(57)【要約】【課題】光軸まわりの角度に応じた位相差を通過する光に与えることで被写界深度を拡大することができる光学系を提供すること。【解決手段】光学系は、光軸まわりの角度に応じた位相差を物点からの光に対して与える光変調部を有し、光変調部による位相変調により、物点からの光を物点までの距離によらず略一定の大きさに広げる。光変調部は、角度に対して単調に変化する位相差を与えてよい。光変調部は、角度に略比例する位相差を与えてもよい。光変調部は、光軸からの距離が異なる複数の領域のそれぞれを通過する光に、それぞれ角度に対して単調に変化する位相差を与え、光変調部における複数の領域の少なくともいずれかは、他の領域が与える位相差の角度依存性と異なる角度依存性の位相差を、通過する光に与えてよい。【選択図】図１
2010134372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸まわりの角度に応じた位相差を物点からの光に対して与える光変調部を有し、
前記光変調部による位相変調により、物点からの光を物点までの距離によらず略一定の大きさに広げる
光学系。
【請求項２】
前記光変調部は、前記角度に対して単調に変化する位相差を与える
請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
前記光変調部は、前記角度に略比例する位相差を与える
請求項２に記載の光学系。
【請求項４】
前記光変調部は、前記光軸からの距離が異なる複数の領域のそれぞれを通過する光に、それぞれ前記角度に対して単調に変化する位相差を与え、
前記光変調部における前記複数の領域の少なくともいずれかは、他の前記領域が与える位相差の角度依存性と異なる角度依存性の位相差を、前記通過する光に与える
請求項２または３に記載の光学系。
【請求項５】
前記光変調部における前記複数の領域は、他の前記領域が与える前記位相差の角度依存性と異なる角度依存性の位相差を、通過する光に与える
請求項４に記載の光学系。
【請求項６】
前記光変調部における前記複数の領域の少なくともいずれかは、他の前記領域が与える前記位相差の単位角度あたりの変化率の符号と異なる符号の変化率で単位角度変化あたりに変化する位相差を、通過する光に与える
請求項４または５に記載の光学系。
【請求項７】
前記位相差の変化率の大きさは、前記光軸からより離れた位置の前記領域においてより大きい
請求項４乃至６のいずれかに記載の光学系。
【請求項８】
前記光変調部は、全周にわたって単調に変化する位相差を与える
請求項２乃至７のいずれかに記載の光学系。
【請求項９】
物点からの光を前記光軸上における所定位置の近傍に結像する結像部
をさらに備える請求項１乃至８のいずれかに記載の光学系。
【請求項１０】
前記光学系は、
前記結像部を有する結像レンズと、
前記光変調部を有する光学素子と
をさらに備える請求項９に記載の光学系。
【請求項１１】
光軸まわりの角度に応じた位相差を物点からの光に対して与える光変調部を有し、前記光変調部による位相変調により、物点からの光を物点までの距離によらず略一定の大きさに広げる光学系と、
前記光学系を通じて被写体を撮像する撮像部と
を備える撮像装置。
【請求項１２】
前記光学系の光学伝達関数に基づいて、前記画像における光の広がりによる画像情報が補正された補正画像を生成する画像処理部
をさらに備える請求項１１に記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記光変調部は、前記角度に対して単調に変化する位相差を与える
請求項１２に記載の撮像装置。
【請求項１４】
前記光変調部は、前記角度に略比例する位相差を与える
請求項１３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、光学系および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
３次曲面を有する位相板を使用することによって光学システムの光伝達関数を焦点位置から或るレンジ内で実質的に一定に留めるとする技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特表平１１−５００２３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
被写界深度を大きくするためには、光学系を通過後の光線を、光軸方向にできるだけ長く光軸まわりに沿わせることが望ましい。上記特許文献１に記載の技術によると、ｘおよびｙ座標について３次式で表される曲面の位相板が使用される。この位相板を通過後の光線の中には光軸に急速に近づいて光軸と交わるものも存在する。このような光線は、光軸との交点から離れるにつれて光軸から急速に離れていくので、被写界深度を狭める方向に作用する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、光学系であって、光軸まわりの角度に応じた位相差を物点からの光に対して与える光変調部を有し、光変調部による位相変調により、物点からの光を物点までの距離によらず略一定の大きさに広げる。
【０００５】
光変調部は、角度に対して単調に変化する位相差を与えてよい。光変調部は、角度に略比例する位相差を与えてよい。
【０００６】
光変調部は、光軸からの距離が異なる複数の領域のそれぞれを通過する光に、それぞれ角度に対して単調に変化する位相差を与え、光変調部における複数の領域の少なくともいずれかは、他の領域が与える位相差の角度依存性と異なる角度依存性の位相差を、通過する光に与えてよい。
【０００７】
光変調部における複数の領域は、他の領域が与える位相差の角度依存性と異なる角度依存性の位相差を、通過する光に与えてよい。
【０００８】
光変調部における複数の領域の少なくともいずれかは、他の領域が与える位相差の単位角度あたりの変化率の符号と異なる符号の変化率で単位角度変化あたりに変化する位相差を、通過する光に与えてよい。
【０００９】
位相差の変化率の大きさは、光軸からより離れた位置の領域においてより大きくてよい。光変調部は、全周にわたって単調に変化する位相差を与えてよい。
【００１０】
物点からの光を光軸上における所定位置の近傍に結像する結像部をさらに備えてよい。光学系は、結像部を有する結像レンズと、光変調部を有する光学素子とをさらに備えてよい。
【００１１】
本発明の第２の形態によると、撮像装置であって、光軸まわりの角度に応じた位相差を物点からの光に対して与える光変調部を有し、光変調部による位相変調により、物点からの光を物点までの距離によらず略一定の大きさに広げる光学系と、光学系を通じて被写体を撮像する撮像部とを備える。
【００１２】
光学系の光学伝達関数に基づいて、画像における光の広がりによる画像情報が補正された補正画像を生成する画像処理部をさらに備えてよい。
【００１３】
光変調部は、角度に対して単調に変化する位相差を与えてよい。光変調部は、角度に略比例する位相差を与えてよい。
【００１４】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１６】
図１は、一実施形態に係わる撮像装置１１０のブロック構成の一例を示す。撮像装置１１０は、被写界深度を深くすることができる撮像装置を提供する。なお、撮像装置１１０としては、デジタルカメラの他、撮像機能付きの携帯電話端末、監視カメラ、内視鏡などの、撮像機能を有する撮像機器を例示することができる。
【００１７】
撮像装置１１０は、光学系１００、受光部１７０、制御部１２０、画像処理部１８０、出力部１９０を備える。光学系１００は、結像レンズ２００、光変調部１０４、ならびに、絞り部１０６を備える。
【００１８】
結像レンズ２００は、物点からの光を光軸上における所定位置の近傍に結像する。結像レンズ２００は、光軸まわりに対象な形状を有してよい。なお、結像レンズ２００は、この発明における結像部の一例であってよい。また、結像レンズ２００は、複数の光学素子により形成されるレンズ系であってよい。
【００１９】
絞り部１０６は、光学系１００を通過する光を絞る。本図の例では、絞り部１０６は、結像レンズ２００および光変調部１０４の少なくともいずれかの光学素子の間に設けられている。他の構成では、絞り部１０６は、結像レンズ２００および光変調部１０４のいずれの光学素子より物体側に設けられてもよく、結像レンズ２００および光変調部１０４のいずれの光学素子より受光部１７０側に設けられてもよい。
【００２０】
光学系１００は、光変調部１０４による位相変調により、物点からの光を物点までの距離によらず略一定の大きさに広げる。具体的には、光学系１００の光学伝達関数は、物点からの光を物点までの距離に対して略一定の大きさに広げる。光変調部１０４の光学特性については、図２Ａ以降の図に関連して後述する。
【００２１】
図示されるように、光学系１００は、光変調部１０４および結像レンズ２００のように、上述した光学特性をそれぞれ持つ異なる光学素子で実現されてよい。他の形態では、光変調部１０４および結像レンズ２００の機能は、一の光学素子で実現されてよい。また、光学系１００の光学特性は、光変調部１０４および結像レンズ２００の合成の光学特性を持つよう設計された複数の光学素子により実現されてもよい。
【００２２】
受光部１７０は、光学系１００を通過した被写体光を受光する。受光部１７０は、光学系１００の光軸に垂直な面上に２次元的に配置された複数の撮像素子を有する。複数の撮像素子は、光学系１００を通過した光をそれぞれ受光する。
【００２３】
なお、受光部１７０が有する撮像素子は、ＣＣＤ型の撮像素子であってよく、ＣＭＯＳ型の撮像素子であってもよい。各撮像素子の受光量を示す撮像信号は、画像処理部１８０に供給される。なお、受光部１７０は、光学系１００を通じて被写体を撮像する撮像部として機能する。
【００２４】
画像処理部１８０は、撮像信号に基づき画像を生成する。画像処理部１８０は、各撮像素子からの撮像信号をそれぞれＡ／Ｄ変換することにより、デジタルの画像を生成する。そして、画像処理部１８０は、光学系１００による点像強度分布に基づいて、複数の撮像素子により撮像された画像における光学系１００による点像の広がりが補正された補正画像を生成する。
【００２５】
例えば、画像処理部１８０は、光学系１００の光学伝達関数に基づく逆フィルタを画像に施すことにより、補正画像を生成してよい。画像処理部１８０が、撮像された画像に、光学系１００の光学伝達関数に基づく補正処理を施すことにより、光学系１００により広がった物点の像は、補正画像において点像に復元される。このように、画像処理部１８０は、光学系１００の光学伝達関数に基づいて、画像における光の広がりによる画像情報が補正された補正画像を生成する。これにより、光学系１００によってぼけた被写体像は、補正画像において鮮明な像に復元される。
【００２６】
出力部１９０は、画像処理部１８０により生成された補正画像を出力する。例えば、出力部１９０は、画像を記録する記録媒体に補正画像を出力してよい。出力部１９０は、撮像装置１１０の外部に補正画像を出力してよい。例えば、出力部１９０は、パーソナルコンピュータ、プリンタ、ディスプレイなどの出力機器に、補正画像を出力してよい。
【００２７】
なお、制御部１２０は、光学系１００の位置、絞り部１０６の絞り開度など、光学系１００の結像特性を制御する。なお、制御部１２０は、結像レンズ２００の位置を制御することによって、光学系１００の焦点距離を制御してもよい。
【００２８】
記録媒体１５２は、撮像装置１１０用のプログラムを格納している。記録媒体１５２が格納するプログラムは、コンピュータ等の電子情報処理装置にインストールされ、コンピュータ等の電子情報処理装置を、本実施形態における画像処理部１８０、制御部１２０、および出力部１９０を有する処理部１５０として機能させる。記録媒体１５２は、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等であってよい。また、当該プログラムは、本実施形態における処理部１５０として機能させるコンピュータ等の電子情報処理装置に、通信回線を通じて提供されてよい。
【００２９】
図２Ａは、結像レンズ２００の一例を示す。結像レンズ２００により、線２５０ａで示す入射光線は線２５０ｂで示す出射光となり、光軸２０２上の結像点２８０に結像する。ｘ軸２３０およびｙ軸２４０は、結像点２８０を原点とする結像面上の座標軸を示す。なお、ｘ軸２３０に平行に引かれた補助線２１０、ｙ軸２４０に平行な補助線２２０、結像レンズ２００の表面を概念的に示す補助線２９０ａおよびｂは、結像レンズ２００の形状を概略示すための補助線であり、実際の結像レンズ２００が備えるものを示しているわけではない。これは、以後の図においても同様である。また、以後の説明では、図示した光軸２０２方向をｚ軸にとる。
【００３０】
図２Ｂは、結像レンズ２００のデフォーカス特性を示す。本図の上段に、結像レンズ２００の瞳関数のグラフ２６０ａ〜ｅが、異なるデフォーカス量に対応づけて示されている。グラフ２６０においては、位相差が濃度で示されている。ここでは、一波長分の位相差が白黒の一組で表されている。なお、本実施形態において、デフォーカス量は、結像レンズ２００の近軸像面から評価像面までのオフセット量を示す。
【００３１】
例えば、デフォーカス量が０である場合の瞳関数のグラフ２６０ｃを参照すると、全領域で位相差が０になっていることがわかる。一方、デフォーカス量が２Ｚ０の場合の瞳関数のグラフ２６０ｅを参照すると、およそ二波長分程度の位相差が生じていることがわかる。
【００３２】
本図の下段には、結像レンズ２００の点広がり関数（ＰＳＦ）のグラフ２７０ａ〜ｅが、異なるデフォーカス量に対応づけて示されている。例えば、デフォーカス量が０である場合の点広がり関数のグラフ２７０ｃを参照すると、対応するグラフ２６０ｃの瞳関数が示すように、物点からの光は一点に結像することがわかる。一方、その他のグラフ２７０ａ、ｂ、ｄ、ｅが示すように、デフォーカス量の大きさが増大するにつれて、ぼけも大きくなっていく。
【００３３】
このように、結像レンズ２００による被写体像は、デフォーカス量に応じてぼけた像となる。このため、異なる距離に存在する被写体を撮像した場合、それらの被写体像は距離に応じて異なるぼけ方でぼけるので、被写体像を同一のフィルタ等により復元しようとしても、鮮明な像に復元されない被写体が存在し得る。
【００３４】
図３Ａは、光変調部１０４の一実施態様を概念的に説明する図である。光変調部１０４は、以後の図に関連して説明する単位プリズム要素を光軸２０２まわりに複数配置したような表面形状を有している。結像レンズ２００を通過して光変調部１０４が有する各単位プリズム要素を通過した光線は、一点に結像することなく、撮像面において原点（撮像面とｚ軸との交点）から所定距離だけ離れた円上で撮像面と交差する。
【００３５】
例えば、光線５５０ａ、光線５５０ｂ、光線５５０ｃ、および光線５５０ｄはそれぞれ異なる単位プリズム要素を通過した光線を示しているが、これらの光線は、それぞれ位置５８０ａ、位置５８０ｂ、位置５８０ｃ、および位置５８０ｄで撮像面と交差する。そして、同一の単位プリズム要素を通過した光線は、撮像面において互いに近い位置で交差する。単位プリズム要素を十分に小さくすれば点像は円環状に近づくことが予測される。この点像がデフォーカス量に対して略同一になれば、光学系１００の光学伝達関数を物点距離に対して略一定とみなすことができ、異なる距離に存在する被写体像を逆フィルタにより実質的に復元することができる。本図で示した単位プリズム要素の作用については、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、および図５Ｂを参照して以下に説明する。
【００３６】
図３Ｂは、光変調部１０４の一実施態様における光学系１００のデフォーカス特性を示す。ここでは、光変調部１０４は、図３Ａに関連して説明した単位プリズム要素を１６個有するとする。
【００３７】
本図の上段に、光学系１００の瞳関数のグラフ５６０ａ〜ｅが、異なるデフォーカス量に対応づけて示されている。ここで、グラフ５６０は、図２Ｂに示した瞳関数のグラフ２６０と同様の描き方で描かれているものとする。グラフ５６０を参照すると、デフォーカス量の変化に応じて、縞模様は変化しているが、図２Ｂのグラフ２６０に比べると、縞模様の形は十分に保たれているといえる。
【００３８】
本図の下段には、光学系１００の点広がり関数（ＰＳＦ）のグラフ５７０ａ〜ｅが、異なるデフォーカス量に対応づけて示されている。グラフ５７０ａ〜ｅを参照すると、図３Ａに関連して定性的に説明したように、点広がり関数は、各単位プリズム要素に対応するスポットを有している。そして、個々のスポットの位置および大きさは、デフォーカス量が変化した場合でもほとんど変わっていない。このため、光学系１００から異なる距離に存在する被写体の像に対して、所定の逆フィルタを適用することでその鮮明な被写体像を得ることができる場合がある。
【００３９】
図４Ａおよび図４Ｂは、光学系１００の光学特性を概念的に説明する図である。本図は、結像レンズ２００によって形成される光路中に、ｘ方向に光線をずらすプリズム３００ａが挿入された場合の光線を示す。プリズム３００ａが存在しない場合には結像レンズ２００によって光軸上の特定の点に向かう光線３５０ａは、プリズム３００ａの存在により向きがそれて、撮像面とはｘ軸上の点３８０ａで交差する。
【００４０】
図４Ｂの上段には、ｘ軸に平行な平面への投影図が示されている。図４Ｂの下段には、ｙ軸に平行な平面への投影図が示されている。これらの図が示すように、光線３５０ｂは、ｘ方向には光軸２０２から離れつつ、ｙ方向には光軸に向かっていることがわかる。このため、光線３５０ｂは、光軸２０２に所定の距離以下に近づくことはないが、光軸２０２から大きく外れてしまうこともない。このように、光線３５０ａは、結像レンズ２００およびプリズム３００ａを通過することで、いわば光軸２０２まわりにまとわりつくような光線３５０ｂに変換される。
【００４１】
図５Ａおよび図５Ｂは、図４Ａの構成にプリズム３００ｂをさらに挿入した構成の光学系による光線の状態を示す。プリズム３００ｂは、プリズム３００ａを光軸２０２まわりに回転させた形で配置されているものとする。結像レンズ２００により光軸に向かう光線３６０ａは、プリズム３００ｂにより向きがそれて、撮像面とはｘ軸上の点３８０ｂで交差する。
【００４２】
図５Ｂの上段には、図４Ｂの上段の図と同様に、ｘ軸に平行な平面への投影図が示されている。また、図５Ｂの下段には、図４Ｂの上段の図と同様に、ｙ軸に平行な平面への投影図が示されている。図４Ｂに関連して説明したように、光線３５０ｂは、結像レンズ２００およびプリズム３００ｂを通過することで、いわば光軸２０２まわりにまとわりつくような光線３６０ｂに変換される。
【００４３】
図３Ａおよび図３Ｂにおいて既に示したように、光変調部１０４は、プリズム３００ａおよびプリズム３００ｂのような単位プリズム要素を多数配置したような表面形状を有している。図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、および図５Ｂについての説明からも理解されるように、光変調部１０４により、物点からの光は図３Ａおよび図３Ｂに示した広がりをもって撮像面に入射する。
【００４４】
ここで、光変調部１０４の各単位プリズム要素をより小さくするとともに、単位プリズム要素を密に配列したとすると、ｚ軸に垂直な断面と単位プリズム要素を通過した光線との交点は円を描くようになる。この円の大きさは、断面の位置がｚ軸方向に進むにつれて小さくなり、断面の位置が所定のｚ方向位置を超えると徐々に大きくなる。言い換えると、光変調部１０４を通過後の光線群は、ｚ軸方向に進むにつれてすぼんでいき、その後徐々に広がっていくような表面を形成することが予測される。したがって、単位プリズム要素を十分に小さなものとすることで、光学系１００は、物点からの光を物点までの距離によらず略同一の大きさに広げることができる。
【００４５】
図６Ａは、光変調部１０４の他の実施態様を示す。図３Ａに関連して説明したような所定の傾きを持つ単位プリズムを光軸２０２まわりに無数に配置したとすると、本図に示すように、光軸２０２まわりに厚さが単調に変化する形状の光学素子にいきつく。この発明における光変調部１０４としては、図３Ａおよび図３Ｂに関連して説明した光変調部１０４の他に、本形状を有する光学素子のように、光軸まわりの全周にわたって単調に変化する位相差を与える光学素子を一態様として例示することができる。
【００４６】
図６Ｂは、光変調部１０４の他の実施態様が与える位相差の回転角依存性の一例を示す。本図には、光変調部１０４の中心から所定の動径位置を通過する光に光変調部１０４が与える位相差を示す。なお、以後の説明における回転角とは、光軸２０２まわりの回転角をいう。図示されるように、光変調部１０４は、回転角θに略比例する位相差を与える。最大の位相差は、ｎを正の整数として２ｎπで表される。
【００４７】
このように、光変調部１０４は、光軸まわりの角度に応じた位相差を物点からの光に対して与えることができる。具体的には、光変調部１０４は、光軸まわりの角度に対して単調に変化する位相差を与える。より具体的には、光変調部１０４は、光軸まわりの角度に対して単調に増加する位相差を与える。例えば、光変調部１０４は、光軸まわりの角度に略比例する位相差を与える。
【００４８】
図６Ｃは、光変調部１０４の他の実施態様における光学系１００のデフォーカス特性を示す。本図の上段に、光学系１００の瞳関数のグラフ６６０ａ〜ｅが、異なるデフォーカス量に対応づけて示されている。ここで、グラフ６６０は、図２Ｂに示した瞳関数のグラフ２６０と同様の描き方で描かれているものとする。グラフ６６０を参照すると、デフォーカス量の変化に応じて縞模様も変化しているが、図２Ｂのグラフ２６０に比べると、縞模様の形が十分に保たれていることがわかる。
【００４９】
本図の下段には、光学系１００の点広がり関数（ＰＳＦ）のグラフ６７０ａ〜ｅが、異なるデフォーカス量に対応づけて示されている。グラフ６７０ａ〜ｅを参照すると、図３Ａおよび図３Ｂなどに関連して定性的に説明したように、点広がり関数は円環状になっている。また、図２Ｂのグラフ２７０では、点像の大きさがデフォーカス量の変化に応じて大きく変化しているのに対して、本図のグラフ６７０ａ〜ｅでは、円環の大きさはデフォーカス量の変化にあまり依存していないことがわかる。このため、光学系１００から異なる距離に存在する被写体に対しても、所定の逆フィルタを適用してその被写体像を得ることができる場合がある。
【００５０】
図７Ａ、図７Ｂ、および図７Ｃは、光変調部１０４の変形例を示す。本図では光変調部１０４の光軸に垂直な断面に投影した断面を示しており、領域７００〜７０４は、結像特性が異なる領域を示している。本変形例の光変調部１０４では、各領域７００〜７０４は、回転角方向の傾斜が互いに異なっている。
【００５１】
図７Ｂは、光変調部１０４が与える位相差の角度依存性の一例を示す。本図には、光変調部１０４の中心から所定の動径範囲の領域を通過する光に与えられる位相差が示されている。図示されるように、光変調部１０４の領域７０４は、回転角θに略比例する位相差を与え、最大の位相差はｎを正の整数として２ｎπになっている。光変調部１０４の領域７０３は、回転角θに略比例する位相差を与え、最大の位相差は、ｍを正の整数として２ｍπである。ただし、ｍ＜ｎとする。他の領域７００〜７０２が与える位相差も、同様に回転角θに略比例する位相差を与え、最大の位相差が２πの正の整数倍となっていてよい。
【００５２】
このように、光変調部１０４は、光軸からの距離が異なる複数の領域７００〜７０４のそれぞれを通過する光に、それぞれ光軸まわりの角度に対して単調に変化する位相差を与える。また、光変調部１０４における複数の領域７００〜７０４の少なくともいずれかは、他の領域が与える位相差の角度依存性と異なる角度依存性の位相差を、通過する光に与える。光変調部１０４における複数の領域７００〜７０４は、いずれも、他の領域が与える位相差の角度依存性と異なる角度依存性の位相差を、通過する光に与えてよい。例えば、複数の領域７００〜７０４のそれぞれが与える位相差の角度に関する微分値が、互いに異なってよい。なお、位相差の変化率の大きさは、光軸からより離れた位置の領域においてより大きくてよい。
【００５３】
図７Ｃは、変形例における光変調部１０４のデフォーカス特性を示す。本図の上段に、光変調部１０４の瞳関数のグラフ７６０ａ〜ｅが、異なるデフォーカス量に対応づけて示されている。グラフ７６０は、図２Ｂに示した瞳関数のグラフ２６０と同様の描き方で描かれている。
【００５４】
本図の下段には、光変調部１０４の点広がり関数（ＰＳＦ）のグラフ７７０ａ〜ｅが、異なるデフォーカス量に対応づけて示されている。グラフ７７０ａ〜ｅを参照すると、図６Ｃに示した点広がり関数に比べると円環が厚くなっている。そして、本図のグラフ７７０ａ〜ｅを参照すると、円環の大きさおよび厚さは、デフォーカス量の変化に対してほとんど依存していないことがわかる。本変形例における円環が厚みは、領域７００〜７０４の各領域の特性の合成により得られるもので、いわば光線が分散された状態になっていると言える。
【００５５】
本図のグラフ７７０ａ〜ｅを参照すると、円環の大きさはデフォーカス量の変化にあまり依存していないことがわかる。このため、光学系１００から異なる距離に存在する被写体に対しても、所定の逆フィルタを適用してその被写体像を得ることができる場合がある。
【００５６】
なお、図６Ｃで示したグラフ６７０を参照すると、円環の厚さは薄く、いわば光線が密集したような状態にある。このため、円環の大きさ、円環の厚さが変化するようなデフォーカス量の変化に対しては、デフォーカス耐性が比較的に低くなる場合がある。一方、グラフ７７０を参照すると、円環が比較的に厚くなっているので、円環の大きさ、円環の厚さが多少変化するようなデフォーカス量の変化に対しても、デフォーカス耐性が比較的に高くなる。
【００５７】
図８は、各領域が与える位相差の回転角依存性の他の一例を示す。本図では、５つの領域のうち、２つの領域７０３および領域７０４における回転角依存性が一例として示されている。図示される回転角依存性と、図７Ｂで示した回転角依存性とは、位相差が０となる角度が異なるという点で異なる。具体的には、位相差が０となる回転角がπずれている。このように、各領域７００〜領域７０４が与える位相差が０となる回転角は、他の少なくともいずれかの領域が与える位相差が０となる角度と異なってよい。
【００５８】
図９は、各領域が与える位相差の回転角依存性の更なる他の一例を示す。本図においても、２つの領域７０３および領域７０４における回転角依存性が一例として示されている。図示される回転角依存性と、図７Ｂで示した回転角依存性とは、領域７０３の傾きの符号が異なる点で異なる。このように、光変調部１０４における複数の領域７００〜７０４の少なくともいずれかは、他の領域が与える位相差の単位角度あたりの変化率の符号と異なる符号の変化率で単位角度変化あたりに変化する位相差を、通過する光に与えてよい。なお、位相差の変化率の大きさは、光軸からより離れた位置の領域においてより大きくてよい。
【００５９】
図１０は、各領域が与える位相差の回転角依存性の更なる他の一例を示す。本図においても、２つの領域７０３および領域７０４における回転角依存性が一例として示されている。領域７０４が与える位相差は、回転角がπまで単調に増加して、回転角πでは最大値２ｎπとなる。ここで、ｎを正の整数とする。そして、領域７０４が与える位相差は、回転角がπから２πにかけては単調に減少する。
【００６０】
一方、領域７０３が与える位相差は、回転角０において２ｍπであり、回転角がπまで単調に減少して、回転角πでは０となる。領域７０３が与える位相差は、回転角がπから２πにかけては単調に増加する。また、領域７０３が与える位相差の最大値は、ｍを正の整数として２ｍπである。
【００６１】
図１１は、光変調部１０４が与える位相差の他の一例を示す。本図は、図３Ａおよび図３Ｂに関連して説明した複数の単位プリズム様の構造と同様の構造の光変調部１０４により得られる位相差分布の一例を示す。図示するように、光変調部１０４が与える位相差は、回転角方向に沿う方向に見ると、０から２ｌπまで単調増加していき、２ｌπに達した後、再び０から２ｌπまで単調増加していく。ここで、ｌは正の整数とする。なお、図７Ａに関連して説明した光変調部１０４が有する複数の領域の少なくとも一の領域が、本図で示すように"くさび形"の位相差分布を有してもよい。
【００６２】
なお、上記において光変調部１０４の一例として種々の曲面形状の位相板を示したが、光変調部１０４は、他の種々の手段で波面を変形させることができる。例えば、光変調部１０４としては、屈折率が変化する光学素子（例えば、屈折率分布型の波面変調光学素子）、レンズ表面へのコーディングにより厚み、屈折率が変化する光学素子（例えば、波面変調ハイブリッドレンズ）、光の位相分布を変調可能な液晶素子（例えば、液晶空間位相変調素子）などを例示することができる。
【００６３】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００６４】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】一実施形態に係わる撮像装置１１０のブロック構成の一例を示す図である。
【図２Ａ】結像レンズ２００の一例を示す図である。
【図２Ｂ】結像レンズ２００のデフォーカス特性を示す図である。
【図３Ａ】光変調部１０４の実施態様を概念的に説明する図である。
【図３Ｂ】光変調部１０４の他の実施態様における光学系１００のデフォーカス特性を示す図である。
【図４Ａ】光学系１００の光学特性を概念的に説明する図である。
【図４Ｂ】光学系１００の光学特性を概念的に説明する図である。
【図５Ａ】プリズム３００ｂをさらに挿入した構成の光学系による光線の状態を示す図である。
【図５Ｂ】プリズム３００ｂをさらに挿入した構成の光学系による光線の状態を示す図である。
【図６Ａ】光変調部１０４の他の実施態様を示す図である。
【図６Ｂ】光変調部１０４の他の実施態様が与える位相差の回転角依存性の一例を示す図である。
【図６Ｃ】光変調部１０４の他の実施態様における光学系１００のデフォーカス特性を示す図である。
【図７Ａ】光変調部１０４の変形例を示す図である。
【図７Ｂ】光変調部１０４の変形例を示す図である。
【図７Ｃ】光変調部１０４の変形例のデフォーカス特性を示す図である。
【図８】各領域が与える位相差の回転角依存性の他の一例を示す図である。
【図９】各領域が与える位相差の回転角依存性の更なる他の一例を示す図である。
【図１０】各領域が与える位相差の回転角依存性の更なる他の一例を示す図である。
【図１１】光変調部１０４が与える位相差の他の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００６６】
１００  光学系
１０４  光変調部
１０６  絞り部
１１０  撮像装置
１２０  制御部
１５２  記録媒体
１７０  受光部
１８０  画像処理部
１９０  出力部
【図１】
2010134372.tif 000003
【図６Ｂ】
2010134372.tif 000004
【図７Ａ】
2010134372.tif 000005
【図７Ｂ】
2010134372.tif 000006
【図８】
2010134372.tif 000007
【図９】
2010134372.tif 000008
【図１０】
2010134372.tif 000009
【図１１】
2010134372.tif 000010
【図２Ａ】
2010134372.tif 000011
【図２Ｂ】
2010134372.tif 000012
【図３Ａ】
2010134372.tif 000013
【図３Ｂ】
2010134372.tif 000014
【図４Ａ】
2010134372.tif 000015
【図４Ｂ】
2010134372.tif 000016
【図５Ａ】
2010134372.tif 000017
【図５Ｂ】
2010134372.tif 000018
【図６Ａ】
2010134372.tif 000019
【図６Ｃ】
2010134372.tif 000020
【図７Ｃ】
2010134372.tif 000021