光学装置、およびそれを用いた撮像装置、撮像システム
【課題】
画像回復処理に合わせた特性を有する光学装置、及びそれを用いた撮像装置、撮像システムを提供することで、効果的な画像回復処理を実現する。
【解決手段】
撮像素子に被写体の像を結像するとともに、撮像素子で得られた画像に対し画像回復処理が実行される光学装置において、以下の条件式（１）を満足するＭＴＦを有することを特徴とする光学装置。
０．００１＜Ｌ×ＮＡ＜０．５、 ５＜ａ＜３０ …（１）
ただし、
Ｌ：ＭＴＦがａ％におけるＭＴＦ幅、
ＮＡ：光学装置の開口数、
である。
画像回復処理に合わせた特性を有する光学装置、及びそれを用いた撮像装置、撮像システムを提供することで、効果的な画像回復処理を実現する。
【解決手段】
撮像素子に被写体の像を結像するとともに、撮像素子で得られた画像に対し画像回復処理が実行される光学装置において、以下の条件式（１）を満足するＭＴＦを有することを特徴とする光学装置。
０．００１＜Ｌ×ＮＡ＜０．５、 ５＜ａ＜３０ …（１）
ただし、
Ｌ：ＭＴＦがａ％におけるＭＴＦ幅、
ＮＡ：光学装置の開口数、
である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラなどに用いられる光学装置、その光学装置を用いた撮像装置、または撮像装置と外部装置にて構成される撮像システムに関するものであり、特に、撮像した画像に対して実行される画像復元処理に適した光学系を有するものに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光学系を通して集光した被写体の像をＣＣＤ等の撮像素子に投影し、撮像を行う各種撮像装置が知られている。このような撮像装置においては、撮像して得られた画像に対して、所定の特性を有するフィルタにて加工する各種画像処理が行われることが一般的である。
【０００３】
このような、画像処理を可能とする撮像装置として、特許文献１には、光学系と、撮像素子と、変換手段と、信号処理手段とを備え、第１フィルタと第２フィルタを用いる撮像装置が開示されている。光学系は、合焦位置およびその前後の距離において焦点のボケ量が略一定となるように形成されている。撮像素子は、光学系によって結像された被写体像を撮像する。変換手段は、撮像素子から得た画像における焦点のボケを補正して、復元した画像を生成する。信号処理手段は、画像信号に所定の画像処理を行う。また、第１フィルタは静止画撮影モード時に、変換手段の画像復元処理のために用いられる。第２フィルタは、動画撮影モード時、またはスルー画像表示時に、変換手段の画像復元処理のために用いられる。
【０００４】
この特許文献１の開示によれば、動画撮影モード時やスルー画像表示時において第２フィルタを用いた簡易な画像復元処理を行うことができる。そして、これにより、高価な変換手段を必要することなく光学系を簡単化できるので、コスト低減を図ることができる。また、復元画像を劣化させることのない撮像装置を提供することができるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−０１１４９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では、画像における焦点のボケを補正して画像を復元している。復元した画像における解像は十分とはいえなかった。
【０００７】
本発明は、復元した画像において解像が十分得られ、また、焦点深度が拡大した画像を簡単に得ることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の課題を解決するために、本発明の光学装置、およびそれを用いた撮像装置、撮像システムは以下の何れかとするものである。
【０００９】
本発明の光学装置の第１の構成は、撮像素子に被写体の像を結像するとともに、前記撮像素子で得た画像に対し画像回復処理が実行される光学装置において、以下の条件式（１）を満足するＭＴＦを有することを特徴とするものである。
０．００１＜Ｌ×ＮＡ＜０．５、 ５＜ａ＜３０ …（１）
ただし
Ｌ：ＭＴＦがａ％におけるＭＴＦ幅、
ＮＡ：前記光学装置の開口数、
である。
【００１０】
また、本発明の光学装置の第２の構成は、第１の構成において、前記ＭＴＦは、以下の条件式（２）を満足することを特徴とするものである。
０．００１＜Ｌｃ×ＮＡ＜０．５、 ５＜ａ＜３０ …（２）
ただし、
Ｌｃ：ＭＴＦの半値幅
である。
【００１１】
また、本発明の撮像装置の第１の構成は、撮像素子と、前記撮像素子に被写体の像を結像する光学系と、前記撮像素子で得た画像に対して画像処理を実行する画像処理手段を有し、前記光学系は、以下の条件式（１）を満足するＭＴＦを有することを特徴とするものである。
０．００１＜Ｌ×ＮＡ＜０．５、 ５＜ａ＜３０ …（１）
ただし、
Ｌ：ＭＴＦがａ％におけるＭＴＦ幅、
ＮＡ：前記光学系の開口数、
である。
【００１２】
また、本発明の撮像装置の第２の構成は、第１の構成において、前記ＭＴＦは、以下の条件式（２）を満足することを特徴とするものである。
０．００１＜Ｌｃ×ＮＡ＜０．５、 ５＜ａ＜３０ …（２）
ただし、
Ｌｃ：ＭＴＦの半値幅
である。
【００１３】
また、本発明の撮像装置の第３の構成は、第１または第２の構成において、前記ＭＴＦは、条件式（３）を満足する空間周波数を有することを特徴とするものである。
ν＝１／（２×Ｐ×Ａ）、１＜Ａ＜２０ …（３）
ただし、
ν：空間周波数、
Ｐ：前記撮像素子の画素ピッチ、
である。
【００１４】
また、本発明の撮像装置の第４の構成は、第１または第２の構成において、前記ＭＴＦは、条件式（４）を満足する空間周波数を有することを特徴とするものである。
ν＝１／（２×Ｐ×Ａ）、２＜Ａ＜８ …（４）
ただし、
ν：空間周波数、
Ｐ：前記撮像素子の画素ピッチ、
である。
【００１５】
また、本発明の撮像装置の第５の構成は、第１から第４の構成において、前記ＭＴＦが、条件式（５）を満足する空間周波数を有することを特徴とするものである。
０．００１＜ν／Ｎ＜３ …（５）
ただし、
ν：空間周波数、
Ｎ：前記撮像素子一辺の画素数、
である。
【００１６】
また、この撮像装置の第１〜第５の構成に、以下に記載する何れかの構成を同時に満足することがより好ましい。
【００１７】
本発明の撮像装置の第６の構成は、第１から第５の何れかの撮像装置において、前記ＭＴＦは、開放Ｆナンバーにおいて、前記各条件式を満足することを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の撮像装置の第７の構成は、第１から第６の何れかの撮像装置において、前記ＭＴＦは、コントラストが０にならない範囲で他の空間周波数のＭＴＦと交差することを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明の撮像装置の第８の構成は、第７の撮像装置において、前記ＭＴＦは、他の空間周波数のＭＴＦと１０％以下の位置で交差することを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明の撮像装置の第９の構成は、第１から第８の何れかの撮像装置において、前記光学系の球面収差特性が、ピーク値を有することを特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明の撮像装置の第１０の構成は、第９の撮像装置において、前記光学系の球面収差特性は、２つ以上のピーク値を有することを特徴とするものである。
【００２２】
また、本発明の撮像装置の第１１の構成は、第１０の撮像装置において、前記球面収差特性のピーク値は、プラス側とマイナス側に位置することを特徴とするものである。
【００２３】
また、本発明の撮像装置の第１２の構成は、第１から第１１の撮像装置において、前記光学系は、前記ＭＴＦを実現するための波面制御素子を備えることを特徴とするものである。
【００２４】
また、本発明の撮像装置の第１３の構成は、第１２の撮像装置において、前記ＭＴＦを実現するための波面制御素子は、非球面を有することを特徴とするものである。
【００２５】
また、本発明の撮像装置の第１４の構成は、第１２の撮像装置において、前記ＭＴＦを実現するための波面制御素子は、位相板であることを特徴とするものである。
【００２６】
また、本発明の撮像装置の第１５の構成は、第１２の撮像装置において、前記ＭＴＦを実現するための波面制御素子は、１面に複数の曲率を有するレンズであることを特徴とするものである。
【００２７】
また、本発明の撮像装置の第１６の構成は、第１２の撮像装置において、前記ＭＴＦを実現するための波面制御素子は、中心と周辺で異なる曲率を有するレンズであることを特徴とするものである。
【００２８】
また、本発明の撮像装置の第１７の構成は、第１５または第１６の撮像装置において、前記ＭＴＦを実現するための波面制御素子は、１面に３つの曲率を有するレンズであることを特徴とするものである。
【００２９】
また、本発明の撮像装置の第１８の構成は、第１２から第１７の何れか１つの撮像装置において、前記ＭＴＦを実現するための波面制御素子は、その材質に複屈折結晶が用いら
れることを特徴とするものである。
【００３０】
また、本発明の撮像装置の第１９の構成は、第１２から第１８の何れか１つの撮像装置において、前記ＭＴＦを実現するための波面制御素子は、着脱可能とすることを特徴とするものである。
【００３１】
また、本発明の撮像装置の第２０の構成は、第１から第１９の何れか１つの撮像装置において、前記画像処理手段において実行される画像処理は、前記撮像素子が出力する観測画像に対する画像回復処理を含むことを特徴とするものである。
【００３２】
また、本発明の撮像装置の第２１の構成は、第２０の撮像装置において、前記画像回復処理は、前記光学系の結像特性を用いることを特徴とするものである。
【００３３】
また、本発明の撮像装置の第２２の構成は、第２１の撮像装置において、前記画像回復処理は、回復画像が下記微分方程式で表される処理を実行することを特徴とするものである。
ｆ（ｘ,ｙ）＝ｇ（ｘ,ｙ）＋ａ1（ｘ,ｙ）・ｇ'（ｘ,ｙ）＋ …
… ＋ａn（ｘ,ｙ）・ｇ(n)（ｘ,ｙ）
ただし、
ｆ：回復画像、ｇ：観測画像、ａ1、ａ2、…ａn：劣化パラメータ
ｇ(n)：観測画像に対するｎ次微分。
【００３４】
また、本発明の第１の撮像システムの構成は、第１から第２２の何れか１つの撮像装置と、前記撮像素子で得た画像に対して画像回復処理を実行する外部装置とを有することを特徴とするものである。
【００３５】
また、本発明の第２の撮像システムの構成は、第１の撮像システムにおいて、前記画像回復処理は、前記光学系の結像特性を用いることを特徴とするものである。
【００３６】
また、本発明の第３の撮像システムの構成は、第１または第２の撮像システムにおいて、前記画像回復処理は、回復画像が下記微分方程式で表される処理を実行することを特徴とするものである。
ｆ（ｘ,ｙ）＝ｇ（ｘ,ｙ）＋ａ1（ｘ,ｙ）・ｇ'（ｘ,ｙ）＋ …
… ＋ａn（ｘ,ｙ）・ｇ(n)（ｘ,ｙ）
ただし、
ｆ：回復画像、ｇ：観測画像、ａ1、ａ2、…ａn：劣化パラメータ
ｇ(n)：観測画像に対するｎ次微分。
【００３７】
また、本発明の第４の撮像システムの構成は、前記撮像装置と前記外部装置はそれぞれ通信手段を備え、前記撮像装置で撮像された観測画像を、前記通信手段を介して前記外部装置に送信することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３８】
本発明に拠れば、復元した画像において、十分な解像が得られる。また、焦点深度が拡大した画像を簡単に得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明のＭＴＦ特性において各種パラメータを説明するための図。
【図２】比較例１、並びに、本発明の実施例１〜実施例３の光学系を展開して光軸に沿ってとった断面図。
【図３】比較例１のＭＴＦ特性を示す図。
【図４】比較例１の球面収差特性を示す図。
【図５】本発明の実施例１の光学系のＭＴＦ特性を示す図。
【図６】本発明の実施例１の球面収差特性を示す図。
【図７】本発明の実施例２で用いる２焦点レンズの構成を示した模式図。
【図８】本発明の実施例２の光学系のＭＴＦ特性を示す図。
【図９】本発明の実施例２の球面収差特性を示す図。
【図１０】本発明の実施例３で用いる２焦点レンズの構成を示した模式図。
【図１１】本発明の実施例３の光学系のＭＴＦ特性を示す図。
【図１２】本発明の実施例４の球面収差特性を示す図。
【図１３】本発明の実施例４で用いる３焦点レンズの構成を示した模式図。
【図１４】本発明の実施例４の光学系のＭＴＦ特性を示す図。
【図１５】本発明の実施例４の球面収差特性を示す図。
【図１６】比較例２の光学系を展開して光軸に沿ってとった断面図。
【図１７】比較例２のＭＴＦ特性を示す図。
【図１８】比較例２の球面収差特性を示す図。
【図１９】本発明の実施例４の光学系を展開して光軸に沿ってとった断面図。
【図２０】本発明の実施例４の光学系のＭＴＦ特性を示す図。
【図２１】本発明の実施例４の球面収差特性を示す図。
【図２２】本発明の撮像装置の構成を示す概略図。
【図２３】本発明の画像回復処理を示す概略図。
【図２４】本発明の撮像システムの構成を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
本実施形態の光学装置の第１の構成は、撮像素子に被写体の像を結像するとともに、撮像素子で得た画像に対し画像回復処理が実行される光学装置において、以下の条件式（１）を満足するＭＴＦを有することを特徴とする。
０．００１＜Ｌ×ＮＡ＜０．５、 ５＜ａ＜３０ …（１）
ただし
Ｌ：ＭＴＦがａ％におけるＭＴＦ幅、
ＮＡは光学装置の開口数、
である。
【００４１】
以下に、この光学装置の第１の構成を採用する理由と作用について説明する。
【００４２】
光学装置では、光学系によって被写体の像が形成される。このとき、被写体の位置に応じて形成される像の位置も異なる。複数の被写体でそれぞれの位置が異なっている場合、各被写体の像の位置も異なる。ここで、ある被写体を基準として、この被写体にピントを合わせたとする。この場合、この被写体の像位置（以下、基準像位置）の前後に、他の被写体の像が形成される。そして、基準像位置ではピントの合った被写体像が得られるが、基準像位置の前後では、ピントのずれた（ぼけた）被写体像になる。
【００４３】
第１の構成は、ＭＴＦ特性の形状が一定、または略一定であることを規定したものである。なお、ＭＴＦとはModulation Transfer Functionのことである。図１は、本実施形態の光学装置、より具体的には、光学系のＭＴＦ特性において、各種パラメータを説明するための模式図である。この図には、デフォーカス量、すなわち、光軸に沿う方向の距離（図における横軸）に対してＭＴＦの値をとったＭＴＦ特性が示されている。本実施形態でいうＭＴＦ幅とは、ＭＴＦ特性の最両端間の距離をいうものであって、最両端間の途中でＭＴＦ特性が交差した場合においても、その交差は考慮されない。この図に示されるように、ＭＴＦ＿Ｈは、ＭＴＦの最大値を示し、ＭＴＦ＿Ｈ／２は最大値の半分（１／２）を
示している。また、ＭＴＦがａ％においてＭＴＦ幅はＬであり、ＭＴＦがＭＴＦ＿Ｈ／２においてＭＴＦ幅はＬｃである。
【００４４】
条件式（１）を満足することで、ＭＴＦ特性の形状を一定、または略一定とすることができる。この場合、基準位置とその近傍位置で得られた画像それぞれについて、画像特性(画質、ボケ具合等)をほぼ同じようにすることができる。そのため、この画像に対して画像回復処理を行った場合、画像回復を効果的に行うことができる。
【００４５】
具体的には、例えば、ＭＴＦ特性を上昇させる回復処理を行った場合、画像の各画素において同じようにＭＴＦを回復させることができる。すなわち、画像を構成する各画素について十分に解像をあげることができる。その結果、十分に解像された画像の回復ができる。また、焦点深度の広い画像として復元することができる。なお、略一定なＭＴＦとは、画像回復処理が実行された時に、多くの画素で同じように像の回復が行なわれる（例えば、十分な解像が得られる程度となる）範囲（変動幅）をいう。
【００４６】
条件式（１）の上限値を上回ると、画像回復処理での効果が低減したものとなる。また、条件式（１）の下限値を下回ると、幅広のＭＴＦ特性とならないとともに、光学装置の分解能も低いものとなってしまう。いずれにしても、画像回復処理が実行されたとしても、解像の低さ変化が目立つ画像となってしまう。
【００４７】
なお、条件式（１）において、５＜ａ＜３０の範囲全てにおいて、０．００１＜Ｌ×ＮＡ＜０．５を満足するのが好ましい。しかしながら、５＜ａ＜３０の１つにおいて０．００１＜Ｌ×ＮＡ＜０．５を満足していれば良い。
【００４８】
本実施形態の光学装置の第２の構成は、第１の構成において、ＭＴＦは、以下の条件式（２）を満足することを特徴とする。
０．００１＜Ｌｃ×ＮＡ＜０．５、 ５＜ａ＜３０ …（２）
ただし、
Ｌｃ：ＭＴＦの半値幅
である。
【００４９】
この条件式（２）を満足することで、ＭＴＦ特性の形状を一定、または略一定とすることができる。これにより、この光学装置を使用して得られた画像に対して画像回復処理を実行する場合、この画像回復処理を効果的に行うことができる。すなわち、十分に解像された画像回復をすることができる。
【００５０】
なお、条件式（２）において、５＜ａ＜３０の範囲全てにおいて、０．００１＜Ｌｃ×ＮＡ＜０．５を満足するのが好ましい。しかしながら、５＜ａ＜３０の１つにおいて０．００１＜Ｌｃ×ＮＡ＜０．５を満足していれば良い。
【００５１】
本実施形態の撮像装置の第１の構成は、撮像素子と、撮像素子に被写体の像を結像する光学系と、撮像素子で得た画像に対して画像処理を実行する画像処理手段を有し、光学系は、以下の条件式（１）を満足するＭＴＦを有することを特徴とする。
０．００１＜Ｌ×ＮＡ＜０．５、 ５＜ａ＜３０ …（１）
ただし、
Ｌ：ＭＴＦがａ％におけるＭＴＦ幅、
ＮＡ：光学系の開口数、
である。
【００５２】
本実施形態の撮像装置の第２の構成は、第１の構成において、ＭＴＦは、以下の条件式
（２）を満足することを特徴とする。
０．００１＜Ｌｃ×ＮＡ＜０．５、 ５＜ａ＜３０ …（２）
ただし、
Ｌｃ：ＭＴＦの半値幅
である。
【００５３】
これら第１、第２の構成の撮像装置は、それぞれ前述した光学装置（光学系）の第１、第２の構成に、撮像素子と、撮像素子で得た画像に対して画像処理を実行する画像処理手段を付加したものである。条件式（１）と条件式（２）については、上記で説明したとおりである。これら第１、第２の撮像装置の構成に拠れば、ＭＴＦ特性の形状が一定、または略一定である光学系によって画像を得ることができ、この画像に対して画像回復処理を効果的に行うことができる。すなわち、十分に解像された画像回復をすることができる。
【００５４】
本実施形態の撮像装置の第３の構成は、第１または第２の構成において、ＭＴＦは、条件式（３）を満足する空間周波数を有することを特徴とする。
ν＝１／（２×Ｐ×Ａ）、１＜Ａ＜２０ …（３）
ただし、
ν：空間周波数、
Ｐ：撮像素子の画素ピッチ、
である。
【００５５】
以下に、この撮像装置の第３の構成を採用する理由と作用について説明する。この第３の構成は、略一定なＭＴＦが存在する空間周波数を規定したものである。第３の構成では、画素ピッチＰを有する撮像素子における最大空間周波数νmax＝１／（２×Ｐ）と係数
Ａを用いて、略一定なＭＴＦが存在する空間周波数を規定している。この第３の構成では、特に、空間周波数νの下限をνmax／２０に規定している。撮像素子の設置位置および
その前後の所定距離において略一定なＭＴＦが、この空間周波数νの範囲内で少なくとも１つ存在することを条件としている。このような条件を有する光学系を用いることで、画像回復処理を効果的に行うことが可能となる。すなわち、十分に解像された画像回復ができる。
【００５６】
本実施形態の撮像装置の第４の構成は、第１または第２の構成において、ＭＴＦは、条件式（４）を満足する空間周波数を有することを特徴とする。
ν＝１／（２×Ｐ×Ａ）、２＜Ａ＜８ …（４）
ただし、
ν：空間周波数、
Ｐ：撮像素子の画素ピッチ、
である。
【００５７】
以下に、この撮像装置の第４の構成を採用する理由と作用について説明する。この第４の構成は、第３の構成と同様、略一定なＭＴＦが存在する空間周波数を規定したものであって、第３の構成よりも空間周波数の範囲を狭め、更に良好な画像回復処理を行うことを可能としている。具体的には、最大空間周波数をνmaxとすると、空間周波数の上限をνmax／２、下限をνmax／８とするものである。この条件を満足することで、画像回復処理
を更に効果的に行うことが可能となる。すなわち、より解像された画像回復ができる。
【００５８】
本実施形態の撮像装置の第５の構成は、第１から第４の構成において、ＭＴＦが、条件式（５）を満足する空間周波数を有することを特徴とする。
０．００１＜ν／Ｎ＜３ …（５）
ただし、
ν：空間周波数、
Ｎ：撮像素子一辺の画素数、
である。
【００５９】
以下に、この撮像装置の第５の構成を採用する理由と作用について説明する。この第５の構成も、略一定なＭＴＦが存在する空間周波数を規定したものである。この第５の構成は、撮像装置で使用される撮像素子の一辺の画素数を用いて、空間周波数の上限と下限を規定したものである。ここで撮像素子一辺の画素数とは、矩形の撮像素子の場合、縦、横どちらか一辺の画素の並びにおいて多い方の画素数をいうものである。このように、条件式（５）は、撮像素子の設置位置およびその前後の所定距離において略一定なＭＴＦが、この空間周波数νの範囲内で少なくとも１つ存在することを条件としている。この条件を満足することで、画像回復処理を効果的に行うことが可能となる。すなわち、十分に解像された画像回復ができる。
【００６０】
また、この撮像装置の第１〜第５の構成に、以下に記載する何れかの構成を同時に満足することがより好ましい。
【００６１】
本実施形態の撮像装置の第６の構成は、第１から第５の何れかの撮像装置において、ＭＴＦは、開放Ｆナンバーにおいて、各条件式を満足することを特徴とする。
【００６２】
この第６の構成は、焦点深度の一番浅くなる開放Ｆナンバーにおいて、略一定なＭＴＦを有することを規定したものである。光学系が可変絞りを有する場合、このように開放Ｆナンバーにおいて、略一定なＭＴＦを有することを規定したものである。このようにすることで、可変絞りを変更した場合においても略一定なＭＴＦを得ることができる。その結果、どの絞り位置の撮影で得られた画像に対しても、効果的な画像回復処理を実現できる。すなわち、十分に解像された画像回復ができる。
【００６３】
本実施形態の撮像装置の第７の構成は、第１から第６の何れかの撮像装置において、ＭＴＦは、コントラストが０にならない範囲で他の空間周波数のＭＴＦと交差することを特徴とする。
【００６４】
この第７の構成は、目的とする空間周波数のＭＴＦにおいて、撮像素子の設置位置およびその前後の所定位置におけるＭＴＦが、略一定な箇所を有することを、他の空間周波数のＭＴＦとの関係において保証するものである。具体的には、目的とする空間周波数のＭＴＦとが他の空間周波数におけるＭＴＦを重ね合わせたとする。この場合、目的とする空間周波数のＭＴＦが略一定であれば、コントラスト０とならない範囲で他の空間周波数のＭＴＦと交差する。なお、コントラストが０とは、着目する空間周波数のＭＴＦにおいて、白黒が反転する位置であって、ちょうどＭＴＦが０となる位置に相当している。
【００６５】
本実施形態の撮像装置の第８の構成は、第７の撮像装置において、ＭＴＦは、他の空間周波数のＭＴＦと１０％以下の位置で交差することを特徴とする。
【００６６】
この第８の構成は、第７の構成において更に良好となる条件を規定したものである。この第８の構成によれば、目的とする空間周波数のＭＴＦにおいて、撮像素子の設置位置およびその前後の所定位置におけるＭＴＦが、略一定な箇所を有することを、他の空間周波数のＭＴＦとの関係においてさらに保証するものである。
【００６７】
本実施形態の撮像装置の第９の構成は、第１から第８の何れかの撮像装置において、光学系の球面収差特性が、ピーク値を有することを特徴とする。
【００６８】
この第９の構成は、光学系の球面収差特性に基づいて、撮像素子の設置位置およびその前後の所定位置におけるＭＴＦが略一定であることを規定したものである。球面収差特性がピーク値を有する場合、球面収差特性はプラス側、および、マイナス側の両方向に変動することとなる。このように球面収差特性を両方向に変動させることで、撮像素子の設置位置近傍に光線を分散させることができる。このような特性を持たせることで、略一定なＭＴＦを形成することが可能となる。
【００６９】
本実施形態の撮像装置の第１０の構成は、第９の撮像装置において、光学系の球面収差特性は、２つ以上のピーク値を有することを特徴とする。
【００７０】
この第１０の構成は、第９の構成において更に良好となる条件を規定したものである。このように球面収差特性が２つ以上のピーク値を有することで、球面収差特性は、プラス側、および、マイナス側の両方向へ少なくとも２回変動することとなる。このような特性を持たせることで、略一定なＭＴＦを形成することができる。
【００７１】
本実施形態の撮像装置の第１１の構成は、第１０の撮像装置において、球面収差特性のピーク値は、プラス側とマイナス側に位置することを特徴とする。
【００７２】
この第１１の構成は、第１０の構成において更に良好となる条件を規定したものである。このように、球面収差特性のピーク値をプラス側、マイナス側の両方に位置させることで、略一定なＭＴＦを形成することができる
本実施形態の撮像装置の第１２の構成は、第１から第１１の撮像装置において、光学系は、略一定なＭＴＦを実現するための波面制御素子を備えることを特徴とする。
【００７３】
光波面制御素子を設けることで、略一定なＭＴＦを持つ光学系を実現することができる。
【００７４】
本実施形態の撮像装置の第１３の構成は、第１２の撮像装置において、ＭＴＦを実現するための波面制御素子は、非球面を有することを特徴とする。
【００７５】
波面制御素子が非球面を有することで、略一定なＭＴＦを持つ光学系を実現することができる。この非球面を有する波面制御素子としては、非球面レンズや非球面板、または、何れかの領域を非球面とする多少点レンズなどを採用することができる。
【００７６】
本実施形態の撮像装置の第１４の構成は、第１２の撮像装置において、ＭＴＦを実現するための波面制御素子は、位相板であることを特徴とする。
【００７７】
位相板を波面制御素子として用いることで、略一定なＭＴＦを持つ光学系を実現することができる。
【００７８】
本実施形態の撮像装置の第１５の構成は、第１２の撮像装置において、ＭＴＦを実現するための波面制御素子は、１面に複数の曲率を有するレンズであることを特徴とする。
【００７９】
１面に複数の曲率を有するレンズを波面制御素子として用いることで、略一定なＭＴＦを持つ光学系を実現することができる。１つの曲率としては、球面形状のような所定の曲率半径を有するものの他、非球面形状のように所定の計算式で得られる曲率を含むものである。
【００８０】
本実施形態の撮像装置の第１６の構成は、第１２の撮像装置において、ＭＴＦを実現するための波面制御素子は、中心と周辺で異なる曲率を有するレンズであることを特徴とす
る。
【００８１】
中心と周辺で異なる曲率を有するレンズを波面制御素子として用いることで、略一定なＭＴＦを持つ光学系を実現することができる。
【００８２】
本実施形態の撮像装置の第１７の構成は、第１７または第１８の撮像装置において、ＭＴＦを実現するための波面制御素子は、１面に３つの曲率を有するレンズであることを特徴とする。
【００８３】
１面に３つの曲率を有するレンズを波面制御素子として用いることで、略一定なＭＴＦを持つ光学系を実現することができる。
【００８４】
本実施形態の撮像装置の第１８の構成は、第１２から第１７の何れか１つの撮像装置において、ＭＴＦを実現するための波面制御素子は、その材質に複屈折結晶が用いられることを特徴とする。
【００８５】
波面制御素子の材質に複屈折結晶を用いることで、略一定なＭＴＦを持つ光学系を実現することができる。
【００８６】
本実施形態の撮像装置の第１９の構成は、第１２から第１８の何れか１つの撮像装置において、ＭＴＦを実現するための波面制御素子は、着脱可能とすることを特徴とするものである。
【００８７】
このような構成に拠れば、この波面制御素子を光学系から抜く、あるいは、別の光学素子と交換することができる。略一定なＭＴＦを有する光学系と他の光学系を１つの装置にて実現し、必要なときに所望のＭＴＦ特性に変更することができる。
【００８８】
本実施形態の撮像装置の第２０の構成は、第１から第１９の何れか１つの撮像装置において、画像処理手段において実行される画像処理は、撮像素子で得た画像に対する画像回復処理を含むことを特徴とする。
【００８９】
この第２０の構成に拠れば、１つの撮像装置のみで撮像、並びに撮像により得た画像に対する画像回復処理を実行することが可能となる。
【００９０】
本実施形態の撮像装置の第２１の構成は、第２０の撮像装置において、画像回復処理は、光学系の結像特性を用いることを特徴とする。
【００９１】
この第２１の構成に拠れば、光学系の結像特性を利用して画像回復処理を行うことで、さらに効果的な画像回復処理を行うことができる。
【００９２】
本実施形態の撮像装置の第２２の構成は、第２１の撮像装置において、画像回復処理は、回復画像が下記微分方程式で表される処理を実行することを特徴とする。
ｆ（ｘ,ｙ）＝ｇ（ｘ,ｙ）＋ａ1（ｘ,ｙ）・ｇ'（ｘ,ｙ）＋ …
… ＋ａn（ｘ,ｙ）・ｇ(n)（ｘ,ｙ）
ただし、
ｆ：回復画像、ｇ：観測画像、ａ1、ａ2、…ａn：劣化パラメータ、
ｇ(n)：観測画像に対するｎ次微分、
である。
【００９３】
この第２２の構成に拠れば、光学系の結像特性として、画像の位置に応じて変化する劣
化パラメータ、いわゆる、スペースバリアントなパラメータにてフィルタリングすることで、さらに効果的な画像回復処理を行うことができる。
【００９４】
本実施形態の第１の撮像システムの構成は、第１から第２２の何れか１つの撮像装置と、撮像素子で得た画像に対して画像回復処理を実行する外部装置とを有することを特徴とする。
【００９５】
この第１の撮像システムの構成に拠れば、画像回復処理を外部装置にて行うことで、撮像装置内での処理負担を削減することが可能となる。その結果、撮像装置の低コスト化、高速処理を実現することができる。
【００９６】
本実施形態の第２の撮像システムの構成は、第１の撮像システムにおいて、画像回復処理は、前記光学系の結像特性を用いることを特徴とする。
【００９７】
この第２の撮像システムの構成に拠れば、光学系の結像特性を利用して画像回復処理を行うことで、さらに効果的な画像回復処理を行うことができる。
【００９８】
本実施形態の第３の撮像システムの構成は、第１または第２の撮像システムにおいて、画像回復処理は、回復画像が下記微分方程式で表される処理を実行することを特徴とする。
ｆ（ｘ,ｙ）＝ｇ（ｘ,ｙ）＋ａ1（ｘ,ｙ）・ｇ'（ｘ,ｙ）＋ …
… ＋ａn（ｘ,ｙ）・ｇ(n)（ｘ,ｙ）
ただし、
ｆ：回復画像、ｇ：観測画像、ａ1、ａ2、…ａn：劣化パラメータ
ｇ(n)：観測画像に対するｎ次微分。
【００９９】
この撮像システムの第３の構成に拠れば、光学系の結像特性として、画像の位置に応じて変化する劣化パラメータ、いわゆる、スペースバリアントなパラメータにてフィルタリングすることで、さらに効果的な画像回復処理を行うことができる。
【０１００】
本実施形態の第４の撮像システムの構成は、撮像装置と外部装置はそれぞれ通信手段を備え、前記撮像素子で得た画像を、通信手段を介して外部装置に送信することを特徴とする。
【０１０１】
この第４の撮像システムの構成に拠れば、撮像素子で得た画像を簡易に外部装置に提供することが可能となり、また、撮像装置における記録容量や処理量を削減することが可能となる。
【０１０２】
図２から図２１を用い、本実施形態の撮像装置で用いる光学系について説明を行う。
【０１０３】
図２は、比較例１、並びに、本実施形態の実施例１〜実施例４で使用する光学系の概略を展開して光軸に沿ってとった断面図である。比較例１、実施例１〜実施例４は、図中、第３レンズＬ３の詳細において異なっている。
【０１０４】
この比較例１は、実施例１〜実施例４を説明するために例示するものであり、第３レンズＬ３の両面を球面形状としている。これに対し、実施例１では第３レンズＬ３の６面を非球面形状とし、実施例２、実施例３では第３レンズＬ３の５面を２焦点レンズとし、実施例４では第３レンズＬ３の５面を３焦点レンズとしている点において異なったものとなっている。
【０１０５】
比較例１において、図２に示す光学系Ｏは、物体側から射出側に向かって順に、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、明るさ絞りＳにて構成されている。図中、ｒ８で示される撮像面には、ＣＣＤなどの撮像素子が設置される。
【０１０６】
第１レンズＬ１は、物体側に凸面を向けた正メニスカス形状の単レンズであり、第２レンズＬ２は、負屈折力を有する両凹形状の単レンズであり、第３レンズＬ３は、正屈折力を有する両凸形状の単レンズである。
【０１０７】
また、本比較例では、撮像面に設置される撮像素子には、縦または横方向の最大画素数を４０００、画素ピッチを１．７（μｍ）のものを想定して設計を行っている。なお、これは、実施例でも同じである。
【０１０８】
以下に上記比較例１の数値データを示す。数値データ中、ｒは各レンズ面（光学面）の曲率半径、ｄは各レンズ面（光学面）間の間隔、ｎｄは各レンズ（光学媒質）のｄ線の屈折率、Ｖｄは各レンズ（光学媒質）のアッベ数、Ｆは焦点距離である。なお、曲率半径に記載する記号"∞"は、無限大であることを示している。
【０１０９】
各種データには、光学系の焦点距離、Ｆナンバーが示されている。焦点距離の単位は、ミリメートル（ｍｍ）であって、Ｆナンバーは、本測定に用いた開放時のものが示されている。
【０１１０】
深度特性は、評価空間周波数８４（ｌｐ／ｍｍ）におけるＭＴＦ２０％、１０％時、それぞれのＭＴＦの幅を示したものであり、その単位は、ミリメートル（ｍｍ）である。
【０１１１】
数値比較例１
単位 ｍｍ
面データ
面番号 ｒ ｄ ｎｄ Ｖｄ Ｆ
1 3.0139 1.2800 1.72341 50.20 6.1743
2 7.6146 0.1923
3 -10.5848 0.2367 1.70448 30.10 -3.5085
4 3.2544 0.3997
5 10.7443 0.4438 1.81067 41.00 5.0931
6 -6.5817 0.2367
7（絞り） ∞ 7.7389
8（撮像面） ∞
各種データ
焦点距離 9.9902
Ｆナンバー 3.5
深度特性（評価空間周波数：84[lp/mm]）
深度
ＭＴＦ20％ 0.09
ＭＴＦ10％ 0.11 。
【０１１２】
図３は、この比較例１における評価空間周波数８４（ｌｐ／ｍｍ）でのＭＴＦ特性を示した図である。図３には、軸上でのデフォーカス量（単位：ミリメートル（ｍｍ））に対するＭＴＦ（単位：％）が示されている。この比較例１のＭＴＦ特性は、基準位置に対して−０．０５（ｍｍ）付近に約７０％の尖鋭なピークを持つ形状となっている。図４は、
この比較例１における球面収差特性を示した図であり、ここでは、波長５４６．０７（ｎｍ）での球面収差特性が示されている。
【０１１３】
次に、実施例１について数値実施例、並びに各種特性を以下に説明する。この実施例１は、図２における第３レンズＬ３の６面を非球面形状とすることで、撮像素子の設置位置およびその前後の所定距離において略一定なＭＴＦを実現している。各数値の意味、各種設計条件は、比較例１において説明したものと同様である。面データ中、面番号の右側に付されたアスタリスク"＊"は、そのレンズ面が非球面形状であることを示している。
【０１１４】
深度特性に記載する対比較例は、比較例１に対するＭＴＦ２０％、１０％時、それぞれのＭＴＦの幅の比を示したものである。また、換算Ｆナンバーは、本実施例１のＭＴＦの幅を比較例１において実現する場合に必要とされるＦナンバーを示したものである。
【０１１５】
また、非球面形状は、ｘを光の進行方向を正とした光軸とし、ｙを光軸と直交する方向にとると下記の式にて表される。
【０１１６】
ｘ＝（ｙ2／ｒ）／［１＋｛１−（Ｋ＋１）（ｙ／ｒ）2｝1/2］
＋Ａ２ｙ2＋Ａ４ｙ4＋Ａ６ｙ6＋Ａ８ｙ8＋Ａ１０ｙ10＋ …
ただし、ｒは近軸曲率半径、Ｋは円錐係数、Ａ２〜Ａ１０はそれぞれ２次〜１０次の非球面係数である。なお、記号"Ｅ"は、それに続く数値が１０を底にもつ、べき指数であることを示している。例えば「１．０Ｅ−５」は「１．０×１０-5」を意味している。
【０１１７】
数値実施例１
単位 ｍｍ
面データ
面番号 ｒ ｄ ｎｄ Ｖｄ Ｆ
1 3.0139 1.2800 1.72341 50.20 6.1743
2 7.6146 0.1923
3 -10.5848 0.2367 1.70448 30.10 -3.5085
4 3.2544 0.3997
5 10.7443 0.4438 1.81067 41.00 5.0931
6* -6.5817 0.2367
7（絞り） ∞ 7.7389
8（撮像面） ∞
非球面データ
第６面
K=0
A2=-2.01E-12
A4=5.98E-03
A6=-2.08E-02
A8=2.19E-02
A10=-7.06E-03
各種データ
焦点距離 9.9902
Ｆナンバー 3.5
深度特性（評価空間周波数：84[lp/mm]）
深度 対比較例[％] 換算Ｆナンバー
ＭＴＦ20％ 0.09 182 6.4
ＭＴＦ10％ 0.11 223 7.8 。
【０１１８】
図５は、この実施例１におけるＭＴＦ特性を示した図であり、図５（ａ）は、軸上でのＭＴＦ特性を示したものである。また、図５（ｂ）は、軸外でのＭＴＦ特性を示したものである。ここでは、０．２５ｄと、０．３５ｄ（ただし、０．５ｄ：撮像面最大高）、２つの軸外におけるＭＴＦ特性が示されている。なお、図５（ａ）、（ｂ）ともに評価空間周波数は、８４（ｌｐ／ｍｍ）としている。
【０１１９】
図５（ｃ）は、評価空間周波数が異なる場合のＭＴＦ特性を示したものである。ここでは、図５（ａ）と同じ８４（ｌｐ／ｍｍ）のＭＴＦ特性と、５０（ｌｐ／ｍｍ）のＭＴＦ特性の、２つのＭＴＦ特性が示されている。
【０１２０】
このように図５（ａ）に示される軸上でのＭＴＦ特性は、図３の比較例１のＭＴＦ特性と比較してみると分かるように、デフォーカス量を０とする位置、すなわち、撮像素子が設置される位置、そしてその前後の所定距離範囲内において、低い値ではあるものの略一定なＭＴＦを実現するものである。
【０１２１】
このような特性（曲線）を有するＭＴＦでは、得られた画像に対し各種画像回復処理を施すことで、所定の範囲でデフォーカス量した画像において、一様にＭＴＦを上昇させることができる。これにより、十分な解像を持つ画像を復元することができる。また、焦点深度の深い画像を実現することが可能となる。なお、デフォーカス量を０とする位置、すなわち、撮像素子の設置位置は、各種ＭＴＦ特性の形状を考慮して適宜な位置とすることが可能である。
【０１２２】
図５（ｂ）からは、軸上と同様、軸外においても略一定なＭＴＦ特性を有することがみてとれる。そして、図５（ｃ）からは、８４（ｌｐ／ｍｍ）のＭＴＦ特性においてコントラストが０とならない範囲で８４（ｌｐ／ｍｍ）のＭＴＦ特性と５０（ｌｐ／ｍｍ）のＭＴＦ特性が交差している。このような状態であれば、８４（ｌｐ／ｍｍ）のＭＴＦ特性が略一定であることが保証されているといえる。なお、コントラストが０とは、着目する評価空間周波数のＭＴＦにおいて、白黒が反転する位置であって、ＭＴＦが０になる位置に相当している。
【０１２３】
図６は、この実施例１における球面収差特性を示した図であり、ここでは、波長５４６．０７（ｎｍ）での球面収差特性が示されている。この球面収差特性は、図４の球面収差特性と比較して、収差を表す曲線がプラス側、マイナス側に変動している。図６では、収差曲線は、矢印で示すように、３つのピークを有する。このピークの前後では、収差の発生方向がプラス側からマイナス側、あるいはその逆になっている。
【０１２４】
このように、球面収差特性をプラス側、マイナス側の両方向に変動させることで、デフォーカス量０の位置付近において、略一定なＭＴＦを実現することが可能となる。この実施例１のように、球面収差特性において、プラス側、マイナス側の両方に複数のピークを形成することが好ましい。なお、球面収差特性において、２つ以上のピークを持たせることだけでもで、ＭＴＦを略一定とすることに貢献することができる。
【０１２５】
次に、実施例２について数値実施例、並びに各種特性を説明する。この実施例２は、図２における第３レンズＬ３の５面を２焦点レンズとすることで、撮像素子の設置位置およびその前後の所定距離において略一定なＭＴＦを実現している。各種数値の意味、各種設計条件は、比較例１、実施例１において説明したものと同様である。
【０１２６】
図７は、第３レンズＬ３の５面に採用される２焦点レンズの正面図、並びに、光軸に沿ってとった断面図である。この図は複数焦点レンズを説明するため模式的に示した図であって、その形状は実際の数値による形状とは異なっている。
【０１２７】
図７に示されるように、この２焦点レンズは、その中央に領域Ａが設けられ、領域Ａを取り巻くように領域Ｂが設けられている。本実施例では領域Ａ、領域Ｂは、共に球面形状を有するとともに、領域Ａと領域Ｂ間は段差を有すること無く連続的に変化する形状となっている。下記数値実施例に、領域毎の半径、曲率、各レンズ面（光学面）間の間隔ｄ４、ｄ５を示しておく。ここで、領域Ｂの面間隔ｄ４、ｄ５は、図７に示すように、領域Ｂのレンズ面が形成する仮想面が光軸と交差する位置での面間隔（図中ｄ４'、ｄ５'）をいうものである。
【０１２８】
数値実施例２
単位 ｍｍ
面データ
面番号 ｒ ｄ ｎｄ Ｖｄ Ｆ
1 3.0139 1.2800 1.72341 50.20 6.1743
2 7.6146 0.1923
3 -10.5848 0.2367 1.70448 30.10 -3.5085
4 3.2544 0.3997
5（２焦点） 10.7443 0.4438 1.81067 41.00 8.1189
6 -6.5817 0.2367
7（絞り） ∞ 7.7389
8（撮像面） ∞
２焦点レンズデータ（面番号５）
半径 曲率 ｄ４ ｄ５
領域Ａ 0.715 10.7443 0.3997 0.4438
領域Ｂ 1.2 11.0443 0.4003 0.4432
各種データ
焦点距離 9.9902
Ｆナンバー 3.5
深度特性（評価空間周波数：84[lp/mm]）
深度 対比較例[％] 換算Ｆナンバー
ＭＴＦ20％ 0.16 177 6.2
ＭＴＦ10％ 0.19 175 6.1 。
【０１２９】
図８は、この実施例２における軸上でのＭＴＦ特性を示した図である。評価空間周波数は、比較例１と同様、８４（ｌｐ／ｍｍ）としている。このように図８に示される軸上でのＭＴＦ特性においても、デフォーカス量を０とする位置、すなわち、撮像素子が設置される位置、そしてその前後の所定距離範囲内において略一定なＭＴＦを実現することがみてとれる。
【０１３０】
図９は、この実施例２における球面収差特性を示した図であって、比較例１と同様、波長５４６．０７（ｎｍ）での球面収差特性が示されている。この球面収差特性は、プラス側、マイナス側にいくつかのピークを有するものとなっている。よって、実施例２においても、デフォーカス量０となる前後の位置においてＭＴＦが略一定となっている。
【０１３１】
次に、実施例３について数値実施例、並びに各種特性を説明する。この実施例３は、実施例２と同様、図２における第３レンズＬ３の５面を２焦点レンズとすることで、撮像素子の設置位置およびその前後の所定距離において略一定なＭＴＦを実現している。ただし、実施例２とは２焦点レンズの詳細において異なったものとなっている。各種数値の意味、各種設計条件は、比較例１、実施例１、２において説明したものと同様である。
【０１３２】
図１０は、第３レンズＬ３の５面に採用される２焦点レンズの正面図、並びに、光軸に沿ってとった断面図である。この図は複数焦点レンズを説明するため模式的に示した図であって、その形状は実際の数値による形状とは異なっている。
【０１３３】
図１０に示されるように、この２焦点レンズは、その中央に領域Ａが設けられ、領域Ａを取り巻くように領域Ｂが設けられている。本実施例３は、実施例２と比較して領域Ａの半径が大きい点において異なっている。下記数値実施例には、各領域毎の半径、曲率、各レンズ面（光学面）間の間隔ｄ４、ｄ５を示しておく。
【０１３４】
数値実施例３
単位 ｍｍ
面データ
面番号 ｒ ｄ ｎｄ Ｖｄ Ｆ
1 3.0139 1.2800 1.72341 50.20 6.1743
2 7.6146 0.1923
3 -10.5848 0.2367 1.70448 30.10 -3.5085
4 3.2544 0.3997
5（２焦点） 10.7443 0.4438 1.81067 41.00 8.1189
6 -6.5817 0.2367
7（絞り） ∞ 7.7389
8（撮像面） ∞
２焦点レンズデータ（面番号５）
半径 曲率 ｄ４ ｄ５
領域Ａ 0.78 10.7443 0.3997 0.4438
領域Ｂ 1.2 11.0443 0.4005 0.4430
各種データ
焦点距離 9.9902
Ｆナンバー 3.5
深度特性（評価空間周波数：84[lp/mm]）
深度 対比較例[％] 換算Ｆナンバー
ＭＴＦ20％ 0.14 157 5.5
ＭＴＦ10％ 0.20 176 6.2 。
【０１３５】
図１１（ａ）は、比較例１と同様、評価空間周波数が８４（ｌｐ／ｍｍ）における軸上でのＭＴＦ特性を示したものである。
【０１３６】
このように図１１（ａ）に示される軸上でのＭＴＦ特性においても、デフォーカス量を０とする位置、すなわち、撮像素子が設置される位置、そしてその前後の所定距離範囲内において、略一定なＭＴＦを実現することがみてとれる。
【０１３７】
図１２は、この実施例３における球面収差特性を示した図であって、比較例１と同様、波長５４６．０７（ｎｍ）での球面収差特性が示されている。この球面収差特性は、プラス側、マイナス側にいくつかのピークを有するものとなっている。よって、実施例３においても、デフォーカス量０となる前後の位置においてＭＴＦは略一定となっている。
【０１３８】
次に、実施例４についての数値実施例、並びに各種特性を説明する。この実施例４は、図２における第３レンズＬ３の５面を３焦点レンズとすることで、撮像素子の設置位置およびその前後の所定距離において略一定なＭＴＦを実現している。各種数値の意味、各種設計条件は、比較例１、実施例１〜実施例３において説明したものと同様である。
【０１３９】
図１３は、第３レンズＬ３の５面に採用される３焦点レンズの正面図、並びに、光軸に沿ってとった断面図を示す。この図は複数焦点レンズを説明するため、模式的に示した図であって、その形状は実際の数値による形状とは異なったものとなっている。
【０１４０】
図１３に示されるように、この３焦点レンズは、その中央に領域Ａが設けられ、領域Ａを取り巻くように領域Ｂ、さらに領域Ｂを取り巻くように領域Ｃが設けられている。本実施例４では領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃは、それぞれが球面形状を有するとともに、各領域間は段差を有すること無く連続的に変化する形状となっている。下記数値実施例に、各領域毎の半径、曲率、各レンズ面（光学面）間の間隔ｄ４、ｄ５を示しておく。ここで、領域Ｂの面間隔ｄ４、ｄ５は、図１３に示すように、領域Ｂのレンズ面が形成する仮想面が光軸と交差する位置での面間隔（図中ｄ４'、ｄ５'）であり、また、領域Ｃの面間隔ｄ４、ｄ５は、領域Ｃのレンズ面が形成する仮想面が光軸と交差する位置での面間隔（図中ｄ４''、ｄ５''）である。
【０１４１】
数値実施例４
単位 ｍｍ
面データ
面番号 ｒ ｄ ｎｄ Ｖｄ Ｆ
1 3.0139 1.2800 1.72341 50.20 6.1743
2 7.6146 0.1923
3 -10.5848 0.2367 1.70448 30.10 -3.5085
4 3.2544 0.3997
5（３焦点） 10.7443 0.4438 1.81067 41.00 8.1189
6 -6.5817 0.2367
7（絞り） ∞ 7.7389
8（撮像面） ∞
３焦点レンズデータ（面番号５）
半径 曲率 ｄ４ ｄ５
領域Ａ 0.715 10.7443 0.3997 0.4438
領域Ｂ 1.105 11.0443 0.4003 0.4432
領域Ｃ 1.2 11.2943 0.4025 0.4410
各種データ
焦点距離 9.9902
Ｆナンバー 3.5
深度特性（評価空間周波数：84[lp/mm]）
深度 対比較例[％] 換算Ｆナンバー
ＭＴＦ20％ 0.17 184 6.5
ＭＴＦ10％ 0.22 195 6.8 。
【０１４２】
この３焦点レンズを用いた実施例４についてもそのＭＴＦ特性、並びに球面収差特性を示しておく。
【０１４３】
図１４は、この実施例４における軸上でのＭＴＦ特性を示した図であり、図１４（ａ）は、比較例１と同様、評価空間周波数が８４（ｌｐ／ｍｍ）における軸上でのＭＴＦ特性を示したものである。また、図１４（ｃ）は、評価空間周波数が異なる場合のＭＴＦ特性を示したものである。ここでは、図１４（ａ）と同じ８４（ｌｐ／ｍｍ）と、１００（ｌｐ／ｍｍ）、２つのＭＴＦ特性を併せて示している。
【０１４４】
このように図１４（ａ）に示される軸上でのＭＴＦ特性においても、デフォーカス量を０とする位置、すなわち、撮像素子が設置される位置、そしてその前後の所定距離範囲内において、略一定なＭＴＦが実現されている。また、図１４（ｃ）では、８４（ｌｐ／ｍｍ）のＭＴＦ特性においてコントラストが０とならない範囲で８４（ｌｐ／ｍｍ）のＭＴＦ特性とし、１００（ｌｐ／ｍｍ）のＭＴＦ特性が交差している。このような状態であれば、８４（ｌｐ／ｍｍ）のＭＴＦ特性が略一定であることが保証されているといえる。また、この実施例４では、１０％以下の位置で交差したものとなっており、８４（ｌｐ／ｍｍ）のＭＴＦ特性が略一定であることを更に裏付けている。
【０１４５】
図１５は、この実施例４における球面収差特性を示した図であって、比較例１と同様、波長５４６．０７（ｎｍ）での球面収差特性が示されている。この球面収差特性は、プラス側、マイナス側にいくつかのピークを有するものとなっている。よって、おり、実施例４においても、デフォーカス量０となる前後の位置においてＭＴＦは略一定となっている。
【０１４６】
次に、別の光学系を用いた実施例５について、その比較例２とともに説明を行う。図１６は、この比較例２で使用する光学系を展開して光軸に沿ってとった断面図である。
【０１４７】
この比較例２の光学系Ｏは、物体側から射出側に向かって配列された第１レンズＬ１、明るさ絞りＳ、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３にて構成されている。図中、ｒ９で示される撮像面には、ＣＣＤなどの撮像素子が設置される。
【０１４８】
第１レンズＬ１は、物体側に凸面を向けた正メニスカス形状の単レンズであり、第２レンズＬ２は、物体側に凹面を向けた正メニスカス形状の単レンズであり、第３レンズＬ３は、正屈折力を有する両凸形状の単レンズである。また、実施例５との比較のため、明るさ絞りＳの前段に仮想面ｒ３を設けて設計を行うこととしている。
【０１４９】
また、本実施例では、撮像面に設置される撮像素子には、縦または横方向の最大画素数を３５３、画素ピッチを３．０（μｍ）のものを想定して設計を行っている。
【０１５０】
以下に上記比較例２の数値実施例を示す。各種数値の意味は、比較例１、実施例１〜４において説明したものと同様である。また、深度特性における評価空間周波数は１１１（ｌｐ／ｍｍ）としている。
【０１５１】
数値比較例２
単位 ｍｍ
面データ
面番号 ｒ ｄ ｎｄ Ｖｄ Ｆ
1* 1.0577 0.4200 1.59008 29.90 3.5608
2 1.8160 0.3820
3 ∞ 0.0500
4(絞り) ∞ 0.2020
5 -0.3626 0.4200 1.49380 57.40 4.1989
6* -0.4268 0.0380
7 1.1353 0.3530 1.69979 55.50 1.2981
8 -3.9640 0.6686
9（撮像面） ∞
非球面データ
第１面
K=0
A2=0.00E+00
A4=1.58E-01
A6=0.00E+00
A8=0.00E+00
A10=0.00E+00
第６面
K=0
A2=0.00E+00
A4=1.08E+00
A6=-5.63E+00
A8=7.40E+01
A10=0.00E+00
各種データ
焦点距離 0.9971
Ｆナンバー 2.8
深度特性（評価空間周波数：111[lp/mm]）
深度
ＭＴＦ20％ 0.06
ＭＴＦ10％ 0.07 。
【０１５２】
図１７は、この比較例２における評価空間周波数１１１（ｌｐ／ｍｍ）でのＭＴＦ特性を示した図であり、軸上でのデフォーカス量（単位：ミリメートル（ｍｍ））に対するＭＴＦ（単位：％）が示されている。この比較例１のＭＴＦ特性は、０（ｍｍ）付近に約６５％の尖鋭なピーク値を持つ形状となっている。
【０１５３】
図１８は、この比較例２における球面収差特性を示した図であり、ここでは、波長５４６．０７（ｎｍ）での球面収差特性が示されている。この図からは変動の少ない球面収差特性がみてとれる。
【０１５４】
次に、実施例５について数値実施例、並びに各種特性を以下に説明する。図１９に実施例５の光学系を展開して光軸に沿ってとった断面図を示す。この実施例５は、図１６における仮想面ｒ３と明るさ絞りＳ間に非球面板Ｃを挿入することで、撮像素子の設置位置およびその前後の所定距離において略一定なＭＴＦを実現するものである。各数値の意味、各種設定条件は、比較例２のものと同様である。
【０１５５】
数値実施例５
単位 ｍｍ
面データ
面番号 ｒ ｄ ｎｄ Ｖｄ Ｆ
1* 1.0577 0.4200 1.59008 29.90 3.5608
2 1.8160 0.3820
3* ∞ 0.0500 2.11986 36.80 11.0766
4(絞り) ∞ 0.2020
5 -0.3626 0.4200 1.49380 57.40 4.1989
6* -0.4268 0.0380
7 1.1353 0.3530 1.69979 55.50 1.2981
8 -3.9640 0.6222
9（撮像面） ∞
非球面データ
第１面
K=0
A2=0.00E+00
A4=1.58E-01
A6=0.00E+00
A8=0.00E+00
A10=0.00E+00
第３面
K=0
A2=4.01E-02
A4=-3.95E+00
A6=6.19E+02
A8=-7.92E-01
A10=-1.04E+06
第６面
K=0
A2=0.00E+00
A4=1.08E+00
A6=-5.63E+00
A8=7.40E+01
A10=0.00E+00
各種データ
焦点距離 0.9973
Ｆナンバー 2.8
深度特性（評価空間周波数：111[lp/mm]）
深度 対比較例[％] 換算Ｆナンバー
ＭＴＦ20％ 0.09 159 4.4
ＭＴＦ10％ 0.11 158 4.4 。
【０１５６】
図２０は、この実施例５におけるＭＴＦ特性を示した図であり、図２０（ａ）は、軸上でのＭＴＦ特性を示したものである。また、図２０（ｂ）は、軸外でのＭＴＦ特性を示したものである。ここでは、０．２５ｄと、０．３５ｄ（ただし、０．５ｄ：撮像面最大高）、２つの軸外におけるＭＴＦ特性が示されている。なお、図２０（ａ）、（ｂ）ともに評価空間周波数は、１１１（ｌｐ／ｍｍ）としている。
【０１５７】
このように図２０（ａ）に示される軸上でのＭＴＦ特性は、図１７の比較例２のＭＴＦ特性と比較してみると分かるように、デフォーカス量を０とする位置、すなわち、撮像素子が設置される位置、そしてその前後の所定距離範囲内において、低い値ではあるものの略一定なＭＴＦを実現するものである。
【０１５８】
また、図２０（ｂ）からは、軸上と同様、軸外においても略一定なＭＴＦ特性を有することがみてとれる。
【０１５９】
図２１は、この実施例５における球面収差特性を示した図であり、ここでは、波長５４６．０７（ｎｍ）での球面収差特性が示されている。この球面収差特性は、図１８の球面収差特性と比較して、大幅に変動する特性となっており、マイナス側に２つのピーク値をとって変動することがみてとれる。
【０１６０】
このように、球面収差特性を変動させることで、デフォーカス量０の位置付近において、略一定なＭＴＦを実現することが可能となる。
【０１６１】
以上、図２〜図１５を用いて実施例１〜実施例４、並びにその比較例１を、図１６〜図２１を用いて実施例５、並びにその比較例２について説明を行ったが、このような実施例１から実施例５の光学系によれば、デフォーカス量が０となる位置、すなわち、撮像素子の設置位置およびその前後の所定距離において略一定なＭＴＦを実現している。このような光学系を介して画像を得た場合、得られた画像に対して画像回復処理を施すことで、十分な解像を持った画像を得る事ができる。また、焦点深度の広い画像を実現することが可能となる。
【０１６２】
なお、略一定なＭＴＦを実現するため、比較例１に対し、実施例１では非球面形状を、実施例２、実施例３では２焦点レンズを、実施例４では３焦点レンズを設けた点が、また、比較例２に対し実施例５では非球面板を設けた点が異なっている。なお、略一定なＭＴＦを実現するための波面制御素子としては、このようなレンズの非球面形状、複数焦点レンズ、非球面板だけでなく、位相板を用いても良い。更に、複数の波面制御素子にて略一定なＭＴＦを実現することとしても構わない。実施例２〜実施例４では複数焦点レンズの各々の領域を球面形状としたが、何れかの領域を非球面形状としてもよい。また、波面制御素子の材質に複屈折結晶を採用することで略一定なＭＴＦを実現してもよい。
【０１６３】
また、これら略一定なＭＴＦを実現するための波面制御素子を着脱可能としても良い。このようにすることで、尖鋭なＭＴＦ特性を有する通常の光学系（比較例１、比較例２）として用いることができるようにしてもよい。例えば、実施例１〜実施例４では、第３レンズＬ３を交換することで比較例１の光学系に変更することができ、実施例５では、非球面板Ｃを取り除くことで比較例２の光学系に変更することが可能となる。
【０１６４】
上記実施例１〜実施例５について、各条件式（１）〜条件式（５）の値を下記に示しておく。なお、これらは、ａ＝２０における値である。また、実施例１、実施例５については０．２５ｄと、０．３５ｄ（ただし、０．５ｄ：撮像面最大高）、２つの軸外における軸外データを示しておく。
【０１６５】
実施例１ 実施例２ 実施例３ 実施例４ 実施例５
条件式（１） 0.023 0.023 0.020 0.024 0.017
条件式（２） 0.027 0.027 0.024 0.025 0.003
条件式（３） 84 84 84 84 111
条件式（４） 84 84 84 84 111
条件式（５） 0.021 0.021 0.021 0.021 0.314
。
【０１６６】
軸外データ
-------- 実施例１ -------- -------- 実施例５ --------
(0.25d) (0.35d) (0.25d) (0.35d)
条件式（１） 0.006 0.006 0.015 0.015
条件式（２） 0.035 0.033 0.004 0.004
条件式（３） 84 84 111 111
条件式（４） 84 84 111 111
条件式（５） 0.021 0.021 0.314 0.314
。
【０１６７】
では、次に図２２〜図２４を用い、本実施形態で用いる撮像装置および撮像システムについて説明を行う。図２２は、本実施形態の撮像装置の構成を示した概略図である。この撮像装置１０は、光学系１１と、撮像素子１２と、画像処理手段１４と、制御手段１３により構成されている。なお、本実施形態では、画像処理手段１４により画像回復処理３０を実行することとしているが、この画像回復処理３０は撮像装置１０の外部で行うこととしてもよい。
【０１６８】
この撮像装置１０において、光学系１１は、これまで説明してきた撮像素子１２の設置位置およびその前後の所定距離において略一定なＭＴＦを有するものである。被写体から発せられた光は、この光学系１１により集光され、この集光位置に被写体の像が結像される。そして、この集光位置には、ＣＣＤ等の撮像素子１２が配置されている。撮像素子１２は、規則正しく配列された光電変換素子（画素）の集まりにて形成されている。
【０１６９】
撮像素子１２に入射した光束は、この撮像素子１２の光電変換素子により電気信号（画像信号）に変換される。この電気信号は画像処理手段１４に入力され、画像処理手段１４にて現像処理、ガンマー補正、画像圧縮処理、画像回復処理３０等、各種信号処理が施される。信号処理が施された電気信号は、図示しない撮像装置１０内の内蔵メモリーや各種インターフェイスを介し、外部メモリーあるいは外部装置に出力される。
【０１７０】
制御手段１３は、光学系１１、撮像素子１２、画像処理手段１４を統括して制御する手段である。この制御手段１３は、ＣＰＵ、ＲＯＭやＲＡＭなどの記憶手段、記憶手段に記憶された各種プログラムによって構成されている。この制御手段１３は、画像処理手段１４と兼用することとしてもよい。
【０１７１】
画像回復処理３０では、光学系１１の結像特性に基づいた処理を行う。この場合、制御手段１３は、光学系１１の結像特性に関する情報を取得して画像回復処理３０に引き渡す。このような構成に拠れば、交換可能な光学系１１を有する撮像装置１０においても光学系１１に応じた画像回復処理３０を実行することができる。光学系１１の結像特性としては、絞り値、焦点距離など結像特性を実際に示す情報に限らず、製品番号など光学系１１の識別情報を用い、制御手段１３にて識別情報に対応する実際の結像特性に変換することとしてもよい。
【０１７２】
では、次に本実施形態の撮像装置における画像回復処理について説明する。なお、以下の説明では、画像回復処理の対象となる画像（撮像素子で得た画像）を、観測画像と称する。画像回復処理では各種の処理（変換）を利用することができるが、利用可能な画像回復処理を大別すると以下の３つに分類することができる。
（１）光学系１１の結像特性を利用するとともに、観測画像の位置に応じた処理が行われ
る画像回復処理。
（２）光学系１１の結像特性を利用するとともに、観測画像全体に対し一定の処理が行われる画像回復処理。
（３）光学系１１の結像特性を利用することなく、観測画像全体に対し一定の処理が行われる画像回復処理。
【０１７３】
（１）の画像回復処理は、観測画像の各画素について異なる処理、いわゆるスペースバリアントな処理が施される画像処理である。この画像処理は、本実施形態の光学系１１で撮像した画像に対し、きわめて効果的な画像回復ができる。すなわち、撮像素子１２が設置される位置、および、その近傍におけるＭＴＦを略均等に上昇させ、撮像素子１２が設置される位置、および、その近傍において高いＭＴＦを復元することができる。この画像回復処理の詳細については後述する。なお、画素ごとに処理を異ならせるのではなく、画素群ごとに処理を異ならせても良い。
【０１７４】
（２）、（３）の画像回復処理は、観測画像の各画素について同じ処理、いわゆるスペースインバリアントな処理が施される画像処理である。（２）のような画像回復処理としては、観測画像に対し、光学系１１の結像特性に対応した劣化関数の逆関数にてフィルタリングすることで、効果的な画像回復を行うことができる。
【０１７５】
また（３）の画像回復処理としては、所定の帯域を持ち上げる帯域強調や、観測画像から抽出したエッジ情報を加算するエッジ強調などがあり、これらの画像回復処理に拠れば、光学系１１の結像特性を用いることなく簡易に画像回復を行うことが可能となる。これら（２）、（３）の画像回復処理は、空間上で行う処理であっても、フーリエ変換などを用いて周波数軸上で行われる処理であってもよい。
【０１７６】
では、（１）の画像回復処理について詳細な説明を以下に行う。
【０１７７】
奥行きが連続的に変化する被写体を撮影すると、手前側から奥側にかけてボケ方が異なる観測画像が得られる。被写体の中心部にピントが合っているとすると、撮影で得られた被写体の観測画像のボケ量は、大→小→大と連続性を持って変化することとなる。このような場合を、観測画像の各画素のボケ方が観測画像の座標位置に応じて変動する状態、いわゆるスペースバリアントな状態と定義することができる。
【０１７８】
まず、回復画像をｆ（ｘ、ｙ）、観測画像をｇ（ｘ、ｙ）、劣化関数をｈ（ｘ、ｙ、α、β）と定義すると、ｆ（ｘ、ｙ）、ｇ（ｘ、ｙ）のｘ、ｙ周りでのｍ、ｎ次微分、ｈ（ｘ、ｙ、α、β）のｉ，ｋ次モーメントは、それぞれ（数１）内に示す式で定義することができる。ただし、劣化関数ｈ（ｘ、ｙ、α、β）は、観測画像ｇ（ｘ、ｙ）の画素位置、及び、光学系の結像特性を示すＰＳＦ（α、β）によって変化するボケ量を示す関数である。
【０１７９】
【数１】
次に観測画像ｇ、回復画像ｆ、劣化関数ｈの関係をモデル化すると（数２）のようにｇ
は、ｈとｆの畳み込み積分で表すことができる。
【０１８０】
【数２】
この（数２）において、右辺のｈ、ｆをそれぞれテーラー展開（ｈ：Ｎ次打ち切り、ｆ：Ｍ次打ち切り）にて展開すると、
【０１８１】
【数３】
（数３）を（数２）に代入し、ｈ、ｆの積より導かれる各項毎の積分で表すと、各積分の項は、数１にて定義したｈのモーメントに置き換えることが可能となり、（数４）を導くことができる。
【０１８２】
【数４】
この（数４）の両辺をｘ、ｙに関して微分し、ｆ、ｈの微分係数＞Ｎ、Ｍの場合には、各微分係数を０とし、これをｇ(p,q)＝ｆ(p,q)となるまでｘ、ｙについてｐ、ｑ回繰り返し、逆算して（数４）のｆの微分値に代入していく。このような手順により（数４）に残るｆの関数は０次の微分の項のみとなり、回復画像ｆは、下記に示すように観測画像ｇと劣化関数ｈの積和演算により表すことができる。
【０１８３】
ｆ（ｘ,ｙ）＝ｇ（ｘ,ｙ）＋ａ1（ｘ,ｙ）・ｇ'（ｘ,ｙ）＋ … ＋ａn（ｘ,ｙ）・ｇ(n)（ｘ,ｙ）
ただし、
ｆ：回復画像、ｇ：観測画像、ａ1、ａ2、…ａn：劣化パラメータ
ｇ(n)：観測画像に対するｎ次微分。
【０１８４】
ここで劣化パラメータは、劣化関数ｈによって定まるパラメータであり、観測画像ｇ（ｘ、ｙ）の画素位置、及び、光学系の結像特性によって変化するパラメータである。
【０１８５】
本実施形態では、光学系１１の結像特性を利用するとともに、観測画像の位置に応じた変換が行われる（１）の画像回復処理を、観測画像に施している。すなわち、被写体を、撮像素子の設置位置およびその前後の所定距離において略一定なＭＴＦを有する光学系で撮像した場合、撮像で得られた観測画像に（１）の画像処理を施すことで、（２）、（３）の画像回復処理と比べて、更に効果的に画像解像を回復する（十分に解像された画像にする）ことができる。
【０１８６】
では、この画像回復処理３０の処理の一例について図２３を参照しつつ説明を行う。図２３は、画像回復処理３０のブロック図を示したものであり、本実施形態では、入力信号微分手段３１、劣化パラメータ読み出し手段３２、劣化パラメータルックアップテーブル３３、乗加算手段３４より構成されている。
【０１８７】
入力信号微分手段３１は、観測画像ｇを微分する手段であり、ここでは１次微分を実行するソーベルフィルタ、２次微分を実行するラプラシアンフィルタ、２つのフィルタを用いている。
【０１８８】
劣化パラメータルックアップテーブル３３には、観測画像ｇの画素位置（ｘ、ｙ）、及び、光学系１１の光学特性に応じた劣化パラメータａ1、ａ2、…ａnが予め記憶されてい
る。このように、本実施形態では、光学系１１の設計値に基づくルックアップテーブルを予め用意しておくことで、演算時間を短縮することができる。なお、ソーベルフィルタとラプラシアンフィルタを用いた場合は、劣化パラメータルックアップテーブル３３から読み出す係数はａ1、ａ2までになるので、ａ3〜ａnは使わなくても良い。
【０１８９】
劣化パラメータの取得は、このようなルックアップテーブル３３を用意することに代え、光学特性からリアルタイム演算により算出したり、光学特性に沿った近似式を予め複数用意したりしておき、選択的に利用して演算することとしてもよい。
【０１９０】
劣化パラメータ読み出し手段３２は、この劣化パラメータルックアップテーブル３３から、画素の位置（ｘ、ｙ）に応じた値を読み出して、乗加算手段３４に出力する。
【０１９１】
乗加算手段３４は、入力信号微分手段３１から出力される信号と読み出された劣化パラメータを乗加算するとともに、観測画像ｇを加算して回復画像ｆの出力を行う。
【０１９２】
図２４は、画像回復処理を外部装置にて行う場合の撮像装置１０の構成、並びに、当該撮像装置１０と外部装置２０からなる撮像システムの構成を示した概略図である。本実施形態は、画像回復処理３０を外部装置２０にて行う構成としている。
【０１９３】
撮像装置１０は、光学系１１、撮像素子１２、第１画像処理手段１４、第１制御手段１３を備え、それぞれの構成は、図２２で説明した撮像装置で同符号を有する構成と同様である。また本実施形態では、第１通信手段１５が設けられている。この第１通信手段１５は、撮像装置１０で撮像した画像（観測画像）を外部装置２０に送信するための第１通信手段１５が設けられている。外部装置２０にて実行される画像回復処理３０において、光学系１１の結像特性が必要とされる場合は、この結像特性を観測画像に対応付くようにして送信することとしてもよい。
【０１９４】
一方、外部装置２０は、第２通信手段２１、画像回復処理３０を実行可能とする第２画像処理手段２２、第２制御手段２３が設けられている。第２通信手段２１は、第１通信手段１５から送信された画像を受信するための手段である。これら第１通信手段１５、第２通信手段は有線、無線を問わず各種方式のものを採用することができる。
【０１９５】
第２画像処理手段２２では、第２通信手段２１を介して受信した観測画像、あるいは、観測画像と結像特性により画像回復処理３０が実行される。画像回復処理３０が施された画像は、図示しない内部メモリーや、各種インターフェイスを介し、外部メモリーあるいは他の外部装置に出力される。なお、この第２画像処理手段２２では、画像回復処理３０のみだけでなく他の各種画像処理を行うこととしてもよい。
【０１９６】
このように、外部装置２０にて画像回復処理３０を実行することで、撮像装置１０内で
の処理負担を軽減することが可能となる。なお、本実施形態では観測画像など各種情報のやりとりを通信手段１５、２１にて行うこととしたが、各種情報のやりとりは撮像装置１０、外部装置２０に装着可能な外部メモリーを介して行うものであってもよい。
【０１９７】
以上、本発明における撮像装置、並びに撮像システムについて説明したが、これら本発明における撮像装置、撮像システムとしては、一般的なデジタルカメラ（ＯＶＦ、ＥＶＦ問わず）のみならず、医療分野などで利用される被検体内部に挿入して観察を行う内視鏡や、被検体となる患者が飲み込むことで体内の観察を行うカプセル内視鏡、あるいは、顕微鏡など各種光学装置に用いることができる。
【０１９８】
以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態のみに限られるものではなく、それぞれの実施形態の構成を適宜組み合わせて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。
【符号の説明】
【０１９９】
Ｌ１…第１レンズ
Ｌ２…第２レンズ
Ｌ３…第３レンズ
Ｓ…明るさ絞り
Ｃ…非球面板
１０…撮像装置
１１…光学系
１２…撮像素子
１３…（第１）制御手段
１４…（第１）画像処理手段
１５…第１通信手段
２０…外部装置
２１…第２通信手段
２２…第２画像処理手段
２３…第２制御手段
３０…画像回復処理
３１…入力信号微分手段
３２…劣化パラメータ読み出し手段
３３…劣化パラメータＬＵＴ
３４…乗加算手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラなどに用いられる光学装置、その光学装置を用いた撮像装置、または撮像装置と外部装置にて構成される撮像システムに関するものであり、特に、撮像した画像に対して実行される画像復元処理に適した光学系を有するものに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光学系を通して集光した被写体の像をＣＣＤ等の撮像素子に投影し、撮像を行う各種撮像装置が知られている。このような撮像装置においては、撮像して得られた画像に対して、所定の特性を有するフィルタにて加工する各種画像処理が行われることが一般的である。
【０００３】
このような、画像処理を可能とする撮像装置として、特許文献１には、光学系と、撮像素子と、変換手段と、信号処理手段とを備え、第１フィルタと第２フィルタを用いる撮像装置が開示されている。光学系は、合焦位置およびその前後の距離において焦点のボケ量が略一定となるように形成されている。撮像素子は、光学系によって結像された被写体像を撮像する。変換手段は、撮像素子から得た画像における焦点のボケを補正して、復元した画像を生成する。信号処理手段は、画像信号に所定の画像処理を行う。また、第１フィルタは静止画撮影モード時に、変換手段の画像復元処理のために用いられる。第２フィルタは、動画撮影モード時、またはスルー画像表示時に、変換手段の画像復元処理のために用いられる。
【０００４】
この特許文献１の開示によれば、動画撮影モード時やスルー画像表示時において第２フィルタを用いた簡易な画像復元処理を行うことができる。そして、これにより、高価な変換手段を必要することなく光学系を簡単化できるので、コスト低減を図ることができる。また、復元画像を劣化させることのない撮像装置を提供することができるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−０１１４９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では、画像における焦点のボケを補正して画像を復元している。復元した画像における解像は十分とはいえなかった。
【０００７】
本発明は、復元した画像において解像が十分得られ、また、焦点深度が拡大した画像を簡単に得ることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の課題を解決するために、本発明の光学装置、およびそれを用いた撮像装置、撮像システムは以下の何れかとするものである。
【０００９】
本発明の光学装置の第１の構成は、撮像素子に被写体の像を結像するとともに、前記撮像素子で得た画像に対し画像回復処理が実行される光学装置において、以下の条件式（１）を満足するＭＴＦを有することを特徴とするものである。
０．００１＜Ｌ×ＮＡ＜０．５、 ５＜ａ＜３０ …（１）
ただし
Ｌ：ＭＴＦがａ％におけるＭＴＦ幅、
ＮＡ：前記光学装置の開口数、
である。
【００１０】
また、本発明の光学装置の第２の構成は、第１の構成において、前記ＭＴＦは、以下の条件式（２）を満足することを特徴とするものである。
０．００１＜Ｌｃ×ＮＡ＜０．５、 ５＜ａ＜３０ …（２）
ただし、
Ｌｃ：ＭＴＦの半値幅
である。
【００１１】
また、本発明の撮像装置の第１の構成は、撮像素子と、前記撮像素子に被写体の像を結像する光学系と、前記撮像素子で得た画像に対して画像処理を実行する画像処理手段を有し、前記光学系は、以下の条件式（１）を満足するＭＴＦを有することを特徴とするものである。
０．００１＜Ｌ×ＮＡ＜０．５、 ５＜ａ＜３０ …（１）
ただし、
Ｌ：ＭＴＦがａ％におけるＭＴＦ幅、
ＮＡ：前記光学系の開口数、
である。
【００１２】
また、本発明の撮像装置の第２の構成は、第１の構成において、前記ＭＴＦは、以下の条件式（２）を満足することを特徴とするものである。
０．００１＜Ｌｃ×ＮＡ＜０．５、 ５＜ａ＜３０ …（２）
ただし、
Ｌｃ：ＭＴＦの半値幅
である。
【００１３】
また、本発明の撮像装置の第３の構成は、第１または第２の構成において、前記ＭＴＦは、条件式（３）を満足する空間周波数を有することを特徴とするものである。
ν＝１／（２×Ｐ×Ａ）、１＜Ａ＜２０ …（３）
ただし、
ν：空間周波数、
Ｐ：前記撮像素子の画素ピッチ、
である。
【００１４】
また、本発明の撮像装置の第４の構成は、第１または第２の構成において、前記ＭＴＦは、条件式（４）を満足する空間周波数を有することを特徴とするものである。
ν＝１／（２×Ｐ×Ａ）、２＜Ａ＜８ …（４）
ただし、
ν：空間周波数、
Ｐ：前記撮像素子の画素ピッチ、
である。
【００１５】
また、本発明の撮像装置の第５の構成は、第１から第４の構成において、前記ＭＴＦが、条件式（５）を満足する空間周波数を有することを特徴とするものである。
０．００１＜ν／Ｎ＜３ …（５）
ただし、
ν：空間周波数、
Ｎ：前記撮像素子一辺の画素数、
である。
【００１６】
また、この撮像装置の第１〜第５の構成に、以下に記載する何れかの構成を同時に満足することがより好ましい。
【００１７】
本発明の撮像装置の第６の構成は、第１から第５の何れかの撮像装置において、前記ＭＴＦは、開放Ｆナンバーにおいて、前記各条件式を満足することを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の撮像装置の第７の構成は、第１から第６の何れかの撮像装置において、前記ＭＴＦは、コントラストが０にならない範囲で他の空間周波数のＭＴＦと交差することを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明の撮像装置の第８の構成は、第７の撮像装置において、前記ＭＴＦは、他の空間周波数のＭＴＦと１０％以下の位置で交差することを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明の撮像装置の第９の構成は、第１から第８の何れかの撮像装置において、前記光学系の球面収差特性が、ピーク値を有することを特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明の撮像装置の第１０の構成は、第９の撮像装置において、前記光学系の球面収差特性は、２つ以上のピーク値を有することを特徴とするものである。
【００２２】
また、本発明の撮像装置の第１１の構成は、第１０の撮像装置において、前記球面収差特性のピーク値は、プラス側とマイナス側に位置することを特徴とするものである。
【００２３】
また、本発明の撮像装置の第１２の構成は、第１から第１１の撮像装置において、前記光学系は、前記ＭＴＦを実現するための波面制御素子を備えることを特徴とするものである。
【００２４】
また、本発明の撮像装置の第１３の構成は、第１２の撮像装置において、前記ＭＴＦを実現するための波面制御素子は、非球面を有することを特徴とするものである。
【００２５】
また、本発明の撮像装置の第１４の構成は、第１２の撮像装置において、前記ＭＴＦを実現するための波面制御素子は、位相板であることを特徴とするものである。
【００２６】
また、本発明の撮像装置の第１５の構成は、第１２の撮像装置において、前記ＭＴＦを実現するための波面制御素子は、１面に複数の曲率を有するレンズであることを特徴とするものである。
【００２７】
また、本発明の撮像装置の第１６の構成は、第１２の撮像装置において、前記ＭＴＦを実現するための波面制御素子は、中心と周辺で異なる曲率を有するレンズであることを特徴とするものである。
【００２８】
また、本発明の撮像装置の第１７の構成は、第１５または第１６の撮像装置において、前記ＭＴＦを実現するための波面制御素子は、１面に３つの曲率を有するレンズであることを特徴とするものである。
【００２９】
また、本発明の撮像装置の第１８の構成は、第１２から第１７の何れか１つの撮像装置において、前記ＭＴＦを実現するための波面制御素子は、その材質に複屈折結晶が用いら
れることを特徴とするものである。
【００３０】
また、本発明の撮像装置の第１９の構成は、第１２から第１８の何れか１つの撮像装置において、前記ＭＴＦを実現するための波面制御素子は、着脱可能とすることを特徴とするものである。
【００３１】
また、本発明の撮像装置の第２０の構成は、第１から第１９の何れか１つの撮像装置において、前記画像処理手段において実行される画像処理は、前記撮像素子が出力する観測画像に対する画像回復処理を含むことを特徴とするものである。
【００３２】
また、本発明の撮像装置の第２１の構成は、第２０の撮像装置において、前記画像回復処理は、前記光学系の結像特性を用いることを特徴とするものである。
【００３３】
また、本発明の撮像装置の第２２の構成は、第２１の撮像装置において、前記画像回復処理は、回復画像が下記微分方程式で表される処理を実行することを特徴とするものである。
ｆ（ｘ,ｙ）＝ｇ（ｘ,ｙ）＋ａ1（ｘ,ｙ）・ｇ'（ｘ,ｙ）＋ …
… ＋ａn（ｘ,ｙ）・ｇ(n)（ｘ,ｙ）
ただし、
ｆ：回復画像、ｇ：観測画像、ａ1、ａ2、…ａn：劣化パラメータ
ｇ(n)：観測画像に対するｎ次微分。
【００３４】
また、本発明の第１の撮像システムの構成は、第１から第２２の何れか１つの撮像装置と、前記撮像素子で得た画像に対して画像回復処理を実行する外部装置とを有することを特徴とするものである。
【００３５】
また、本発明の第２の撮像システムの構成は、第１の撮像システムにおいて、前記画像回復処理は、前記光学系の結像特性を用いることを特徴とするものである。
【００３６】
また、本発明の第３の撮像システムの構成は、第１または第２の撮像システムにおいて、前記画像回復処理は、回復画像が下記微分方程式で表される処理を実行することを特徴とするものである。
ｆ（ｘ,ｙ）＝ｇ（ｘ,ｙ）＋ａ1（ｘ,ｙ）・ｇ'（ｘ,ｙ）＋ …
… ＋ａn（ｘ,ｙ）・ｇ(n)（ｘ,ｙ）
ただし、
ｆ：回復画像、ｇ：観測画像、ａ1、ａ2、…ａn：劣化パラメータ
ｇ(n)：観測画像に対するｎ次微分。
【００３７】
また、本発明の第４の撮像システムの構成は、前記撮像装置と前記外部装置はそれぞれ通信手段を備え、前記撮像装置で撮像された観測画像を、前記通信手段を介して前記外部装置に送信することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３８】
本発明に拠れば、復元した画像において、十分な解像が得られる。また、焦点深度が拡大した画像を簡単に得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明のＭＴＦ特性において各種パラメータを説明するための図。
【図２】比較例１、並びに、本発明の実施例１〜実施例３の光学系を展開して光軸に沿ってとった断面図。
【図３】比較例１のＭＴＦ特性を示す図。
【図４】比較例１の球面収差特性を示す図。
【図５】本発明の実施例１の光学系のＭＴＦ特性を示す図。
【図６】本発明の実施例１の球面収差特性を示す図。
【図７】本発明の実施例２で用いる２焦点レンズの構成を示した模式図。
【図８】本発明の実施例２の光学系のＭＴＦ特性を示す図。
【図９】本発明の実施例２の球面収差特性を示す図。
【図１０】本発明の実施例３で用いる２焦点レンズの構成を示した模式図。
【図１１】本発明の実施例３の光学系のＭＴＦ特性を示す図。
【図１２】本発明の実施例４の球面収差特性を示す図。
【図１３】本発明の実施例４で用いる３焦点レンズの構成を示した模式図。
【図１４】本発明の実施例４の光学系のＭＴＦ特性を示す図。
【図１５】本発明の実施例４の球面収差特性を示す図。
【図１６】比較例２の光学系を展開して光軸に沿ってとった断面図。
【図１７】比較例２のＭＴＦ特性を示す図。
【図１８】比較例２の球面収差特性を示す図。
【図１９】本発明の実施例４の光学系を展開して光軸に沿ってとった断面図。
【図２０】本発明の実施例４の光学系のＭＴＦ特性を示す図。
【図２１】本発明の実施例４の球面収差特性を示す図。
【図２２】本発明の撮像装置の構成を示す概略図。
【図２３】本発明の画像回復処理を示す概略図。
【図２４】本発明の撮像システムの構成を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
本実施形態の光学装置の第１の構成は、撮像素子に被写体の像を結像するとともに、撮像素子で得た画像に対し画像回復処理が実行される光学装置において、以下の条件式（１）を満足するＭＴＦを有することを特徴とする。
０．００１＜Ｌ×ＮＡ＜０．５、 ５＜ａ＜３０ …（１）
ただし
Ｌ：ＭＴＦがａ％におけるＭＴＦ幅、
ＮＡは光学装置の開口数、
である。
【００４１】
以下に、この光学装置の第１の構成を採用する理由と作用について説明する。
【００４２】
光学装置では、光学系によって被写体の像が形成される。このとき、被写体の位置に応じて形成される像の位置も異なる。複数の被写体でそれぞれの位置が異なっている場合、各被写体の像の位置も異なる。ここで、ある被写体を基準として、この被写体にピントを合わせたとする。この場合、この被写体の像位置（以下、基準像位置）の前後に、他の被写体の像が形成される。そして、基準像位置ではピントの合った被写体像が得られるが、基準像位置の前後では、ピントのずれた（ぼけた）被写体像になる。
【００４３】
第１の構成は、ＭＴＦ特性の形状が一定、または略一定であることを規定したものである。なお、ＭＴＦとはModulation Transfer Functionのことである。図１は、本実施形態の光学装置、より具体的には、光学系のＭＴＦ特性において、各種パラメータを説明するための模式図である。この図には、デフォーカス量、すなわち、光軸に沿う方向の距離（図における横軸）に対してＭＴＦの値をとったＭＴＦ特性が示されている。本実施形態でいうＭＴＦ幅とは、ＭＴＦ特性の最両端間の距離をいうものであって、最両端間の途中でＭＴＦ特性が交差した場合においても、その交差は考慮されない。この図に示されるように、ＭＴＦ＿Ｈは、ＭＴＦの最大値を示し、ＭＴＦ＿Ｈ／２は最大値の半分（１／２）を
示している。また、ＭＴＦがａ％においてＭＴＦ幅はＬであり、ＭＴＦがＭＴＦ＿Ｈ／２においてＭＴＦ幅はＬｃである。
【００４４】
条件式（１）を満足することで、ＭＴＦ特性の形状を一定、または略一定とすることができる。この場合、基準位置とその近傍位置で得られた画像それぞれについて、画像特性(画質、ボケ具合等)をほぼ同じようにすることができる。そのため、この画像に対して画像回復処理を行った場合、画像回復を効果的に行うことができる。
【００４５】
具体的には、例えば、ＭＴＦ特性を上昇させる回復処理を行った場合、画像の各画素において同じようにＭＴＦを回復させることができる。すなわち、画像を構成する各画素について十分に解像をあげることができる。その結果、十分に解像された画像の回復ができる。また、焦点深度の広い画像として復元することができる。なお、略一定なＭＴＦとは、画像回復処理が実行された時に、多くの画素で同じように像の回復が行なわれる（例えば、十分な解像が得られる程度となる）範囲（変動幅）をいう。
【００４６】
条件式（１）の上限値を上回ると、画像回復処理での効果が低減したものとなる。また、条件式（１）の下限値を下回ると、幅広のＭＴＦ特性とならないとともに、光学装置の分解能も低いものとなってしまう。いずれにしても、画像回復処理が実行されたとしても、解像の低さ変化が目立つ画像となってしまう。
【００４７】
なお、条件式（１）において、５＜ａ＜３０の範囲全てにおいて、０．００１＜Ｌ×ＮＡ＜０．５を満足するのが好ましい。しかしながら、５＜ａ＜３０の１つにおいて０．００１＜Ｌ×ＮＡ＜０．５を満足していれば良い。
【００４８】
本実施形態の光学装置の第２の構成は、第１の構成において、ＭＴＦは、以下の条件式（２）を満足することを特徴とする。
０．００１＜Ｌｃ×ＮＡ＜０．５、 ５＜ａ＜３０ …（２）
ただし、
Ｌｃ：ＭＴＦの半値幅
である。
【００４９】
この条件式（２）を満足することで、ＭＴＦ特性の形状を一定、または略一定とすることができる。これにより、この光学装置を使用して得られた画像に対して画像回復処理を実行する場合、この画像回復処理を効果的に行うことができる。すなわち、十分に解像された画像回復をすることができる。
【００５０】
なお、条件式（２）において、５＜ａ＜３０の範囲全てにおいて、０．００１＜Ｌｃ×ＮＡ＜０．５を満足するのが好ましい。しかしながら、５＜ａ＜３０の１つにおいて０．００１＜Ｌｃ×ＮＡ＜０．５を満足していれば良い。
【００５１】
本実施形態の撮像装置の第１の構成は、撮像素子と、撮像素子に被写体の像を結像する光学系と、撮像素子で得た画像に対して画像処理を実行する画像処理手段を有し、光学系は、以下の条件式（１）を満足するＭＴＦを有することを特徴とする。
０．００１＜Ｌ×ＮＡ＜０．５、 ５＜ａ＜３０ …（１）
ただし、
Ｌ：ＭＴＦがａ％におけるＭＴＦ幅、
ＮＡ：光学系の開口数、
である。
【００５２】
本実施形態の撮像装置の第２の構成は、第１の構成において、ＭＴＦは、以下の条件式
（２）を満足することを特徴とする。
０．００１＜Ｌｃ×ＮＡ＜０．５、 ５＜ａ＜３０ …（２）
ただし、
Ｌｃ：ＭＴＦの半値幅
である。
【００５３】
これら第１、第２の構成の撮像装置は、それぞれ前述した光学装置（光学系）の第１、第２の構成に、撮像素子と、撮像素子で得た画像に対して画像処理を実行する画像処理手段を付加したものである。条件式（１）と条件式（２）については、上記で説明したとおりである。これら第１、第２の撮像装置の構成に拠れば、ＭＴＦ特性の形状が一定、または略一定である光学系によって画像を得ることができ、この画像に対して画像回復処理を効果的に行うことができる。すなわち、十分に解像された画像回復をすることができる。
【００５４】
本実施形態の撮像装置の第３の構成は、第１または第２の構成において、ＭＴＦは、条件式（３）を満足する空間周波数を有することを特徴とする。
ν＝１／（２×Ｐ×Ａ）、１＜Ａ＜２０ …（３）
ただし、
ν：空間周波数、
Ｐ：撮像素子の画素ピッチ、
である。
【００５５】
以下に、この撮像装置の第３の構成を採用する理由と作用について説明する。この第３の構成は、略一定なＭＴＦが存在する空間周波数を規定したものである。第３の構成では、画素ピッチＰを有する撮像素子における最大空間周波数νmax＝１／（２×Ｐ）と係数
Ａを用いて、略一定なＭＴＦが存在する空間周波数を規定している。この第３の構成では、特に、空間周波数νの下限をνmax／２０に規定している。撮像素子の設置位置および
その前後の所定距離において略一定なＭＴＦが、この空間周波数νの範囲内で少なくとも１つ存在することを条件としている。このような条件を有する光学系を用いることで、画像回復処理を効果的に行うことが可能となる。すなわち、十分に解像された画像回復ができる。
【００５６】
本実施形態の撮像装置の第４の構成は、第１または第２の構成において、ＭＴＦは、条件式（４）を満足する空間周波数を有することを特徴とする。
ν＝１／（２×Ｐ×Ａ）、２＜Ａ＜８ …（４）
ただし、
ν：空間周波数、
Ｐ：撮像素子の画素ピッチ、
である。
【００５７】
以下に、この撮像装置の第４の構成を採用する理由と作用について説明する。この第４の構成は、第３の構成と同様、略一定なＭＴＦが存在する空間周波数を規定したものであって、第３の構成よりも空間周波数の範囲を狭め、更に良好な画像回復処理を行うことを可能としている。具体的には、最大空間周波数をνmaxとすると、空間周波数の上限をνmax／２、下限をνmax／８とするものである。この条件を満足することで、画像回復処理
を更に効果的に行うことが可能となる。すなわち、より解像された画像回復ができる。
【００５８】
本実施形態の撮像装置の第５の構成は、第１から第４の構成において、ＭＴＦが、条件式（５）を満足する空間周波数を有することを特徴とする。
０．００１＜ν／Ｎ＜３ …（５）
ただし、
ν：空間周波数、
Ｎ：撮像素子一辺の画素数、
である。
【００５９】
以下に、この撮像装置の第５の構成を採用する理由と作用について説明する。この第５の構成も、略一定なＭＴＦが存在する空間周波数を規定したものである。この第５の構成は、撮像装置で使用される撮像素子の一辺の画素数を用いて、空間周波数の上限と下限を規定したものである。ここで撮像素子一辺の画素数とは、矩形の撮像素子の場合、縦、横どちらか一辺の画素の並びにおいて多い方の画素数をいうものである。このように、条件式（５）は、撮像素子の設置位置およびその前後の所定距離において略一定なＭＴＦが、この空間周波数νの範囲内で少なくとも１つ存在することを条件としている。この条件を満足することで、画像回復処理を効果的に行うことが可能となる。すなわち、十分に解像された画像回復ができる。
【００６０】
また、この撮像装置の第１〜第５の構成に、以下に記載する何れかの構成を同時に満足することがより好ましい。
【００６１】
本実施形態の撮像装置の第６の構成は、第１から第５の何れかの撮像装置において、ＭＴＦは、開放Ｆナンバーにおいて、各条件式を満足することを特徴とする。
【００６２】
この第６の構成は、焦点深度の一番浅くなる開放Ｆナンバーにおいて、略一定なＭＴＦを有することを規定したものである。光学系が可変絞りを有する場合、このように開放Ｆナンバーにおいて、略一定なＭＴＦを有することを規定したものである。このようにすることで、可変絞りを変更した場合においても略一定なＭＴＦを得ることができる。その結果、どの絞り位置の撮影で得られた画像に対しても、効果的な画像回復処理を実現できる。すなわち、十分に解像された画像回復ができる。
【００６３】
本実施形態の撮像装置の第７の構成は、第１から第６の何れかの撮像装置において、ＭＴＦは、コントラストが０にならない範囲で他の空間周波数のＭＴＦと交差することを特徴とする。
【００６４】
この第７の構成は、目的とする空間周波数のＭＴＦにおいて、撮像素子の設置位置およびその前後の所定位置におけるＭＴＦが、略一定な箇所を有することを、他の空間周波数のＭＴＦとの関係において保証するものである。具体的には、目的とする空間周波数のＭＴＦとが他の空間周波数におけるＭＴＦを重ね合わせたとする。この場合、目的とする空間周波数のＭＴＦが略一定であれば、コントラスト０とならない範囲で他の空間周波数のＭＴＦと交差する。なお、コントラストが０とは、着目する空間周波数のＭＴＦにおいて、白黒が反転する位置であって、ちょうどＭＴＦが０となる位置に相当している。
【００６５】
本実施形態の撮像装置の第８の構成は、第７の撮像装置において、ＭＴＦは、他の空間周波数のＭＴＦと１０％以下の位置で交差することを特徴とする。
【００６６】
この第８の構成は、第７の構成において更に良好となる条件を規定したものである。この第８の構成によれば、目的とする空間周波数のＭＴＦにおいて、撮像素子の設置位置およびその前後の所定位置におけるＭＴＦが、略一定な箇所を有することを、他の空間周波数のＭＴＦとの関係においてさらに保証するものである。
【００６７】
本実施形態の撮像装置の第９の構成は、第１から第８の何れかの撮像装置において、光学系の球面収差特性が、ピーク値を有することを特徴とする。
【００６８】
この第９の構成は、光学系の球面収差特性に基づいて、撮像素子の設置位置およびその前後の所定位置におけるＭＴＦが略一定であることを規定したものである。球面収差特性がピーク値を有する場合、球面収差特性はプラス側、および、マイナス側の両方向に変動することとなる。このように球面収差特性を両方向に変動させることで、撮像素子の設置位置近傍に光線を分散させることができる。このような特性を持たせることで、略一定なＭＴＦを形成することが可能となる。
【００６９】
本実施形態の撮像装置の第１０の構成は、第９の撮像装置において、光学系の球面収差特性は、２つ以上のピーク値を有することを特徴とする。
【００７０】
この第１０の構成は、第９の構成において更に良好となる条件を規定したものである。このように球面収差特性が２つ以上のピーク値を有することで、球面収差特性は、プラス側、および、マイナス側の両方向へ少なくとも２回変動することとなる。このような特性を持たせることで、略一定なＭＴＦを形成することができる。
【００７１】
本実施形態の撮像装置の第１１の構成は、第１０の撮像装置において、球面収差特性のピーク値は、プラス側とマイナス側に位置することを特徴とする。
【００７２】
この第１１の構成は、第１０の構成において更に良好となる条件を規定したものである。このように、球面収差特性のピーク値をプラス側、マイナス側の両方に位置させることで、略一定なＭＴＦを形成することができる
本実施形態の撮像装置の第１２の構成は、第１から第１１の撮像装置において、光学系は、略一定なＭＴＦを実現するための波面制御素子を備えることを特徴とする。
【００７３】
光波面制御素子を設けることで、略一定なＭＴＦを持つ光学系を実現することができる。
【００７４】
本実施形態の撮像装置の第１３の構成は、第１２の撮像装置において、ＭＴＦを実現するための波面制御素子は、非球面を有することを特徴とする。
【００７５】
波面制御素子が非球面を有することで、略一定なＭＴＦを持つ光学系を実現することができる。この非球面を有する波面制御素子としては、非球面レンズや非球面板、または、何れかの領域を非球面とする多少点レンズなどを採用することができる。
【００７６】
本実施形態の撮像装置の第１４の構成は、第１２の撮像装置において、ＭＴＦを実現するための波面制御素子は、位相板であることを特徴とする。
【００７７】
位相板を波面制御素子として用いることで、略一定なＭＴＦを持つ光学系を実現することができる。
【００７８】
本実施形態の撮像装置の第１５の構成は、第１２の撮像装置において、ＭＴＦを実現するための波面制御素子は、１面に複数の曲率を有するレンズであることを特徴とする。
【００７９】
１面に複数の曲率を有するレンズを波面制御素子として用いることで、略一定なＭＴＦを持つ光学系を実現することができる。１つの曲率としては、球面形状のような所定の曲率半径を有するものの他、非球面形状のように所定の計算式で得られる曲率を含むものである。
【００８０】
本実施形態の撮像装置の第１６の構成は、第１２の撮像装置において、ＭＴＦを実現するための波面制御素子は、中心と周辺で異なる曲率を有するレンズであることを特徴とす
る。
【００８１】
中心と周辺で異なる曲率を有するレンズを波面制御素子として用いることで、略一定なＭＴＦを持つ光学系を実現することができる。
【００８２】
本実施形態の撮像装置の第１７の構成は、第１７または第１８の撮像装置において、ＭＴＦを実現するための波面制御素子は、１面に３つの曲率を有するレンズであることを特徴とする。
【００８３】
１面に３つの曲率を有するレンズを波面制御素子として用いることで、略一定なＭＴＦを持つ光学系を実現することができる。
【００８４】
本実施形態の撮像装置の第１８の構成は、第１２から第１７の何れか１つの撮像装置において、ＭＴＦを実現するための波面制御素子は、その材質に複屈折結晶が用いられることを特徴とする。
【００８５】
波面制御素子の材質に複屈折結晶を用いることで、略一定なＭＴＦを持つ光学系を実現することができる。
【００８６】
本実施形態の撮像装置の第１９の構成は、第１２から第１８の何れか１つの撮像装置において、ＭＴＦを実現するための波面制御素子は、着脱可能とすることを特徴とするものである。
【００８７】
このような構成に拠れば、この波面制御素子を光学系から抜く、あるいは、別の光学素子と交換することができる。略一定なＭＴＦを有する光学系と他の光学系を１つの装置にて実現し、必要なときに所望のＭＴＦ特性に変更することができる。
【００８８】
本実施形態の撮像装置の第２０の構成は、第１から第１９の何れか１つの撮像装置において、画像処理手段において実行される画像処理は、撮像素子で得た画像に対する画像回復処理を含むことを特徴とする。
【００８９】
この第２０の構成に拠れば、１つの撮像装置のみで撮像、並びに撮像により得た画像に対する画像回復処理を実行することが可能となる。
【００９０】
本実施形態の撮像装置の第２１の構成は、第２０の撮像装置において、画像回復処理は、光学系の結像特性を用いることを特徴とする。
【００９１】
この第２１の構成に拠れば、光学系の結像特性を利用して画像回復処理を行うことで、さらに効果的な画像回復処理を行うことができる。
【００９２】
本実施形態の撮像装置の第２２の構成は、第２１の撮像装置において、画像回復処理は、回復画像が下記微分方程式で表される処理を実行することを特徴とする。
ｆ（ｘ,ｙ）＝ｇ（ｘ,ｙ）＋ａ1（ｘ,ｙ）・ｇ'（ｘ,ｙ）＋ …
… ＋ａn（ｘ,ｙ）・ｇ(n)（ｘ,ｙ）
ただし、
ｆ：回復画像、ｇ：観測画像、ａ1、ａ2、…ａn：劣化パラメータ、
ｇ(n)：観測画像に対するｎ次微分、
である。
【００９３】
この第２２の構成に拠れば、光学系の結像特性として、画像の位置に応じて変化する劣
化パラメータ、いわゆる、スペースバリアントなパラメータにてフィルタリングすることで、さらに効果的な画像回復処理を行うことができる。
【００９４】
本実施形態の第１の撮像システムの構成は、第１から第２２の何れか１つの撮像装置と、撮像素子で得た画像に対して画像回復処理を実行する外部装置とを有することを特徴とする。
【００９５】
この第１の撮像システムの構成に拠れば、画像回復処理を外部装置にて行うことで、撮像装置内での処理負担を削減することが可能となる。その結果、撮像装置の低コスト化、高速処理を実現することができる。
【００９６】
本実施形態の第２の撮像システムの構成は、第１の撮像システムにおいて、画像回復処理は、前記光学系の結像特性を用いることを特徴とする。
【００９７】
この第２の撮像システムの構成に拠れば、光学系の結像特性を利用して画像回復処理を行うことで、さらに効果的な画像回復処理を行うことができる。
【００９８】
本実施形態の第３の撮像システムの構成は、第１または第２の撮像システムにおいて、画像回復処理は、回復画像が下記微分方程式で表される処理を実行することを特徴とする。
ｆ（ｘ,ｙ）＝ｇ（ｘ,ｙ）＋ａ1（ｘ,ｙ）・ｇ'（ｘ,ｙ）＋ …
… ＋ａn（ｘ,ｙ）・ｇ(n)（ｘ,ｙ）
ただし、
ｆ：回復画像、ｇ：観測画像、ａ1、ａ2、…ａn：劣化パラメータ
ｇ(n)：観測画像に対するｎ次微分。
【００９９】
この撮像システムの第３の構成に拠れば、光学系の結像特性として、画像の位置に応じて変化する劣化パラメータ、いわゆる、スペースバリアントなパラメータにてフィルタリングすることで、さらに効果的な画像回復処理を行うことができる。
【０１００】
本実施形態の第４の撮像システムの構成は、撮像装置と外部装置はそれぞれ通信手段を備え、前記撮像素子で得た画像を、通信手段を介して外部装置に送信することを特徴とする。
【０１０１】
この第４の撮像システムの構成に拠れば、撮像素子で得た画像を簡易に外部装置に提供することが可能となり、また、撮像装置における記録容量や処理量を削減することが可能となる。
【０１０２】
図２から図２１を用い、本実施形態の撮像装置で用いる光学系について説明を行う。
【０１０３】
図２は、比較例１、並びに、本実施形態の実施例１〜実施例４で使用する光学系の概略を展開して光軸に沿ってとった断面図である。比較例１、実施例１〜実施例４は、図中、第３レンズＬ３の詳細において異なっている。
【０１０４】
この比較例１は、実施例１〜実施例４を説明するために例示するものであり、第３レンズＬ３の両面を球面形状としている。これに対し、実施例１では第３レンズＬ３の６面を非球面形状とし、実施例２、実施例３では第３レンズＬ３の５面を２焦点レンズとし、実施例４では第３レンズＬ３の５面を３焦点レンズとしている点において異なったものとなっている。
【０１０５】
比較例１において、図２に示す光学系Ｏは、物体側から射出側に向かって順に、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３、明るさ絞りＳにて構成されている。図中、ｒ８で示される撮像面には、ＣＣＤなどの撮像素子が設置される。
【０１０６】
第１レンズＬ１は、物体側に凸面を向けた正メニスカス形状の単レンズであり、第２レンズＬ２は、負屈折力を有する両凹形状の単レンズであり、第３レンズＬ３は、正屈折力を有する両凸形状の単レンズである。
【０１０７】
また、本比較例では、撮像面に設置される撮像素子には、縦または横方向の最大画素数を４０００、画素ピッチを１．７（μｍ）のものを想定して設計を行っている。なお、これは、実施例でも同じである。
【０１０８】
以下に上記比較例１の数値データを示す。数値データ中、ｒは各レンズ面（光学面）の曲率半径、ｄは各レンズ面（光学面）間の間隔、ｎｄは各レンズ（光学媒質）のｄ線の屈折率、Ｖｄは各レンズ（光学媒質）のアッベ数、Ｆは焦点距離である。なお、曲率半径に記載する記号"∞"は、無限大であることを示している。
【０１０９】
各種データには、光学系の焦点距離、Ｆナンバーが示されている。焦点距離の単位は、ミリメートル（ｍｍ）であって、Ｆナンバーは、本測定に用いた開放時のものが示されている。
【０１１０】
深度特性は、評価空間周波数８４（ｌｐ／ｍｍ）におけるＭＴＦ２０％、１０％時、それぞれのＭＴＦの幅を示したものであり、その単位は、ミリメートル（ｍｍ）である。
【０１１１】
数値比較例１
単位 ｍｍ
面データ
面番号 ｒ ｄ ｎｄ Ｖｄ Ｆ
1 3.0139 1.2800 1.72341 50.20 6.1743
2 7.6146 0.1923
3 -10.5848 0.2367 1.70448 30.10 -3.5085
4 3.2544 0.3997
5 10.7443 0.4438 1.81067 41.00 5.0931
6 -6.5817 0.2367
7（絞り） ∞ 7.7389
8（撮像面） ∞
各種データ
焦点距離 9.9902
Ｆナンバー 3.5
深度特性（評価空間周波数：84[lp/mm]）
深度
ＭＴＦ20％ 0.09
ＭＴＦ10％ 0.11 。
【０１１２】
図３は、この比較例１における評価空間周波数８４（ｌｐ／ｍｍ）でのＭＴＦ特性を示した図である。図３には、軸上でのデフォーカス量（単位：ミリメートル（ｍｍ））に対するＭＴＦ（単位：％）が示されている。この比較例１のＭＴＦ特性は、基準位置に対して−０．０５（ｍｍ）付近に約７０％の尖鋭なピークを持つ形状となっている。図４は、
この比較例１における球面収差特性を示した図であり、ここでは、波長５４６．０７（ｎｍ）での球面収差特性が示されている。
【０１１３】
次に、実施例１について数値実施例、並びに各種特性を以下に説明する。この実施例１は、図２における第３レンズＬ３の６面を非球面形状とすることで、撮像素子の設置位置およびその前後の所定距離において略一定なＭＴＦを実現している。各数値の意味、各種設計条件は、比較例１において説明したものと同様である。面データ中、面番号の右側に付されたアスタリスク"＊"は、そのレンズ面が非球面形状であることを示している。
【０１１４】
深度特性に記載する対比較例は、比較例１に対するＭＴＦ２０％、１０％時、それぞれのＭＴＦの幅の比を示したものである。また、換算Ｆナンバーは、本実施例１のＭＴＦの幅を比較例１において実現する場合に必要とされるＦナンバーを示したものである。
【０１１５】
また、非球面形状は、ｘを光の進行方向を正とした光軸とし、ｙを光軸と直交する方向にとると下記の式にて表される。
【０１１６】
ｘ＝（ｙ2／ｒ）／［１＋｛１−（Ｋ＋１）（ｙ／ｒ）2｝1/2］
＋Ａ２ｙ2＋Ａ４ｙ4＋Ａ６ｙ6＋Ａ８ｙ8＋Ａ１０ｙ10＋ …
ただし、ｒは近軸曲率半径、Ｋは円錐係数、Ａ２〜Ａ１０はそれぞれ２次〜１０次の非球面係数である。なお、記号"Ｅ"は、それに続く数値が１０を底にもつ、べき指数であることを示している。例えば「１．０Ｅ−５」は「１．０×１０-5」を意味している。
【０１１７】
数値実施例１
単位 ｍｍ
面データ
面番号 ｒ ｄ ｎｄ Ｖｄ Ｆ
1 3.0139 1.2800 1.72341 50.20 6.1743
2 7.6146 0.1923
3 -10.5848 0.2367 1.70448 30.10 -3.5085
4 3.2544 0.3997
5 10.7443 0.4438 1.81067 41.00 5.0931
6* -6.5817 0.2367
7（絞り） ∞ 7.7389
8（撮像面） ∞
非球面データ
第６面
K=0
A2=-2.01E-12
A4=5.98E-03
A6=-2.08E-02
A8=2.19E-02
A10=-7.06E-03
各種データ
焦点距離 9.9902
Ｆナンバー 3.5
深度特性（評価空間周波数：84[lp/mm]）
深度 対比較例[％] 換算Ｆナンバー
ＭＴＦ20％ 0.09 182 6.4
ＭＴＦ10％ 0.11 223 7.8 。
【０１１８】
図５は、この実施例１におけるＭＴＦ特性を示した図であり、図５（ａ）は、軸上でのＭＴＦ特性を示したものである。また、図５（ｂ）は、軸外でのＭＴＦ特性を示したものである。ここでは、０．２５ｄと、０．３５ｄ（ただし、０．５ｄ：撮像面最大高）、２つの軸外におけるＭＴＦ特性が示されている。なお、図５（ａ）、（ｂ）ともに評価空間周波数は、８４（ｌｐ／ｍｍ）としている。
【０１１９】
図５（ｃ）は、評価空間周波数が異なる場合のＭＴＦ特性を示したものである。ここでは、図５（ａ）と同じ８４（ｌｐ／ｍｍ）のＭＴＦ特性と、５０（ｌｐ／ｍｍ）のＭＴＦ特性の、２つのＭＴＦ特性が示されている。
【０１２０】
このように図５（ａ）に示される軸上でのＭＴＦ特性は、図３の比較例１のＭＴＦ特性と比較してみると分かるように、デフォーカス量を０とする位置、すなわち、撮像素子が設置される位置、そしてその前後の所定距離範囲内において、低い値ではあるものの略一定なＭＴＦを実現するものである。
【０１２１】
このような特性（曲線）を有するＭＴＦでは、得られた画像に対し各種画像回復処理を施すことで、所定の範囲でデフォーカス量した画像において、一様にＭＴＦを上昇させることができる。これにより、十分な解像を持つ画像を復元することができる。また、焦点深度の深い画像を実現することが可能となる。なお、デフォーカス量を０とする位置、すなわち、撮像素子の設置位置は、各種ＭＴＦ特性の形状を考慮して適宜な位置とすることが可能である。
【０１２２】
図５（ｂ）からは、軸上と同様、軸外においても略一定なＭＴＦ特性を有することがみてとれる。そして、図５（ｃ）からは、８４（ｌｐ／ｍｍ）のＭＴＦ特性においてコントラストが０とならない範囲で８４（ｌｐ／ｍｍ）のＭＴＦ特性と５０（ｌｐ／ｍｍ）のＭＴＦ特性が交差している。このような状態であれば、８４（ｌｐ／ｍｍ）のＭＴＦ特性が略一定であることが保証されているといえる。なお、コントラストが０とは、着目する評価空間周波数のＭＴＦにおいて、白黒が反転する位置であって、ＭＴＦが０になる位置に相当している。
【０１２３】
図６は、この実施例１における球面収差特性を示した図であり、ここでは、波長５４６．０７（ｎｍ）での球面収差特性が示されている。この球面収差特性は、図４の球面収差特性と比較して、収差を表す曲線がプラス側、マイナス側に変動している。図６では、収差曲線は、矢印で示すように、３つのピークを有する。このピークの前後では、収差の発生方向がプラス側からマイナス側、あるいはその逆になっている。
【０１２４】
このように、球面収差特性をプラス側、マイナス側の両方向に変動させることで、デフォーカス量０の位置付近において、略一定なＭＴＦを実現することが可能となる。この実施例１のように、球面収差特性において、プラス側、マイナス側の両方に複数のピークを形成することが好ましい。なお、球面収差特性において、２つ以上のピークを持たせることだけでもで、ＭＴＦを略一定とすることに貢献することができる。
【０１２５】
次に、実施例２について数値実施例、並びに各種特性を説明する。この実施例２は、図２における第３レンズＬ３の５面を２焦点レンズとすることで、撮像素子の設置位置およびその前後の所定距離において略一定なＭＴＦを実現している。各種数値の意味、各種設計条件は、比較例１、実施例１において説明したものと同様である。
【０１２６】
図７は、第３レンズＬ３の５面に採用される２焦点レンズの正面図、並びに、光軸に沿ってとった断面図である。この図は複数焦点レンズを説明するため模式的に示した図であって、その形状は実際の数値による形状とは異なっている。
【０１２７】
図７に示されるように、この２焦点レンズは、その中央に領域Ａが設けられ、領域Ａを取り巻くように領域Ｂが設けられている。本実施例では領域Ａ、領域Ｂは、共に球面形状を有するとともに、領域Ａと領域Ｂ間は段差を有すること無く連続的に変化する形状となっている。下記数値実施例に、領域毎の半径、曲率、各レンズ面（光学面）間の間隔ｄ４、ｄ５を示しておく。ここで、領域Ｂの面間隔ｄ４、ｄ５は、図７に示すように、領域Ｂのレンズ面が形成する仮想面が光軸と交差する位置での面間隔（図中ｄ４'、ｄ５'）をいうものである。
【０１２８】
数値実施例２
単位 ｍｍ
面データ
面番号 ｒ ｄ ｎｄ Ｖｄ Ｆ
1 3.0139 1.2800 1.72341 50.20 6.1743
2 7.6146 0.1923
3 -10.5848 0.2367 1.70448 30.10 -3.5085
4 3.2544 0.3997
5（２焦点） 10.7443 0.4438 1.81067 41.00 8.1189
6 -6.5817 0.2367
7（絞り） ∞ 7.7389
8（撮像面） ∞
２焦点レンズデータ（面番号５）
半径 曲率 ｄ４ ｄ５
領域Ａ 0.715 10.7443 0.3997 0.4438
領域Ｂ 1.2 11.0443 0.4003 0.4432
各種データ
焦点距離 9.9902
Ｆナンバー 3.5
深度特性（評価空間周波数：84[lp/mm]）
深度 対比較例[％] 換算Ｆナンバー
ＭＴＦ20％ 0.16 177 6.2
ＭＴＦ10％ 0.19 175 6.1 。
【０１２９】
図８は、この実施例２における軸上でのＭＴＦ特性を示した図である。評価空間周波数は、比較例１と同様、８４（ｌｐ／ｍｍ）としている。このように図８に示される軸上でのＭＴＦ特性においても、デフォーカス量を０とする位置、すなわち、撮像素子が設置される位置、そしてその前後の所定距離範囲内において略一定なＭＴＦを実現することがみてとれる。
【０１３０】
図９は、この実施例２における球面収差特性を示した図であって、比較例１と同様、波長５４６．０７（ｎｍ）での球面収差特性が示されている。この球面収差特性は、プラス側、マイナス側にいくつかのピークを有するものとなっている。よって、実施例２においても、デフォーカス量０となる前後の位置においてＭＴＦが略一定となっている。
【０１３１】
次に、実施例３について数値実施例、並びに各種特性を説明する。この実施例３は、実施例２と同様、図２における第３レンズＬ３の５面を２焦点レンズとすることで、撮像素子の設置位置およびその前後の所定距離において略一定なＭＴＦを実現している。ただし、実施例２とは２焦点レンズの詳細において異なったものとなっている。各種数値の意味、各種設計条件は、比較例１、実施例１、２において説明したものと同様である。
【０１３２】
図１０は、第３レンズＬ３の５面に採用される２焦点レンズの正面図、並びに、光軸に沿ってとった断面図である。この図は複数焦点レンズを説明するため模式的に示した図であって、その形状は実際の数値による形状とは異なっている。
【０１３３】
図１０に示されるように、この２焦点レンズは、その中央に領域Ａが設けられ、領域Ａを取り巻くように領域Ｂが設けられている。本実施例３は、実施例２と比較して領域Ａの半径が大きい点において異なっている。下記数値実施例には、各領域毎の半径、曲率、各レンズ面（光学面）間の間隔ｄ４、ｄ５を示しておく。
【０１３４】
数値実施例３
単位 ｍｍ
面データ
面番号 ｒ ｄ ｎｄ Ｖｄ Ｆ
1 3.0139 1.2800 1.72341 50.20 6.1743
2 7.6146 0.1923
3 -10.5848 0.2367 1.70448 30.10 -3.5085
4 3.2544 0.3997
5（２焦点） 10.7443 0.4438 1.81067 41.00 8.1189
6 -6.5817 0.2367
7（絞り） ∞ 7.7389
8（撮像面） ∞
２焦点レンズデータ（面番号５）
半径 曲率 ｄ４ ｄ５
領域Ａ 0.78 10.7443 0.3997 0.4438
領域Ｂ 1.2 11.0443 0.4005 0.4430
各種データ
焦点距離 9.9902
Ｆナンバー 3.5
深度特性（評価空間周波数：84[lp/mm]）
深度 対比較例[％] 換算Ｆナンバー
ＭＴＦ20％ 0.14 157 5.5
ＭＴＦ10％ 0.20 176 6.2 。
【０１３５】
図１１（ａ）は、比較例１と同様、評価空間周波数が８４（ｌｐ／ｍｍ）における軸上でのＭＴＦ特性を示したものである。
【０１３６】
このように図１１（ａ）に示される軸上でのＭＴＦ特性においても、デフォーカス量を０とする位置、すなわち、撮像素子が設置される位置、そしてその前後の所定距離範囲内において、略一定なＭＴＦを実現することがみてとれる。
【０１３７】
図１２は、この実施例３における球面収差特性を示した図であって、比較例１と同様、波長５４６．０７（ｎｍ）での球面収差特性が示されている。この球面収差特性は、プラス側、マイナス側にいくつかのピークを有するものとなっている。よって、実施例３においても、デフォーカス量０となる前後の位置においてＭＴＦは略一定となっている。
【０１３８】
次に、実施例４についての数値実施例、並びに各種特性を説明する。この実施例４は、図２における第３レンズＬ３の５面を３焦点レンズとすることで、撮像素子の設置位置およびその前後の所定距離において略一定なＭＴＦを実現している。各種数値の意味、各種設計条件は、比較例１、実施例１〜実施例３において説明したものと同様である。
【０１３９】
図１３は、第３レンズＬ３の５面に採用される３焦点レンズの正面図、並びに、光軸に沿ってとった断面図を示す。この図は複数焦点レンズを説明するため、模式的に示した図であって、その形状は実際の数値による形状とは異なったものとなっている。
【０１４０】
図１３に示されるように、この３焦点レンズは、その中央に領域Ａが設けられ、領域Ａを取り巻くように領域Ｂ、さらに領域Ｂを取り巻くように領域Ｃが設けられている。本実施例４では領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃは、それぞれが球面形状を有するとともに、各領域間は段差を有すること無く連続的に変化する形状となっている。下記数値実施例に、各領域毎の半径、曲率、各レンズ面（光学面）間の間隔ｄ４、ｄ５を示しておく。ここで、領域Ｂの面間隔ｄ４、ｄ５は、図１３に示すように、領域Ｂのレンズ面が形成する仮想面が光軸と交差する位置での面間隔（図中ｄ４'、ｄ５'）であり、また、領域Ｃの面間隔ｄ４、ｄ５は、領域Ｃのレンズ面が形成する仮想面が光軸と交差する位置での面間隔（図中ｄ４''、ｄ５''）である。
【０１４１】
数値実施例４
単位 ｍｍ
面データ
面番号 ｒ ｄ ｎｄ Ｖｄ Ｆ
1 3.0139 1.2800 1.72341 50.20 6.1743
2 7.6146 0.1923
3 -10.5848 0.2367 1.70448 30.10 -3.5085
4 3.2544 0.3997
5（３焦点） 10.7443 0.4438 1.81067 41.00 8.1189
6 -6.5817 0.2367
7（絞り） ∞ 7.7389
8（撮像面） ∞
３焦点レンズデータ（面番号５）
半径 曲率 ｄ４ ｄ５
領域Ａ 0.715 10.7443 0.3997 0.4438
領域Ｂ 1.105 11.0443 0.4003 0.4432
領域Ｃ 1.2 11.2943 0.4025 0.4410
各種データ
焦点距離 9.9902
Ｆナンバー 3.5
深度特性（評価空間周波数：84[lp/mm]）
深度 対比較例[％] 換算Ｆナンバー
ＭＴＦ20％ 0.17 184 6.5
ＭＴＦ10％ 0.22 195 6.8 。
【０１４２】
この３焦点レンズを用いた実施例４についてもそのＭＴＦ特性、並びに球面収差特性を示しておく。
【０１４３】
図１４は、この実施例４における軸上でのＭＴＦ特性を示した図であり、図１４（ａ）は、比較例１と同様、評価空間周波数が８４（ｌｐ／ｍｍ）における軸上でのＭＴＦ特性を示したものである。また、図１４（ｃ）は、評価空間周波数が異なる場合のＭＴＦ特性を示したものである。ここでは、図１４（ａ）と同じ８４（ｌｐ／ｍｍ）と、１００（ｌｐ／ｍｍ）、２つのＭＴＦ特性を併せて示している。
【０１４４】
このように図１４（ａ）に示される軸上でのＭＴＦ特性においても、デフォーカス量を０とする位置、すなわち、撮像素子が設置される位置、そしてその前後の所定距離範囲内において、略一定なＭＴＦが実現されている。また、図１４（ｃ）では、８４（ｌｐ／ｍｍ）のＭＴＦ特性においてコントラストが０とならない範囲で８４（ｌｐ／ｍｍ）のＭＴＦ特性とし、１００（ｌｐ／ｍｍ）のＭＴＦ特性が交差している。このような状態であれば、８４（ｌｐ／ｍｍ）のＭＴＦ特性が略一定であることが保証されているといえる。また、この実施例４では、１０％以下の位置で交差したものとなっており、８４（ｌｐ／ｍｍ）のＭＴＦ特性が略一定であることを更に裏付けている。
【０１４５】
図１５は、この実施例４における球面収差特性を示した図であって、比較例１と同様、波長５４６．０７（ｎｍ）での球面収差特性が示されている。この球面収差特性は、プラス側、マイナス側にいくつかのピークを有するものとなっている。よって、おり、実施例４においても、デフォーカス量０となる前後の位置においてＭＴＦは略一定となっている。
【０１４６】
次に、別の光学系を用いた実施例５について、その比較例２とともに説明を行う。図１６は、この比較例２で使用する光学系を展開して光軸に沿ってとった断面図である。
【０１４７】
この比較例２の光学系Ｏは、物体側から射出側に向かって配列された第１レンズＬ１、明るさ絞りＳ、第２レンズＬ２、第３レンズＬ３にて構成されている。図中、ｒ９で示される撮像面には、ＣＣＤなどの撮像素子が設置される。
【０１４８】
第１レンズＬ１は、物体側に凸面を向けた正メニスカス形状の単レンズであり、第２レンズＬ２は、物体側に凹面を向けた正メニスカス形状の単レンズであり、第３レンズＬ３は、正屈折力を有する両凸形状の単レンズである。また、実施例５との比較のため、明るさ絞りＳの前段に仮想面ｒ３を設けて設計を行うこととしている。
【０１４９】
また、本実施例では、撮像面に設置される撮像素子には、縦または横方向の最大画素数を３５３、画素ピッチを３．０（μｍ）のものを想定して設計を行っている。
【０１５０】
以下に上記比較例２の数値実施例を示す。各種数値の意味は、比較例１、実施例１〜４において説明したものと同様である。また、深度特性における評価空間周波数は１１１（ｌｐ／ｍｍ）としている。
【０１５１】
数値比較例２
単位 ｍｍ
面データ
面番号 ｒ ｄ ｎｄ Ｖｄ Ｆ
1* 1.0577 0.4200 1.59008 29.90 3.5608
2 1.8160 0.3820
3 ∞ 0.0500
4(絞り) ∞ 0.2020
5 -0.3626 0.4200 1.49380 57.40 4.1989
6* -0.4268 0.0380
7 1.1353 0.3530 1.69979 55.50 1.2981
8 -3.9640 0.6686
9（撮像面） ∞
非球面データ
第１面
K=0
A2=0.00E+00
A4=1.58E-01
A6=0.00E+00
A8=0.00E+00
A10=0.00E+00
第６面
K=0
A2=0.00E+00
A4=1.08E+00
A6=-5.63E+00
A8=7.40E+01
A10=0.00E+00
各種データ
焦点距離 0.9971
Ｆナンバー 2.8
深度特性（評価空間周波数：111[lp/mm]）
深度
ＭＴＦ20％ 0.06
ＭＴＦ10％ 0.07 。
【０１５２】
図１７は、この比較例２における評価空間周波数１１１（ｌｐ／ｍｍ）でのＭＴＦ特性を示した図であり、軸上でのデフォーカス量（単位：ミリメートル（ｍｍ））に対するＭＴＦ（単位：％）が示されている。この比較例１のＭＴＦ特性は、０（ｍｍ）付近に約６５％の尖鋭なピーク値を持つ形状となっている。
【０１５３】
図１８は、この比較例２における球面収差特性を示した図であり、ここでは、波長５４６．０７（ｎｍ）での球面収差特性が示されている。この図からは変動の少ない球面収差特性がみてとれる。
【０１５４】
次に、実施例５について数値実施例、並びに各種特性を以下に説明する。図１９に実施例５の光学系を展開して光軸に沿ってとった断面図を示す。この実施例５は、図１６における仮想面ｒ３と明るさ絞りＳ間に非球面板Ｃを挿入することで、撮像素子の設置位置およびその前後の所定距離において略一定なＭＴＦを実現するものである。各数値の意味、各種設定条件は、比較例２のものと同様である。
【０１５５】
数値実施例５
単位 ｍｍ
面データ
面番号 ｒ ｄ ｎｄ Ｖｄ Ｆ
1* 1.0577 0.4200 1.59008 29.90 3.5608
2 1.8160 0.3820
3* ∞ 0.0500 2.11986 36.80 11.0766
4(絞り) ∞ 0.2020
5 -0.3626 0.4200 1.49380 57.40 4.1989
6* -0.4268 0.0380
7 1.1353 0.3530 1.69979 55.50 1.2981
8 -3.9640 0.6222
9（撮像面） ∞
非球面データ
第１面
K=0
A2=0.00E+00
A4=1.58E-01
A6=0.00E+00
A8=0.00E+00
A10=0.00E+00
第３面
K=0
A2=4.01E-02
A4=-3.95E+00
A6=6.19E+02
A8=-7.92E-01
A10=-1.04E+06
第６面
K=0
A2=0.00E+00
A4=1.08E+00
A6=-5.63E+00
A8=7.40E+01
A10=0.00E+00
各種データ
焦点距離 0.9973
Ｆナンバー 2.8
深度特性（評価空間周波数：111[lp/mm]）
深度 対比較例[％] 換算Ｆナンバー
ＭＴＦ20％ 0.09 159 4.4
ＭＴＦ10％ 0.11 158 4.4 。
【０１５６】
図２０は、この実施例５におけるＭＴＦ特性を示した図であり、図２０（ａ）は、軸上でのＭＴＦ特性を示したものである。また、図２０（ｂ）は、軸外でのＭＴＦ特性を示したものである。ここでは、０．２５ｄと、０．３５ｄ（ただし、０．５ｄ：撮像面最大高）、２つの軸外におけるＭＴＦ特性が示されている。なお、図２０（ａ）、（ｂ）ともに評価空間周波数は、１１１（ｌｐ／ｍｍ）としている。
【０１５７】
このように図２０（ａ）に示される軸上でのＭＴＦ特性は、図１７の比較例２のＭＴＦ特性と比較してみると分かるように、デフォーカス量を０とする位置、すなわち、撮像素子が設置される位置、そしてその前後の所定距離範囲内において、低い値ではあるものの略一定なＭＴＦを実現するものである。
【０１５８】
また、図２０（ｂ）からは、軸上と同様、軸外においても略一定なＭＴＦ特性を有することがみてとれる。
【０１５９】
図２１は、この実施例５における球面収差特性を示した図であり、ここでは、波長５４６．０７（ｎｍ）での球面収差特性が示されている。この球面収差特性は、図１８の球面収差特性と比較して、大幅に変動する特性となっており、マイナス側に２つのピーク値をとって変動することがみてとれる。
【０１６０】
このように、球面収差特性を変動させることで、デフォーカス量０の位置付近において、略一定なＭＴＦを実現することが可能となる。
【０１６１】
以上、図２〜図１５を用いて実施例１〜実施例４、並びにその比較例１を、図１６〜図２１を用いて実施例５、並びにその比較例２について説明を行ったが、このような実施例１から実施例５の光学系によれば、デフォーカス量が０となる位置、すなわち、撮像素子の設置位置およびその前後の所定距離において略一定なＭＴＦを実現している。このような光学系を介して画像を得た場合、得られた画像に対して画像回復処理を施すことで、十分な解像を持った画像を得る事ができる。また、焦点深度の広い画像を実現することが可能となる。
【０１６２】
なお、略一定なＭＴＦを実現するため、比較例１に対し、実施例１では非球面形状を、実施例２、実施例３では２焦点レンズを、実施例４では３焦点レンズを設けた点が、また、比較例２に対し実施例５では非球面板を設けた点が異なっている。なお、略一定なＭＴＦを実現するための波面制御素子としては、このようなレンズの非球面形状、複数焦点レンズ、非球面板だけでなく、位相板を用いても良い。更に、複数の波面制御素子にて略一定なＭＴＦを実現することとしても構わない。実施例２〜実施例４では複数焦点レンズの各々の領域を球面形状としたが、何れかの領域を非球面形状としてもよい。また、波面制御素子の材質に複屈折結晶を採用することで略一定なＭＴＦを実現してもよい。
【０１６３】
また、これら略一定なＭＴＦを実現するための波面制御素子を着脱可能としても良い。このようにすることで、尖鋭なＭＴＦ特性を有する通常の光学系（比較例１、比較例２）として用いることができるようにしてもよい。例えば、実施例１〜実施例４では、第３レンズＬ３を交換することで比較例１の光学系に変更することができ、実施例５では、非球面板Ｃを取り除くことで比較例２の光学系に変更することが可能となる。
【０１６４】
上記実施例１〜実施例５について、各条件式（１）〜条件式（５）の値を下記に示しておく。なお、これらは、ａ＝２０における値である。また、実施例１、実施例５については０．２５ｄと、０．３５ｄ（ただし、０．５ｄ：撮像面最大高）、２つの軸外における軸外データを示しておく。
【０１６５】
実施例１ 実施例２ 実施例３ 実施例４ 実施例５
条件式（１） 0.023 0.023 0.020 0.024 0.017
条件式（２） 0.027 0.027 0.024 0.025 0.003
条件式（３） 84 84 84 84 111
条件式（４） 84 84 84 84 111
条件式（５） 0.021 0.021 0.021 0.021 0.314
。
【０１６６】
軸外データ
-------- 実施例１ -------- -------- 実施例５ --------
(0.25d) (0.35d) (0.25d) (0.35d)
条件式（１） 0.006 0.006 0.015 0.015
条件式（２） 0.035 0.033 0.004 0.004
条件式（３） 84 84 111 111
条件式（４） 84 84 111 111
条件式（５） 0.021 0.021 0.314 0.314
。
【０１６７】
では、次に図２２〜図２４を用い、本実施形態で用いる撮像装置および撮像システムについて説明を行う。図２２は、本実施形態の撮像装置の構成を示した概略図である。この撮像装置１０は、光学系１１と、撮像素子１２と、画像処理手段１４と、制御手段１３により構成されている。なお、本実施形態では、画像処理手段１４により画像回復処理３０を実行することとしているが、この画像回復処理３０は撮像装置１０の外部で行うこととしてもよい。
【０１６８】
この撮像装置１０において、光学系１１は、これまで説明してきた撮像素子１２の設置位置およびその前後の所定距離において略一定なＭＴＦを有するものである。被写体から発せられた光は、この光学系１１により集光され、この集光位置に被写体の像が結像される。そして、この集光位置には、ＣＣＤ等の撮像素子１２が配置されている。撮像素子１２は、規則正しく配列された光電変換素子（画素）の集まりにて形成されている。
【０１６９】
撮像素子１２に入射した光束は、この撮像素子１２の光電変換素子により電気信号（画像信号）に変換される。この電気信号は画像処理手段１４に入力され、画像処理手段１４にて現像処理、ガンマー補正、画像圧縮処理、画像回復処理３０等、各種信号処理が施される。信号処理が施された電気信号は、図示しない撮像装置１０内の内蔵メモリーや各種インターフェイスを介し、外部メモリーあるいは外部装置に出力される。
【０１７０】
制御手段１３は、光学系１１、撮像素子１２、画像処理手段１４を統括して制御する手段である。この制御手段１３は、ＣＰＵ、ＲＯＭやＲＡＭなどの記憶手段、記憶手段に記憶された各種プログラムによって構成されている。この制御手段１３は、画像処理手段１４と兼用することとしてもよい。
【０１７１】
画像回復処理３０では、光学系１１の結像特性に基づいた処理を行う。この場合、制御手段１３は、光学系１１の結像特性に関する情報を取得して画像回復処理３０に引き渡す。このような構成に拠れば、交換可能な光学系１１を有する撮像装置１０においても光学系１１に応じた画像回復処理３０を実行することができる。光学系１１の結像特性としては、絞り値、焦点距離など結像特性を実際に示す情報に限らず、製品番号など光学系１１の識別情報を用い、制御手段１３にて識別情報に対応する実際の結像特性に変換することとしてもよい。
【０１７２】
では、次に本実施形態の撮像装置における画像回復処理について説明する。なお、以下の説明では、画像回復処理の対象となる画像（撮像素子で得た画像）を、観測画像と称する。画像回復処理では各種の処理（変換）を利用することができるが、利用可能な画像回復処理を大別すると以下の３つに分類することができる。
（１）光学系１１の結像特性を利用するとともに、観測画像の位置に応じた処理が行われ
る画像回復処理。
（２）光学系１１の結像特性を利用するとともに、観測画像全体に対し一定の処理が行われる画像回復処理。
（３）光学系１１の結像特性を利用することなく、観測画像全体に対し一定の処理が行われる画像回復処理。
【０１７３】
（１）の画像回復処理は、観測画像の各画素について異なる処理、いわゆるスペースバリアントな処理が施される画像処理である。この画像処理は、本実施形態の光学系１１で撮像した画像に対し、きわめて効果的な画像回復ができる。すなわち、撮像素子１２が設置される位置、および、その近傍におけるＭＴＦを略均等に上昇させ、撮像素子１２が設置される位置、および、その近傍において高いＭＴＦを復元することができる。この画像回復処理の詳細については後述する。なお、画素ごとに処理を異ならせるのではなく、画素群ごとに処理を異ならせても良い。
【０１７４】
（２）、（３）の画像回復処理は、観測画像の各画素について同じ処理、いわゆるスペースインバリアントな処理が施される画像処理である。（２）のような画像回復処理としては、観測画像に対し、光学系１１の結像特性に対応した劣化関数の逆関数にてフィルタリングすることで、効果的な画像回復を行うことができる。
【０１７５】
また（３）の画像回復処理としては、所定の帯域を持ち上げる帯域強調や、観測画像から抽出したエッジ情報を加算するエッジ強調などがあり、これらの画像回復処理に拠れば、光学系１１の結像特性を用いることなく簡易に画像回復を行うことが可能となる。これら（２）、（３）の画像回復処理は、空間上で行う処理であっても、フーリエ変換などを用いて周波数軸上で行われる処理であってもよい。
【０１７６】
では、（１）の画像回復処理について詳細な説明を以下に行う。
【０１７７】
奥行きが連続的に変化する被写体を撮影すると、手前側から奥側にかけてボケ方が異なる観測画像が得られる。被写体の中心部にピントが合っているとすると、撮影で得られた被写体の観測画像のボケ量は、大→小→大と連続性を持って変化することとなる。このような場合を、観測画像の各画素のボケ方が観測画像の座標位置に応じて変動する状態、いわゆるスペースバリアントな状態と定義することができる。
【０１７８】
まず、回復画像をｆ（ｘ、ｙ）、観測画像をｇ（ｘ、ｙ）、劣化関数をｈ（ｘ、ｙ、α、β）と定義すると、ｆ（ｘ、ｙ）、ｇ（ｘ、ｙ）のｘ、ｙ周りでのｍ、ｎ次微分、ｈ（ｘ、ｙ、α、β）のｉ，ｋ次モーメントは、それぞれ（数１）内に示す式で定義することができる。ただし、劣化関数ｈ（ｘ、ｙ、α、β）は、観測画像ｇ（ｘ、ｙ）の画素位置、及び、光学系の結像特性を示すＰＳＦ（α、β）によって変化するボケ量を示す関数である。
【０１７９】
【数１】
次に観測画像ｇ、回復画像ｆ、劣化関数ｈの関係をモデル化すると（数２）のようにｇ
は、ｈとｆの畳み込み積分で表すことができる。
【０１８０】
【数２】
この（数２）において、右辺のｈ、ｆをそれぞれテーラー展開（ｈ：Ｎ次打ち切り、ｆ：Ｍ次打ち切り）にて展開すると、
【０１８１】
【数３】
（数３）を（数２）に代入し、ｈ、ｆの積より導かれる各項毎の積分で表すと、各積分の項は、数１にて定義したｈのモーメントに置き換えることが可能となり、（数４）を導くことができる。
【０１８２】
【数４】
この（数４）の両辺をｘ、ｙに関して微分し、ｆ、ｈの微分係数＞Ｎ、Ｍの場合には、各微分係数を０とし、これをｇ(p,q)＝ｆ(p,q)となるまでｘ、ｙについてｐ、ｑ回繰り返し、逆算して（数４）のｆの微分値に代入していく。このような手順により（数４）に残るｆの関数は０次の微分の項のみとなり、回復画像ｆは、下記に示すように観測画像ｇと劣化関数ｈの積和演算により表すことができる。
【０１８３】
ｆ（ｘ,ｙ）＝ｇ（ｘ,ｙ）＋ａ1（ｘ,ｙ）・ｇ'（ｘ,ｙ）＋ … ＋ａn（ｘ,ｙ）・ｇ(n)（ｘ,ｙ）
ただし、
ｆ：回復画像、ｇ：観測画像、ａ1、ａ2、…ａn：劣化パラメータ
ｇ(n)：観測画像に対するｎ次微分。
【０１８４】
ここで劣化パラメータは、劣化関数ｈによって定まるパラメータであり、観測画像ｇ（ｘ、ｙ）の画素位置、及び、光学系の結像特性によって変化するパラメータである。
【０１８５】
本実施形態では、光学系１１の結像特性を利用するとともに、観測画像の位置に応じた変換が行われる（１）の画像回復処理を、観測画像に施している。すなわち、被写体を、撮像素子の設置位置およびその前後の所定距離において略一定なＭＴＦを有する光学系で撮像した場合、撮像で得られた観測画像に（１）の画像処理を施すことで、（２）、（３）の画像回復処理と比べて、更に効果的に画像解像を回復する（十分に解像された画像にする）ことができる。
【０１８６】
では、この画像回復処理３０の処理の一例について図２３を参照しつつ説明を行う。図２３は、画像回復処理３０のブロック図を示したものであり、本実施形態では、入力信号微分手段３１、劣化パラメータ読み出し手段３２、劣化パラメータルックアップテーブル３３、乗加算手段３４より構成されている。
【０１８７】
入力信号微分手段３１は、観測画像ｇを微分する手段であり、ここでは１次微分を実行するソーベルフィルタ、２次微分を実行するラプラシアンフィルタ、２つのフィルタを用いている。
【０１８８】
劣化パラメータルックアップテーブル３３には、観測画像ｇの画素位置（ｘ、ｙ）、及び、光学系１１の光学特性に応じた劣化パラメータａ1、ａ2、…ａnが予め記憶されてい
る。このように、本実施形態では、光学系１１の設計値に基づくルックアップテーブルを予め用意しておくことで、演算時間を短縮することができる。なお、ソーベルフィルタとラプラシアンフィルタを用いた場合は、劣化パラメータルックアップテーブル３３から読み出す係数はａ1、ａ2までになるので、ａ3〜ａnは使わなくても良い。
【０１８９】
劣化パラメータの取得は、このようなルックアップテーブル３３を用意することに代え、光学特性からリアルタイム演算により算出したり、光学特性に沿った近似式を予め複数用意したりしておき、選択的に利用して演算することとしてもよい。
【０１９０】
劣化パラメータ読み出し手段３２は、この劣化パラメータルックアップテーブル３３から、画素の位置（ｘ、ｙ）に応じた値を読み出して、乗加算手段３４に出力する。
【０１９１】
乗加算手段３４は、入力信号微分手段３１から出力される信号と読み出された劣化パラメータを乗加算するとともに、観測画像ｇを加算して回復画像ｆの出力を行う。
【０１９２】
図２４は、画像回復処理を外部装置にて行う場合の撮像装置１０の構成、並びに、当該撮像装置１０と外部装置２０からなる撮像システムの構成を示した概略図である。本実施形態は、画像回復処理３０を外部装置２０にて行う構成としている。
【０１９３】
撮像装置１０は、光学系１１、撮像素子１２、第１画像処理手段１４、第１制御手段１３を備え、それぞれの構成は、図２２で説明した撮像装置で同符号を有する構成と同様である。また本実施形態では、第１通信手段１５が設けられている。この第１通信手段１５は、撮像装置１０で撮像した画像（観測画像）を外部装置２０に送信するための第１通信手段１５が設けられている。外部装置２０にて実行される画像回復処理３０において、光学系１１の結像特性が必要とされる場合は、この結像特性を観測画像に対応付くようにして送信することとしてもよい。
【０１９４】
一方、外部装置２０は、第２通信手段２１、画像回復処理３０を実行可能とする第２画像処理手段２２、第２制御手段２３が設けられている。第２通信手段２１は、第１通信手段１５から送信された画像を受信するための手段である。これら第１通信手段１５、第２通信手段は有線、無線を問わず各種方式のものを採用することができる。
【０１９５】
第２画像処理手段２２では、第２通信手段２１を介して受信した観測画像、あるいは、観測画像と結像特性により画像回復処理３０が実行される。画像回復処理３０が施された画像は、図示しない内部メモリーや、各種インターフェイスを介し、外部メモリーあるいは他の外部装置に出力される。なお、この第２画像処理手段２２では、画像回復処理３０のみだけでなく他の各種画像処理を行うこととしてもよい。
【０１９６】
このように、外部装置２０にて画像回復処理３０を実行することで、撮像装置１０内で
の処理負担を軽減することが可能となる。なお、本実施形態では観測画像など各種情報のやりとりを通信手段１５、２１にて行うこととしたが、各種情報のやりとりは撮像装置１０、外部装置２０に装着可能な外部メモリーを介して行うものであってもよい。
【０１９７】
以上、本発明における撮像装置、並びに撮像システムについて説明したが、これら本発明における撮像装置、撮像システムとしては、一般的なデジタルカメラ（ＯＶＦ、ＥＶＦ問わず）のみならず、医療分野などで利用される被検体内部に挿入して観察を行う内視鏡や、被検体となる患者が飲み込むことで体内の観察を行うカプセル内視鏡、あるいは、顕微鏡など各種光学装置に用いることができる。
【０１９８】
以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態のみに限られるものではなく、それぞれの実施形態の構成を適宜組み合わせて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。
【符号の説明】
【０１９９】
Ｌ１…第１レンズ
Ｌ２…第２レンズ
Ｌ３…第３レンズ
Ｓ…明るさ絞り
Ｃ…非球面板
１０…撮像装置
１１…光学系
１２…撮像素子
１３…（第１）制御手段
１４…（第１）画像処理手段
１５…第１通信手段
２０…外部装置
２１…第２通信手段
２２…第２画像処理手段
２３…第２制御手段
３０…画像回復処理
３１…入力信号微分手段
３２…劣化パラメータ読み出し手段
３３…劣化パラメータＬＵＴ
３４…乗加算手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子に被写体の像を結像するとともに、前記撮像素子で得た画像に対し画像回復処理が実行される光学装置において、
以下の条件式（１）を満足するＭＴＦを有することを特徴とする
光学装置。
０．００１＜Ｌ×ＮＡ＜０．５、 ５＜ａ＜３０ …（１）
ただし、
Ｌ：ＭＴＦがａ％におけるＭＴＦ幅、
ＮＡ：光学装置の開口数、
である。
【請求項２】
前記ＭＴＦは、以下の条件式（２）を満足することを特徴とする
請求項１に記載の光学装置。
０．００１＜Ｌｃ×ＮＡ＜０．５、 ５＜ａ＜３０ …（２）
ただし、
Ｌｃ：ＭＴＦの半値幅
である。
【請求項３】
撮像素子と、
前記撮像素子に被写体の像を結像する光学系と、
前記撮像素子が出力する観測画像に対して画像処理を実行する画像処理手段を有し、
前記光学系は、以下の条件式（１）を満足するＭＴＦを有することを特徴とする
撮像装置。
０．００１＜Ｌ×ＮＡ＜０．５、 ５＜ａ＜３０ …（１）
ただし、
Ｌ：ＭＴＦがａ％におけるＭＴＦ幅、
ＮＡ：光学系の開口数、
である。
【請求項４】
前記ＭＴＦは、以下の条件式（２）を満足することを特徴とする
請求項３に記載の撮像装置。
０．００１＜Ｌｃ×ＮＡ＜０．５、 ５＜ａ＜３０ …（２）
ただし、
Ｌｃ：ＭＴＦの半値幅
である。
【請求項５】
前記ＭＴＦは、条件式（３）を満足する空間周波数を有することを特徴とする
請求項３または請求項４に記載の撮像装置。
ν＝１／（２×Ｐ×Ａ）、１＜Ａ＜２０ …（３）
ただし、
ν：空間周波数、
Ｐ：撮像素子の画素ピッチ、
である。
【請求項６】
前記ＭＴＦは、条件式（４）を満足する空間周波数を有することを特徴とする
請求項３または請求項４に記載の撮像装置。
ν＝１／（２×Ｐ×Ａ）、２＜Ａ＜８ …（４）
ただし、
ν：空間周波数、
Ｐ：撮像素子の画素ピッチ、
である。
【請求項７】
前記ＭＴＦは、条件式（５）を満足する空間周波数を有することを特徴とする
請求項３から請求項６の何れか１項に記載の撮像装置。
０．００１＜ν／Ｎ＜３ …（５）
ただし、
ν：空間周波数、
Ｎ：撮像素子一辺の画素数、
である。
【請求項８】
前記ＭＴＦは、開放Ｆナンバーにおいて、前記各条件式を満足することを特徴とする
請求項３から請求項７の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記ＭＴＦは、コントラストが０にならない範囲で他の空間周波数のＭＴＦと交差することを特徴とする
請求項３から請求項８の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記ＭＴＦは、他の空間周波数のＭＴＦと１０％以下の位置で交差することを特徴とする
請求項９に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記光学系の球面収差特性は、ピーク値を有することを特徴とする
請求項３から請求項１０の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記光学系の球面収差特性は、２つ以上のピーク値を有することを特徴とする
請求項１１に記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記球面収差特性のピーク値は、プラス側とマイナス側に位置することを特徴とする
請求項１２に記載の撮像装置。
【請求項１４】
前記光学系は、前記ＭＴＦを実現するための波面制御素子を備えることを特徴とする
請求項３から請求項１３の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項１５】
前記ＭＴＦを実現するための波面制御素子は、非球面を有することを特徴とする
請求項１４に記載の撮像装置。
【請求項１６】
前記ＭＴＦを実現するための波面制御素子は、位相板であることを特徴とする
請求項１４に記載の撮像装置。
【請求項１７】
前記ＭＴＦを実現するための波面制御素子は、１面に複数の曲率を有するレンズであることを特徴とする
請求項１４に記載の撮像装置。
【請求項１８】
前記ＭＴＦを実現するための波面制御素子は、中心と周辺で異なる曲率を有するレンズであることを特徴とする
請求項１７に記載の撮像装置。
【請求項１９】
前記ＭＴＦを実現するための波面制御素子は、１面に３つの曲率を有するレンズであることを特徴とする
請求項１７または請求項１８の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項２０】
前記ＭＴＦを実現するための波面制御素子は、その材質に複屈折結晶が用いられることを特徴とする
請求項１４から請求項１９の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項２１】
前記ＭＴＦを実現するための波面制御素子は、着脱可能とすることを特徴とする
請求項１４から請求項２０の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項２２】
前記画像処理手段において実行される画像処理は、前記撮像素子で得られた画像に対する画像回復処理を含むことを特徴とする
請求項３から請求項２１の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項２３】
前記画像回復処理は、前記光学系の結像特性を用いることを特徴とする
請求項２２に記載の撮像装置。
【請求項２４】
前記画像回復処理は、回復画像が下記微分方程式で表される処理を実行することを特徴とする
請求項２３に記載の撮像装置。
ｆ（ｘ,ｙ）＝ｇ（ｘ,ｙ）＋ａ1（ｘ,ｙ）・ｇ'（ｘ,ｙ）＋ …
… ＋ａn（ｘ,ｙ）・ｇ(n)（ｘ,ｙ）
ただし、
ｆ：回復画像、ｇ：観測画像、ａ1、ａ2、…ａn：劣化パラメータ
ｇ(n)：観測画像に対するｎ次微分
【請求項２５】
請求項３から請求項２４の何れか１項に記載の撮像装置と、
前記撮像素子で得られた画像に対して画像回復処理を実行する外部装置とを有することを特徴とする
撮像システム。
【請求項２６】
前記画像回復処理は、前記光学系の結像特性を用いることを特徴とする
請求項２５に記載の撮像システム。
【請求項２７】
前記画像回復処理は、回復画像が下記微分方程式で表される処理を実行することを特徴とする
請求項２５または請求項２６に記載の撮像システム。
ｆ（ｘ,ｙ）＝ｇ（ｘ,ｙ）＋ａ1（ｘ,ｙ）・ｇ'（ｘ,ｙ）＋ …
… ＋ａn（ｘ,ｙ）・ｇ(n)（ｘ,ｙ）
ただし、
ｆ：回復画像、ｇ：観測画像、ａ1、ａ2、…ａn：劣化パラメータ
ｇ(n)：観測画像に対するｎ次微分
【請求項２８】
前記撮像装置と前記外部装置はそれぞれ通信手段を備え、
前記撮像素子で得られた画像を、前記通信手段を介して前記外部装置に送信することを特徴とする
請求項２５から請求項２７の何れか１項に記載の撮像システム。
【請求項１】
撮像素子に被写体の像を結像するとともに、前記撮像素子で得た画像に対し画像回復処理が実行される光学装置において、
以下の条件式（１）を満足するＭＴＦを有することを特徴とする
光学装置。
０．００１＜Ｌ×ＮＡ＜０．５、 ５＜ａ＜３０ …（１）
ただし、
Ｌ：ＭＴＦがａ％におけるＭＴＦ幅、
ＮＡ：光学装置の開口数、
である。
【請求項２】
前記ＭＴＦは、以下の条件式（２）を満足することを特徴とする
請求項１に記載の光学装置。
０．００１＜Ｌｃ×ＮＡ＜０．５、 ５＜ａ＜３０ …（２）
ただし、
Ｌｃ：ＭＴＦの半値幅
である。
【請求項３】
撮像素子と、
前記撮像素子に被写体の像を結像する光学系と、
前記撮像素子が出力する観測画像に対して画像処理を実行する画像処理手段を有し、
前記光学系は、以下の条件式（１）を満足するＭＴＦを有することを特徴とする
撮像装置。
０．００１＜Ｌ×ＮＡ＜０．５、 ５＜ａ＜３０ …（１）
ただし、
Ｌ：ＭＴＦがａ％におけるＭＴＦ幅、
ＮＡ：光学系の開口数、
である。
【請求項４】
前記ＭＴＦは、以下の条件式（２）を満足することを特徴とする
請求項３に記載の撮像装置。
０．００１＜Ｌｃ×ＮＡ＜０．５、 ５＜ａ＜３０ …（２）
ただし、
Ｌｃ：ＭＴＦの半値幅
である。
【請求項５】
前記ＭＴＦは、条件式（３）を満足する空間周波数を有することを特徴とする
請求項３または請求項４に記載の撮像装置。
ν＝１／（２×Ｐ×Ａ）、１＜Ａ＜２０ …（３）
ただし、
ν：空間周波数、
Ｐ：撮像素子の画素ピッチ、
である。
【請求項６】
前記ＭＴＦは、条件式（４）を満足する空間周波数を有することを特徴とする
請求項３または請求項４に記載の撮像装置。
ν＝１／（２×Ｐ×Ａ）、２＜Ａ＜８ …（４）
ただし、
ν：空間周波数、
Ｐ：撮像素子の画素ピッチ、
である。
【請求項７】
前記ＭＴＦは、条件式（５）を満足する空間周波数を有することを特徴とする
請求項３から請求項６の何れか１項に記載の撮像装置。
０．００１＜ν／Ｎ＜３ …（５）
ただし、
ν：空間周波数、
Ｎ：撮像素子一辺の画素数、
である。
【請求項８】
前記ＭＴＦは、開放Ｆナンバーにおいて、前記各条件式を満足することを特徴とする
請求項３から請求項７の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記ＭＴＦは、コントラストが０にならない範囲で他の空間周波数のＭＴＦと交差することを特徴とする
請求項３から請求項８の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記ＭＴＦは、他の空間周波数のＭＴＦと１０％以下の位置で交差することを特徴とする
請求項９に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記光学系の球面収差特性は、ピーク値を有することを特徴とする
請求項３から請求項１０の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記光学系の球面収差特性は、２つ以上のピーク値を有することを特徴とする
請求項１１に記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記球面収差特性のピーク値は、プラス側とマイナス側に位置することを特徴とする
請求項１２に記載の撮像装置。
【請求項１４】
前記光学系は、前記ＭＴＦを実現するための波面制御素子を備えることを特徴とする
請求項３から請求項１３の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項１５】
前記ＭＴＦを実現するための波面制御素子は、非球面を有することを特徴とする
請求項１４に記載の撮像装置。
【請求項１６】
前記ＭＴＦを実現するための波面制御素子は、位相板であることを特徴とする
請求項１４に記載の撮像装置。
【請求項１７】
前記ＭＴＦを実現するための波面制御素子は、１面に複数の曲率を有するレンズであることを特徴とする
請求項１４に記載の撮像装置。
【請求項１８】
前記ＭＴＦを実現するための波面制御素子は、中心と周辺で異なる曲率を有するレンズであることを特徴とする
請求項１７に記載の撮像装置。
【請求項１９】
前記ＭＴＦを実現するための波面制御素子は、１面に３つの曲率を有するレンズであることを特徴とする
請求項１７または請求項１８の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項２０】
前記ＭＴＦを実現するための波面制御素子は、その材質に複屈折結晶が用いられることを特徴とする
請求項１４から請求項１９の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項２１】
前記ＭＴＦを実現するための波面制御素子は、着脱可能とすることを特徴とする
請求項１４から請求項２０の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項２２】
前記画像処理手段において実行される画像処理は、前記撮像素子で得られた画像に対する画像回復処理を含むことを特徴とする
請求項３から請求項２１の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項２３】
前記画像回復処理は、前記光学系の結像特性を用いることを特徴とする
請求項２２に記載の撮像装置。
【請求項２４】
前記画像回復処理は、回復画像が下記微分方程式で表される処理を実行することを特徴とする
請求項２３に記載の撮像装置。
ｆ（ｘ,ｙ）＝ｇ（ｘ,ｙ）＋ａ1（ｘ,ｙ）・ｇ'（ｘ,ｙ）＋ …
… ＋ａn（ｘ,ｙ）・ｇ(n)（ｘ,ｙ）
ただし、
ｆ：回復画像、ｇ：観測画像、ａ1、ａ2、…ａn：劣化パラメータ
ｇ(n)：観測画像に対するｎ次微分
【請求項２５】
請求項３から請求項２４の何れか１項に記載の撮像装置と、
前記撮像素子で得られた画像に対して画像回復処理を実行する外部装置とを有することを特徴とする
撮像システム。
【請求項２６】
前記画像回復処理は、前記光学系の結像特性を用いることを特徴とする
請求項２５に記載の撮像システム。
【請求項２７】
前記画像回復処理は、回復画像が下記微分方程式で表される処理を実行することを特徴とする
請求項２５または請求項２６に記載の撮像システム。
ｆ（ｘ,ｙ）＝ｇ（ｘ,ｙ）＋ａ1（ｘ,ｙ）・ｇ'（ｘ,ｙ）＋ …
… ＋ａn（ｘ,ｙ）・ｇ(n)（ｘ,ｙ）
ただし、
ｆ：回復画像、ｇ：観測画像、ａ1、ａ2、…ａn：劣化パラメータ
ｇ(n)：観測画像に対するｎ次微分
【請求項２８】
前記撮像装置と前記外部装置はそれぞれ通信手段を備え、
前記撮像素子で得られた画像を、前記通信手段を介して前記外部装置に送信することを特徴とする
請求項２５から請求項２７の何れか１項に記載の撮像システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公開番号】特開２０１１−５３４１８（Ｐ２０１１−５３４１８Ａ）
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０１６８９（Ｐ２００９−２０１６８９）
【出願日】平成２１年９月１日（２００９．９．１）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１日（２００９．９．１）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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