特許 6491537 撮像装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6491537

(24)【登録日】2019年3月8日

(45)【発行日】2019年3月27日

(54)【発明の名称】撮像装置

(51)【国際特許分類】

   H04N 5/369 20110101AFI20190318BHJP

   H04N 5/225 20060101ALI20190318BHJP

   H04N 9/07 20060101ALI20190318BHJP

   H04N 5/33 20060101ALI20190318BHJP

   G02B 7/36 20060101ALI20190318BHJP

   G03B 13/36 20060101ALI20190318BHJP

   H01L 27/146 20060101ALI20190318BHJP

【ＦＩ】

   H04N5/369

   H04N5/225 800

   H04N9/07 F

   H04N5/33

   G02B7/36

   G03B13/36

   H01L27/146 A

   H01L27/146 D

【請求項の数】3

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2015-102647(P2015-102647)

(22)【出願日】2015年5月20日

(65)【公開番号】特開2016-220019(P2016-220019A)

(43)【公開日】2016年12月22日

【審査請求日】2018年4月2日

【権利譲渡・実施許諾】特許権者において、実施許諾の用意がある。

(73)【特許権者】

【識別番号】000004352

【氏名又は名称】日本放送協会

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】高木 友望

(72)【発明者】

【氏名】瀬尾 北斗

【審査官】 鈴木 明

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１４／１９８６２３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１４−１０７３００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−１４７１２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１４６８９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２４３８６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２７５４２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１２７９４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１３−５３８４７９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｎ ５／３０−５／３７８

Ｈ０４Ｎ ５／２２２−５／２５７

Ｈ０４Ｎ ９／０４−９／１１

Ｇ０２Ｂ ７／３６

Ｇ０３Ｂ １３／３６

Ｈ０１Ｌ ２７／１４−２７／１４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１光電変換素子と、
光の入射方向において、前記第１光電変換素子よりも奥側に配置される第２光電変換素子と、
前記第１光電変換素子又は前記第２光電変換素子のいずれか一方に焦点を合わせた状態で撮像して得る前記第１光電変換素子の第１撮像信号と、前記第２光電変換素子の第２撮像信号とに基づき、被写体までの距離を演算する測距演算部と
を含み、
前記第１光電変換素子は、可視光に感度を有する光電変換素子であり、
前記第２光電変換素子は、赤外線に感度を有する光電変換素子である、撮像装置。

【請求項2】

前記第１光電変換素子は、セレンを含む第１光電変換膜を有する光電変換素子であり、
前記第２光電変換素子は、シリコン又はカドミウムテルルを含む第２光電変換膜を有する光電変換素子である、請求項１記載の撮像装置。

【請求項3】

前記第１光電変換素子が形成される透明基板と、
前記第２光電変換素子が形成される半導体基板と
をさらに含み、
前記透明基板と前記半導体基板が前記入射方向に重ねて配置されることにより、前記第２光電変換素子が前記第１光電変換素子よりも前記入射方向における奥側に配置される、請求項１又は２記載の撮像装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、撮像装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、被写体からの光信号を電気信号に変換する光電変換領域を備えた画素のいくつかに、色分解フィルタを形成した撮像装置であって、前記色分解フィルタを形成した画素からの電気信号に基づいて画像を形成し、前記色分解フィルタを形成していない画素からの電気信号に基づいて焦点検出を行うことを特徴とする撮像装置がある（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

また、従来より、全焦点画像と任意焦点画像の２枚を用いて距離推定する方式を用いる際における欠点である、距離推定精度の偏りをなくし、どの被写体距離においても、高い距離推定精度を得ることが出来る装置であり、全焦点画像と、第１の深度合焦画像とから特定された深度を示す第１の距離マップを生成する第１の生成部と、前記全焦点画像と、第２の深度合焦画像とから特定された深度を示す第２の距離マップを生成する第２の生成部と、生成された、第１の距離マップと第２の距離マップとから、距離マップを合成する距離マップ合成部とを備える距離推定装置がある（例えば、特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００３−２４４７１２号公報

【特許文献2】国際公開第２０１１−１５８５１５号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、特許文献１の撮像装置は、色分解フィルタを形成していない画素を測距用に有しているため、測距用素子によって取り出される画像に欠損が生じ、解像度の低下やS/Nの悪化による画像の劣化が生じるおそれがある。

【0006】

また、特許文献２の距離推定装置は、既存の単板撮像素子ではレンズのフォーカスもしくはセンサ、レンズの絞りを機械的に動かし画像を取得しなければならず、瞬時計算が困難である。これは、計算に必要な画像を取得することが容易ではないからである。

【0007】

そこで、画像を劣化させることなく、測距に必要な画像を容易に取得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】

【0008】

本発明の実施の形態の撮像装置は、第１光電変換素子と、光の入射方向において、前記第１光電変換素子よりも奥側に配置される第２光電変換素子と、前記第１光電変換素子又は前記第２光電変換素子のいずれか一方に焦点を合わせた状態で撮像して得る前記第１光電変換素子の第１撮像信号と、前記第２光電変換素子の第２撮像信号とに基づき、被写体までの距離を演算する測距演算部とを含み、前記第１光電変換素子は、可視光に感度を有する光電変換素子であり、前記第２光電変換素子は、赤外線に感度を有する光電変換素子である。

【発明の効果】

【0009】

画像を劣化させることなく、測距に必要な画像を容易に取得できる撮像装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施の形態の多重フォーカスカメラ１０の概略図である。

【図2】撮像装置３０の断面構造を示す図である。

【図3】ＤＦＤによる距離を演算する原理を説明する図である。

【図4】多重フォーカスカメラ１０の制御部７０が実行する処理の内容を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の撮像装置を適用した実施の形態について説明する。

【0012】

＜実施の形態＞
図１は、実施の形態の多重フォーカスカメラ１０の概略図である。本実施の形態の多重フォーカスカメラ１０は、被写体の像を撮像するとともに被写体までの距離を計測する光学機器であり、レンズ２０と、撮像装置３０（撮像素子３１、３２）と、画像処理部４０と、記憶部５０と、レンズ駆動用アクチュエータ６０と、制御部７０と、表示部８０と、出力インターフェース（ＩＦ）９０と、操作部１００とを備える。

【0013】

図１に示すように、本実施の形態の多重フォーカスカメラ１０では、レンズ２０を介する入射光のうち可視光を吸収して光電変換し被写体の像を撮像する撮像素子３１と、撮像素子３１を透過した赤外線を光電変換し当該被写体の像を撮像する撮像素子３２とをレンズ２０の光軸上に配置している。ここでは、測距演算を容易にするために、撮像素子３１の画素サイズ及び画素数が、それぞれ撮像素子３２の画素サイズ及び画素数と等しいものとする。

【0014】

撮像素子３１及び撮像素子３２の構成については後述する。

【0015】

レンズ２０は、撮像光学系のレンズとして、Ｆ値が所定の範囲で変化するズームレンズとしてもよいし、Ｆ値を固定とする単焦点レンズとしてもよい。本実施の形態におけるレンズ２０は、被写体に対する合焦位置を調整可能であり、レンズ駆動用アクチュエータ６０は、制御部７０からの制御信号Ｓａに従い、レンズ２０を駆動させることができる。

【0016】

制御部７０は、リード・オンリー・メモリ（ＲＯＭ）等の所定のメモリ（図示せず）に記憶されたプログラムを読み出し、操作部１００からの指示に応じて所定の処理を実行するマイクロプロセッサ等により構成され、多重フォーカスカメラ１０の各部を統括的に制御するとともに、レンズ２０から被写体までの距離を演算する機能を有する。

【0017】

制御部７０は、撮像素子３１及び撮像素子３２における撮像動作の制御、画像処理部４０における信号処理の制御、記憶部５０における撮像画像等の記憶又は読み出しの制御、レンズ駆動用アクチュエータ６０における合焦位置の調整制御、表示部８０における撮像素子３１又は撮像素子３２からの撮像画像又はスルー画像の表示制御、及び、撮像画像又はレンズ２０から被写体までの距離データに関して、着脱可能に装着される可搬性の記録媒体等の外部装置（図示せず）への出力インターフェース（ＩＦ）９０における出力制御を行う。

【0018】

操作部１００は、制御部７０に対して種々の指示を与える機能を有し、図示を省略するが、多重フォーカスカメラ１０の電源をオンオフする電源スイッチ、撮影を指示するシャッターボタン、測距領域の指定等のメニューを表示部８０に表示させるメニューボタン、表示部８０における距離計測を行うか否かを設定する測距指定ボタン、撮像済画像の検索や出力ＩＦ９０における外部装置へのデータ出力等の様々な設定に対する確定操作を行うための決定ボタン等から構成される。

【0019】

制御部７０は、本発明に係る機能部として、測距領域設定部７０１と、撮像制御部７０２と、測距演算部７０３と、記録表示制御部７０４とを備える。

【0020】

多重フォーカスカメラ１０においては、一度の撮像動作でレンズ２０から被写体までの距離を計測することが可能なように構成される。本実施の形態では、距離計測に先立って、制御部７０は、測距領域設定部７０１により、表示部８０に表示される撮像素子３１又は撮像素子３２からのスルー画像を介して計測対象の領域である測距領域をユーザに対して走査部１００を介して指定させる。

【0021】

続いて、操作部１００からレンズ２０から被写体までの距離を計測する指示を受けた制御部７０は、撮像制御部７０２により、撮像素子３１及び撮像素子３２に対してそれぞれ撮像制御信号ＳＣ１，ＳＣ２を供給する。撮像制御信号ＳＣ１，ＳＣ２に応じて、撮像素子３１及び撮像素子３２は、レンズ２０で定めるＦ値及び焦点距離ｆで、それぞれ被写体からの入射光を基に撮像して第１撮像画像信号及び第２撮像画像信号を生成し、それぞれ画像処理部４０における第１信号処理部４０１及び第２信号処理部４０２に供給する。第１信号処理部４０１は、制御部７０からの信号処理制御信号Ｓｍにより被写体の像に対応する２次元表示となるように第１撮像画像信号を配列し、第１撮像画像の撮像結果として記憶部５０に記憶する。同様に、第２信号処理部４０２は、被写体の像に対応する２次元表示となるように第２撮像画像信号を配列し、第２撮像画像の撮像結果として記憶部５０に記憶する。

【0022】

尚、距離計測の際に、制御部７０は、レンズ２０の焦点距離ｆに対応する位置をレンズ２０から撮像素子３１までの位置とし、計測対象の被写体の結像面が撮像素子３１から撮像素子３２までの間となるようにレンズ駆動用アクチュエータ６０を制御する。レンズ２０を単焦点レンズとした場合には、計測範囲を予め定め、レンズ２０の焦点距離ｆに対応する位置をレンズ２０から撮像素子３１までの位置とし、計測対象の被写体の結像面が撮像素子３１から撮像素子３２までの間となるように予め設定しておけばよい。このために、図１における図示を省略するが、撮像素子３１と撮像素子３２との間の間隔を調整するためのアクチュエータを設けるのが有効である。したがって、撮像素子３１で撮像された第１撮像画像の撮像結果と、撮像素子３２で撮像された第２撮像画像の撮像結果との間で、撮像される被写体の像のボケ量が各撮像素子で異なるものとなる。

【0023】

また、撮像素子３１及び撮像素子３２は、撮像素子３１及び撮像素子３２で撮像される当該被写体の像のボケ量の差が、レンズ２０の焦点距離ｆ及び口径比（Ｆ値）、当該被写体からレンズ２０までの距離、レンズ２０から撮像素子３１までの距離、及び、レンズ２０から撮像素子３２までの距離に依存する予め定めた間隔でレンズ２０の光軸上に配置される。

【0024】

続いて、制御部７０は、測距演算部７０３により、記憶部５０に記憶された第１撮像画像の撮像結果及び第２撮像画像の撮像結果を読み出し、第１撮像画像の撮像結果及び第２撮像画像の撮像結果のボケ量の差に基づいて被写体からレンズ２０までの距離を演算する。

【0025】

測距演算の原理については、図２を参照して詳細に説明するが、測距演算部７０３は、被写体の像のボケ量の差を、撮像素子３１からレンズ２０による当該被写体の結像面までのボケ径と撮像素子３２からレンズ２０による当該被写体の結像面までのボケ径との差分にレンズ２０の口径比（Ｆ値）を乗じた値から求め、撮像素子３１による撮像結果と撮像素子３２による撮像結果のうち、いずれか一方の撮像結果に対してボケ径の差分のｎ（ｎは、０以上の整数）倍のぼかし処理を施して他方の撮像結果と比較し、最もマッチングする当該被写体の像の領域についてボケ径の差分のｎ倍の値を基にレンズ２０までの距離を演算する。

【0026】

最後に、制御部７０は、記録表示制御部７０４により、被写体からレンズ２０までの距離の演算結果を示すデータを記憶部５０に記憶し、操作部１００からの指示に応じて表示部８０に表示し、或いは出力ＩＦ９０を介して外部装置に出力する。

【0027】

被写体の撮影画像とともに、被写体からレンズ２０までの距離の演算結果を示すデータを表示部８０に表示するように構成する場合には、例えば、制御部７０は、撮影を指示するシャッターボタンの半押し状態で、撮影領域を定めるためにレンズ駆動用アクチュエータ６０を制御して合焦位置を決定して撮影領域内の被写体までの距離計測の動作に移行し、撮影を指示するシャッターボタンの全押し状態で、そのまま撮影動作に移行するか、又は当該被写体の結像面が撮像素子３１上、又は撮像素子３２上となるようにレンズ駆動用アクチュエータ６０を更に制御して合焦位置を合わせて撮影動作に移行することで、被写体の撮像画像とともに、被写体からレンズ２０までの距離の演算結果を示すデータを表示部８０に表示することができる。

【0028】

以下、測距演算部７０３における測距演算に関して、より詳細に説明する。

【0029】

前述したように、有機材料の光電変換膜の性質を利用すれば、例えば緑色光の５０％を光電変換し、残りの５０％を透過させる撮像素子を実現することができる。また、本実施の形態の多重フォーカスカメラ１０では、測距演算にあたり、有機材料の光電変換膜を用いた撮像素子３１により、入射光のうち所定の光吸収率で光を吸収して光電変換し被写体の像を撮像し、撮像素子３２により、撮像素子３１を透過した光を光電変換し当該被写体の像を撮像する。撮像素子３１及び撮像素子３２は、予め定めた間隔でレンズ２０の光軸上に配置している。

【0030】

図２は、撮像装置３０の断面構造を示す図である。

【0031】

撮像装置３０は、レンズ３０Ａ、撮像素子３１、回路３１Ａ、ガラス基板３０Ｂ、撮像素子３２、及びシリコン基板３０Ｃを含む。

【0032】

レンズ３０Ａは、集光レンズとして機能するレンズであり、光入射側が凸形状になった平面視で円形の凸レンズである。レンズ３０Ａは、画素毎に設けられており、マイクロレンズアレイによって構成される。

【0033】

撮像素子３１は、回路３１Ａ及びガラス基板３０Ｂの上に配設される。撮像素子３１は、一例として、アモルファスＳｅ（セレン）膜を有する。アモルファスＳｅ膜は、抵抗加熱蒸着法によって回路３１Ａ及びガラス基板３０Ｂの上に成膜すればよい。

【0034】

ここで、セレン系の光電変換膜は、波長が約６００ｎｍ以下の可視光を光電変換し、波長が約６００ｎｍよりも長波長側の赤色光や赤外光を透過する性質がある。撮像素子３１をアモルファスＳｅで形成するのは、可視光に感度を有する撮像素子を得るためである。

【0035】

アモルファスＳｅ膜の厚さは、５０ｎｍから３００ｎｍであることが好ましい。アモルファスＳｅ膜は、電圧を印加することによってアバランシェ増倍現象を生じる。アモルファスＳｅ膜の上面及び下面には、例えば、ＩＺＯ(Indium Zinc Oxide)又はＩＴＯ(Indium Tin Oxide)で導電膜を透明な形成すればよい。

【0036】

なお、アモルファスＳｅ膜を２００℃〜４００℃で加熱して結晶Ｓｅ膜としてもよい。また、アモルファスＳｅ膜の上にカラーフィルタを設けて分光し、カラー撮像を行うようにしてもよい。

【0037】

回路３１Ａは、ガラス基板３０Ｂの上面に配置され、撮像素子３１が出力する撮像信号を読み出す回路と、撮像素子３１を駆動する回路とを含む。回路３１は、ガラス基板３０Ｂの上面に、例えば、ＩＧＺＯのような透明な酸化物半導体や、ＩＺＯやＩＴＯのような透明な導電材料や、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｇ等の薄膜金属層を用いて形成すればよい。

【0038】

ガラス基板３０Ｂは、例えば、石英ガラス基板を用いることができる。ガラス基板３０Ｂの表面に回路３１Ａを形成し、その上に撮像素子３１を形成すればよい。このように回路３１Ａと撮像素子３１を形成したガラス基板３０Ｂを、撮像素子３２が形成されたシリコン基板３０Ｃと貼り合わせればよい。

【0039】

なお、ガラス基板３０Ｂの厚さは、１μｍ〜２ｍｍであればよい。すなわち、撮像素子３１のアモルファスＳｅ膜の下面と、撮像素子３２の上面との間には、１μｍ〜２ｍｍの間隔が保たれる。

【0040】

撮像素子３２は、シリコン基板３０Ｃの表面に形成される。撮像素子３２は、例えば、フォトダイオードやＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)で構成することができる。撮像素子３２をシリコンで形成するのは、赤外線に感度を有する撮像素子を得るためである。

【0041】

シリコン基板３０Ｃには、撮像素子３２の他に、撮像素子３２で撮像した画像信号を読み出す読み出し回路と、撮像素子３２を駆動する駆動回路とを形成すればよい。これらの回路は、半導体製造技術を用いて作製すればよい。

【0042】

なお、ここでは、シリコン基板３０Ｃの表面に撮像素子３２を形成する形態について説明するが、シリコン基板３０Ｃの代わりに、ＣｄＴｅ（カドミウムテルル）基板を用いて、撮像素子３２をＣｄＴｅで作製してもよい。ＣｄＴｅも赤外線に感度を有するからである。

【0043】

このような撮像装置３０において、アモルファスＳｅ膜を有する撮像素子３１は、可視光を吸収し、赤外光を透過する。撮像素子３１を透過した赤外光は、ガラス基板３０Ｂを透過して、撮像素子３２に入射し、撮像素子３２で光電変換される。

【0044】

撮像素子３１と撮像素子３２との間には、１μｍ〜２ｍｍの間隔が保たれるため、撮像素子３１又は３２のどちらか一方が被写体に焦点を合わせて撮影すれば、どちらか他方は焦点が合っていない状態で撮影することになる。

【0045】

撮像装置３０は、このように撮像素子３１又は３２のどちらか一方から被写体に焦点を合わせて撮影した撮像信号を取得し、どちらか他方から被写体に焦点が合っていない状態で撮影した撮像信号（画像ボケを含む撮像信号）を取得し、これら２つの撮像信号に基づいて、レンズ３０Ａから被写体までの距離を演算する。

【0046】

なお、撮像装置３０は、撮像素子３１が被写体に焦点を合わせた状態で撮影すれば、可視光での撮像信号を取得でき、撮像素子３２が被写体に焦点を合わせた状態で撮影すれば、赤外光での撮像信号を取得できる撮像装置である。

【0047】

図３は、ＤＦＤ(Depth From Defocus)による距離を演算する原理を説明する図である。

【0048】

ＤＦＤは取得した画像のボケから、距離を演算する技術である。

【0049】

Ｆ値や焦点距離が既知のレンズを用いて点光源を撮像したとき、ボケの半径rは式（１）で表すことができる。

【0050】

【数1】

ここで、ＦはレンズのＦ値、ｆはレンズの焦点距離、ａは被写体からレンズの距離、ｂはレンズから撮像素子の距離を示している。点光源のような被写体を撮像し、ボケの半径ｒを取得することで被写体からレンズまでの距離が演算できる。しかしながら、任意の物体を撮像したときは、ボケの半径ｒの測定は困難である。そこで、２枚の撮像画像のボケ径の差分を用いることで、距離を推定する。

【0051】

図３は、本実施形態の多重フォーカスカメラ１０における測距演算の説明図である。図３では、被写体Ｏ_ｂ１からレンズ２０までの距離ａ_１とレンズ２０から結像面Ｏ_ｂ１'までの距離ｂ_１とがレンズ２０の焦点距離ｆで定まる関係にあり、同様に、被写体Ｏ_ｂ２からレンズ２０までの距離ａ_２とレンズ２０から結像面Ｏ_ｂ２'までの距離ｂ_２とがレンズ２０の焦点距離fで定まる関係にあり、被写体Ｏ_ｂ１の結像面Ｏ_ｂ１'が第１撮像素子３１上であり、被写体Ｏ_ｂ２の結像面Ｏ_ｂ２'が第２撮像素子３２上となる配置関係にある様子を示している。このとき、被写体Ｏ_ｂ３からレンズ２０までの距離ａ_３とレンズ２０から結像面Ｏ_ｂ３'までの距離ｂ_３も、レンズ２０の焦点距離ｆで定義される位置に配置される。図１において、ａ_１ ＞ ａ_３ ＞ a_２である。

【0052】

即ち、被写体からレンズ２０までの距離ａと、レンズ２０から結像面までの距離ｂと、レンズ２０の焦点距離fの間には式（２）の関係がある。

【0053】

【数2】

【0054】

また、レンズ２０から結像面までの距離ｂからδだけ離れた位置のボケ径ｄはレンズ２０の口径比（Ｆ値）Ｆを用いて、式（３）で表される。

【0055】

【数3】

【0056】

ここで、第１撮像素子３１における被写体Ｏ_ｂ３のボケ径ｄ_１はδ_１／Ｆ、第２撮像素子３２における被写体Ｏ_ｂ３のボケ径ｄ_２はδ_２／Ｆと表されるので、第１撮像素子３１及び第２撮像素子３２で撮像した撮像結果の比較でボケ径の差分Δｄ＝ｄ_１−ｄ_２を定め、ボケ径の差分Δｄ＝ｄ_１−ｄ_２からボケ量の差δ_１−δ_２（＝Ｆ（ｄ_１−ｄ_２））を求めることができる。またδ_１＋δ_２＝ｂ_２−ｂ_１なので、δ_１＝１／２｛（ｂ_２−ｂ_１）＋Ｆ（ｄ_１−ｄ_２）｝、δ_２＝１／２｛（ｂ_２−ｂ_１）−Ｆ（ｄ_１−ｄ_２）｝と計算できる。さらに、ｂ_３＝１／２｛（ｂ_２＋ｂ_１）＋Ｆ（ｄ_１−ｄ_２）｝であり、ａ_３＝ｂ_３ｆ／（ｂ_３−ｆ）によりレンズ２０から被写体Ｏ_ｂ３までの距離ａ_３を求めることができる。また、距離ａ_１，ａ_２についてもｂ_１，ｂ_２から計算することができる。

【0057】

つまり、第１撮像素子３１に結像する被写体の像と、第２撮像素子３２に結像する被写体の像の２つの像が得られるように第１撮像素子３１と第２撮像素子３２との間の間隔が調整されているとき、第１撮像素子３１から第２撮像素子３２までの間に結像面がある任意の被写体についてレンズ２０からの距離を求めることができる。しかしながら、実際の距離計測時には、被写体に関するレンズ２０から結像面までの距離ｂについて、第１撮像素子３１の位置ｂ_１及び第２撮像素子３２の位置ｂ_２とし、第１撮像素子３１による撮像結果と第２撮像素子３２による撮像結果のうち、いずれか一方の撮像結果に対してボケ径の差分のｎ（ｎは、０以上の整数）倍のぼかし処理を施して他方の撮像結果との比較を繰り返してマッチング領域を抽出することにより、第１撮像素子３１から第２撮像素子３２までの間に結像面がある任意の被写体についてレンズ２０までの距離を演算することができる。

【0058】

また、式（２）から分かるように、測定対象の被写体までの距離を無限大とするために、第１撮像素子３１をレンズ２０の焦点距離fに配置することが望ましい。このように、第１撮像素子３１及び第２撮像素子３２で撮像される被写体の像のボケ量の差が焦点距離ｆ、口径比（Ｆ値）、被写体からレンズ２０までの距離、レンズ２０から第１撮像素子３１までの距離及びレンズ２０（図１参照）から第２撮像素子３２までの距離に依存することから、任意の被写体についてレンズ２０までの距離を演算することができる。

【0059】

図４は、多重フォーカスカメラ１０の制御部７０が実行する処理の内容を示すフローチャートである。

【0060】

制御部７０は、電源が投入されると処理を開始する（スタート）。

【0061】

制御部７０は、撮像素子３１及び３２で撮像する（ステップＳ１）。

【0062】

次に、制御部７０は、レンズ２０のＦ値及び焦点距離を表すレンズ情報を用いて、ボケ径ｄ_１、ｄ_２、と距離ｂ_３を求める（ステップＳ２）。

【0063】

次に、制御部７０は、被写体からレンズ２０までの距離ａ_３を求める（ステップＳ３）。

【0064】

次に、制御部７０は、可視光の撮像又は赤外光の撮像のどちらが選択されたかを判定する（ステップＳ４）。

【0065】

制御部７０は、ステップＳ４において、可視光の撮像が選択されたと判定すると、撮像素子３１で焦点を合わせる（ステップＳ５）。

【0066】

次に、制御部７０は、アバランシェ増倍を生じさせるための電圧の印加が選択されたか否かを判定する（ステップＳ６）。アバランシェ増倍による高感度化を行うか否かは、多重フォーカスカメラ１０が操作部１００で選択することができる。

【0067】

制御部７０は、電圧の印加が選択された（Ｓ６：ＹＥＳ）と判定すると、電圧を印加する（ステップＳ７）。

【0068】

次に、制御部７０は、可視光の高感度撮像を行う（ステップＳ８）。

【0069】

一方、制御部７０は、電圧の印加が選択されなかった（Ｓ６：ＮＯ）と判定すると、フローをステップＳ８に進行させ、可視光の撮像を行う。

【0070】

また、制御部７０は、ステップＳ４において、赤外光の撮像が選択されたと判定すると、撮像素子３２で焦点を合わせる（ステップＳ９）。ステップＳ９の処理が終了すると、制御部７０は、フローをステップＳ８に進行させ、赤外光の撮像を行う。

【0071】

なお、図４のフローチャートでは、ステップＳ４、Ｓ５、Ｓ６において、制御部７０が可視光の撮像又は赤外光の撮像のどちらが選択されたかを判定し、撮像素子３１，３２のいずれかに焦点を合わせるようにしているが、多重フォーカスカメラの操作者が可視光撮像素子３１、３２のいずれかに手動で焦点を合わせるようにしてもよい。

【0072】

以上により、撮像装置３０を含む多重フォーカスカメラ１０は、撮像素子３１又は３２のどちらか一方から被写体に焦点を合わせて撮影した撮像信号を取得し、どちらか他方から被写体に焦点が合っていない状態で撮影した撮像信号（画像ボケを含む撮像信号）を取得し、これら２つの撮像信号に基づいて、レンズ２０から被写体までの距離を演算する。

【0073】

また、撮像素子３１が被写体に焦点を合わせた状態で撮影すれば、可視光での撮像信号を取得でき、撮像素子３２が被写体に焦点を合わせた状態で撮影すれば、赤外光での撮像信号を取得できる。

【0074】

また、撮像素子３１と３２との間に配設される回路３１Ａ及びガラス基板３０Ｂは、撮像素子３１を透過した赤外光を吸収することなく撮像装置３２に案内する。

【0075】

従って、実施の形態によれば、画像を劣化させることなく、測距に必要な画像を容易に取得できる撮像装置を提供することができる。

【0076】

以上、本発明の例示的な実施の形態の撮像装置について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

【符号の説明】

【0077】

１０ 多重フォーカスカメラ
２０ レンズ
３０ 撮像装置
３１、３２ 撮像素子
４０ 画像処理部
５０ 記憶部
６０ レンズ駆動用アクチュエータ
７０ 制御部
８０ 表示部
９０ 出力インターフェース（ＩＦ）
１００ 操作部
３０Ａ レンズ
３１ 撮像素子
３１Ａ 回路
３０Ｂ ガラス基板
３２ 撮像素子
３０Ｃ シリコン基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】