JP5507764B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は撮像装置に係り、特に多様な特性の画像を取得することができる撮像装置に関する。

特許文献１には、所定の分光透過特性を有する第１のレンズ部と、当該所定の分光透過特性とは実質的に異なる分光透過特性を有する第２のレンズ部とが同芯状に配置され、かつ第１のレンズ部と第２のレンズ部の焦点距離が異なるカメラの撮影レンズが提案されている。そして、照明用の光源によって前記第１のレンズ部及び第２のレンズ部のいずれか一方の分光透過特性に応じた分光放射特性を有する照明光を被写体に照射することにより、前記第１のレンズ部又は第２のレンズ部を透過した被写体を撮像できるようにしている。

特許文献２には、瞳分割型位相差焦点調節に使用される光検出素子が設けられた撮像素子が提案されている。具体的には、撮像素子の焦点検出を行うための領域に、複数の画素に対して１つのマイクロレンズを配設した画素対を規則的に配置し、複数の画素対の画像の位相ずれによりピントずれを検出できるようにしている。

また、特許文献３には、シーン全体の距離情報を一眼のカメラで撮像したピント面の画像を、合焦状態に応じて２つに分離することによって相関法を用いて距離情報を求めることのできる３次元撮像装置が提案されている。

特開２００３−９８４２６号公報 特開２００７−３１７９５１号公報 特開２００２−１９１０６０号公報

特許文献１には、第１のレンズ部を通過した光束と第２のレンズ部を通過した光束とを瞳分割し、それぞれ１つの撮像素子内の第１の画素群と第２の画素群とに入射させ、１つの撮像素子から別々の画像として読み出す技術は記載されていない。

一方、特許文献２に記載の発明は、複数の画素対からそれぞれ別々の画像を読み出すことができるが、これらの画像は、画像間の位相ずれ（ピントずれ）を検出するためのものである。したがって、ピントずれによる位相差の検出が可能な画素対は、ピント合わせを行う領域のみに配設されており、他の領域には通常の画素が配置されている。

また、特許文献３には、左右方向に瞳分割された画像をそれぞれ取得することができる撮像素子が開示されているが、この撮像素子の各セルは、左右の視差画像が得られるように撮像素子全面に一様に配置されている。

したがって、特許文献１に記載の発明に、特許文献２、３に記載の技術を組み合わせる動機付けはない。

本発明は、複数の特性を有する撮影光学系の各特性に対応する画像を、各特性に応じて重み付けされた画像として取得することができる撮像装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために本発明の一の態様に係る撮像装置は、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光学系と、２次元配列された第１の受光素子群及び第２の受光素子群を有する撮像素子と、撮像素子の第１の受光素子群及び第２の受光素子群にそれぞれ対応して設けられ、撮影光学系の第１の領域を通過した光束のみを第１の受光素子群に受光させ、撮影光学系の第２の領域を通過した光束のみを第２の受光素子群に受光させる光学要素と、撮像素子の第１の受光素子群又は第２の受光素子群からそれぞれ第１の撮像信号又は第２の撮像信号を取得して第１の画像又は第２の画像を生成する画像生成部とを備え、撮像素子の第１の受光素子群と第２の受光素子群とは、それぞれ撮影光学系の第１の特性及び第２の特性に応じて、重み付けの異なる第１の画像と第２の画像とを取得できるように構成されている。

本発明の一の態様によれば、撮影光学系の異なる特性を有する第１の領域及び第２の領域を通過した光束をそれぞれ撮像素子の第１の受光素子群及び第２の受光素子群に入射させ、第１の受光素子群及び第２の受光素子群からそれぞれ第１の撮像信号及び第２の撮像信号を取得して第１の画像及び第２の画像を生成する。このため、撮影光学系の第１の特性及び第２の特性に対応する第１の画像及び第２の画像をそれぞれ取得することができる。また、第１の受光素子群と第２の受光素子群とは、情報獲得能力に重み付けがされている。これにより、撮影光学系の第１の特性及び第２の特性に応じて重み付けされた第１の画像及び第２の画像を取得することができる。

本発明の他の態様に係る撮像装置において、撮影光学系の第１の領域と第２の領域は、焦点距離、透過する波長域、及び空間周波数特性のうちの少なくとも１つが異なっている。

本発明の更に他の態様に係る撮像装置において、撮像素子の第１の受光素子群と第２の受光素子群とは、撮影光学系の第１の特性及び第２の特性のうちの重要視する特性に対応する受光素子の配置数が、他の受光素子の配置数よりも多く割り当てられている。これにより、重要視する特性に対応する画像か否かに応じて異なる画像サイズの画像を取得することができる。

本発明の更に他の態様に係る撮像装置において、撮影光学系は、撮影距離が一般距離用の第１の特性と接写用の第２の特性とを有し、撮像素子の第１の受光素子群の画素数は、第２の受光素子群の画素数よりも多いことが好ましい。これにより、撮影距離が一般距離用の画像の画像サイズを、接写用の画像の画像サイズよりも大きくすることができる。

本発明の更に他の態様に係る撮像装置において、撮像素子の第１の受光素子群と第２の受光素子群とは、撮像素子の位置に応じて第１の受光素子群の配置密度と第２の受光素子群の配置密度とが異なるように構成されている。これにより、撮影光学系の第１の特性及び第２の特性に応じた解像度の画像を取得することができる。

本発明の更に他の態様に係る撮像装置において、撮影光学系は、該撮影光学系の光軸を中心とする円形状の第１の領域及び円環形状の第２の領域を有する。第１の領域は、撮影距離が一般距離用の第１の特性を有し、第２の領域は、接写用の第２の特性を有する。撮像素子の第１の受光素子群の配置密度は、撮像素子の中央部よりも周辺部の配置密度が高く、第２の受光素子群の配置密度は、撮像素子の周辺部よりも中心部の配置密度が高くなっている。接写用の画像は、撮像素子（撮影画面）の中央部が重要なため、その重要な部分の解像度を高くすることができる。一方、一般距離用の画像は、撮像素子（撮影画面）全体にわたって、まんべんなく解像度を維持することができる。

本発明の更に他の態様に係る撮像装置において、撮影光学系は、遠景に焦点が合う第１の特性と近景に焦点が合う第２の特性とを有し、撮像素子の第１の受光素子群の密度は、撮像素子の上部領域よりも下部領域の方が高く、第２の受光素子群の密度は、撮像素子の下部領域よりも上部領域の方が高いことが好ましい。遠景の被写体は撮影画面の上方（撮像素子の下方）に存在することが多く、近景の被写体は撮影画面の下方（撮像素子の上方）に存在することが多い。このため、これらの遠景の被写体が合焦する第１の受光素子群と近景の被写体が合焦する第２の受光素子群の密度を、撮像素子の上下方向に位置に応じて変更するようにしている。

本発明の更に他の態様に係る撮像装置において、撮像素子の第１の受光素子群と第２の受光素子群とは、撮影感度が異なるように構成されている。これにより、より光量を必要とする特性に対応する受光素子群の感度を上げることができ、光量を必要としない特性に対応する受光素子群の感度を通常の感度にすることができる。

本発明の更に他の態様に係る撮像装置において、撮像素子の第１の受光素子群と第２の受光素子群とは、光が入射する開口サイズ、又は各受光素子に光を集光させるマイクロレンズのサイズが異なるように構成されている。

本発明の更に他の態様に係る撮像装置において、撮影光学系は、撮影距離が一般距離用の第１の特性を有する第１の領域と、接写用の第２の特性に対応する第２の領域とを有し、撮像素子の第２の受光素子群の撮影感度は、第２の受光素子群の撮影感度よりも高いことが好ましい。

本発明によれば、撮影光学系の異なる特性を有する第１の領域及び第２の領域を通過した光束をそれぞれ撮像素子の第１の受光素子群及び第２の受光素子群に入射させ、前記第１の第１の受光素子群及び第２の受光素子群からそれぞれ第１の撮像信号又は第２の撮像信号を取得して第１の画像又は第２の画像を生成するようにした。このため、前記撮影光学系の第１の特性及び第２の特性に対応する第１の画像及び第２の画像をそれぞれ取得することができる。特に第１の受光素子群と第２の受光素子群とは、情報獲得能力に重み付けがされている。このため、前記撮影光学系の第１の特性及び第２の特性に応じて重み付けされた第１の画像及び第３の画像を取得することができる。

本発明に係る撮像装置の全体構成の実施形態を示すブロック図 図１に示した撮影レンズと撮像素子の関係を示す図 図１に示した撮影レンズを示す正面図 瞳指向性をもたせるための光学要素の一例を説明するために用いた撮像素子の要部断面図 撮像素子に配置される瞳指向性の異なる２種類の受光セルの重み付け配置（配置数）の実施形態を示す図 撮像素子に配置される瞳指向性の異なる３種類の受光セルを構成する遮光部材の第１の例を示す図 撮像素子に配置される瞳指向性の異なる３種類の受光セルを構成する遮光部材の第２の例を示す図 撮像素子に配置される瞳指向性の異なる３種類の受光セルを構成する遮光部材の第３の例を示す図 撮像素子に配置される瞳指向性の異なる２種類の受光セルの重み付け配置（配置密度）の実施形態を示す図 撮像素子に配置される瞳指向性の異なる２種類の受光セルの重み付け配置（配置密度）の他の実施形態を示す図 撮像素子に配置される瞳指向性の異なる２種類の受光セルの撮影感度（開口サイズ）が重み付けされている実施形態を示す図 撮像素子に配置される瞳指向性の異なる２種類の受光セルの撮影感度（マイクロレンズのサイズ）が重み付けされている実施形態を示す図 撮影レンズの領域毎に空間周波数特性が異なる撮影レンズの一例を示す図 撮影レンズの領域毎に空間周波数特性が異なる撮影レンズにおいて空間周波数とＭＴＦ特性の関係を示すグラフ

以下、添付図面に従って本発明に係る撮像装置の実施の形態について説明する。

＜撮像装置＞
図１は本発明に係る撮像装置の全体構成の実施形態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（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、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。ＣＰＵ４０は、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、液晶モニタ（ＬＣＤ（Liquid Crystal Display））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２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操作用の操作部材である。

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、撮影光学系、及び瞳指向性をもたせるための光学要素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。

撮影光学系は、撮影レンズ１０、絞り、フィルタ等を含んで構成されている。図１には、撮影光学系の構成要素のうち撮影レンズ１０のみが示されている。

この実施形態の撮影レンズ１０は、図２Ａおよび図２Ｂに示すように近接撮影（例えば、数１０ｃｍ以内の接写撮影）用の焦点距離を有する領域１０ａと、遠距離撮影用（例えば、１ｍ〜無限までの一般距離用）の焦点距離を有する領域１０ｂとを有する２焦点レンズである。領域１０ａは撮影レンズ１０の光軸を中心とする円形状に形成され、領域１０ｂは円環形状に形成されている。また、領域１０ａと領域１０ｂとの間には、後述する瞳分割された光束間でクロストークが生じないように遮光帯が設けられている。

撮像素子１６は、多数の受光セル（受光素子）が２次元配列されており、各受光セル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の前面には、図３に示すように瞳指向性をもたせるための光学要素１２が配設されている。この光学要素１２は、集光及び結像用のマイクロレンズ１２ａと、受光セル１６ａ、１６ｂの開口を規制する遮光部材１２ｂとから構成されている。尚、各マイクロレンズ１２ａの下方には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルタ１３が配設されている。

受光セル１６ａは遮光部材１２ｂによりその開口の周辺部が遮光され、一方、受光セル１６ｂは遮光部材１２ｂにその開口の中心部が遮光されている。これにより、撮影レンズ１０の中央部の領域１０ａを通過した光束は、マイクロレンズ１２ａ及び遮光部材１２ｂにより瞳分割されて受光セル１６ａに入射し、一方、撮影レンズ１０の周辺部の領域１０ｂを通過した光束は、マイクロレンズ１２ａ及び遮光部材１２ｂにより瞳分割されて受光セル１６ｂに入射する。

撮影レンズ１０の２つの領域１０ａ，１０ｂを通過する光束をそれぞれ受光する受光セル１６ａと受光セル１６ｂとは、それぞれ２次元配列されているが、受光セル１６ａの画素群と受光セル１６ｂの画素群とは、後述するように重み付け配置されており、撮影レンズ１０の領域１０ａ，１０ｂの特性に応じた情報獲得能力が得られるようになっている。

図１に戻って、入射した入射光は、その光量に応じた電荷に変換され、受光セル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。

これにより、図２Ａに示すように撮像素子１６からは、受光セル１６ａの画素群に対応する撮像信号と、受光セル１６ｂの画素群に対応する撮像信号とが別々に読み出すことができる。例えば、操作部３８での操作により接写モードが設定された場合には、受光セル１６ａの画素群に対応する撮像信号が読み出され、接写モード以外の通常の撮影モードでは、受光セル１６ｂの画素群に対応する撮像信号が読み出される。

撮像素子１６から読み出された撮像信号（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。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、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。

また、画像処理部２５は、以下の処理を行うが、画像処理部２５が行う処理は必須ではない。

後述するように、撮像素子１６には接写用の受光セル１６ａが９画素（３×３画素）に１画素の割合で含まれる（図４参照）ため、通常撮影距離用の受光セル１６ｂから読み出された画像データから生成した画像は、接写用の受光セル１６ａが存在する画素のデータが欠落している。したがって、受光セル１６ａの存在による欠落画素については、周囲の受光セル１６ｂ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。尚、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。

また、撮像素子１６の受光セル１６ａには、撮影レンズ１０の領域１０ａを通過する光束が入射するが、瞳指向性をもたせるための光学要素１２の精度誤差により、瞳分割された光束間でクロストークが生じ、領域１０ｂを通過する光束の一部が入射する場合がある。同様に、撮像素子１６の受光セル１６ｂには、撮影レンズ１０の領域１０ｂを通過する光束が入射するが、領域１０ａを通過する光束の一部が入射する場合がある。画像処理部２５は、このようなクロストークの発生による画像のボケやコントラスト劣化を補正する画像処理を行う。

画像処理部２５で処理され画像データは、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、カメラ背面に設けられている液晶モニタ３０に出力される。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、自動焦点調整（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、その決定した絞り値に基づいて絞りを制御し、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。

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（Synchronous Dynamic Random Access Memory）)４８に入力され、一時的に記憶される。この実施形態では、撮影者の指示により接写モードが設定されている場合には、受光セル１６ａの画素群に対応する画像データが読み出され、接写モード以外の通常の撮影モードでは、受光セル１６ｂの画素群に対応する画像データが読み出される。尚、受光セル１６ａの画素群に対応する画像データと、受光セル１６ｂの画素群に対応する画像データとを同時に読み出すようにしてもよい。

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及び画像処理部２５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。

前記メモリ４８に記憶されたＹＣデータは、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、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。これにより、接写画像又は一般距離用の画像を撮影記録することができる。

次に、前記撮像素子１６における受光セル１６ａと受光セル１６ｂの重み付け配置について説明する。

［配置数］
図４は受光セル１６ａと受光セル１６ｂの重み付け配置の実施形態を示す図であり、撮像素子１６の受光面の一部を模式的に示した図である。

図４に示すように、撮像素子１６は、３×３画素の配置パターンが水平方向及び垂直方向に繰り返し配列されて構成されており、３×３画素の中心の１画素として受光セル１６ａが配置され、３×３画素のうちの受光セル１６ａ以外の８画素として受光セル１６ｂが配置されている。

したがって、接写用の受光セル１６ａと一般距離用の受光セル１６ｂとは、その画素数の割合が１：８となっており、それぞれまんべんなく撮像素子１６の全領域に配置されている。

本実施形態では、一般距離用の受光セル１６ｂの配置数を、接写用の受光セル１６ａの配置数よりも多くした第１の理由は、一般距離用の画像の方が撮影の頻度が高く、より重要視する画像である場合が多いからである。また、この撮像装置１が搭載されたカメラ付き携帯電話において、接写撮影を行うシーンとしては、主にバーコード（一次元バーコード、又は二次元バーコード（ＱＲ（Quick Response）コード））を読み取るシーンが想定される。上記のことから、一般距離用の受光セル１６ｂの配置数を、接写用の受光セル１６ａの配置数よりも多くした第２の理由は、バーコードの読み取りが可能な解像度が確保されればよく、一般の写真のような画質が要求されないからである。

尚、この実施形態の撮影レンズ１０は、図２に示したように２焦点レンズであるが、これに限らず、例えば、一般撮影距離、食べ物や商品の撮影距離、及び接写撮影距離にそれぞれ適した焦点距離を有する円形及びドーナツ状の領域を有する３焦点レンズを適用することができる。この場合、撮像素子の各受光セルの受光面を、図５Ａ〜図５Ｃに示すような遮光部材により遮光することにより、上記撮影レンズの各領域を通過する光束をそれぞれ受光する、瞳指向性の異なる３種類の受光セルを構成することがきる。また、一般撮影距離、食べ物や商品の撮影距離、及び接写撮影距離に対応する３種類の受光セルの配置数の割合としては、例えば、４：４：１にすることができる。

［配置密度］
図６は撮像素子１６１の受光面の一部を模式的に示した図であり、受光セル１６１ａと受光セル１６１ｂの配置密度に重み付けした実施形態を示す図である。

図６の（ａ）部に示すように、撮像素子１６１の受光面は中央部と周辺部の２つの領域に区分される。撮像素子１６１の中央部の領域には、接写用の受光セル１６１ａの密度が一般距離用の受光セル１６１ｂの密度よりも高くなるように受光セル１６１ａと受光セル１６１ｂとが配置される（図６の（ｂ）部）。一方、周辺部の領域には、接写用の受光セル１６１ａの密度が一般距離用の受光セル１６１ｂの密度よりも低くなるように受光セル１６１ａと受光セル１６１ｂとが配置されている（図６の（ｃ）部）。

即ち、重要な領域にその特性に対応する受光セルの配置密度が高くなるように割り当てられている。具体的には、受光セル１６１ａと受光セル１６１ｂとの配置密度は、撮像素子１６１の中央部（光軸近傍）と周辺部とで異なっており、中央部の領域では接写用の受光セル１６１ａの密度が高く、周辺部の領域では一般距離用の受光セル１６１ｂの密度が高くなるように配置されている。

ここで、撮像素子１６１の中央部の領域における接写用の受光セル１６１ａの配置密度を高くした理由は、一般の接写撮影では、撮影画面の中央部に主要被写体を位置させて撮影を行う場合が多く、この中央部の画質（解像度）を高くすることが好ましいからである。

また、接写用の受光セル１６１ａは、撮像素子１６１の中央部の領域のみ密度高く割り当て、周辺部の領域では一般距離用の受光セル１６１ｂのみを割り当てるようにしてもよい。例えば、撮像装置１が搭載されたカメラ付き携帯電話において、バーコード読み取りを行う場合、適切な撮影距離でのバーコード撮影を促すように、液晶モニタ上に所定の大きさでバーコードが表示されるようにアシストする表示枠を表示するものがあり、この場合、接写用の受光セル１６１ａは、バーコードを撮影する範囲のみに配置されていればよい。

図７は撮像素子１６２の受光面の一部を模式的に示した図であり、受光セル１６２ａと受光セル１６２ｂの配置密度に重み付けした他の実施形態を示す図である。

図７の（ａ）部に示すように、撮像素子１６２の受光面は上部と下部の２つの領域に区分される。上部の領域には、被写体距離の近い近距離用の受光セル１６２ａの密度が、被写体距離の遠い遠距離用の受光セル１６２ｂの密度よりも高くなるように受光セル１６２ａと受光セル１６２ｂとが配置される（図７の（ｂ）部）。一方、下部の領域には、遠距影用の受光セル１６２ｂの密度が、近距離用の受光セル１６２ａの密度よりも高くなるように受光セル１６２ａと受光セル１６２ｂとが配置されている（図７の（ｃ）部）。

尚、撮影レンズ（図示せず）は、近距離の被写体に合焦する焦点距離を有する領域と遠距離の被写体に合焦する焦点距離を有する領域とが、撮影レンズの上下２分割された領域にそれぞれ形成されているものが好ましい。前記撮像素子１６２の近距離用の受光セル１６２ａと遠距離用の受光セル１６２ｂは、それぞれ前記撮影レンズの近距離用の領域を通過した光束及び遠距離用の領域を通過した光束をそれぞれ受光するものとする。

図７に示したように撮像素子１６２の上部の領域において近距離用の受光セル１６ａの配置密度を多くし、下部の領域において遠距離用の受光セル１６ｂの配置密度を多くした理由は、近距離の被写体は撮影画面の下方（撮像素子の上部）に存在する場合が多く、一方、遠距離の被写体は撮影画面の上方（撮像素子の下部）に存在する場合が多いからである。

［開口サイズ］
図８は瞳指向性をもたせるための光学要素１２１と撮像素子１６３の要部断面図である。

光学要素１２１は、集光及び結像用のマイクロレンズ１２１ａと、受光セル１６３ａ、１６３ｂの開口を規制する遮光部材１２１ｂとから構成されている。尚、撮影レンズ１０（図２参照）の２つの領域１０ａ，１０ｂを通過する光束をそれぞれ受光する受光セル１６３ａと受光セル１６３ｂとは、それぞれ２次元配列されている。

受光セル１６３ａは遮光部材１２１ｂによりその開口の周辺部が遮光される。一方、受光セル１６３ｂは遮光部材１２１ｂにその開口の中心部が遮光されている。これにより、撮影レンズ１０の中央部の領域１０ａを通過した光束は、マイクロレンズ１２１ａ及び遮光部材１２１ｂにより瞳分割されて受光セル１６３ａに入射する。一方、撮影レンズ１０の周辺部の領域１０ｂを通過した光束は、マイクロレンズ１２１ａ及び遮光部材１２１ｂにより瞳分割されて受光セル１６３ｂに入射する。

図８に示すように前記受光セル１６３ａと受光セル１６３ｂとは、それぞれ遮光部材１２１ｂにより遮光される位置及び面積が異なっている。受光セル１６３ａの開口サイズは、受光セル１６３ｂの開口サイズよりも大きくなっている。

これにより、マイクロレンズ１２１ａを介して同じ光量が受光セル１６３ａ、１６３ｂに入射する場合、受光セル１６３ａは、受光セル１６３ｂよりも多くの光量を受光することができ、撮影感度が高いものとなっている。

受光セル１６３ａの画素群から取得することができる画像は、撮影感度が高く、受光セル１６３ｂの画素群から取得することができる画像は、通常の撮影感度とすることができる。

そして、撮影レンズ１０の接写用の領域１０ａを通過した光束は、光学要素１２１を介して受光セル１６３ａに入射し、一般距離用の領域１０ｂを通過した光束は、光学要素１２１を介して受光セル１６３ｂに入射する。これにより、受光セル１６３ａの画素群から取得可能な接写撮影された画像は、撮影感度の高い画像になり、受光セル１６３ｂの画素群から取得可能な一般距離用の画像は、通常の撮影感度の画像になる。

このように撮影レンズ１０の異なる特性に合わせて、開口サイズの異なる受光セル１６３ａ、受光セル１６３ｂを割り当てることにより、その特性に合った撮影感度の画像を得ることができる。

この実施の形態では、より光量を必要とする特性に大きな開口サイズの受光セル１６３ａを割り当てるようにしている。このように接写用のレンズ特性に対応する受光セル１６３ａの開口サイズを大きくすることにより、例えば、接写撮影時に被写体が撮像装置の影に入って暗くなる場合でも明るい画像として取得することができる。

図９は瞳指向性をもたせるための光学要素１２２と撮像素子１６４の要部断面図である。

光学要素１２２は、集光及び結像用のマイクロレンズ１２２ａ_１、１２２ａ_２と、受光セル１６４ａ、１６４ｂの開口を規制する遮光部材１２２ｂとから構成されている。尚、撮影レンズ１０（図２参照）の２つの領域１０ａ，１０ｂを通過する光束をそれぞれ受光する受光セル１６４ａと受光セル１６４ｂとは、それぞれ２次元配列されている。

受光セル１６４ａは遮光部材１２１ｂによりその開口の周辺部が遮光される。一方、受光セル１６４ｂは遮光部材１２ｂにその開口の中心部が遮光される。これにより、撮影レンズ１０の中央部の領域１０ａを通過した光束は、マイクロレンズ１２２ａ_１及び遮光部材１２２ｂにより瞳分割されて受光セル１６４ａに入射する。一方、撮影レンズ１０の周辺部の領域１０ｂを通過した光束は、マイクロレンズ１２２ａ_２及び遮光部材１２２ｂにより瞳分割されて受光セル１６４ｂに入射する。

ここで、マイクロレンズ１２２ａ_１とマイクロレンズ１２２ａ_２とは、レンズサイズ（レンズ径）が異なり、マイクロレンズ１２２ａ_１は、マイクロレンズ１２２ａ_２よりも多くの光量を集光して受光セル１６４ａに入射させることができる。これにより、図８に示した実施形態と同様に、撮影感度の異なる画像を取得することができる。

［その他］
本実施の形態では、撮影レンズとして異なる焦点距離の領域を有する多焦点レンズを使用したが、撮影レンズはこの形態に限られない。例えば、透過波長域が異なる複数の領域を有するレンズや、色の異なる様々な複数の領域を有するレンズ等の多様特性レンズを用いることができる。

例えば、赤外カット領域と可視光カット領域とを有する撮影レンズ（撮影レンズとフィルタからなる撮影光学系）を使用し、撮像素子には、ＲＧＢのカラーフィルタを有する受光セルと、カラーフィルタのない受光セルとを２次元配列する。瞳指向性をもたせるための光学要素により赤外カット領域を通過した光束を、カラーフィルタを有する受光セルに入射させ、可視カット領域を通過した光束を、カラーフィルタのない受光セルに入射させる。これによれば、通常のカラー画像と赤外線画像とを撮影することができる。

この場合、通常のカラー画像に対応する受光セルの配置数は、赤外線画像に対応する受光セルの配置数よりも多くする。一般に通常のカラー画像に比べて赤外線画像は画質（解像度）が低いからである。また、赤外線画像に対応する受光セルの開口サイズは、カラー画像に対応する受光セルの開口サイズよりも大きくする。赤外線画像は、暗い撮影条件下で使用されることが多いからである。

また、撮影レンズの他の例としては、図１０に示すように領域１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃに応じて空間周波数特性の異なる撮影レンズ１０５を適用することができる。この場合、レンズ性能の高い領域（例えば、ＭＴＦ（Modulation Transfer Function）の高い領域）に対応する受光セルの配置数の割合を、レンズ性能の低い領域に対応する受光セルの配置数の割合よりも高くすることが好ましい。

更に、撮影レンズの特性の異なる領域に対応する各受光セルの配置数、配置密度及び開口サイズ（撮影感度）のうちの２つ以上を適宜組み合わせて、その特性に対して重み付けを行うようにしてもよい。

更にまた、瞳指向性をもたせるための光学要素は、本実施の形態のマイクロレンズと遮光部材の組み合わせによるものに限らず、例えば、マイクロスプリットプリズムを使用するもの（特許文献３）、瞳分割偏光素子を使用するもの（特開２００９−１６２８４７号公報）等を適用することができる。

また、本実施の形態では、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く、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等他のイメージセンサも適用可能である。

また、本発明は上述した実施の形態に限定されず、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ことは言うまでもない。

１…撮像装置、１０…撮影レンズ、１２…光学要素、１２ａ、１２１ａ、１２２ａ_１、１２２ａ_２…マイクロレンズ、１２ｂ、１２１ｂ，１２２ｂ…遮光部材、１６ａ、１６ｂ、１６１ａ、１６１ｂ、１６２ａ、１６２ｂ、１６３ａ、１６３ｂ、１６４ａ、１６４ｂ…受光セル、２４…デジタル信号処理部、２５…画像処理部、４０…中央処理装置（ＣＰＵ）

Claims (10)

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光学系と、
   ２次元配列された第１の受光素子群及び第２の受光素子群を有する撮像素子と、
   前記撮像素子の第１の受光素子群及び第２の受光素子群にそれぞれ対応して設けられ、前記撮影光学系の第１の領域を通過した光束のみを前記第１の受光素子群に受光させるとともに、前記撮影光学系の第２の領域を通過した光束のみを前記第２の受光素子群に受光させる光学要素と、
   前記撮像素子の第１の受光素子群又は第２の受光素子群からそれぞれ第１の撮像信号又は第２の撮像信号を取得して第１の画像又は第２の画像を生成する画像生成部とを備え、
   前記撮像素子の第１の受光素子群と第２の受光素子群とは、それぞれ前記撮影光学系の第１の特性及び第２の特性に応じて、重み付けの異なる前記第１の画像と第２の画像とを取得できるように構成されている撮像装置。
2. 前記撮影光学系の前記第１の領域と第２の領域は、焦点距離、透過する波長域、及び空間周波数特性のうちの少なくとも１つが異なる請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記撮像素子の第１の受光素子群と第２の受光素子群とは、前記撮影光学系の第１の特性及び第２の特性のうちの重要視する特性に対応する受光素子の配置数が、他の受光素子の配置数よりも多く割り当てられている請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 前記撮影光学系は、撮影距離が一般距離用の第１の特性と接写用の第２の特性とを有し、
   前記撮像素子の第１の受光素子群の画素数は、前記第２の受光素子群の画素数よりも多い請求項３に記載の撮像装置。
5. 前記撮像素子の第１の受光素子群と第２の受光素子群とは、前記撮像素子の位置に応じて前記第１の受光素子群の配置密度と第２の受光素子群の配置密度とが異なるように構成されている請求項１又は２に記載の撮像装置。
6. 前記撮影光学系は、該撮影光学系の光軸を中心とする円形状の第１の領域及び円環形状の第２の領域であって、撮影距離が一般距離用の第１の特性を有する前記第１の領域と、接写用の第２の特性に対応する前記第２の領域とを有し、
   前記撮像素子の第１の受光素子群の配置密度は、前記撮像素子の中央部よりも周辺部の配置密度が高く、前記第２の受光素子群の配置密度は、前記撮像素子の周辺部よりも中心部の配置密度が高い請求項５に記載の撮像装置。
7. 前記撮影光学系は、遠景に焦点が合う第１の特性と近景に焦点が合う第２の特性とを有し、
   前記撮像素子の第１の受光素子群の密度は、前記撮像素子の上部領域よりも下部領域の方が高く、前記第２の受光素子群の密度は、前記撮像素子の下部領域よりも上部領域の方が高い請求項５に記載の撮像装置。
8. 前記撮像素子の第１の受光素子群と第２の受光素子群とは、撮影感度が異なるように構成されている請求項１又は２に記載の撮像装置。
9. 前記撮像素子の第１の受光素子群と第２の受光素子群とは、光が入射する開口サイズ、又は各受光素子に光を集光させるマイクロレンズのサイズが異なるように構成されている請求項８に記載の撮像装置。
10. 前記撮影光学系は、撮影距離が一般距離用の第１の特性を有する前記第１の領域と、接写用の第２の特性に対応する前記第２の領域とを有し、
    前記撮像素子の第２の受光素子群の撮影感度は、前記第２の受光素子群の撮影感度よりも高い請求項８又は９に記載の撮像装置。

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