＤ２が短くなる（ＦＤ２’）。

合焦距離変更の数値例を示すと、例えば遠合焦領域１２ａの距離ａ１が１０ｃｍで距離ｂ１が３ｍ（従って合焦距離は３．１ｍ、焦点距離は約９７ｍｍ）の場合に、遠合焦領域１２ａを受光面１６−１側に移動して距離ａ１’を９．９ｃｍとすると距離ｂ１’は約４．３ｍ、合焦距離は約４．４ｍとなる。

このような合焦距離の変更は、ユーザのマニュアル操作（例えばレンズ鏡筒を回転させ、カム機構を介して撮影レンズ１２を光軸方向に移動する）により行うようにしてもよいし、操作部３８を介したユーザの指示入力に基づきレンズ駆動部５６が遠合焦領域１２ａ，近合焦領域１２ｂを光軸方向に移動することにより行うようにしてもよい。レンズ駆動部５６による撮影レンズ１２の移動はモータの他カムやギア、ＰＺＴ（ピエゾ素子）等を用いて行うことができる。

このように遠合焦領域１２ａ，近合焦領域１２ｂを移動して合焦距離を変更することで、所望の合焦距離及びその組み合わせで、複数の画像を同時に取得することができる。

＜合焦距離変更の他の態様＞
上記実施形態では半月型の遠合焦領域１２ａ及び近合焦領域１２ｂを光軸方向に移動して合焦距離を変更する場合について説明したが、本発明における多合焦レンズの構成及び合焦距離の変更はこのような態様に限られない。以下、他の態様を説明する。

（１）円形レンズの移動による場合
図１１は、撮影レンズ１２を２枚の円形レンズを含めて構成し、これら円形レンズの一方または双方を光軸方向に移動することで合焦距離を変更する場合の例である。このような円形レンズを用いることで、上述したような半月型レンズよりも保持・移動が容易になる。図１１(ａ)においてはレンズ１２−１は下側領域Ｄ０がパワーなし（平面）、上側領域Ｄ１が正パワー（凸面）であり、レンズ１２−２は上側領域Ｄ２がパワーなし（平面）、下側領域Ｄ３が正パワー（凸面）である。一方図１１(ｂ)においてはレンズ１２−１’は下側領域Ｄ０’がパワーなし（平面）、上側領域Ｄ１’が正パワー（凸面）であり、レンズ１２−２’は上側領域Ｄ２’が負パワー（凹面）、下側領域Ｄ３’がパワーなし（平面）である。図１１(ｂ)のようなレンズを用いる場合、これらのレンズとメインレンズとを組み合わせて結像レンズ（撮影レンズ１２）とすることができる。

（２）半月型レンズの回転による場合
図１２は、２枚の半月型レンズ１２−３，１２−４を光軸方向に並べ、一方を回転することで合焦距離を変更する場合の例である。図１２中(ａ１)から（ａ３）は半月型レンズ１２−３，１２−４を光軸方向斜め上方から見た図であり、(ａ１)は半月型レンズ１２−３，１２−４が重なっている状態、(ａ２)は半月型レンズ１２−４を１／４回転させた状態、(ａ３)は半月型レンズ１２−４を１／４回転させた状態を示す。(ａ１)から(ａ３)を被写体側から見ると(ｂ１)から(ｂ３)、及び(ｃ１)から(ｃ３)のようになる。

このような状態でレンズ全体でのパワーは(ｃ１)から(ｃ３)のようになり、複数の領域のそれぞれが独立したパワー（合焦距離）を有する。半月型レンズ１２−３，１２−４のパワーをそれぞれＤ１，Ｄ２とすると、(ｃ１)では上半分（第１，第２象限）がパワーＤ１＋Ｄ２で下半分（第３，第４象限）がパワーゼロとなり、(ｃ２)では第１〜第４象限のパワーがそれぞれ（Ｄ１＋Ｄ２），Ｄ１，ゼロ，Ｄ２となり、(ｃ３)では上半分（第１，第２象限）がパワーＤ１で下半分（第３，第４象限）がパワーＤ２となる。

図１２のようなレンズを用いる場合、これらのレンズとメインレンズ１２−０とを組み合わせて結像レンズ（撮影レンズ１２）とすることができる（図１３参照）。

なお上記（２）のようにレンズを回転させる場合も、（１）の場合（図１１）と同様に円形のレンズを用いるようにしてもよい。例えば図１２，１３のレンズ系において、レンズ１２−３，４を円形にし、一方又は双方を回転させることで、図１１の場合と同様にレンズの保持や移動を容易に行うことができる。

（３）光学部材の移動による場合
合焦距離の変更は、光学部材の移動（回転移動・平行移動）によっても行うことができる。図１４はそのような手法による合焦距離変更の例を示す図であり、(ａ)は光学部材１３−１（光学部材）の回転移動を行う場合、(ｂ)は光学部材１３−２（光学部材）の平行移動を行う場合である。図１４の(ａ)に示す光学部材１３−１にはレンズ１３−１Ａ〜１３−１Ｅが円周上に配設されており、この光学部材１３−１を回転させてレンズ１３−１Ａ〜１３−１Ｅのいずれかをメインレンズ１２−０の光軸上に位置させることで、レンズ系全体としての合焦距離が変更できるようになっている。また図１４の(ｂ)に示す長方形の光学部材１３−２にはレンズ１３−２Ａ〜１３−２Ｄが直線上に配設されており、この光学部材１３−２平行移動させてレンズ１３−２Ａ〜１３−２Ｄのいずれかをメインレンズ１２−０の光軸上に位置させることで、レンズ系全体としての合焦距離が変更できるようになっている。これらの光学部材においては、レンズ系全体としての所望の合焦距離の範囲に応じてレンズの合焦距離や焦点距離、及びレンズ数を設定してよい。

＜第２の実施形態＞
＜距離分布に基づく合焦距離の自動変更＞
次に、本発明に係る撮像装置の第２の実施形態について説明する。上記第１の実施形態ではユーザの操作または指示入力に基づいて合焦距離を変更する場合について説明したが、第２の実施形態では被写体距離の分布に基づいて合焦距離を自動変更する場合について説明する。

第２の実施形態についても撮像装置の基本的な構成は第１の実施形態と同様であるので、以下相違点を説明する。図１５は第２の実施形態におけるＣＰＵの機能構成図である。第２の実施形態では、ＣＰＵ４０は以下の機能ｆ１〜ｆ４を有する。

画像生成／合成機能ｆ１は第１の実施形態と同様に、ＣＣＤ１６から出力される撮像信号を用いて撮影レンズ１２の各領域の合焦距離・焦点距離に対応した画像を生成すると共に、それらの画像を合成した画像を生成する機能である。

合焦距離変更機能ｆ２はレンズ駆動部５６に含まれるモータ等を駆動して撮影レンズ１２を移動し、合焦距離を変更する機能である。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、撮影レンズ１２の移動や光学部材の移動により合焦距離を変更することができる（図１０〜１４参照）。

距離情報取得機能ｆ３（距離情報取得部）は、ＣＣＤ１６（距離情報取得部）から出力される信号に基づいて被写体の距離分布を取得する機能である。なお距離情報取得機能ｆ３において、被写体の距離情報は種々の方法により検出することができる。例えば特開２０１１−１２４７１２号に記載されているように撮像素子に位相差検出用画素を設け位相差情報を利用して算出するようにしてもよいし、異なるレンズ位置で取得された複数の撮像信号のコントラストを比較することにより算出するようにしてもよい。

合焦距離変更制御機能ｆ４（合焦距離変更制御部）は、距離情報取得機能ｆ３が取得した距離情報に基づいて合焦距離変更機能ｆ２による合焦距離の変更を制御する機能である。合焦距離変更制御機能ｆ４はさらに、合焦距離判断機能ｆ４−１と、遠合焦領域１２ａ目標位置決定機能ｆ４−２、近合焦領域１２ｂ目標位置決定機能ｆ４−３を有する。

図１６は、上記ＣＰＵ４０の機能、レンズ駆動部５６、及び撮影レンズ１２の関係を示す図である。

上記構成の下第２の実施形態では、上記距離情報取得機能ｆ３により被写体の距離分布が取得される。その結果図１７の例のように複数の被写体Ｑ１，Ｑ２がそれぞれ異なる距離（レンズ−被写体間距離）ｂ１，ｂ２にある場合は、合焦距離変更制御機能ｆ４及び合焦距離変更機能ｆ２はレンズ駆動部５６を制御して遠合焦領域１２ａの合焦距離をＦＤ１（＝ａ１＋ｂ１）とし、近合焦領域１２ｂの合焦距離をＦＤ２（＝ａ２＋ｂ２）とする。そしてこれに対応して遠合焦領域１２ａ，近合焦領域１２ｂに対応した画像ｉ１’，ｉ２’、及びこれらを合成した画像ｉ３’が出力される。画像ｉ１’〜ｉ３’の様子は、第１の実施形態におけるｉ１’〜ｉ３’と同様である（図９参照）。

一方被写体の距離分布取得の結果図１８の例のように複数の被写体Ｑ１，Ｑ２が等しい距離（レンズ−被写体間距離）ｂ１にある場合は、合焦距離変更制御機能ｆ４はレンズ駆動部５６を制御して遠合焦領域１２ａ，近合焦領域１２ｂの合焦距離を共にＦＤ１（＝ａ１＋ｂ１）とする。そしてこの場合は遠合焦領域１２ａ，近合焦領域１２ｂに対応する受光センサ１６ａ，１６ｂ双方の撮像信号を用いて、解像度や光量が高く良好な画質の画像ｉ３”を生成することができる。なおここで距離が「等しい」とは、距離が完全に同一である場合に限らず多少の相違（被写体の種類や撮影目的に応じて異なっていてよい）がある場合をも含むものとする。また例えば、いずれかの合焦領域の被写界深度内に複数の被写体が存在する場合におけるそれらの被写体の距離をも「等しい」と扱うようにしてもよい。

＜第３の実施形態＞
次に、本発明に係る撮像装置の第３の実施形態について説明する。上記第１，第２の実施形態では撮影レンズの各領域の合焦距離が異なる場合、及び合焦距離を変更する場合について説明したが、本第３の実施形態では撮影レンズの各領域の合焦距離が等しく焦点距離が異なる場合、及び焦点距離を変更する場合について説明する。

第３の実施形態に係る撮像装置の構成は基本的に第１，第２の実施形態と同様（図２参照）であるので、以下相違点を説明する。

第３の実施形態に係る撮像装置における撮影レンズ１２’は第１の領域１２ａ’及び第２の領域１２ｂ’を有し、これらの領域は合焦距離が等しく焦点距離（像倍率）が異なっている。そしてこれら２つの合焦領域が物理的に分離した２枚のレンズとして作用し、全体として撮影レンズ１２を構成する。このような撮影レンズ１２’により第３の実施形態に係る撮像装置では、図１９に示すように、第１の領域１２ａ’及び第２の領域１２ｂ’に対応した焦点距離（像倍率）の異なる複数の画像ｉ４，ｉ５を同時に取得することができる。

図２０は第３の実施形態に係る撮像装置におけるＣＰＵ４０’の機能構成図である。ＣＰＵ４０’は主として、第１，第２の実施形態と同様の画像生成／合成機能ｆ１に加え、撮影レンズの各領域を移動させて焦点距離を変更する焦点距離変更機能ｆ５（焦点距離変更部）を有している。

図２１は、焦点距離変更の仕組みを説明するための図である。焦点距離変更の仕組みは種々考えられるが、第３の実施形態ではズームレンズの構成を用いている。ズームレンズの方式には種々のものがあるが、ここでは駆動するレンズがレンズ群の中央に位置する「４グループ式」を例として説明する。

図２１の例では、レンズ構成は前から順に「焦点系レンズ（フォーカシングレンズ：凸成分）ＦＬ」、「変倍系レンズ（バリエーター：凹成分）ＶＬ」、「補正系レンズ（コンペンセーター：凸成分）ＣＬ」、「結像系レンズ（マスターレンズ、リレー系とも呼ぶ：凸成分）ＭＬ」の各グループ（成分）に分かれている。実際にズームレンズとして機能する第１〜第３グループは焦点を結ばない無焦点系（アフォーカル）であり、アフォーカル倍率（平行光線が第１グループに入射する光軸からの高さと、第３グループから出射する光軸からの高さの比）を変化させることで焦点距離を変化させる。

このときのアフォーカル倍率と第４グループの凸成分マスターレンズＭＬの焦点距離を乗じた数値が、ズームレンズ全体の焦点距離となる。例えば、マスターレンズＭＬの焦点距離が１５０ｍｍで第１〜第３グループのアフォーカル倍率が０．５倍（図２１(ａ)）〜１倍(図２１(ｂ))だとすると、ズームレンズ全体の焦点距離は７５〜１５０ｍｍとなる。

第３の実施形態における撮影レンズ１２’では図２２に示すように、第２グループの変倍系レンズＶＬと第３グループの補正系レンズＣＬを多合焦レンズとしこれらのレンズを移動することでレンズ全体として焦点距離を変更できるようにしており、図２２の下側が焦点距離の長い第１の領域１２ａ’、上側が焦点距離の短い第２の領域１２ｂ’である。レンズの移動はユーザのマニュアル操作（例えばレンズ鏡筒を回転させ、カム機構を介してレンズを光軸方向に移動する）により行うようにしてもよいし、操作部３８を介したユーザの指示入力に基づきレンズ駆動部５６が行うようにしてもよい。

なお第３の実施形態においても第２の実施形態（図１４参照）と同様に、合焦距離や焦点距離の異なる複数のレンズが配置された光学部材を移動（回転移動・平行移動）することにより焦点距離を変更するようにしてもよい。

図２３はこのような撮影レンズ１２’を備える撮像装置で取得した画像の例を示す図である。図２３では(ａ)が焦点距離の長い第１の領域１２ａ’で取得した望遠の画像ｉ４であり、(ｂ)が焦点距離の短い第１の領域１２ｂ’で取得した広角の画像ｉ５である。これら画像を用いると、撮影範囲の周辺部分については画像ｉ５の撮像信号を使用し、望遠部分（図２３(ｂ)の点線ＣＡの部分）については画像ｉ４，ｉ５双方の撮像信号を使用して画像を合成することで、望遠部分（図２３(ｃ)の点線ＣＡの部分）について解像度・光量が向上した画像ｉ６を取得することができる。画像ｉ６では、撮影範囲周辺にある所望の被写体以外の被写体（この場合、被写体Ｑ２）についてある程度の画質を確保しつつ、撮影範囲中心部にある所望の被写体（この場合、被写体Ｑ１の顔部分）につて画質を向上させることができる。

＜第４の実施形態＞
次に、本発明に係る撮像装置の第４の実施形態について説明する。上記第１〜第３の実施形態では撮影レンズが物理的に分離した２枚以上のレンズからなる場合について説明したが、本第４の実施形態では、撮影レンズが複数のレンズ部を一体化した一枚のレンズからなる場合について説明する。

図２４は第４の実施形態に係る撮影レンズ１２０を示す図である。図２４(ａ)に示すように撮影レンズ１２０は、正面から見て半月型の領域がレンズ中心Ｏ２の上下（光軸Ｌ２の上下）に設けられており、下部から順に遠合焦領域１２０ａ、近合焦領域１２０ｂ、となっている。また図２４(ｂ)に示すように、遠合焦領域１２０ａ，近合焦領域１２０ｂは光軸方向位置をずらして配置され、これら合焦領域が一体的に結合され一枚のレンズとして撮影レンズ１２０を構成している。ここで遠合焦領域１２０ａ，近合焦領域１２０ｂの焦点距離は等しいが光軸方向位置をずらして配置されているため、遠合焦領域１２０ａ，近合焦領域１２０ｂの合焦距離は異なっている。なおここで「焦点距離がほぼ等しい」とは、焦点距離が完全に等しい場合に限らず、画像を視認したユーザが同一被写体の像倍率の違いを明確に把握できない程度に焦点距離が違う場合をも含むものとする。また各合焦領域の光軸方向位置は、所望の合焦距離が得られるように設定してよい。

第４の実施形態において、撮像装置のその他の構成は第１〜第３の実施形態と同様であり、上記合焦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ＣＣＤ（撮像素子）等を備えている。また第４の実施形態に係る撮像装置では、ＣＣＤが出力する撮像信号から各合焦領域に対応した画像、及びそれらを合成した画像を生成することができるようになっている。

このような構成により第４の実施形態に係る撮像装置では合焦距離の異なる複数の画像を、良好な画質で同時に取得することができる。

なお第４の実施形態に係る撮像装置においても第１〜第３の実施形態と同様に、撮影レンズ１２０を光軸方向に動かして合焦距離を変更するようにしてもよい。

以上本発明を第１〜第４の実施形態により説明したが、本発明の実施の態様はこれらの実施形態に限定されず、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。

１０…撮像装置、１２，１２０…撮影レンズ、１２ａ，１２０ａ…遠合焦領域、１２ｂ，１２０ｂ…近合焦領域、１３−１，１３−２…光学部材、１６…固体撮像素子（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、４０…ＣＰＵ、４６…ＥＥＰＲＯＭ、４８…メモリ、５４…メモリカード、ａ１，ａ２，ａ１’，ａ２’…レンズ−受光面間距離、ｂ１，ｂ２，ｂ１’，ｂ２’…レンズ−被写体間距離、ＦＤ１，ＦＤ２，ＦＤ１’，ＦＤ２’…合焦距離、Ｑ１，Ｑ２…被写体、ｉ１〜ｉ６，ｉ１’〜ｉ３’，ｉ３”…画像

Claims (19)

1. 物理的に分離した２枚以上のレンズからなる撮影レンズであって、当該撮影レンズの複数の領域が、前記２枚以上のレンズの組合せに対応してそれぞれ独立した合焦距離を有する撮影レンズと、
   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撮像素子であって、前記複数の受光センサが前記対応する領域毎にセンサ群を構成し、各センサ群の撮影画角が略一致するように二次元配置されている撮像素子と、
   前記撮像素子が出力する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、
   前記各センサ群は、前記二次元配置内の位置に関わらず、前記複数の領域をそれぞれ通過し前記各センサ群に重畳して入射した複数の光束のうちから、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、
   前記画像生成部は、前記各センサ群が前記選択的に受光した光束に基づいて前記被写体の画像を生成し、
   前記複数の領域のそれぞれは、前記撮影レンズの光軸に垂直な面内における一部の領域であり、
   前記複数の受光センサは、前記撮影レンズの前記複数の領域を通過した光束のうち前記対応する領域以外の領域を通過した光束を遮光する遮光部をそれぞれ有し、
   前記遮光部は、前記複数の領域のいずれかに対応して異なる形状を有する、
   撮像装置。
2. 前記撮影レンズは前記複数の領域の合焦距離が異なる多合焦レンズであり、
   前記画像生成部は前記複数の領域の合焦距離に応じた複数の画像を生成する、
   請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記多合焦レンズは、前記複数の領域にそれぞれ対応する複数のレンズ部であって焦点距離がほぼ等しい複数のレンズ部を光軸方向の異なる位置に配置したものである、請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記複数の領域の合焦距離のうち少なくとも一つを変更する合焦距離変更部を備える、請求項１から３のいずれかに記載の撮像装置。
5. 前記合焦距離変更部は前記２枚以上のレンズのうち少なくとも一つを光軸方向に移動することにより前記複数の領域の合焦距離のうち少なくとも一つを変更する、請求項４に記載の撮像装置。
6. 前記合焦距離変更部は、前記２枚以上のレンズのうち少なくとも一つを光軸周りに回転させることにより前記複数の領域の合焦距離のうち少なくとも一つを変更する、請求項４または５に記載の撮像装置。
7. 複数のレンズが配設された光学部材を備え、
   前記合焦距離変更部は、前記複数のレンズのいずれかが前記撮影レンズの光軸上に位置するように前記光学部材を移動させることにより前記複数の領域の合焦距離のうち少なくとも一つを変更する、
   請求項４から６のいずれかに記載の撮像装置。
8. 被写体までの距離の情報を取得する距離情報取得部と、
   前記取得した被写体距離の分布に応じて、少なくとも一つの被写体が前記複数の領域のいずれかで合焦するように前記合焦距離変更部を制御する合焦距離変更制御部と、
   を備える請求項４から７のいずれかに記載の撮像装置。
9. 前記画像生成部は前記複数の領域の合焦距離に応じた複数の画像を合成した単一の画像を生成する、請求項２から８のいずれかに記載の撮像装置。
10. 前記画像生成部は前記複数の領域のうち合焦距離が等しい複数の領域に対応する前記複数の受光センサの撮像信号を用いて単一の画像を生成する、請求項１から９のいずれかに記載の撮像装置。
11. 前記撮影レンズは前記複数の領域の焦点距離が異なり前記複数の領域の合焦距離が等しい撮影レンズであり、
    前記画像生成部は前記複数の領域の焦点距離に応じた複数の画像を生成する、
    請求項１に記載の撮像装置。
12. 前記複数の領域の焦点距離のうち少なくとも一つを変更する焦点距離変更部を備えた、請求項１１に記載の撮像装置。
13. 前記焦点距離変更部は前記２枚以上のレンズのうち少なくとも一つを光軸方向に移動することにより前記複数の領域の焦点距離のうち少なくとも一つを変更する、請求項１２に記載の撮像装置。
14. 複数のレンズが配設された光学部材を備え、
    前記焦点距離変更部は、前記複数のレンズのいずれかが前記撮影レンズの光軸上に位置するように前記光学部材を移動させることにより前記複数の領域の焦点距離のうち少なくとも一つを変更する、請求項１２または１３に記載の撮像装置。
15. 前記画像生成部は前記複数の領域にそれぞれ対応する複数の撮像信号から単一の画像を生成し、
    前記複数の撮像信号のうちの、前記単一の画像中の一部の領域の生成に用いられる撮像信号の数が、当該一部の領域以外の領域の生成に用いられる撮像信号の数よりも多い、
    請求項１１から１４のいずれかに記載の撮像装置。
16. 前記単一の画像は、前記一部の領域の解像度が前記一部の領域以外の領域の解像度よりも高い、請求項１５に記載の撮像装置。
17. 焦点距離がほぼ等しくそれぞれ異なる領域に対応する複数のレンズ部を光軸方向位置をずらして配置し、当該複数のレンズ部を一体化した一枚のレンズからなる撮影レンズと、
    前記複数のレンズ部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撮像素子であって、前記複数の受光センサが前記対応するレンズ部毎にセンサ群を構成し、各センサ群の撮影画角が略一致するように二次元配置されている撮像素子と、
    前記撮像素子が出力する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、
    前記各センサ群は、前記二次元配置内の位置に関わらず、前記複数の領域をそれぞれ通過し前記各センサ群に重畳して入射した複数の光束のうちから、前記複数のレンズ部のうち前記対応するレンズ部を通過した光束のみを選択的に受光し、当該対応するレンズ部以外のレンズ部を通過した光束は受光せず、
    前記画像生成部は、前記各センサ群が前記選択的に受光した光束に基づいて前記被写体の画像を生成し、
    前記複数の受光センサは、前記撮影レンズの前記複数のレンズ部を通過した光束のうち前記対応するレンズ部以外のレンズ部を通過した光束を遮光する遮光部をそれぞれ有する、
    撮像装置。
18. 前記画像生成部が生成する画像は、前記各センサ群が選択的に受光した光束に対応する一の合焦距離にある被写体が合焦し、当該一の合焦距離以外の距離にある被写体が前記一の合焦距離との距離差に応じてぼけた画像である、前記請求項１に記載の撮像装置。
19. 前記画像生成部が生成する画像は、前記各センサ群が選択的に受光した光束に対応する一の合焦距離にある被写体が合焦し、当該一の合焦距離以外の距離にある被写体が前記一の合焦距離との距離差に応じてぼけた画像である、前記請求項１７に記載の撮像装置。

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