JPWO2018235565A1 - 撮像装置及び移動撮像装置 - Google Patents

Abstract

焦点調節に係わる構成を小型化及び軽量化できる撮像装置及び移動撮像装置を提供する。パンフォーカスで撮像する中央光学系１２と、中央光学系１２と同心状に配置される環状光学系１４と、中央光学系１２で結像される像と環状光学系１４で結像される像とを同時に撮像するイメージセンサ２０と、を備えた撮像装置１において、中央光学系１２及びイメージセンサ２０を光軸Ｌに沿って一体的に移動させて、環状光学系１４の焦点を調節する。

Description

本発明は、撮像装置及び移動撮像装置に係り、特に、２つの光学系が同心状に配置された撮像レンズと、指向性を有するイメージセンサと、を使用して、２つの画像を同軸上で同時に撮像する撮像装置及び移動撮像装置に関する。

撮像特性の異なる２つの光学系が同心状に配置された撮像レンズを使用して、撮像特性の異なる２つの画像を同時に撮像する撮像装置が知られている。たとえば、特許文献１には、広角及び望遠の光学系が同心状に配置された撮像レンズと、指向性を有するイメージセンサと、を使用して、広角及び望遠の２つの画像を同軸上で同時に撮像する撮像装置が記載されている。また、特許文献２には、広角及び望遠の光学系を同心状に配置し、各光学系からの光を２つのイメージセンサで別々に受光することにより、広角及び望遠の２つの画像を同軸上で同時に撮像する撮像装置が記載されている。

ところで、このように実質的に２つの光学系を備えた撮像装置では、光学系ごとに焦点調節する必要がある。特許文献１では、光学系ごとに焦点調節機構を備えることにより、光学系ごとに焦点調節できるようにしている。また、特許文献２では、各イメージセンサを各光学系に対して相対的に移動させることにより、各光学系の焦点を個別に調整できるようにしている。また、特許文献１では、望遠の光学系についてのみ焦点調節機構を備え、広角の光学系については、固定焦点のパンフォーカス（ディープフォーカスともいう）とすることも提案されている。

特開2016-12786号公報 特表2011-505022号公報

しかしながら、光学系ごとに焦点調節機構を備えると、撮像装置の構成が複雑かつ大型化するという欠点がある。

一方、望遠の光学系についてのみ焦点調節機構を備える構成は、個別に焦点調節機構を備える構成よりも全体の構成を簡素化できるが、小型化及び軽量化の観点では課題がある。すなわち、望遠の光学系は、同心状に配置される２つの光学系のうち外側の光学系で構成されるが、外側の光学系は、内側の光学系に比して大きく重い。このように大きく重い光学系は、焦点調節機構も大きく重いものとなる。このため、撮像装置が大きく重くなるという欠点がある。また、より高速に動作させるためには、より大きなアクチュエータが必要になり、高速化に限界があるという欠点もある。更に、大きく重い光学系は、焦点調節の動作時に振動が発生しやすいという欠点もある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、焦点調節に係わる構成を小型化及び軽量化できる撮像装置及び移動撮像装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための手段は、次のとおりである。

（１）パンフォーカスで撮像する設定の中央光学系と、中央光学系と同心状に配置される環状光学系と、中央光学系を通過した光を選択的に受光する画素と環状光学系を通過した光を選択的に受光する画素とが同一面上に規則的に配列され、中央光学系で結像される像と環状光学系で結像される像とを同時に撮像するイメージセンサと、環状光学系に対して、中央光学系及びイメージセンサを光軸に沿って一体的に移動させて、環状光学系の焦点を調節する環状光学系焦点調節機構と、を備えた撮像装置。

本態様によれば、２つの画像を同軸上で同時に撮像する撮像装置として、同心状に配置された２つの光学系と、指向性を有するイメージセンサと、が備えられる。２つの光学系は、内側の中央光学系と、外側の環状光学系とで構成される。中央光学系は、パンフォーカスで撮像する設定とされる。したがって、中央光学系については、焦点調節が不要とされる。一方、環状光学系は、環状光学系焦点調節機構によって焦点調節される。環状光学系焦点調節機構は、中央光学系とイメージセンサとを光軸に沿って一体的に移動させることにより、環状光学系の焦点を調節する。内側の中央光学系は、外側の環状光学系に比して、小型かつ軽量であるため、その移動に必要な構成を軽量かつコンパクトにできる。また、中央光学系は、小型かつ軽量であるため、高速に動作させることができる。これにより、環状光学系の焦点調節動作を高速化できる。更に、中央光学系は、小型かつ軽量であるため、振動を発生させずに動作させることができる。また、イメージセンサと一体的に移動させるので、中央光学系の焦点が変動することもない。なお、本発明の「環状光学系」には、完全な環状の光学系の他、円弧状の光学系も含まれる。すなわち、中央光学系の外周部同心状に配置される光学系を環状光学系とする。また、「同心状」には、光軸が完全に一致する場合の他、ほぼ一致する場合を含むものである。すなわち、ほぼ同心状とみなせる範囲を含むものである。

（２）環状光学系が中央光学系よりも長い焦点距離を有する、上記（１）の撮像装置。

本態様によれば、環状光学系が、中央光学系よりも長い焦点距離を有する光学系で構成される。これにより、焦点距離の異なる２つの画像を同軸上で同時に撮像できる。特に、中央光学系を短焦点の光学系で構成することにより、パンフォーカスを容易に実現できる。

（３）中央光学系が広角の光学系で構成され、環状光学系が望遠の光学系で構成される、上記（２）の撮像装置。

本態様によれば、中央光学系が広角の光学系で構成され、環状光学系が望遠の光学系で構成される。これにより、広角及び望遠の２つの画像を同軸上で同時に撮像できる。ここで、広角の光学系とは、標準の光学系（画角が５０°前後）に比べて広い画角（おおよそ６０°以上）を有し、広範囲を撮像できる光学系をいう。一方、望遠の光学系とは、標準の光学系よりも焦点距離の長い光学系を有し、遠距離の被写体を拡大撮像できる光学系をいう。

（４）環状光学系が、反射屈折光学系で構成される、上記（３）の撮像装置。

本態様によれば、環状光学系が、反射屈折光学系で構成される。反射屈折光学系とは、レンズと鏡とを組み合わせた光学系のことである。反射屈折光学系で構成することにより、環状光学系を小型化及び軽量化できる。また、これにより、全体の構成も小型化及び軽量化できる。

（５）中央光学系が遠距離を撮像する設定であり、環状光学系が近距離を撮像する設定である、上記（１）の撮像装置。

本態様によれば、中央光学系が遠距離を撮像する設定の光学系で構成され、環状光学系が近距離を撮像する設定の光学系で構成される。これにより、近距離及び遠距離の２つの画像を同軸上で同時に撮像できる。被写界深度は、被写体までの距離が遠くなるほど深くなる。したがって、遠距離の被写体はパンフォーカスで撮像できる。一方、近距離の被写体をパンフォーカスで撮像することは難しい。そこで、遠距離の被写体は、パンフォーカスの中央光学系で撮像し、近距離の被写体は、焦点調節機能を備えた環状光学系で撮像する。これにより、近距離及び遠距離の双方で合焦した画像を同時に撮像できる。なお、ここでの「遠距離」及び「近距離」とは、中央光学系と環状光学系との間で定まる関係である。すなわち、中央光学系は、環状光学系に対して近距離の被写体を撮像する設定とされ、環状光学系は、中央光学系に対して遠距離の被写体を撮像する設定とされる。ただし、中央光学系については、パンフォーカスで撮像する関係上、パンフォーカスで撮像可能な距離に設定される。たとえば、広角から標準の画角（おおよそ５０°以上）の場合、中央光学系は、３ｍから無限遠を撮像する設定とされる。

（６）イメージセンサに動画を撮像させる又は静止画を連続的に撮像させる撮像制御部と、環状光学系焦点調節機構を制御する環状光学系焦点調節制御部と、を更に備え、環状光学系焦点調節制御部は、撮像中、中央光学系及びイメージセンサを周期的に変位させ、環状光学系で合焦する被写体の距離を周期的に変化させる、上記（１）から（５）のいずれか一の撮像装置。

本態様によれば、環状光学系で合焦する被写体の距離を周期的に変化させながら、動画が撮像される。又は、環状光学系で合焦する被写体の距離を周期的に変化させながら、静止画が連続的に撮像される。たとえば、最至近距離（ＭＯＤ：Minimum Object Distance）の被写体に合焦する位置と無限遠の被写体に合焦する位置との間で中央光学系及びイメージセンサを周期的に変位させて、環状光学系で合焦する被写体の距離を周期的に変化させる。環状光学系で合焦する画像を容易に撮像できる。

（７）環状光学系焦点調節制御部は、中央光学系及びイメージセンサを正弦波状に変位させる、上記（６）の撮像装置。

本態様によれば、中央光学系及びイメージセンサを正弦波状に変位させて、動画が撮像される。又は、中央光学系及びイメージセンサを正弦波状に変位させて、静止画が連続的に撮像される。

（８）環状光学系焦点調節制御部は、中央光学系及びイメージセンサをノコギリ波状に変位させる、上記（６）の撮像装置。

本態様によれば、中央光学系及びイメージセンサをノコギリ波状に変位させて、動画が撮像される。又は、中央光学系及びイメージセンサをノコギリ波状に変位させて、静止画が連続的に撮像される。

（９）環状光学系を介して撮像された動画又は静止画像群を中央光学系及びイメージセンサの変位の周期ごとに解析し、最も鮮鋭度の高いフレームの画像又は最も鮮鋭度の高い静止画像を環状光学系合焦画像として変位の周期ごとに抽出する環状光学系合焦画像抽出部を更に備えた、上記（６）から（８）のいずれか一の撮像装置。

本態様によれば、環状光学系を介して撮像された動画が、中央光学系及びイメージセンサの変位の周期ごとに解析され、最も鮮鋭度の高いフレームの画像が、環状光学系合焦画像として変位の周期ごとに抽出される。又は、環状光学系を介して撮像された静止画像群が、中央光学系及びイメージセンサの変位の周期ごとに解析され、最も鮮鋭度の高い静止画像が、環状光学系合焦画像として変位の周期ごとに抽出される。

（１０）中央光学系を介して撮像された動画又は静止画像群から環状光学系合焦画像と同じタイミングで撮像されたフレームの画像又は静止画像を中央光学系合焦画像として抽出する中央光学系合焦画像抽出部を更に備えた、上記（９）の撮像装置。

本態様によれば、環状光学系合焦画像と同じタイミングで撮像されたフレームの画像又は静止画像が、中央光学系合焦画像として抽出される。なお、ここでの「同じタイミング」には、ほぼ同じタイミングを含むものである。

（１１）上記（１）から（１０）のいずれか一の撮像装置と、撮像装置が搭載された移動体と、を備えた移動撮像装置。

本態様によれば、上記（１）から（１０）のいずれか一の撮像装置が移動体に搭載されて、移動撮像装置が構成される。移動体は、たとえば、無人航空機（いわゆるドローン）、自動運転車等で構成できる。

本発明によれば、焦点調節に係わる構成を小型化及び軽量化できる。また、これにより焦点調節を高速化できる。更に、動作時の振動も防止できる。

本発明が適用された撮像装置の一実施形態の概略構成を示す断面図 図１の２−２断面図 図１の３−３断面図 中央光学系のレンズ構成を示す図 環状光学系のレンズ構成を示す図 中央光学系及びイメージセンサの移動状態を示す図 イメージセンサの概略構成を示す図 イメージセンサの各画素が対応する光学系からの光を選択的に受光する構成の概念図 撮像装置の電気的構成を示すブロック図 コンピュータが実現する主な機能のブロック図 連写モードＡでの撮像処理の手順を示すフローチャート 連写モードＢでの撮像処理の手順を示すフローチャート 環状光学系で合焦する被写体の距離の変化のさせ方の一例を示す図 環状光学系で合焦する被写体の距離の変化のさせ方の他の一例を示す図 移動撮像装置の一実施形態の概略構成を示す図 合成画像の生成を目的とした無人航空機の飛行制御の概念図 図１に示す撮像装置におけるイメージセンサの位置と環状光学系の合焦被写体距離との関係を示す表 イメージセンサの位置と環状光学系の合焦被写体距離との関係を示すグラフ 及び イメージセンサをノコギリ波状に変位させた場合のイメージセンサの位置と環状光学系の合焦被写体距離との関係を示す表 イメージセンサをノコギリ波状に変位させた場合のイメージセンサの位置と環状光学系の合焦被写体距離との関係を示すグラフ 及び イメージセンサを正弦波状に変位させた場合のイメージセンサの位置と環状光学系の合焦被写体距離との関係を示す表 イメージセンサを正弦波状に変位させた場合のイメージセンサの位置と環状光学系の合焦被写体距離との関係を示すグラフ 図１に示す撮像装置におけるイメージセンサの位置と環状光学系の合焦被写体距離との関係を示す表 イメージセンサの位置と環状光学系の合焦被写体距離との関係を示すグラフ 及び イメージセンサを正弦波状に変位させた場合のイメージセンサの位置と環状光学系の合焦被写体距離との関係を示す表 イメージセンサを正弦波状に変位させた場合のイメージセンサの位置と環状光学系の合焦被写体距離との関係を示すグラフ

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。

◆◆撮像装置◆◆
［撮像装置の構成］
図１は、本発明が適用された撮像装置の一実施形態の概略構成を示す断面図である。また、図２は、図１の２−２断面図、図３は、図１の３−３断面図である。

本実施の形態の撮像装置１は、広角及び望遠の２つの画像を同軸上で同時に撮像する撮像装置であり、広角及び望遠の２つの光学系を備えた撮像レンズ１０と、指向性を有するイメージセンサ２０と、を備えて構成される。なお、同軸には、ほぼ同軸とみなせる範囲を含むものであり、同時には、ほぼ同時の範囲を含むものである。

《撮像レンズ》
撮像レンズ１０は、広角の光学系を構成する中央光学系１２と、望遠の光学系を構成する環状光学系１４と、環状光学系１４の焦点を調節する環状光学系焦点調節機構３０と、を備える。

〈中央光学系〉
図４は、中央光学系のレンズ構成を示す図である。

中央光学系１２は、固定焦点の光学系として、８枚のレンズ１２ａ〜１２ｈで構成される。各レンズ１２ａ〜１２ｈは、光軸Ｌに沿って配置される。中央光学系１２に入射した光は、各レンズ１２ａ〜１２ｈを通ってイメージセンサ２０に入射する。

中央光学系１２は、パンフォーカスで撮像する設定とされる。中央光学系１２は、その光路中に図示しない絞りを備える。中央光学系１２は、絞りの設定によってパンフォーカスが実現される。換言すると、中央光学系１２は、パンフォーカスとなるように、絞りが設定される。

〈環状光学系〉
環状光学系１４は、中央光学系１２と同心状に配置される。したがって、環状光学系１４は、中央光学系１２と同じ光軸Ｌを有する光学系であり、中央光学系１２と同軸上で撮像できる光学系である。

図５は、環状光学系のレンズ構成を示す図である。

環状光学系１４は、反射屈折光学系で構成され、３枚のレンズ１４ａ、１４ｂ、１４ｃと、２枚の鏡１４ｄ、１４ｅと、を組み合わせて構成される。

３枚のレンズ１４ａ、１４ｂ、１４ｃは、円環形状を有し、光軸Ｌに沿って配置される。３枚のレンズ１４ａ、１４ｂ、１４ｃを被写体側から順に第１レンズ１４ａ、第２レンズ１４ｂ、第３レンズ１４ｃとする。

２枚の鏡１４ｄ、１４ｅは、主鏡１４ｄ及び副鏡１４ｅで構成される。主鏡１４ｄは、第３レンズ１４ｃの像面側の面に備えられる。主鏡１４ｄは、たとえば、第３レンズ１４ｃの像面側の面の全面をミラー加工することにより、第３レンズ１４ｃの像面側の面の全面に備えられる。副鏡１４ｅは、第２レンズ１４ｂの像面側の面に備えられる。副鏡１４ｅは、たとえば、第２レンズ１４ｂの像面側の面の内側の部分をリング状にミラー加工することにより、第２レンズ１４ｂの像面側の面の内側の部分にリング状に備えられる。

環状光学系１４に入射した光は、第１レンズ１４ａ、第２レンズ１４ｂ、第３レンズ１４ｃの順に通過し、主鏡１４ｄで反射される。主鏡１４ｄで反射された光は、第３レンズ１４ｃを通って副鏡１４ｅに入射し、副鏡１４ｅで反射されてイメージセンサ２０に入射する。

環状光学系１４は、その光路中に図示しない絞りを備える。絞りは、その外径を拡縮させることにより、環状光学系１４を通過する光の光量を調整する。

《環状光学系焦点調節機構》
環状光学系焦点調節機構３０は、中央光学系１２及びイメージセンサ２０を光軸Ｌに沿って一体的に移動させて、環状光学系１４の焦点を調節する。

図１に示すように、環状光学系焦点調節機構３０は、固定筒３２と、移動筒３４と、イメージセンサホルダ３６と、直動ガイド機構と、アクチュエータ５０と、位置検出ユニット６０と、を備えて構成される。

〈固定筒〉
固定筒３２は、撮像装置１の図示しない本体フレームに固定して配置される。固定筒３２は、環状光学系１４を保持する。環状光学系１４を構成する各レンズ１４ａ、１４ｂ、１４ｃは、それぞれ固定筒３２の内部に位置決めされて取り付けられる。

〈移動筒〉
移動筒３４は、固定筒３２の内部に配置され、かつ、固定筒３２と同軸上に配置される。移動筒３４は、中央光学系１２を保持する。中央光学系１２を構成する各レンズ１２ａ〜１２ｈは、それぞれ移動筒３４の内部に位置決めされて取り付けられる。

〈イメージセンサホルダ〉
イメージセンサホルダ３６は、イメージセンサホルダ３６を保持する。イメージセンサホルダ３６は、円盤形状を有し、その中央にイメージセンサ２０を保持する。イメージセンサホルダ３６は、固定筒３２の内部に配置され、かつ、固定筒３２と同軸上に配置される。イメージセンサ２０は、イメージセンサホルダ３６に保持されて、光軸Ｌ上に配置される。

〈直動ガイド機構〉
直動ガイド機構は、中央光学系１２及びイメージセンサ２０が光軸Ｌに沿って一体的に移動するように直動ガイドする。

直動ガイド機構は、２つのリニアブッシュ３８Ａ、３８Ｂ、その２つのリニアブッシュ
３８Ａ、３８Ｂに直動ガイドされる２つのリニアシャフト４０Ａ、４０Ｂと、を備えて構成される。

２つのリニアブッシュ３８Ａは、固定筒３２に備えられる。各リニアブッシュ３８Ａは、固定筒３２の外周面上に配置され、光軸Ｌに対して対象に配置される。各リニアブッシュ３８Ａは、それぞれ光軸Ｌと平行に配置される。

２つのリニアシャフト４０Ａ、４０Ｂは、それぞれ対応するリニアブッシュ３８Ａにスライド自在に支持される。したがって、各リニアシャフト４０Ａ、４０Ｂは、光軸Ｌと平行に配置され、かつ、光軸Ｌと平行にスライドする。

各リニアシャフト４０Ａ、４０Ｂの先端は、それぞれ移動筒支持アーム４２Ａ、４２Ｂに連結される。図１及び図２に示すように、各移動筒支持アーム４２Ａ、４２Ｂは、それぞれ棒形状を有し、その基端部が移動筒３４の先端部外周に固定される。固定筒３２には、この移動筒支持アーム４２Ａ、４２Ｂが挿通される前側スリット４４Ａ、４４Ｂが備えられる。各前側スリット４４Ａ、４４Ｂは、それぞれ光軸Ｌと平行に設けられる。

各リニアシャフト４０Ａ、４０Ｂの後端は、それぞれホルダ支持アーム４６Ａ、４６Ｂに連結される。図１及び図３に示すように、各ホルダ支持アーム４６Ａ、４６Ｂは、それぞれ棒形状を有し、その基端部がイメージセンサホルダ３６の外周に固定される。固定筒３２には、このホルダ支持アーム４６Ａ、４６Ｂが挿通される後側スリット４８Ａ、４８Ｂが備えられる。各後側スリット４８Ａ、４８Ｂは、それぞれ光軸Ｌと平行に設けられる。

以上のように構成される直動ガイド機構は、リニアシャフト４０Ａ、４０Ｂをスライドさせると、移動筒３４及びイメージセンサホルダ３６が、光軸Ｌに沿って一体的に移動する。これにより、移動筒３４に保持された中央光学系１２及びイメージセンサホルダ３６に保持されたイメージセンサ２０が光軸Ｌに沿って一体的に移動する。

〈アクチュエータ〉
アクチュエータ５０は、リニアモータで構成される。リニアモータは、可動子を構成するコイル５０Ａと、固定子を構成するマグネット５０Ｂと、を備える。コイル５０Ａは、リニアシャフト４０Ａに取り付けられ、マグネット５０Ｂは、固定筒３２に取り付けられる。コイル５０Ａに電流を流すことで磁界が発生し、コイル５０Ａが直線移動する。これにより、リニアシャフト４０Ａが、光軸Ｌに沿って前後移動する。

アクチュエータ５０を駆動して、リニアシャフト４０Ａを光軸Ｌに沿って前後移動させると、リニアシャフト４０Ａに連結された移動筒３４及びイメージセンサホルダ３６が光軸Ｌに沿って一体的に前後移動する。これにより、固定された環状光学系１４に対して、中央光学系１２及びイメージセンサ２０が光軸Ｌに沿って一体的に前後移動する。

図６は、中央光学系及びイメージセンサの移動状態を示す図である。同図（Ａ）は、中央光学系及びイメージセンサを像面側に移動させた状態を示しており、同図（Ｂ）は、中央光学系及びイメージセンサを被写体側に移動させた状態を示している。

同図に示すように、環状光学系焦点調節機構３０は、固定された環状光学系１４に対して、中央光学系１２及びイメージセンサ２０を光軸Ｌに沿って移動させることができる。これにより、環状光学系１４の焦点を調節できる。すなわち、固定された環状光学系１４に対して、イメージセンサ２０を移動させることができるので、環状光学系１４の焦点を調節できる。また、中央光学系１２との関係では、中央光学系１２とイメージセンサ２０とが一体的に移動するので、中央光学系１２で設定されたパンフォーカスの状態を維持できる。

環状光学系１４は、中央光学系１２及びイメージセンサ２０を被写体側に移動させることにより、遠距離の被写体に合焦し、像面側に移動させることにより、近距離の被写体に合焦する。

〈位置検出ユニット〉
位置検出ユニット６０は、フォトインタラプタ６２及びＭＲセンサ（ＭＲセンサ：Magneto Resistive Sensor／磁気抵抗効果素子）６４を備える。フォトインタラプタ６２は、環状光学系１４に対してイメージセンサ２０が原点に位置したことを検出する。原点の位置は、あらかじめ設定される。ＭＲセンサ６４は、イメージセンサ２０の変位量を検出する。フォトインタラプタ６２によってイメージセンサ２０が原点に位置したことを検出し、原点からの変位量をＭＲセンサ６４で検出する。これにより、原点に対するイメージセンサ２０の位置を検出できる。

《イメージセンサ》
イメージセンサ２０は、中央光学系１２を通過した光を選択的に受光する画素と、環状光学系１４を通過した光を選択的に受光する画素と、を備えた指向性を有するイメージセンサで構成され、中央光学系１２で結像される像と環状光学系１４で結像される像とを同時に撮像する。

図７は、イメージセンサの概略構成を示す図である。

同図に示すように、イメージセンサ２０は、中央光学系１２を通過した光を選択的に受光する中央光学系受光画素２２ａと、環状光学系１４を通過した光を選択的に受光する環状光学系受光画素２２ｂと、を有する。環状光学系受光画素２２ｂ及び中央光学系受光画素２２ａは、同一面上に規則的に配列される。図７に示す例では、中央光学系受光画素２２ａと環状光学系受光画素２２ｂとが交互に配列されている。

図８は、イメージセンサの各画素が対応する光学系からの光を選択的に受光する構成の概念図である。

同図に示すように、各画素は、フォトダイオード２４と、マイクロレンズ２６と、遮光マスク２８と、を備えて構成される。

マイクロレンズ２６は、フォトダイオード２４の前方に配置される。マイクロレンズ２６は、環状光学系１４及び中央光学系１２の瞳像をフォトダイオード２４に結像させる。

遮光マスク２８は、マイクロレンズ２６とフォトダイオード２４との間に配置される。遮光マスク２８は、マイクロレンズ２６を通過した光の一部を遮光する。中央光学系受光画素２２ａの遮光マスク２８は、環状光学系１４を通過した光Ｌｂを遮光する形状を有し、リング形状を有する。環状光学系受光画素２２ｂの遮光マスク２８は、中央光学系１２を通過した光Ｌａを遮光する形状を有し、円形状を有する。

以上の構成により、中央光学系受光画素２２ａは、中央光学系１２を通過した光Ｌａを選択的に受光し、環状光学系受光画素２２ｂは、環状光学系１４を通過した光Ｌｂを選択的に受光する。したがって、中央光学系受光画素２２ａの画像信号を取得することにより、中央光学系１２を介して得られる画像ＩｍＷの画像信号を取得でき、環状光学系受光画素２２ｂの画像信号を取得することにより、環状光学系１４を介して得られる画像ＩｍＴの画像信号を取得できる。

本実施の形態の撮像レンズ１０は、中央光学系１２が広角の光学系で構成され、環状光学系１４が望遠の光学系で構成される。したがって、中央光学系１２で撮像される画像ＩｍＷは広角の画像となり、環状光学系１４で撮像される画像ＩｍＴは望遠の画像となる。各光学系の画像は同軸上で撮像される。したがって、環状光学系１４の画像ＩｍＴは、中央光学系１２の画像ＩｍＷの中央部分を拡大した画像となり、視差のない画像となる。

なお、カラー画像を取得する場合には、環状光学系受光画素２２ｂ及び中央光学系受光画素２２ａにカラーフィルタが備えられる。カラーフィルタは規定の配列で配置される。たとえば、赤（Ｒ：ＲＥＤ）、緑（Ｇ：ＧＲＥＥＮ）、青（Ｂ：ＢＬＵＥ）の３色からなるカラーフィルタがベイヤー配列で配置される。これにより、カラー画像を取得できる。

［撮像装置の電気的構成］
図９は、撮像装置の電気的構成を示すブロック図である。

同図に示すように、撮像装置１は、アナログ信号処理部１１０、コンピュータ１２０、記録部１３０、操作部１４０等を備える。

《アナログ信号処理部》
アナログ信号処理部１１０は、イメージセンサ２０から出力される画素ごとのアナログの画像信号を取り込み、所定の信号処理（たとえば、相関二重サンプリング処理、増幅処理等）を施す。アナログ信号処理部１１０は、ＡＤコンバータ（Analog to Digital Converter）を含み、所定の信号処理を終えた後のアナログの画像信号をデジタルの画像信号に変換して出力する。

《コンピュータ》
コンピュータ１２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit／中央処理装置）、ＲＡＭ
（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）を備え、所定のプログラムを実行して、各種処理を実行する。

図１０は、コンピュータが実現する主な機能のブロック図である。

コンピュータ１２０は、所定のプログラムを実行することにより、デジタル信号処理部１２０ａ、撮像制御部１２０ｂ、環状光学系焦点調節制御部１２０ｃ、位置検出部１２０ｄ、画像出力制御部１２０ｅ、記録制御部１２０ｆ等として機能する。

〈デジタル信号処理部〉
デジタル信号処理部１２０ａは、アナログ信号処理部１１０から出力されるデジタルの画像信号を取り込み、所定の信号処理（たとえば、階調変換処理、ホワイトバランス補正処理、ガンマ補正処理、同時化処理、ＹＣ変換処理等）を施して、画像データを生成する。この際、デジタル信号処理部１２０ａは、イメージセンサ２０の中央光学系受光画素２２ａの画像信号に基づいて、第１の画像データを生成し、環状光学系受光画素２２ｂの画像信号に基づいて、第２の画像データを生成する。第１の画像データは、中央光学系１２で撮像される画像の画像データであり、広角の画像データである。第２の画像データは、環状光学系１４で撮像される画像の画像データであり、望遠の画像である。

また、デジタル信号処理部１２０ａは、取り込んだ画像信号に基づいて、露出制御に必要な被写体の明るさを検出する。

更に、デジタル信号処理部１２０ａは、取り込んだ画像信号に基づいて、環状光学系１４の焦点調節に必要な評価値を検出する。たとえば、所定のフォーカスエリアにおけるコントラストを環状光学系１４の焦点の評価値として検出する。

〈撮像制御部〉
撮像制御部１２０ｂは、イメージセンサ２０による撮像を制御する。撮像制御部１２０ｂは、イメージセンサドライバ２０ａを介してイメージセンサ２０の駆動を制御し、イメージセンサ２０による撮像を制御する。

なお、撮像は、動画及び静止画の撮像が可能である。いずれを撮像するかは、操作部１４０で設定される。

動画を撮像する場合は、所定のフレームレートで動画が撮像されるように、イメージセンサ２０の駆動が制御される。

静止画を撮像する場合は、適正露出で静止画が撮像されるように、イメージセンサ２０の駆動が制御される。

〈環状光学系焦点調節制御部〉
環状光学系焦点調節制御部１２０ｃは、環状光学系１４の焦点調節を制御する。環状光学系焦点調節制御部１２０ｃは、リニアモータドライバ５０ａを介してアクチュエータ５０の駆動を制御し、環状光学系１４の焦点調節を制御する。すなわち、アクチュエータ５０の駆動を制御することにより、環状光学系１４に対するイメージセンサ２０の位置を制御して、環状光学系１４の焦点調節を制御する。

なお、環状光学系１４の焦点調節制御は、撮像のモードに応じた処理が行われる。この点については、後に詳述する。

〈位置検出部〉
位置検出部１２０ｄは、フォトインタラプタ６２及びＭＲセンサ６４の出力に基づいて、イメージセンサ２０の位置を検出する。

〈画像出力制御部〉
画像出力制御部１２０ｅは、撮像により得られた画像の出力を制御する。画像出力制御部１２０ｅは、デジタル信号処理部１２０ａで生成された中央光学系１２の画像データを表示用の出力形式に変換して中央光学系画像出力端子１５０ａから出力する。また、環状光学系１４の画像データを表示用の出力形式に変換して環状光学系画像出力端子１５０ｂから出力する。中央光学系画像出力端子１５０ａ及び環状光学系画像出力端子１５０ｂには、たとえば、モニタが接続され、このモニタに撮像により得られた画像が表示される。

〈記録制御部〉
記録制御部１２０ｆは、撮像により得られた画像の記録を制御する。記録制御部１２０ｆは、デジタル信号処理部１２０ａで生成された中央光学系１２の画像データ及び環状光学系１４の画像データを記録用のデータ形式に変換して、記録部１３０に記録する。

《記録部》
記録部１３０は、たとえば、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）等の不揮発性メモリで構成される。

《操作部》
操作部１４０は、電源スイッチ、レリーズボタン、モードダイヤル等の各種操作手段を含み、操作に応じた信号をコンピュータ１２０に出力する。

［撮像装置の作用］
本実施の形態の撮像装置１では、動画及び静止画を撮像できる。いずれを撮像するかは、操作部１４０で設定される。

なお、静止画の撮像には、ノーマルモード、連写モードＡ及び連写モードＢの３つの撮像モードが用意され、各モードに応じた焦点調節制御が行われる。

また、動画の撮像には、ノーマルモード及びフォーカススキャンモードの２つの撮像モードが用意され、各モードに応じた焦点調節制御が行われる。

以下、撮像モードごとに、その処理の内容を説明する。

《静止画の撮像》
〈ノーマルモード〉
ノーマルモードでは、環状光学系１４に関して、いわゆるコントラスト方式の焦点調節制御を行う。

環状光学系焦点調節制御部１２０ｃは、操作部１４０を介してＡＦ（autofocus：自動焦点合わせ）が指示されると、アクチュエータ５０を駆動し、イメージセンサ２０を可動範囲の一端から他端に向けて移動させる。その移動過程で環状光学系１４の焦点の評価値の情報を取得し、取得した評価値が極大となるイメージセンサ２０の位置を検出する。検出したイメージセンサ２０の位置を環状光学系１４の合焦位置とし、合焦位置にイメージセンサ２０を移動させる。これにより、環状光学系１４の焦点を合わせることができる。

ＡＦの指示は、たとえば、レリーズボタンの半押しで行う。レリーズボタンの半押し後、全押しすると、記録用の撮像が指示される。撮像制御部１２０ｂは、記録用の撮像の指示に応じて、記録用の撮像処理を実施する。撮像により得られた画像は、記録部１３０に記録される。

このように、ノーマルモードでは、環状光学系１４に関して、コントラスト方式の焦点調節制御が行われる。

〈連写モードＡ〉
連写モードＡでは、イメージセンサ２０を移動させながら連続的に静止画を撮像する。イメージセンサ２０は、可動範囲の一端から他端に向けて一定ピッチで移動させる。すなわち、連写モードＡでは、イメージセンサ２０を一定の範囲で移動させて、静止画を連写する。

図１１は、連写モードＡでの撮像処理の手順を示すフローチャートである。

撮像が指示されると、環状光学系焦点調節制御部１２０ｃは、イメージセンサ２０を最短撮影距離（Minimum Object Distance：ＭＯＤ）の位置（ＭＯＤ位置）に移動させる（ステップＳ１）。

次に、記録用の撮像を行う（ステップＳ２）。撮像により得られた画像は、記録部１３０に記録される（ステップＳ３）。

次に、環状光学系焦点調節制御部１２０ｃは、イメージセンサ２０が無限遠（infinity：ＩＮＦ）の被写体に合焦する位置（ＩＮＦ位置）に到達したか否かを判定する（ステップＳ４）。

ＩＮＦ位置に到達していないと判定すると、環状光学系焦点調節制御部１２０ｃは、アクチュエータ５０を駆動し、イメージセンサ２０を１ステップ分移動させる（ステップＳ５）。移動後、撮像処理を実施する（ステップＳ２）。

このように、連写モードＡでは、イメージセンサ２０を１ステップずつ移動させ、その都度、撮像を実施する。イメージセンサ２０が、ＩＮＦ位置に到達し、ＩＮＦ位置での撮像が終了した段階で処理を終了する。

撮像により得られた静止画像群は、他の撮像により得られた画像と区別可能な状態で記録部１３０に記録される。たとえば、撮像ごとにフォルダを変えて記録される。あるいは、一連の画像に同じ識別用タグ等が付されて記録される。

ＭＯＤからＩＮＦの間に主要被写体が存在すれば、連写モードＡで撮像することにより、環状光学系１４で少なくとも１枚の合焦画像（環状光学系合焦画像）を撮像できる。また、ＭＯＤからＩＮＦの間に複数の被写体が存在する場合は、任意の被写体を選択して、合焦画像を得られる。中央光学系１２については、環状光学系１４で合焦画像とされた画像と同じタイミングで撮像された画像を中央光学系１２の合焦画像（中央光学系合焦画像）として取得する。

〈連写モードＢ〉
連写モードＢでは、撮像が指示されている間、連続的に静止画を撮像する。その際、イメージセンサ２０を周期的に移動させる。すなわち、連写モードＢでは、イメージセンサを周期的に移動させながら、継続的に静止画を連写する。

図１２は、連写モードＢでの撮像処理の手順を示すフローチャートである。

まず、撮像の開始指示の有無が判定される（ステップＳ１１）。撮像の開始は、たとえば、レリーズボタンの全押しで指示される。

撮像の開始が指示されたと判定すると、環状光学系焦点調節制御部１２０ｃは、イメージセンサ２０をＭＯＤ位置に移動させる（ステップＳ１２）。

移動後、記録用の撮像を行う（ステップＳ１３）。撮像により得られた画像は、記録部１３０に記録される（ステップＳ１４）。

この後、撮像の終了指示の有無が判定される（ステップＳ１５）。撮像の終了は、たとえば、レリーズボタンの全押しで指示される。すなわち、１回目のレリーズボタンの全押しで撮像の開始が指示され、２回目のレリーズボタンの全押しで撮像の終了が指示される。この他、たとえば、レリーズボタンを全押ししている間、撮像が指示され、離されると、撮像の終了が指示される形態とすることもできる。

撮像の終了が指示されていないと判定すると、環状光学系焦点調節制御部１２０ｃは、アクチュエータ５０を駆動し、イメージセンサ２０を１ステップ分移動させる（ステップＳ１６）。移動後、撮像処理を実施する（ステップＳ１３）。

このように、連写モードＢでは、イメージセンサ２０を周期的に移動させて、合焦する被写体の距離を周期的に変化させながら、静止画が連続的に撮像される。

図１３は、環状光学系で合焦する被写体の距離の変化のさせ方の一例を示す図である。

同図に示すように、ＭＯＤ及びＩＮＦの間で合焦する被写体の距離（合焦被写体距離）を正弦波状に変化させることができる。この場合、ＭＯＤ位置及びＩＮＦ位置の間でイメージセンサ２０を正弦波状に変位させる。これにより、ＭＯＤ及びＩＮＦの間で合焦する被写体の距離を周期的に変化させることができる。

撮像により得られた静止画像群は、ＭＯＤからＩＮＦへの移動区間（往路）、及び、ＩＮＦからＭＯＤへの移動区間（復路）を１走査区間として、記録部１３０に記録される。環状光学系１４に関して、ＭＯＤからＩＮＦの間に主要被写体が存在すれば、走査区間ごとに少なくとも１枚の合焦画像が得られる。

環状光学系１４の合焦画像（環状光学系合焦画像）は、撮像により得られた環状光学系１４の静止画像群を走査区間ごとに解析（変位の周期ごとに解析）し、最も鮮鋭度の高い静止画像（＝最も焦点評価値の高い画像＝最もコントラストの高い画像）を抽出することにより取得できる。

中央光学系１２の合焦画像（中央光学系合焦画像）は、環状光学系１４の合焦画像と同じタイミングで撮像された画像を抽出することで取得できる。

図１４は、環状光学系で合焦する被写体の距離の変化のさせ方の他の一例を示す図である。

同図に示すように、ＭＯＤ及びＩＮＦの間で合焦する被写体の距離（合焦被写体距離）をノコギリ波状に変化させることができる。この場合、ＭＯＤ位置及びＩＮＦ位置の間でイメージセンサ２０をノコギリ波状に変位させる。これにより、ＭＯＤ及びＩＮＦの間で合焦する被写体の距離を周期的に変化させることができる。

ノコギリ波状に変位させる場合、ＭＯＤからＩＮＦへの移動区間（往路）を１走査区間として、記録部１３０に記録される。環状光学系１４に関して、ＭＯＤからＩＮＦの間に主要被写体が存在すれば、走査区間ごとに少なくとも１枚の合焦画像が得られる。

《動画の撮像》
〈ノーマルモード〉
ノーマルモードでは、環状光学系１４に関して、いわゆるコントラスト方式の焦点調節制御が連続的に行われ、主要被写体に連続的に合焦するよう制御される。

〈フォーカススキャンモード〉
フォーカススキャンモードでは、撮像中、イメージセンサ２０が周期的に移動し、環状光学系１４で合焦する被写体の距離が周期的に変化する。たとえば、ＭＯＤからＩＮＦの間で周期的に変化する。

環状光学系焦点調節制御部１２０ｃは、撮像が開始されると、アクチュエータ５０を駆動し、イメージセンサ２０を周期的に移動させる。これにより、環状光学系１４で合焦する被写体の距離が周期的に変化する。イメージセンサ２０は、正弦波状（図１３参照）又はノコギリ波状（図１４参照）に変位させる。

このように、フォーカススキャンモードでは、イメージセンサ２０を周期的に移動させることにより、環状光学系１４で合焦する被写体の距離を周期的に変化させて、動画を撮像する。

フォーカススキャンモードで撮像された動画は、後の処理で合焦した静止画を取得するのに用いられる。すなわち、フォーカススキャンモードでは、合焦する被写体の距離が周期的に変化するので、合焦可能な距離の範囲内に主要被写体が存在すれば、各周期で少なくとも１フレームは、主要被写体に合焦する。したがって、環状光学系１４に関して、得られた動画をイメージセンサ２０の変位の周期ごとに解析すれば、周期ごとに少なくとも１枚の合焦画像が得られる。すなわち、各周期で最も鮮鋭度の高いフレームの画像を抽出すれば、周期ごとに合焦した静止画を取得できる。

中央光学系１２に関しては、環状光学系１４で合焦画像として抽出されたフレームの画像と同じタイミングで撮像されたフレームの画像を中央光学系１２の合焦画像（中央光学系合焦画像）とする。

［撮像装置の効果］
以上説明したように、本実施の形態の撮像装置１では、中央光学系１２は固定焦点のパンフォーカスとし、環状光学系１４についてのみ焦点調節機能が備えられる。これにより、構成を簡素化でき、装置全体を軽量かつコンパクトにできる。

また、環状光学系１４を焦点調節する際、中央光学系１２をイメージセンサ２０と一体的に移動させるので、中央光学系１２については、常にパンフォーカスの状態を維持して撮像できる。

また、中央光学系１２は、環状光学系１４に比して小型かつ軽量であるため、イメージセンサ２０と一体的に移動させる場合であっても、その機構を軽量かつコンパクトにできる。また、アクチュエータ５０も小型軽量のものを使用できる。これにより、装置全体を小型かつ軽量化できる。

また、中央光学系１２及びイメージセンサ２０を一体的に移動させる場合であっても、その構成が軽量かつコンパクトであるため、高速に動作させることができる。また、振動、騒音等の発生も抑制できる。

［撮像装置の変形例］
《撮像レンズの変形例》
上記実施の形態では、撮像レンズ１０が、中央光学系１２が広角の光学系で構成され、環状光学系１４が望遠の光学系で構成されているが、撮像レンズ１０の構成は、これに限定されるものではない。

ただし、中央光学系１２に関しては、パンフォーカスとすることから、比較的容易にパンフォーカスを実現できる構成であることが好ましい。

一般に、パンフォーカスは、焦点距離が短いほど実現しやすくなる。したがって、中央光学系を短焦点の光学系で構成し、環状光学系を中央光学系よりも長い焦点距離の光学系で構成することが考えられる。これにより、焦点距離の異なる画像を同軸上で同時に撮像できる。したがって、たとえば、中央光学系を広角の光学系で構成し、環状光学系１４を標準の光学系で構成することもできる。

なお、一般に標準の光学系とは、画角が５０°前後の光学系をいう。広角の光学系とは、標準に比べて広い画角（おおよそ６０°以上）を有し、広範囲を撮像できる光学系をいう。また、望遠の光学系とは、標準の光学系よりも焦点距離の長い光学系を有し、遠距離の被写体を拡大撮像できる光学系をいう。

また、一般にパンフォーカスは、遠距離の撮像になるほど実現しやすくなる。したがって、中央光学系が遠距離、環状光学系が近距離を撮像する設定とすることもできる。これにより、遠距離及び近距離の２つの画像を同軸上で同時に撮像できる。

なお、一般に被写界深度は、被写体までの距離が遠くなるほど深くなる。したがって、遠距離の被写体はパンフォーカスで撮像できる。一方、近距離の被写体をパンフォーカスで撮像することは難しい。したがって、遠距離の被写体は、パンフォーカスの中央光学系で撮像し、近距離の被写体は、焦点調節機能を備えた環状光学系で撮像することにより、遠距離及び近距離の双方で合焦した画像を同時に撮像できる。

なお、ここでの「遠距離」及び「近距離」とは、中央光学系と環状光学系との間で定まる関係である。すなわち、中央光学系は、環状光学系に対して近距離の被写体を撮像する設定とされ、環状光学系は、中央光学系に対して遠距離の被写体を撮像する設定とされる。

ただし、中央光学系については、パンフォーカスで撮像する関係上、パンフォーカスで撮像可能な距離に設定される。たとえば、広角から標準の画角（おおよそ５０°以上）の場合、中央光学系は、３ｍから無限遠を撮像する設定とされる。

なお、遠距離及び近距離を撮像する場合、遠距離を望遠の光学系で撮像し、近距離を広角の光学系で撮像する構成とすることもできる。

また、図１に示した撮像装置における各光学系のレンズ構成は一例であり、他のレンズ構成を採用することもできる。特に、上記実施の形態では、環状光学系を反射屈折光学系で構成しているが、環状光学系は、反射を利用しない構成とすることもできる。なお、環状光学系については、反射屈折光学系で構成することにより、全体の構成をコンパクトにできる。

また、上記実施の形態では、環状光学系１４を１つの光学系で構成しているが、複数の光学系で構成することもできる。たとえば、環状光学系を二分割し、異なる焦点距離の光学系で構成することもできる。この場合、イメージセンサは、環状光学系の各光学系からの光を選択的に受光できる構成とする。環状光学系を複数の光学系で構成する場合は、周方向に分割する態様としてもよいし、また、同心状に複数分割する態様としてもよい。

《環状光学系焦点調節機構の変形例》
上記実施の形態では、中央光学系１２及びイメージセンサ２０を直動するリニアシャフトで連結し、そのリニアシャフトをリニアモータで直動させる構成としているが、中央光学系１２及びイメージセンサ２０を一体的に移動させる構成は、これに限定されるものではない。この他、たとえば、送りネジとモータとを組み合わせた駆動機構によって、中央光学系１２及びイメージセンサ２０を一体的に移動させる構成とすることもできる。また、カム筒とモータとを組み合わせた駆動機構によって、中央光学系１２及びイメージセンサ２０を一体的に移動させる構成とすることもできる。

また、中央光学系１２及びイメージセンサ２０は、手動で動かす構成とすることもできる。手動で動かす場合も、中央光学系１２及びイメージセンサ２０は軽量であるため、軽い力で動かすことができる。

《環状光学系合焦画像抽出部及び中央光学系合焦画像抽出部》
連写モードＡ及び連写モードＢで撮像された静止画像群から環状光学系合焦画像及び中央光学系合焦画像を抽出する機能を撮像装置に備えてもよい。同様にフォーカススキャンモードで撮像された動画から環状光学系合焦画像及び中央光学系合焦画像を抽出する機能を撮像装置に備えてもよい。

〈連写モードＡで撮像された静止画像群から環状光学系合焦画像及び中央光学系合焦画像を抽出する機能〉
連写モードＡで撮像された静止画像群から環状光学系合焦画像を抽出する処理は、次のように行われる。すなわち、撮像により得られた環状光学系の静止画像群を解析し、最も鮮鋭度の高い画像を環状光学系合焦画像として抽出する。

中央光学系合焦画像については、環状光学系合焦画像として抽出された静止画と同じタイミングで撮像された中央光学系の静止画を中央光学系合焦画像とする。

この処理は、たとえば、コンピュータ１２０で行う。すなわち、コンピュータ１２０が所定のプログラムを実行することにより、環状光学系合焦画像抽出部及び中央光学系合焦画像抽出部として機能する。環状光学系合焦画像抽出部及び中央光学系合焦画像抽出部は、記録部１３０に記録された画像データを読み出して、抽出処理を実行する。

なお、本抽出処理を行った場合は、抽出された画像のみを記録部１３０に記録するようにしてもよい。

〈連写モードＢで撮像された静止画像群から環状光学系合焦画像及び中央光学系合焦画像を抽出する機能〉
連写モードＢで撮像された静止画像群から環状光学系合焦画像を抽出する処理は、次のように行われる。すなわち、撮像により得られた環状光学系の静止画像群を中央光学系及びイメージセンサの変位の周期ごとに解析し、最も鮮鋭度の高い画像を環状光学系合焦画像として変位の周期ごとに抽出する。

中央光学系合焦画像については、環状光学系合焦画像として抽出された静止画と同じタイミングで撮像された中央光学系の静止画を中央光学系合焦画像とする。

この処理は、たとえば、コンピュータ１２０で行う。すなわち、コンピュータ１２０が所定のプログラムを実行することにより、環状光学系合焦画像抽出部及び中央光学系合焦画像抽出部として機能する。環状光学系合焦画像抽出部及び中央光学系合焦画像抽出部は、記録部１３０に記録された画像データを読み出して、抽出処理を実行する。あるいは、周期ごとにリアルタイムに抽出処理を実施する。

なお、本抽出処理を行った場合は、抽出された画像のみを記録部１３０に記録するようにしてもよい。

〈フォーカススキャンモードで撮像された動画から環状光学系合焦画像及び中央光学系合焦画像を抽出する機能〉
フォーカススキャンモードで撮像された動画から環状光学系合焦画像を抽出する処理は、次のように行われる。すなわち、撮像により得られた環状光学系の動画を中央光学系及びイメージセンサの変位の周期ごとに解析し、最も鮮鋭度の高いフレームの画像を環状光学系合焦画像として変位の周期ごとに抽出する。

中央光学系合焦画像については、環状光学系合焦画像として抽出されたフレームの画像と同じタイミングで撮像された中央光学系のフレームの画像を中央光学系合焦画像とする。

この処理は、たとえば、コンピュータ１２０で行う。すなわち、コンピュータ１２０が所定のプログラムを実行することにより、環状光学系合焦画像抽出部及び中央光学系合焦画像抽出部として機能する。環状光学系合焦画像抽出部及び中央光学系合焦画像抽出部は、記録部１３０に記録された画像データを読み出して、抽出処理を実行する。あるいは、周期ごとにリアルタイムに抽出処理を実施する。

なお、本抽出処理を行った場合は、抽出された画像のみを記録部１３０に記録するようにしてもよい。

◆◆移動撮像装置◆◆
［移動撮像装置の構成］
移動撮像装置は、本発明が適用された撮像装置を移動体に搭載することにより、移動しながら２つの画像を同軸上で同時に撮像できるように構成した装置である。

図１５は、移動撮像装置の一実施形態の概略構成を示す図である。

本実施の形態の移動撮像装置２００は、撮像装置２１０と、その撮像装置２１０が搭載された無人航空機２２０と、撮像装置２１０及び無人航空機２２０を遠隔操作するコントローラ２３０と、を備えて構成される。

《撮像装置》
撮像装置２１０の構成は、上記実施の形態で説明した撮像装置１の構成と基本的には同じである。すなわち、広角の中央光学系と、望遠の環状光学系と、指向性を有するイメージセンサと、を備え、中央光学系及びイメージセンサを一体的に移動させて、環状光学系の焦点を調節する。

なお、本実施の形態の撮像装置２１０は、コントローラ２３０で遠隔操作されることから、コントローラ２３０との間で無線通信するための無線通信手段が備えられる。

《無人航空機》
無人航空機２２０は、移動体の一例である。無人航空機２２０は、いわゆるドローンであり、コントローラ２３０による操作に基づき大気中を飛行する。この種の無人航空機の構成は公知であるので、その詳細な説明は省略する。

［移動撮像装置による撮像］
移動撮像装置２００は、コントローラ２３０の操作に基づいて、無人航空機２２０が大気中を飛行する。また、コントローラ２３０の操作に基づいて、撮像装置２１０が、静止画又は動画を撮像する。

静止画の撮像モードとして、ノーマルモード、連写モードＡ及び連写モードＢを備え、動画の撮像モードとして、ノーマルモード及びフォーカススキャンモードを備えている点は、上記実施の形態で説明した撮像装置１と同じである。

本実施の形態の移動撮像装置２００は、望遠及び広角の画像を同軸上で同時に撮像できることから、次のような用途に適している。すなわち、上空から地表を連続的に撮像し、得られた画像群を繋ぎ合わせて、広域を写した一枚の合成画像を生成する用途に適している。この種の合成画像は、一般に隣接する画像間で対応する特徴点を抽出し、対応する特徴点同士が重なるように位置合わせして結合することにより生成される。本実施の形態の移動撮像装置２００は、望遠及び広角の画像を同軸上で同時に撮像できることから、広角の画像で特徴点の抽出処理を行い、望遠の画像で合成処理を行うということができる。広角の画像で特徴点の抽出処理を行うことにより、より多くの特徴点を抽出できるようになり、より高精度に位置合わせできるようになる。また、画像の合成は、望遠の画像を使用することにより、より高精細な合成画像を生成できる。

合成画像の生成手法としては、この他、撮像により得られた一連の静止画像群を解析して、各画像を撮像した際の撮像装置の相対的な位置及び姿勢を推定し、その推定結果に基づいて、各画像を配置して合成画像を生成する手法を採用できる。この際、撮像により得られた広角の画像群を解析して、各画像を撮像した際の撮像装置の相対的な位置及び姿勢を推定し、その推定結果に基づいて、望遠の各画像を配置して合成画像を生成する。これにより、高精細な合成画像を高精度に生成できる。なお、各画像を撮像した際の撮像装置の相対的な位置及び姿勢を推定する手法には、たとえば、ＳｆＭ（Structure from Motion）の手法を採用できる。

合成画像の生成を目的とする場合は、連写モードＢで静止画を撮像する。すなわち、合焦する被写体の距離を周期的に変化させながら連続的に静止画を撮像する。又は、フォーカススキャンモードで動画を撮像する。すなわち、合焦する被写体の距離を周期的に変化させながら動画を撮像する。

また、合成画像の生成を目的とする場合は、次のように、無人航空機２２０の飛行を制御することが好ましい。

図１６は、合成画像の生成を目的とした無人航空機の飛行制御の概念図である。

いま、一定の高度から真下に向けて撮像装置２１０で画像を撮像する場合を考える。この場合、中央光学系によって画角θＡの範囲が撮像され、望遠光学系によって画角θＢの範囲が撮像される。

無人航空機２２０の移動方向における中央光学系の撮像範囲の幅をＸＡ、環状光学系の撮像範囲の幅をＸＢとする。

この場合、無人航空機２２０は、距離ＸＢ移動する間に少なくとも一回走査される速度に設定される。

なお、ここでの走査とは、合焦する被写体の距離をＭＯＤからＩＮＦ又はＩＮＦからＭＯＤに変化させることをいう。

このように無人航空機２２０の飛行を制御することにより、合成対象である環状光学系の合焦画像を隙間なく撮像できる。

◆◆その他の実施の形態◆◆
上記の実施の形態において、コンピュータに実現させている機能は、各種のプロセッサに実現させることができる。各種のプロセッサには、プログラムを実行して各種の処理を行う処理部として機能する汎用的なプロセッサであるＣＰＵ、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などの製造後に回路構成を変更可能なプロセッサであるＰＬＤ（Programmable Logic Device）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などの特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路などが含まれる。

一つの機能は、同種又は異種の二つ以上のプロセッサに実現させてもよい。たとえば、複数のＦＰＧＡで実現させる構成としてもよいし、ＣＰＵ及びＦＰＧＡの組み合わせで実現させる構成としてもよい。

また、複数の機能を一つのプロセッサで構成してもよい。複数の機能を一つのプロセッサで実現する構成の例としては、第１に、クライアント、サーバなどのコンピュータに代表されるように、一つ以上のＣＰＵとソフトウェアとの組合せで一つのプロセッサを構成し、このプロセッサに複数の機能を実現させる形態がある。第２に、システムオンチップ（SoC：System On Chip）などに代表されるように、複数の機能を一つのＩＣチップ（IC：Integrated Circuit）で実現するプロセッサを使用する形態がある。このように、各種の機能は、ハードウェア的な構造として、上記各種のプロセッサを一つ以上用いて実現される。

更に、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造は、より具体的には、半導体素子などの回路素子を組み合わせた電気回路である。

［実施例１］
図１７は、図１に示す撮像装置におけるイメージセンサの位置と環状光学系の合焦被写体距離との関係を示す表である。

なお、環状光学系の焦点距離は４４ｍｍとしている。また、同図は、基準とする合焦被写体距離を１０００［mm］とし、その前後一定範囲内での関係を示している。

また、環状光学系１４の第２主点（像側主点又は後側主点ともいう）からイメージセンサ２０の表面までの距離を「イメージセンサ位置」とし、環状光学系１４の第１種点（前側主点ともいう）から被写体までの距離を「合焦被写体距離」としている。

図１８は、イメージセンサの位置と環状光学系の合焦被写体距離との関係を示すグラフである。

同図に示すように、固定された環状光学系１４に対してイメージセンサ２０を変位させることにより、環状光学系１４の合焦被写体距離が変化する。

図１９−１及び図１９−２は、イメージセンサをノコギリ波状に変位させた場合のイメージセンサの位置と環状光学系の合焦被写体距離との関係を示す表である。また、図２０は、イメージセンサをノコギリ波状に変位させた場合のイメージセンサの位置と環状光学系の合焦被写体距離との関係を示すグラフである。

同図に示すように、固定された環状光学系１４に対してイメージセンサ２０をノコギリ波状に変位させることにより、環状光学系１４の合焦被写体距離もノコギリ波状に変化する。

図２１−１及び図２１−２は、イメージセンサを正弦波状に変位させた場合のイメージセンサの位置と環状光学系の合焦被写体距離との関係を示す表である。また、図２２は、イメージセンサを正弦波状に変位させた場合のイメージセンサの位置と環状光学系の合焦被写体距離との関係を示すグラフである。

同図に示すように、固定された環状光学系１４に対してイメージセンサ２０を正弦波状に変位させることにより、環状光学系１４の合焦被写体距離も正弦波状に変化する。

［実施例２］
図２３は、図１に示す撮像装置におけるイメージセンサの位置と環状光学系の合焦被写体距離との関係を示す表である。

なお、環状光学系の焦点距離は８４ｍｍとしている。また、同図は、基準とする合焦被写体距離を５０００［mm］とし、その前後一定範囲内での関係を示している。

図２４は、イメージセンサの位置と環状光学系の合焦被写体距離との関係を示すグラフである。

同図に示すように、固定された環状光学系１４に対してイメージセンサ２０を変位させることにより、環状光学系１４の合焦被写体距離が変化する。

図２５−１及び図２５−２は、イメージセンサを正弦波状に変位させた場合のイメージセンサの位置と環状光学系の合焦被写体距離との関係を示す表である。また、図２６は、イメージセンサを正弦波状に変位させた場合のイメージセンサの位置と環状光学系の合焦被写体距離との関係を示すグラフである。

同図に示すように、固定された環状光学系１４に対してイメージセンサ２０を正弦波状に変位させることにより、環状光学系１４の合焦被写体距離も正弦波状に変化する。

１ 撮像装置
１０ 撮像レンズ
１２ 中央光学系
１２ａ レンズ
１２ｂ レンズ
１２ｃ レンズ
１２ｄ レンズ
１２ｅ レンズ
１２ｆ レンズ
１２ｇ レンズ
１２ｈ レンズ
１４ 環状光学系
１４ａ 第１レンズ
１４ｂ 第２レンズ
１４ｃ 第３レンズ
１４ｄ 主鏡
１４ｅ 副鏡
２０ イメージセンサ
２０ａ イメージセンサドライバ
２２ａ 中央光学系受光画素
２２ｂ 環状光学系受光画素
２４ フォトダイオード
２６ マイクロレンズ
２８ 遮光マスク
３０ 環状光学系焦点調節機構
３２ 固定筒
３４ 移動筒
３６ イメージセンサホルダ
３８Ａ リニアブッシュ
３８Ｂ リニアブッシュ
４０Ａ リニアシャフト
４０Ｂ リニアシャフト
４２Ａ 移動筒支持アーム
４２Ｂ 移動筒支持アーム
４４Ａ 前側スリット
４４Ｂ 前側スリット
４６Ａ ホルダ支持アーム
４６Ｂ ホルダ支持アーム
４８Ａ 後側スリット
４８Ｂ 後側スリット
５０ アクチュエータ
５０Ａ コイル
５０Ｂ マグネット
５０ａ リニアモータドライバ
６０ 位置検出ユニット
６２ フォトインタラプタ
６４ ＭＲセンサ
１１０ アナログ信号処理部
１２０ コンピュータ
１２０ａ デジタル信号処理部
１２０ｂ 撮像制御部
１２０ｃ 環状光学系焦点調節制御部
１２０ｄ 位置検出部
１２０ｅ 画像出力制御部
１２０ｆ 記録制御部
１３０ 記録部
１４０ 操作部
１５０ａ 中央光学系画像出力端子
１５０ｂ 環状光学系画像出力端子
２００ 移動撮像装置
２１０ 撮像装置
２２０ 無人航空機
２３０ コントローラ
ＩｍＴ 環状光学系で撮像される画像（望遠の画像）
ＩｍＷ 中央光学系で撮像される画像（広角の画像）
Ｌ 光軸
Ｌａ 中央光学系を通過する光
Ｌｂ 環状光学系を通過する光
Ｓ１〜Ｓ５ 連写モードＡでの撮像処理の手順
Ｓ１１〜Ｓ１６ 連写モードＢでの撮像処理の手順
ＸＡ 無人航空機の移動方向における中央光学系の撮像範囲の幅
ＸＢ 無人航空機の移動方向における環状光学系の撮像範囲の幅
θＡ 中央光学系の画角
θＢ 環状光学系の画角

Claims (11)

1. パンフォーカスで撮像する設定の中央光学系と、
   前記中央光学系と同心状に配置される環状光学系と、
   前記中央光学系を通過した光を選択的に受光する画素と前記環状光学系を通過した光を選択的に受光する画素とが同一面上に規則的に配列され、前記中央光学系で結像される像と前記環状光学系で結像される像とを同時に撮像するイメージセンサと、
   前記環状光学系に対して、前記中央光学系及び前記イメージセンサを光軸に沿って一体的に移動させて、前記環状光学系の焦点を調節する環状光学系焦点調節機構と、
   を備えた撮像装置。
2. 前記環状光学系が前記中央光学系よりも長い焦点距離を有する、
   請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記中央光学系が広角の光学系で構成され、
   前記環状光学系が望遠の光学系で構成される、
   請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記環状光学系が、反射屈折光学系で構成される、
   請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記中央光学系が遠距離を撮像する設定であり、
   前記環状光学系が近距離を撮像する設定である、
   請求項１に記載の撮像装置。
6. 前記イメージセンサに動画を撮像させる又は静止画を連続的に撮像させる撮像制御部と、
   前記環状光学系焦点調節機構を制御する環状光学系焦点調節制御部と、
   を更に備え、
   前記環状光学系焦点調節制御部は、撮像中、前記中央光学系及び前記イメージセンサを周期的に変位させ、前記環状光学系で合焦する被写体の距離を周期的に変化させる、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 前記環状光学系焦点調節制御部は、前記中央光学系及び前記イメージセンサを正弦波状に変位させる、
   請求項６に記載の撮像装置。
8. 前記環状光学系焦点調節制御部は、前記中央光学系及び前記イメージセンサをノコギリ波状に変位させる、
   請求項６に記載の撮像装置。
9. 前記環状光学系を介して撮像された動画又は静止画像群を前記中央光学系及び前記イメージセンサの変位の周期ごとに解析し、最も鮮鋭度の高いフレームの画像又は最も鮮鋭度の高い静止画像を環状光学系合焦画像として変位の周期ごとに抽出する環状光学系合焦画像抽出部を更に備えた、
   請求項６から８のいずれか１項に記載の撮像装置。
10. 前記中央光学系を介して撮像された動画又は静止画像群から前記環状光学系合焦画像と同じタイミングで撮像されたフレームの画像又は静止画像を中央光学系合焦画像として抽出する中央光学系合焦画像抽出部を更に備えた、
    請求項９に記載の撮像装置。
11. 請求項１から１０のいずれか１項に記載の撮像装置と、
    前記撮像装置が搭載された移動体と、
    を備えた移動撮像装置。