(57)【要約】  光学系を簡単化でき、コスト低減を図ることができることはもとより、樹脂レンズの変動を抑えることが可能で、膨張によるレンズの性能劣化を抑えることができる撮像装置および情報コード読取装置であって、次画像を形成する光学系２１０および撮像素子２２０と、１次画像を高精細な最終画像に形成する画像処理装置２４０とを含み、光学系２１０は、第１レンズ２１１、第２レンズ２１２、絞り２１３と、第３レンズ２１４、および第４レンズ２１５を含み、第１レンズ２１１、第３レンズ２１４、および第４レンズ２１５はガラスにより形成され、第２レンズ２１２は樹脂により形成され、樹脂レンズのパワーはガラスレンズのパワーに比べて小さく、光学系２１０のパワーに比べて小さいように各パワーが設定されている。
2008081903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系と、
前記光学系を通過した被写体像を撮像する撮像素子と、
前記撮像素子からの信号により画像信号を生成する画像処理部と、を有し、
前記光学系は、ガラスレンズと樹脂レンズとを含み、
樹脂レンズのパワーはガラスレンズのパワーに比べて小さく、樹脂レンズのパワーは、光学系のパワーに比べて小さいようにパワーが設定されており、
前記撮像素子で撮像される被写体分散像は、撮像素子上ではピントが合わず、深度の深い光束とボケ部分が形成された像で、
前記画像処理部は、
前記撮像素子からの被写体分散画像信号より分散のない画像信号を生成する
撮像装置。
【請求項２】
前記光学系は、
物体側の第１レンズと、
前記第１レンズより撮像素子側に配置された第２レンズを少なくとも含み、
前記第１レンズはガラスレンズにより形成され、前記第２レンズは樹脂レンズにより形成される
請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記光学系は、物体側から、
第１レンズ、第２レンズ、第３レンズ、および第４レンズが順に配置され、
前記第１レンズはガラスレンズにより形成され、前記第２、第３、および第４レンズのうち少なくとも第２レンズは樹脂レンズにより形成される
請求項１記載の撮像装置。
【請求項４】
前記光学系において、前記レンズを保持する部分の線膨張係数が前記樹脂レンズに比べて小さい
請求項１記載の撮像装置。
【請求項５】
前記光学系は光波面変調機能を有し、当該光波面変調機能が、前記光学系の光軸をｚ軸とし、互いに直交する２軸をｘ、ｙとしたとき、位相が下記式で表される
請求項１記載の撮像装置。
【数１】
2008081903.tif 000022
【請求項６】
光学系と、
前記光学系を通過した被写体像を撮像する撮像素子と、
前記撮像素子からの信号により画像信号を生成する画像処理部と、を有し、
前記光学系は、ガラスレンズと樹脂レンズとを含み、
樹脂レンズのパワーの合算が正であり、
前記撮像素子で撮像される被写体分散像は、撮像素子上ではピントが合わず、深度の深い光束とボケ部分が形成された像で、
前記画像処理部は、
前記撮像素子からの被写体分散画像信号より分散のない画像信号を生成する
撮像装置。
【請求項７】
前記光学系の各レンズを保持するレンズ保持部と、
前記撮像素子を保持する撮像素子保持部と、を有し、
前記レンズ保持部と前記撮像素子保持部は、前記樹脂レンズのパワーの大きさに応じて相対的な前記光学系の光軸方向の位置関係を変更して固定されている
請求項６記載の撮像装置。
【請求項８】
前記樹脂レンズは、合算焦点距離（fpla）が下記条件式を満たすようなパワーに設定されている
請求項６記載の撮像装置。
fpla  ≧  15.0mm          
【請求項９】
前記光学系の最も前記撮像素子側に配置される最終レンズの撮像素子側の面と撮像素子との間隔の熱によって伸縮する量と光学系の温度変化に伴うバック変動量が合致する
請求項６記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記光学系の各レンズを保持するレンズ保持部と、
前記撮像素子を保持し、前記レンズ保持部と互いに固定される撮像素子保持部と、を有し、
前記光学系の最も前記撮像素子側に配置される最終レンズの撮像素子側の面から撮像素子までの間隔の熱によって伸縮する量が、前記撮像素子保持部の線膨張係数により調整されている
請求項６記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記光学系の各レンズを保持するレンズ保持部と、
前記撮像素子を保持し、前記レンズ保持部と互いに固定される撮像素子保持部と、を有し、
光学系の最終レンズ面から撮像素子までの間隔の熱によって伸縮する量がレンズ保持部と撮像素子保持部の固定位置を変えることによって調整されている
請求項６記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記光学系は光波面変調機能を有し、当該光波面変調機能が、前記光学系の光軸をｚ軸とし、互いに直交する２軸をｘ、ｙとしたとき、位相が下記式で表される
請求項６記載の撮像装置。
【数２】
2008081903.tif 000023
【請求項１３】
情報コードを光学的に読み取る情報コード読取装置であって、
光学系と、
前記光学系を通過した被写体像を撮像する撮像素子と、
前記撮像素子からの信号により画像信号を生成する画像処理部と、を有し、
前記光学系は、ガラスレンズと樹脂レンズとを含み、
樹脂レンズのパワーはガラスレンズのパワーに比べて小さく、樹脂レンズのパワーは、光学系のパワーに比べて小さいようにパワーが設定されており、
前記撮像素子で撮像される被写体分散像は、撮像素子上ではピントが合わず、深度の深い光束とボケ部分が形成された像で、
前記画像処理部は、
前記撮像素子からの被写体分散画像信号より分散のない画像信号を生成する
情報コード読取装置。
【請求項１４】
情報コードを光学的に読み取る情報コード読取装置であって、
光学系と、
前記光学系を通過した被写体像を撮像する撮像素子と、
前記撮像素子からの信号により画像信号を生成する画像処理部と、を有し、
前記光学系は、ガラスレンズと樹脂レンズとを含み、
樹脂レンズのパワーの合算が正であり、
前記撮像素子で撮像される被写体分散像は、撮像素子上ではピントが合わず、深度の深い光束とボケ部分が形成された像で、
前記画像処理部は、
前記撮像素子からの被写体分散画像信号より分散のない画像信号を生成する
情報コード読取装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子を用い、光学系を備えた撮像装置および情報コード読取装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年急峻に発展を遂げている情報のデジタル化に相俟って映像分野においてもその対応が著しい。
特に、デジタルカメラに象徴されるように撮像面はフィルムに変わって固体撮像素子であるＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ），ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサが使用されているのが大半である。【０００３】
このように、撮像素子にＣＣＤやＣＭＯＳセンサを使った撮像レンズ装置は、被写体の映像を光学系により光学的に取り込んで、撮像素子により電気信号として抽出するものであり、デジタルスチルカメラの他、ビデオカメラ、デジタルビデオユニット、パーソナルコンピュータ、携帯電話機、携帯情報端末（ＰＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ  ＤｉｇｉｔａｌＡｓｓｉｓｔａｎｔ）、画像検査装置、自動制御用産業カメラ等に用いられている。【０００４】
図１は、一般的な撮像レンズ装置の構成および光束状態を模式的に示す図である。
この撮像レンズ装置１は、光学系２とＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子３とを有する。
光学系は、物体側レンズ２１，２２、絞り２３、および結像レンズ２４を物体側（ＯＢＪＳ）から撮像素子３側に向かって順に配置されている。【０００５】
撮像レンズ装置１においては、図１に示すように、ベストフォーカス面を撮像素子面上に合致させている。
図２Ａ〜図２Ｃは、撮像レンズ装置１の撮像素子３の受光面でのスポット像を示している。【０００６】
また、位相板により光束を規則的に分散し、デジタル処理により復元させ被写界深度の深い画像撮影を可能にする等の撮像装置が提案されている（たとえば非特許文献１，２、特許文献１〜５参照）。
また、伝達関数を用いたフィルタ処理を行うデジタルカメラの自動露出制御システムが提案されている（たとえば特許文献６，７参照）。【０００７】
また、ＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサなどの画像入力機能を持った装置においては、たとえば風景など、所望の映像とともに、バーコード等の近接静止画像を読み取ることが、極めて有用であることが多い。
バーコードの読み取りは、たとえば第一の例としてレンズを繰り出すオートフォーカスでピントを合わせる技術や、第二の例として深度拡張技術としては、たとえばカメラにおいてＦ値を絞ることで被写界深度を広げて固定ピントとしているものがある。
さらに、ピントの合う被写界を増やす手法は、たとえば特許文献８に開示されている。【０００８】
【非特許文献１】“Wavefront Coding;jointly optimized optical and digital imaging systems”,Edward R.Dowski,Jr.,Robert H.Cormack,Scott D.Sarama.
【非特許文献２】“Wavefront Coding;A modern method of achieving high performance and/or low cost imaging systems”,Edward R.Dowski,Jr.,Gregory E.Johnson.
【特許文献１】ＵＳＰ６，０２１，００５
【特許文献２】ＵＳＰ６，６４２，５０４
【特許文献３】ＵＳＰ６，５２５，３０２
【特許文献４】ＵＳＰ６，０６９，７３８
【特許文献５】特開２００３−２３５７９４号公報
【特許文献６】特開２００４−１５３４９７号公報
【特許文献７】特開２００４−３７７３３号公報
【特許文献８】特開２００２−２７０４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した各文献にて提案された撮像装置においては、その全ては通常光学系に上述の位相板を挿入した場合のＰＳＦ（Ｐｏｉｎｔ−Ｓｐｒｅａｄ−Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）が一定になっていることが前提であり、ＰＳＦが変化した場合は、その後のカーネルを用いたコンボリューションにより、被写界深度の深い画像を実現することは極めて難しい。
したがって、単焦点でのレンズではともかく、ズーム系やＡＦ系などのレンズでは、その光学設計の精度の高さやそれに伴うコストアップが原因となり採用するには大きな問題を抱えている。
換言すれば、従来の撮像装置においては、適正なコンボリューション演算を行うことができず、ワイド（Ｗｉｄｅ）時やテレ（Ｔｅｌｅ）時のスポット（ＳＰＯＴ）像のズレを引き起こす非点収差、コマ収差、ズーム色収差等の各収差を無くす光学設計が要求される。
しかしながら、これらの収差を無くす光学設計は光学設計の難易度を増し、設計工数の増大、コスト増大、レンズの大型化の問題を引き起こす。【００１０】
また、上記技術では、常温においては所望の被写界深度を得ることができるが、高温の場合と低温の場合でバックフォーカス位置が変わり、ピント位置が異なってくる。
さらに、樹脂レンズが強いパワーを持ってしまうと、温度変化による性能変化は著しく復元処理を行っても十分な画質を得ることができず、また、環境により被写界深度が異なってくる。
さらに、樹脂レンズとレンズ保持部の線膨張が異なると、温度変化に伴う膨張率の違いで、レンズががたついたり、クラックの入るおそれもある。【００１１】
本発明は、光学系を簡単化でき、コスト低減を図ることができることはもとより、樹脂レンズの変動を抑えることが可能で、膨張によるレンズの性能劣化を抑えることができ、また、温度によるバックフォーカス変動の性能劣化を抑えることができ、適切な画質の、ノイズの影響が小さい復元画像を得ることが可能な撮像装置および情報コード読取装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の観点の撮像装置は、光学系と、前記光学系を通過した被写体像を撮像する撮像素子と、前記撮像素子からの信号により画像信号を生成する画像処理部と、を有し、前記光学系は、ガラスレンズと樹脂レンズとを含み、樹脂レンズのパワーはガラスレンズのパワーに比べて小さく、樹脂レンズのパワーは、光学系のパワーに比べて小さいようにパワーが設定されており、前記撮像素子で撮像される被写体分散像は、撮像素子上ではピントが合わず、深度の深い光束とボケ部分が形成された像で、前記画像処理部は、前記撮像素子からの被写体分散画像信号より分散のない画像信号を生成する。【００１３】
好適には、前記光学系は、物体側の第１レンズと、前記第１レンズより撮像素子側に配置された第２レンズを少なくとも含み、前記第１レンズはガラスレンズにより形成され、前記第２レンズは樹脂レンズにより形成される。【００１４】
好適には、前記光学系は、物体側から、第１レンズ、第２レンズ、第３レンズ、および第４レンズが順に配置され、前記第１レンズはガラスレンズにより形成され、前記第２、第３、および第４レンズのうち少なくとも第２レンズは樹脂レンズにより形成される。【００１５】
好適には、前記光学系において、前記レンズを保持する部分の線膨張係数が前記樹脂レンズに比べて小さい。【００１６】
本発明の第２の観点の撮像装置は、光学系と、前記光学系を通過した被写体像を撮像する撮像素子と、前記撮像素子からの信号により画像信号を生成する画像処理部と、を有し、前記光学系は、ガラスレンズと樹脂レンズとを含み、樹脂レンズのパワーの合算が正であり、前記撮像素子で撮像される被写体分散像は、撮像素子上ではピントが合わず、深度の深い光束とボケ部分が形成された像で、前記画像処理部は、前記撮像素子からの被写体分散画像信号より分散のない画像信号を生成する。【００１７】
好適には、前記光学系の各レンズを保持するレンズ保持部と、前記撮像素子を保持する撮像素子保持部と、を有し、前記レンズ保持部と前記撮像素子保持部は、前記樹脂レンズのパワーの大きさに応じて相対的な前記光学系の光軸方向の位置関係を変更して固定されている。【００１８】
好適には、前記樹脂レンズは、合算焦点距離（fpla）が下記条件式を満たすようなパワーに設定されている。
fpla  ≧  15.0mm【００１９】
好適には、前記光学系の最も前記撮像素子側に配置される最終レンズの撮像素子側の面と撮像素子との間隔の熱によって伸縮する量と光学系の温度変化に伴うバック変動量が合致する。【００２０】
好適には、前記光学系の各レンズを保持するレンズ保持部と、前記撮像素子を保持し、前記レンズ保持部と互いに固定される撮像素子保持部と、を有し、前記光学系の最も前記撮像素子側に配置される最終レンズの撮像素子側の面から撮像素子までの間隔の熱によって伸縮する量が、前記撮像素子保持部の線膨張係数により調整されている。【００２１】
好適には、前記光学系の各レンズを保持するレンズ保持部と、前記撮像素子を保持し、前記レンズ保持部と互いに固定される撮像素子保持部と、を有し、光学系の最終レンズ面から撮像素子までの間隔の熱によって伸縮する量がレンズ保持部と撮像素子保持部の固定位置を変えることによって調整されている。【００２２】
好適には、前記光学系は光波面変調機能を有し、当該光波面変調機能が、前記光学系の光軸をｚ軸とし、互いに直交する２軸をｘ、ｙとしたとき、位相が下記式で表される。【００２３】
【数１】
2008081903.tif 000003
【００２４】
本発明の第３の観点は、情報コードを光学的に読み取る情報コード読取装置であって、光学系と、前記光学系を通過した被写体像を撮像する撮像素子と、前記撮像素子からの信号により画像信号を生成する画像処理部と、を有し、前記光学系は、ガラスレンズと樹脂レンズとを含み、樹脂レンズのパワーはガラスレンズのパワーに比べて小さく、樹脂レンズのパワーは、光学系のパワーに比べて小さいようにパワーが設定されており、前記撮像素子で撮像される被写体分散像は、撮像素子上ではピントが合わず、深度の深い光束とボケ部分が形成された像で、前記画像処理部は、前記撮像素子からの被写体分散画像信号より分散のない画像信号を生成する。【００２５】
本発明の第４の観点によれば、情報コードを光学的に読み取る情報コード読取装置であって、光学系と、前記光学系を通過した被写体像を撮像する撮像素子と、前記撮像素子からの信号により画像信号を生成する画像処理部と、を有し、前記光学系は、ガラスレンズと樹脂レンズとを含み、樹脂レンズのパワーの合算が正であり、前記撮像素子で撮像される被写体分散像は、撮像素子上ではピントが合わず、深度の深い光束とボケ部分が形成された像で、前記画像処理部は、前記撮像素子からの被写体分散画像信号より分散のない画像信号を生成する。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、光学系を簡単化でき、コスト低減を図ることができことはもとより、樹脂レンズの変動を抑えることが可能で、膨張によるレンズの性能劣化を抑えることができ、また、温度によるバックフォーカス変動の性能劣化を抑えることができ、しかも適切な画質の、ノイズの影響が小さい復元画像を得ることができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、一般的な撮像レンズ装置の構成および光束状態を模式的に示す図である。
【図２】図２Ａ〜図２Ｃは、図１の撮像レンズ装置の撮像素子の受光面でのスポット像を示す図であって、図２Ａは焦点が０．２ｍｍずれた場合（Ｄｅｆｏｃｕｓ＝０．２ｍｍ）、図２Ｂが合焦点の場合（Ｂｅｓｔ  ｆｏｃｕｓ）、図２Ｃが焦点が−０．２ｍｍずれた場合（Ｄｅｆｏｃｕｓ＝−０．２ｍｍ）の各スポット像を示す図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係る情報コード読取装置の一例を示す外観図である。
【図４】図４Ａ〜図４Ｃは、情報コードを例を示す図である。
【図５】図５は、図３の情報コード読取装置に適用される撮像装置の構成例を示すブロックである。
【図６】図６は、本実施形態に係る光学系を形成する撮像レンズユニットの基本構成を示す図である。
【図７】図７は、樹脂レンズが強い負のパワーを持ったアナログのスポット像のディフォーカス図である。
【図８】図８は、樹脂レンズが強い正のパワーを持ったアナログのスポット像のディフォーカス図である。
【図９】図９は、本実施形態の光学系のように、樹脂レンズのパワーを抑えたアナログのスポット像のディフォーカス図である。
【図１０】図１０は、本第１の実施形態に係る鏡枠構造部の構成例を示す図である。
【図１１】図１１は、本第１の実施形態に係る鏡枠構造部の構成例を説明するための図である。
【図１２】図１２は、本第２の実施形態に係る鏡枠構造部の固定方法を示す図である。
【図１３】図１３は、本第２の実施形態に係る鏡枠構造部の固定方法を説明するための第１図である。
【図１４】図１４は、本第２の実施形態に係る鏡枠構造部の固定方法を説明するための第２図である。
【図１５】図１５は、本実施形態に係る製造方法の基本的な手順を説明するためのフローチャートである。
【図１６】図１６は、実施例２の撮像レンズユニットの基本構成を示す図である。
【図１７】図１７は、実施例４，５の撮像レンズユニットの基本構成を示す図である。
【図１８】図１８Ａ〜図１８Ｄは、実施例２に係る樹脂レンズのパワーを抑えた場合の温度変化に伴うバック変動を示す図である。
【図１９】図１９Ａ〜図１９Ｄは、実施例３に係る樹脂レンズのパワーを抑えない場合の温度変化に伴うバック変動を示した図を示す図である。
【図２０】図２０は、ＤＥＯＳの原理を説明するための図である。
【図２１】図２１は、本実施形態の光波面変調素子を含む光学系の光軸をｚ軸とし、互いに直交する２軸をｘ、ｙとしたとき、式で表される波面収差の形状を示す図である。
【図２２】図２２は、波面収差の形状と０．５λ以下の範囲を太線で表した図である。
【図２３】図２３は、カーネルデータＲＯＭの格納データの一例（光学倍率）を示す図である。
【図２４】図２４は、カーネルデータＲＯＭの格納データの他例（Ｆナンバ）を示す図である。
【図２５】図２５は、カーネルデータＲＯＭの格納データの他例（Ｆナンバ）を示す図である。
【図２６】図２６は、露出制御装置の光学系設定処理の概要を示すフローチャートである。
【図２７】図２７は、信号処理部とカーネルデータ格納ＲＯＭについての第１の構成例を示す図である。
【図２８】図２８は、信号処理部とカーネルデータ格納ＲＯＭについての第２の構成例を示す図である。
【図２９】図２９は、信号処理部とカーネルデータ格納ＲＯＭについての第３の構成例を示す図である。
【図３０】図３０は、信号処理部とカーネルデータ格納ＲＯＭについての第４の構成例を示す図である。
【図３１】図３１は、被写体距離情報と露出情報とを組み合わせる画像処理装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
２００・・・撮像装置、２１０，２１０Ａ，２１０Ｂ，２１０Ｃ・・・光学系、２１１，２１１Ｂ，２１１Ｃ・・・第１レンズ、２１２,２１２Ｂ，２１２Ｃ・・・第２レンズ、２１３,２１３Ｂ，２１４Ｃ・・・絞り、２１４，２１３Ｂ，２１３Ｃ・・・第３レンズ、２１５,２１５Ｂ，２１５Ｃ・・・第４レンズ、２１６Ｃ・・・第５レンズ、２２０・・・撮像素子、２３０・・・アナログフロントエンド部（ＡＦＥ）、２４０・・・画像処理装置、２５０・・・カメラ信号処理部、２８０・・・操作部、２９０・・・制御装置、２４２・・・二次元コンボリューション演算部、２４３・・・カーネルデータ格納ＲＯＭ、２４４・・・コンボリューション制御部、３００，３００Ａ〜３００Ｃ・・・鏡枠構造部、３１０・・・レンズ保持部、３２０・・・撮像素子保持部、３３０・・・中間部材、３３５〜３３７・・・固定部。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態を添付図面に関連付けて説明する。【００３０】
図３は、本発明の実施形態に係る情報コード読取装置の一例を示す外観図である。
図４Ａ〜図４Ｃは、情報コードを例を示す図である。
図５は、図３の情報コード読取装置に適用される撮像装置の構成例を示すブロックである。【００３１】
本実施形態に係る情報コード読取装置１００は、図１に示すように、本体１１０がケーブル１１１を介して図示しない電子レジスタ等の処理装置と接続され、たとえば読み取り対象物１２０に印刷された反射率の異なるシンボル、コード等の情報コード１２１を読み取り可能な装置である。
読み取り対象の情報コードとしては、たとえば図４Ａに示すような、ＪＡＮコードのような１次元のバーコード１２２と、図４Ｂおよび図４Ｃに示すようなスタック式のＣＯＤＥ４９、あるいはマトリックス方式のＱＲコードのような２次元のバーコード１２３が挙げられる。【００３２】
本実施形態に係る情報コード読取装置１００は、本体１１０内に、図示しない照明光源と、図５に示すような撮像装置２００とが配置されている。
撮像装置２００は、後で詳述するように、光学系に光波面変調素子を適用し、光波面変調素子により光束を規則的に分散し、デジタル処理により復元させ被写界深度の深い画像撮影を可能にする波面収差制御光学系システム、あるいは深度拡張光学系システム（ＤＥＯＳ：Ｄｅｐｔｈ  Ｅｘｐａｎｔｉｏｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍ）というシステムを採用し、ＪＡＮコードのような１次元のバーコードとＱＲコードのような２次元のバーコードのような情報コードを的確に高精度で読み取ることが可能に構成されている。【００３３】
情報コード読取装置１００の撮像装置２００は、図５に示すように、光学系２１０、撮像素子２２０、アナログフロントエンド部（ＡＦＥ）２３０、画像処理装置２４０、カメラ信号処理部２５０、画像表示メモリ２６０、画像モニタリング装置２７０、操作部２８０、および制御装置２９０を有している。【００３４】
図６は、本実施形態に係る光学系を形成する撮像レンズユニットの基本構成を示す図である。
光学系２１０Ａは、被写体物体ＯＢＪを撮影した像を撮像素子２２０に供給する。また、光学系２１０Ａは、第１レンズ２１１、第２レンズ２１２、絞り２１３、第３レンズ２１４、および第４レンズ２１５を有している。
光学系２１０Ａは、物体側から順に、第１レンズ２１１、第２レンズ２１２、絞り２１３、第３レンズ２１４、第４レンズ２１５が配置されている。
本実施形態の光学系２１０Ａは、第３レンズ２１４と第４レンズ２１５が接続されている。すなわち、本実施形態の光学系２１０Ａのレンズユニットは、接合レンズを含んで構成されている。【００３５】
そして、本実施形態の光学系２１０Ａは、温度変化に対応した光学系として構成されている。
物体と接触する側の第１レンズ２１１、第３レンズ２１４、および第４レンズ２１５はガラスにより形成され、第２レンズ２１２は樹脂により形成されている。
そして、ガラスに比べて線膨張が大きく、温度変化に敏感に反応する樹脂レンズのパワーを制御することにより使用環境が低温から高温にまで及んだとしても十分な性能を確保することができ、さらに深度拡張光学系において、被写界深度の温度変化を緩和することができるように構成されている。【００３６】
また、本実施形態においては、光学系２１０Ａは樹脂レンズとガラスレンズを含み、樹脂レンズのパワー合算を正とし、鏡枠構造はレンズ保持部と撮像素子保持部（と中間部材）によって構成されている。そして、レンズ保持部と撮像素子保持部の固着位置もしくは部材の線膨張係数を調整することで温度変化に伴うバックフォーカス変動を緩和することができるように構成されている。この調整をすることによりバックフォーカス位置ズレを制御し使用環境が低温重視から高温重視と様々なニーズに及んだとしても十分な性能を確保することができ、さらに深度拡張光学系において、被写界深度の温度変化も緩和することができるように構成されている。【００３７】
本実施形態においては、樹脂レンズは、合算焦点距離が下記条件式を満たすようなパワーに設定されている。
fpla  ≧  15.0mm          （条件式１）【００３８】
換言すれば、本実施形態の光学系は、樹脂レンズの合算焦点距離を無限、つまり樹脂レンズのパワーが０に近くなるように抑えて、温度変化に伴う樹脂レンズのパワー変動量を緩和するように構成されている。【００３９】
そして、本実施形態においては、第１レンズ２１１、第３レンズ２１４、および第４レンズ２１５はガラスにより形成され、第２レンズ２１２は樹脂により形成され、樹脂レンズのパワーはガラスレンズのパワーに比べて小さく、かつ、光学系２１０Ａのパワーに比べて小さいようにパワーが設定されている。
さらに、光学系２１０Ａにおいて、レンズを保持する部分（ホルダ）２１０ａの線膨張係数が樹脂レンズに比べて小さいように設定されることが望ましい。【００４０】
本実施形態の光学系２１０Ａは、光波面変調素子をレンズと別に設ける代わりに、たとえば第２レンズ２１２にその機能を併せ持たせている。
第２レンズ２１２の撮像面側の面の光軸を中心とした中央部２１２ａが所定の曲率を持たせて凹状に形成されており、この形状により第２レンズ２１２は、光波面変調素子の機能を有している。【００４１】
図７は、樹脂レンズが強い負のパワーを持ったアナログのスポット像のディフォーカス図である。
図８は、樹脂レンズが強い正のパワーを持ったアナログのスポット像のディフォーカス図である。
図９は、本実施形態の光学系のように、樹脂レンズのパワーを抑えたアナログのスポット像のディフォーカス図である。【００４２】
図７および図８に示すように、樹脂レンズが強い負または正のパワーを持ったアナログのスポット像は、常温、高温側、低温側で異なり、十分な性能を確保することができない。
これに対して、本実施形態の光学系２１０Ａは、樹脂レンズのパワーはガラスレンズのパワーに比べて小さく、光学系２１０Ａのパワーに比べて小さくなるように各パワーが設定されていることから、図９に示すように、使用環境が低温から高温にまで及んだとしても十分な性能を確保することができ、さらに深度拡張光学系において、被写界深度の温度変化を緩和することができる。【００４３】
なお、光学系２１０Ａにおいて、レンズの非球面の形状は、物体側から像面側へ向かう方向を正とし、ｋを円錐係数、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを非球面係数、ｒを中心曲率半径としたとき次式で表される。ｈは光線の高さ、ｃは中心曲率半径の逆数をそれぞれ表している。ただし、Ｚは面頂点に対する接平面からの深さを、Ａは４次の非球面係数を、Ｂは６次の非球面係数を、Ｃは８次の非球面係数を、Ｄは１０次の非球面係数をそれぞれ表している。【００４４】
【数２】
2008081903.tif 000004
また、α、βは位相面係数であり、ｘ、ｙは図４に示す方向である。【００４５】
以上の構成を採ることにより、目的の撮像レンズを実現できる。【００４６】
また、図６に示すように、本実施形態の光学系（撮像レンズユニット）２１０Ａにおいて、第１レンズ２１１の物体側面１の中心曲率半径はＲ１に、第１レンズ２１１の像面側２の中心曲率半径はＲ２に、および第２レンズ２１２の物体側面３の中心曲率半径はＲ３に、第２レンズ２１２の像面側面４の中心曲率半径はＲ４に、第３レンズ２１４の物体側面５の中心曲率半径はＲ５に、第３レンズ２１４の像面側面６の中心曲率半径はＲ６に、第４レンズ２１５の像面側面７の中心曲率半径はＲ７に、撮像素子２２０のカバーガラス２２１の第４レンズ２１５側の面８の中心曲率半径はＲ８に、カバーガラス２２１の撮像素子２２０側の面９の中心曲率半径はＲ９に設定されている。なお、カバーガラス２２１の両面８、９の中心曲率半径Ｒ８、Ｒ９は０である。
また、第１レンズ２１１の屈折率はn1、分散値はν1、第２レンズ２１２の屈折率はn2、分散値はν2、第３レンズ２１４の屈折率はn3、分散値はν3、第４レンズ２１５の屈折率はn4、分散値はν4に設定される。【００４７】
撮像素子２２０は、第４レンズ２１５側から、ガラス製の平行平面板（カバーガラス）２２１と、たとえばＣＣＤあるいはＣＭＯＳセンサ等からなる撮像素子の撮像面２２２が順に配置されている。
撮像光学系２１０を介した被写体ＯＢＪからの光が、撮像素子２２０の撮像面２２２上に結像される。
なお、撮像素子２２０で撮像される被写体分散像は、撮像素子２２０上ではピントが合わず、深度の深い光束とボケ部分が形成された像である。
そして、本実施形態においては、画像処理装置２４０にてフィルタ処理を加えることにより２物体間の距離の解像を補完することができるように構成されている。
この光学系２１０については、後でさらに詳述する。【００４８】
撮像素子２２０は、光学系２１０で取り込んだ像が結像され、結像１次画像情報を電気信号の１次画像信号ＦＩＭとして、アナログフロントエンド部２３０を介して画像処理装置２４０に出力するＣＣＤやＣＭＯＳセンサからなる。
図３においては、撮像素子２２０を一例としてＣＣＤとして記載している。【００４９】
アナログフロントエンド部（ＡＦＥ）２３０は、タイミングジェネレータ２３１と、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ２３２と、を有する。
タイミングジェネレータ２３１では、撮像素子２２０のＣＣＤの駆動タイミングを生成している。Ａ／Ｄコンバータ２３２は、ＣＣＤから入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換し、画像処理装置２４０に出力する。【００５０】
信号処理部の一部を構成する画像処理装置（二次元コンボリューション手段）２４０は、前段のＡＦＥ２３０からくる撮像画像のデジタル信号を入力し、二次元のコンボリューション処理を施し、後段のカメラ信号処理部（ＤＳＰ）２５０に渡す。
画像処理装置２４０、制御装置２９０の露出情報に応じて、光学的伝達関数（ＯＴＦ）に対してフィルタ処理を行う。なお、露出情報として絞り情報を含む。
画像処理装置２４０は、撮像素子２２０による複数の画像に対して、光学的伝達関数（ＯＴＦ）のレスポンスを向上させ、物体距離に応じた光学的伝達関数（ＯＴＦ）の変化をなくすようにフィルタ処理（たとえばコンボリューションフィルタ処理）を行う機能を有し、複数の物体距離に依存しながらも、深い被写界深度を得る。また、画像処理装置２４０は、最初のステップでノイズ低減フィルタリングを施す機能を有する。
画像処理装置２４０は、光学的伝達関数（ＯＴＦ）に対してフィルタ処理を行いコントラストを改善する処理を施す機能を有する。
画像処理装置２４０の処理については後でさらに詳述する。【００５１】
カメラ信号処理部（ＤＳＰ）２５０は、カラー補間、ホワイトバランス、ＹＣｂＣｒ変換処理、圧縮、ファイリング等の処理を行い、メモリ２６０への格納や画像モニタリング装置２７０への画像表示等を行う。【００５２】
制御装置２９０は、露出制御を行うとともに、操作部２８０などの操作入力を持ち、それらの入力に応じて、システム全体の動作を決定し、ＡＦＥ２３０、画像処理装置２４０、ＤＳＰ２５０、絞り２１３等を制御し、システム全体の調停制御を司るものである。【００５３】
また、本実施形態の鏡枠構造部は、後で詳述するように、光学系２１０の各レンズを保持するレンズ保持部と、撮像素子２２０を保持し、レンズ保持部と互いに固定される撮像素子保持部と、を有している。
そして、本実施形態においては、光学系２１０の最も撮像素子２２０側に配置される最終レンズ（図６の場合、第４レンズ２１５）の撮像素子側の面から撮像素子までの間隔の熱によって伸縮する量が、撮像素子保持部の線膨張係数により調整される。
また、光学系の最も撮像素子２２０側に配置される最終レンズ（図６の場合、第４レンズ２１５）の撮像素子側の面から撮像素子までの間隔の熱によって伸縮する量が、レンズ保持部と撮像素子保持部の固定位置を変えることによって調整される。
以下に、前者の調整法方を第１の実施形態として、後者の調整方法を第２の実施形態として、鏡枠構造部の具体的な構成も含めて説明する。【００５４】
＜第１実施形態＞
本第１の実施形態におけるいわゆる鏡枠構造部３００，３００Ａは、基本的に、図１０および図１１に示すように、レンズ保持部３１０と撮像素子保持部３２０とが別個に構成され、これらのレンズ保持部３１０と撮像素子保持部３２０は中間部材３３０によって固定されている。そして、レンズ保持部３１０と撮像素子保持部３２０の線膨張係数が異なる。
さらにこの線膨張係数による影響はレンズ保持部３１０の係数が撮像素子保持部３２０の係数に比べて大きく、この係数を制御することによりバックフォーカス位置ズレを緩和し使用環境が低温から高温にまで及んだとしても十分な性能を確保することができるように構成することができる。さらにＤＥＯＳ（深度拡張光学系）において、被写界深度の温度変化も緩和することができるように構成されている。
そして、光学系２１０の最も撮像素子２２０側に配置される最終レンズ（図６の場合、第４レンズ２１５）の撮像素子側の面から撮像素子までの間隔の熱によって伸縮する量が、撮像素子保持部３２０の線膨張係数により調整される。【００５５】
レンズ保持部３１０は、たとえば円筒状に形成され、物体側から順に、第１レンズ２１１を保持する第１保持部３１１、第２レンズ２１２を保持する第２保持部３１２、第３レンズ２１４を保持する第３保持部３１３、第４レンズ２１５を保持する第４保持部３１４が形成されている。
そして、レンズ保持部３１０の外側部の軸方向の中央より物体側が中間部材３３０の一端部と、たとえば接着剤３４０により固定されている。
レンズ保持部３１０は、たとえば樹脂により形成される。【００５６】
撮像素子保持部３２０は、レンズ保持部３１０の外径より大きい外径を有する円筒状に形成され、中央部が軸方向に開口され、底面側（第１面側）３２１に撮像素子２２０が固定されている。
また、撮像素子保持部３２０の上面側（物体側面）３２２には中間部材３３０の一端部３３１が接着剤等により固定されている。
撮像素子保持部３２０は、たとえば樹脂により形成される。【００５７】
中間部材３３０は、レンズ保持部３１０の外径より大きな内径を有する円筒状に形成され、その内壁の一端部３３１には円周上に、レンズ保持部３１０を固定する際に注入される接着剤３４０の溜り部３３２が形成されている。
また、中間部材３３０の他端部は、内側に延びるように鍔部３３３が形成されており、この鍔部３３３の外側面（底面）が撮像素子保持部３２０の上面側３２２と当接するようにして固定されている。
この中間部材３３０は、線膨張係数が小さい金属材料、たとえばアルミニウム（Ａｌ）により形成される。【００５８】
このように、本第１の実施形態の鏡枠構造部３００においては、撮像素子保持部３２０とレンズ保持部３１０は固定され光学系は固定焦点となっており、レンズ保持部３１０の材質と撮像素子保持部３２０の材質の線膨張係数を異ならせることで駆動機構を持たずに温度変化によるバックフォーカスの位置変動を緩和できる機構をもつようになる。【００５９】
中間部材３３０の線膨張係数をレンズ保持部３１０および撮像素子保持部３２０の線膨張係数に比べて小さくすることで、たとえば温度によるレンズ系のバックフォーカス位置変動が小さく、バックフォーカスが十分に長い光学系に対し、鏡枠構造部３００の各レンズの相対的な位置変動量を抑えることができる。【００６０】
また、本第１の実施形態においては、光学系２１０に含まれる樹脂レンズのパワーの合算が正であるとき、最終レンズである第４レンズ２１５の撮像素子２２０側の面と撮像素子の間隔が常温より高温で長くなり、低温で短くなるように構成される。【００６１】
また、中間部材３３０とレンズ保持部３１０は、レンズ保持部３１０の軸方向における中央部より物体側で固定されている。【００６２】
このように、本第１の実施形態においては、レンズ設計の時点で樹脂レンズのパワーを抑えることで温度による樹脂レンズの変動を抑え、さらにレンズ保持部３１０と撮像素子保持部３２０が別である構成を有し、両部材の線膨張係数を変えることで温度によるバックフォーカス変動の性能劣化を抑えるように構成される。【００６３】
ここで、撮像素子保持部３２０とレンズ保持部３１０の材質を変えた温度考慮設計について説明する。【００６４】
温度を考慮しない設計を行うと、高温で枠は樹脂にした場合一方的にバックはのびてしまう。
さらに、レンズ部分は高温になると屈折率は小さくなるため、特に影響力のある樹脂レンズが負のパワーをもつ場合、レンズパワーが弱くなりバックは短い方にシフトしてしまう。つまり鏡枠とレンズが悪い方向に温度変化してしまうことになる。
そのため、撮像素子保持部３２０が樹脂の場合、レンズ系の樹脂レンズは正のパワーであることが好ましい。【００６５】
このように、樹脂レンズのパワーが正となった場合、高温でレンズパワーが弱くなりバックは伸びる方にシフトしてしまう。そのため鏡枠の膨張により最終レンズの撮像素子側面から撮像素子２２０面までの間隔は高温で長くなるようにシフトするのが好ましい。
以下の実例で、樹脂レンズのパワーが正の場合に鏡枠でどのように緩和するかを示している。【００６６】
図１０に示す実例では、樹脂レンズが負の場合に鏡枠でどのように緩和するかを示している。
今回の温度補正バレルについて高温の場合を想定すると
＜１＞：撮像素子保持部３２０は樹脂で形成されていて撮像素子２２０面を基準として物体側に大きくバックが伸びる。
＜２＞：アルミニウムにより形成される中間部材３３０は樹脂に比べて線膨張が小さいため撮像素子保持部３２０との受けを基準に小さくバックが伸びる。
＜３＞：レンズ保持部３１０は樹脂で形成されていて接着位置を基準に撮像素子側に大きく伸びる。
以上のことから、鏡枠構造部３００の部品材料の異なる線膨張係数の組み合わせで高温でも鏡枠によってレンズ最終面から撮像素子面までの間隔は短くすることができ、温度によるバックフォーカス変動を抑えることができる。【００６７】
逆に、樹脂レンズのパワーが正となった場合、高温でレンズパワーが弱くなりバックは長い方にシフトしてしまう。
そのため、鏡枠の膨張により最終レンズである第４レンズ２１５の撮像素子面側から撮像素子面までの間隔は高温で長くなるようにシフトするのが好ましい。
図１１に示す実例では、樹脂レンズのパワーが正の場合に鏡枠でどのように緩和するかを示している。
今回の温度補正バレルについて高温の場合を想定すると、
＜１＞：撮像素子保持部３２０は樹脂で形成されていて撮像素子２２０面を基準として物体側に大きくバックが伸びる。
＜２＞レンズのバック変動にリンクするようにレンズ保持部３１０の線膨張を調整して、高温でもバックフォーカスが変動しないようにする。
以上のことから鏡枠部品材料の異なる線膨張係数の組み合わせで高温で伸びるレンズ最終面から撮像素子面までの間隔を適正にして温度によるバックフォーカス変動を抑えることができる。【００６８】
今回の温度補正バレルについて高温の場合を想定すると、
＜１＞：撮像素子保持部３２０は樹脂で形成されていて撮像素子２２０面を基準として物体側に大きくバックが伸びる。
＜２＞：レンズのバック変動にリンクするようにレンズ保持部３１０の線膨張を調整して、高温でもバックフォーカスが変動しないようにする。たとえば、樹脂レンズのパワーが正で弱いようならバックフォーカスの変動量が軽減されるため、アルミニウムのような線膨張係数の小さい金属でもよい。逆に樹脂レンズが支配的な正のパワーを有する場合には高温でバックはかなり伸びてしまうため、撮像素子保持部３２０は線膨張係数の大きい樹脂を用いるのが好ましい。
以上のことから、鏡枠部品材料の組み合わせで、高温で延びる最終レンズの撮像素子側面から撮像素子２２０面までの間隔を適正にして温度によるバックフォーカス変動を抑えている。【００６９】
なお、図１０および図１１の構成において、レンズ保持部３１０の樹脂は、たとえば、PCGF２０（線膨張係数0.000065)を想定している。このレンズ保持部３１０についてたとえば今回アルミニウムと樹脂としているが、たとえば樹脂にガラスを含有させて線膨張係数を制御することが好ましい。【００７０】
なお、本第１の実施形態においては、紫外線を照射することにより硬化する接着剤３４０を用いる。このような接着剤を用いることにより、レンズ保持部（バレル）を自由に調整した後に（たとえば、光軸と非平行方向にも調整した後に）固定することができるようになる。
なお、本固着は、レンズ保持部（バレル）または中間部材に凸部、反対側に凹部を設けるように構成し、その部分をはめ込むようにして固着してもよい。このような機構的な固着方法により、接着剤を用いた場合に生じるおそれがある経時変化の影響を抑えることができる。【００７１】
＜第２実施形態＞
本第２の実施形態における鏡枠構造部３００Ｂ，３００Ｃ，３００Ｄは、基本的に、図１２、図１３、および図１４に示すように、レンズ保持部３１０と撮像素子保持部３２０とが別個に構成され、これらのレンズ保持部３１０と撮像素子保持部３２０は中間部材３３０によって固定されており、レンズ保持部３１０と撮像素子保持部３２０の固定位置が中間部材３３０により調整できるように構成されている。
この固定位置を制御することによりバックフォーカス位置ズレを制御し使用環境が低温重視から高温重視と様々なニーズに及んだとしても十分な性能を確保することができる。さらにＤＥＯＳ（深度拡張光学系）において、被写界深度の温度変化も緩和することができるように構成されている。
この例では、光学系２１０の最も撮像素子２２０側に配置される最終レンズ（図６の場合、第４レンズ２１５）の撮像素子側の面から撮像素子２２０までの間隔の熱によって伸縮する量が、レンズ保持部３１０と撮像素子保持部３２０の固定位置を変えることによって調整される。【００７２】
レンズ保持部３１０は、たとえば円筒状に形成され、物体側から順に、第１レンズ２１１を保持する第１保持部３１１、第２レンズ２１２を保持する第２保持部３１２、第３レンズ２１４を保持する第３保持部３１３、第４レンズ２１５を保持する第４保持部３１４が形成されている。
そして、レンズ保持部３１０の外側部の軸方向の中央より物体側が中間部材３３０の一端部３３１と、たとえば接着剤３４０により固定されている。
レンズ保持部３１０は、たとえば樹脂により形成される。【００７３】
撮像素子保持部３２０は、レンズ保持部３１０の外径より大きい外径を有する円筒状に形成され、中央部が軸方向に開口され、底面側（第１面側）３２１に撮像素子２２０が固定されている。
また、撮像素子保持部３２０の上面側（物体側面）３２２には中間部材３３０の一端部が接着剤等により固定されている。
撮像素子保持部３２０は、たとえば樹脂により形成される。【００７４】
中間部材３３０は、レンズ保持部３１０の外径より大きな内径を有する円筒状に形成され、その側壁３３４には、軸方向に所定間隔をおいて複数（本実施形態では３）の貫通孔からなる固定部３３５〜３３７が形成されている。固定部３３５〜３３７は、円周上に所定間隔をおいて複数個ずつ形成される。
また、中間部材３３０の他端部は、内側に延びるように鍔部３３８が形成されており、この鍔部３３８の外側面（底面）が撮像素子保持部３２０の上面側３２２と当接するようにして固定されている。
この中間部材３３０は、たとえば樹脂あるいは金属、たとえばアルミニウム（Ａｌ）により形成される。【００７５】
このように、本第２の実施形態の鏡枠構造部３００Ｂ，３００Ｃ，３００Ｄにおいては、撮像素子保持部３２０とレンズ保持部３１０は固定し光学系は固定焦点となっており、駆動機構を持たずに温度変化によるバックフォーカスの位置変動を緩和できる機構をもつ。【００７６】
また、常温でのバックフォーカスは変化させずに、レンズ保持部３１０と撮像素子保持部３２０の固定位置を可変にすることによってレンズユニットを高温から低温まで対応できる機構を有する。【００７７】
また、本第２の実施形態においては、光学系２１０に含まれる樹脂レンズのパワーの合算が正であるとき、最終レンズである第４レンズ２１５の撮像素子２２０側の面と撮像素子の間隔が常温より高温で長くなり、低温で短くなるように構成される。【００７８】
このように、本第２の実施形態においては、レンズ設計の時点で樹脂レンズのパワーを抑えることで温度による樹脂レンズの変動を抑え、さらにレンズ保持部３１０と撮像素子保持部３２０が別である構成を有し、中間部材３３０によるレンズ保持部３１０と撮像素子保持部３２０の固定位置を可変にすることによって温度によるバックフォーカス変動の性能劣化を抑えるように構成される。
そして、光学系２１０の最も撮像素子２２０側に配置される最終レンズ（図６の場合、第４レンズ２１５）の撮像素子側の面から撮像素子２２０までの間隔の熱によって伸縮する量が、レンズ保持部３１０と撮像素子保持部３２０の固定位置を変えることによって調整される。【００７９】
たとえば、図１２〜図１４のように固定位置を３箇所調整できる鏡枠構造部３００Ｂ，３００Ｃ，３００Ｄの機構で、レンズ保持部３１０と撮像素子保持部３２０は線膨張係数の近しい部材であったとする。
光学系２１０に含まれる樹脂が弱い正のパワーであった場合、たとえば高温において最終レンズの撮像素子側面（レンズ最終面）から撮像素子２２０までの間隔は保持部に使用した部材の線膨張係数に応じて延びる。しかし、レンズ系としては樹脂レンズのパワーが弱いとバックフォーカスの変動量は少ない。
そこで、図１４に示すように、固定位置を＜１＞（固定部３３５）のようにレンズトップ面に近いところにすることでバックフォーカス変動を相殺することができる。
逆に、樹脂レンズのパワーの合算が強い正になるレンズとなった場合、高温では鏡枠としてバックは伸びて、レンズとしては正のパワーが弱くなり長いバックフォーカスとなる。その場合、図１３に示すように、固定位置を＜３＞（固定部３３７）の位置に固定することが好ましい。位置＜３＞に固定すればレンズ最終面と撮像素子２２０までの面の間隔は相殺されない。【００８０】
ここで、撮像素子保持部３２０とレンズ保持部３１０の固定位置を変えた温度考慮設計について説明する。【００８１】
たとえば、図１２〜図１４のように固定位置を３箇所調整できる鏡枠構造部３００Ｂ，３００Ｃ，３００Ｄの機構で、レンズの設計としては＜２＞（固定部３３６）の位置で常温からある温度までの温度領域で性能確保できるものだったとする。高温になったとしても固定位置を基準に適度にレンズ最終面、すなわち第４レンズ２１５の面と撮像素子面の距離が短くなる。ただし樹脂レンズのパワーの合算が強い正になるレンズとなった場合、高温では鏡枠としてバックは伸びて、レンズとしては正のパワーが弱くなり長いバックフォーカスとなる。その場合、図１３に示すように、＜３＞（固定部３３７）の位置に固定することが好ましい。
＜３＞の位置に固定すればレンズ最終面と撮像素子までの面の間隔は相殺されない。【００８２】
樹脂レンズのパワーの合算が強い負になるレンズとなった場合、高温では鏡枠としてバックは伸びて、レンズとしては負のパワーが弱くなり短いバックフォーカスとなる。
その場合、図１４に示すように、＜１＞（固定部３３５）の位置に固定することが好ましい。＜１＞の位置に固定すればレンズ最終面である第４レンズ２１５の面と撮像素子２２０までの面の間隔は相殺されてさらに短くすることができる。【００８３】
なお、図１２の構成において、レンズ保持部３１０の樹脂は、たとえば、PCGF２０（線膨張係数0.000065)を想定している。このレンズ保持部３１０については、たとえば樹脂にガラスを含有させて線膨張係数を制御するとともに、固定位置を可変することが好ましい。【００８４】
また、本第２の実施形態においては、紫外線を照射することにより硬化する接着剤による固定法を用いることも可能であり、また、ねじによる固定方法を用いることも可能である。
接着剤による固定法を用いる場合は、レンズ保持部（バレル）を自由に調整した後に（たとえば、光軸と非平行方向にも調整した後に）固定することができる。ねじによる固定方法を用いる場合は、接着剤を用いた場合に生じるおそれがある経時変換の影響を抑えることができる。【００８５】
以上のような構成を有するレンズおよび撮像素子は、基本的に図１５に示すような手順に従って組み立てられ製造される。【００８６】
＜第１ステップＳＴ３０１＞
ガラスと樹脂のレンズを含む光学系の各レンズをレンズ保持部３１０にセットする。本実施形態においては、物体側から、第１レンズ２１１、第２レンズ２１２、第３レンズ２１４、および第４レンズ２１５を順となるようにレンズ保持部３１０に配置する。【００８７】
＜第２ステップＳＴ３０２＞
撮像素子２２０を撮像素子保持部３２０にセットする。
なお、第１ステップとＳＴ３０１と第２ステップＳＴ３０２の順番がいずれが先であっても後であってもよい。【００８８】
＜第３ステップＳＴ３０３＞
最も撮像素子側に配置される最終レンズである第４レンズ２１５の撮像素子側の面と撮像素子２２０の受光面とを対向させる。【００８９】
＜第４ステップＳＴ３０４＞
温度変化に伴うバックフォーカスの位置の変動を相対的に吸収可能な位置に、レンズ保持部３１０と撮像素子保持部３２０を選択的に固定する。
本実施形態においては、中間部材３３０を用いて固定する。【００９０】
なお、上述したステップＳＴ３０３の処理は、図１２から図１４に示す本発明の第２の実施形態に関連付けた処理である。
図１０および図１１に示す本発明の第１の実施形態に関連付けた処理としては、レンズ保持部３１０と撮像素子保持部３２０の固定位置もしくは材料（線膨張係数）の選択によって温度変化に伴うバックフォーカスの位置の変動を相対的に吸収可能に固定するようにしてもよい。【００９１】
第４ステップＳＴ３０４においては、光学系２１０に含まれる樹脂レンズのパワーの合算が正であるとき、最も撮像素子側に配置される最終レンズである第４レンズ２１５の撮像素子側の面と撮像素子２２０の間隔が常温より高温で長くなり、低温で短くなるように、レンズ保持部３１０と撮像素子保持部３２０を選択的に固定する。【００９２】
以上のような構成を有する本実施形態に係る光学系においては、最も撮像素子側に配置される最終レンズの撮像素子側の面と撮像素子との間隔が熱によって伸縮する量と光学系の温度変化に伴うバック変動量が合致する。【００９３】
以下に、光学系（撮像レンズユニット）２１０Ａの具体的な数値による実施例１，２を示す。実施例１，２は、撮像レンズユニット２１０Ａが、第１レンズ２１１、第３レンズ２１４、および第４レンズ２１５はガラスにより形成され、第２レンズ２１２は樹脂により形成され、樹脂レンズのパワーはガラスレンズのパワーに比べて小さく、かつ、光学系２１０Ａのパワーに比べて小さいようにパワーが設定されているという観点による実施例である。
なお、各実施例１，２においては、撮像レンズユニット２１０Ａの各レンズ群を構成する、各レンズ２１１，２１２，２１４，２１５、並びに撮像素子２２０を構成するカバーガラス２２１に対して、図６に示すような面番号を付与した。【００９４】
（実施例１）
表１および表２に実施例１の各数値を示す。実施例の各数値は図６の撮像レンズユニット２１０Ａに対応している。表１は、実施例１における撮像レンズの各面番号に対応した絞り、各レンズ、カバーガラスの曲率半径（Ｒ：ｍｍ），間隔（Ｄ：ｍｍ）、屈折率（Ｎ）、および分散値（ν）を示している。【００９５】
【表１】
2008081903.tif 000005
【００９６】
表２は、実施例１における非球面を含む一枚目の第１レンズ２１１、第２レンズ２１２、第３レンズ２１４、第４レンズ２１５の所定面の非球面係数を示す。表２において、ｋは円錐定数を、Ａは４次の非球面係数を、Ｂは６次の非球面係数を、Ｃは８次の非球面係数を、Ｄは１０次の非球面係数をそれぞれ表している。また、α、βは位相面係数であり、ｘ、ｙは図６に示す方向である。【００９７】
【表２】
2008081903.tif 000006
【００９８】
（実施例２）
表３および表４に実施例２の各数値を示す。実施例の各数値は図１６の撮像レンズユニット２１０Ｂに対応している。表３は、実施例２における撮像レンズの各面番号に対応した絞り、各レンズ、カバーガラスの曲率半径（Ｒ：ｍｍ），間隔（Ｄ：ｍｍ）、屈折率（Ｎ）、および分散値（ν）を示している。【００９９】
【表３】
2008081903.tif 000007
【０１００】
表４は、実施例２における非球面を含む第１レンズ２１１Ｂ、第２レンズ２１２Ｂ、第３レンズ２１４Ｂ、第４レンズ２１５Ｂの所定面の非球面係数を示す。表４において、ｋは円錐定数を、Ａは４次の非球面係数を、Ｂは６次の非球面係数を、Ｃは８次の非球面係数を、Ｄは１０次の非球面係数をそれぞれ表している。また、α、βは位相面係数であり、ｘ、ｙは図６に示す方向である。【０１０１】
【表４】
2008081903.tif 000008
【０１０２】
表５および表６に線膨張係数による屈折率変動の例を示す。【０１０３】
【表５】
2008081903.tif 000009
【０１０４】
【表６】
2008081903.tif 000010
【０１０５】
このことから温度が変化した場合、樹脂の屈折率変動がガラスに比べてはるかに大きいことが分かる。
以上のことから、第２レンズ２１２Ｂを樹脂とした場合、温度による屈折率変動が起きた場合においても実施例２の第２レンズパワーを抑えているため、温度によるバックフォーカス位置の変動を緩和できる。【０１０６】
本実施形態においては、各実施例１，２で示したように、結像性能の優れた撮像レンズユニットを実現することが可能である。【０１０７】
さらに、光学系（撮像レンズユニット）２１０Ａの具体的な数値による実施例３，４，５を示す。
実施例３，４，５は、撮像レンズユニット２１０Ａが、樹脂レンズとガラスレンズを含み、樹脂レンズのパワー合算を正とし、レンズ保持部と撮像素子保持部の固着位置もしくは部材の線膨張係数が調整されるという観点による実施例である。
なお、各実施例３においては、撮像レンズユニット２１０Ａの各レンズ群を構成する、各レンズ２１１，２１２，２１４，２１５、並びに撮像素子２２０を構成するカバーガラス２２１に対して、図６に示すような面番号を付与した。【０１０８】
また、実施例４および５は、図１７に示すような５枚レンズ構成を有する光学系（撮像レンズユニット）２１０Ｃにおける具体的な数値による実施例である。
図１７の光学系２１０Ｃは、第１レンズ２１１Ｃ、第２レンズ２１２Ｃ、第３レンズ２１３Ｃ、絞り２１４Ｃ、第４レンズ２１５Ｃ、および第５レンズ２１６Ｃを有している。
光学系２１０Ｃは、物体側から順に、第１レンズ２１１Ｃ、第２レンズ２１２Ｃ、第３レンズ２１３Ｃ、絞り２１４Ｃ、第４レンズ２１５Ｃ、第５レンズ２１６Ｃが配置されている。
光学系２１０Ｃは、第４レンズ２１５Ｃと第５レンズ２１６Ｃが接続されている。すなわち、本実施形態の光学系２１０Ｃのレンズユニットは、接合レンズを含んで構成されている。
そして、光学系２１０Ｃにおいて、第１レンズ２１１Ｃ、第２レンズ２１２Ｃ、第４レンズ２１５Ｃ、および第５レンズ２１６Ｃはガラスにより形成され、第３レンズ２１３Ｃは樹脂により形成されている。【０１０９】
また、光学系２１０Ｃは、光波面変調素子をレンズと別に設ける代わりに、たとえば第３レンズ２１３Ｃにその機能を併せ持たせている。
第３レンズ２１３Ｂの撮像面側の面の光軸を中心とした中央部２１３ａが所定の曲率を持たせて凹状に形成されており、この形状により第３レンズ２１３Ｃは、光波面変調素子の機能を有している。【０１１０】
さらに、図１４に示すように、本光学レンズ２１０Ｃにおいて、第１レンズ２１１Ｃの物体側面１の中心曲率半径はＲ１に、第１レンズ２１１Ｃの像面側２の中心曲率半径はＲ２に、第２レンズ２１２Ｃの物体側面３の中心曲率半径はＲ３に、第２レンズ２１２Ｃの像面側面４の中心曲率半径はＲ４に、および第３レンズ２１３Ｃの物体側面５の中心曲率半径はＲ５に、第３レンズ２１３Ｃの像面側面６の中心曲率半径はＲ６に、第４レンズ２１５Ｃの物体側面７の中心曲率半径はＲ７に、第４レンズ２１５Ｃの像面側面８の中心曲率半径はＲ８に、第５レンズ２１６Ｃの像面側面９の中心曲率半径はＲ９に、設定されている。
また、第１レンズ２１１Ｃの屈折率はn1、分散値はν1、第２レンズ２１２Ｃの屈折率はn2、分散値はν2、第３レンズ２１３Ｃの屈折率はn3、分散値はν3、第４レンズ２１５Ｃの屈折率はn4、分散値はν4、第５レンズ２１６Ｃの屈折率はn５、分散値はν５に設定される。【０１１１】
（実施例３）
表７および表８に実施例３の各数値を示す。実施例の各数値は図６の撮像レンズユニット２１０Ａに対応している。表７は、実施例３における撮像レンズの各面番号に対応した絞り、各レンズ、カバーガラスの曲率半径（Ｒ：ｍｍ），間隔（Ｄ：ｍｍ）、屈折率（Ｎ）、および分散値（ν）を示している。【０１１２】
【表７】
2008081903.tif 000011
【０１１３】
表８は、実施例３における非球面を含む一枚目の第１レンズ２１１、第２レンズ２１２、第３レンズ２１４、第４レンズ２１５の所定面の非球面係数を示す。表８において、ｋは円錐定数を、Ａは４次の非球面係数を、Ｂは６次の非球面係数を、Ｃは８次の非球面係数を、Ｄは１０次の非球面係数をそれぞれ表している。また、α、βは位相面係数であり、ｘ、ｙは図６に示す方向である。【０１１４】
【表８】
2008081903.tif 000012
【０１１５】
表９および表１０に線膨張係数による屈折率変動の例を示す。【０１１６】
【表９】
2008081903.tif 000013
【０１１７】
【表１０】
2008081903.tif 000014
【０１１８】
このことから温度が変化した場合、樹脂の屈折率変動がガラスに比べてはるかに大きいことが分かる。
以上のことから、第２レンズ２１２を樹脂とした場合、温度による屈折率変動が起きた場合においても実施例３の第２レンズパワーを抑えているため、温度によるバックフォーカス位置の変動を緩和できる。【０１１９】
（実施例４）
表１１および表１２に実施例４の各数値を示す。実施例の各数値は図１７の撮像レンズユニット２１０Ｃに対応している。表１１は、実施例４における撮像レンズの各面番号に対応した絞り、各レンズ、カバーガラスの曲率半径（Ｒ：ｍｍ），間隔（Ｄ：ｍｍ）、屈折率（Ｎ）、および分散値（ν）を示している。【０１２０】
【表１１】
2008081903.tif 000015
【０１２１】
表１２は、実施例４における非球面を含む第１レンズ２１１Ｃ、第２レンズ２１２Ｃ、第３レンズ２１３Ｃ、第４レンズ２１５Ｃ、および第５レンズ２１６Ｃの所定面の非球面係数を示す。表１１において、ｋは円錐定数を、Ａは４次の非球面係数を、Ｂは６次の非球面係数を、Ｃは８次の非球面係数を、Ｄは１０次の非球面係数をそれぞれ表している。【０１２２】
【表１２】
2008081903.tif 000016
【０１２３】
（実施例５）
表１３および表１４に実施例５の各数値を示す。実施例の各数値は図１６の撮像レンズユニット２１０Ｃに対応している。表１３は、実施例５における撮像レンズの各面番号に対応した絞り、各レンズ、カバーガラスの曲率半径（Ｒ：ｍｍ），間隔（Ｄ：ｍｍ）、屈折率（Ｎ）、および分散値（ν）を示している。【０１２４】
【表１３】
2008081903.tif 000017
【０１２５】
表１４は、実施例５における非球面を含む第１レンズ２１１Ｃ、第２レンズ２１２Ｃ、第３レンズ２１３Ｃ、第４レンズ２１５Ｃ、および第５レンズ２１６Ｃの所定面の非球面係数を示す。表１３において、ｋは円錐定数を、Ａは４次の非球面係数を、Ｂは６次の非球面係数を、Ｃは８次の非球面係数を、Ｄは１０次の非球面係数をそれぞれ表している。【０１２６】
【表１４】
2008081903.tif 000018
【０１２７】
本実施形態においては、各実施例３，４，５で示したように、結像性能の優れた撮像レンズユニットを実現することが可能である。【０１２８】
図１８Ａ〜図１８Ｄは、実施例４に係る樹脂レンズのパワーを抑えた場合の温度変化に伴うバック変動を示す図である。
図１９Ａ〜図１９Ｄは、実施例５に係る樹脂レンズのパワーを抑えない場合の温度変化に伴うバック変動を示した図を示す図である。
図１８Ａにおける樹脂レンズの焦点距離は約２５．０ｍｍであり、図１９Ａにおける樹脂レンズの焦点距離は約１４．８ｍｍである。
また、図１８Ｂおよび図１９Ｂは常温時の中心ＭＴＦを、図１８Ｃおよび図１９Ｃは高温時（たとえば６５度程度）の中心ＭＴＦを、図１８Ｄおよび図１９Ｄは低温時（たとえばー２０度程度）の中心ＭＴＦを、それぞれ示している。【０１２９】
図１８Ａ〜Ｄと図１９Ａ〜Ｄを比較すると樹脂レンズのパワーを抑えたほうがバックの変動量が小さいことがわかる。樹脂レンズの焦点距離が１５．０ｍｍより強いパワーを持ってしまうと温度変動した際に、バックフォーカスが大きく変わり、性能が著しく劣化してしまうおそれがある。特に、Ｆ2.8のレンズにてこの境界を越えてしまうとＭＴＦが反転して偽解像を生じてしまうおそれがある。
そこで、本実施形態においては、前述したように、樹脂レンズは、合算焦点距離が下記条件式を満たすようなパワーに設定されている。
fpla  ≧  15.0mm          （条件式１）【０１３０】
以下、本実施形態の光学系、画像処理装置の構成および機能について具体的には説明する。【０１３１】
次に、画像処理装置２４０のフィルタ処理について説明する。
本実施形態においては、光学系２１０により収束される光束を規則正しく分散する光学レンズである。ここに光波面変調素子を挿入することにより、撮像素子２２０上ではピントのどこにも合わない画像を実現する。
換言すれば、光学系２１０によって深度の深い光束（像形成の中心的役割を成す）とフレアー（ボケ部分）を形成している。
前述したように、この規則的に分散した画像をデジタル処理により、光学系２１０を移動させずにピントの合った画像に復元する手段を波面収差制御光学系システム、あるいは深度拡張光学系システム（ＤＥＯＳ：Ｄｅｐｔｈ  Ｅｘｐａｎｔｉｏｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）といい、この処理を画像処理装置２４０において行う。
なお、本実施形態では第２レンズの撮像素子側の面に光波面変調素子となる自由曲面を形成した場合について説明したが、光波面変調素子としては波面を変形させるものであればどのようなものでもよく、厚みが変化する光学素子（たとえば、上述の３次の位相板）、屈折率が変化する光学素子（たとえば屈折率分布型波面変調レンズ）、レンズ表面へのコーディング等により厚み、屈折率が変化する光学素子（たとえば、波面変調ハイブリッドレンズ、あるいはレンズ面上に形成される位相面として形成される状態）、光の位相分布を変調可能な液晶素子（たとえば、液晶空間位相変調素子）等の光波面変調素子であればよい。【０１３２】
ここで、ＤＥＯＳの基本原理について説明する。
図２０に示すように、被写体の画像ｆがＤＥＯＳ光学系Ｈに入ることにより、ｇ画像が生成される。
これは、次のような式で表される。【０１３３】
（数３）
ｇ＝Ｈ＊ｆ
ただし、＊はコンボリューションを表す。【０１３４】
生成された画像から被写体を求めるためには、次の処理を要する。【０１３５】
（数４）
ｆ＝Ｈ-１＊ｇ【０１３６】
ここで、Ｈに関するカーネルサイズと演算係数について説明する。
ズームポジションをＺＰｎ，ＺＰｎ−１・・・とする。また、それぞれのＨ関数をＨｎ，Ｈｎ−１、・・・・とする。
各々のスポット像が異なるため、各々のＨ関数は、次のようになる。【０１３７】
【数５】
2008081903.tif 000019
【０１３８】
この行列の行数および／または列数の違いをカーネルサイズ、各々の数字を演算係数とする。
ここで、各々のＨ関数はメモリに格納しておいても構わないし、ＰＳＦを物体距離の関数としておき、物体距離によって計算し、Ｈ関数を算出することによって任意の物体距離に対して最適なフィルタを作るように設定できるようにしても構わない。また、Ｈ関数を物体距離の関数として、物体距離によってＨ関数を直接求めても構わない。【０１３９】
本実施形態においては、図５に示すように、光学系２１０からの像を撮像素子２２０で受像して、絞り開放時には画像処理装置２４０に入力させ、光学系に応じた変換係数を取得して、取得した変換係数をもって撮像素子２２０からの分散画像信号より分散のない画像信号を生成するように構成している。【０１４０】
本実施形態においては、ＤＥＯＳを採用し、高精細な画質を得ることが可能で、しかも、光学系を簡単化でき、コスト低減を図ることが可能となっている。【０１４１】
図２１は、本実施形態の光波面変調素子を含む光学系の光軸をｚ軸とし、互いに直交する２軸をｘ、ｙとしたとき、下記式で表される波面収差の形状である。【０１４２】
【数６】
2008081903.tif 000020
【０１４３】
波面収差が０．５λ以下の範囲では位相の変化が小さく、通常の光学系と変わらないＯＴＦを持つ。したがって波面収差が０．５λ程度になるまで絞って取り付け位置の調整を行う。
図２２は、前記波面収差の形状と０．５λ以下の範囲を太線で表したものである。
ただし、λはたとえば可視光領域、赤外領域の波長を用いる。【０１４４】
なお、図２１に示す形状は、一例であって、光波面変調素子が、光学系の光軸をｚ軸とし、互いに直交する２軸をｘ、ｙとしたとき、位相が下記式で表されるものであれば適用可能である。【０１４５】
【数７】
2008081903.tif 000021
【０１４６】
画像処理装置２４０は、上述したように、撮像素子２２０による１次画像信号ＦＩＭを受けて、フィルタによるコンボリューション処理によって被写界深度を拡張する処理等を施して高精細な最終画像ＦＮＬＩＭを形成する。【０１４７】
画像処理装置２４０の構成および処理について説明する。【０１４８】
画像処理装置２４０は、図５に示すように、生（ＲＡＷ）バッファメモリ２４１、二次元コンボリューション演算部２４２、記憶手段としてのカーネルデータ格納ＲＯＭ２４３、およびコンボリューション制御部２４４を有する。【０１４９】
コンボリューション制御部２４４は、コンボリューション処理のオンオフ、画面サイズ、カーネルデータの入れ替え等の制御を行い、制御装置２９０により制御される。【０１５０】
また、カーネルデータ格納ＲＯＭ２４３には、図２３、図２４、または図２５に示すように予め用意されたそれぞれの光学系の点像強度分布（ＰＳＦ）により算出されたコンボリューション用のカーネルデータが格納されており、制御装置２９０によって露出設定時に決まる露出情報を取得し、コンボリューション制御部２４４を通じてカーネルデータを選択制御する。
なお、露出情報には、絞り情報が含まれる。【０１５１】
図２３の例では、カーネルデータＡは光学倍率（×１．５）、カーネルデータＢは光学倍率（×５）、カーネルデータＣは光学倍率（×１０）に対応したデータとなっている。【０１５２】
また、図２４の例では、カーネルデータＡは絞り情報としてのＦナンバ（２．８）、カーネルデータＢはＦナンバ（４）に対応したデータとなっている。なお、Ｆナンバ（２．８）、Ｆナンバ（４）は上記した０．５λの範囲外である。【０１５３】
また、図２５の例では、カーネルデータＡは物体距離情報が１００ｍｍ、カーネルデータＢは物体距離が５００ｍｍ、カーネルデータＣは物体距離が４ｍに対応したデータとなっている。【０１５４】
図２６は、制御装置２９０の露出情報（絞り情報を含む）により切り替え処理のフローチャートである。
まず、露出情報（ＲＰ）が検出されコンボリューション制御部２４４に供給される（ＳＴ１０１）。
コンボリューション制御部２４４においては、露出情報ＲＰから、カーネルサイズ、数値演係数がレジスタにセットされる（ＳＴ１０２）。
そして、撮像素子２２０で撮像され、ＡＦＥ２３０を介して二次元コンボリューション演算部２４２に入力された画像データに対して、レジスタに格納されたデータに基づいてコンボリューション演算が行われ、演算され変換されたデータがカメラ信号処理部２５０に転送される（ＳＴ１０３）。【０１５５】
以下に画像処理装置２４０の信号処理部とカーネルデータ格納ＲＯＭについてさらに具体的な例について説明する。【０１５６】
図２７は、信号処理部とカーネルデータ格納ＲＯＭについての第１の構成例を示す図である。なお、簡単化のためにＡＦＥ等は省略している。
図２７の例は露出情報に応じたフィルタカーネルを予め用意した場合のブロック図である。【０１５７】
画像処理装置２４０は、露出情報検出部２５３から露出設定時に決まる露出情報を取得し、コンボリューション制御部２４４を通じてカーネルデータを選択制御する。二次元コンボリューション演算部２４２においては、カーネルデータを用いてコンボリューション処理を施す。【０１５８】
図２８は、画像処理装置２４０の信号処理とカーネルデータ格納ＲＯＭ２４３についての第２の構成例を示す図である。なお、簡単化のためにＡＦＥ等は省略している。
図２８の例は、画像処理装置２４０の最初にノイズ低減フィルタ処理のステップを有し、フィルタカーネルデータとして露出情報に応じたノイズ低減フィルタ処理ＳＴ１を予め用意した場合の例である。【０１５９】
露出設定時に決まる露出情報を露出情報検出部２５３より検出し、コンボリューション制御部２４４を通じてカーネルデータを選択制御する。
二次元コンボリューション演算部２４２においては、前記ノイズ低減フィルタ処理ＳＴ１を施した後、カラーコンバージョン処理ＳＴ２によって色空間を変換、その後カーネルデータを用いてコンボリューション処理（ＯＴＦ復元フィルタ処理）ＳＴ３を施す。
再度ノイズ処理ＳＴ４を行い、カラーコンバージョン処理ＳＴ５によって元の色空間に戻す。カラーコンバージョン処理は、たとえばＹＣｂＣｒ変換が挙げられるが、他の変換でも構わない。
なお、再度のノイズ処理ＳＴ４は省略することも可能である。【０１６０】
図２９は、画像処理装置２４０の信号処理とカーネルデータ格納ＲＯＭ２４３についての第３の構成例を示す図である。なお、簡単化のためにＡＦＥ等は省略している。
図２９の例は、露出設定時に決まる露出情報を露出情報検出部２５３より取得し、コンボリューション制御部２４４を通じてカーネルデータを選択制御する。【０１６１】
二次元コンボリューション演算部２４２は、ノイズ低減フィルタ処理ＳＴ１１、カラーコンバージョン処理ＳＴ１２の後に、前記ＯＴＦ復元フィルタを用いてコンボリューション処理ＳＴ１３を施す。
再度ノイズ処理ＳＴ１４を行い、カラーコンバージョン処理ＳＴ１５によって元の色空間に戻す。カラーコンバージョン処理は、たとえばＹＣｂＣｒ変換が挙げられるが、他の変換でも構わない。
なお、ノイズ低減処理ＳＴ１１、ＳＴ１４は、いずれか一方のみでもよい。【０１６２】
図３０は、画像処理装置２４０の信号処理とカーネルデータ格納ＲＯＭ２４３についての第４の構成例を示す図である。なお、簡単化のためにＡＦＥ等は省略している。
図３０の例は、ノイズ低減フィルタ処理のステップを有し、フィルタカーネルデータとして露出情報に応じたノイズ低減フィルタを予め用意した場合のブロック図である。
なお、再度のノイズ処理ＳＴ４は省略することも可能である。
露出設定時に決まる露出情報を露出情報検出部２５３より取得し、コンボリューション制御部２４４を通じてカーネルデータを選択制御する。
二次元コンボリューション演算部２４２においては、ノイズ低減フィルタ処理ＳＴ２１を施した後、カラーコンバージョン処理ＳＴ２２によって色空間を変換、その後カーネルデータを用いてコンボリューション処理ＳＴ２３を施す。
再度、露出情報に応じたノイズ処理ＳＴ２４を行い、カラーコンバージョン処理ＳＴ２５によって元の色空間に戻す。カラーコンバージョン処理は、たとえばＹＣｂＣｒ変換が挙げられるが、他の変換でも構わない。
なお、ノイズ低減フィルタ処理ＳＴ２１は省略することも可能である。【０１６３】
以上は露出情報のみに応じて二次元コンボリューション演算部２４２においてフィルタ処理を行う例を説明したが、たとえば被写体距離情報、ズーム情報、あるいは撮影モード情報と露出情報とを組み合わせることにより適した演算係数の抽出、あるいは演算を行うことが可能となる。【０１６４】
図３１は、被写体距離情報と露出情報とを組み合わせる画像処理装置の構成例を示す図である。【０１６５】
画像処理装置４００は、図３１に示すように、コンボリューション装置４０１、カーネル・数値演算係数格納レジスタ４０２、および画像処理演算プロセッサ４０３を有する。【０１６６】
この画像処理装置４００においては、物体概略距離情報検出装置５００から読み出した被写体の物体距離の概略距離に関する情報および露出情報を得た画像処理演算プロセッサ４０３では、その物体離位置に対して適正な演算で用いる、カーネルサイズやその演算係数をカーネル・数値演算係数格納レジスタ４０２に格納し、その値を用いて演算するコンボリューション装置４０１にて適正な演算を行い、画像を復元する。
本例においては、主被写体までの距離を、距離検出センサを含む物体概略距離情報検出装置５００により検出し、検出した距離に応じて異なる画像補正の処理を行うことにように構成されている。【０１６７】
上記の画像処理はコンボリューション演算により行うが、これを実現するには、たとえばコンボリューション演算の演算係数を共通で１種類記憶しておき、焦点距離に応じて補正係数を予め記憶しておき、この補正係数を用いて演算係数を補正し、補正した演算係数で適性なコンボリューション演算を行う構成をとることができる。
この構成の他にも、以下の構成を採用することが可能である。【０１６８】
焦点距離に応じて、カーネルサイズやコンボリューションの演算係数自体を予め記憶しておき、これら記憶したカーネルサイズや演算係数でコンボリューション演算を行う構成、焦点距離に応じた演算係数を関数として予め記憶しておき、焦点距離によりこの関数より演算係数を求め、計算した演算係数でコンボリューション演算を行う構成等、を採用することが可能である。【０１６９】
図３１の構成に対応付けると次のような構成をとることができる。【０１７０】
変換係数記憶手段としてのカーネル・数値演算係数格納レジスタ４０２に被写体距離に応じて少なくとも位相板に相当する樹脂レンズに起因する収差に対応した変換係数を少なくとも２以上予め記憶する。画像処理演算プロセッサ４０３が、被写体距離情報生成手段としての物体概略距離情報検出装置５００により生成された情報に基づき、カーネル・数値演算係数格納レジスタ４０２から被写体までの距離に応じた変換係数を選択する係数選択手段として機能する。
そして、変換手段としてのコンボリューション装置４０１が、係数選択手段としての画像処理演算プロセッサ４０３で選択された変換係数によって、画像信号の変換を行う。【０１７１】
または、前述したように、変換係数演算手段としての画像処理演算プロセッサ４０３が、被写体距離情報生成手段としての物体概略距離情報検出装置５００により生成された情報に基づき変換係数を演算し、カーネル・数値演算係数格納レジスタ４０２に格納する。
そして、変換手段としてのコンボリューション装置４０１が、変換係数演算手段としての画像処理演算プロセッサ４０３で得られカーネル・数値演算係数格納レジスタ４０２に格納された変換係数によって、画像信号の変換を行う。【０１７２】
または、補正値記憶手段としてのカーネル・数値演算係数格納レジスタ４０２にズーム光学系２１０のズーム位置またはズーム量に応じた少なくとも１以上の補正値を予め記憶する。この補正値には、被写体収差像のカーネルサイズを含まれる。
そして、被写体距離情報生成手段としての物体概略距離情報検出装置５００により生成された距離情報に基づき、補正値選択手段としての画像処理演算プロセッサ４０３が、補正値記憶手段としてのカーネル・数値演算係数格納レジスタ４０２から被写体までの距離に応じた補正値を選択する。
変換手段としてのコンボリューション装置４０１が、第２変換係数記憶手段としてのカーネル・数値演算係数格納レジスタ４０２から得られた変換係数と、補正値選択手段としての画像処理演算プロセッサ４０３により選択された補正値とに基づいて画像信号の変換を行う。【０１７３】
以上説明したように、本実施形態によれば、１次画像を形成する光学系２１０および撮像素子２２０と、１次画像を高精細な最終画像に形成する画像処理装置２４０とを含み、光学系２１０は、第１レンズ２１１、第２レンズ２１２、絞り２１３と、第３レンズ２１４、および第４レンズ２１５を含み、第１レンズ２１１、第３レンズ２１４、および第４レンズ２１５はガラスにより形成され、第２レンズ２１２は樹脂により形成され、樹脂レンズのパワーはガラスレンズのパワーに比べて小さく、光学系２１０のパワーに比べて小さいように各パワーが設定されていることから、使用環境が低温から高温にまで及んだとしても十分な性能を確保することができ、さらに深度拡張光学系において、被写界深度の温度変化を緩和することができる。
なお、本実施形態では第２レンズ２１２のみを樹脂レンズとした場合について説明したが、第２〜４レンズのいずれか１枚または２枚以上を樹脂レンズとし、個々の樹脂レンズのパワーをガラスレンズのパワーに比べて小さくし、樹脂レンズの総合的なパワーを光学系のパワーに比べて小さくするようにすれば同様の効果を得ることができる。
また、本実施形態の４枚のレンズ構成以外の枚数構成であっても良いが、第１レンズ２１１（物体側のレンズ）は物体や外気に接触することがあるために、キズ防止および腐食防止の目的からガラスレンズであることが好ましい。さらに、第４レンズ（撮像素子側のレンズ）もガラスレンズとすることにより、樹脂レンズがガラスレンズと鏡筒内で密封されるために、耐環境効果を向上することができるようになる。【０１７４】
また、本実施形態によれば、１次画像を形成する光学系２１０および撮像素子２２０と、１次画像を高精細な最終画像に形成する画像処理装置２４０とを含み、光学系２１０は、第１レンズ２１１、第２レンズ２１２、絞り２１３と、第３レンズ２１４、および第４レンズ２１５を含み、第１レンズ２１１、第３レンズ２１４、および第４レンズ２１５はガラスにより形成され、第２レンズ２１２は樹脂により形成され、樹脂レンズのパワー合算を正とし、レンズ保持部と撮像素子保持部の固着位置もしくは部材の線膨張係数が調整されることから、温度変化に伴うバックフォーカス変動を緩和することができる。この調整をすることによりバックフォーカス位置ズレを制御し使用環境が低温重視から高温重視と様々なニーズに及んだとしても十分な性能を確保することができ、さらに深度拡張光学系とすることにより、被写界深度の温度変化も緩和することができる。【０１７５】
なお、本実施形態では第２レンズ２１２のみを樹脂レンズとした場合について説明したが、第２〜５レンズのいずれか１枚または２枚以上を樹脂レンズとし、個々の樹脂レンズのパワーをガラスレンズのパワーに比べて小さくし、樹脂レンズの総合的なパワーを光学系のパワーに比べて小さくするようにすれば同様の効果を得ることができる。
また、本実施形態の４枚または５枚のレンズ構成以外の枚数構成であっても良いが、第１レンズ２１１，２１１Ｂ，２１１Ｃ（物体側のレンズ）は物体や外気に接触することがあるために、キズ防止および腐食防止の目的からガラスレンズであることが好ましい。さらに、第４レンズ、第５レンズ２１６Ｃ（撮像素子側のレンズ）もガラスレンズとすることにより、樹脂レンズがガラスレンズと鏡筒内で密封されるために、耐環境効果を向上することができるようになる。【０１７６】
また、本第１の実施形態における鏡枠構造部３００，３００Ａは、レンズ保持部３１０と撮像素子保持部３２０とが別個に構成され、これらのレンズ保持部３１０と撮像素子保持部３２０は中間部材３３０によって介して固定されており、レンズ保持部３１０と撮像素子保持部３２０の固定位置が中間部材３３０により調整でき、この固定位置を制御することによりバックフォーカス位置ズレを制御し使用環境が低温重視から高温重視と様々なニーズに及んだとしても十分な性能を確保することができる。さらにＤＥＯＳ（深度拡張光学系）とすることにより、被写界深度の温度変化も緩和することができる。【０１７７】
また、本第２の実施形態における鏡枠構造部３００Ｂ，３００Ｃ，３００Ｄは、レンズ保持部３１０と撮像素子保持部３２０とが別個に構成され、これらのレンズ保持部３１０と撮像素子保持部３２０は中間部材３３０によって介して固定されており、レンズ保持部３１０と撮像素子保持部３２０の固定位置が中間部材３３０により調整でき、この固定位置を制御することによりバックフォーカス位置ズレを制御し使用環境が低温重視から高温重視と様々なニーズに及んだとしても十分な性能を確保することができる。さらにＤＥＯＳ（深度拡張光学系）において、被写界深度の温度変化も緩和することができる。【０１７８】
また、コンボリューション演算時に用いるカーネルサイズやその数値演算で用いられる係数を可変とし、操作部２８０等の入力により知り、適性となるカーネルサイズや上述した係数を対応させることにより、倍率やディフォーカス範囲を気にすることなくレンズ設計ができ、かつ精度の高いコンボリュ−ションによる画像復元が可能となる利点がある。
また、難度が高く、高価でかつ大型化した光学レンズを必要とせずに、かつ、レンズを駆動させること無く、自然な画像を得ることができる利点がある。
そして、本実施形態に係る撮像装置２００は、デジタルカメラやカムコーダー等の民生機器の小型、軽量、コストを考慮されたＤＥＯＳの光学システムに使用することが可能である。
また、光学系２１０の構成を簡単化でき、製造が容易となり、コスト低減を図ることができる。【０１７９】
ところで、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサを撮像素子として用いた場合、画素ピッチから決まる解像力限界が存在し、光学系の解像力がその限界解像力以上であるとエリアジングのような現象が発生し、最終画像に悪影響を及ぼすことは周知の事実である。
画質向上のため、可能な限りコントラストを上げることが望ましいが、そのことは高性能なレンズ系を必要とする。【０１８０】
しかし、上述したように、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサを撮像素子として用いた場合、エリアジングが発生する。
現在、エリアジングの発生を避けるため、撮像レンズ装置では、一軸結晶系からなるローパスフィルタを併用し、エリアジングの現象の発生を避けている。
このようにローパスフィルタを併用することは、原理的に正しいが、ローパスフィルタそのものが結晶でできているため、高価であり、管理が大変である。また、光学系に使用することは光学系をより複雑にしているという不利益がある。【０１８１】
以上のように、時代の趨勢でますます高精細の画質が求められているにもかかわらず、高精細な画像を形成するためには、従来の撮像レンズ装置では光学系を複雑にしなければならない。複雑にすれば、製造が困難になったりし、また高価なローパスフィルタを利用したりするとコストアップにつながる。
しかし、本実施形態によれば、ローパスフィルタを用いなくとも、エリアジングの現象の発生を避けることができ、高精細な画質を得ることができる。【０１８２】
また、図２０、図２１、および図２２のカーネルデータ格納ＲＯＭに関しても、光学倍率、Ｆナンバやそれぞれのカーネルのサイズ、物体距離の値に対して用いられるものとは限らない。また用意するカーネルデータの数についても３個とは限らない。
【産業上の利用可能性】
【０１８３】
本発明の撮像装置および撮像方法は、使用環境が低温から高温にまで及んだとしても十分な性能を確保することができ、さらに深度拡張光学系において、被写界深度の温度変化を緩和することができ、バーコードリーダ等の情報コード読取装置や各種電子機器に適用可能である。
【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【国際調査報告】
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