(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２個以上のレンズから構成されたレンズアレイと、該レンズアレイを構成するレンズ間での光線のクロストークを防止するための遮光手段と、前記レンズアレイにより結像された像を撮像するための撮像手段と、該撮像手段により撮像された複眼像から単一像を再構成するための第１の演算器と、を有する画像入力装置において、前記レンズアレイがエレクトロウェッティングレンズからなり、少なくとも複数の被写体距離に対して合焦できる機能を有することを特徴とする画像入力装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像入力装置において、さらに被写体距離を検出する距離検出手段を有することを特徴とする画像入力装置。
【請求項３】
請求項２に記載の画像入力装置において、前記距離検出手段は、複眼像の視差情報に基づき被写体距離を求める第２の演算器であることを特徴とする画像入力装置。
【請求項４】
請求項３に記載の画像入力装置において、前記第２の演算器によって前記複眼像の視差を検出するための演算は、複眼像の相互相関演算であることを特徴とする画像入力装置。
【請求項５】
請求項２ないし４のいずれか１つに記載の画像入力装置において、前記被写体距離検出手段の出力をエレクトロウェッティングレンズの形状にフィードバックして合焦距離を変化させる手段をさらに有することを特徴とする画像入力装置。
【請求項６】
請求項１ないし４のいずれか１つに記載の画像入力装置において、前記レンズアレイは、同一の合焦距離を有する複数のレンズを１つのレンズセットとし、合焦距離の異なる複数のレンズセットから構成されたエレクトロウェッティングレンズの集合体であることを特徴とする画像入力装置。
【請求項７】
請求項６に記載の画像入力装置において、前記複数のレンズセットによる被写界深度は少なくとも互いに連続することを特徴とする画像入力装置。
【請求項８】
請求項６または７に記載の画像入力装置において、前記複数のレンズセット毎に、前記複眼像から、前記単一像の再構成を行うための個眼像の選択をする個眼像選択手段をさらに有することを特徴とする画像入力装置。
【請求項９】
請求項５または８に記載の画像入力装置において、合焦距離の異なるレンズ毎に再構成された複数の単一像から合焦部分抽出手段により、ピントが合った合焦部分を抽出して合成する演算器をさらに有することを特徴とする画像入力装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の画像入力装置において、前記合焦部分抽出手段は、コントラストの高い部分を合焦部分として抽出する演算器であることを特徴とする画像入力装置。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の画像入力装置において、前記エレクトロウェッティングレンズ同士の接触を防止するための封止部材をさらに有することを特徴とする画像入力装置。
【請求項１２】
２個以上のレンズから構成されたレンズアレイと、該レンズアレイを構成するレンズ間での光線のクロストークを防止するための遮光手段と、前記レンズアレイにより結像された像を撮像するための撮像手段と、該撮像手段により撮像された複眼像から単一像を再構成するための第１の演算器と、を有する画像入力装置において、前記レンズアレイは、同一の厚みを有することにより同一の合焦距離を有する複数のレンズを１つのレンズセットとし、合焦距離の異なる複数のレンズセットから構成され、少なくとも複数の被写体距離に対して合焦できる機能を有することを特徴とする画像入力装置。
【請求項１３】
２個以上のレンズから構成されたレンズアレイと、該レンズアレイを構成するレンズ間での光線のクロストークを防止するための遮光手段と、前記レンズアレイにより結像された像を撮像するための撮像手段と、該撮像手段により撮像された複眼像から単一像を再構成するための第１の演算器と、を有する画像入力装置において、前記レンズアレイは、同一の曲率半径を有することにより同一の合焦距離を有する複数のレンズを１つのレンズセットとし、合焦距離の異なる複数のレンズセットから構成され、少なくとも複数の被写体距離に対して合焦できる機能を有することを特徴とする画像入力装置。
【請求項１４】
請求項１２または１３に記載の画像入力装置において、前記複数のレンズセットによる被写界深度は少なくとも互いに連続することを特徴とする画像入力装置。
【請求項１５】
請求項１２ないし１４のいずれか１つに記載の画像入力装置において、さらに被写体距離を検出する距離検出手段を有することを特徴とする画像入力装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の画像入力装置において、前記距離検出手段は、複眼像の視差情報に基づき被写体距離を求める第２の演算器であることを特徴とする画像入力装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の画像入力装置において、第２の演算器によって前記複眼像の視差を検出するための演算は、複眼像の相互相関演算であることを特徴とする画像入力装置。
【請求項１８】
請求項１５ないし１７のいずれか１つに記載の画像入力装置において、前記距離検出手段の出力をもとに、前記複眼像から、前記単一像の再構成を行うための個眼像の選択をする個眼像選択手段をさらに有することを特徴とする画像入力装置。
【請求項１９】
請求項１２ないし１８のいずれか１つに記載の画像入力装置において、前記複数のレンズセット毎に再構成された複数の単一像から、合焦部分抽出手段により、ピントが合った合焦部分を抽出して合成する演算器をさらに有することを特徴とする画像入力装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の画像入力装置において、前記合焦部分抽出手段は、コントラストの高い部分を合焦部分として抽出する演算器であることを特徴とする画像入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像読取装置、虹彩認証や顔認証などの画像認識装置、デジタルカメラ、監視カメラなど光学系と撮像素子を用いる画像入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の薄型化を図った画像入力装置として、レンズアレイを用いた装置が知られているが、レンズアレイと撮像素子の距離が固定されているため、焦点調節ができない（例えば、特許文献１、２  参照。）。過焦点距離に合焦させたパンフォーカスならば、レンズに焦点調節機能が無くても、レンズの被写界深度を利用して過焦点距離の半分の距離から無限遠までピントが合ったような画像を撮影できるが、過焦点距離の半分の距離よりも近い被写体を撮影する場合、被写体距離が近くなるに従いデフォーカス収差が増大し、ピントずれした画像となってしまう。また、レンズ径を小さくすれば、被写界深度が広がり近接した被写体にもピントが合ったような画像を得ることができるが、ひとつのレンズで撮像される個眼像を構成する撮像素子の画素数が少なくなり、複眼像を再構成して得られる単一像の解像度が低下してしまう。
前記複数の被写体距離に合焦する手段を有するマイクロレンズアレイが具備されていても、合焦すべき被写体距離を知ることができなければその機能を有効に利用することはできない。様々な被写体距離に合焦させて、ピントが合う位置を探し当てても良いが、そのための時間が必要であり、使用者の主観でピントが合っているかを判断しなければならないので不正確になる恐れがある。
【０００３】
焦点調節機能を有するレンズアレイの従来技術がある（例えば、非特許文献１  参照。）が、レンズの変形に使用する流体を制御するための外部装置が必要であり、各レンズが流体の流路でつながっているためそれぞれのレンズ形状すなわち焦点距離を別個に制御することはできないという問題点があった。
また、焦点調節機能を有するエレクトロウェッティングレンズというものがあるが、エレクトロウェッティングレンズは、原理的に大径化が困難なため、明るい光学系への適用ができないという欠点があった。エレクトロウェッティングレンズでは、電圧の印加による導電性液体と誘電体のぬれ性の変化を利用して液体形状を変化させることで焦点調節機能を実現している。大径化すると体積に対する表面積の割合は減少するので、液体形状を支配する因子におけるぬれ性の影響は小さくなり、液体の重さなどの体積に関係する物理量が支配的になってくる。こうした理由で、エレクトロウェッティングレンズの明るい光学系への適用は困難である。しかしながら、レンズアレイを構成する各レンズは、従来のカメラなどの画像入力装置に用いられているレンズと比べて著しく小さい。そのため、焦点調節が可能であるというエレクトロウェッティングレンズの利点を十分に活かすことができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−０６１１０９号公報
【特許文献２】特開２００３−１４１５２９号公報
【特許文献３】特表２００１−５１９５３９号公報
【非特許文献１】Nikolas Chronisら，”Tunable liquid-filled microlens array integrated with microfluidic network”．OPTICS EXPRESS Vol．11， No．19，pp2370
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
薄型かつ近接した被写体から無限遠にある被写体にまでピントが合った画像を取得できる画像入力装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明では、２個以上のレンズから構成されたレンズアレイと、該レンズアレイを構成するレンズ間での光線のクロストークを防止するための遮光手段と、前記レンズアレイにより結像された像を撮像するための撮像手段と、該撮像手段により撮像された複眼像から単一像を再構成するための第１の演算器と、を有する画像入力装置において、前記レンズアレイがエレクトロウェッティングレンズからなり、少なくとも複数の被写体距離に対して合焦できる機能を有することを特徴とする。
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の画像入力装置において、さらに被写体距離を検出する距離検出手段を有することを特徴とする。
請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の画像入力装置において、前記距離検出手段は、複眼像の視差情報に基づき被写体距離を求める第２の演算器であることを特徴とする。
【０００７】
請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の画像入力装置において、前記第２の演算器によって前記複眼像の視差を検出するための演算は、複眼像の相互相関演算であることを特徴とする。
請求項５に記載の発明では、請求項２ないし４のいずれか１つに記載の画像入力装置において、前記被写体距離検出手段の出力をエレクトロウェッティングレンズの形状にフィードバックして合焦距離を変化させる手段をさらに有することを特徴とする。
請求項６に記載の発明では、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の画像入力装置において、前記レンズアレイは、同一の合焦距離を有する複数のレンズを１つのレンズセットとし、合焦距離の異なる複数のレンズセットから構成されたエレクトロウェッティングレンズの集合体であることを特徴とする。
請求項７に記載の発明では、請求項６に記載の画像入力装置において、前記複数のレンズセットによる被写界深度は少なくとも互いに連続することを特徴とする。
請求項８に記載の発明では、請求項６または７に記載の画像入力装置において、前記複数のレンズセット毎に、前記複眼像から、前記単一像の再構成を行うための個眼像の選択をする個眼像選択手段をさらに有することを特徴とする。
【０００８】
請求項９に記載の発明では、請求項５または８に記載の画像入力装置において、合焦距離の異なるレンズ毎に再構成された複数の単一像から合焦部分抽出手段により、ピントが合った合焦部分を抽出して合成する演算器をさらに有することを特徴とする。
請求項１０に記載の発明では、請求項９に記載の画像入力装置において、前記合焦部分抽出手段は、コントラストの高い部分を合焦部分として抽出する演算器であることを特徴とする。
請求項１１に記載の発明では、請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の画像入力装置において、前記エレクトロウェッティングレンズ同士の接触を防止するための封止部材をさらに有することを特徴とする。
請求項１２に記載の発明では、２個以上のレンズから構成されたレンズアレイと、該レンズアレイを構成するレンズ間での光線のクロストークを防止するための遮光手段と、前記レンズアレイにより結像された像を撮像するための撮像手段と、該撮像手段により撮像された複眼像から単一像を再構成するための第１の演算器と、を有する画像入力装置において、前記レンズアレイは、同一の厚みを有することにより同一の合焦距離を有する複数のレンズを１つのレンズセットとし、合焦距離の異なる複数のレンズセットから構成され、少なくとも複数の被写体距離に対して合焦できる機能を有することを特徴とする。
【０００９】
請求項１３に記載の発明では、２個以上のレンズから構成されたレンズアレイと、該レンズアレイを構成するレンズ間での光線のクロストークを防止するための遮光手段と、前記レンズアレイにより結像された像を撮像するための撮像手段と、該撮像手段により撮像された複眼像から単一像を再構成するための第１の演算器と、を有する画像入力装置において、前記レンズアレイは、同一の曲率半径を有することにより同一の合焦距離を有する複数のレンズを１つのレンズセットとし、合焦距離の異なる複数のレンズセットから構成され、少なくとも複数の被写体距離に対して合焦できる機能を有することを特徴とする。
請求項１４に記載の発明では、請求項１２または１３に記載の画像入力装置において、前記複数のレンズセットによる被写界深度は少なくとも互いに連続することを特徴とする。
請求項１５に記載の発明では、請求項１２ないし１４のいずれか１つに記載の画像入力装置において、さらに被写体距離を検出する距離検出手段を有することを特徴とする。
請求項１６に記載の発明では、請求項１５に記載の画像入力装置において、前記距離検出手段は、複眼像の視差情報に基づき被写体距離を求める第２の演算器であることを特徴とする。
請求項１７に記載の発明では、請求項１６に記載の画像入力装置において、第２の演算器によって前記複眼像の視差を検出するための演算は、複眼像の相互相関演算であることを特徴とする。
【００１０】
請求項１８に記載の発明では、請求項１５ないし１７のいずれか１つに記載の画像入力装置において、前記距離検出手段の出力をもとに、前記複眼像から、前記単一像の再構成を行うための個眼像の選択をする個眼像選択手段をさらに有することを特徴とする。
請求項１９に記載の発明では、請求項１２ないし１８のいずれか１つに記載の画像入力装置において、前記複数のレンズセット毎に再構成された複数の単一像から、合焦部分抽出手段により、ピントが合った合焦部分を抽出して合成する演算器をさらに有することを特徴とする。
請求項２０に記載の発明では、請求項１９に記載の画像入力装置において、前記合焦部分抽出手段は、コントラストの高い部分を合焦部分として抽出する演算器であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、複数の被写体距離に合焦する手段をレンズアレイに付与しているので、薄型かつ近接した被写体から無限遠にある被写体までピントが合った画像を取得可能な画像入力装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は本発明の構成を説明するための模式図である。同図（ａ）はレンズの合焦距離が遠い場合、同図（ｂ）はレンズの合焦距離が近い場合をそれぞれ示す図である。
同図において符号１はレンズアレイ、２は封止部材、３は撮像素子、４は遮光部材、５は情報処理回路、６は被写体、７はレンズ焦点調節用の制御回路をそれぞれ示す。
レンズアレイ１は略平面上に並べられた２個以上のエレクトロウェッティングレンズから構成されている。封止部材２はエレクトロウェッティングレンズ同士の接触を防止するために設けられた部材である。撮像素子３はレンズアレイによって形成される複眼像の略結像位置に設置されている。遮光部材４はレンズアレイを構成するレンズ間での光線のクロストークを防止するために設けられる。情報処理回路５のうち、５ａは前記複眼像の視差情報を検出する演算器、５ｂは距離検出手段であって、前記視差情報を利用して画像入力装置から被写体までの距離を検出する演算器（第２の演算器）、５ｃは前記複眼像から単一像を再構成する演算器（第１の演算器）である。
被写体６は一般的には奥行きを有しているので、同図（ａ）ではエレクトロウェッティングレンズが初期状態にあるとき被写界深度内にある被写体６ａと、被写界深度を外れて近い側にある被写体６ｂの２つの平面で代表している。ただし、両者を表す破線は、その被写体が存在する位置を表すものであって、被写体６ｂが被写体６ａを遮っていることを表すものではない。
【００１３】
初期状態で設定されたレンズ１ａの被写界深度内に存在する被写体６ａは、レンズアレイを構成するそれぞれのエレクトロウェッティングレンズ１ａにより結像され、撮像素子３により撮像される。遮光部材４により各レンズを通過する光線の撮像素子位置におけるクロストークが抑制される。こうして、撮像素子３により撮像された画像は、各レンズにより撮像された個眼像が並んだ複眼像となる。複眼像を構成する個眼像は一見同じ画像に見えるが、レンズと被写体との相対的な位置関係に起因した視差が存在するため、それぞれの個眼像は、少しずつシフトした画像となる。本明細書内で用いる「視差」は、収録した複眼像の中で、基準とする個眼像に対する各個眼像の画像のシフト量（単位は長さ）を表すことにする。個眼像のみを画像入力装置による収録像として用いると、個眼像における１つの画素より小さい被写体の構造を撮像することはできないが、個眼像間での視差を利用すると、個眼像における１つの画素に埋もれた被写体の構造を再現することができる。すなわち、視差を伴う複眼画像から単一画像を再構成することにより、個眼像に対して解像力を向上させた再構成像を得ることができる（特許文献１  参照。）。
【００１４】
レンズ焦点調節回路７は、エレクトロウェッティングレンズの電極に所定の電圧を加えることによって、各レンズを所望の曲率半径になるよう変化させ、特定の合焦距離に設定する。電圧を他の値に変えることによって、他の合焦距離を選ぶことができる。ここで、合焦距離とは、レンズ諸元と撮像距離が定まっているとき、その撮像面に正しくピントが合う被写体距離のことである。
図１（ａ）において、初期状態で設定されたレンズ１ａの被写界深度からはずれて近い側にある被写体６ｂに対しては、破線の光路で示すように、１点から出た光が撮像素子３上において１点に収束せず、いわゆるピントがぼけた像になる。したがって、図１（ｂ）に示すレンズ１ｂのように、レンズ面の曲率半径を変化させて合焦距離を小さくしなければ被写体６ｂに対してピントを合わせることができない。合焦距離をどのように変化させるべきかは、上記の視差を知ることで算出することができる。
【００１５】
図２は相互相関関数の例を示す図である。
演算器５ａは、収録した複眼像における各個眼像間の視差を求めるためのもので、上述のように、複眼像から単一画像の再構成の際に個眼像に対して解像力を上げるために作用すると同時に，以下に示すように、視差から被写体までの距離を求めるためにも作用する。
複眼像から各個眼像の視差を求めるために、複眼像の中からふたつの個眼像を抜出し、それらの相互相関関数を求める。この相互相関関数は２変数関数であり、ある座標においてピークを示す。視差がゼロの場合、ピーク座標位置は中央になり、視差が大きくなるにつれてピーク座標は中央から離れていく。このピーク座標と中央との距離および方向を用いて、２つの個眼像の相対的位置すなわち視差情報を定量的に検出することができる。
【００１６】
図３は複眼像の１例を示す図である。
複眼像はマイクロレンズの個数に等しい数だけ被写体の縮小像が形成されたものである。後述の図６において示すように、レンズ個々の焦点距離に比べて被写体距離ははるかに大きいので、被写体に奥行きがあって、複数の被写体距離の物体あるいは人物からなっていたとしても、各レンズの視野は互いにほぼ同じであり、一見しただけでは相互の違いは分からない。しかし、厳密に言えば、異なる位置にあるレンズがそれぞれわずかに異なる被写体領域を見ているので、見ている位置の違い、いわゆる視差によって、形成される個眼像はわずかにずれた画像となる。ほぼ同一な２つの画像のずれ量を知る方法として、上記のように相互相関関数を求める方法が知られている。
【００１７】
複眼像を構成する個眼像のうち、基準となるもの（例えば、同図の５０）を設定し、基準となる個眼像と他の個眼像の相互相関関数を求め、同様に、基準個眼像以外の全個眼像に対して、基準個眼像との相互相関をとることで、基準個眼像に対する全ての個眼像の画像シフト量を、撮像素子の画素を単位として求めることができ、画像シフト量（単位ピクセル）に撮像素子１画素あたりの長さを乗じることにより視差を算出できる。視差を求めるためにはピントずれした画像を用いることも可能だが、できればピントずれの程度は小さいほうが望ましい。そのために、エレクトロウェッティングレンズの初期状態は、可能な限り深い被写界深度に対してピントが合っているような状態、すなわちパンフォーカスになるような合焦距離に設定するのが望ましい。あるいは、そのほかに、パンフォーカスよりも短い合焦距離を有するエレクトロウェッティングレンズを複数存在させることで、過焦点距離の半分の距離よりも近接した被写体に対してもピントが合ったような複数の個眼像を取得することができ、視差の検出が容易になる。この場合、短いほうの合焦距離のレンズによる被写界深度は比較的浅くなるのが普通であるが、もう一方のレンズの合焦距離による被写界深度（パンフォーカスの範囲）と重複しても良いから、少なくとも連続するように合焦距離を設定するのが望ましい。
【００１８】
図４は三角測距法を説明するための図である。
同図において符号１１はレンズ、ｄはレンズ中心間隔、Ｌは被写体距離、Ｏはレンズ光軸と撮像素子の交点、Ｐは特定被写体、Ｐ’は特定被写体の結像点、δは視差をそれぞれ示す。
図５は複眼画像から単一画像を得る流れを示す図である。
同図において符号Ｓは流れのステップを示す、
演算器５ｂは、視差情報を利用して画像入力装置から被写体までの距離を検出するためのものである。被写体距離を求める方法として、例えば三角測量の原理を用いた三角測距法が知られている。同図を用いて三角測量による被写体距離の求め方について述べる。レンズ１１ａの光軸と被写体６の交わる点Ｐから発した光のうち、レンズ１１ａを通過した光はレンズ１１ａの光軸と撮像素子３の交わる点Ｏａに結像する。一方レンズ１１ｂを通過した光は撮像素子上の点Ｐ’に結像する。レンズ１１ｂの光軸と撮像素子３の交わる点をＯｂとすると視差はＰ’Ｏｂである。光学系設計時に既知となるレンズ中心間隔ｄとレンズアレイ−撮像素子間距離（レンズ焦点距離）ｆ、並びに演算器５ａにより求めた視差Ｐ’Ｏｂ＝δにより、被写体距離Ｌは三角形の比例関係から次式で求めることができる。
Ｌ＝ｆ×ｄ／δ                      ・・・（１）
本発明では、このδを上述の相互相関関数を用いて算出する。
【００１９】
複眼画像を得たら（Ｓ１）、図３にて示したように、基準個眼像５０を設定する（Ｓ２）。この基準個眼像に対する各個眼像の視差δを検出する（Ｓ３）。この視差から被写体距離Ｌを算出する（Ｓ４）。
この被写体距離Ｌを距離検出手段５ｂからエレクトロウェッティングレンズ１の制御回路７にフィードバックし（図１（ｂ）参照）、エレクトロウェッティングレンズ１の形状を変化させることにより、被写体に合焦させることができる。これらの視差の検出（Ｓ３）からレンズ形状の変化（Ｓ５）までを自動的に行うことでオートフォーカス機能を付加することができる。例えば、被写体６ａに合焦している図１（ａ）の状態から、よりレンズに近接した図１（ｂ）の被写体６ｂに合焦する場合、視差をもとに算出した被写体距離に基づいて１ｂのようにエレクトロウェッティングレンズ形状を変化させてレンズの焦点距離を短くし、被写体６ｂにピントが合った複眼像を撮像することができる（Ｓ６）。この複眼像を演算器５ｃにより単一像に再構成する（Ｓ７）ことで、近接した被写体６ｂに合焦した高解像な画像を得ることができる。
本方式によれば、余分な構成部品を必要とせず，被写体距離検出のための簡略な構成を提供することができる。
【００２０】
図６は本発明の他の実施形態を示す図である。
同図において、被写体距離がレンズ焦点距離に比べて非常に大きいことを示すため、破線で区切って、被写体側の距離を縮めて示した。以下の図においても同様である。
図７は図６の構成に対応する単一像を得るための流れを示す図である。
図６に示すように、あるレンズ１ａは離れた位置にある被写体６ａに、別のレンズ１ｂはレンズに近接した被写体６ｂにそれぞれ合焦するように形状を制御して各エレクトロウェッティングレンズの合焦距離を異ならしめることにより、近接した被写体から遠い位置にある被写体にまで合焦した画像をワンショットで撮像することができる。レンズ１ａ、レンズ１ｂをそれぞれ複数用いるときは、同一の合焦距離を有する各レンズの群をレンズセットと呼ぶ。この例では、レンズ１ａからなるレンズセットと、レンズ１ｂからなるレンズセットの２組が存在する。
例えば、エレクトロウェッティングレンズを４×４の格子状に並べたレンズアレイを用いた画像入力装置において、半分の８個を近接した被写体に合わせた合焦距離とし、残り半分の８個をパンフォーカスに制御して撮像することで、近接した被写体に合焦し得る８個の個眼像から構成される複眼像と、パンフォーカスの８個の個眼像から構成される複眼像の２通りの複眼像が得られる。これらの複眼像について、それぞれ視差を利用した再構成を演算器５ｃで行うことにより、近接した被写体に合焦した高解像な単一像とパンフォーカスの高解像な単一像をワンショットで得ることができる。必要に応じてそれぞれの単一像を保存するためのメモリ等は備えておくものとする。
前述と同様に、このときの２つのレンズセットのそれぞれの被写界深度が少なくとも連続するように、それぞれの合焦距離を設定するのが望ましい。
この構成においても、視差をもとに算出した被写体距離に基づいて、どちらか一方のレンズセットの合焦距離を変化させてもよい。その場合は、より高解像な単一像を再構成することができる。
【００２１】
以上の処理フローを、図７に示す。レンズアレイを構成する全てのエレクトロウェッティングレンズの焦点距離が同じ場合に比べて、焦点距離が異なるように制御したエレクトロウェッティングレンズで構成されたレンズアレイを用いて撮影すると、再構成された単一像の解像度は低下してしまう。ただし、画素サイズが小さな撮像素子を用いてレンズひとつあたりの画素数を多くすることで、高解像な単一像を得ることは可能である。
なお、２組のレンズセットは互いに領域を分けて配置することもできるが、被写体距離検出の精度を上げるためより大きな視差が得られるように、各レンズセットの個別のレンズが交互に並ぶようにし、それぞれのレンズセットのレンズが撮像領域全体にほぼ均等に分散するように配置するのが好ましい。この考え方はレンズセットの数が増えても同様に適用できる。
【００２２】
図８は本発明のさらに他の実施形態を示す図である。
同図において符号１０は多焦点型のレンズアレイ、２０は被写体を示す。
図９は図８の構成に対応する単一像を得るための流れを示す図である。
本実施形態は、レンズアレイが複数の被写体距離に対して合焦できる機能として、レンズアレイが厚みの異なるレンズから構成されている画像入力装置である。
図８を用いて、レンズアレイが複数の被写体距離に対して合焦する方法を述べる。同図のように厚みの異なる平凸レンズを並べて構成したレンズアレイ１０を用いると、各レンズの凸面の曲率が同じならば厚みが大きいほど焦点距離は短い。同じ焦点距離のレンズをまとめて言うときレンズのセットと呼ぶ。同図においては３つのレンズセットが存在する。
レンズと撮像素子間距離が固定の場合には、１０ａ、１０ｂ、１０ｃの各レンズがそれぞれ２０ａ、２０ｂ、２０ｃの被写体に合焦するというように、レンズの厚みが大きいレンズほど近接した被写体に合焦できる。このような構成の画像入力装置で撮像した複眼像は、異なる被写体距離に部分的に合焦した個眼像から構成されたものとなる。
演算器５ｂにより被写体距離を算出したら、演算器５ｄにより、その被写体距離に最も近い合焦距離を有するレンズのセットを決定する。決定したレンズに対応する個眼像のセットを選択し、それらから視差を利用して演算器５ｃにより再構成することで、自動的に被写体にピントがあった高解像な単一像を得ることができる。
前述と同様に、３つのレンズセットによるそれぞれの被写界深度が少なくとも連続することが望ましい。
【００２３】
図１０は他の単一像の求め方を示す流れ図である。
先にも述べたように、被写体が単一の距離にあるとは限らない。すなわち、被写体に奥行きがある場合、各個眼像を微視的に見れば、ピントのあっている部分と合っていない部分が混在する。
したがって、ある合焦距離を有するレンズに対応する個眼像のセットのみを選択して再構成するのではなく、同じ合焦距離を有するレンズに対応する個眼像のセットからそれぞれ単一像を取得し、それら複数の単一像からピントが合っている部分を抜出し、合成することで全焦点画像を得ることができる。合成する際、合焦距離が異なることにより生じる倍率の違いを調整して、それぞれの部分を合成することがより望ましい。また、単一像において、ピントが合っている部分を抜出す手段として、コントラストを利用した合焦部分検知方法を用いても良い。すなわち、合焦部分抽出手段を設け、コントラストの高い部分を合焦部分として抽出する演算器を持たせる。
この方法は、図８の実施形態のみならず、図６に示した実施形態にも適用できる。図１の構成において、被写体６ａの距離に焦点を合わせて得た単一像と、被写体６ｂの距離に焦点を合わせて得た単一像の双方から、ピントが合っている部分を抜出し、合成することで全焦点画像を得ることも可能である。さらに、以下に示す実施形態にも適用可能である。
【００２４】
図１１は本発明のさらに他の実施形態を示す図である。
同図において符号３０はレンズ、４０は被写体をそれぞれ示す。
同図に示す曲率の異なる平凸レンズを並べて構成したレンズアレイの場合にも、図８で示した厚みの異なるレンズから構成されたレンズアレイを用いた場合と同様の効果がある。凸面の曲率半径が小さいほど、焦点距離は短い。よって、厚みの異なるレンズから構成されたレンズアレイの場合と同様に、レンズと撮像素子間距離が一定の場合には、３０ａ、３０ｂ、３０ｃの各レンズセットがそれぞれ４０ａ、４０ｂ、４０ｃの被写体に合焦するというように、レンズの曲率半径が小さいレンズほど近接した被写体に合焦できる。以下、高解像な単一像を得る手順は図８と同様である。
前述と同様に、３つのレンズセットによるそれぞれの被写界深度が少なくとも連続することが望ましい。
本実施形態、および図８に示した実施形態においては、レンズアレイに屈折型のレンズを用いたもので説明したが、フレネルレンズのような回折型のレンズアレイを用いても、同等の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の構成を説明するための図である。
【図２】相互相関関数の例を示す図である。
【図３】複眼像の１例を示す図である。
【図４】三角測距法を説明するための図である。
【図５】複眼画像から単一画像を得る流れを示す図である。
【図６】本発明の他の実施形態を示す図である。
【図７】図６の構成に対応する単一像を得るための流れを示す図である。
【図８】本発明のさらに他の実施形態を示す図である。
【図９】図８の構成に対応する単一像を得るための流れを示す図である。
【図１０】他の単一像の求め方を示す流れ図である。
【図１１】本発明のさらに他の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１      レンズアレイ
３      撮像素子
５      情報処理回路
６      被写体
７      制御回路
【図１】
0004673202.tif 000002
【図２】
0004673202.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004673202.tif 000005
【図５】
0004673202.tif 000006
【図６】
0004673202.tif 000007
【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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