【手続補正書】
【提出日】令和3年10月20日(2021.10.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォーカスレンズを含む結像光学系を介して入射する、第１の波長帯域の光と第２の波長帯域の光に感度を有する撮像素子と、
前記結像光学系と前記撮像素子との間に設けられ、前記第１の波長帯域の光を選択的に透過する第１のフィルタ領域を有する光学フィルタと、
前記撮像素子から得られた信号に基づいて、前記フォーカスレンズの合焦位置を演算する演算手段と、を有し、
前記演算手段は、前記撮像素子の画素領域の内、前記第１のフィルタ領域を透過した光を受光する第１の画素領域から得られた第１の信号と、前記第１の画素領域を除く第２の画素領域から得られた第２の信号とに基づいて、前記第２の画素領域が受光する光の前記第１の波長帯域の第１の成分と、前記第２の波長帯域の第２の成分とを推測し、該推測した第１の成分と第２の成分とに基づいて、予め決められた撮影距離に対する前記フォーカスレンズの合焦位置を演算することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記演算手段は、複数の撮影距離と、各撮影距離に対する前記第１の波長帯域および前記第２の波長帯域のそれぞれの光による前記フォーカスレンズの合焦位置との関係を示す情報を有し、前記予め決められた撮影距離に対する前記第１の波長帯域および前記第２の波長帯域のそれぞれの光による前記フォーカスレンズの合焦位置を、前記第１の成分と、前記第２の成分とにより重み付け平均することで、前記フォーカスレンズの合焦位置を演算することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記演算手段は、前記第１の信号を前記第１の成分とし、前記第２の信号から前記第１の信号を引くことにより、前記第２の成分を推測することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記光学フィルタは、更に、前記第１の波長帯域の光および前記第２の波長帯域の光を透過する第２のフィルタ領域を有し、前記第２の画素領域は、前記第２のフィルタ領域を透過した光を受光することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記第１の波長帯域は可視光の波長帯域、前記第２の波長帯域は赤外光の波長帯域であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記第１の波長帯域は赤外光の波長帯域、前記第２の波長帯域は可視光の波長帯域であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記演算手段は、前記第１の画素領域および前記第２の画素領域のうち、前記第１の信号と前記第２の信号とを、同じ像高にある画素領域の画素から取得することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記光学フィルタは矩形であって、前記第１のフィルタ領域は、前記光学フィルタのいずれか一辺に沿って設けられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記第１の画素領域と前記第２の画素領域とで、露出をそれぞれ制御する制御手段を更に有し、
前記制御手段は、前記第１の画素領域の露出を、前記第２の画素領域の露出よりも高くしたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記画素領域の内、画像の生成に用いる有効画素領域を除く領域を覆うように、前記第１のフィルタ領域を配置したことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記有効画素領域は、前記結像光学系の像円で決まる領域であることを特徴とする請求項１０に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記光学フィルタは、更に、前記第２の波長帯域の光を選択的に透過する第２のフィルタ領域と、前記第１の波長帯域の光および前記第２の波長帯域の光を透過する第３のフィルタ領域とを有し、
前記第２の画素領域は、前記第２のフィルタ領域を透過した光を受光することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記撮像素子は、更に、第３の波長帯域の光に感度を有し、
前記第１の波長帯域は近赤外光の波長帯域、前記第２の波長帯域は可視光の波長帯域、前記第３の波長帯域は短波赤外光の波長帯域であって、
前記光学フィルタは、更に、前記第３の波長帯域の光を選択的に透過する第２のフィルタ領域を有し、
前記演算手段は、前記第１の画素領域と、前記第２のフィルタ領域を透過した光を受光する第３の画素領域と、を除く前記第２の画素領域から前記第２の信号を得ると共に、更に、前記第３の画素領域から得られた第３の信号に基づいて、前記第２の画素領域が受光する光の前記第１の波長帯域の第１の成分と、前記第２の波長帯域の第２の成分と、前記第３の波長帯域の第３の成分とを推測し、該推測した第１の成分、第２の成分および第３の成分に基づいて、予め決められた撮影距離に対する前記フォーカスレンズの合焦位置を演算することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項１４】
前記演算手段は、複数の撮影距離と、各撮影距離に対する前記第１の波長帯域、前記第２の波長帯域、および前記第３の波長帯域のそれぞれの光による前記フォーカスレンズの合焦位置との関係を示す情報を有し、前記予め決められた撮影距離に対する前記第１の波長帯域、前記第２の波長帯域、および前記第３の波長帯域のそれぞれの光による前記フォーカスレンズの合焦位置を、前記第１の成分と、前記第２の成分と、前記第３の成分とにより重み付け平均することで、前記フォーカスレンズの合焦位置を演算することを特徴とする請求項１３に記載の撮像装置。
【請求項１５】
前記光学フィルタを、前記結像光学系の光軸に垂直な平面上で移動する駆動手段を更に有し、
前記第１の波長帯域は可視光の波長帯域、前記第２の波長帯域は赤外光の波長帯域であって、
前記駆動手段は、第１のモードにおいて、前記第１のフィルタ領域が前記画素領域全体を覆う位置に駆動し、第２のモードにおいて前記第１のフィルタ領域が前記画素領域の一部を覆う位置に駆動し、
前記演算手段は、前記第２のモードにおいて、前記フォーカスレンズの合焦位置を演算することを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
【請求項１６】
前記光学フィルタを、前記結像光学系の光軸に垂直な平面上で移動する駆動手段を更に有し、
前記第１の波長帯域は可視光の波長帯域、前記第２の波長帯域は赤外光の波長帯域であって、
前記駆動手段は、第１のモードにおいて、前記第１のフィルタ領域が前記画素領域全体を覆う位置に駆動し、第２のモードにおいて、前記第１および第２のフィルタ領域が前記画素領域の一部を覆う位置に駆動し、
前記演算手段は、前記第２のモードにおいて、前記フォーカスレンズの合焦位置を演算することを特徴とする請求項１２に記載の撮像装置。
【請求項１７】
前記駆動手段は、第３のモードにおいて、前記第２のフィルタ領域が前記画素領域全体を覆う位置に駆動することを特徴とする請求項１６に記載の撮像装置。
【請求項１８】
前記駆動手段は、前記第２のモードにおける、予め決められた第1のフレームと当該第1のフレームとは異なる第２のフレームとで、前記光学フィルタの位置が異なるように前記光学フィルタを駆動することを特徴とする請求項１５に記載の撮像装置。
【請求項１９】
前記駆動手段は、前記第２のモードにおける、予め決められた第1のフレームと当該第1のフレームとは異なる第２のフレームとで、前記光学フィルタの位置が異なるように前記光学フィルタを駆動することを特徴とすることを特徴とする請求項１６または１７に記載の撮像装置。
【請求項２０】
前記演算手段は、前記第１の画素領域および前記第２の画素領域のうち、前記第１の信号と前記第２の信号とを、同じ像高にある画素領域の画素から取得することを特徴とする請求項１２乃至１９のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項２１】
前記光学フィルタは矩形であって、前記第１のフィルタ領域は、前記光学フィルタのいずれか一辺に沿って設けられていることを特徴とする請求項１２乃至２０のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項２２】
前記第１の画素領域と前記第２の画素領域とで、露出をそれぞれ制御する制御手段を更に有し、
前記制御手段は、前記第１の画素領域の露出を、前記第２の画素領域の露出よりも高くしたことを特徴とする請求項１２乃至２１のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項２３】
前記画素領域の内、画像の生成に用いる有効画素領域を除く領域を覆うように、前記第１のフィルタ領域を配置したことを特徴とする請求項１２乃至２２のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項２４】
フォーカスレンズを含む結像光学系を介して入射する、第１の波長帯域の光と第２の波長帯域の光に感度を有する撮像素子と、前記結像光学系と前記撮像素子との間に設けられ、前記第１の波長帯域の光を選択的に透過する第１のフィルタ領域を有する光学フィルタと、を有する撮像装置の前記撮像素子から得られる信号に基づいて、前記フォーカスレンズの合焦位置を演算する演算方法であって、
前記撮像素子の画素領域の内、前記第１のフィルタ領域を透過した光を受光する第１の画素領域から得られた第１の信号と、前記第１の画素領域を除く第２の画素領域から得られた第２の信号とに基づいて、前記第２の画素領域が受光する光の前記第１の波長帯域の第１の成分と、前記第２の波長帯域の第２の成分とを推測する工程と、
前記第１の成分と前記第２の成分とに基づいて、予め決められた撮影距離に対する前記フォーカスレンズの合焦位置を演算する工程と
を有することを特徴とする演算方法。
【請求項２５】
フォーカスレンズを含む結像光学系を介して入射する、第１の波長帯域の光と第２の波長帯域の光に感度を有する撮像素子と、前記結像光学系と前記撮像素子との間に設けられ、前記第１の波長帯域の光を選択的に透過する第１のフィルタ領域を有する光学フィルタと、前記光学フィルタを、前記結像光学系の光軸に垂直な平面上で移動する駆動手段と、を有する撮像装置の制御方法であって、
前記駆動手段が、第１のモードにおいて、前記第１のフィルタ領域が前記撮像素子の画素領域全体を覆う位置に駆動し、第２のモードにおいて前記第１のフィルタ領域が前記画素領域の一部を覆う位置に駆動する工程と、
演算手段が、前記第２のモードにおいて、前記画素領域の内、前記第１のフィルタ領域を透過した光を受光する第１の画素領域から得られた第１の信号と、前記第１の画素領域を除く第２の画素領域から得られた第２の信号とに基づいて、前記第２の画素領域が受光する光の前記第１の波長帯域の第１の成分と、前記第２の波長帯域の第２の成分とを推測し、該推測した第１の成分と第２の成分とに基づいて、予め決められた撮影距離に対する前記フォーカスレンズの合焦位置を演算する工程と
を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
【請求項２６】
フォーカスレンズを含む結像光学系を介して入射する、第１の波長帯域の光と第２の波長帯域の光に感度を有する撮像素子と、前記結像光学系と前記撮像素子との間に設けられ、前記第１の波長帯域の光を選択的に透過する第１のフィルタ領域と、前記第２の波長帯域の光を選択的に透過する第２のフィルタ領域と、前記第１の波長帯域の光および前記第２の波長帯域の光を透過する第３のフィルタ領域とを有する光学フィルタと、前記光学フィルタを、前記結像光学系の光軸に垂直な平面上で移動する駆動手段と、を有する撮像装置の制御方法であって、
前記駆動手段が、第１のモードにおいて、前記第１のフィルタ領域が前記撮像素子の画素領域全体を覆う位置に駆動し、第２のモードにおいて、前記第１および第２のフィルタ領域が前記画素領域の一部を覆う位置に駆動する工程と、
演算手段が、前記第２のモードにおいて、前記画素領域の内、前記第１のフィルタ領域を透過した光を受光する第１の画素領域から得られた第１の信号と、前記第２のフィルタ領域を透過した光を受光する第２の画素領域から得られた第２の信号とに基づいて、前記第３のフィルタ領域を透過した光を受光する第３の画素領域が受光する光の前記第１の波長帯域の第１の成分と、前記第２の波長帯域の第２の成分とを推測し、該推測した第１の成分および第２の成分とに基づいて、予め決められた撮影距離に対する前記フォーカスレンズの合焦位置を演算する工程と
を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
【請求項２７】
コンピュータに、請求項２４に記載の方法の各工程を実行させるためのプログラム。
【請求項２８】
コンピュータに、請求項２５または２６に記載の撮像装置の制御方法の各工程を実行させるためのプログラム。
【請求項２９】
請求項２７または２８に記載のプログラムを記憶したコンピュータが読み取り可能な記憶媒体。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
撮像素子１０２は結像光学系１０１の光軸上に配置され、結像光学系１０１は撮像素子１０２上に被写体像を結像する。そして、撮像素子１０２は、可視光の少なくとも一部、及び、赤外光の少なくとも一部の波長帯域に吸収を有するＳｉ、ＩｎＧａＡｓ、金属酸化物などの無機半導体や、有機半導体などで形成されている。なお、可視光とは波長３８０ｎｍから７５０ｎｍまでの波長の光、赤外光とは７５０ｎｍから２５００ｎｍまでの波長の光のことを意味する。そして、吸収を有するとは、所望の波長帯域において、消衰係数が１×１０−３以上であることを意味する。Ｓｉを使用した場合、Ｓｉの吸収端は１１００ｎｍであるため、可視光の波長帯域全体の光、及び、波長７５０ｎｍ以上かつ１１００ｎｍ以下の赤外光に吸収を有する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
＜変形例２＞
第１の画素領域１０９と第２の画素領域１１０の撮影条件は同じであっても良いし、異なっていても良い。式（２）における第１の信号レベルＳ１と第２の信号レベルＳ２の差分演算の演算負荷を軽減するためには、第１の画素領域１０９と第２の画素領域１１０の撮影条件は同じであるほうが好ましい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
前述したように、第１の画素領域１０９内の画素が受光する光の量は、第２の画素領域１１０内の画素が受光する光の量よりも少ない。従って、第１の画素領域１０９の露出レベルを、第２の画素領域１１０の露出レベルよりも高くした方が好ましい。具体的には、第１の画素領域１０９中の画素の蓄積時間やアナログゲインを、第２の画素領域１１０中の画素の蓄積時間やアナログゲインよりも高くした方が好ましい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。なお、第３の実施形態における撮像装置１００の構成は、第１の実施形態において図１Ａ及び図１Ｂを参照して説明したものと同様であるため、ここでは説明を省略する。図７Ａ及び図７Ｂは、第３の実施形態における光学フィルタ１０４の構成と、光学フィルタ１０４と撮像素子１０２との位置関係を説明する図である。図７Ａは、光学フィルタ１０４と撮像素子１０２を＋Ｙ軸方向から見た図、図７Ｂは、撮像素子１０２を−Ｚ軸方向から見た図である。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
なお、図９Ａ及び図９Ｂの配置とするためには、様々な第１のフィルタ領域４０７と第２のフィルタ領域４０８の配置方法、及び、光学フィルタ１０４の駆動方法が可能である。その中でも、第１のフィルタ領域４０７及び第２のフィルタ領域４０８を、光学フィルタ１０４が駆動される方向（図９Ａ及び図９Ｂに示す例ではＸ方向）に沿って配置し、フィルタ駆動機構４０１は、第１のフィルタ領域４０７及び第２のフィルタ領域４０８を配置した方向（図９Ａ及び図９Ｂに示す例ではＸ方向）に駆動するように構成することが好ましい。このような構成とすることで、光学フィルタを駆動する機構を簡便にしつつ、可視光のみを取得するデイモードと、環境光の波長中の可視光成分と赤外光成分を推定するナイトモードの切り替えを行うことができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
図１０は、第５の実施形態における光学フィルタ１０４の構成と、光学フィルタ１０４と撮像素子１０２の配置を説明する図であり、光学フィルタ１０４と撮像素子１０２を＋Ｙ軸方向から見た図である。第５の実施形態における光学フィルタ１０４は、赤外光を選択的に吸収し可視光を選択的に透過させる第１のフィルタ領域５１６と、可視光を選択的に吸収し赤外光を選択的に透過させる第２のフィルタ領域５１７、可視光及び赤外光を透過させる第３のフィルタ領域５１８を有している。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７１】
●ナイトモード（第２のモード）
撮像装置４００をナイトモードで使用する場合、図１０Ｃに示すように、撮像素子１０２の画素領域１１３を覆うように、第１のフィルタ領域５１６、第２のフィルタ領域５１７、第３のフィルタ領域５１８を配置する。そして、第３の実施形態と同様にして第１のフィルタ領域５１６で覆われた第１の画素領域５１９、第２のフィルタ領域５１７で覆われた第２の画素領域５２０の各々からの画素信号を用いて、環境光の波長中の可視光成分（第１の成分）と赤外光成分（第２の成分）を推定する。そして、第３の実施形態で説明したようにしてフォーカスレンズ１０６に位置を制御する。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８２】
同様に、第５の実施形態においては、環境光の波長を推定するフレームでは、撮像素子１０２の画素領域１１３を覆うように、第１のフィルタ領域５１６、第２のフィルタ領域５１７、第３のフィルタ領域５１８が配置されるようにする。一方で、ナイトモードにおいて撮影画像を取得するフレームでは、撮像素子１０２の有効画素領域の全てが、光学フィルタの第１のフィルタ領域５１６及び第２のフィルタ領域５１７で覆われていないように配置する。このような構成とすることで、ナイトモードにおいて環境光の波長を推定しつつ、撮影画像のＳＮ比を向上することができるため、好ましい。