(57)【要約】【課題】復元画が良好となるようなボカシを実現でき、また、光学系を簡単化でき、コスト低減を図ることができ、適切な画質の、ノイズの影響が小さく、必要な方向の復元を的確に行うことが可能で良好な復元画像を得ることが可能な撮像装置およびその方法を提供する。【解決手段】光軸を中心に回転可能な光波面変調素子を含む光学系２１０と、記光学系を介した像を撮像する撮像素子２２０と、複数の回転角度に対応する個々の点像強度分布（ＰＳＦ）を合成したＰＳＦから得られたボケ復元フィルタを用いてボケ復元処理を行う画像処理装置２４０と、複数の回転角度毎に撮像された画像を合成して得られる合成画像に対して記ボケ復元フィルタを作用させることによって焦点深度拡張を行うように制御する制御装置２５０とを有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸を中心に回転可能な光波面変調素子を含む光学系と、
前記光学系を介した像を撮像する撮像素子と、
複数の回転角度に対応する個々の点像強度分布（ＰＳＦ）を合成したＰＳＦから得られたボケ復元フィルタと、
前記複数の回転角度毎に撮像された画像を合成して得られる合成画像に対して前記ボケ復元フィルタを作用させることによって焦点深度拡張を行うように制御する制御部と
を有する撮像装置。
【請求項２】
光軸を中心に回転させて組み合わせた複数の光波面変調素子を含む光学系と、
前記光学系を介した像を撮像する撮像素子と、
前記複数の光波面変調素子のそれぞれの回転角度に対応する点像強度分布（ＰＳＦ）を合成したＰＳＦから得られたボケ復元フィルタと、
撮像された画像に対して前記ボケ復元フィルタを作用させることによって焦点深度拡張を行う制御部と
を有する撮像装置。
【請求項３】
一つの光波面変調素子を含む光学系と、
前記光学系を介した像を撮像する撮像素子と、
ボケの広がり方向に偏りのある光波面変調素子の複数の回転角度に対応する点像強度分布（ＰＳＦ）を合成したＰＳＦから得られたボケ復元フィルタと、
撮像された画像に対して前記ボケ復元フィルタを作用させることによって焦点深度拡張を行う制御部と
を有する撮像装置。
【請求項４】
前記制御部は、
前記複数のＰＳＦに対して異なる重み付けを行って当該複数のＰＳＦを合成するように制御する
請求項１から３のいずれか一に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記制御部は、
前記複数のＰＳＦの重み付けの割合に従って露出時間を変えて複数の回転角度毎に撮像を行うように制御する
請求項４に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記制御部は、
前記重み付けおよび、または露出時間の比率は、復元性能を重視する回転角度に重く配分するように制御する
請求項４または５に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記制御部は、
前記復元性能を重視する回転角度を、撮像画角の鉛直方向および水平方向の少なくとも一方とする
請求項６に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記回転角度差は、４５度または１３５度である
請求項１から７のいずれか一に記載の撮像装置。
【請求項９】
光軸を中心に回転可能な光波面変調素子を含む光学系を介して複数の像を撮像するステップと、
複数の回転角度毎に撮像された画像を合成するステップと、
合成画像に対して前記複数の回転角度に対応する個々の点像強度分布（ＰＳＦ）を合成したＰＳＦから得られたボケ復元フィルタを作用させることによって焦点深度拡張を行うステップと
を有する撮像方法。
【請求項１０】
光軸を中心に回転させて組み合わせた複数の光波面変調素子を含む光学系を介して像を撮像するステップと、
撮像された画像に対して前記複数の光波面変調素子のそれぞれの回転角度に対応する点像強度分布（ＰＳＦ）を合成したＰＳＦから得られたボケ復元フィルタを作用させることによって焦点深度拡張を行うステップと
を有する撮像方法。
【請求項１１】
一つの光波面変調素子を含む光学系を介して像を撮像するステップと、
撮像された画像に対してボケの広がり方向に偏りのある光波面変調素子の複数の回転角度に対応する点像強度分布（ＰＳＦ）を合成したＰＳＦから得られたボケ復元フィルタを作用させることによって焦点深度拡張を行うステップと
を有する撮像方法。
【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その方法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従来の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３８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３８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３９（Ａ）〜（Ｃ）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６参照）。
【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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【０００８】
また、上述した各文献に開示された装置においては、たとえば暗所における撮影で、信号処理によって画像を復元する際、ノイズも同時に増幅してしまう。
したがって、たとえば上述した位相板等の光波面変調素子とその後の信号処理を用いるような、光学系と信号処理を含めた光学システムでは、暗所での撮影を行う場合、ノイズが増幅してしまい、復元画像に影響を与えてしまうという不利益がある。
【０００９】
さらに、上記技術では、たとえば明るい被写体の撮影で、絞りを絞った場合、位相変調素子が絞りで覆われるため、位相変化が小さくなり、画像復元処理を行うと復元画像に影響を与えてしまうという不利益がある。
【００１０】
さらにまた、上記技術では、画像復元処理前の画像は物体距離によらず常に光学像がボケた状態になっているため、復元処理を行わなければ画質としての完成度が低い。
たとえ復元処理を行ってもボカして復元するという工程上、完全には復元することは困難である。そのため、復元画が良好となるようなボカシ方をする必要がある。
【００１１】
また、上述し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においては、位相板で生成されるＰＳＦはボケの広がる方向がたとえば画角の鉛直方向と水平方向に強く現れ、４５度方向にボケ成分少ない。
これを周波数分析を行うと鉛直方向、水平方向の変調伝達関数（ＭＴＦ：Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）はそこにあるものの、４５度方向はかなり低下している。
一方で復元フィルタは基本的に上記ＭＴＦの逆数であるので４５度方向の周波数成分の係数は非常に高くなってしまう。
【００１２】
一般に、ノイズ対策により下記式で示されるｗｉｅｎｅｒ型フィルタが復元フィルタとして用いられることが多いが、それを適用するとノイズを抑制する働き同様、ノイズレベルまで低下している４５度方向に対してはゲインを抑制する効果が働き、結局のところ４５度方向の本来必要な倍率まで上げられないことになる。これが原因で４５度方向は復元しきれないことなる。
【００１３】
【数１】
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【００１４】
本発明は、復元画が良好となるようなボカシを実現でき、また、光学系を簡単化でき、コスト低減を図ることができ、適切な画質の、ノイズの影響が小さく、必要な方向の復元を的確に行うことが可能で良好な復元画像を得ることが可能な撮像装置およびその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の第１の観点の撮像装置は、光軸を中心に回転可能な光波面変調素子を含む光学系と、前記光学系を介した像を撮像する撮像素子と、複数の回転角度に対応する個々の点像強度分布（ＰＳＦ）を合成したＰＳＦから得られたボケ復元フィルタと、前記複数の回転角度毎に撮像された画像を合成して得られる合成画像に対して前記ボケ復元フィルタを作用させることによって焦点深度拡張を行うように制御する制御部とを有する。
【００１６】
好適には、前記制御部は、前記複数のＰＳＦに対して異なる重み付けを行って当該複数のＰＳＦを合成するように制御する。
【００１７】
好適には、前記制御部は、前記複数のＰＳＦの重み付けの割合に従って露出時間を変えて複数の回転角度毎に撮像を行うように制御する。
【００１８】
好適には、前記制御部は、前記重み付けおよび、または露出時間の比率は、復元性能を重視する回転角度に重く配分するように制御する。
【００１９】
好適には、前記制御部は、前記復元性能を重視する回転角度を、撮像画角の鉛直方向および水平方向の少なくとも一方とする。
【００２０】
本発明の第２の観点の撮像装置は、光軸を中心に回転可能な複数の光波面変調素子を含む光学系と、前記光学系を介した像を撮像する撮像素子と、前記複数の光波面変調素子のそれぞれの回転角度に対応する点像強度分布（ＰＳＦ）を合成したＰＳＦから得られたボケ復元フィルタと、撮像された画像に対して前記ボケ復元フィルタを作用させることによって焦点深度拡張を行う制御部とを有する。
【００２１】
本発明の第３の観点の撮像装置は、光学特性上、光軸を回転させて組み合わせた複数の光波面変調素子と同等の特性をもつ一つの光波面変調素子を含む光学系と、前記光学系を介した像を撮像する撮像素子と、前記複数の光波面変調素子のそれぞれの回転角度に対応する点像強度分布（ＰＳＦ）を合成したＰＳＦから得られたボケ復元フィルタと、撮像された画像に対して前記ボケ復元フィルタを作用させることによって焦点深度拡張を行う制御部とを有する。
【００２２】
好適には、前記回転角度差は、４５度または１３５度である。
【００２３】
本発明の第４の観点の撮像方法は、光軸を中心に回転可能な光波面変調素子を含む光学系を介して複数の像を撮像するステップと、複数の回転角度毎に撮像された画像を合成するステップと、合成画像に対して複数の回転角度に対応する個々の点像強度分布（ＰＳＦ）を合成したＰＳＦから得られたボケ復元フィルタを作用させることによって焦点深度拡張を行うステップとを有する。
【００２４】
本発明の第５の観点の撮像方法は、光学特性上、光軸を回転させて組み合わせた複数の光波面変調素子と同等の特性をもつ一つの光波面変調素子を含む光学系を介して像を撮像するステップと、撮像された画像に対して前記複数の光波面変調素子のそれぞれの回転角度に対応する点像強度分布（ＰＳＦ）を合成したＰＳＦから得られたボケ復元フィルタを作用させることによって焦点深度拡張を行うステップとを有する。
【００２５】
本発明の第６の観点の撮像方法は、一つの光波面変調素子を含む光学系を介して像を撮像するステップと、撮像された画像に対してボケの広がり方向に偏りのある光波面変調素子の複数の回転角度に対応する点像強度分布（ＰＳＦ）を合成したＰＳＦから得られたボケ復元フィルタを作用させることによって焦点深度拡張を行うステップとを有する。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、必要な方向の復元を的確に行うことができ、良好な復元画像を得ることができる。
また、光学系を簡単化でき、コスト低減を図ることができ、しかも適切な画質の、ノイズの影響が小さく、良好な復元画像を得ることができる利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
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。
【００２８】
図１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２（Ａ）〜（Ｃ）は、情報コードを例を示す図である。
図３は、図１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。
【００２９】
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２（Ａ）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２（Ｂ）および（Ｃ）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。
【００３０】
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３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に特性（種類）が異なる情報コードを特性に応じて的確に高精度で読み取ることが可能に構成されている。
【００３１】
情報コード読取装置１００の撮像装置２００は、図３に示すように、光学系２１０、撮像素子２２０、選択切換部２３０、画像処理装置２４０、判定部としての機能を含む制御装置２５０、および外部とのびインタフェース部（Ｉ／Ｆ）２６０を有する。
【００３２】
光学系２１０は、後で詳述する位相変調素子等の光波面変調素子を含み、被写体物体ＯＢＪである情報コード１２１を撮影した像を撮像素子２２０に供給する。
たとえば光学系２１０の光波面変調素子は、選択切換部２３０により光軸を中心に回転可能に配置されている。
【００３３】
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、図示しないアナログフロントエンド部(ＡＦＥ)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。
【００３４】
図４は、本実施形態に係る光学系２１０の構成例を模式的に示す図である。
そして、図５は、本実施形態に係る光学系の広角側の像高中心のスポット形状を示す図であり、図６は、本実施形態に係る光学系の望遠側の像高中心のスポット形状を示す図である。
【００３５】
図４の光学系２１０は、物体ＯＢＪ側に配置された物体側レンズ２１１と、撮像素子２２０に結像させるための結像レンズ２１２と、物体側レンズ２１１と結像レンズ２１２間に配置され、結像レンズ２１２による撮像素子２２０の受光面への結像の波面を変形させる、たとえば３次元的曲面を有する位相板からなる光波面変調素子（波面形成用光学素子）群２１３を有する。
【００３６】
なお、本実施形態においては、位相板を用いた場合について説明したが、本発明の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。
また、本実施形態においては、光波面変調素子である位相板を用いて規則的に分散した画像を形成する場合について説明したが、通常の光学系として用いるレンズで光波面変調素子と同様に規則的に分散した画像を形成できるものを選択した場合には、光波面変調素子を用いずに光学系のみで実現することができる。この際は、後述する位相板に起因する分散に対応するのではなく、光学系に起因する分散に対応することとなる。
【００３７】
図４の光学系２１０は、デジタルカメラに用いられる３倍ズームに光学位相板２１３ａを挿入した例である。
図で示された位相板２１３ａは、光学系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。この位相板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、位相板２１３ａ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  Ｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍ）といい、この処理を画像処理装置２４０において行う。
【００３８】
光学系２１０の光波面変調素子と撮像素子２２０の相対的な位置は、選択切換部２３０により、光学系２１０に含まれる光波面変調素子と撮像素子２２０を相対的に回転させて取り付け位置が設定される。本実施形態においては、後で説明するように、光波面変調素子を光学系２１０の光軸を中心に回転させてあるいはそのままの位置に保持して、第１の位置または第２の位置に設定される。
本実施形態において、第１の位置とは、光学系２１０を通過した点像強度分布（ＰＳＦ）の係る出力信号が入力する画素数が第１の数Ｎ１となる基準位置を意味する。この第１の位置の場合は、光波面変調素子が基準位置にセットされた状態であり、回転角が０度の場合である。
この第２の位置は、光波面変調素子を光軸を中心に第１の位置から所定角度、たとえば４５度あるいは１３５度回転させた場合である。
【００３９】
選択切換部２３０は、制御装置２５０の制御信号ＣＴＬ１に応じて光学系２１０の光波面変調素子を回転させて、あるいは、そのままの位置を保持して、上述した第１の位置または第２の位置となるように選択的に回転位置を切り換える。
選択切換部２３０は、制御装置２５０の制御信号ＣＴＬ１により、たとえば、第１回目の撮像（第１の撮影）で第１の位置を保持し、第２回目の撮像（第２の撮影）で第２の位置を保持するように制御される。第１回目の撮像画像と第２回目の撮像画像は合成処理されることになる。
【００４０】
図７は、本実施形態の選択切換部の構成例を示す図である。
【００４１】
図７の選択切換部２３０Ａは、光波面変調素子（たとえば位相板）２１３ａを、回転中心を持った回転可動な部品２３１に光軸を一致させて配置し、部品２３１の縁部とモータ２３２の回転軸に取り付けた歯車２３３と噛合させて、制御装置２５０で生成された制御信号ＣＴＬ１に応じて、光波面変調素子２１３ａを光軸中心ＡＸに所定角度、たとえば４５度回転させ、あるいはそのままの位置に保持する。
【００４２】
選択切換部２３０Ａは、たとえば初期状態では、図７中、Ｐ１で示す部品２３１の位置に光波面変調素子２１３ａの縁部の第１の位置部ａ１が一致する位置に保持される。
そして、選択切換部２３０Ａは、制御装置２５０による制御信号ＣＴＬ１を受けて部品２３１を図中反時計回りに所定角度、たとえば４５度回転する。
また、選択切換部２３０Ａは、たとえば第２の位置部ａ２での撮像が終了すると、制御装置２５０による制御信号ＣＴＬ１を受けて部品２３１を図中時計回りに４５度回転する（基準位置に戻される）。
【００４３】
画像処理装置２４０は、前段の不図示のＡＦＥ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、後段の制御装置２５０に出力する。
画像処理装置２４０は、複数の回転角度毎（０度と４５度）に撮像された画像を合成して得られる合成画像に対して、制御装置２５０の制御信号ＣＴＬ２により指示されたボケ復元フィルタを用いて、入力画像信号の光学的伝達関数（ＯＴＦ）を通して得られた入力画像信号に対してフィルタ処理を行う。
画像処理装置２４０は、撮像素子２２０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機能（ボケ復元機能）を有する。また、画像信号処理部は、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。
なお、ボケ復元フィルタは、複数の回転角度（本実施形態では０度と４５度）に対応する個々の点像強度分布（ＰＳＦ）を合成したＰＳＦから算出して得られる。
画像処理装置２４０の処理については後でさらに詳述する。
【００４４】
制御装置２５０は、選択切換部２３０、画像処理装置２４０、インタフェース部２６０を介した上位装置（たとえば電子レジスタ）等との通信等を制御し、システム全体の調停制御を司るものである。
制御装置２５０は、制御信号ＣＴＬ１を選択切換部２３０に出力して光波面変調素子２１３ａを回転させず（回転角０度）に第１の位置に保持した状態で撮像を行わせ、続いて、制御信号ＣＴＬ１により光波面変調素子２１３ａを回転させて（回転角４５度）第２の位置に保持した状態で撮像を行わせる。
そして、制御装置２５０は、制御信号ＣＴＬ２を画像処理装置２４０に出力して、複数の回転角度毎（０度と４５度）に撮像された画像を合成して得られる合成画像に対して、複数の回転角度（本実施形態では０度と４５度）に対応する個々の点像強度分布（ＰＳＦ）を合成したＰＳＦから算出して得られるボケ復元フィルタを作用させることによって焦点深度拡張を行うように制御する。
そして、制御装置２５０は、情報コードの特性に応じた光波面変調素子の回転制御および復元フィルタの選択制御後に読み取った情報コードを解読し、その解読した情報をたとえばインタフェース部２６０を介して上位装置に送信する等の制御を行う。
【００４５】
制御装置２５０は、上記複数のＰＳＦに対して異なる重み付けを行ってこれら複数のＰＳＦを合成するように制御する。
また、制御装置２５０は、複数のＰＳＦの重み付けの割合に従って露出時間を変えて複数の回転角度毎に撮像を行うように制御する。
なお、本実施形態においては、重み付けおよび、または露出時間の比率は、復元性能を重視する回転角度に重く配分する。
また、本実施形態にいては、復元性能を重視する回転角度を、撮像画角の鉛直方向および水平方向の少なくとも一方とする。
【００４６】
ここで、重み付けを行うＰＳＦ合成処理についての一例を説明する。
図８は、ＰＳＦ２を示す図であり、図９は、図８のＰＳＦ２のＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ：変調伝達関数）を示す図であり、図１０は、本実施形態に係る合成ＰＳＦ３を示す図であり、図１１は、合成ＰＳＦのＭＴＦを示す図である。
【００４７】
図８に示すボケＰＳＦ２にＰＳＦ１（点像）を合成して合成ＰＳＦ３を生成する。合成したＰＳＦが図１０に示すようになる。
合成の方法は、たとえば露出時間の短い第１の撮影からＰＳＦ１（点像）を生成し、第２の画像からＰＳＦ２を生成する。
そして、第１の撮影露出条件と第２の撮影露出条件の比に応じた重みを考慮して合成ＰＳＦ３を生成する。
たとえば、第１の撮影の露出量が１００、第２の撮影の露出量が２００であれば、ＰＳＦ１とＰＳＦ２は１：２で合成する。
合成ＰＳＦ３のＭＴＦは、図１１に示すように、露出の短い画像のＰＳＦ１を合成することで、図９に示すようなバウンドは発生しない。したがって、図１１のＭＴＦから生成した周波数変調を施すボケ復元フィルタも、いわゆる０割が発生しない。
【００４８】
そして、本実施形態においては、光学系２１０と撮像素子２２０の相対的な位置は、選択切換部２３０により、光学系２１０に含まれる光波面変調素子と撮像素子２２０を相対的に回転させて取り付け位置が設定される。本実施形態においては、前述したように、制御装置２５０に応じて光波面変調素子を光学系２１０の光軸を中心に回転させてあるいはそのままの位置に保持して、第１の位置または第２の位置に設定される。
なお、たとえばＰＳＦは頂部を通る中心線を中心に左右対称である。
【００４９】
図１２（Ａ），（Ｂ）は、基準位置（回転角度０度）と所定角度回転（４５度回転）後のアナログＰＳＦを示す図である。
図１３（Ａ），（Ｂ）は、図１２（Ａ）の基準位置（回転角度０度）のアナログＰＳＦのＡ／Ｄ変換後のデジタルＰＳＦおよびそのＭＴＦを示す図である。
図１４（Ａ），（Ｂ）は、図１２（Ｂ）の所定角度回転（４５度回転）後のアナログＰＳＦのＡ／Ｄ変換後のデジタルＰＳＦおよびそのＭＴＦを示す図である。
図１５（Ａ），（Ｂ）は、０度と４５度のＰＳＦを合成した後のデジタルＰＳＦおよびそのＭＴＦを示す図である。
【００５０】
上述し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においては、位相板で生成されるＰＳＦはボケの広がる方向がたとえば画角の鉛直方向と水平方向に強く現れ、４５度方向にボケ成分が少ない。
これを周波数分析を行うと鉛直方向、水平方向のＭＴＦはそこにあるものの、図１３（Ｂ）に示すように、４５度方向はかなり低下している。
一方で復元フィルタは基本的に上記ＭＴＦの逆数であるので４５度方向の周波数成分の係数は非常に高くなってしまう。
【００５１】
一般に、ノイズ対策によりすでに述べたｗｉｅｎｅｒ型フィルタが復元フィルタとして用いられることが多いが、それを適用するとノイズを抑制する働き同様、図１３（Ｂ）に示すように、ノイズレベルまで低下している４５度方向に対してはゲインを抑制する効果が働き、結局のところ４５度方向の本来必要な倍率まで上げられないことになる。これが原因で４５度方向は復元しきれないことなる。
【００５２】
これに対して、本実施形態のように、複数の回転角度（ここでは０度と４５度）のＰＳＦを合成することにより、図１５（Ｂ）に示すように、鉛直方向、水平方向のＭＴＦにおいて、４５度方向はかなり低下したものが、４５度方向の本来必要な倍率まで上げられるようになっている。
【００５３】
図１６は、元画像の一例を示す図であり、図１７は、基準位置（回転角度０度）の場合のボケ画像を示す図であり、図１８は、回転角度０度の復元画像を示す図であり、図１９は回転角度４５度の復元画像であり、図２０は、回転角度０度と４５度の合成ボケ画像を示す図であり、図２１は、回転角度０度と４５度の合成復元画像を示す図である。
【００５４】
これらの図からわかるように、回転角度０度の復元画像はボケが残ったような画像となり、回転角度４５の復元画像は、０度の場合に比べて角度による違いはあるが、やはり十分な復元画像を得ることはできない。
これに対して、図２１に示すように、回転角度０度と４５度の合成復元画像は十分に鮮明な復元画像を得ることができる。
【００５５】
なお、本実施形態においては、４５度回転させた場合について説明したが、図１３（Ｂ）の状態から９０度、１８０度、２７０度以外で回転させても、本発明の効果を十分に発現することができる。
【００５６】
以下、本実施形態のＤＥＯＳの原理、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。
【００５７】
まず、ＤＥＯＳの基本原理について説明する。
図２２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。
【００５８】
[数２]
ｇ＝Ｈ＊ｆ
ただし、＊はコンボリューションを表す。
【００５９】
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。
【００６０】
[数３]
ｆ＝Ｈ-１＊ｇ
【００６１】
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。
光学切り替え情報をＫＰｎ，ＫＰｎ−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。
【００６２】
【数４】
2008245157.tif 000004
【００６３】
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。
【００６４】
本実施形態においては、図３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、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。
【００６５】
なお、本実施形態において、分散とは、上述したように、位相板２１３ａ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形成し、位相板２１３ａ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）を形成する現象をいい、像が分散してボケ部分を形成する振る舞いから収差と同様の意味合いが含まれる。したがって、本実施形態においては、収差として説明する場合もある。
【００６６】
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。
以下、この特徴について説明する。
【００６７】
図２３（Ａ）〜（Ｃ）は、撮像素子２２０の受光面でのスポット像を示している。
図２３（Ａ）は焦点が０．２ｍｍずれた場合（Ｄｅｆｏｃｕｓ＝０．２ｍｍ）、図２３（Ｂ）が合焦点の場合（Ｂｅｓｔ  ｆｏｃｕｓ）、図２３（Ｃ）が焦点が−０．２ｍｍずれた場合（Ｄｅｆｏｃｕｓ＝−０．２ｍｍ）の各スポット像を示している。
図２３（Ａ）〜（Ｃ）からもわかるように、本実施形態に係る撮像装置２００においては、位相板２１３ａを含む波面形成用光学素子群２１３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）が形成される。
【００６８】
このように、本実施形態の撮像装置２００において形成された１次画像ＦＩＭは、深度が非常に深い光束条件にしている。
【００６９】
図２４（Ａ），（Ｂ）は、本実施形態に係る撮像レンズ装置により形成される１次画像の変調伝達関数（ＭＴＦ：Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）について説明するための図であって、図２４（Ａ）は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、図２４（Ｂ）が空間周波数に対するＭＴＦ特性を示している。
本実施形態においては、高精細な最終画像は後段の、たとえばデジタルシグナルプロセッサ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）からなる画像処理装置２４０の補正処理に任せるため、図２４（Ａ），（Ｂ）に示すように、１次画像のＭＴＦは本質的に低い値になっている。
【００７０】
以下、深度拡張光学系を採用した場合の各部構成および機能についてさらに説明する。
【００７１】
図２５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。
【００７２】
【数５】
2008245157.tif 000005
【００７３】
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２６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。
【００７４】
なお、図２５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。
【００７５】
【数６】
2008245157.tif 000006
【００７６】
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ＦＩＭを受けて、１次画像の空間周波数におけるＭＴＦをいわゆる持ち上げる所定の補正処理等を施して高精細な最終画像ＦＮＬＩＭを形成する。
【００７７】
画像処理装置２４０のＭＴＦ補正処理は、たとえば図２７の曲線Ａで示すように、本質的に低い値になっている１次画像のＭＴＦを、空間周波数をパラメータとしてエッジ強調、クロマ強調等の後処理にて、図２７中曲線Ｂで示す特性に近づく（達する）ような補正を行う。
なお、本実施形態における全ての補正は、空間周波数のパラメータによる。
【００７８】
本実施形態においては、図２７に示すように、光学的に得られる空間周波数に対するＭＴＦ特性曲線Ａに対して、最終的に実現したいＭＴＦ特性曲線Ｂを達成するためには、それぞれの空間周波数に対し、図２８に示すようにエッジ強調等の強弱を付け、元の画像（１次画像）に対して補正をかける。
たとえば、図２７のＭＴＦ特性の場合、空間周波数に対するエッジ強調の曲線は、図２８に示すようになる。
【００７９】
すなわち、空間周波数の所定帯域内における低周波数側および高周波数側でエッジ強調を弱くし、中間周波数領域においてエッジ強調を強くして補正を行うことにより、所望のＭＴＦ特性曲線Ｂを仮想的に実現する。
【００８０】
このように、実施形態に係る撮像装置２００は、基本的に、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からなり、光学系システムの中に、波面成形用の光学素子を新たに設けるか、またはガラス、プラスチックなどのような光学素子の面を波面成形用に成形したものを設けることにより、結像の波面を変形（変調）し、そのような波面をＣＣＤやＣＭＯＳセンサからなる撮像素子２２０の撮像面（受光面）に結像させ、その結像１次画像を、画像処理装置２４０を通して高精細画像を得る画像形成システムである。
本実施形態では、撮像素子２２０による１次画像は深度が非常に深い光束条件にしている。そのために、１次画像のＭＴＦは本質的に低い値になっており、そのＭＴＦの補正を画像処理装置２４０で行う。
【００８１】
ここで、本実施形態における撮像装置２００における結像のプロセスを、波動光学的に考察する。
物点の１点から発散された球面波は結像光学系を通過後、収斂波となる。そのとき、結像光学系が理想光学系でなければ収差が発生する。波面は球面でなく複雑な形状となる。幾何光学と波動光学の間を取り持つのが波面光学であり、波面の現象を取り扱う場合に便利である。
結像面における波動光学的ＭＴＦを扱うとき、結像光学系の射出瞳位置における波面情報が重要となる。
ＭＴＦの計算は結像点における波動光学的強度分布のフーリエ変換で求まる。その波動光学的強度分布は波動光学的振幅分布を２乗して得られるが、その波動光学的振幅分布は射出瞳における瞳関数のフーリエ変換から求まる。
さらにその瞳関数はまさに射出瞳位置における波面情報（波面収差）そのものからであることから、その光学系２１０を通して波面収差が厳密に数値計算できればＭＴＦが計算できることになる。
【００８２】
したがって、所定の手法によって射出瞳位置での波面情報に手を加えれば、任意の結像面におけるＭＴＦ値は変更可能である。
本実施形態においても、波面の形状変化を波面形成用光学素子で行うのが主であるが、まさにｐｈａｓｅ（位相、光線に沿った光路長）に増減を設けて目的の波面形成を行っている。
そして、目的の波面形成を行えば、射出瞳からの射出光束は、図２３（Ａ）〜（Ｃ）に示す幾何光学的なスポット像からわかるように、光線の密な部分と疎の部分から形成される。
この光束状態のＭＴＦは空間周波数の低いところでは低い値を示し、空間周波数の高いところまでは何とか解像力は維持している特徴を示している。
すなわち、この低いＭＴＦ値（または、幾何光学的にはこのようなスポット像の状態）であれば、エリアジングの現象を発生させないことになる。
つまり、ローパスフィルタが必要ないのである。
そして、後段のＤＳＰ等からなる画像処理装置２４０でＭＴＦ値を低くしている原因のフレアー的画像を除去すれば良いのである。それによってＭＴＦ値は著しく向上する。
【００８３】
次に、本実施形態および従来光学系のＭＴＦのレスポンスについて考察する。
【００８４】
図２９は、従来の光学系の場合において物体が焦点位置にあるときと焦点位置から外れたときのＭＴＦのレスポンス（応答）を示す図である。
図３０は、光波面変調素子を有する本実施形態の光学系の場合において物体が焦点位置にあるときと焦点位置から外れたときのＭＴＦのレスポンスを示す図である。
また、図３１は、本実施形態に係る撮像装置のデータ復元後のＭＴＦのレスポンスを示す図である。
【００８５】
図からもわかるように、光波面変調素子を有する光学系の場合、物体が焦点位置から外れた場合でもＭＴＦのレスポンスの変化が光波面変調素子を挿入してない光学系よりも少なくなる。
この光学系によって結像された画像は、コンボリューションフィルタによる処理によって、ＭＴＦのレスポンスが向上する。
【００８６】
図３０に示した、位相板を持つ光学系のＯＴＦの絶対値（ＭＴＦ）はナイキスト周波数において０．１以上であることが好ましい。
なぜなら、図３１に示した復元後のＯＴＦを達成するためには復元フィルタでゲインを上げることになるが、センサのノイズも同時に上げることになる。そのため、ナイキスト周波数付近の高周波ではできるたけゲインを上げずに復元を行うことが好ましい。
通常の光学系の場合、ナイキスト周波数でのＭＴＦが０．１以上あれば解像する。
したがって、復元前のＭＴＦが０．１以上あれば復元フィルタでナイキスト周波数でのゲインを上げずに済む。復元前のＭＴＦが０．１未満であると、復元画像がノイズの影響を大きく受けた画像になるため好ましくない。
【００８７】
次に、画像処理装置２４０のボケ画像復元処理について説明する。
図３２は、一般的な光学系のベストフォーカス（ＢｅｓｔＦｏｒｃｕｓ）位置でのＭＴＦ（Modulation Transfer Function：振幅伝達関数）特性図である。
図３３は、本実施形態の光学系のＭＴＦ特性を示す図である。
【００８８】
本実施形態の光学系２１０を通過して撮像素子２２０で得られた撮像画像はボケているため中域〜高域にかけてＭＴＦが低下している。このＭＴＦを演算によって上昇させる。レンズ単体の振幅特性であるＭＴＦに対し、画像処理を含めたトータルの振幅特性はＳＦＲ（Spatial Frequency Response）と呼ばれている。
ボケ画像を発生させるＰＳＦの周波数特性がＭＴＦであるので、これから所望のＳＦＲ特性まで引き上げるゲイン特性に設計してできたものがボケ復元フィルタである。どの程度のゲインにするかはノイズや偽像とのバランスで決めていく。
【００８９】
このボケ復元フィルタを元画像にデジタルフィルタリングする方法は、画像をフーリエ変換し周波数領域でフィルタと周波数毎に積を取る方法と、空間領域でコンボリューション（Convolution）演算（畳み込み演算）を行なう方法がある。ここでは後者での実現方法を説明する。コンボリューション演算は下記の式で表される。
【００９０】
【数７】
2008245157.tif 000007
【００９１】
ただし、ｆはフィルタ（ｆｉｌｔｅｒ）カーネルを示している（ここでは計算を容易にするために１８０度回転済みのものを使用している）。
また、Ａは元画像、Ｂはフィルタリングされた画像（ボケ復元画像）を示している。
この式から分かる通り、ｆを画像に重ねて各タップ同士の積和した結果をその重ねた中心座標の値とすることである。
【００９２】
次に、図３４（Ａ）〜（Ｃ）に関連付けて３＊３のフィルタを例に挙げ具体的に説明する。
図３４（Ａ）の復元フィルタ（既に１８０度回転済み）を図３４（Ｂ）に示すボケ画像のＡ(i,j)上にフィルタの中心ｆ(0,0)を重ね、各タップ同士の積をとりこの９個の総和値を図３４（Ｃ）に示すボケ復元画像のＢ(i,j)とする。
(i,j)を画像全体に渡ってスキャンすると新たなＢ画像が生成される。これがデジタルフィルタである。ここではフィルタがボケ復元目的であるので、この処理を行なうことでボケ復元処理を実施することができる。
【００９３】
次に、画像処理装置２４０の構成および処理について説明する。
図３５は、本実施形態に係る画像処理装置の構成例を示すブロック図である。
【００９４】
画像処理装置２４０は、図３５に示すように、生（ＲＡＷ）バッファメモリ２４１、コンボリューション演算器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。
【００９５】
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２５０により制御される。
【００９６】
また、カーネルデータ格納ＲＯＭ２４３には、図３６および図３７に示すように予め用意されたそれぞれの光学系の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２５０によって情報コードおよび、または物体距離情報を取得し、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。
【００９７】
図３６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。
【００９８】
また、図３７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。
【００９９】
以上説明したように、本実施形態によれば、光軸を中心に回転可能な光波面変調素子を含む光学系２１０と、記光学系を介した像を撮像する撮像素子２２０と、複数の回転角度に対応する個々の点像強度分布（ＰＳＦ）を合成したＰＳＦから得られたボケ復元フィルタを用いてボケ復元処理を行う画像処理装置２４０と、複数の回転角度毎に撮像された画像を合成して得られる合成画像に対して記ボケ復元フィルタを作用させることによって焦点深度拡張を行うように制御する制御装置２５０とを有することから、復元画が良好となるようなボカシを実現でき、また、光学系を簡単化でき、コスト低減を図ることができ、適切な画質の、ノイズの影響が小さく、必要な方向の復元を的確に行うことが可能で良好な復元画像を得ることができる利点がある。
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。
【０１００】
また、本実施形態においては、結像レンズ２１２による撮像素子２２０の受光面への結像の波面を変形させる波面形成用光学素子を有する撮像レンズ系と、撮像素子２２０による１次画像ＦＩＭを受けて、１次画像の空間周波数におけるＭＴＦをいわゆる持ち上げる所定の補正処理等を施して高精細な最終画像ＦＮＬＩＭを形成する画像処理装置２４０とを有することから、高精細な画質を得ることが可能となるという利点がある。
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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、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。
【０１０４】
なお、本実施形態において、光学系の波面形成用光学素子を絞りより物体側、絞りと同一あるいは絞りより結像レンズ側の何れに配置しても同様の作用効果を得ることができる。
【０１０５】
なお、上述した実施形態においては、制御装置２５０は、制御信号ＣＴＬ１を選択切換部２３０に出力して光波面変調素子２１３ａを回転させず（回転角０度）に第１の位置に保持した状態で撮像を行わせ、続いて、制御信号ＣＴＬ１により光波面変調素子２１３ａを回転させて（回転角４５度）第２の位置に保持した状態で撮像を行わせるように構成したが、本発明はこれに限定されるものではい。
【０１０６】
たとえば、図示しないが、光学系２１０に光軸を中心に回転可能な複数の光波面変調素子を配置する。この場合、たとえば基準位置（回転角度０度）に対応する第１の光波面変調素子と、回転角度４５に対応するように配置された第２の光波面変調素子を配置する。
そして、撮像された画像に対してボケ復元フィルタを作用させることによって焦点深度拡張を行う。
この場合、選択切換部が不要となることから、モータ等が不要で装置構成の簡単化、小型化を図ることが可能となる。
【０１０７】
あるいは、光学系２１０に、光学特性上、光軸を回転させて組み合わせた複数の光波面変調素子と同等の特性をもつ一つの光波面変調素子を配置する。
そして、撮像された画像に対してボケ復元フィルタを作用させることによって焦点深度拡張を行う。
この場合、選択切換部で、光波面変調素子が一つでいいことから、さらなる装置構成の簡単化、小型化を図ることが可能となる。
【０１０８】
なお、図４の光学系は一例であり、本発明は図４の光学系に対して用いられるものとは限らない。また、スポット形状についても図５および図６は一例であり、本実施形態のスポット形状は、図５および図６に示すものとは限らない。
また、図３６、および図３７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、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。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明の実施形態に係る撮像装置としての情報コード読取装置の一例を示す外観図である。
【図２】情報コードを例を示す図である。
【図３】図１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４】本実施形態に係る光学系の構成例を模式的に示す図である。
【図５】広角側の像高中心のスポット形状を示す図である。
【図６】望遠側の像高中心のスポット形状を示す図である。
【図７】本実施形態に係る選択切換部の構成例を示す図である。
【図８】ＰＳＦ２を示す図である。
【図９】図８のＰＳＦ２のＭＴＦを示す図である。
【図１０】本実施形態に係る合成ＰＳＦ３を示す図である。
【図１１】合成ＰＳＦのＭＴＦを示す図である。
【図１２】基準位置（回転角度０度）と所定角度回転（４５度回転）後のアナログＰＳＦを示す図である。
【図１３】図１２（Ａ）の基準位置（回転角度０度）のアナログＰＳＦのＡ／Ｄ変換後のデジタルＰＳＦおよびそのＭＴＦを示す図である。
【図１４】図１２（Ｂ）の所定角度回転（４５度回転）後のアナログＰＳＦのＡ／Ｄ変換後のデジタルＰＳＦおよびそのＭＴＦを示す図である。
【図１５】０度と４５度のＰＳＦを合成した後のデジタルＰＳＦおよびそのＭＴＦを示す図である。
【図１６】元画像の一例を示す図である。
【図１７】基準位置（回転角度０度）の場合のボケ画像を示す図である。
【図１８】回転角度０度の復元画像を示す図である。
【図１９】回転角度４５度の復元画像である。
【図２０】回転角度０度と４５度の合成ボケ画像を示す図である。
【図２１】回転角度０度と４５度の合成復元画像を示す図である。
【図２２】ＤＥＯＳの原理を説明するための図である。
【図２３】本実施形態に係る撮像素子の受光面でのスポット像を示す図であって、（Ａ）は焦点が０．２ｍｍずれた場合（Ｄｅｆｏｃｕｓ＝０．２ｍｍ）、（Ｂ）が合焦点の場合（Ｂｅｓｔ  ｆｏｃｕｓ）、（Ｃ）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２４】本実施形態に係る撮像素子により形成される１次画像のＭＴＦについて説明するための図であって、（Ａ）は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、（Ｂ）が空間周波数に対するＭＴＦ特性を示している。
【図２５】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２６】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２７】本実施形態に係る画像処理装置におけるＭＴＦ補正処理を説明するための図である。
【図２８】本実施形態に係る画像処理装置におけるＭＴＦ補正処理を具体的に説明するための図である。
【図２９】従来の光学系の場合において物体が焦点位置にあるときと焦点位置から外れたときのＭＴＦのレスポンス（応答）を示す図である。
【図３０】光波面変調素子を有する本実施形態の光学系の場合において物体が焦点位置にあるときと焦点位置から外れたときのＭＴＦのレスポンスを示す図である。
【図３１】本実施形態に係る撮像装置のデータ復元後のＭＴＦのレスポンスを示す図である。
【図３２】一般的な光学系のベストフォーカス（ＢｅｓｔＦｏｒｃｕｓ）位置でのＭＴＦ（Modulation Transfer Function  振幅伝達関数）特性図である。
【図３３】本実施形態の光学系のＭＴＦ特性を示す図である。
【図３４】本実施形態におけるボケ復元処理のコンボリューション演算の説明図である。
【図３５】本実施形態に係る画像処理装置の構成例を示すブロック図である。
【図３６】カーネルデータＲＯＭの格納データの一例を示す図である。
【図３７】カーネルデータＲＯＭの格納データの他例を示す図である。
【図３８】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３９】図３８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、（Ａ）は焦点が０．２ｍｍずれた場合（Ｄｅｆｏｃｕｓ＝０．２ｍｍ）、（Ｂ）が合焦点の場合（Ｂｅｓｔ  ｆｏｃｕｓ）、（Ｃ）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。
【符号の説明】
【０１１０】
１００・・・情報コード読取装置、１２１・・・情報コード、２００・・・撮像装置、２１０・・・光学系、２２０・・・撮像素子、２３０・・・選択切換部、２４０・・・画像処理装置、２５０・・・制御装置、２１１・・・物体側レンズ、２１２・・・結像レンズ、２１３・・・波面形成用光学素子、２１３ａ・・・位相板（光波面変調素子）、２４２・・・コンボリューション演算器、２４３・・・カーネルデータ格納ＲＯＭ、２４４・・・コンボリューション制御部。
【図１】
2008245157.tif 000008
【図２】
2008245157.tif 000009
【図３】
2008245157.tif 000010
【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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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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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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