CN104995904B

CN104995904B - 摄像装置

Info

Publication number: CN104995904B
Application number: CN201480008338.XA
Authority: CN
Inventors: 小野修司
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2013-02-21
Filing date: 2014-01-08
Publication date: 2018-04-27
Anticipated expiration: 2034-01-08
Also published as: WO2014129216A1; US20150338606A1; EP2961153A1; CN104995904A; EP2961153B1; JP5959714B2; EP2961153A4; JPWO2014129216A1; US9470875B2

Abstract

本发明提供一种光轴共用的中央光学系统和环状光学系统所分别成像的第一图像及第二图像能够同时获取、并紧凑且价格低的摄像装置。在本发明的一实施方式中，具备组合了摄影光学系统(12)和指向性传感器(16)而成的摄像单元，该摄影光学系统(12)由光轴共用的中央光学系统(13a、13b、13c、15a、15b)和环状光学系统(14a、14b、14c、14d、15a、15b)构成，该指向性传感器(16)包含使经由中央光学系统及环状光学系统所入射的光束分别光瞳分割后而选择性地接收的多个像素。经由该指向性传感器(16)，从与中央光学系统对应的像素组能够获取广角图像，从与环状光学系统对应的像素组能够获取望远图像。另外，中央光学系统和环状光学系统相比夹持光轴地并排的并列式光学系统而能够实现画质的提高。

Description

摄像装置

技术领域

本发明涉及摄像装置，尤其涉及能够同时获取广角图像和望远图像的摄像装置。

背景技术

以往，提出有在同一光轴上中央部配设了广角透镜而其周边部配设了环状的望远透镜的双焦距的光学系统(专利文献1的图1)。该光学系统的环状的望远透镜是包含两枚反射镜在内的反射镜型的透镜结构，而使焦距较长的望远透镜成为紧凑结构。另外，该光学系统的广角透镜和望远透镜的成像位置按照分别位于光轴方向不同的位置的方式设计，在各自的成像位置处配设有不同的摄像元件。

另外，提出有如下的光学装置：具有广角对物光学系统、望远对物光学系统、以及穿过了各对物光学系统的光线共同地穿过的共用光学系统，并且具备将由多个对物光学系统取入的被摄体光的任意一方选择性地导入共用光学系统的反射构件(专利文献2)。

而且，通过使反射构件可动，由广角对物光学系统和望远对物光学系统中的任意一方的对物光学系统所取入的被摄体光会经由共用光学系统而导入共用摄像元件。

另外，提出有如下的摄像装置：将穿过成像透镜的不同区域的被摄体光进行光瞳分离，且分别入射至与成像透镜的不同区域对应的摄像元件的像素，并使光瞳分离后的被摄体光所对应的多个图像得以同时拍摄(专利文献3)。

在先技术文献

专利文献1：日本特表2011-505022号公报

专利文献2：日本特开2009-122379号公报

专利文献3：日本特开2012-88696号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

专利文献1所记载的光学系统，由广角透镜及望远透镜分别摄影的广角图像及望远图像，从分别在光轴方向不同的位置处所配置的不同摄像元件获取，因此无法实现装置的小型化以及低成本化这样的问题存在。

专利文献2所记载的光学装置，通过使反射构件(反射镜)可动，来选择广角对物光学系统与望远对物光学系统中任意一方的对物光学系统，因此无法同时拍摄广角图像和望远图像、且需要用于使反射构件可动的机构而使装置大型化这样的问题存在。

另外，专利文献3所记载的摄像装置，将穿过成像透镜不同的区域的被摄体光进行光瞳分离，且光瞳分离后的被摄体光所对应的多个图像能够由一个摄像元件同时拍摄，但在专利文献3中，用于良好地拍摄广角图像和望远图像的具体结构却未记载。

本发明正是鉴于这种情况而完成的，其目的在于，提供一种光轴共用的中央光学系统和环状光学系统所分别成像的第一图像及第二图像能够同时获取、并紧凑且价格低的摄像装置。

用于解决技术问题的手段

为了达到上述目的，本发明的一方式所涉及的摄像装置具备：撮影光学系统，由分别在同一光轴上所配置的中央部的中央光学系统和其周边部的环状光学系统构成；指向性传感器，具有由二维状排列的光电转换元件构成的多个像素，该指向性传感器包含使经由中央光学系统及环状光学系统所入射的光束分别进行光瞳分割后而选择性地接收的多个像素；以及图像读出装置，从指向性传感器分别获取表示经由中央光学系统而接收到的第一图像的图像信号、和表示经由环状光学系统而接收到的第二图像的图像信号。

根据本发明的一方式，摄影光学系统由光轴共用的中央光学系统和环状光学系统构成，指向性传感器包含使经由中央光学系统及环状光学系统所入射的光束分别进行光瞳分割后而选择性地接收的多个像素，通过摄影光学系统和指向性传感器的组合，从而能够利用一个指向性传感器同时获取第一图像和第二图像。另外，中央光学系统和环状光学系统相比夹持光轴地并排的并列式光学系统而能够实现画质的提高。

在本发明的另一方式所涉及的摄像装置中，就指向性传感器而言，优选使用与在像面位置的中央光学系统及环状光学系统的光瞳形状相应的指向特性的指向性传感器。这是因为，中央光学系统及环状光学系统的光瞳形状根据像面位置而变化。

在本发明的再一方式所涉及的摄像装置中，优选指向性传感器具有作为光瞳分割机构发挥功能的多个微透镜，多个微透镜中的每个微透镜所分配到的像素的数量和/或位置，成为与中央光学系统及所述环状光学系统的光瞳位置及形状相应的数量和/或位置。即，相对于中央光学系统及环状光学系统的光瞳形状的随着像面位置的变化，通过对每个微透镜所分配到的像素的数量和/或位置进行最优化来应对。

在本发明的再一方式所涉及的摄像装置中，优选指向性传感器具有作为光瞳分割机构发挥功能的微透镜，由微透镜使瞳像分离后分别入射的、每个微透镜的像素的个数，按照随着像高变高而减少的方式分配。当每个微透镜的像素的个数固定时，即便能够在中央部进行光瞳分离而使光入射至各像素，在周边部(像高较高的位置)也会有光难于进入的像素或光无法进入的像素(毫无用处的像素)产生。根据本发明的再一方式，由于将每个微透镜的像素的个数按照随着像高变高而减少的方式分配，因此能够使光进入所有像素，能够有效地利用指向性传感器的像素。

在本发明的再一方式所涉及的摄像装置中，优选指向性传感器的各像素的尺寸相同，就微透镜而言，随着像高变高而使用尺寸小的微透镜。即，通过随着像高变高而减小微透镜的尺寸，从而能够使每个微透镜的像素的个数随着像高变高而减少。

在本发明的再一方式所涉及的摄像装置中，优选微透镜的尺寸相同，指向性传感器的像素的尺寸随着像高变高而增大。即，通过随着像高变高而增大像素的尺寸，而使每个微透镜的像素的个数随着像高变高而减少。

在本发明的再一方式所涉及的摄像装置中，优选中央光学系统中其成像倍率在中央部较大而在周边侧较小。即，使中央光学系统具有鱼眼透镜那样的特性。由此，在通过第一、第二图像的分割而使指向性传感器的采样粗化的(中央)区域，增加中央光学系统的成像倍率(成为放大图像)，作为结果，使被摄体空间的采样密度接近均匀，从而提高图像的品质。

在本发明的再一方式所涉及的摄像装置中，优选环状光学系统中其成像倍率在内径侧较大而在外径侧较小。

在本发明的再一方式所涉及的摄像装置中，优选指向性传感器具有作为光瞳分割机构发挥功能的遮光掩膜，就遮光掩膜而言，使用与在像面位置的中央光学系统及环状光学系统的光瞳形状相应的开口形状的遮光掩膜。

在本发明的再一方式所涉及的摄像装置中，优选中央光学系统的第一像圈与环状光学系统的第二像圈不同，指向性传感器仅在第一像圈与第二的像圈重叠的区域，配设有光瞳分割后而选择性地接收光的像素。由此，能够有效地利用指向性传感器的像素。

在本发明的再一方式所涉及的摄像装置中，优选中央光学系统相比环状光学系统而为广角。

在本发明的再一方式所涉及的摄像装置中，优选环状光学系统具有使光束反射两次以上的反射光学系统。由此，能够缩短环状光学系统的光轴方向上的尺寸，能够使装置变得紧凑。

在本发明的再一方式所涉及的摄像装置中，优选指向性传感器位于比使光束最初反射的反射光学系统更靠物侧的位置。由此，能够在摄影光学系统的内侧配置指向性传感器，能够使装置的光轴方向上的尺寸缩短。

在本发明的再一方式所涉及的摄像装置中，优选中央光学系统和环状光学系统共同使用一部分的光学系统。由此，能够使装置变得紧凑，并且能够降低成本。

在本发明的再一方式所涉及的摄像装置中，具备模式切换装置，该模式切换装置切换焦距不同的第一摄影模式和第二摄影模式，当由模式切换装置切换为第一摄影模式时，图像读出装置从指向性传感器获取表示经由中央光学系统而接收到的第一图像的图像信号，当由模式切替装置切换为第二摄影模式时，图像读出装置从指向性传感器获取表示经由环状光学系统而接收到的第二图像的图像信号。由此，无需机械性的切换，就能够选择性地获取第一图像或第二图像。

在本发明的再一方式所涉及的摄像装置中，模式切换装置具有：切换为用于进行焦距不同的两种摄影的混合摄影模式的切换功能，当由模式切换装置切换为混合摄影模式时，图像读出装置从指向性传感器同时获取表示经由中央光学系统而接收到的第一图像的图像信号、和表示经由环状光学系统而接收到的第二图像的图像信号。由此，能够同时获取第一图像以及第二图像。

发明效果

根据本发明，通过使由光轴共用的中央光学系统和环状光学系统构成的摄影光学系统与指向性传感器进行组合，而使经由中央光学系统及环状光学系统而分别在指向性传感器的成像面上成像的第一图像及第二图像能够光瞳分割后同时获取。另外，在获取第一图像以及第二图像时，无需光学系统的机械性切换，并且能够利用一个指向性传感器来同时获取第一图像以及第二图像，因此能够实现紧凑且价格低的装置。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式所涉及的摄像装置的外观立体图。

图2是表示图1所示的摄像装置的内部结构的实施方式的框图。

图3是表示图1所示的摄像装置所应用的摄影光学系统的第一实施方式的剖视图。

图4是表示图3所示的摄影光学系统中的中央光学系统的剖视图。

图5是表示图3所示的摄影光学系统中的环状光学系统的剖视图。

图6的(a)部分及(b)部分分别是表示瞳像分离方式及遮光掩膜方式的示意图。

图7是瞳像分离方式的指向性传感器的主要部分俯视图。

图8是遮光掩膜方式的指向性传感器的主要部分俯视图。

图9是中央光学系统及环状光学系统所对应的光瞳形状、以及穿过中央光学系统及环状光学系统的光线中的按入射方向的追迹光线的图。

图10是用于说明瞳像分离方式的指向性传感器的最优化的图。

图11是被最优化的瞳像分离方式的指向性传感器的主要部分剖视图。

图12是用于说明遮光掩膜方式的指向性传感器的最优化的图。

图13是被最优化的遮光掩膜方式的指向性传感器的主要部分剖视图。

图14是表示中央光学系统的优选的成像特性的图。

图15是表示摄影光学系统的第二实施方式的剖视图。

图16是表示图15所示的摄影光学系统中的中央光学系统的剖视图。

图17是表示图15所示的摄影光学系统中的环状光学系统的剖视图。

图18是表示摄影光学系统的第三实施方式的剖视图。

图19是作为摄像装置的另一实施方式的智能手机的外观图。

图20是表示智能手机的主要部分结构的框图。

具体实施方式

以下，按照附图，对本发明所涉及的摄像装置的实施方式进行说明。

＜摄像装置的外观＞

图1是本发明所涉及的第一实施方式的摄像装置的外观立体图。如图1所示，在摄像装置10的前表面配置有摄影光学系统12、闪光灯发光部20等，在上表面设置有快门按钮38-1。L1表示摄影光学系统12的光轴。

图2是表示摄像装置10的内部结构的实施方式的框图。

该摄像装置10将拍摄到的图像记录于存储卡54，因此主要特征在于摄影光学系统12和指向性传感器16。

[摄影光学系统]

图3是表示摄像装置10所应用的摄影光学系统12的第一实施方式的剖视图。另外，图4及图5分别是将摄影光学系统12中的中央光学系统13及环状光学系统14各自分开示出的图。

该摄影光学系统12由分别在同一光轴上所配置的中央部的中央光学系统13和其周边部的环状光学系统14构成(参照图4、图5)。

中央光学系统13是由第一透镜13a、第二透镜13b、第三透镜13c、透镜15a、及保护玻璃15b构成的广角透镜。需要说明的是，保护玻璃15b配置于指向性传感器16的前表面。

环状光学系统14是由第一透镜14a、第一反射镜14b、第二反射镜14c、第二透镜14d、透镜15a、及保护玻璃15b构成的望远透镜。入射至第一透镜14a的光束，被第一反射镜14b及第二反射镜14c进行两次反射后，穿过第二透镜14d、透镜15a、及保护玻璃15b。通过利用第一反射镜14b及第二反射镜14c将光束折回，从而使焦距较长的望远透镜的光轴方向上的长度缩短。

这里，透镜15a及保护玻璃15b是被中央光学系统13和环状光学系统14共同使用的光学系统。

图4是仅表示图3所示的摄影光学系统12中的中央光学系统13的剖视图。

如图4所示，包含第一透镜13a、第二透镜13b、第三透镜13c、透镜15a、及保护玻璃15b等在内的中央光学系统13的数值实施例以下述的[表1]示出。需要说明的是，在图4中，Si(i＝1～12)表示面编号的面。

＜第一实施方式的数值实施例(中央光学系统13：广角透镜)＞

[表1]

图5是仅表示图3所示的摄影光学系统12中的环状光学系统14的剖视图。

如图5所示，包含第一透镜14a、第一反射镜14b、第二反射镜14c、第二透镜14d、透镜15a、及保护玻璃15b等在内的环状光学系统14的数值实施例以下述[表2]所示。需要说明的是，在图5中，Si(i＝1～17)表示面编号的面。

＜第一实施方式的数值实施例(环状光学系统14：望远透镜)＞

[表2]

[指向性传感器]

接着，对图2所示的指向性传感器16进行说明。

指向性传感器16构成为，具有由排列为二维状的光电转换元件(受光单元)构成的多个像素，并且包含使经由中央光学系统13及环状光学系统14所入射的光束通过以下所示的光瞳分割机构分别进行光瞳分割后而选择性地接收的像素。

指向性传感器中具有基于光瞳成像透镜(微透镜)的瞳像分离方式和遮光掩膜方式。

图6的(a)部分是表示瞳像分离方式的示意图。就瞳像分离方式而言，对一个微透镜17a分配多个受光单元18(像素)，入射至微透镜17a的瞳像通过该微透镜17a而在多个受光单元18上成像。因此，根据光向微透镜17a入射的入射角度，瞳像被分离且被成像于所对应的受光单元18上。

图6的(b)部分是表示遮光掩膜方式的示意图。就遮光掩膜方式而言，在微透镜17b与受光单元18之间配设遮光掩膜19，利用遮光掩膜19对入射至微透镜17b的光中的从一部分方向入射的光进行遮光，仅使与遮光掩膜19的开口对应的入射方向上的光入射至受光单元18。

图7是瞳像分离方式的指向性传感器的主要部分俯视图。该指向性传感器是以四个像素共有一个微透镜17a的四像素一微透镜的类型，能够获得上下左右的四个视点的图像。在与各微透镜17a对应的四个像素中，配置有红(R)、绿(G)、蓝(B)的滤色器中的任意一种颜色。在本例的情况下，当使四个视点的各图像旋转45°时，分别成为拜耳排列的滤光器排列。

需要说明的是，分配给一个微透镜的像素的数量是任意的，例如也存在对一个微透镜分配有100个像素的情况。在该情况下，每一个视点的图像尺寸变小。

图8是遮光掩膜方式的指向性传感器的主要部分俯视图。就该指向性传感器而言，在图8上，将配设有在左侧具有开口(四角形的部分)的遮光掩膜19a的像素和配设有在右侧具有开口的遮光掩膜19b的像素按照RGB的颜色各色以成对的方式排列。从该指向性传感器读出的由奇数行的像素构成的图像和由偶数行的像素构成的图像成为左右方向的两个视点的图像。另外，各图像成为拜耳排列的马赛克图像。

需要说明的是，遮光掩膜的开口能够为任意的形状，能够仅使与其开口对应的入射方向上的光入射至受光单元。

图9是中央光学系统13及环状光学系统14对应的光瞳形状、以及穿过中央光学系统13及环状光学系统14的光线中的按入射方向的追迹光线的图。

图9的(a)部分示出入射角为0°的入射光的追踪图、以及该中央光学系统13及环状光学系统14所对应的光瞳形状。如该图所示，在反射镜型的环状光学系统14的中央部嵌入中央光学系统13的布局中，来自正前面的入射光成为圆形光瞳及圆环光瞳。

图9的(b)部分示出入射角为3.2°的入射光的追迹图、以及该中央光学系统13及环状光学系统14所对应的光瞳形状，图9的(c)部分示出入射角为14.4°的入射光的追迹图、以及该中央光学系统13及环状光学系统14所对应的光瞳形状。

如图9的(b)部分以及(c)部分所示，随着倾斜入射的角度变大，在作为视野窄的望远透镜的环状光学系统14中开始产生蚀痕，当圆环光瞳形成月牙状而角度成为14.4°时，光几乎不通过光瞳。

需要说明的是，在图9上，中央光学系统13所对应的圆形光瞳以相同的形状表示，但该圆形光瞳随着入射角度而变形。

[指向性传感器的构造的最优化]

如图9中说明那样，根据入射角(根据传感器面上的像高)而有效通过光的光瞳的形状/大小发生变化。

因此，在图10所示的瞳像分离方式的指向性传感器的情况下，若将瞳像分离方式的指向性传感器的构造在传感器中心和周边设为均匀，则在传感器周边，没有光入射的毫无用处的受光单元产生，从而光的利用效率下降。

图11是表示本发明所涉及的指向性传感器16a的第一实施方式的图。该指向性传感器16a构成为，每个微透镜所承担的受光单元的个数随着从中央朝向周边(随着像高变高)而减少。在图11所示的例子中，每个微透镜所承担的受光单元的个数(纸面的上下方向上的个数)，在中央(入射角0°)为三个，在中间(入射角3.2°)为两个，在周边(入射角14.4°)为一个。

如图11所示那样在受光单元的尺寸相同的情况下，就微透镜而言，使用随着朝向周边而尺寸小、焦距短的。由此，越朝向周边越能够进行高密度的采样。

另外，在指向性传感器的周边，微透镜与受光单元一一对应，成为不具有光瞳分割功能的结构。即，就与环状光学系统14对应的像圈而言，由于在传感器周边的蚀痕，因此成为相比中央光学系统13所对应的像圈实质更小。因此，指向性传感器16a仅在两个像圈重叠的区域配设具有光瞳分割功能的像素，而在像圈不重叠的区域配设不具有光瞳分割功能的像素。

需要说明的是，也可以将微透镜的尺寸设为均匀，且将受光单元的尺寸设为随着朝向周边而变大。在该情况下，随着朝向周边而受光单元的受光面积变大，在S/N(信噪比)方面是有利的。

另一方面，在图12所示的遮光掩膜方式的指向性传感器的情况下，若将遮光掩膜的形状在传感器中心和周边设为均匀，则在传感器周边，没有光入射的毫无用处的受光单元产生，从而光的利用效率下降。

图13是表示本发明所涉及的指向性传感器16b的第二实施方式的图。该指向性传感器16b根据按照传感器面的位置而变化的中央光学系统13以及环状光学系统14的光瞳形状，而采用具有与该光瞳形状对应的形状/尺寸的开口的遮光掩膜。

即，在传感器中央，使用具有圆形及圆环状的开口的遮光掩膜，由于圆环光瞳随着朝向周边而渐渐成为月牙状，因此遮光掩膜的开口形状也成为相同的形状。同时，优选使微(聚光)透镜的光轴相对于受光单元稍微错位(进行按比例调整(scaling))。另外，在圆环光瞳完全蚀痕的周边的区域，也可以去掉环状光学系统14用的受光单元而仅采用中央光学系统13用的受光单元。在该情况下，无需在传感器周边的中央光学系统13用的受光单元中设置遮光掩膜，就能够增加在传感器周边的入射光量。

[指向性传感器16a的新技术问题]

图11所示的第一实施方式的指向性传感器16a，如上所述，越朝向传感器周边越能够进行高密度的采样。若换个角度看，则中央的采样密度变低这样问题产生。

为此，针对该问题通过摄影光学系统侧进行应对。具体而言，采用在中央和周边而被摄体空间的放大率(成像倍率)不同这样的成像特性的光学系统。即，就中央光学系统13而言，使用如图14所示的鱼眼透镜那样的具有成像倍率在中央部大且在周边侧小的成像特性的光学系统。由此，最终使被摄体空间的采样密度变得均匀。

另一方面，第一实施方式的指向性传感器16a，针对与环状光学系统14对应的图像，越朝向传感器中央越能够进行高密度的采样。

为此，就环状光学系统14而言，使用具有其成像倍率在内径侧小且在外径侧大的成像特性(逆向鱼眼透镜这样的特性)的光学系统。由此，能够使被摄体空间的采样密度变得均匀。

返回到图2，摄像装置10具备：具有图3至图5所说明的中央光学系统13及环状光学系统14的摄影光学系统12；以及图11所说明的第一实施方式的指向性传感器16a或图13所说明的第二实施方式的指向性传感器16b中的任意一方的指向性传感器16。装置整体的动作被中央处理装置(CPU)40统一控制。

在摄像装置10中，设置有快门按钮38-1、模式转盘(模式切换装置)、再现按钮、MENU/OK键、十字键、BACK键等的操作部38。来自该操作部38的信号被输入至CPU40，CPU40基于输入信号来控制摄像装置10的各电路，例如进行摄影动作控制、图像处理控制、图像数据的记录/再现控制、液晶监视器(LCD)30的显示控制等。

快门按钮38-1(图1)是用于输入摄影开始的指示的操作按钮，由具有半按下时接通的S1开关以及全按下时接通的S2开关的两级行程式的开关构成。

模式转盘是用于对静态图像进行摄影的自动摄影模式、手动摄影模式、人物、风景、夜景等的场景定位、以及对动态图像进行摄影的动态图像模式进行切换的选择机构。另外，模式转盘作为在摄影模式时切换第一摄影模式、第二摄影模式、以及混合摄影模式等的选择机构发挥功能，其中，该第一摄影模式获取经由中央光学系统13而成像的第一图像(广角图像)，该第二摄影模式获取经由环状光学系统14而成像的第二图像(望远图像)，该混合摄影模式同时获取广角图像及望远图像。

再现按钮是用于切换成使摄影记录到的静态图像或动态图像在液晶监视器30显示的再现模式的按钮。MENU/OK键是兼具作为菜单按钮的功能和作为OK按钮的功能的操作键，其中，该菜单按钮用于进行使液晶监视器30的画面上显示菜单的指令，该OK按钮对选择内容的确定以及执行等进行指令。十字键是用于输入上下左右这四个方向上的指示的操作部，作为从菜单画面选择项目或者从各菜单指示各种设定项目的选择的按钮(光标移动操作机构)发挥功能。另外，十字键的上/下键作为摄影时的变焦开关或者再现模式时的再现缩放开关发挥功能，左/右键作为再现模式时的帧快进(顺方向/反方向快进)按钮发挥功能。BACK键在消除选择项目等所希望的对象或取消指示内容、或者返回到前一个操作状态等时使用。

在摄影模式时，被摄体光经由摄影光学系统12而被成像于指向性传感器16的受光面上。

在指向性传感器16的各受光单元的受光面上所成像的被摄体像被转换成与其入射光量对应的量的信号电压(或者电荷)。需要说明的是，指向性传感器16按微透镜而配设有RGB的滤色器。

指向性传感器16所储存的信号电压(或者电荷)被储存在受光单元本身中或者所附设的电容器中。通过传感器控制部32(图像读取装置)并使用利用了X-Y寻址方式的MOS型摄像元件(所谓的CMOS传感器)的方法，将所储存的信号电压(或者电荷)与像素位置的选择一起读出。

由此，能够从指向性传感器16读出表示由对应于中央光学系统13的像素组构成的广角图像(第一图像)的图像信号、以及表示由对应于环状光学系统14的像素组构成的望远图像(第二图像)的图像信号。

从指向性传感器16读出的图像信号(电压信号)，通过相关双采样处理(以减轻传感器输出信号所包含的噪声(尤其是热噪声)等为目的，通过获取传感器的每一个像素的输出信号所包含的馈通(Feedthrough)成分电平与像素信号成分电平之差而获得准确的像素数据的处理)对每个像素的R、G、B信号进行采样保持，并且在放大后被施加给A/D转换器21。A/D转换器21将依次输入的R、G、B信号转换成数字R、G、B信号，并输出至图像输入控制器22。需要说明的是，在MOS型传感器中内置有A/D转换器的情形存在，在该情形下，从指向性传感器16直接输出R、G、B的数字信号。

通过选择指向性传感器16的像素位置并读出像素数据，能够选择性地读出表示广角图像的图像信号和表示望远图像的图像信号，但也可以从指向性传感器16读出所有像素数据并暂时存储于存储器(SDRAM)48，从存储器48提取广角图像和望远图像这两个图像数据。

数字信号处理部24针对经由图像输入控制器22输入的数字图像信号，进行偏置处理、包含白平衡修正以及感度修正在内的增益控制处理、伽马修正处理、从RGB信号转换成亮度信号Y、色差信号Cr、Cb的RGB/YC转换处理等规定的信号处理。

由图像处理部25处理完的图像数据被输入至VRAM(Video Random AccessMemory：视频随机存取存储器)50。从VRAM50读出的图像数据在视频编码器28中被编码后，被输出至相机背面所设置的液晶监视器30，由此被摄体像显示在液晶监视器30的显示画面上。

当操作部38的快门按钮38-1的第一阶段的按压(半按下)存在，则CPU40开始AE动作，且从A/D转换器21输出的图像数据被取入至AE检测部44。

通过AE检测部44，对画面整体的G信号进行积分、或者对在画面中央部和周边部进行了不同的加权后的G信号进行积分，将该积分值输出至CPU40。CPU40根据从AE检测部44输入的积分值来计算被摄体的明亮度(摄影Ev值)，基于该摄影Ev值并按照规定的程序图来决定光阑(未图示)的光阑值以及指向性传感器16的电子快门(快门速度)，基于该决定出的光阑值来控制光阑，并且基于决定出的快门速度而借助传感器控制部32来控制指向性传感器16中的电荷储存时间。

当AE动作结束且快门按钮38-1的第二阶段的按压(全按下)存在，则响应于该按压而从A/D转换器21输出的图像数据，经由图像输入控制器22被输入至存储器(SDRAM：Synchronous Dynamic RAM)48并暂时存储于存储器48中。存储器48中所暂时存储的图像数据通过数字信号处理部24以及图像处理部25被适当地读出，在此进行包含图像数据的亮度数据以及色差数据的生成处理(YC处理)在内的规定的信号处理。进行YC处理后的图像数据(YC数据)被重新存储于存储器48。

存储器48中所存储的YC数据，分别被输出至压缩解压缩处理部26，执行JPEG(Joint Photographic Experts Group：联合图象专家组)等规定的压缩处理，然后借助媒体控制器52而被记录于存储卡54。

而且，当利用模式转盘而选择第一摄影模式或第二摄影模式时，能够选择性地获取广角图像或望远图像，当利用模式转盘而选择混合摄影模式时，能够同时获取广角图像和望远图像。由此，能够机械性地切换广角透镜和望远透镜，无需变焦透镜的变焦操作就能够获取广角图像和望远图像。

[摄影光学系统的第二实施方式]

图15是表示摄像装置10所应用的摄影光学系统112的第二实施方式的剖视图。另外，图16及图17分别是将摄影光学系统112中的中央光学系统113及环状光学系统114各自分开示出的图。

该摄影光学系统112由分别在同一光轴上所配置的中央部的中央光学系统113和其周边部的环状光学系统114构成(参照图16、图17)。

中央光学系统113是由第一透镜113a、第二透镜113b、第三透镜113c、透镜115a、及保护玻璃115b构成的广角透镜。需要说明的是，保护玻璃115b配设在指向性传感器16的前表面。

环状光学系统114是由第一反射镜114a、第二反射镜114b、透镜114c、透镜115a、以及保护玻璃115b构成的望远透镜。

这里，透镜115a及保护玻璃115b是被中央光学系统113和环状光学系统114共同使用的光学系统。

该第二实施方式的摄影光学系统112，与图3所示的第一实施方式的摄影光学系统12相比，少一枚环状光学系统的透镜。

另外，成像位置位于比第一反射镜114a更靠物侧的位置，指向性传感器16配置在比第一反射镜114a更靠物侧的位置。由此，能够使包含摄影光学系统112以及指向性传感器16在内的摄像单元的厚度成为摄影光学系统112的厚度。

如图16所示，包含第一透镜113a、第二透镜113b、第三透镜113c、透镜115a、及保护玻璃115b等在内的中央光学系统113的数值实施例以下述的[表3]示出。需要说明的是，在图16中，Si(i＝1～12)表示面编号的面。

<第二实施方式的数值实施例(中央光学系统113：广角透镜)>

[表3]

图17是仅表示图15所示的摄影光学系统112中的环状光学系统114的剖视图。

如图17所示，包含第一反射镜114a、第二反射镜114b、透镜114c、透镜115a、及保护玻璃115b等在内的环状光学系统114的数值实施例以下述的[表4]示出。需要说明的是，在图17中，Si(i＝1～13)表示面编号的面。

＜第二实施方式的数值实施例(环状光学系统114：望远透镜)＞

[表4]

[摄影光学系统的第三实施方式]

图18是表示摄像装置10所应用的摄影光学系统的第三实施方式的剖视图。

该摄影光学系统212由分别在同一光轴上所配置的中央部的中央光学系统213和其周边部的环状光学系统214构成。

中央光学系统213是由第一透镜213a、第二透镜213b、及透镜215构成的望远透镜，其具有视场角α。

环状光学系统214是由透镜214a以及透镜215构成的广角透镜，其具有视场角β(β＞α)，环状光学系统214相比中央光学系统213而为广角。这里，透镜215是在中央光学系统213和环状光学系统214中共同使用的光学系统。

就第三实施方式的摄影光学系统212而言，与第一、第二实施方式的摄影光学系统相比，不使用反射镜，另外，中央光学系统213为望远透镜且环状光学系统214为广角透镜，这些点不同。

作为摄像装置10的另一实施方式，例如举出具有相机功能的便携电话、智能手机、PDA(Personal Digital Assistants：个人数字助理)、便携型游戏机。以下以智能手机为例，参照附图详细进行说明。

＜智能手机的结构＞

图19是表示作为摄像装置10的另一实施方式的智能手机500的外观的图。图19所示的智能手机500具有平板状的筐体502，在筐体502的一面具备使作为显示部的显示面板521和作为输入部的操作面板522成为一体的显示输入部520。另外，筐体502具备扬声器531、话筒532、操作部540、及相机部541。需要说明的是，筐体502的结构并不局限于此，例如，也能够采用显示部和输入部独立的结构、或采用折叠构造或具有滑块机构的结构。

图20是表示图19所示的智能手机500的结构的框图。如图20所示，作为智能手机的主要构成要素，具备无线通信部510、显示输入部520、通话部530、操作部540、相机部541、存储部550、外部输入输出部560、GPS(Global Positioning System：全球定位系统)接收部570、运动传感器部580、电源部590、以及主控制部501。另外，作为智能手机500的主要功能，具备经由基站装置BS和移动通信网NW进行移动无线通信的无线通信功能。

无线通信部510按照主控制部501的指示，对收容于移动通信网NW的基站装置BS进行无线通信。使用该无线通信，进行声音数据、图像数据等各种文件数据、电子邮件数据等的收发、Web数据、流数据等的接收。

显示输入部520是通过主控制部501的控制使图像(静态图像及动态图像)、文字信息等得以显示从而以视觉方式向用户传递信息、并且检测针对所显示的信息的用户操作的所谓的触摸面板，其具备显示面板521和操作面板522。在观看所生成的3D图像的情况下，显示面板521优选为3D显示面板。

显示面板521将LCD(Liquid Crystal Display：液晶显示器)、OELD(OrganicElectro-Luminescence Display：有机电激发光显示)等用作显示设备。

操作面板522是将在显示面板521的显示面上所显示的图像以能够视认的方式载置、且对由用户的手指或笔尖操作的一个或多个坐标进行检测的设备。当该设备由用户的手指或笔尖进行操作时，将因操作产生的检测信号输出至主控制部501。接着，主控制部501基于接收到的检测信号，来检测显示面板521上的操作位置(坐标)。

如图19所示，智能手机500的显示面板521与操作面板522成为一体而构成显示输入部520，但也可以配置成操作面板522完全覆盖显示面板521。在采用了该配置的情况下，操作面板522还可以具备针对显示面板521外的区域也检测用户操作的功能。换言之，操作面板522也可以具备针对与显示面板521重叠的重叠部分的检测区域(以下称为显示区域)、以及针对除此之外的不与显示面板521重叠的外缘部分的检测区域(以下称为非显示区域)。

需要说明的是，也可以使显示区域的大小与显示面板521的大小完全一致，但并非必须使两者一致。另外，操作面板522也可以具备外缘部分和除此之外的内侧部分这两个感应区域。此外，外缘部分的宽度根据筐体502的大小等而适当设计。此外，作为操作面板522中采用的位置检测方式，举出矩阵开关方式、电阻膜方式、表面弹性波方式、红外线方式、电磁感应方式、静电容量方式等，能够采用任意一种方式。

通话部530具备扬声器531和话筒532，其将通过话筒532输入的用户的声音转换成可由主控制部501处理的声音数据后输出至主控制部501，并且对由无线通信部510或外部输入输出部560接收到的声音数据进行解码后从扬声器531输出。另外，如图19所示，例如能够将扬声器531搭载于与设置有显示输入部520的面相同的面，将话筒532搭载于筐体502的侧面。

操作部540是使用了键开关等的硬件键，用于受理来自用户的指示。例如，操作部540是搭载于智能手机500的筐体502的显示部的下部、下侧面的按钮式的开关，该按钮式的开关当用手指等按下时接通而当松开手指时通过弹簧等的恢复力而成为断开状态。

存储部550存储主控制部501的控制程序、控制数据、与来电人的名称和电话号码等建立了对应的寻址数据、收发到的电子邮件的数据、通过Web浏览而下载的Web数据、下载的内容数据，此外还暂时存储流数据等。另外，存储部550由智能手机内置的内部存储部551和具有装卸自如的外部存储器插槽的外部存储部552构成。需要说明的是，构成存储部550的各个内部存储部551和外部存储部552使用闪存型(flash memory type)、硬盘型(harddisk type)、多媒体卡微型(multimedia card micro type)、卡型的存储器(例如Micro SD(注册商标)存储器等)、RAM(RandomAccess Memory：随机存取存储器)、ROM(Read OnlyMemory：只读存储器)等存放介质来实现。

外部输入输出部560起到与连结到智能手机500的所有外部设备之间的接口的作用，用于与其他外部设备通过通信等(例如通用串行总线(USB)、IEEEl394等)，或者通过网络(例如因特网、无线LAN、蓝牙(Bluetooth)(注册商标)、RFID(Radio FrequencyIdentification：射频识别)、红外线通信(Infrared Data Association：IrDA)(注册商标)，UWB(Ultra Wideband)(注册商标)、物联网(ZigBee)(注册商标)等)而直接或间接地连接。

作为与智能手机500连结的外部设备具有：例如有线/无线头戴式受话器、有线/无线外部充电器、有线/无线数据端口、经由卡插槽而连接的存储卡(Memory card)或SIM(Subscriber Identity Module Card：用户身份识别卡)/UIM(User Identity ModuleCard：用户身份识别卡)卡、经由音像I/O(Input/Output)端子而连接的外部音像设备、无线连接的外部音像设备、有线/无线连接的智能手机、有线/无线连接的个人计算机、有线/无线连接的PDA、有线/无线连接的个人计算机、耳机等。外部输入输出部能够将接收到的从上述那样的外部设备传送的数据传递给智能手机500的内部的各构成要素、且将智能手机500的内部数据传送给外部设备。

GPS接收部570按照主控制部501的指示，接收从GPS卫星STl～STn发送的GPS信号，执行基于接收到的多个GPS信号的测位运算处理，并检测出该智能手机500的由纬度、经度、高度构成的位置。GPS接收部570在可从无线通信部510、外部输入输出部560(例如无线LAN)获取位置信息时，也能够使用该位置信息来检测位置。

运动传感器部580例如具备三轴加速度传感器等，并且按照主控制部501的指示，检测智能手机500的物理变动。通过检测智能手机500的物理变动，从而能够检测智能手机500的变动方向和加速度。该检测结果被输出至主控制部501。

电源部590按照主控制部501的指示，向智能手机500的各部供给储存在蓄电池(未图示)中的电力。

主控制部501具备微处理器，其按照存储部550所存储的控制程序和控制数据进行动作，从而统一控制智能手机500的各部。另外，主控制部501具备用于控制通信系统的各部的移动通信控制功能和应用程序处理功能，以便通过无线通信部510来进行声音通信、数据通信。

应用程序处理功能通过主控制部501按照存储部550所存储的应用程序软件进行动作而实现。作为应用程序处理功能，例如具有：控制外部输入输出部560而与对象设备进行数据通信的红外线通信功能、进行电子邮件的收发的电子邮件功能、阅览Web页的Web浏览功能等。

另外，主控制部501具备基于接收数据或下载的流数据等图像数据(静态图像、动态图像的数据)而将影像显示于显示输入部520等的图像处理功能。图像处理功能是指，主控制部501对上述图像数据进行解码后对该解码结果实施图像处理并将图像显示于显示输入部520的功能。

此外，主控制部501执行针对显示面板521的显示控制、以及对利用了操作部540、操作面板522的用户操作进行检测的操作检测控制。

通过显示控制的执行，主控制部501显示用于起动应用程序软件的图标、滚动条等软件键，或者显示用于制作电子邮件的窗口。需要说明的是，滚动条是指，用于针对未完全落入显示面板521的显示区域的较大图像等，受理使图像的显示部分移动的指示的软件键。

另外，通过操作检测控制的执行，主控制部501检测利用了操作部540的用户操作、或者通过操作面板522来受理针对上述图标的操作或针对上述窗口的输入栏的字符串的输入、或受理利用了滚动条的显示图像的滚动请求。

此外，通过操作检测控制的执行，主控制部501具备如下的触摸面板控制功能：判定操作面板522所对应的操作位置是与显示面板521重叠的重叠部分(显示区域)还是除此之外的未与表示面板521重叠的外缘部分(非显示区域)，从而控制操作面板522的感应区域和软件键的显示位置。

另外，主控制部501也能够检测操作面板522所对应的手势操作，根据检测到的手势操作来执行预先设定的功能。手势操作是指，并非现有的简单的触摸操作，而是利用手指等描绘轨迹的操作、或者同时指定多个位置的操作、或将这些操作组合，针对多个位置的至少一个描绘轨迹的操作。

相机部541是利用CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor：互补金属氧化物半导体)、CCD(Charge-Coupled Device：电荷耦合器件)等摄像元件来进行电子摄影的数码相机。该相机部541中能够应用上述的摄像装置10。无需机械切换机构等就能够拍摄广角图像和望远图像，优选作为组入到如智能手机500那样的薄型的便携终端的相机部。

另外，相机部541通过主控制部501的控制，能够将由摄影获得的图像数据转换成例如JPEG(Joint Photographic coding Experts Group)等压缩后的图像数据并记录于存储部550，或者通过外部输入输出部560、无线通信部510而输出。在图19所示的智能手机500中，相机部541搭载于与显示输入部520相同的面，但相机部541的搭载位置并不局限于此，也可以搭载于显示输入部520的背面，或者还可以搭载多个相机部541。需要说明的是，在搭载有多个相机部541的情况下，切换用于摄影的相机部541而单独进行摄影，或者也能够同时使用多个相机部541进行摄影。

另外，相机部541能够用于智能手机500的各种功能。例如，能够在显示面板521中显示由相机部541获取到的图像、或者将相机部541的图像用作操作面板522的操作输入之一。另外，在GPS接收部570检测位置时，也能够参照来自相机部541的图像来检测位置。此外，也能够参照来自相机部541的图像，不使用三轴加速度传感器或与三轴加速度传感器并用地来判断智能手机500的相机部541的光轴方向、或判断目前的使用环境。当然还能够在应用程序软件内利用来自相机部541的图像。

[其他]

摄影光学系统的第一、第二实施方式的反射镜型的透镜结构中的反射镜并不局限于凹镜或凸镜，也可以是平面镜，另外，反射镜的枚数也不局限于两枚，也可以设置三枚以上。

另外，本实施方式的摄影光学系统将中央光学系统及环状光学系统中的一方设为广角透镜、将另一方设为望远透镜，但并不局限于此，也可以将广角透镜及望远透镜中的一方设为标准透镜，此外，还可以设置中央光学系统以及直径不同的两个环状光学系统，而将广角透镜、标准透镜、及望远透镜分配给各光学系统。

另外，作为用于使指向性传感器具有光瞳指向性的光瞳分割机构，不局限于图6所示的瞳像分离方式的机构、遮光掩膜方式的机构，能够应用使用了光瞳分割偏振光元件的机构等。

此外，也可以设置中央光学系统以及环状光学系统的共用透镜、或者使指向性传感器在光轴方向上移动的移动机构，由此进行焦点调节。

另外，本发明并不局限于上述的实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内当然也能够进行各种变形。

附图标号说明：

10...摄像装置，12、112、212...摄影光学系统，13、113、213...中央光学系统，14、114、214...环状光学系统，16、16a、16b...指向性传感器，17a、17b...微透镜，18...受光单元，19、19a、19b...遮光掩膜，24...数字信号处理部，25...图像处理部，32...传感器控制部，38...操作部，40...中央处理装置(CPU)。

Claims

1.一种摄像装置，其中，具备：

摄影光学系统，由分别在同一光轴上所配置的中央部的中央光学系统和其周边部的环状光学系统构成；

指向性传感器，具有由二维状排列的光电转换元件构成的多个像素，该指向性传感器包含使经由所述中央光学系统及所述环状光学系统所入射的光束分别进行光瞳分割后而选择性地接收的多个像素；以及

图像读出装置，从所述指向性传感器分别获取表示经由所述中央光学系统而接收到的第一图像的图像信号、和表示经由所述环状光学系统而接收到的第二图像的图像信号，

所述指向性传感器使用与在像面位置的所述中央光学系统及所述环状光学系统的光瞳形状相应的指向特性，

所述指向性传感器具有作为光瞳分割机构发挥功能的微透镜，由该微透镜使瞳像分离后分别入射的、每个微透镜的所述像素的个数，按照随着像高变高而减少的方式分配。

2.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，

所述指向性传感器的各像素的尺寸相同，所述微透镜按照随着像高变高而使用尺寸小的微透镜的方式构成。

3.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，

所述微透镜的尺寸相同，所述指向性传感器的像素的尺寸随着像高变高而增大。

4.根据权利要求2所述的摄像装置，其中，

所述中央光学系统中，其成像倍率在中央部较大而在周边侧较小。

5.根据权利要求2或4所述的摄像装置，其中，

所述环状光学系统中，其成像倍率在内径侧较小而在外径侧较大。

6.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，

所述指向性传感器具有作为光瞳分割机构发挥功能的遮光掩膜，该遮光掩膜使用与在像面位置的所述中央光学系统及所述环状光学系统的光瞳形状相应的开口形状的掩膜。

7.一种摄像装置，其中，具备：

所述中央光学系统的第一像圈与所述环状光学系统的第二像圈不同，

所述指向性传感器仅在所述第一像圈与第二像圈重叠的区域，配设有所述光瞳分割后而选择性地接收的像素。

8.根据权利要求7所述的摄像装置，其中，

所述中央光学系统相比所述环状光学系统而为广角。

9.一种摄像装置，其中，具备：

所述中央光学系统相比所述环状光学系统而为广角

所述环状光学系统具有使光束反射两次以上的反射光学系统。

10.根据权利要求9所述的摄像装置，其中，

所述指向性传感器位于比使光束最初反射的反射光学系统更靠物侧的位置。

11.根据权利要求9所述的摄像装置，其中，

所述中央光学系统和所述环状光学系统共同使用一部分的光学系统。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的摄像装置，其中，

所述摄像装置还具备模式切换装置，该模式切换装置切换焦距不同的第一摄影模式和第二摄影模式，

当由所述模式切换装置切换为所述第一摄影模式时，所述图像读出装置从所述指向性传感器获取表示经由所述中央光学系统而接收到的所述第一图像的图像信号，当由所述模式切换装置切换为所述第二摄影模式时，所述图像读出装置从所述指向性传感器获取表示经由所述环状光学系统而接收到的所述第二图像的图像信号。

13.根据权利要求12所述的摄像装置，其中，

所述模式切换装置具有：切换为用于进行焦距不同的两种摄影的混合摄影模式的切换功能，

当由所述模式切换装置切换为混合摄影模式时，所述图像读出装置从所述指向性传感器同时获取表示经由所述中央光学系统而接收到的所述第一图像的图像信号、和表示经由所述环状光学系统而接收到的所述第二图像的图像信号。