(57)【要約】【課題】アレイレンズの１マイクロレンズ当たりに割り付ける受光セルの割付数を大幅に低減し、同時に撮像される特性の異なる画像の画素数を増加させることができる撮像装置を提供する。【解決手段】光軸を共通にする中央光学系（広角レンズ）と、環状光学系（望遠レンズ）とからなる撮影光学系と、イメージセンサ１８と、イメージセンサ１８の入射面側に配設され、マイクロレンズ（瞳結像レンズ）１６ａから構成されたアレイレンズ１６とを備えた撮像装置である。アレイレンズ１６は、各マイクロレンズ１６ａによりイメージセンサ１８上にそれぞれ結像させる中央瞳像１７ａ，環状瞳像１７ｂのうち、互いに隣り合う環状光学系に対応する環状瞳像１７ｂの一部同士をイメージセンサ１７上で重複させる。【選択図】  図４
2015046691.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光学系と、前記第１の光学系の周辺部に設けられ、該第１の光学系とは特性が異なる第２の光学系とからなる撮影光学系と、
２次元状に配列された複数の受光素子から構成されたイメージセンサと、
２次元状に配列されたマイクロレンズから構成されたアレイレンズであって、前記イメージセンサの入射面側に配設され、各マイクロレンズにより前記撮影光学系の瞳像を前記イメージセンサ上に結像させるアレイレンズと、を備え、
前記アレイレンズは、各マイクロレンズにより前記イメージセンサ上にそれぞれ結像させる瞳像のうち、互いに隣り合う前記第２の光学系に対応する第２の瞳像の一部同士を前記イメージセンサ上で重複させる撮像装置。
【請求項２】
前記イメージセンサから前記第１の光学系に対応する第１の瞳像と前記第２の光学系に対応する第２の瞳像とを読み出し、前記第１の瞳像からなる第１の画像と前記第２の瞳像からなる第２の画像とを生成する画像生成部を備える請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記撮影光学系の第１の光学系は円形の中央光学系であり、前記第２の光学系は前記中央光学系に対して同心円状に配設された環状光学系であり、
前記アレイレンズは、各マイクロレンズにより前記イメージセンサ上にそれぞれ結像させる瞳像のうち、互いに隣り合う前記環状光学系に対応する環状瞳像の一部同士を前記イメージセンサ上で重複させる請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記アレイレンズの各マイクロレンズにより前記イメージセンサ上にそれぞれ結像される瞳像は３×３画素の画像サイズを有し、
前記中央光学系に対応する中央瞳像は、前記３×３画素の中央画素に対応する受光素子に入射し、
前記環状光学系に対応する環状瞳像は、前記３×３画素の中央画素の周囲の８画素に対応する受光素子に入射し、
前記イメージセンサの画素数をＭ、前記中央瞳像からなる第１の画像及び前記環状瞳像からなる第２の画像の画素数をそれぞれＮとすると、前記画素数Ｍと画素数Ｎの比は、Ｍ：Ｎ＝４：１である請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記撮影光学系の第１の光学系は円形の中央光学系であり、前記第２の光学系は前記中央光学系に対して同心円状に配設された環状光学系であり、
前記アレイレンズは、各マイクロレンズにより前記イメージセンサ上にそれぞれ結像させる瞳像のうち、互いに隣り合う前記環状光学系に対応する環状瞳像の一部同士を前記イメージセンサ上で重複させるとともに、互いに隣り合う前記中央光学系に対応する中央瞳像と前記環状光学系に対応する環状瞳像の一部とを重複させ、
前記環状光学系は、前記中央光学系に対応する中央瞳像と重複する環状瞳像の一部に対応する部分が遮光され、又は前記中央光学系に対応する中央瞳像と重複する環状瞳像の一部に対応する部分が欠落して形成されている請求項２に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記アレイレンズの各マイクロレンズにより前記イメージセンサ上にそれぞれ結像される瞳像は、３×３画素の画像サイズを有し、前記中央光学系に対応する中央瞳像は、前記３×３画素の中央画素に対応する受光素子に入射し、前記環状光学系に対応する環状瞳像は、前記３×３画素の中央画素の周囲の８画素に対応する受光素子に入射し、
前記イメージセンサの画素数をＭ、前記中央瞳像からなる第１の画像及び前記環状瞳像からなる第２の画像の画素数をそれぞれＮとすると、前記画素数Ｍと画素数Ｎの比は、Ｍ：Ｎ＝２：１である請求項５に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記撮影光学系は、前記第１の光学系及び第２の光学系のうちの一方が広角光学系であり、他方が望遠光学系である請求項１から６のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記撮影光学系の第１の光学系は円形の中央光学系であり、前記第２の光学系は前記中央光学系に対して同心円状に配設された環状光学系であり、
前記中央光学系は前記環状光学系より広角である請求項１から６のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記撮影光学系の第１の光学系は円形の中央光学系であり、前記第２の光学系は前記中央光学系に対して同心円状に配設された環状光学系であって、特性が異なる第３の光学系と第４の光学系とが交互に配置されてなる環状光学系であり、
前記アレイレンズは、各マイクロレンズにより前記イメージセンサ上にそれぞれ結像させる瞳像のうち、互いに隣り合う前記環状光学系の第３の光学系に対応する第１の環状瞳像同士を前記イメージセンサ上で重複させるとともに、互いに隣り合う前記環状光学系の第４の光学系に対応する第２の環状瞳像同士を前記イメージセンサ上で重複させる請求項２に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記イメージセンサは、前記複数の受光素子が六方格子状に配列され、
前記アレイレンズの各マイクロレンズにより前記イメージセンサ上にそれぞれ結像される瞳像は、中央画素と該中央画素の周囲の６画素の７画素の画像サイズを有し、前記中央光学系に対応する中央瞳像は、前記７画素の中央画素に対応する受光素子に入射し、前記環状光学系の第３の光学系に対応する第１の環状瞳像は、前記中央画素の周囲の６画素のうちの前記中央画素から１２０度３方向の３画素に対応する受光素子に入射し、前記環状光学系の第４の光学系に対応する第２の環状瞳像は、前記中央画素の周囲の６画素のうちの前記中央画素から１２０度３方向の他の３画素に対応する受光素子に入射し、
前記イメージセンサの画素数をＭ、前記中央瞳像からなる第１の画像、前記第１の環状瞳像からなる第２の画像、及び前記第２の環状瞳像からなる第３の画像の画素数をそれぞれＮとすると、前記画素数Ｍと画素数Ｎの比は、Ｍ：Ｎ＝３：１である請求項９に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記撮影光学系の中央光学系は広角光学系であり、前記環状光学系の第３の光学系及び第４の光学系はそれぞれ焦点距離の異なる望遠光学系である請求項９又は１０に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記撮影光学系の中央光学系は広角光学系であり、前記環状光学系の第３の光学系及び第４の光学系はそれぞれ撮影距離の異なる望遠光学系である請求項９又は１０に記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記環状光学系は、光束を２回以上反射させる反射光学系を有する請求項１２に記載の撮像装置。
【請求項１４】
前記イメージセンサは、光束を最初に反射させる反射光学系よりも対物側に位置する請求項１３に記載の撮像装置。
【請求項１５】
前記中央光学系と前記環状光学系とは、一部の光学系を共通に使用する請求項１２から１４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は撮像装置に関し、特に特性の異なる複数の画像を同時に撮像することができる撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、図１５に示すように同一の光軸上に配置された中央部の中央光学系（広角レンズ）１ａと、その周辺部の環状光学系（望遠レンズ）１ｂであって、中央光学系１ａとは特性の異なる環状光学系１ｂとからなる撮影光学系１と、イメージセンサ３と、イメージセンサ３の入射面側に配設された複数のマイクロレンズ（瞳結像レンズ）から構成されたアレイレンズ２であって、各マイクロレンズにより撮影光学系の瞳像をイメージセンサ３上に結像させるアレイレンズ２と、を備えた撮像装置が提案されている（特許文献１）。
【０００３】
上記撮影光学系１及びアレイレンズ２からなる撮影光学系１において、撮影光学系１の像面はアレイレンズ２上にあり、アレイレンズ２が撮影光学系１の瞳像をイメージセンサ３上に結像させる。
【０００４】
図１６は、イメージセンサ３上の１つの受光セル３ａと、アレイレンズ２の１つのマイクロレンズがイメージセンサ３上に結像させる撮影光学系１の瞳像とを示している。この瞳像は、中央光学系１ａに対応する中央瞳像（広角レンズ成分）と、環状光学系１ｂに対応する環状瞳像（望遠レンズ成分）とを有している。
【０００５】
図１７（ａ）は、１つのマイクロレンズ当たりに、イメージセンサ３の５×５の受光セル３ａを割り付けた一例を示す。
【０００６】
図１７（ａ）に示すように、５×５の２５個の受光セル群毎に、その中央部の受光セルに中央瞳像（広角レンズ成分）が受光し、その周辺部の受光セルに環状瞳像（望遠レンズ成分）が受光する。
【０００７】
２５個の受光セル群毎に、広角レンズ成分を受光する受光セルから広角画像の１画素分の画像信号が生成され、同様に望遠レンズ成分を受光する受光セルから望遠画像の１画素分の画像信号が生成され、これにより図１７（ｂ）及び（ｃ）に示すように広角レンズに対応する広角画像と、望遠レンズに対応する望遠画像とが得られる。
【０００８】
図１７に示す例では、イメージセンサ３の受光セル数と、イメージセンサ３から得られる広角画像及び望遠画像の画素数との関係は、受光セル数：画素数（×画像数）＝２５：１（×２）となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１２−２５３６７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図１７に示すように１つのマイクロレンズ当たりにイメージセンサ３の５×５の受光セル３ａを割り付けると、イメージセンサ３の画素数に比べてイメージセンサ３から得られる特性の異なる画像（上記の例では、広角画像と望遠画像）の画素数が大幅に低下するという問題がある。
【００１１】
イメージセンサ３から得られる特性の異なる画像の画素数の低下を抑える最もシンプルな方法は、１つのマイクロレンズ当たりに割り付ける受光セルの数（割付数）を減らすことである。割付数を減らした分だけ、取り出すことができる特性の異なる画像の画素数を増やすことができる。
【００１２】
しかしながら、中央部の中央光学系１ａと環状光学系１ｂとからなる撮影光学系１の場合（同心円状に分割した撮影光学系の場合）、例えば撮影光学系を上下に２分割し、それぞれ異なる特性の光学系にする上下分割の撮影光学系に比べてレンズ性能が優れているものの、取り出すことができる画像の画素数を十分に増やすことができないという問題がある。
【００１３】
図１８（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ１つのマイクロレンズ当たりにイメージセンサ３の５×５の受光セル３ａを割り付けた例と、３×３の受光セル３ａを割り付けた例とを示している。
【００１４】
即ち、撮影光学系を同心円分割にした場合、アレイレンズの１マイクロレンズ当たりに割り付けることができる受光セルの割付数は、３×３が限界となっており、この場合のイメージセンサ３の受光セル数と、イメージセンサ３から得られる広角画像又は望遠画像の画素数との関係は、受光セル数：画素数＝９：１となる。
【００１５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、アレイレンズの１マイクロレンズ当たりに割り付ける受光セルの割付数を大幅に低減し、同時に撮像される特性の異なる画像の画素数を増加させることができる撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上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の光学系と、第１の光学系の周辺部に設けられ、第１の光学系とは特性が異なる第２の光学系とからなる撮影光学系と、２次元状に配列された複数の受光素子から構成されたイメージセンサと、２次元状に配列されたマイクロレンズから構成されたアレイレンズであって、イメージセンサの入射面側に配設され、各マイクロレンズにより撮影光学系の瞳像をイメージセンサ上に結像させるアレイレンズと、を備え、アレイレンズは、各マイクロレンズによりイメージセンサ上にそれぞれ結像させる瞳像のうち、互いに隣り合う第２の光学系に対応する第２の瞳像の一部同士をイメージセンサ上で重複させる。
【００１７】
アレイレンズの１マイクロレンズ当たりに割り付けるイメージセンサの受光セルの割付数を、３×３よりも少ない割り付けにすると、隣接するマイクロレンズの瞳像同士が重なり始める（クロストークが発生する）。一般にクロストークが発生している画素からは、光線空間（ライトフィールド）を取り出すことができず、瞳像から１画素ずつ取り出し、画像を再構成する場合には、正しい画像が生成できなくなる。
【００１８】
しかしながら、本発明の場合、第１の光学系に対応する画像と、第２の光学系に対応する画像とを取得することができればよいため、少なくとも第１の光学系に対応する瞳像と、第２の光学系に対応する瞳像とが重ならなければよい。即ち、互いに隣り合う第２の光学系に対応する第２の瞳像の一部同士がイメージセンサ上で重複しても、第２の光学系が作る瞳像の近傍の像が重なるだけであり、多少の特性変化はあるが、画像として破綻することはない。
【００１９】
このように、アレイレンズは、互いに隣り合う第２の光学系に対応する第２の瞳像の一部同士がイメージセンサ上で重複させるため、アレイレンズの１マイクロレンズ当たりに実質的に割り付けられるイメージセンサの受光セルの割付数を３×３よりも少なくすることができ、その結果、同時に撮像される特性の異なる画像の画素数を増加させることができる。
【００２０】
本発明の他の態様に係る撮像装置において、イメージセンサから第１の光学系に対応する第１の瞳像と第２の光学系に対応する第２の瞳像とを読み出し、第１の瞳像からなる第１の画像と第２の瞳像からなる第２の画像とを生成する画像生成部を備えることが好ましい。１つの第１の瞳像及び第２の瞳像からは、それぞれ第１の画像及び第２の画像を構成する画素群のうちの１画素がそれぞれ作成される。また、第２の瞳像は、少なくともイメージセンサ上で２画素以上の画素に対応するが、これらの画素が適宜加算されて１画素とされる。
【００２１】
本発明の更に他の態様に係る撮像装置において、撮影光学系の第１の光学系は円形の中央光学系であり、第２の光学系は中央光学系に対して同心円状に配設された環状光学系であり、アレイレンズは、各マイクロレンズによりイメージセンサ上にそれぞれ結像させる瞳像のうち、互いに隣り合う環状光学系に対応する環状瞳像の一部同士をイメージセンサ上で重複させることが好ましい。
【００２２】
第１の光学系は円形の中央光学系であり、第２の光学系は中央光学系に対して同心円状に配設された環状光学系であるため、第１の光学系及び第２の光学系は、それぞれ撮影光学系の光軸に対して点対称の形状となる。これにより、分割された撮影光学系ではあるが、良好な光学性能が得られる。
【００２３】
本発明の更に他の態様に係る撮像装置において、アレイレンズの各マイクロレンズによりイメージセンサ上にそれぞれ結像される瞳像は３×３画素の画像サイズを有し、中央光学系に対応する中央瞳像は、３×３画素の中央画素に対応する受光素子に入射し、環状光学系に対応する環状瞳像は、３×３画素の中央画素の周囲の８画素に対応する受光素子に入射し、イメージセンサの画素数をＭ、中央瞳像からなる第１の画像及び環状瞳像からなる第２の画像の画素数をそれぞれＮとすると、画素数Ｍと画素数Ｎの比は、Ｍ：Ｎ＝４：１である。即ち、アレイレンズの１マイクロレンズ当たりの実質的なイメージセンサ上の画素数の割当数を４画素にすることができ、撮影光学系を同心円分割とし、隣接する瞳像同士を重複させない場合に考えられる最小の割当数である９画素に比べて大幅に割当数を少なくすることができる。
【００２４】
本発明の更に他の態様に係る撮像装置において、撮影光学系の第１の光学系は円形の中央光学系であり、第２の光学系は中央光学系に対して同心円状に配設された環状光学系であり、アレイレンズは、各マイクロレンズによりイメージセンサ上にそれぞれ結像させる瞳像のうち、互いに隣り合う環状光学系に対応する環状瞳像の一部同士をイメージセンサ上で重複させるとともに、互いに隣り合う中央光学系に対応する中央瞳像と環状光学系に対応する環状瞳像の一部とを重複させ、環状光学系は、中央光学系に対応する中央瞳像と重複する環状瞳像の一部に対応する部分が遮光され、又は中央光学系に対応する中央瞳像と重複する環状瞳像の一部に対応する部分が欠落して形成されていることが好ましい。
【００２５】
本発明の更に他の態様によれば、環状光学系は、一部が遮光され、又は一部が欠落して形成され、中央瞳像と環状瞳像とがイメージセンサ上で重複しないようにしている。これにより、アレイレンズの１マイクロレンズ当たりの実質的なイメージセンサ上の画素数の割当数を更に減少させることが可能になる。
【００２６】
本発明の更に他の態様に係る撮像装置において、アレイレンズの各マイクロレンズによりイメージセンサ上にそれぞれ結像される瞳像は、３×３画素の画像サイズを有し、中央光学系に対応する中央瞳像は、３×３画素の中央画素に対応する受光素子に入射し、環状光学系に対応する環状瞳像は、３×３画素の中央画素の周囲の８画素に対応する受光素子に入射し、イメージセンサの画素数をＭ、中央瞳像からなる第１の画像及び環状瞳像からなる第２の画像の画素数をそれぞれＮとすると、画素数Ｍと画素数Ｎの比は、Ｍ：Ｎ＝２：１である。即ち、アレイレンズの１マイクロレンズ当たりの実質的なイメージセンサ上の画素数の割当数を２画素にすることができる。
【００２７】
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、第１の光学系及び第２の光学系のうちの一方が広角光学系であり、他方が望遠光学系であることが好ましい。これにより、１回の撮像により広角画像と望遠画像とを同時に取得することができる。
【００２８】
本発明の更に他の態様に係る撮像装置において、撮影光学系の第１の光学系は円形の中央光学系であり、第２の光学系は中央光学系に対して同心円状に配設された環状光学系であり、中央光学系は環状光学系より広角であることが好ましい。
【００２９】
本発明の更に他の態様に係る撮像装置において、撮影光学系の第１の光学系は円形の中央光学系であり、第２の光学系は中央光学系に対して同心円状に配設された環状光学系であって、特性が異なる第３の光学系と第４の光学系とが交互に配置されてなる環状光学系であり、アレイレンズは、各マイクロレンズによりイメージセンサ上にそれぞれ結像させる瞳像のうち、互いに隣り合う環状光学系の第３の光学系に対応する第１の環状瞳像同士をイメージセンサ上で重複させるとともに、互いに隣り合う環状光学系の第４の光学系に対応する第２の環状瞳像同士をイメージセンサ上で重複させることが好ましい。
【００３０】
本発明の更に他の態様によれば、特性の異なる３種類の光学系（第１、第３、第４の光学系）により撮影光学系を構成することができ、１回の撮像により３種類の特性の異なる画像を同時に取得することができ、かつアレイレンズの１マイクロレンズ当たりの実質的なイメージセンサ上の画素数の割当数も低減することができる。
【００３１】
本発明の更に他の態様に係る撮像装置において、イメージセンサは、複数の受光素子が六方格子状に配列され、アレイレンズの各マイクロレンズによりイメージセンサ上にそれぞれ結像される瞳像は、中央画素と中央画素の周囲の６画素の７画素の画像サイズを有し、中央光学系に対応する中央瞳像は、７画素の中央画素に対応する受光素子に入射し、環状光学系の第３の光学系に対応する第１の環状瞳像は、中央画素の周囲の６画素のうちの中央画素から１２０度３方向の３画素に対応する受光素子に入射し、環状光学系の第４の光学系に対応する第２の環状瞳像は、中央画素の周囲の６画素のうちの中央画素から１２０度３方向の他の３画素に対応する受光素子に入射し、イメージセンサの画素数をＭ、中央瞳像からなる第１の画像、第１の環状瞳像からなる第２の画像、及び第２の環状瞳像からなる第３の画像の画素数をそれぞれＮとすると、画素数Ｍと画素数Ｎの比は、Ｍ：Ｎ＝３：１である。即ち、アレイレンズの１マイクロレンズ当たりの実質的なイメージセンサ上の画素数の割当数を３画素にすることができる。
【００３２】
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、中央光学系が広角光学系であり、環状光学系の第３の光学系及び第４の光学系がそれぞれ焦点距離が異なる望遠光学系であることが好ましい。これにより、１回の撮像により広角画像と、それぞれ撮影倍率の異なる２枚の望遠画像とを同時に取得することができる。
【００３３】
本発明の更に他の態様に係る撮像装置において、撮影光学系の中央光学系は広角光学系であり、環状光学系の第３の光学系及び第４の光学系はそれぞれ撮影距離の異なる望遠光学系であることが好ましい。これにより、１回の撮像により広角画像と、撮影距離の異なる被写体に対して合焦した２枚の望遠画像とを同時に取得することができる。
【００３４】
本発明の更に他の態様に係る撮像装置において、環状光学系は、光束を２回以上反射させる反射光学系を有することが好ましい。これにより、環状光学系の光軸方向の寸法を短くすることができ、装置をコンパクトにすることができる。
【００３５】
本発明の更に他の態様に係る撮像装置において、イメージセンサは、光束を最初に反射させる反射光学系よりも対物側に位置することが好ましい。これにより、撮影光学系の内側にイメージセンサを配置することができ、装置の光軸方向の寸法を短くすることができる。
【００３６】
本発明の更に他の態様に係る撮像装置において、中央光学系と環状光学系とは、一部の光学系を共通に使用することが好ましい。これにより、装置をコンパクトにし、かつコストダウンを図ることができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、第１の光学系とその周辺部の第２の光学系とからなる撮影光学系において、アレイレンズは、互いに隣り合う第２の光学系に対応する第２の瞳像の一部同士がイメージセンサ上で重複させるため、アレイレンズの１マイクロレンズ当たりに実質的に割り付けられるイメージセンサの受光セルの割付数を少なくすることができ、その結果、同時に撮像可能な特性の異なる画像の画素数を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る撮像装置の外観斜視図
【図２】図１に示した撮像装置の内部構成の実施形態を示すブロック図
【図３】図１に示した撮像装置に適用された撮影光学系の第１の実施形態を示す断面図
【図４】本発明に係る撮像装置の第１の実施形態を説明するために用いたアレイレンズ及びイメージセンサの要部拡大図
【図５】隣接する瞳像（環状瞳像）がイメージセンサ上で重ならない場合と重なる場合とを示す図
【図６】イメージセンサの各受光セル上の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルタの配列を示す図
【図７】本発明に係る撮像装置の第２の実施形態を説明するために用いた図
【図８】第２の実施形態の撮影光学系（環状光学系）の変形例を示す図
【図９】図８（ｃ）に示す環状光学系を有する撮影光学系に適用可能な他のアレイレンズを説明するために用いた図
【図１０】本発明に係る撮像装置の第２の実施形態を説明するために用いた図
【図１１】図１に示した撮像装置に適用可能な撮影光学系の第２の実施形態を示す断面図
【図１２】図１に示した撮像装置に適用可能な撮影光学系の第３の実施形態を示す断面図
【図１３】撮像装置の他の実施形態であるスマートフォンの外観図
【図１４】スマートフォンの要部構成を示すブロック図
【図１５】中央光学系及び環状光学系を有する撮影光学系、アレイレンズ及びイメージセンサを備えた従来の撮像装置を示す図
【図１６】１つの受光セルと瞳像との関係を示す図
【図１７】従来のイメージセンサ上に結像される各瞳像の一例を示す図
【図１８】従来のイメージセンサ上に結像される各瞳像の他の例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００３９】
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。
【００４０】
＜撮像装置の外観＞
図１は本発明に係る撮像装置の外観斜視図である。図１に示すように、撮像装置１０の前面には、撮影光学系１２、フラッシュ発光部１９等が配置され、上面にはシャッタボタン３８−１が設けられている。Ｌ１は撮影光学系１２の光軸を表す。
【００４１】
図２は撮像装置１０の内部構成の実施形態を示すブロック図である。
【００４２】
この撮像装置１０は、撮像した画像をメモリカード５４に記録するもので、主として撮影光学系１２、アレイレンズ１６、及びイメージセンサ１８に特徴がある。
【００４３】
［撮影光学系］
図３は、撮像装置１０に適用された撮影光学系の第１の実施形態を示す断面図である。
【００４４】
図３に示すように撮影光学系１２は、それぞれ同一の光軸上に配置された中央部の中央光学系（第１の光学系）１３とその周辺部の環状光学系（第２の光学系）１４とから構成されている。
【００４５】
中央光学系１３は、第１レンズ１３ａ、第２レンズ１３ｂ、第３レンズ１３ｃ、第４レンズ１３ｄ、及び共通レンズ１５から構成された広角光学系（広角レンズ）であり、アレイレンズ１６上に広角画像を結像させる。
【００４６】
環状光学系１４は、第１レンズ１４ａ、第２レンズ１４ｂ、第１反射ミラー１４ｃ（反射光学系）、第２反射ミラー１４ｄ（反射光学系）、及び共通レンズ１５から構成された望遠光学系（望遠レンズ）であり、アレイレンズ１６上に望遠画像を結像させる。第１レンズ１４ａ、及び第２レンズ１４ｂを介して入射した光束は、第１反射ミラー１４ｃ及び第２反射ミラー１４ｄにより２回反射された後、共通レンズ１５を通過する。第１反射ミラー１４ｃ及び第２反射ミラー１４ｄにより光束が折り返されることにより、焦点距離の長い望遠光学系（望遠レンズ）の光軸方向の長さを短くしている。
【００４７】
［本発明に係る撮像装置の第１の実施形態］
次に、本発明に係る撮像装置の第１の実施形態について説明する。
【００４８】
図４は、図２及び図３に示したアレイレンズ１６及びイメージセンサ１８の要部拡大図である。
【００４９】
アレイレンズ１６は、複数のマイクロレンズ（瞳結像レンズ）１６ａが２次元状に配列されて構成されており、各マイクロレンズの水平方向及び垂直方向の間隔は、イメージセンサ１８の受光セル１８ａの２つ分の間隔に対応している。即ち、アレイレンズ１６の各マイクロレンズは、水平方向及び垂直方向の各方向に対して、１つ置きの受光セルの位置に対応して形成されたものが使用される。
【００５０】
また、アレイレンズ１６の各マイクロレンズ１６ａは、撮影光学系１２の中央光学系１３及び環状光学系１４に対応する、円形の中央瞳像（第１の瞳像）１７ａ及び環状瞳像（第２の瞳像）１７ｂをイメージセンサ１８上に結像させる。
【００５１】
ここで、互いに隣り合う環状瞳像１７ｂは、その一部同士がイメージセンサ１８上で重なっている。即ち、アレイレンズ１６は、イメージセンサ１８の入射面側の適宜の位置に配置されており、各マイクロレンズ１６ａによりイメージセンサ１８上にそれぞれ結像させる中央瞳像１７ａ及び環状瞳像１７ｂのうち、互いに隣り合う環状瞳像１７ｂの一部同士がイメージセンサ１８上で重複するように構成されている。
【００５２】
図４に示す第１の実施形態のアレイレンズ１６及びイメージセンサ１８によれば、中央瞳像１７ａは、イメージセンサ１８上の１つの受光セル１８ａ（３×３画素の中央画素）のみに結像し、環状瞳像１７ｂは、中央瞳像１７ａが結像する受光セル１８ａの周囲の８つの受光セル１８ａに結像する。そして、８つの受光セル１８ａに結像する中央瞳像１７ａは、水平方向及び垂直方向（上下左右方向）に隣接する中央瞳像１７ａと１つの受光セル分の範囲で重複している。
【００５３】
本発明に係る撮像装置１０は、後述するように中央光学系１３に対応する広角画像と、環状光学系１４に対応する望遠画像とを撮像することができればよいため、中央瞳像１７ａと環状瞳像１７ｂとが重ならなければよい。即ち、互いに隣り合う環状瞳像１７ｂの一部同士がイメージセンサ１８上で重複しても画像として破綻することはない。
【００５４】
図５（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ隣接する瞳像（環状瞳像）がイメージセンサ上で重ならない場合と、上記の第１の実施形態のように重なる場合とを示す図である。
【００５５】
撮影光学系を中央光学系と環状光学系とに同心円状に分割にした場合、図５（ａ）に示すように環状瞳像がイメージセンサ上で重ならない範囲で、アレイレンズの１マイクロレンズ当たりに割り付けることができる受光セルの割付数は、３×３が限界となっているが、本発明の第１の実施形態によれば、図５（ｂ）に示すようにイメージセンサ１８の受光セル数（画素数）をＭとし、イメージセンサから得られる広角画像及び望遠画像の画素数をそれぞれＮとすると、画素数Ｍと画素数Ｎの比は、Ｍ：Ｎ＝４：１となる。
【００５６】
図２に戻って、撮像装置１０は、図３で説明した中央光学系１３及び環状光学系１４を有する撮影光学系１２と、図４で説明した第１の実施形態のアレイレンズ１６及びイメージセンサ１８を備えている。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る。
【００５７】
撮像装置１０には、シャッタボタン３８−１、モードダイヤル（モード切替装置）、再生ボタン、ＭＥＮＵ／ＯＫキー、十字キー、ＢＡＣＫキー等の操作部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１０の各回路を制御し、例えば、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）３０の表示制御などを行う。
【００５８】
シャッタボタン３８−１（図１）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二段ストローク式のスイッチで構成されている。
【００５９】
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を切り替える選択手段である。また、モードダイヤルは、撮影モード時に、中央光学系１３を介して結像される広角画像（第１の画像）を取得する第１の撮影モード、環状光学系１４を介して結像される望遠画像（第２の画像）を取得する第２の撮影モード、広角画像及び望遠画像を同時に取得するハイブリッド撮影モード等を切り替える選択手段として機能する。
【００６０】
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。
【００６１】
撮影モード時において、被写体光は、撮影光学系１２及びアレイレンズ１６を介してイメージセンサ１８の受光面に結像される。
【００６２】
イメージセンサ１８の各受光セル（受光素子）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。
【００６３】
イメージセンサ１８に蓄積された信号電圧（または電荷）は、受光セルそのもの若しくは付設されたキャパシタに蓄えられる。蓄えられた信号電圧（または電荷）は、センサ制御部３２により、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、画素位置の選択とともに読み出される。
【００６４】
これにより、イメージセンサ１８から中央光学系１３に対応する画素群からなる広角画像を示す画像信号と、環状光学系１４に対応する画素群からなる望遠画像を示す画像信号とを読み出すことができる。
【００６５】
イメージセンサ１８から読み出された画像信号（電圧信号）は、相関二重サンプリング処理（センサ出力信号に含まれるノイズ（特に熱雑音）等を軽減することを目的として、センサの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）により画素毎の画像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２０に加えられる。Ａ／Ｄ変換器２０は、順次入力する画像信号をデジタル信号に変換して画像入力コントローラ２２に出力する。尚、ＭＯＳ型センサでは、Ａ／Ｄ変換器が内蔵されているものがあり、この場合、イメージセンサ１８から直接デジタル信号が出力される。
【００６６】
イメージセンサ１８の画素位置を選択して画素信号を読み出すことにより、広角画像を示す画像信号と望遠画像を示す画像信号とを選択的に読み出すことができる。
【００６７】
即ち、イメージセンサ１８の中央瞳像１７ａが入射する受光セルの画素信号を選択的に読み出すことにより、広角画像を示す画像信号を取得することができ、一方、イメージセンサ１８の環状瞳像１７ｂが入射する、受光セルの画素信号を選択的に読み出し、かつ同じ環状瞳像１７ｂが入射する８つの受光セルの画素信号を加算して望遠画像の１画素の画素信号を生成し、これを環状瞳像１７ｂ毎に行うことで望遠画像の画像信号を取得することができる。
【００６８】
尚、イメージセンサ１８から全ての画素信号を読み出してメモリ(SDRAM)４８に一時的に記憶させ、デジタル信号処理部（画像生成部）２４がメモリ４８に記憶させた画素信号に基づいて上記と同様に広角画像と望遠画像の２つの画像信号を生成してもよい。
【００６９】
また、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、ガンマ補正処理等の所定の信号処理を行う。また、後述するように広角画像及び望遠画像の画像信号として、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラー画像信号を取得する場合には、デジタル信号処理部２４は、ＲＧＢの画像信号に対するデモザイク処理を行う。ここで、デモザイク処理とは、単板式のカラー撮像素子のカラーフィルタ配列に対応したＲＧＢのモザイク画像から画素毎に全ての色情報を算出する処理であり、同時化処理ともいう。例えば、ＲＧＢ３色のカラーフィルタからなる撮像素子の場合、ＲＧＢからなるモザイク画像から画素毎にＲＧＢ全ての色情報を算出する処理である。更に、デジタル信号処理部２４は、デモザイク処理されたＲＧＢの画像信号から輝度信号Ｙと色差信号Ｃｂ，Ｃｒを生成するＲＧＢ／ＹＣ変換等を行う。
【００７０】
デジタル信号処理部２４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、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。
【００７１】
操作部３８のシャッタボタン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２０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。
【００７２】
ＡＥ検出部４４では、画面全体の画像信号を積算し、又は画面中央部と周辺部とで異なる重みづけをした画像信号を積算し、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）を算出し、この撮影Ｅｖ値に基づいて絞り（図示せず）の絞り値及びイメージセンサ１８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し、その決定した絞り値に基づいて絞りを制御すると共に、決定したシャッタスピードに基づいてセンサ制御部３２を介してイメージセンサ１８での電荷蓄積時間を制御する。
【００７３】
ＡＥ動作が終了し、シャッタボタン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Ａ／Ｄ変換器２０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 RAM)４８に入力され、一時的に記憶される。メモリ４８に一時的に記憶された画像信号は、デジタル信号処理部２４により適宜読み出され、ここで所定の信号処理が行われて再びメモリ４８に記憶される。
【００７４】
メモリ４８に記憶された画像信号は、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。
【００７５】
そして、モードダイヤルにより第１の撮影モード又は第２の撮影モードが選択されると、広角画像又は望遠画像を選択的に取得することができ、モードダイヤルによりハイブリッド撮影モードが選択されると、広角画像と望遠画像とを同時に取得することができる。これにより、広角光学系と望遠光学系のメカ的な切り替えや、ズームレンズのズーム操作なしに、広角画像と望遠画像とを取得することができる。
【００７６】
上記の実施形態では、同じ環状瞳像１７ｂが入射する８つの受光セルの画素信号を加算して望遠画像の１画素の画素信号を生成するようにしたが、これに限らず、まず、図６に示すようにイメージセンサ１８の各受光セル上の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルタを配列する。そして、デジタル信号処理部２４は、同じ環状瞳像１７ｂが入射する８つの受光セルのうちの、４隅の４つのＧフィルタが配置された４つの受光セルの画素信号を加算して１つのＧ信号を生成し、左右２つのＲフィルタが配置された２つの受光セルの画素信号を加算して１つのＲ信号を生成し、上下２つのＢフィルタが配置された２つの受光セルの画素信号を加算して１つのＢ信号を生成する。
【００７７】
換言すると、Ｇフィルタが配置された１つの受光セルの画素信号は、望遠画像の４つのＧ画素（その受光セルを中心とする４画素）のＧ信号の生成に使用され、Ｒフィルタが配置された１つの受光セルの画素信号は、望遠画像の２つのＲ画素（その受光セルを挟んだ左右の２画素）のＲ信号の生成に使用され、Ｂフィルタが配置された１つの受光セルの画素信号は、望遠画像の２つのＢ画素（その受光セルを挟んだ上下の２画素）のＢ信号の生成に使用されることになる。
【００７８】
このようにして、同時化処理（デモザイク処理）されたＲ、Ｇ、Ｂ信号（望遠画像のカラー画像信号）を取得することができる。
【００７９】
一方、中央瞳像１７ａが入射する各受光セル上には、所定のフィルタ配列（ベイヤー配列、ＧストライプＲ／Ｇ完全市松、X-Trans（登録商標）配列等）のカラーフィルタを配置することにより、広角画像のカラー画像信号を取得することができる。この広角画像のＲＧＢの画像信号に対しては、デジタル信号処理部２４によりデモザイク処理を行う必要がある。
【００８０】
［本発明に係る撮像装置の第２の実施形態］
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。尚、第１の実施形態の撮像装置とは、主として撮影光学系及びアレイレンズが相違するため、以下、その相違点について説明する。
【００８１】
まず、撮影光学系として、図７（ａ）に示す中央瞳像１７ａ及び環状瞳像１７ｂが得られる前述した撮影光学系１２の代わりに、図７（ｂ）に示す中央瞳像１１７ａ及び環状瞳像１１７ｂが得られるものを使用する。図７（ｂ）に示す中央瞳像１１７ａ及び環状瞳像１１７ｂが得られる撮影光学系としては、図３に示した撮影光学系１２のうちの環状光学系１４の一部を遮光することにより構成することができる。
【００８２】
即ち、環状瞳像１１７ｂに対応する環状光学系は、上下左右の四方のみに部分的な開口部を形成し、他の部分を遮光することにより構成することができる。これにより、部分的に欠落した環状瞳像１１７ｂが得られるようにする。
【００８３】
尚、環状光学系に対して部分的な開口部及び遮光部を形成する代わりに、中央光学系の上下左右の周辺部（環状光学系の部分的な開口部に対応する位置）のみに、環状光学系と同じ特性の４つの光学系を配置してもよい。
【００８４】
一方、アレイレンズの各マイクロレンズは、図７（ｃ）に示すようにイメージセンサ１８の正方格子状に配列された各受光セル１８ａに対して、千鳥配置されたものとする。また、このアレイレンズの各マイクロレンズによりイメージセンサ上に結像される瞳像は、３×３の画像サイズとなるようにする。
【００８５】
この環状瞳像１１７ｂは、隣接する中央瞳像１１７ａと重なる部分が欠落しているため、中央瞳像１１７ａと環状瞳像１１７ｂとがイメージセンサ１８上で重なることがない。
【００８６】
その一方、アレイレンズの各マイクロレンズは、千鳥状に蜜に配置することができ、アレイレンズの１マイクロレンズ当たりに割り付けるイメージセンサの受光セルの割付数を、第１の実施形態よりも少なくすることができる。即ち、イメージセンサの画素数をＭとし、イメージセンサから得られる広角画像及び望遠画像の画素数をそれぞれＮとすると、画素数Ｍと画素数Ｎの比は、Ｍ：Ｎ＝２：１となる。
【００８７】
［本発明に係る撮像装置の第２の実施形態の変形例］
図８（ａ）から（ｃ）は、それぞれ第２の実施形態の撮影光学系（環状光学系）の変形例を示す図であり、特に環状光学系に対する開口部及び遮光部が相違する。
【００８８】
図８（ａ）に示す環状光学系は、第２の実施形態の環状光学系（上下左右の四方のみに部分的な開口部が形成された環状光学系）の代わりに、上と左右の三方に部分的な開口部が形成されて構成されている。
【００８９】
また、図８（ｂ）に示す環状光学系は、上と左の二方に部分的な開口部が形成され、図８（ｃ）に示す環状光学系は、上と下の二方に部分的な開口部が形成されている。
【００９０】
図８（ａ）から（ｃ）に示す環状光学系を有する撮影光学系の場合、アレイレンズの各マイクロレンズは、図７（ｃ）に示した第２の実施形態と同様に、イメージセンサの各受光セルに対して千鳥配置されたものを使用することができる。
【００９１】
また、図８（ｃ）に示す環状光学系を有する撮影光学系の場合には、図９に示すようにアレイレンズの水平方向のマイクロレンズは、イメージセンサ１８の受光セル１８ａ毎に対応して形成され、垂直方向のマイクロレンズは、１つ置きの受光セル１８ａに対応して形成されたものを使用することができる。
【００９２】
図８（ａ）から（ｃ）に示した第２の実施形態の変形例の場合も、イメージセンサの画素数をＭとし、イメージセンサから得られる広角画像及び望遠画像の画素数をそれぞれＮとすると、画素数Ｍと画素数Ｎの比は、Ｍ：Ｎ＝２：１となる。
【００９３】
［本発明に係る撮像装置の第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。尚、第１の実施形態の撮像装置とは、主として撮影光学系及びアレイレンズが相違するため、以下、その相違点について説明する。
【００９４】
まず、撮影光学系として、図１０（ａ）に示す中央瞳像１７ａ及び環状瞳像１７ｂが得られる撮影光学系１２の代わりに、図１０（ｂ）に示す中央瞳像２１７ａ及び環状瞳像２１７ｂ、２１７ｃが得られるものを使用する。
【００９５】
この場合、同心円状に分割された中央光学系及び環状光学系からなる撮影光学系のうちの環状光学系は、中央瞳像２１７ａに対応する中央光学系を中心に、６０度ずつ方向が異なる六方のみに部分的な開口部が形成され、かつ１２０度三方の環状瞳像２１７ｂ及び環状瞳像２１７ｃに対応する開口部に配置された２組の光学系（第３の光学系、第４の光学系）により構成されている。
【００９６】
第３の実施形態では、中央瞳像２１７ａに対応する中央光学系は広角光学系であり、環状瞳像２１７ｂ及び環状瞳像２１７ｃに対応する第３の光学系及び第４の光学系は、それぞれ焦点距離が異なる２種類の望遠光学系である。
【００９７】
また、イメージセンサ２１８は、図１０（ｃ）に示すように受光セル２１８ａが六方格子状に配列されている。
【００９８】
一方、アレイレンズの各マイクロレンズは、図１０（ｃ）に示すようにイメージセンサ２１８の六方格子状に配列された各受光セル２１８ａに対して、千鳥配置されたものであり、水平方向に１つ置きに配置され、垂直方向に２つ置きに配置されているものとする。
【００９９】
そして、アレイレンズの各マイクロレンズによりイメージセンサ２１８上にそれぞれ結像される中央瞳像２１７ａは、各マイクロレンズの中心位置に対応する１つの受光セルに入射し、環状瞳像２１７ｂ（第１の環状瞳像）及び環状瞳像２１７ｃ（第２の環状瞳像）は、それぞれ各マイクロレンズの中心位置に対応する１つの受光セルの周囲の６個の受光セル（１２０度三方に位置する３個×２の受光セル）に入射する。
【０１００】
図１０（ｃ）に示すように環状瞳像２１７ｂ及び環状瞳像２１７ｃは、それぞれ隣接する環状瞳像２１７ｂ及び環状瞳像２１７ｃとイメージセンサ２１８上で重なるが、環状瞳像２１７ｂと環状瞳像２１７ｃとが重なることはない。
【０１０１】
イメージセンサ２１８の画素数をＭとし、イメージセンサ２１８から得られる広角画像、焦点距離が異なる２つの望遠画像の画素数をそれぞれＮとすると、画素数Ｍと画素数Ｎの比は、Ｍ：Ｎ＝３：１となる。
【０１０２】
尚、第３の実施形態では、環状瞳像２１７ｂ及び環状瞳像２１７ｃに対応する第３の光学系及び第４の光学系は、それぞれ焦点距離が異なる２種類の望遠光学系であるが、これに限らず、例えば、撮影距離（ピント位置）が異なる２つの望遠光学系であってもよい。
【０１０３】
［撮影光学系の第２の実施形態］
図１１は、撮像装置１０に適用可能な撮影光学系の第２の実施形態を示す断面図である。
【０１０４】
この撮影光学系１１２は、それぞれ同一の光軸上に配置された中央部の中央光学系１１３とその周辺部の環状光学系１１４とから構成されている。
【０１０５】
中央光学系１１３は、第１レンズ１１３ａ、第２レンズ１１３ｂ、第３レンズ１１３ｃ、共通レンズ１１５ａ、及びカバーガラス１１５ｂから構成された広角光学系である。尚、カバーガラス１１５ｂは、アレイレンズ１６（図３参照）の前面に配設されたものである。
【０１０６】
環状光学系１１４は、第１レンズ１１４ａ、第１反射ミラー１１４ｂ，第２反射ミラー１１４ｃ、第２レンズ１１４ｄ、共通レンズ１１５ａ、及びカバーガラス１１５ｂから構成された望遠光学系である。第１レンズ１１４ａに入射した光束は、第１反射ミラー１１４ｂ及び第２反射ミラー１１４ｃにより２回反射された後、第２レンズ１１４ｄ、共通レンズ１１５ａ、及びカバーガラス１１５ｂを通過する。第１反射ミラー１１４ｂ及び第２反射ミラー１１４ｃにより光束が折り返されることにより、焦点距離の長い望遠光学系の光軸方向の長さを短くしている。
【０１０７】
この第２の実施形態の撮影光学系１１２によれば、撮影光学系１１２の内側（第１反射ミラー１１４ｂよりも対物側）にアレイレンズ１６及びイメージセンサ１８を配置することができ、装置の光軸方向の寸法を短くすることができる。
【０１０８】
［撮影光学系の第３の実施形態］
図１２は、撮像装置１０に適用可能な撮影光学系の第３の実施形態を示す断面図である。
【０１０９】
この撮影光学系２１２は、それぞれ同一の光軸上に配置された中央部の中央光学系２１３とその周辺部の環状光学系２１４とから構成されている。
【０１１０】
中央光学系２１３は、第１レンズ２１３ａ、第２レンズ２１３ｂ、及び共通レンズ２１５から構成された望遠光学系であり、画角αを有している。
【０１１１】
環状光学系２１４は、レンズ２１４ａ及び共通レンズ２１５から構成された広角光学系であり、画角β（β＞α）を有し、中央光学系２１３よりも広角である。
【０１１２】
この撮影光学系２１２は、図３に示した撮影光学系１２と比較すると、反射ミラーを使用しておらず、また、中央光学系２１３が望遠光学系であり、環状光学系２１４が広角光学系である点で相違する。
【０１１３】
撮像装置１０の他の実施形態としては、例えば、カメラ機能を有する携帯電話機やスマートフォン、PDA(Personal Digital Assistants)、携帯型ゲーム機が挙げられる。以下、スマートフォンを例に挙げ、図面を参照しつつ、詳細に説明する。
【０１１４】
＜スマートフォンの構成＞
図１３は、撮像装置１０の他の実施形態であるスマートフォン５００の外観を示すものである。図１３に示すスマートフォン５００は、平板状の筐体５０２を有し、筐体５０２の一方の面に表示部としての表示パネル５２１と、入力部としての操作パネル５２２とが一体となった表示入力部５２０を備えている。また、筐体５０２は、スピーカ５３１と、マイクロホン５３２、操作部５４０と、カメラ部５４１とを備えている。尚、筐体５０２の構成はこれに限定されず、例えば、表示部と入力部とが独立した構成を採用することや、折り畳み構造やスライド機構を有する構成を採用することもできる。
【０１１５】
図１４は、図１３に示すスマートフォン５００の構成を示すブロック図である。図１４に示すように、スマートフォンの主たる構成要素として、無線通信部５１０と、表示入力部５２０と、通話部５３０と、操作部５４０と、カメラ部５４１と、記憶部５５０と、外部入出力部５６０と、ＧＰＳ(Global Positioning System)受信部５７０と、モーションセンサ部５８０と、電源部５９０と、主制御部５０１とを備える。また、スマートフォン５００の主たる機能として、基地局装置ＢＳと移動通信網ＮＷとを介した移動無線通信を行う無線通信機能を備える。
【０１１６】
無線通信部５１０は、主制御部５０１の指示に従って、移動通信網ＮＷに収容された基地局装置ＢＳに対し無線通信を行うものである。この無線通信を使用して、音声データ、画像データ等の各種ファイルデータ、電子メールデータなどの送受信や、Ｗｅｂデータやストリーミングデータなどの受信を行う。
【０１１７】
表示入力部５２０は、主制御部５０１の制御により、画像（静止画及び動画）や文字情報などを表示して視覚的にユーザに情報を伝達すると共に、表示した情報に対するユーザ操作を検出する、いわゆるタッチパネルであって、表示パネル５２１と、操作パネル５２２とを備える。生成された３Ｄ画像を鑑賞する場合には、表示パネル５２１は、３Ｄ表示パネルであることが好ましい。
【０１１８】
表示パネル５２１は、LCD(Liquid Crystal Display)、OELD(Organic Electro-Luminescence Display)などを表示デバイスとして用いたものである。
【０１１９】
操作パネル５２２は、表示パネル５２１の表示面上に表示される画像を視認可能に載置され、ユーザの指や尖筆によって操作される一又は複数の座標を検出するデバイスである。このデバイスをユーザの指や尖筆によって操作すると、操作に起因して発生する検出信号を主制御部５０１に出力する。次いで、主制御部５０１は、受信した検出信号に基づいて、表示パネル５２１上の操作位置（座標）を検出する。
【０１２０】
図１３に示すように、スマートフォン５００の表示パネル５２１と操作パネル５２２とは一体となって表示入力部５２０を構成しているが、操作パネル５２２が表示パネル５２１を完全に覆うような配置となっている。この配置を採用した場合、操作パネル５２２は、表示パネル５２１外の領域についても、ユーザ操作を検出する機能を備えてもよい。換言すると、操作パネル５２２は、表示パネル５２１に重なる重畳部分についての検出領域（以下、表示領域と称する）と、それ以外の表示パネル５２１に重ならない外縁部分についての検出領域（以下、非表示領域と称する）とを備えていてもよい。
【０１２１】
尚、表示領域の大きさと表示パネル５２１の大きさとを完全に一致させても良いが、両者を必ずしも一致させる必要はない。また、操作パネル５２２が、外縁部分と、それ以外の内側部分の２つの感応領域を備えていてもよい。更に、外縁部分の幅は、筐体５０２の大きさなどに応じて適宜設計されるものである。更にまた、操作パネル５２２で採用される位置検出方式としては、マトリクススイッチ方式、抵抗膜方式、表面弾性波方式、赤外線方式、電磁誘導方式、静電容量方式などが挙げられ、いずれの方式を採用することもできる。
【０１２２】
通話部５３０は、スピーカ５３１やマイクロホン５３２を備え、マイクロホン５３２を通じて入力されたユーザの音声を主制御部５０１にて処理可能な音声データに変換して主制御部５０１に出力したり、無線通信部５１０あるいは外部入出力部５６０により受信された音声データを復号してスピーカ５３１から出力するものである。また、図１３に示すように、例えば、スピーカ５３１を表示入力部５２０が設けられた面と同じ面に搭載し、マイクロホン５３２を筐体５０２の側面に搭載することができる。
【０１２３】
操作部５４０は、キースイッチなどを用いたハードウェアキーであって、ユーザからの指示を受け付けるものである。例えば、操作部５４０は、スマートフォン５００の筐体５０２の表示部の下部、下側面に搭載され、指などで押下されるとオンとなり、指を離すとバネなどの復元力によってオフ状態となる押しボタン式のスイッチである。
【０１２４】
記憶部５５０は、主制御部５０１の制御プログラムや制御データ、通信相手の名称や電話番号などを対応づけたアドレスデータ、送受信した電子メールのデータ、ＷｅｂブラウジングによりダウンロードしたＷｅｂデータや、ダウンロードしたコンテンツデータを記憶し、またストリーミングデータなどを一時的に記憶するものである。また、記憶部５５０は、スマートフォン内蔵の内部記憶部５５１と着脱自在な外部メモリスロットを有する外部記憶部５５２により構成される。尚、記憶部５５０を構成するそれぞれの内部記憶部５５１と外部記憶部５５２は、フラッシュメモリタイプ（flash memory type）、ハードディスクタイプ（hard disk type）、マルチメディアカードマイクロタイプ（multimedia card micro type）、カードタイプのメモリ（例えば、Micro SD（登録商標）メモリ等）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）などの格納媒体を用いて実現される。
【０１２５】
外部入出力部５６０は、スマートフォン５００に連結される全ての外部機器とのインターフェースの役割を果たすものであり、他の外部機器に通信等（例えば、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）、IEEE1394など）又はネットワーク（例えば、インターネット、無線ＬＡＮ、ブルートゥース（Bluetooth）（登録商標）、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）、赤外線通信（Infrared Data Association：ＩｒＤＡ）（登録商標）、ＵＷＢ（Ultra Wideband）（登録商標）、ジグビー（ZigBee）（登録商標）など）により直接的又は間接的に接続するためのものである。
【０１２６】
スマートフォン５００に連結される外部機器としては、例えば、有／無線ヘッドセット、有／無線外部充電器、有／無線データポート、カードソケットを介して接続されるメモリカード（Memory card）やＳＩＭ(Subscriber Identity Module Card)／ＵＩＭ(User Identity Module Card)カード、オーディオ・ビデオＩ／Ｏ（Input/Output）端子を介して接続される外部オーディオ・ビデオ機器、無線接続される外部オーディオ・ビデオ機器、有／無線接続されるスマートフォン、有／無線接続されるパーソナルコンピュータ、有／無線接続されるPDA、有／無線接続されるパーソナルコンピュータ、イヤホンなどがある。外部入出力部は、このような外部機器から伝送を受けたデータをスマートフォン５００の内部の各構成要素に伝達することや、スマートフォン５００の内部のデータが外部機器に伝送されるようにすることができる。
【０１２７】
ＧＰＳ受信部５７０は、主制御部５０１の指示に従って、GPS衛星ＳＴ１〜ＳＴｎから送信されるGPS信号を受信し、受信した複数のGPS信号に基づく測位演算処理を実行し、当該スマートフォン５００の緯度、経度、高度からなる位置を検出する。ＧＰＳ受信部５７０は、無線通信部５１０や外部入出力部５６０（例えば、無線ＬＡＮ）から位置情報を取得できるときには、その位置情報を用いて位置を検出することもできる。
【０１２８】
モーションセンサ部５８０は、例えば、３軸の加速度センサなどを備え、主制御部５０１の指示に従って、スマートフォン５００の物理的な動きを検出する。スマートフォン５００の物理的な動きを検出することにより、スマートフォン５００の動く方向や加速度が検出される。この検出結果は、主制御部５０１に出力されるものである。
【０１２９】
電源部５９０は、主制御部５０１の指示に従って、スマートフォン５００の各部に、バッテリ（図示しない）に蓄えられる電力を供給するものである。
【０１３０】
主制御部５０１は、マイクロプロセッサを備え、記憶部５５０が記憶する制御プログラムや制御データに従って動作し、スマートフォン５００の各部を統括して制御するものである。また、主制御部５０１は、無線通信部５１０を通じて、音声通信やデータ通信を行うために、通信系の各部を制御する移動通信制御機能と、アプリケーション処理機能を備える。
【０１３１】
アプリケーション処理機能は、記憶部５５０が記憶するアプリケーションソフトウェアに従って主制御部５０１が動作することにより実現するものである。アプリケーション処理機能としては、例えば、外部入出力部５６０を制御して対向機器とデータ通信を行う赤外線通信機能や、電子メールの送受信を行う電子メール機能、Webページを閲覧するWebブラウジング機能などがある。
【０１３２】
また、主制御部５０１は、受信データやダウンロードしたストリーミングデータなどの画像データ（静止画像や動画像のデータ）に基づいて、映像を表示入力部５２０に表示する等の画像処理機能を備える。画像処理機能とは、主制御部５０１が、上記画像データを復号し、この復号結果に画像処理を施して、画像を表示入力部５２０に表示する機能のことをいう。
【０１３３】
更に、主制御部５０１は、表示パネル５２１に対する表示制御と、操作部５４０、操作パネル５２２を通じたユーザ操作を検出する操作検出制御を実行する。
【０１３４】
表示制御の実行により、主制御部５０１は、アプリケーションソフトウェアを起動するためのアイコンや、スクロールバーなどのソフトウェアキーを表示し、あるいは電子メールを作成するためのウィンドウを表示する。尚、スクロールバーとは、表示パネル５２１の表示領域に収まりきれない大きな画像などについて、画像の表示部分を移動する指示を受け付けるためのソフトウェアキーのことをいう。
【０１３５】
また、操作検出制御の実行により、主制御部５０１は、操作部５４０を通じたユーザ操作を検出したり、操作パネル５２２を通じて、上記アイコンに対する操作や、上記ウィンドウの入力欄に対する文字列の入力を受け付けたり、あるいは、スクロールバーを通じた表示画像のスクロール要求を受け付ける。
【０１３６】
更に、操作検出制御の実行により主制御部５０１は、操作パネル５２２に対する操作位置が、表示パネル５２１に重なる重畳部分（表示領域）か、それ以外の表示パネル５２１に重ならない外縁部分（非表示領域）かを判定し、操作パネル５２２の感応領域や、ソフトウェアキーの表示位置を制御するタッチパネル制御機能を備える。
【０１３７】
また、主制御部５０１は、操作パネル５２２に対するジェスチャ操作を検出し、検出したジェスチャ操作に応じて、予め設定された機能を実行することもできる。ジェスチャ操作とは、従来の単純なタッチ操作ではなく、指などによって軌跡を描いたり、複数の位置を同時に指定したり、あるいはこれらを組み合わせて、複数の位置から少なくとも１つについて軌跡を描く操作を意味する。
【０１３８】
カメラ部５４１は、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)やCCD(Charge-Coupled Device)などの撮像素子を用いて電子撮影するデジタルカメラである。このカメラ部５４１に前述した撮像装置１０を適用することができる。メカ的な切り替え機構等を必要とせずに、広角画像と望遠画像とを撮影することができ、スマートフォン５００のように薄型の携帯端末に組み込むカメラ部として好適である。
【０１３９】
また、カメラ部５４１は、主制御部５０１の制御により、撮影によって得た画像データを、例えばJPEG(Joint Photographic coding Experts Group)などの圧縮した画像データに変換し、記憶部５５０に記録したり、外部入出力部５６０や無線通信部５１０を通じて出力することができる。図１３に示すにスマートフォン５００において、カメラ部５４１は表示入力部５２０と同じ面に搭載されているが、カメラ部５４１の搭載位置はこれに限らず、表示入力部５２０の背面に搭載されてもよいし、あるいは、複数のカメラ部５４１が搭載されてもよい。尚、複数のカメラ部５４１が搭載されている場合には、撮影に供するカメラ部５４１を切り替えて単独にて撮影したり、あるいは、複数のカメラ部５４１を同時に使用して撮影することもできる。
【０１４０】
また、カメラ部５４１はスマートフォン５００の各種機能に利用することができる。例えば、表示パネル５２１にカメラ部５４１で取得した画像を表示することや、操作パネル５２２の操作入力のひとつとして、カメラ部５４１の画像を利用することができる。また、ＧＰＳ受信部５７０が位置を検出する際に、カメラ部５４１からの画像を参照して位置を検出することもできる。更には、カメラ部５４１からの画像を参照して、３軸の加速度センサを用いずに、あるいは、３軸の加速度センサと併用して、スマートフォン５００のカメラ部５４１の光軸方向を判断することや、現在の使用環境を判断することもできる。勿論、カメラ部５４１からの画像をアプリケーションソフトウェア内で利用することもできる。
【０１４１】
［その他］
図３に示した撮影光学系１２の反射ミラー型のレンズ構成のうちの反射ミラーは、凹面鏡や凸面鏡に限らず、平面鏡でもよく、また、反射ミラーの枚数も２枚に限らず、３枚以上設けるようにしてもよい。
【０１４２】
また、本実施形態の撮影光学系は、中央光学系及び環状光学系のうちの一方を広角光学系、他方を望遠光学系としたが、これに限らず、例えば、合焦距離が異なる２種類の光学系、空間周波数特性（ボケ味）が異なる２種類の光学系等、種々の光学系の適用が考えられる。
【０１４３】
また、中央光学系及び環状光学系の共通レンズ、又はイメージセンサを光軸方向に移動させる移動機構を設け、これにより焦点調節を行うようにしてもよい。
【０１４４】
更に、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。
【符号の説明】
【０１４５】
１０…撮像装置、１２、１１２、２１２…撮影光学系、１３、１１３、２１３…中央光学系、１４、１１４、２１４…環状光学系、１６…アレイレンズ、１６ａ…マイクロレンズ、１８…イメージセンサ、１８ａ…受光セル、２４…デジタル信号処理部、４０…中央処理装置（ＣＰＵ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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