(57)【要約】【課題】波面コーディング画像化システムに用いられる撮像光学系の、撮像素子に対する位置設定のばらつきを抑え、被写界深度範囲がばらつかず安定した画像の得られる適切な撮像光学系位置調整方法を得る。【解決手段】所定の距離にチャートを配置し、撮像光学系を移動させてチャートの像鮮鋭度が低下する位置を求め、像鮮鋭度が低下する位置に基づいて、撮像光学系の光軸方向の位置を設定する撮像光学系位置調整方法とする。【選択図】図３
2007147952.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体光を導くためのレンズ群と波面コーディング光学系とで構成される撮像光学系の、前記撮像光学系の後方に配置された撮像素子に対する撮像光学系位置調整方法において、
所定の距離にチャートを配置し、
前記撮像光学系を、移動させて前記チャートの像鮮鋭度が低下する位置を求め、該像鮮鋭度が低下する位置に基づいて、前記撮像光学系の光軸方向の位置を設定することを特徴とする撮像光学系位置調整方法。
【請求項２】
前記チャートを配置する距離は、近距離側の被写界深度限界の距離であることを特徴とする請求項１に記載の撮像光学系位置調整方法。
【請求項３】
被写体光を導くためのレンズ群と波面コーディング光学系とで構成される撮像光学系の、前記撮像光学系の後方に配置された撮像素子に対する撮像光学系位置調整方法において、
所定の距離にチャートを配置し、
前記撮像光学系を、繰り出し方向に移動させて前記チャートの像鮮鋭度が低下する第１の位置と、前記撮像光学系を、繰り込み方向に移動させて前記チャートの像鮮鋭度が低下する第２の位置に基づいて、前記撮像光学系の光軸方向の位置を設定することを特徴とする撮像光学系位置調整方法。
【請求項４】
前記チャートを配置する距離は、焦点深度の１／２に相当する距離であることを特徴とする請求項３に記載の撮像光学系位置調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波面コーディング画像化システムに用いられ、波面コーディングされた画像を得るための光学系を有する波面コーディング画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、被写体光を導くためのレンズ群と、このレンズ群を透過した被写体光を撮像素子により光電変換し、所定の処理を施してデジタル画像データとして被写体の画像を記録する撮像装置が知られている。
【０００３】
上記の撮像装置においては、被写体距離に対応して搭載されたレンズ群を移動させ焦点調節を行うものと、所定の被写体距離に対応した位置にレンズ群を固定した固定焦点式のものがある。
【０００４】
固定焦点式のものは、低コストであるが撮影距離範囲が被写界深度でカバーできる範囲に限られ、近接撮影等には不向きなものであり、レンズ群を移動させ焦点調節を行うものは、無限から至近距離まで良好な画質で撮影が可能であるが、また移動機構等を必要とし、大型化、コスト増となるものである。
【０００５】
近年、このような問題を解決するものとして、結像のためのレンズ群と波面コーディング光学系とを用いて得られた被写体画像を、撮像素子等により光電変換し、Ａ／Ｄ変換等の所定の処理を施して得られた画像データに対し、更に画像処理を行うことにより、固定焦点式でありながら、無限から至近距離まで良好な鮮鋭性を有した画像を得ることのできる、波面コーディング画像化システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特表２００５−５０２０８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１の波面コーディング画像化システムは、結像のためのレンズ群の絞りが配置される位置に、光軸に対し回転非対称の面で構成される波面コーディング光学系を配置するものであり、これにより形成された被写体の画像から画像データを得て、更にこの画像データに所定の画像処理を施すことで、無限から至近距離まで良好な鮮鋭性を有した画像データを得るものである。これにより、固定焦点式でありながら、無限から至近距離まで良好な鮮鋭性を有した画像を得ることのできるものである。即ち、波面コーディング画像化システムにおいては、得られる最終画像が非常に深い被写界深度と焦点深度を有している。
【０００７】
このため、従来のピント調整のような、所定の距離に配置されたチャートに対し最も鮮鋭な像が得られる撮像光学系位置を求める方法では、撮像光学系位置の設定ばらつきが大きくなり、正確な位置設定ができない問題がある。
【０００８】
本発明は上記問題に鑑み、波面コーディング画像化システムに用いられる撮像光学系の、撮像素子に対する位置設定のばらつきを抑え、被写界深度範囲がばらつかず安定した画像の得られる適切な撮像光学系位置調整方法を得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的は、下記に記載する発明により達成される。
【００１０】
１．被写体光を導くためのレンズ群と波面コーディング光学系とで構成される撮像光学系の、前記撮像光学系の後方に配置された撮像素子に対する撮像光学系位置調整方法において、所定の距離にチャートを配置し、前記撮像光学系を、移動させて前記チャートの像鮮鋭度が低下する位置を求め、該像鮮鋭度が低下する位置に基づいて、前記撮像光学系の光軸方向の位置を設定することを特徴とする撮像光学系位置調整方法。
【００１１】
２．前記チャートを配置する距離は、近距離側の被写界深度限界の距離であることを特徴とする１に記載の撮像光学系位置調整方法。
【００１２】
３．被写体光を導くためのレンズ群と波面コーディング光学系とで構成される撮像光学系の、前記撮像光学系の後方に配置された撮像素子に対する撮像光学系位置調整方法において、所定の距離にチャートを配置し、前記撮像光学系を、繰り出し方向に移動させて前記チャートの像鮮鋭度が低下する第１の位置と、前記撮像光学系を、繰り込み方向に移動させて前記チャートの像鮮鋭度が低下する第２の位置に基づいて、前記撮像光学系の光軸方向の位置を設定することを特徴とする撮像光学系位置調整方法。
【００１３】
４．前記チャートを配置する距離は、焦点深度の１／２に相当する距離であることを特徴とする３に記載の撮像光学系位置調整方法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、波面コーディング画像化システムに用いられる撮像光学系の撮像素子に対する位置設定のばらつきを抑え、被写界深度範囲がばらつかず安定した画像の得られる適切な撮像光学系位置調整方法を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、実施の形態により本発明を詳しく説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１６】
まず、波面コーディング画像化システムについて簡単に説明する。
【００１７】
図１は、本実施の形態に係る撮像光学系を含む波面コーディング画像形成装置５０を備えた波面コーディング画像化システム２００のブロック図である。
【００１８】
同図に示すように、波面コーディング画像形成装置５０は、結像のためのレンズ群５１と波面コーディング光学系５２とで構成された撮像光学系と、この撮像光学系を透過した被写体光を光電変換する撮像素子５３と、これら撮像光学系を保持する鏡胴で構成されている。被写体光は、この波面コーディング画像形成装置５０に入射し、レンズ群５１と波面コーディング光学系５２で構成された撮像光学系を透過した後の画像（以下、この画像を一次画像と称す）が撮像素子５３上に形成される。
【００１９】
波面コーディング画像形成装置５０のレンズ群５１は、結像性能を有する光学系である。波面コーディング光学系５２は、レンズ群５１の入射瞳位置である絞り面の位置に配置され、入射する被写体光の位相を変化させる機能を有している。撮像素子５３は、波面コーディング光学系５２により結像面の画像の状態が変化させられ、やや不鮮明な一次画像を得るものである。
【００２０】
撮像素子５３には、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）型イメージセンサやＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型イメージセンサ等の固体撮像素子が使用される。
【００２１】
この波面コーディング画像形成装置５０の撮像素子５３からの出力は、所定のＡ／Ｄ変換等の処理が施され一次画像データ５４とされる。
【００２２】
この一次画像データ５４に画像処理手段５５による画像処理が行われ、最終画像データ５６が得られる。画像処理手段５５では、波面コーディング光学系５２により波面コーディングを与えられ不鮮明な一次画像データ５４から、画像を復元し、これにより深い被写界深度と焦点深度の最終画像５６を得るものである。以上が、波面コーディング画像化システム２００の概要である。
【００２３】
以下に、波面コーディング画像形成装置５０の具体的構成の一例を説明する。
【００２４】
図２は、本実施の形態に係る波面コーディング画像形成装置５０の概略構成を示す断面図である。
【００２５】
同図において、４１はプリント基板であり、撮像素子５３はこのプリント基板４１にＣＯＢ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｂｏａｒｄ）実装されている。撮像素子５３からの信号出力及び撮像素子５３への信号入力は、このプリント基板４１に電気的に接続された不図示の回路により行われるようになっている。
【００２６】
４２は外枠部材であり、プリント基板４１の撮像素子５３の受光面に対し、所定の位置に位置決めされて接着固定されている。外枠部材４２には、赤外光カットフィルタ４３が接着固定されている。
【００２７】
外枠部材４２の内側には鏡胴４４が配置されている。鏡胴４４は、レンズ群５１と円盤状の波面コーディング光学系５２で構成される撮像光学系を保持しており、波面コーディング光学系５２は、レンズ群５１の絞り位置に配置されている。本例では、波面コーディング光学系５２の被写体側の面５２ａが相当する。
【００２８】
鏡胴４４の波面コーディング光学系５２が取り付けられる円周面の少なくとも１箇所にには、キー状の突起部４４ｔが形成されている。一方、円盤状の波面コーディング光学系５２には、この突起部４４ｔに対応した位置にキー溝状の凹部５２ｍが形成されており、この凹部５２ｍと突起部４４ｔを係合させて組み立てが行われる。これにより、鏡胴４４に対し波面コーディング光学系５２の回転方向の位置決めがなされる。
【００２９】
外枠部材４２の円筒状の内周面にも同様にキー状の突起部４２ｔが形成されている。一方、円筒状の鏡胴４４には、この突起部４２ｔに対応した位置にキー溝状の凹部４４ｍが形成されており、この凹部４４ｍと突起部４２ｔを係合させて組み立てが行われる。これにより、鏡胴４４は外枠部材４２により回転係止されることになる。
【００３０】
また、外枠部材４２と鏡胴４４の間には、付勢部材である圧縮コイルバネ４５が組み込まれ、この圧縮コイルバネ４５により鏡胴４４は被写体方向へ付勢されている。一方、外枠部材４２の先端部には雌ネジ部４２ｎが形成されており、この雌ネジ部４２ｎに螺合する雄ネジ部４６ｎが形成された押さえ部材４６が組み付けられている。
【００３１】
この、押さえ部材４６を回転させて外枠部材４２に対し移動させることにより、この押さえ部材４６に当接する回転係止された鏡胴４４及び鏡胴４４内のレンズ群５１及び波面コーディング光学系５２で構成される撮像光学系を光軸Ｏ方向に直進移動させることができ、撮像素子５３に対する撮像光学系の光軸Ｏ方向の位置調整が可能となっている。
【００３２】
以上説明したように、本実施の形態の波面コーディング画像形成装置５０は、撮像素子５３に対し波面コーディング光学系５２の光軸Ｏ周りの回転方向の位置決めが行われている。これにより、波面コーディング画像化システム２００に用いる一次画像から最終画像を得るための画像処理ソフトウェアを簡便にでき、必要とされる記憶媒体の容量を低減すると共に、処理時間を短縮することが可能な、波面コーディング画像形成装置を得ることができる。
【００３３】
以上のような、波面コーディング画像形成装置５０の撮像光学系の、撮像素子５３に対する光軸Ｏ方向の位置調整（以下、ピント調整とも称す）方法について説明する。
【００３４】
波面コーディング画像化システムは、上述のように非常に深い被写界深度を有した最終画像が得られるシステムであるため、従来の様な方法では、適切な撮像光学系の位置設定を行うことは困難である。以下に説明する撮像光学系位置調整方法は、図１に示す波面コーディング画像化システム２００を用いて、図２に示す波面コーディング画像形成装置５０の撮像光学系の、撮像素子５３に対する光軸Ｏ方向の位置調整方法を概念的に説明したものである。
【００３５】
図３は、波面コーディング画像形成装置の撮像光学系の、撮像素子に対する光軸Ｏ方向の位置調整方法の一例を説明するための図である。
【００３６】
同図（ａ）は、波面コーディング画像化システムで得られる最終画像の被写界深度を示す図である。同図に示すように、例えば、鮮鋭度（コントラスト）の最高値に対し７５％以上のコントラストの最終画像が得られる領域を被写界深度と仮定すると、同図に示す波面コーディング画像化システムの最終画像は、１／Ｒが０即ち無限遠から、１／Ｒが５即ち０．２ｍまでの被写界深度を有している。
【００３７】
同図（ｂ）は、撮像光学系の、撮像素子に対する光軸Ｏ方向の位置調整の方法を示している。
【００３８】
同図において、例えば、１／Ｒが５即ち０．２ｍの位置にチャートを配置し、このチャート像の最終画像の鮮鋭度（コントラスト）の最高値に対し７５％以上になる位置（例えば同図の破線Ａに示すような状態）まで、撮像光学系を繰り出す。この後、撮像光学系を繰り込み、チャート像の最終画像の鮮鋭度が略７５％となる位置（同図の実線Ｂに示す状態）で繰り込みを停止する。これにより、同図（ａ）に示すような、最終画像が０．２ｍから無限遠までを被写界深度内となる位置に撮像光学系を設定することができる。
【００３９】
なお、上記の説明では、被写界深度限界の位置にチャートを配置した例で説明したが、より近距離に配置し、同様に最終画像の鮮鋭度が７５％となる位置を求め、所定量だけ撮像光学系を繰り込むようにしてもよいし、より遠距離に配置し、同様に最終画像の鮮鋭度が７５％となる位置を求め、所定量だけ撮像光学系を繰り出すようにしてもよい。
【００４０】
このように、所定の距離にチャートを配置し、撮像光学系を、移動させてチャートの最終画像の鮮鋭度が変化する位置に基づいて、撮像光学系の光軸方向の位置を設定することで、非常に広い被写界深度を有し、鮮鋭度のピークがなだらかな最終画像の得られる波面コーディング画像化システムの撮影光学系の、適切な位置設定を行うことができるようになる。
【００４１】
また、チャートを配置する距離を、近距離側の被写界深度限界の距離とすることにより、複雑な計算を要せずに波面コーディング画像化システムの撮影光学系の、適切な位置設定を簡単に行うことが可能となる。
【００４２】
図４は、波面コーディング画像形成装置の撮像光学系の、撮像素子に対する光軸Ｏ方向の位置調整方法のその他の例を説明するための図である。
【００４３】
同図（ａ）は、図３（ａ）と同じ、波面コーディング画像化システムで得られる最終画像の被写界深度を示す図である。
【００４４】
同図（ｂ）は、撮像光学系の、撮像素子に対する光軸Ｏ方向の位置調整の方法を示している。
【００４５】
同図において、例えば、１／Ｒが２．５即ち０．４ｍの位置にチャートを配置する。この距離は、無限遠から０．２ｍまでの焦点深度の中央、即ち１／２に相当する距離である。
【００４６】
まず、このチャート像の最終画像の鮮鋭度（コントラスト）が最高値に対し略７５％になる位置（例えば同図の破線Ｃに示すような状態）まで、撮像光学系を繰り出し、この時の押さえ部材４６（図２参照）の位置を記憶する。
【００４７】
次いで、撮像光学系を繰り込み、チャート像の最終画像の鮮鋭度（コントラスト）が最高値に対し７５％以上となった後、更に繰り込んで、チャート像の最終画像の鮮鋭度（コントラスト）が最高値に対し略７５％になる位置（例えば同図の破線Ｄに示すような状態）で繰り込みを停止する。
【００４８】
この時の押さえ部材４６の位置と、既に記憶してある押さえ部材４６の位置から、押さえ部材４６の回転量が割り出され、この回転量の１／２だけ戻すことで、最終画像が０．２ｍから無限遠までを被写界深度内となる位置に撮像光学系を設定することができる。
【００４９】
このように、所定の距離にチャートを配置し、撮像光学系を、繰り出し方向に移動させてチャートの像鮮鋭度が低下する第１の位置と、撮像光学系を、繰り込み方向に移動させてチャートの像鮮鋭度が低下する第２の位置を求めることで、最終画像が高コントラストを維持している領域を求め、この領域の位置に基づいて、撮像光学系の光軸方向の位置を設定することで、非常に広い被写界深度を有し、鮮鋭度のピークがなだらかな最終画像の得られる波面コーディング画像化システムの撮影光学系の、適切な位置設定を行うことができるようになる。
【００５０】
即ち、図３或いは図４で説明した、撮像光学系の位置調整方法によれば、非常に広い被写界深度を有する波面コーディング画像化システムの撮像光学系の撮像素子に対するピント位置調整を１箇所に配置したチャートを用いるだけで、調整を行うことができ、調整に要する時間を短縮でき、低コストで適切な位置設定を行うことが可能となる。
【００５１】
また、チャートを焦点深度の１／２の位置に配置することで、複雑な計算を要せずに波面コーディング画像化システムの撮影光学系の、適切な位置設定を簡単に行うことが可能となる。
【００５２】
なお、鮮鋭度（コントラスト）の最高値に対し７５％以上のコントラストの最終画像が得られる領域を被写界深度と仮定して説明したが、この数値は説明のための一例であり、これに限るものでないのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本実施の形態に係る撮像光学系を含む波面コーディング画像形成装置を備えた波面コーディング画像化システムのブロック図である。
【図２】本実施の形態に係る波面コーディング画像形成装置の概略構成を示す断面図である。
【図３】波面コーディング画像形成装置の撮像光学系の、撮像素子に対する光軸Ｏ方向の位置調整方法の一例を説明するための図である。
【図４】波面コーディング画像形成装置の撮像光学系の、撮像素子に対する光軸Ｏ方向の位置調整方法のその他の例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５４】
４１  プリント基板
４２  外枠部材
４３  赤外光カットフィルタ
４４  鏡胴
４５  圧縮コイルバネ
４６  押さえ部材
５０  波面コーディング画像形成装置
５１  レンズ群
５２  波面コーディング光学系
５３  撮像素子
２００  波面コーディング画像化システム
【図１】
2007147952.tif 000003
【図２】
2007147952.tif 000004
【図３】
2007147952.tif 000005
【図４】
2007147952.tif 000006