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JP2009181367A - Imaging apparatus and electronic apparatus - Google Patents

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JP2009181367A
JP2009181367A JP2008019984A JP2008019984A JP2009181367A JP 2009181367 A JP2009181367 A JP 2009181367A JP 2008019984 A JP2008019984 A JP 2008019984A JP 2008019984 A JP2008019984 A JP 2008019984A JP 2009181367 A JP2009181367 A JP 2009181367A
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JP
Japan
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image
optical system
wavefront modulation
diaphragm
optical
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Application number
JP2008019984A
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Inventor
Masayuki Sato
将行 佐東
Hiroshi Goda
博 郷田
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Kyocera Corp
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Kyocera Corp
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Abstract

【課題】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、様々な用途や撮影条件に対応して適切な画質の良好な復元画像を得ることが可能な撮像装置および電子機器を提供する。
【解決手段】、光波面変調素子213Aの変調面213a、および絞り214の形状が光軸に対して回転対称で連続した形状であり、光波面変調機能の発現と非発現、もしくは光波面変調特性の切り替えを行うことができるように絞り214に調整機能を持たせている。
【選択図】図5
An image pickup apparatus and an electronic apparatus capable of simplifying an optical system and reducing costs, and capable of obtaining a good restored image with appropriate image quality corresponding to various uses and shooting conditions. provide.
The shape of the modulation surface 213a of the light wavefront modulation element 213A and the shape of the diaphragm 214 are rotationally symmetrical and continuous with respect to the optical axis, and the light wavefront modulation function is manifested or not manifested, or the light wavefront modulation characteristics. The diaphragm 214 is provided with an adjustment function so that switching can be performed.
[Selection] Figure 5

Description

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電子機器に関するものである。   The present invention relates to an imaging apparatus and an electronic apparatus that include an imaging device and includes an optical system.

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。
In response to the digitization of information, which has been rapidly developing in recent years, the response in the video field is also remarkable.
In particular, as symbolized by a digital camera, a CCD (Charge Coupled Device) or CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) sensor, which is a solid-state image sensor, is used in most cases instead of a conventional film.

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。   As described above, an imaging lens device using a CCD or CMOS sensor as an imaging element is for taking an image of a subject optically by an optical system and extracting it as an electrical signal by the imaging element. In addition to a digital still camera, It is used in video cameras, digital video units, personal computers, mobile phones, personal digital assistants (PDAs), image inspection devices, industrial cameras for automatic control, and the like.

図25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。
FIG. 25 is a diagram schematically illustrating a configuration and a light flux state of a general imaging lens device.
The imaging lens device 1 includes an optical system 2 and an imaging element 3 such as a CCD or CMOS sensor.
In the optical system, the object side lenses 21 and 22, the diaphragm 23, and the imaging lens 24 are sequentially arranged from the object side (OBJS) toward the image sensor 3 side.

撮像レンズ装置1においては、図25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26(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。
In the imaging lens device 1, as shown in FIG. 25, the best focus surface is matched with the imaging element surface.
FIGS. 26A to 26C show spot images on the light receiving surface of the imaging element 3 of the imaging lens device 1.

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)。
In addition, imaging devices have been proposed in which light beams are regularly dispersed by a phase plate and restored by digital processing to enable imaging with a deep depth of field (for example, Non-Patent Documents 1 and 2 and Patent Documents). 1-5).
In addition, an automatic exposure control system for a digital camera that performs filter processing using a transfer function has been proposed (see, for example, Patent Document 6).

また、CCD、CMOS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。
In addition, in an apparatus having an image input function such as a CCD or CMOS, it is often very useful to read a close still image such as a barcode together with a desired image such as a landscape.
For barcode reading, for example, as a first example, a technique for focusing by auto-focusing that extends a lens, and as a second example as a depth expansion technique, the depth of field is expanded by, for example, reducing the F value in a camera. Some have fixed focus.
Furthermore, a method for increasing the in-focus field is disclosed in Patent Document 8, for example.

“Wavefront Coding;jointly optimized optical and digital imaging systems”,Edward R.Dowski,Jr.,Robert H.Cormack,Scott D.Sarama.“Wavefront Coding; jointly optimized optical and digital imaging systems”, Edward R. Dowski, Jr., Robert H. Cormack, Scott D. Sarama. “Wavefront Coding;A modern method of achieving high performance and/or low cost imaging systems”,Edward R.Dowski,Jr.,Gregory E.Johnson.“Wavefront Coding; A modern method of achieving high performance and / or low cost imaging systems”, Edward R. Dowski, Jr., Gregory E. Johnson. USP6,021,005USP 6,021,005 USP6,642,504USP 6,642,504 USP6,525,302USP 6,525,302 USP6,069,738USP 6,069,738 特開2003−235794号公報JP 2003-235794 A 特開2004−153497号公報JP 2004-153497 A 特開2004−37733号公報JP 2004-37733 A 特開2002−27047号公報JP 2002-27047 A

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。
In the imaging devices proposed in the above-mentioned documents, all of them are based on the assumption that the PSF (Point-Spread-Function) when the above-described phase plate is inserted into a normal optical system is constant, When the PSF changes, it is extremely difficult to realize an image with a deep depth of field by convolution using a subsequent kernel.
Therefore, apart from a single-focus lens, a zoom system, an AF system, or the like has a great problem in adopting due to the high accuracy of the optical design and the associated cost increase.
In other words, in the conventional imaging apparatus, proper convolution calculation cannot be performed, and astigmatism and coma that cause a shift of a spot (SPOT) image at the time of wide or tele (Tele). Therefore, an optical design that eliminates various aberrations such as zoom chromatic aberration is required.
However, the optical design that eliminates these aberrations increases the difficulty of optical design, causing problems such as an increase in design man-hours, an increase in cost, and an increase in size of the lens.

また、バーコードリーダ等のコードリーダと一般撮影(デジタルカメラ)とでは画像に要求される性質が異なる。特に、深度拡張光学系を用いた場合ではその差が大きくなる。 たとえば、コードリーダ等では規則的な配列を解像できるような高めのコントラストが必要になり、ある程度のコントラストが得られれば画像のボケの影響は少ない。逆に一般撮影では視覚的なボケの影響は大きくなる。   Further, the character required for an image is different between a code reader such as a barcode reader and general photography (digital camera). In particular, the difference becomes large when a depth extension optical system is used. For example, a code reader or the like needs a high contrast so that a regular arrangement can be resolved. If a certain level of contrast is obtained, the influence of image blur is small. On the other hand, in general photography, the effect of visual blur increases.

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、様々な用途や撮影条件に対応して適切な画質の良好な復元画像を得ることが可能な撮像装置および電子機器を提供することにある。   The present invention is capable of simplifying an optical system and reducing costs, as well as an imaging apparatus and an electronic apparatus capable of obtaining a good restored image having an appropriate image quality corresponding to various applications and photographing conditions. Is to provide.

本発明の第1の観点の撮像装置は、レンズと光波面変調素子を含む光学系と、前記光学系を通過した被写体像を撮像する撮像素子と、前記光波面変調素子を通過する光束を制限し、当該制限する部分を変更可能な絞りと、を有し、前記絞りを変更することによって、光波面変調機能の発現と非発現、もしくは光波面変調特性の切り替えを行う。   An image pickup apparatus according to a first aspect of the present invention includes an optical system including a lens and a light wavefront modulation element, an image pickup element that picks up a subject image that has passed through the optical system, and a light flux that passes through the light wavefront modulation element. The restricting portion can be changed, and by changing the stop, the light wavefront modulation function is turned on and off, or the light wavefront modulation characteristic is switched.

好適には、前記絞りは、前記制限する部分が異なる複数種類の絞りを含む。   Preferably, the diaphragm includes a plurality of kinds of diaphragms having different limiting portions.

好適には、前記絞りは、前記制限する部分を可変とする可変絞りを含む。   Preferably, the aperture includes a variable aperture that makes the limiting portion variable.

好適には、前記撮像素子から得られる画像信号に対して所定の画像処理を施す画像処理装置を有し、前記画像処理装置は、前記絞りの状態に応じて、画像処理画像処理の有無または画像処理の内容を切り替える。   Preferably, an image processing apparatus that performs predetermined image processing on an image signal obtained from the image sensor, the image processing apparatus determines whether or not image processing image processing is performed or an image depending on a state of the aperture. Switch the processing contents.

好適には、前記絞りは、前記光波面変調素子が前記絞り近傍に配置されている。   Preferably, in the stop, the light wavefront modulation element is disposed in the vicinity of the stop.

好適には、前記光波面変調素子の光波面変調機能および前記絞りの形状は、光軸に対して略回転対称となっている。   Preferably, the light wavefront modulation function of the light wavefront modulation element and the shape of the diaphragm are substantially rotationally symmetric with respect to the optical axis.

本発明の第2の観点は、撮像装置を有する電子機器であって、前記撮像装置は、レンズと光波面変調素子を含む光学系と、前記光学系を通過した被写体像を撮像する撮像素子と、前記光波面変調素子を通過する光束を制限し、当該制限する部分を変更可能な絞りと、を有し、前記絞りを変更することによって、光波面変調機能の発現と非発現、もしくは光波面変調特性の切り替えを行う。   According to a second aspect of the present invention, there is provided an electronic apparatus having an imaging device, wherein the imaging device includes an optical system including a lens and a light wavefront modulation element, and an imaging element that captures a subject image that has passed through the optical system. A diaphragm that restricts a light beam passing through the light wavefront modulation element and can change the restricted portion, and by changing the diaphragm, the light wavefront modulation function is manifested or not manifested, or the light wavefront Switches the modulation characteristics.

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、様々な用途や撮影条件に対応して適切な画質の良好な復元画像を得ることができる利点がある。   According to the present invention, not only can the optical system be simplified and the cost can be reduced, but also there is an advantage that a good restored image having an appropriate image quality can be obtained corresponding to various uses and photographing conditions. .

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。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明の実施形態に係る電子機器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(A)〜(C)は、情報コードの例を示す図である。
図3は、図1の情報コード読取装置に適用可能な撮像装置の構成例を示すブロックである。
なおここでは、本実施形態の撮像装置が適用可能な装置として、情報コード読取装置を例示している。
FIG. 1 is an external view showing an example of an information code reader as an electronic apparatus according to an embodiment of the present invention.
2A to 2C are diagrams illustrating examples of information codes.
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration example of an imaging apparatus applicable to the information code reading apparatus of FIG.
Here, an information code reader is illustrated as an apparatus to which the imaging apparatus of the present embodiment is applicable.

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。
As shown in FIG. 1, the information code reader 100 according to the present embodiment has a main body 110 connected to a processing device such as an electronic register (not shown) via a cable 111, for example, a reflectance printed on a reading object 120. It is a device that can read the information code 121 such as a different symbol or code.
As an information code to be read, for example, a one-dimensional bar code 122 such as a JAN code as shown in FIG. 2A, a stack-type CODE 49 as shown in FIGS. 2B and 2C, Alternatively, a two-dimensional barcode 123 such as a matrix type QR code can be used.

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。
In the information code reading apparatus 100 according to the present embodiment, an illumination light source (not shown) and an imaging apparatus 200 as shown in FIG.
As will be described in detail later, the imaging apparatus 200 applies a light wavefront modulation element to the optical system, regularly disperses the light beam by the light wavefront modulation element, and restores the image by digital processing to capture an image with a deep depth of field. The system adopts a wavefront aberration control optical system or a depth expansion optical system (DEOS: Optical System) that makes possible a one-dimensional barcode such as a JAN code and a two-dimensional barcode such as a QR code. An information code such as a bar code can be accurately read with high accuracy.

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、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。   As shown in FIG. 3, the imaging device 200 of the information code reader 100 includes an optical system 210, an imaging device 220, an analog front end unit (AFE) 230, an image processing device 240, a camera signal processing unit 250, and an image display memory 260. , An image monitoring device 270, an operation unit 280, and a control device 290.

図4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、物体側から順に、第1レンズ211、第2レンズ212、第3レンズ213、絞り214、第4レンズ215、第5レンズ216が配置されている。
本実施形態の光学系210Aは、第4レンズ215と第5レンズ216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。
FIG. 4 is a diagram showing a basic configuration of the imaging lens unit forming the optical system according to the present embodiment.
The optical system 210 </ b> A supplies an image obtained by capturing the subject object OBJ to the image sensor 220. In the optical system 210A, a first lens 211, a second lens 212, a third lens 213, a diaphragm 214, a fourth lens 215, and a fifth lens 216 are arranged in this order from the object side.
In the optical system 210A of the present embodiment, a fourth lens 215 and a fifth lens 216 are connected. That is, the lens unit of the optical system 210A of the present embodiment is configured to include a cemented lens.

そして、本実施形態の光学系210Aは、光波面変調素子を適用した光学系として構成されている。
本実施形態においては、光波面変調素子(位相変調素子)を用いることにより物体距離に応じたOTFの変化を、光波面変調素子を持たない光学系よりも小さくする深度拡張光学系に対し、光波面変調素子の最適化を行う。
The optical system 210A of the present embodiment is configured as an optical system to which an optical wavefront modulation element is applied.
In the present embodiment, a light wave is applied to a depth extension optical system that uses an optical wavefront modulation element (phase modulation element) to make the change in OTF according to the object distance smaller than that of an optical system that does not have an optical wavefront modulation element. The surface modulation element is optimized.

本実施形態においては、光波面変調素子は、単体にて光波面変調機能を発現するように形成されている。
第3レンズ213の撮像素子220側の面が所定の光波面変調機能を発現するような形状を有するように構成されている。
そして、この光波面変調面(たとえば位相変調面)213aの近傍に絞り214が配置される。
本実施形態における絞り214は、光波面変調機能の発現と非発現、もしくは光波面変調特性の切り替えを行うことができるように、複数種類の絞りを含むもの、あるいは可変絞りにより構成される。
In this embodiment, the light wavefront modulation element is formed so as to express a light wavefront modulation function alone.
The surface on the image sensor 220 side of the third lens 213 is configured to have a shape that exhibits a predetermined light wavefront modulation function.
A diaphragm 214 is disposed in the vicinity of the light wavefront modulation surface (for example, phase modulation surface) 213a.
The diaphragm 214 in the present embodiment includes a plurality of kinds of diaphragms or a variable diaphragm so that the light wavefront modulation function can be expressed and not expressed, or the light wavefront modulation characteristics can be switched.

また、図4の例では、第3レンズ213の撮像面側の面の光軸を中心とした中央部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213は、光波面変調素子の機能を有している。
この光波面変調面213aは凹状ではなく凸状に形成されていても光波面変調機能を発現することが可能な形状であればよい。
なお、たとえば液晶レンズのような、光波面変調機能の発現、非発現が外部に依存する(たとえば外部からの電圧印加)外部依存型光波面変調素子を用い、中央側に光波面変調面を形成し、端部側に光の通過を制限する面を形成することで端部側絞り機能を有するように構成することも可能である。
In the example of FIG. 4, the central portion around the optical axis of the surface on the imaging surface side of the third lens 213 is formed in a concave shape with a predetermined curvature, and the third lens 213 is formed by this shape. It has the function of a light wavefront modulation element.
The light wavefront modulation surface 213a may have a shape capable of exhibiting the light wavefront modulation function even if it is formed in a convex shape instead of a concave shape.
In addition, an optical wavefront modulation surface is formed on the center side using an externally dependent optical wavefront modulation element such as a liquid crystal lens that depends on the outside whether the optical wavefront modulation function is manifested or not (for example, voltage application from the outside). However, it is also possible to provide an end side diaphragm function by forming a surface that restricts the passage of light on the end side.

そして、本実施形態においては、光波面変調素子213の変調面213a、および絞り214の形状が光軸に対して回転対称で連続した形状であり、光波面変調機能の発現と非発現、もしくは光波面変調特性の切り替えを行うことができるように絞り214に調整機能を持たせている。   In this embodiment, the shape of the modulation surface 213a of the light wavefront modulation element 213 and the stop 214 are rotationally symmetrical with respect to the optical axis, and the light wavefront modulation function is manifested or not manifested, or the lightwave The diaphragm 214 is provided with an adjusting function so that the surface modulation characteristics can be switched.

バーコードリーダ等のコードリーダと一般撮影(デジタルカメラ)とでは画像に要求される性質が異なる。特に、深度拡張光学系を用いた場合ではその差が大きくなる。
たとえば、コードリーダ等では規則的な配列を解像できるような高めのコントラストが必要になり、ある程度のコントラストが得られれば画像のボケの影響は少ない。逆に一般撮影では視覚的なボケの影響は大きくなる。
そこで、本実施形態においては、コードリーダ等の性質を考慮した光学系はコントラストを高めに設定するようにし、一般画像を得る場合とで光学系ではコントラストを抑え画像復元処理に適した全体で変動の少ないMTFを得られる設定にすることができるように絞り214により光波面変調機能の発現と非発現、もしくは光波面変調特性の切り替えを行うことができるように構成されている。
Code readers such as barcode readers and general photography (digital cameras) have different properties required for images. In particular, the difference becomes large when a depth extension optical system is used.
For example, a code reader or the like needs a high contrast so that a regular arrangement can be resolved. If a certain level of contrast is obtained, the influence of image blur is small. On the other hand, in general photography, the effect of visual blur increases.
Therefore, in the present embodiment, the optical system taking into account the characteristics of a code reader or the like is set to a high contrast, and when the general image is obtained, the optical system suppresses the contrast and changes as a whole suitable for image restoration processing. The diaphragm 214 is configured to enable or disable the light wavefront modulation function or to switch the light wavefront modulation characteristics so that an MTF with less MTF can be obtained.

図5は、本実施形態に係る光波面変調素子と絞りとの関係を模式的に示す図である。
図5中、左側は第1位相面PS1のみを光線が通過した場合を示し、右側は第2位相面PS2のみを通過した場合を示している。
また、図6(A)は図5の第1位相面PS1のみを光線が通過したときのMTFを示し、図6(B)は図5の第2の位相面PS2を通過したときのMTFを示しいている。 また、図7(A)は図5の第1位相面PS1のみを光線が通過したときの光強度分布を、図7(B)は図5の第2位相面PS2を光線が通過したときの光強度分布を示している。
なおここで、第2位相面PSとは第1位相面SP1を含んだより広い面である第2位相面SP2を意味する。
FIG. 5 is a diagram schematically showing the relationship between the light wavefront modulation element and the diaphragm according to the present embodiment.
In FIG. 5, the left side shows a case where the light beam passes only through the first phase plane PS1, and the right side shows a case where only the second phase plane PS2 passes.
6A shows the MTF when the light beam passes only through the first phase plane PS1 of FIG. 5, and FIG. 6B shows the MTF when it passes through the second phase plane PS2 of FIG. Showing. 7A shows the light intensity distribution when the light beam passes only through the first phase plane PS1 of FIG. 5, and FIG. 7B shows the light intensity distribution when the light beam passes through the second phase surface PS2 of FIG. The light intensity distribution is shown.
Here, the second phase plane PS means a second phase plane SP2 which is a wider plane including the first phase plane SP1.

本実施形態においては、光学系に配置されている光波面変調素子の変調(位相)面213aの構成として、中心付近ではコントラストを重視した形状とにし、周辺部には距離の変動に対してMTFの変動がすくなくなる変調面を構成する。
そうすることで、レンズ中心付近を光線が通過するように絞り径(開口径)を小さくした場合、位相変動(変化)の少ない部分を光が通過することでコントラストの高い画像を得る。
また、レンズ周辺部まで光線が通過するように絞り径(開口径)を大きくすれば位相変動(変化)の多い部分を光が通過することで距離によるMTF変動の少ない画像を得る。 その際の絞りには、上述したように、絞りを入替えるか可変式等の絞りの開口径を大きくすればよい。
In the present embodiment, the configuration of the modulation (phase) surface 213a of the light wavefront modulation element arranged in the optical system is a shape that emphasizes contrast near the center, and the MTF against the variation in distance in the peripheral portion. This constitutes a modulation surface in which fluctuations in the frequency are reduced.
By doing so, when the aperture diameter (aperture diameter) is reduced so that the light beam passes near the center of the lens, an image with high contrast is obtained by allowing the light to pass through a portion with little phase variation (change).
Further, if the aperture diameter (aperture diameter) is increased so that the light beam passes to the periphery of the lens, an image with less MTF fluctuation due to distance can be obtained by passing the light through a portion having a large phase fluctuation (change). As described above, the diaphragm at that time may be replaced with a diaphragm or the aperture diameter of the variable diaphragm may be increased.

図5に関連付けると、コントラストを重視した第1位相面PS1と、距離に対してMTFの変動の少なくなる第2位相面PS2がある。
図6(A),(B)に示すように、第1位相面PS1のみを光線が通過した場合は、MTFの変動が緩やかで、第2位相面PS2を光線が通過するとMTFが急峻に変化した後、変化量が少なくなる。
また、光線の強度分布を見ても第1位相面PS1のみを光線が通過した場合は、図7(A)に示すように、ピーク幅に対し高く(強く)、逆に第2位相面PS2を光線が通過した場合は、図7(B)に示すように、ピーク幅に対し低い(弱い)。
この傾向の違いを基に画像処理の方式を変えることで、コントラストが必要な状況と一般的な画像を必要とする状況とで最適化を行うことができる。
ここでは、前者はコードリーダのような用途に有効と考えられ、後者は一般的な被写体を選ばない状況での撮影に有効と考えられる。
In association with FIG. 5, there are a first phase plane PS1 that emphasizes contrast, and a second phase plane PS2 in which fluctuations in MTF with respect to distance are reduced.
As shown in FIGS. 6A and 6B, when the light beam passes only through the first phase plane PS1, the fluctuation of the MTF is gentle, and when the light beam passes through the second phase surface PS2, the MTF changes sharply. After that, the amount of change decreases.
Further, when the light beam passes only through the first phase plane PS1 even if the intensity distribution of the light beam is seen, as shown in FIG. 7A, it is higher (stronger) than the peak width, and conversely the second phase surface PS2. Is low (weak) with respect to the peak width, as shown in FIG. 7B.
By changing the image processing method based on this difference in tendency, it is possible to perform optimization in a situation requiring contrast and a situation requiring a general image.
Here, the former is considered to be effective for applications such as a code reader, and the latter is considered to be effective for photographing in a situation where a general subject is not selected.

実用上では、たとえば携帯電話に内蔵されているカメラのようなものに応用が可能で、通常の撮影モードでは後者の状態、情報コードの読み取りモードに設定されたら後者の状態に、絞りを制御することのみで切替えることが可能である。
また、撮影モードの切り替えではなく、カメラ側で被写体が情報コードであることを認識したら、自動的に絞りの制御を切替える方法を用いることも可能である。
本実施形態の撮像装置を用いると、光学系を光軸方向に動かして切り替える通常の方法に比べて、駆動に求められる精度も高くなく、また光学系の光軸方向の厚みを抑えるのに有効である。
In practical use, it can be applied to a camera built into a mobile phone, for example, and the aperture is controlled to the latter state in the normal shooting mode and to the latter state when the information code reading mode is set. It is possible to switch only by.
It is also possible to use a method of automatically switching the aperture control when the camera recognizes that the subject is an information code instead of switching the shooting mode.
When the imaging apparatus of this embodiment is used, the accuracy required for driving is not high compared to the normal method of switching by moving the optical system in the optical axis direction, and it is effective for suppressing the thickness of the optical system in the optical axis direction. It is.

また、上述した例では、絞り径を変えて光束が通過する領域を第1位相面PS1と第2位相面PS2と言うように切替える方法を示したが、通常光学特性を持つ面と変調(位相)面との切り替えと言う方法も可能である。
たとえば、絞り径を小さくしたときに光束が通る光波面変調素子213Aの光軸中心に近い部分(図5で第1位相面PS1と示された領域)は光波面変調機能を持たない面として、絞り径を大きくしたときにその周辺を含めた部分(図5で第2位相面PS2と示された領域)を光束が通過することで光波面変調機能を発現する構成とすることができる。
このとき、後段の画像処理の内容も、絞り径を小さくして光束が光波面変調機能を持たない面を通過する場合はピントの復元処理(分散画像を分散の無い画像にする)を含まず、絞り径を大きくして光束が光波面変調機能を持つ面を通過する場合はピントの復元処理を含むというように切り替えることも可能である。
In the above-described example, the method of changing the aperture diameter and switching the region through which the light beam passes is referred to as the first phase surface PS1 and the second phase surface PS2, but the surface having normal optical characteristics and the modulation (phase) ) A method of switching to a surface is also possible.
For example, the portion close to the optical axis center of the optical wavefront modulation element 213A through which the light beam passes when the aperture diameter is reduced (the region indicated as the first phase plane PS1 in FIG. 5) is a surface having no optical wavefront modulation function. When the aperture diameter is increased, the light wavefront modulation function can be realized by allowing the light beam to pass through a portion including the periphery thereof (a region indicated as the second phase plane PS2 in FIG. 5).
At this time, the content of the subsequent image processing also does not include the focus restoration processing (the dispersion image is made an image having no dispersion) when the aperture diameter is reduced and the light beam passes through the surface without the light wavefront modulation function. When the aperture diameter is increased and the light beam passes through a surface having a light wavefront modulation function, it is possible to perform switching so as to include a focus restoration process.

以下に、絞りの構成例について説明する。   Below, the structural example of a diaphragm is demonstrated.

図8(A)および(B)は、切り替え絞りの例を示す図であり、図8(A)が円盤回転式の切り替え絞りの一例を示し、図8(B)が直進式の切り替え絞りの一例を示している。   FIGS. 8A and 8B are diagrams showing examples of switching diaphragms. FIG. 8A shows an example of a disk rotation type switching diaphragm, and FIG. 8B shows a straight traveling type switching diaphragm. An example is shown.

円盤状の切り替え絞り板2131、または板状の切り替え絞り板2132に複数の穴2133,2134を形成し、切り替え絞り板2131、または板状の切り替え絞り板2132を光軸に垂直な方向に動かすことで、光波面変調素子213Aに対する穴を切り替えて通過する光束を制御する。
円盤状の板の場合は回転させることで、長方形状の板の場合は長手方向にスライドさせることで複数の穴の切り替えを行う。
回転やスライドの制御は図示しないが、たとえばステッピングモータを動力源として、ギヤ等を介在させて減速して板状部材を駆動させることで可能となる。
穴は、円盤の場合は回転中心を軸に回転、長方形状の板の場合はスライドさせたときに光軸が通る軌跡上(図の一点鎖線上)に中心(重心)が存在するように形成する。
A plurality of holes 2133 and 2134 are formed in the disc-shaped switching diaphragm plate 2131 or the plate-shaped switching diaphragm plate 2132, and the switching diaphragm plate 2131 or the plate-shaped switching diaphragm plate 2132 is moved in a direction perpendicular to the optical axis. Thus, the light flux passing through the hole for the light wavefront modulation element 213A is controlled.
In the case of a disk-shaped plate, the plurality of holes are switched by rotating, and in the case of a rectangular plate, it is slid in the longitudinal direction.
Although control of rotation and slide is not shown in the figure, for example, using a stepping motor as a power source, it is possible to drive the plate-like member by decelerating through a gear or the like.
The hole is formed so that the center (center of gravity) exists on the trajectory (on the one-dot chain line in the figure) through which the optical axis passes when rotating around the center of rotation in the case of a disk and when sliding on a rectangular plate. To do.

図9は、可変絞りの例を示す図である。   FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a variable aperture.

図9(A)に示すように、光軸を中心に複数枚(図9の例では8枚)の絞り羽根2135を配置して、絞り羽根2135の回転中心を軸に各絞り羽根の回転角度を変えることによって、図9(A)、図9(B)、図9(C)のように絞りの径が可変となる。
回転角度によって、絞り径を自在に変えることができることが特徴である。
この例で絞り羽根を8枚用いているが、枚数が少ない場合に比べて多い場合の方が、絞りをより円形に近づけることができる。
As shown in FIG. 9A, a plurality of (eight in the example of FIG. 9) diaphragm blades 2135 are arranged around the optical axis, and the rotation angle of each diaphragm blade is centered on the rotation center of the diaphragm blade 2135. By changing, the diameter of the diaphragm becomes variable as shown in FIGS. 9A, 9B, and 9C.
The feature is that the aperture diameter can be changed freely according to the rotation angle.
Although eight diaphragm blades are used in this example, the diaphragm can be made closer to a circle when the number is larger than when the number is small.

以上、本実施形態に係る光学系の特徴的な構成、機能、効果について説明した。
以下に、撮像素子、画像処理部等の他の構成部分の構成、機能について説明する。
The characteristic configuration, function, and effect of the optical system according to the present embodiment have been described above.
Hereinafter, the configuration and functions of other components such as the image sensor and the image processing unit will be described.

撮像素子220は、たとえば、図4に示すように、第5レンズ216側から、ガラス製の平行平面板(カバーガラス)221と、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210A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、光波面変調面213aにより撮像素子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210Aについては、後でさらに詳述する。
For example, as shown in FIG. 4, the image pickup element 220 includes a glass parallel plane plate (cover glass) 221 and an image pickup surface 222 of an image pickup element made up of a CCD or CMOS sensor in order from the fifth lens 216 side. Has been.
Light from the subject OBJ via the imaging optical system 210 </ b> A is imaged on the imaging surface 222 of the imaging element 220.
Note that the subject dispersion image picked up by the image pickup device 220 is an image in which the light wavefront modulation surface 213a is not focused on the image pickup device 220 and a deep light beam and a blurred portion are formed.
And in this embodiment, it is comprised so that the resolution of the distance between objects can be complemented by adding a filter process in the image processing apparatus 240. FIG.
The optical system 210A will be described in detail later.

そして、図3に示すように撮像素子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。
As shown in FIG. 3, the image sensor 220 forms an image captured by the optical system 210, and forms an image primary image information as a primary image signal FIM of an electrical signal via the analog front end unit 230. It consists of a CCD or CMOS sensor output to the image processing device 240.
In FIG. 3, the imaging element 220 is described as a CCD as an example.

アナログフロントエンド部230は、タイミングジェネレータ231、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おり、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。
The analog front end unit 230 includes a timing generator 231 and an analog / digital (A / D) converter 232.
The timing generator 231 generates the drive timing of the CCD of the image sensor 220, and the A / D converter 232 converts an analog signal input from the CCD into a digital signal and outputs it to the image processing device 240.

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。
An image processing apparatus (two-dimensional convolution means) 240 constituting a part of the signal processing unit inputs a digital signal of a captured image coming from the previous AFE 230, performs two-dimensional convolution processing, and performs subsequent camera signal processing. Part (DSP) 250.
Filter processing is performed on the optical transfer function (OTF) according to the exposure information of the image processing device 240 and the control device 290. Note that aperture information is included as exposure information.
The image processing device 240 performs a filtering process so as to improve the response of the optical transfer function (OTF) to a plurality of images by the image sensor 220 and eliminate the change of the optical transfer function (OTF) according to the object distance. It has a function of performing (for example, convolution filter processing) and obtains a deep depth of field while depending on a plurality of object distances. Further, the image processing apparatus 240 has a function of performing noise reduction filtering in the first step.
The image processing device 240 has a function of performing processing for improving the contrast by performing filter processing on the optical transfer function (OTF).
The processing of the image processing device 240 will be described in further detail later.

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。   The camera signal processing unit (DSP) 250 performs processing such as color interpolation, white balance, YCbCr conversion processing, compression, and filing, and stores in the memory 260 and displays images on the image monitoring device 270.

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。   The control device 290 performs exposure control and has operation inputs from the operation unit 280 and the like, determines the operation of the entire system in accordance with those inputs, and controls the AFE 230, the image processing device 240, the DSP 250, the aperture 213, and the like. It governs mediation control for the entire system.

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。   Hereinafter, the configuration and function of the optical system and the image processing apparatus according to the present embodiment will be specifically described.

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。このよう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。
Next, filter processing of the image processing apparatus 240 will be described.
In the present embodiment, the light beam converged by the optical system 210 is regularly dispersed. By inserting the light wavefront modulation element in this way, an image that does not fit anywhere on the imaging element 220 is realized.
In other words, the optical system 210 forms a deep luminous flux (which plays a central role in image formation) and a flare (blurred portion).
As described above, means for restoring the regularly dispersed image to a focused image without moving the optical system 210 by digital processing is a wavefront aberration control optical system system or a depth extension optical system system (DEOS). : Depth Expansion Optical System), and this processing is performed in the image processing apparatus 240.

ここで、DEOSの基本原理について説明する。
図10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。
Here, the basic principle of DEOS will be described.
As shown in FIG. 10, when the subject image f enters the DEOS optical system H, a g image is generated.
This is expressed by the following equation.

(数1)
g=H*f
ただし、*はコンボリューションを表す。
(Equation 1)
g = H * f
However, * represents convolution.

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。   In order to obtain the subject from the generated image, the following processing is required.

(数2)
f=H-1*g
(Equation 2)
f = H -1 * g

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。
Here, the kernel size and calculation coefficient regarding H will be described.
Let the zoom positions be ZPn, ZPn-1,. In addition, each H function is defined as Hn, Hn-1,.
Since each spot image is different, each H function is as follows.

Figure 2009181367
Figure 2009181367

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。
The difference in the number of rows and / or the number of columns in this matrix is the kernel size, and each number is the operation coefficient.
Here, each H function may be stored in a memory, and the PSF is set as a function of the object distance, and is calculated based on the object distance. By calculating the H function, an optimum object distance is obtained. It may be possible to set so as to create a filter. Alternatively, the H function may be directly obtained from the object distance using the H function as a function of the object distance.

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、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。   In this embodiment, as shown in FIG. 3, an image from the optical system 210 is received by the image sensor 220 and input to the image processing device 240 when the aperture is opened, and a conversion coefficient corresponding to the optical system is acquired. The image signal having no dispersion is generated from the dispersion image signal from the image sensor 220 with the acquired conversion coefficient.

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。   In the present embodiment, DEOS can be employed to obtain high-definition image quality, and the optical system can be simplified and the cost can be reduced.

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、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。   As described above, the image processing apparatus 240 receives the primary image FIM from the image sensor 220, and performs a process of extending the depth of field by a convolution process using a filter to form a high-definition final image FNLIM. .

画像処理装置140のMTF補正処理は、たとえば図11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11中曲線Bで示す特性に近づく(達する)ような補正を行う。
図11中曲線Bで示す特性は、たとえば本実施形態のように、波面形成用光学素子を用いずに波面を変形させない場合に得られる特性である。
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。
The MTF correction processing of the image processing apparatus 140 is performed after edge enhancement, chroma enhancement, etc., using the MTF of the primary image, which is essentially a low value, as shown by a curve A in FIG. In the process, correction is performed so as to approach (reach) the characteristic indicated by the curve B in FIG.
A characteristic indicated by a curve B in FIG. 11 is a characteristic obtained when the wavefront is not deformed without using the wavefront forming optical element as in the present embodiment, for example.
It should be noted that all corrections in the present embodiment are based on spatial frequency parameters.

本実施形態においては、図11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12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11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12に示すようになる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 11, in order to achieve the MTF characteristic curve B that is finally realized with respect to the optically obtained MTF characteristic curve A with respect to the spatial frequency, each spatial frequency is changed to each spatial frequency. On the other hand, the original image (primary image) is corrected by applying strength such as edge enhancement as shown in FIG.
For example, in the case of the MTF characteristic of FIG. 11, the curve of edge enhancement with respect to the spatial frequency is as shown in FIG.

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。   That is, a desired MTF characteristic curve B is virtually realized by performing correction by weakening edge enhancement on the low frequency side and high frequency side within a predetermined spatial frequency band and strengthening edge enhancement in the intermediate frequency region. To do.

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140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。
As described above, the imaging apparatus 200 according to the embodiment basically includes the optical system 210 and the imaging element 220 that form a primary image, and the image processing apparatus 140 that forms the primary image into a high-definition final image. In the optical system, a wavefront shaping optical element is newly provided, or an optical element such as glass, plastic or the like is formed for wavefront shaping, thereby forming an imaging wavefront. The image is deformed (modulated), and such a wavefront is imaged on the imaging surface (light-receiving surface) of the imaging device 220 including a CCD or CMOS sensor, and a high-definition image is obtained from the imaged primary image through the image processing device 240. An image forming system.
In the present embodiment, the primary image from the image sensor 220 has a light flux condition with a very deep depth. For this reason, the MTF of the primary image is essentially a low value, and the MTF is corrected by the image processing device 240.

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。
Here, the imaging process in the imaging apparatus 200 in the present embodiment will be considered in terms of wave optics.
A spherical wave diverging from one of the object points becomes a convergent wave after passing through the imaging optical system. At that time, aberration occurs if the imaging optical system is not an ideal optical system. The wavefront is not a spherical surface but a complicated shape. Wavefront optics lies between geometric optics and wave optics, which is convenient when dealing with wavefront phenomena.
When dealing with the wave optical MTF on the imaging plane, the wavefront information at the exit pupil position of the imaging optical system is important.
The MTF is calculated by Fourier transform of the wave optical intensity distribution at the imaging point. The wave optical intensity distribution is obtained by squaring the wave optical amplitude distribution, and the wave optical amplitude distribution is obtained from the Fourier transform of the pupil function in the exit pupil.
Further, since the pupil function is exactly from the wavefront information (wavefront aberration) at the exit pupil position itself, if the wavefront aberration can be strictly numerically calculated through the optical system 210, the MTF can be calculated.

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、任意に結像面における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、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、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。
Accordingly, if the wavefront information at the exit pupil position is modified by a predetermined method, the MTF value on the imaging plane can be arbitrarily changed.
In this embodiment, the wavefront shape is mainly changed by the wavefront forming optical element, but the target wavefront is formed by increasing or decreasing the phase (phase, optical path length along the light beam). .
Then, if the target wavefront is formed, the exiting light flux from the exit pupil is formed from a dense portion and a sparse portion of the light, as can be seen from the geometric optical spot image.
The MTF in the luminous flux state shows a low value at a low spatial frequency and a characteristic that the resolving power is managed up to a high spatial frequency.
That is, if this MTF value is low (or such a spot image state in terms of geometrical optics), the phenomenon of aliasing will not occur.
That is, a low-pass filter is not necessary.
Then, the flare-like image that causes the MTF value to be lowered by the image processing device 240 may be removed. Thereby, the MTF value is significantly improved.

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。   Next, the response of the MTF of this embodiment and the conventional optical system will be considered.

図13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14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15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。
FIG. 13 is a diagram showing the MTF response when the object is at the focal position and when the object is out of the focal position in the case of the conventional optical system.
FIG. 14 is a diagram showing the response of the MTF when the object is at the focal position and when the object is out of the focal position in the optical system of the present embodiment having the light wavefront modulation element.
FIG. 15 is a diagram illustrating a response of the MTF after data restoration of the imaging apparatus according to the present embodiment.

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を、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。
As can be seen from the figure, in the case of an optical system having a light wavefront modulation element, the change in the response of the MTF is less than that in an optical system in which no light wavefront modulation element is inserted even when the object deviates from the focal position.
The response of the MTF is improved by processing the image formed by this optical system using a convolution filter.

図14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15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。
The absolute value (MTF) of the OTF of the optical system having the phase plate shown in FIG. 14 is preferably 0.1 or more at the Nyquist frequency.
This is because, in order to achieve the OTF after restoration shown in FIG. 15, the gain is increased by the restoration filter, but the noise of the sensor is also raised at the same time. For this reason, it is preferable to perform restoration without increasing the gain as much as possible at high frequencies near the Nyquist frequency.
In the case of a normal optical system, resolution is achieved if the MTF at the Nyquist frequency is 0.1 or more.
Therefore, if the MTF before restoration is 0.1 or more, the restoration filter does not need to increase the gain at the Nyquist frequency. If the MTF before restoration is less than 0.1, the restored image becomes an image greatly affected by noise, which is not preferable.

画像処理装置240の構成および処理について説明する。   The configuration and processing of the image processing apparatus 240 will be described.

画像処理装置240は、図3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。   As shown in FIG. 3, the image processing apparatus 240 includes a raw (RAW) buffer memory 241, a two-dimensional convolution operation unit 242, a kernel data storage ROM 243 as a storage unit, and a convolution control unit 244.

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。   The convolution control unit 244 controls the convolution process on / off, the screen size, the replacement of kernel data, and the like, and is controlled by the control device 290.

また、カーネルデータ格納ROM243には、図16、図17、または図18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。
The kernel data storage ROM 243 stores kernel data for convolution calculated from the point image intensity distribution (PSF) of each optical system prepared in advance as shown in FIG. 16, FIG. 17, or FIG. The exposure information determined at the time of setting the exposure is acquired by the control device 290, and the kernel data is selected and controlled through the convolution control unit 244.
The exposure information includes aperture information.

図16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。   In the example of FIG. 16, the kernel data A is data corresponding to the optical magnification (× 1.5), the kernel data B is data corresponding to the optical magnification (× 5), and the kernel data C is data corresponding to the optical magnification (× 10).

また、図17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。   In the example of FIG. 17, the kernel data A is data corresponding to the F number (2.8) as aperture information, and the kernel data B is data corresponding to the F number (4).

また、図18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。   In the example of FIG. 18, the kernel data A is data corresponding to an object distance information of 100 mm, the kernel data B is data corresponding to an object distance of 500 mm, and the kernel data C is data corresponding to an object distance of 4 m.

図19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)。
FIG. 19 is a flowchart of a switching process based on exposure information (including aperture information) of the control device 290.
First, exposure information (RP) is detected and supplied to the convolution control unit 244 (ST101).
In the convolution control unit 244, the kernel size and numerical performance coefficient are set in the register from the exposure information RP (ST102).
The image data captured by the image sensor 220 and input to the two-dimensional convolution operation unit 242 via the AFE 230 is subjected to a convolution operation based on the data stored in the register, and is calculated and converted. The transferred data is transferred to the camera signal processing unit 250 (ST103).

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。   A more specific example of the signal processing unit and kernel data storage ROM of the image processing apparatus 240 will be described below.

図20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20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。
FIG. 20 is a diagram illustrating a first configuration example of the signal processing unit and the kernel data storage ROM. For simplification, AFE and the like are omitted.
The example of FIG. 20 is a block diagram when a filter kernel corresponding to exposure information is prepared in advance.

画像処理装置240が露出情報検出部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。   The image processing apparatus 240 acquires exposure information determined at the time of setting the exposure from the exposure information detection unit 253, and selects and controls kernel data through the convolution control unit 244. The two-dimensional convolution operation unit 242 performs convolution processing using kernel data.

図21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。なお、簡単化のためにAFE等は省略している。
図21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ブロック図である。
FIG. 21 is a diagram illustrating a second configuration example of the signal processing unit and the kernel data storage ROM. For simplification, AFE and the like are omitted.
The example of FIG. 21 is a block diagram in the case where the image processing device 240 has a noise reduction filter processing step at the beginning, and noise reduction filter processing ST1 corresponding to exposure information is prepared in advance as filter kernel data.

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、前記ノイズ低減フィルタ処理1ST1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。
再度ノイズ低減フィルタ処理2ST4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。
Exposure information determined at the time of exposure setting is acquired from the exposure information detection unit 253, and kernel data is selected and controlled through the convolution control unit 244.
In the two-dimensional convolution operation unit 242, after performing the noise reduction filter processing 1ST1, the color space is converted by the color conversion processing ST2, and then the convolution processing (OTF restoration filter processing) ST3 is performed using the kernel data.
The noise reduction filter process 2ST4 is performed again, and the original color space is restored by the color conversion process ST5. The color conversion process includes, for example, YCbCr conversion, but other conversions may be used.
Note that the second noise processing ST4 can be omitted.

図22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。なお、簡単化のためにAFE等は省略している。
図22の例は、露出情報に応じたOTF復元フィルタを予め用意した場合のブロック図である。
FIG. 22 is a diagram illustrating a third configuration example of the signal processing unit and the kernel data storage ROM. For simplification, AFE and the like are omitted.
The example of FIG. 22 is a block diagram when an OTF restoration filter corresponding to exposure information is prepared in advance.

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は、ノイズ低減フィルタ処理1ST11、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。
再度ノイズ低減フィルタ処理2ST14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、ノイズ低減フィルタ処理ST11、ST14は、いずれか一方のみでもよい。
Exposure information determined at the time of exposure setting is acquired from the exposure information detection unit 253, and kernel data is selected and controlled through the convolution control unit 244.
The two-dimensional convolution calculation unit 242 performs the convolution process ST13 using the OTF restoration filter after the noise reduction filter process 1ST11 and the color conversion process ST12.
The noise reduction filter process 2ST14 is performed again, and the original color space is restored by the color conversion process ST15. The color conversion process includes, for example, YCbCr conversion, but other conversions may be used.
Note that only one of the noise reduction filter processes ST11 and ST14 may be used.

図23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。なお、簡単化のためにAFE等は省略している。
図23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1ST21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低減フィルタ処理2ST24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。
FIG. 23 is a diagram illustrating a fourth configuration example of the signal processing unit and the kernel data storage ROM. For simplification, AFE and the like are omitted.
The example of FIG. 23 is a block diagram in the case where a noise reduction filter processing step is included and a noise reduction filter corresponding to exposure information is prepared in advance as filter kernel data.
Note that the second noise processing ST4 can be omitted.
Exposure information determined at the time of exposure setting is acquired from the exposure information detection unit 253, and kernel data is selected and controlled through the convolution control unit 244.
In the two-dimensional convolution operation unit 242, after performing the noise reduction filter processing 1ST21, the color space is converted by the color conversion processing ST22, and then the convolution processing ST23 is performed using the kernel data.
The noise reduction filter process 2ST24 corresponding to the exposure information is performed again, and the original color space is restored by the color conversion process ST25. The color conversion process includes, for example, YCbCr conversion, but other conversions may be used.
The noise reduction filter process ST21 can be omitted.

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。   The example in which the filter processing is performed in the two-dimensional convolution calculation unit 242 according to only the exposure information has been described above. However, for example, subject distance information, zoom information, or a calculation coefficient suitable by combining shooting mode information and exposure information Can be extracted or calculated.

図24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。   FIG. 24 is a diagram illustrating a configuration example of an image processing apparatus that combines subject distance information and exposure information.

撮像装置200Aは、図24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。   The imaging apparatus 200A includes a convolution apparatus 401, a kernel / numerical calculation coefficient storage register 402, and an image processing calculation processor 403 as illustrated in FIG.

この撮像装置200A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。
In this imaging apparatus 200A, the image processing arithmetic processor 403 that has obtained the information about the approximate object distance of the subject and the exposure information read from the object approximate distance information detection apparatus 500 performs an appropriate calculation on the object separation position. The kernel size to be used and its calculation coefficient are stored in the kernel and numerical calculation coefficient storage register 402, and an appropriate calculation is performed by the convolution device 401 that calculates using the value, thereby restoring the image.
In this example, the distance to the main subject is detected by the object approximate distance information detection device 500 including the distance detection sensor, and different image correction processing is performed according to the detected distance.

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正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。
The above image processing is performed by convolution calculation. To realize this, for example, one type of convolution calculation coefficient is stored in common, and a correction coefficient is stored in advance according to the focal length, The correction coefficient is used to correct the calculation coefficient, and an appropriate convolution calculation can be performed using the corrected calculation coefficient.
In addition to this configuration, the following configuration can be employed.

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。   The kernel size and the convolution calculation coefficient itself are stored in advance according to the focal length, the convolution calculation is performed using the stored kernel size and calculation coefficient, and the calculation coefficient according to the focal length is stored in advance as a function. In addition, it is possible to employ a configuration in which a calculation coefficient is obtained from this function based on the focal length and a convolution calculation is performed using the calculated calculation coefficient.

図24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。   Corresponding to the configuration of FIG. 24, the following configuration can be taken.

変換係数記憶手段としてのレジスタ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、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。
At least two or more conversion coefficients corresponding to the aberration caused by the resin lens corresponding to the phase plate are stored in advance in the register 402 as the conversion coefficient storage means according to the subject distance. The image processing arithmetic processor 403 functions as a coefficient selection unit that selects a conversion coefficient according to the distance from the register 402 to the subject based on information generated by the object approximate distance information detection device 500 serving as a subject distance information generation unit. .
Then, the convolution device 401 as the conversion unit converts the image signal using the conversion coefficient selected by the image processing arithmetic processor 403 as the coefficient selection unit.

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、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。
Alternatively, as described above, the image processing calculation processor 403 as the conversion coefficient calculation unit calculates the conversion coefficient based on the information generated by the object approximate distance information detection device 500 as the subject distance information generation unit, and stores it in the register 402. Store.
Then, the convolution device 401 as the conversion unit converts the image signal by the conversion coefficient obtained by the image processing calculation processor 403 as the conversion coefficient calculation unit and stored in the register 402.

または、補正値記憶手段としてのレジスタ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。
Alternatively, at least one correction value corresponding to the zoom position or zoom amount of the zoom optical system 210 is stored in advance in the register 402 serving as a correction value storage unit. This correction value includes the kernel size of the subject aberration image.
Then, based on the distance information generated by the object approximate distance information detection device 500 serving as the subject distance information generating unit, the image processing arithmetic processor 403 serving as the correction value selecting unit transmits information from the register 402 serving as the correction value storing unit to the subject. Select a correction value according to the distance.
The convolution device 401 as the conversion unit performs image processing based on the conversion coefficient obtained from the register 402 as the second conversion coefficient storage unit and the correction value selected by the image processing arithmetic processor 403 as the correction value selection unit. Perform signal conversion.

以上説明したように、本実施形態によれば、光波面変調素子213Aの変調面213a、および絞り214の形状が光軸に対して回転対称で連続した形状であり、光波面変調機能の発現と非発現、もしくは光波面変調特性の切り替えを行うことができるように絞り214に調整機能を持たせていることから、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、様々な用途や撮影条件に対応して適切な画質の良好な復元画像を得ることができる。
これにより、コントラストが必要な状況と一般的な画像を必要とする状況とで最適化を行うことができる。
As described above, according to the present embodiment, the shape of the modulation surface 213a of the optical wavefront modulation element 213A and the shape of the stop 214 are rotationally symmetric with respect to the optical axis, and the optical wavefront modulation function is manifested. Since the diaphragm 214 is provided with an adjustment function so that it can be switched to non-expression or light wavefront modulation characteristics, the optical system can be simplified and the cost can be reduced. In addition, it is possible to obtain a good restored image with appropriate image quality corresponding to the shooting conditions.
Thereby, optimization can be performed in a situation where contrast is required and a situation where a general image is required.

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、図3に示す操作部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。
In addition, the kernel size used in the convolution calculation and the coefficient used in the numerical calculation are made variable, know by the input of the operation unit 280 shown in FIG. There is an advantage that the lens can be designed without worrying about the defocus range and that the image can be restored by convolution with high accuracy.
Further, there is an advantage that a natural image can be obtained without requiring an optical lens that is difficult, expensive, and large in size, and without driving the lens.
The imaging apparatus 200 according to the present embodiment can be used in a DEOS optical system in consideration of the small size, light weight, and cost of consumer devices such as digital cameras and camcorders.
Further, the configuration of the optical system 210 can be simplified, manufacturing becomes easy, and cost reduction can be achieved.

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。
By the way, when a CCD or CMOS sensor is used as an image sensor, there is a resolution limit determined by the pixel pitch, and if the resolution of the optical system exceeds the limit resolution, a phenomenon such as aliasing occurs, which adversely affects the final image. It is a well-known fact that
In order to improve image quality, it is desirable to increase the contrast as much as possible, but this requires a high-performance lens system.

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。
However, as described above, aliasing occurs when a CCD or CMOS sensor is used as an image sensor.
Currently, in order to avoid the occurrence of aliasing, the imaging lens apparatus uses a low-pass filter made of a uniaxial crystal system to avoid the occurrence of aliasing.
The use of a low-pass filter in this way is correct in principle, but the low-pass filter itself is made of crystal, so it is expensive and difficult to manage. Moreover, there is a disadvantage that the use of the optical system makes the optical system more complicated.

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。
As described above, in order to form a high-definition image, the optical system must be complicated in the conventional imaging lens apparatus in spite of the demand for higher-definition image due to the trend of the times. . If it is complicated, manufacturing becomes difficult, and if an expensive low-pass filter is used, the cost increases.
However, according to this embodiment, the occurrence of aliasing can be avoided without using a low-pass filter, and high-definition image quality can be obtained.

また、図16、図17、および図18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。   Also, the kernel data storage ROMs of FIGS. 16, 17, and 18 are not necessarily used for the values of optical magnification, F number, size of each kernel, and object distance. Also, the number of kernel data to be prepared is not limited to three.

なお、以上の説明においては、本発明の撮像装置が適用可能な電子機器として情報コード読取装置を例に説明したが、本発明の撮像装置は、たとえば携帯電話機、PDA等の携帯電子機器にも適用可能である。   In the above description, the information code reading device is described as an example of an electronic device to which the imaging device of the present invention can be applied. However, the imaging device of the present invention is also applicable to a portable electronic device such as a mobile phone and a PDA. Applicable.

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。1 is an external view showing an example of an information code reading device according to an embodiment of the present invention. 情報コードを例を示す図である。It is a figure which shows an example of an information code. 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。It is a block which shows the structural example of the imaging device applied to the information code reader of FIG. 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例を示す図であって、本実施形態に係る光学系においてレンズ全体での光波面変調素子(位相変調素子)と絞りに隣接した面での光波面変調を実現する構成例を示す図である。It is a figure which shows the basic structural example of the imaging lens unit which forms the optical system which concerns on this embodiment, Comprising: In the optical system which concerns on this embodiment, it adjoined the optical wavefront modulation element (phase modulation element) and aperture_diaphragm | restriction in the whole lens. It is a figure which shows the structural example which implement | achieves the light wavefront modulation in a surface. 本実施形態に係る光波面変調素子と絞りとの関係を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the relationship between the optical wavefront modulation element concerning this embodiment, and an aperture_diaphragm | restriction. 図5の第1位相面PS1および第2位相面PS2を光線が通過したときのMTFを示す図である。It is a figure which shows MTF when a light ray passes 1st phase surface PS1 and 2nd phase surface PS2 of FIG. 図5の第1位相面PS1および第2位相面PS2を光線が通過したときの光強度分布を示す図である。It is a figure which shows light intensity distribution when a light ray passes 1st phase surface PS1 and 2nd phase surface PS2 of FIG. 切り替え絞りの例を示す図である。It is a figure which shows the example of a switching aperture_diaphragm | restriction. 可変絞りの例を示す図である。It is a figure which shows the example of a variable aperture stop. DEOSの原理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the principle of DEOS. 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。It is a figure for demonstrating the MTF correction process in the image processing apparatus which concerns on this embodiment. 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。It is a figure for demonstrating concretely the MTF correction process in the image processing apparatus which concerns on this embodiment. 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。It is a figure which shows the response (response) of MTF when an object exists in a focus position in the case of the conventional optical system, and when it remove | deviated from the focus position. 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。It is a figure which shows the response of MTF when an object exists in a focus position in the case of the optical system of this embodiment which has a light wavefront modulation element, and remove | deviates from a focus position. 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。It is a figure which shows the response of MTF after the data restoration of the imaging device which concerns on this embodiment. 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。It is a figure which shows an example (optical magnification) of the storage data of kernel data ROM. 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。It is a figure which shows the other example (F number) of the storage data of kernel data ROM. カーネルデータROMの格納データの他例(物体距離)を示す図である。It is a figure which shows the other example (object distance) of the storage data of kernel data ROM. 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。It is a flowchart which shows the outline | summary of the optical system setting process of an exposure control apparatus. 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。It is a figure which shows the 1st structural example about a signal processing part and a kernel data storage ROM. 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。It is a figure which shows the 2nd structural example about a signal processing part and a kernel data storage ROM. 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。It is a figure which shows the 3rd structural example about a signal processing part and kernel data storage ROM. 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。It is a figure which shows the 4th structural example about a signal processing part and kernel data storage ROM. 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。It is a figure which shows the structural example of the image processing apparatus which combines subject distance information and exposure information. 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。It is a figure which shows typically the structure and light beam state of a general imaging lens apparatus. 図25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。FIG. 26A is a diagram showing a spot image on the light receiving surface of the imaging element of the imaging lens device of FIG. 25, where FIG. 25A shows a case where the focal point is shifted by 0.2 mm (Defocus = 0.2 mm), and FIG. In the case (Best focus), (C) is a diagram showing each spot image when the focal point is shifted by -0.2 mm (Defocus = -0.2 mm).

符号の説明Explanation of symbols

200・・・撮像装置、210・・・光学系、211・・・第1レンズ、212・・・第2レンズ、213・・・第3レンズ、214・・・絞り、215・・・第4レンズ、220・・・撮像素子、PS1・・・第1位相面、PS2・・・第2位相面、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ROM、244・・・コンボリューション制御部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 200 ... Imaging device, 210 ... Optical system, 211 ... 1st lens, 212 ... 2nd lens, 213 ... 3rd lens, 214 ... Aperture, 215 ... 4th Lens 220 ... Imaging device PS1 ... First phase plane PS2 ... Second phase plane 230 ... Analog front end (AFE) 240 ... Image processor 250 ... Camera signal processing unit, 280 ... operation unit, 290 ... control device, 242 ... two-dimensional convolution operation unit, 243 ... kernel data ROM, 244 ... convolution control unit.

Claims (7)

レンズと光波面変調素子を含む光学系と、
前記光学系を通過した被写体像を撮像する撮像素子と、
前記光波面変調素子を通過する光束を制限し、当該制限する部分を変更可能な絞りと、を有し、
前記絞りを変更することによって、光波面変調機能の発現と非発現、もしくは光波面変調特性の切り替えを行う
撮像装置。
An optical system including a lens and a light wavefront modulation element;
An image sensor that images a subject image that has passed through the optical system;
Limiting the luminous flux passing through the light wavefront modulation element, and having a diaphragm capable of changing the restricted portion,
An imaging apparatus that switches on or off of an optical wavefront modulation function or switching optical wavefront modulation characteristics by changing the diaphragm.
前記絞りは、
前記制限する部分が異なる複数種類の絞りを含む
請求項1に記載の撮像装置。
The aperture is
The imaging apparatus according to claim 1, comprising a plurality of types of apertures in which the restricted portion is different.
前記絞りは、
前記制限する部分を可変とする可変絞りを含む
請求項1に記載の撮像装置。
The aperture is
The imaging device according to claim 1, further comprising a variable diaphragm that makes the restricted portion variable.
前記撮像素子から得られる画像信号に対して所定の画像処理を施す画像処理装置を有し、
前記画像処理装置は、
前記絞りの状態に応じて、画像処理の有無または画像処理の内容を切り替える
請求項1から3のいずれか一に記載の撮像装置。
An image processing device that performs predetermined image processing on an image signal obtained from the image sensor;
The image processing apparatus includes:
The imaging device according to any one of claims 1 to 3, wherein the presence or absence of image processing or the content of image processing is switched according to the state of the aperture.
前記絞りは、前記光波面変調素子が前記絞り近傍に配置されている
請求項1から4のいずれか一に記載の撮像装置。
The imaging apparatus according to claim 1, wherein the optical wavefront modulation element is disposed in the vicinity of the diaphragm.
前記光波面変調素子の光波面変調機能および前記絞りの形状は、光軸に対して略回転対称となっている
請求項1から5のいずれか一に記載の撮像装置。
The imaging device according to any one of claims 1 to 5, wherein a light wavefront modulation function of the light wavefront modulation element and a shape of the diaphragm are substantially rotationally symmetric with respect to an optical axis.
撮像装置を有する電子機器であって、
前記撮像装置は、
レンズと光波面変調素子を含む光学系と、
前記光学系を通過した被写体像を撮像する撮像素子と、
前記光波面変調素子を通過する光束を制限し、当該制限する部分を変更可能な絞りと、を有し、
前記絞りを変更することによって、光波面変調機能の発現と非発現、もしくは光波面変調特性の切り替えを行う
電子機器。
An electronic device having an imaging device,
The imaging device
An optical system including a lens and a light wavefront modulation element;
An image sensor that images a subject image that has passed through the optical system;
Limiting the luminous flux passing through the light wavefront modulation element, and having a diaphragm capable of changing the restricted portion,
An electronic device that switches on or off the light wavefront modulation function or switching the light wavefront modulation characteristics by changing the aperture.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011151448A (en) * 2010-01-19 2011-08-04 Kyocera Corp Imaging apparatus and electronic device
JP2012074861A (en) * 2010-09-28 2012-04-12 Fujifilm Corp Image capturing device

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011151448A (en) * 2010-01-19 2011-08-04 Kyocera Corp Imaging apparatus and electronic device
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