多焦点レンズおよび撮像システム
【課題】 撮影対象となる被写体までの距離が異なっても、ピントのぼけ方の状態が略同じになり、被写体までの距離にかかわらず画像改質処理を同じデータを使った処理で実現することができる多焦点レンズおよび撮像システムを提供すること。
【解決手段】 複数の焦点距離を持つ多焦点レンズ（例えば２つの焦点距離を持つ多焦点レンズ５２１）を構成するにあたり、第１の焦点距離を持つ複数の第１のレンズ部から、第Ｎ（Ｎは２以上の整数）の焦点距離を持つ複数の第Ｎのレンズ部までのそれぞれ焦点距離の異なる各レンズ部を一体化した。この際、例えば円形状や楕円形状の第１のレンズ部を中心として第１〜第Ｎのレンズ部を同心状に複数回繰り返して配置した。なお、各レンズ部は、回折レンズにより形成してもよい。
【解決手段】 複数の焦点距離を持つ多焦点レンズ（例えば２つの焦点距離を持つ多焦点レンズ５２１）を構成するにあたり、第１の焦点距離を持つ複数の第１のレンズ部から、第Ｎ（Ｎは２以上の整数）の焦点距離を持つ複数の第Ｎのレンズ部までのそれぞれ焦点距離の異なる各レンズ部を一体化した。この際、例えば円形状や楕円形状の第１のレンズ部を中心として第１〜第Ｎのレンズ部を同心状に複数回繰り返して配置した。なお、各レンズ部は、回折レンズにより形成してもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の焦点距離を持つ多焦点レンズおよび撮像システムに係り、例えば、所望の静止画像や動画像を撮影することができるとともに、デジタルコード等の近接静止画像を読み取り、そのデジタルコードの認識処理および認識したデジタルコードの情報に基づく各種処理を行うことができる情報端末装置等に装着する光学レンズおよび撮像システムとして利用できる。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電荷結合素子（ＣＣＤ：Charge Coupled Device）等の画像入力機能を持った情報端末装置においては、例えば、使用者自身の映像や風景の映像等の所望の映像を撮影する機能を有するとともに、バーコードや虹彩や文字等の近接静止画像を読み取る機能を有することが、極めて有用であることが多い。例えば、バーコードであれば、メールアドレス、ホームページアドレス、電話番号、ＦＡＸ番号、会社名、所属、役職名等の多くの情報を表すことができるので、これらのバーコードを上記の所望の映像や画像と組み合わせて使用することにより、極めて有用なコミュニケーションを実現することができる。
【０００３】
従来より、上記のようなバーコードの読み取りは、専用の読取り用スキャナを用いて行われていた。また、パーソナル・コンピュータ等の画像入力機器を用いてバーコードを読み取るようにした例もあるが、この場合は、例えば、被写界深度の近点（例えば０．３ｍ程度）から無限遠までの標準的な距離にある使用者や風景等の通常の被写体の撮影に用いる標準撮影用レンズを用いて、近接被写体であるバーコードの読み取りも行っていた。
【０００４】
しかし、上記のような専用の読取り用スキャナを用いてバーコードを読み取る方法については、操作が複雑で、手間がかかり面倒であるため、実用上、不便であった。また、使用者や風景等の通常の被写体の撮影を行うための標準撮影用レンズを用いてバーコードの読み取りを行うと、解像度が不十分であるため、特に、２次元バーコード等の複雑な情報を読み取って認識することは困難であった。
【０００５】
このような問題に対処するために、本願発明者は、被写界深度の近点から無限遠までの標準的な距離にある通常の被写体を撮影するための標準撮影用レンズと、標準的な距離にある通常の被写体よりも近い距離に配置された近接被写体を撮影するための近接撮影用レンズとを備え、これらの両レンズを取り付けた円盤を回転させるか、あるいはこれらのレンズをスライドさせることにより、これらの互いに異なる焦点距離を持つレンズを切り替えて用いるようにした携帯型情報端末装置を提案した（特許文献１参照）。この携帯型情報端末装置では、使用者や風景等の通常の被写体を撮影する際には、標準撮影用レンズを用いて結像させ、バーコード等の近接被写体を撮影する際には、近接撮影用レンズを用いて結像させることができるので、上述したような従来技術による問題点が解消され、使用者自身や風景等の通常の被写体の撮影のみならず、バーコード等の近接被写体の撮影も、容易かつ高い精度で行うことが可能となった。
【０００６】
一方、従来より、焦点距離の異なる二つのレンズ部を備えた二焦点レンズが遠近両用コンタクトレンズとして用いられている。このような二焦点レンズにより構成されるコンタクトレンズを人間が装着した場合には、二つのレンズ部により形成されるピントの合った画像と、ピントの合わない画像（いわゆるピンぼけ画像）とを、人間が無意識のうちに選択し、ピントの合った画像のみを見るようにしていると考えられる。
【０００７】
ところで、このような二焦点レンズを、例えば携帯電話機や携帯情報端末（ＰＤＡ）等の情報端末装置に設ければ、被写界深度の近点（例えば０．３ｍ程度）から無限遠までの標準的な距離にある通常の被写体（例えば、人物や風景等）を、長い焦点距離を有する長焦点レンズ部（本願明細書では、遠レンズ部ということもある。）により撮影し、一方、それよりも近い距離に配置された近接被写体（例えば、２次元バーコードや虹彩や文字等）を、短い焦点距離を有する短焦点レンズ部（本願明細書では、近レンズ部ということもある。）により撮像することにより、それぞれ高い解像度の画像を得ることができる。そして、このような二焦点レンズを備えた情報端末装置は、本願発明者により既に提案されている（特許文献２参照）。
【０００８】
しかし、このような長焦点レンズ部および短焦点レンズ部からなる二焦点レンズを備えた情報端末装置では、例えば液晶シャッタ等の光学シャッタを二焦点レンズと撮像素子との間に設けることにより長焦点レンズ部と短焦点レンズ部とを切替可能な構成とした場合等には、コントラストの高い画像を得ることができるものの、そのようなレンズ部の切替を行わない場合には、二つの各レンズ部により形成されるピントの合った画像とピントの合わない画像とが重なってしまうため、鮮明な画像を得ることが困難であるという問題がある。
【０００９】
この際、前述したように二焦点レンズを使用した遠近両用コンタクトレンズを人間が装着した場合には、ピントの合った画像とピントの合わない画像とを人間が無意識のうちに選択し、ピントの合った画像のみを見るようにしていると考えられるが、このような人間の脳内における画像の選択処理と類似の処理を、通常の携帯電話機や携帯情報端末等の携帯型の情報端末装置に搭載されている程度の性能を有する中央演算処理装置（ＣＰＵ）により短時間で実行できれば、情報端末装置の使い勝手や性能の向上を図ることができ、しかも低コストで実現できるので便利である。
【００１０】
そこで、本願発明者により、二焦点レンズで撮像された画像の質を短時間の処理で改善することができ、ピント合わせ機構を用いることなく、標準的な距離にある通常の被写体およびこれよりも近距離にある近接被写体のいずれもについても鮮明な画像を得ることができる画像改質処理装置が提案されている（特許文献３参照）。この画像改質処理装置では、畳み込み演算行列を用いることにより、二焦点レンズを構成する一方のレンズ部により形成されるピントの合った画像と、他方のレンズ部により形成されるピントのぼけた画像とが重なった画像から、ピントの合った画像を求めることができる。
【００１１】
また、本願発明者は、二焦点レンズによる撮影を行った場合に、撮像素子の全ての画素で完全に同じ形状のぼけが発生するのではなく、各画素で異なる形状のぼけが発生することを考慮し、より画像改質効果を高めた画像改質処理装置も提案している（特許文献４参照）。
【００１２】
【特許文献１】特開２００２−２７０４７号公報（図１、要約）
【特許文献２】特開２００２−１２３８２５号公報（図１、図３、図９、要約）
【特許文献３】特開２００３−３０９７２３号公報（図１、図２、図４、図７、要約）
【特許文献４】特開２００５−６３３２３号公報（図１、図２、図５〜図９、要約）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、前述した特許文献３に記載された画像改質処理装置において、画像素子の出力信号と、畳み込み演算行列とを用いて、被写体についてのピントの合った画像を求める際には、撮影する被写体が、標準的な距離にある通常の被写体であるか、あるいは通常の被写体よりも近距離にある近接被写体であるかによって、畳み込み演算行列の各要素の値は一般的に異なる。すなわち、通常の被写体を撮影する場合と、近接被写体を撮影する場合とでは、ピントの合った画像を形成するレンズ部と、ピントのぼけた画像を形成するレンズ部とが逆転するので、これに伴って、ピントのぼけ方の状態が異なってくる。図１８は、この様子を説明するために示した図である。
【００１４】
図１８において、二焦点レンズ９００は、被写界深度の近点（例えば０．３ｍ程度）から無限遠までの標準的な距離（本願明細書では、遠距離ということもある。）にある通常の被写体を撮影するための遠レンズ部９０１と、標準的な距離よりも近い距離にある近接被写体を撮影するための近レンズ部９０２とにより構成されている。ここでは、遠レンズ部９０１の平面形状（正面形状）は、円形とし、近レンズ部９０２の平面形状（正面形状）は、円環状とする。また、二焦点レンズ９００を通過した被写体からの光は、撮像素子９０３に投影されるようになっている。
【００１５】
図１８（ａ）には、標準的な距離にある通常の被写体を撮影する場合についてのピントのぼけ方の状態を説明するために、二焦点レンズ９００の光軸９０４上において、通常の被写体上に点光源９０５（１点のみに輝点のある通常の被写体）を配置したときに、撮像素子９０３上に結像される像の様子が示されている。この場合、撮像素子９０３上には、正面から見ると、図１８（ａ）に示すような投射像９０６が得られる。すなわち、標準的な距離にある通常の被写体上に点光源９０５を配置した場合には、遠レンズ部９０１により、ピントの合った点状の像９０７が形成されるとともに、近レンズ部９０２により、点状の像９０７の位置を中心として、その外周側に有限幅を持った環状の像９０８、すなわちピントのぼけた像が形成される。この際、ピントのぼけた像９０８の形状は、近レンズ部９０２の平面形状に従って、ここでは円環状となる。そして、これらのピントの合った点状の像９０７と、ピントのぼけた環状の像９０８とにより、投射像９０６が形成されている。
【００１６】
図１８（ｂ）には、標準的な距離よりも近い距離にある近接被写体を撮影する場合についてのピントのぼけ方の状態を説明するために、二焦点レンズ９００の光軸９０４上において、近接被写体上に点光源９０９（１点のみに輝点のある近接被写体）を配置したときに、撮像素子９０３上に結像される像の様子が示されている。この場合、撮像素子９０３上には、正面から見ると、図１８（ｂ）に示すような投射像９１０が得られる。すなわち、近接被写体上に点光源９０９を配置した場合には、近レンズ部９０２により、ピントの合った点状の像９１１が形成されるとともに、遠レンズ部９０１により、点状の像９１１の位置を中心とする円形の像９１２、すなわちピントのぼけた像が形成される。この際、ピントのぼけた像９１２の形状は、遠レンズ部９０１の平面形状に従って、円形となっている。そして、これらのピントの合った点状の像９１１と、ピントのぼけた円形の像９１２とが重なった状態で、投射像９１０が形成されている。
【００１７】
このため、標準的な距離にある通常の被写体を撮影する標準撮影状態（図１８（ａ）の撮影状態）から、近接被写体を撮影する近接撮影状態（図１８（ｂ）の撮影状態）に移行するとき、あるいはその逆方向に移行するときには、どちらの撮影状態なのかを自動的に識別するか、または例えばボタンを押したり、スイッチを切り替える等の手動操作を行うことにより、撮影状態を切り替えなければならない。
【００１８】
しかし、上記のように切り替えを自動的に行う場合には、切替回路が必要となるため、装置の複雑化や製造コストの増加を招来し、一方、使用者にボタンやスイッチ等を手動で操作させることは、使用者に負担をかけることになるため、望ましくない。
【００１９】
従って、撮影対象となる被写体までの距離が異なっても、ピントのぼけ方の状態が略同じになり、ぼけを取り除くための画像改質処理を、被写体までの距離によらずに同じデータ（例えば、同じ値の行列要素、同じ値の係数、同じ特性、同じ関数等）を使った処理で実現可能となるような多焦点レンズを作ることができれば、切替回路を不要にすることができ、また、使用者の負担を軽減することができる。
【００２０】
本発明の目的は、撮影対象となる被写体までの距離が異なっても、ピントのぼけ方の状態が略同じになり、被写体までの距離にかかわらず画像改質処理を同じデータを使った処理で実現することができる多焦点レンズおよび撮像システムを提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は、複数の焦点距離を持つ多焦点レンズであって、Ｎを２以上の整数とすると、第１の焦点距離を持つ複数の第１のレンズ部から、第Ｎの焦点距離を持つ複数の第Ｎのレンズ部までのそれぞれ焦点距離の異なる各レンズ部が、一体化されて構成され、第１のレンズ部を中心として第１〜第Ｎのレンズ部が同心状に複数回繰り返して配置され、中心に配置される第１のレンズ部の平面形状は、円形状、楕円形状、多角形状、またはその他の閉環状線により囲まれて形成される形状とされ、中心以外の位置に配置される第１のレンズ部の平面形状および第１のレンズ部以外のレンズ部の平面形状は、環状とされていることを特徴とするものである。
【００２２】
ここで、「第１〜第Ｎのレンズ部が同心状に複数回繰り返して配置され」とあるが、必ずしも最も外周側にくるレンズ部が第Ｎのレンズ部になる必要はなく、例えば、第１〜第３のレンズ部の繰り返しの場合であれば、中心から順に、第１，第２，第３，…，第１，第２，第３，第１，第２，第３という具合に、第３のレンズ部が最も外周側にくる場合に限らず、第１，第２，第３，…，第１，第２，第３，第１，第２という具合に、第２のレンズ部が最も外周側にきてもよく、第１，第２，第３，…，第１，第２，第３，第１という具合に、第１のレンズ部が最も外周側にきてもよい。また、第１および第２のレンズ部を交互に配置する場合も同様であり、最も外周側には、必ずしも第２のレンズ部がくる必要はなく、第１のレンズ部が最も外周側にきてもよい。
【００２３】
また、「その他の閉環状線により囲まれて形成される形状」とは、例えば、円の一部と楕円の一部とを組み合わせた閉環状線、円の一部と直線とを組み合わせた閉環状線、楕円の一部と直線とを組み合わせた閉環状線、円の一部と楕円の一部と直線とを組み合わせた閉環状線等により囲まれて形成される形状である。
【００２４】
このような本発明においては、被写体を撮影すると、第１〜第Ｎのレンズ部のうちの１つのレンズ部により、ピントの合った画像が形成され、他のレンズ部により、ピントのぼけた画像が形成される。この際、多焦点レンズから被写体までの距離に応じ、ピントの合った画像を形成するレンズ部が変わり、これに伴って、ピントのぼけた画像を形成するレンズ部も変わる。
【００２５】
従って、多焦点レンズから被写体までの距離に応じ、ピントのぼけた画像を形成するレンズ部が変わるので、ピントのぼけ方の状態は、厳密に言えば、被写体までの距離に応じて変化することになるが、本発明では、第１〜第Ｎのレンズ部が同心状に複数回繰り返して配置されるので、被写体までの距離にかかわらず、ピントのぼけ方の状態が略同じになる。つまり、従来は、前述した図１８（ａ）の投射像９０６と、図１８（ｂ）の投射像９１０との相違の如く、被写体までの距離が異なれば、ピントのぼけ方の状態が異なっていたが、本発明では、同じ焦点距離を持つレンズ部が平面的に分散配置される状態となるので、ぼけを平面全体に薄く拡げるような感じで分散させ、ぼけの程度を均一化または滑らかに変化させるようにすることが可能となり、結果的に、被写体までの距離にかかわらず、ピントのぼけ方の状態が略同じとみなせるようになる（後述する図７参照）。
【００２６】
このため、撮影対象となる被写体までの距離が変わっても、ぼけを取り除くための画像改質処理を同じデータ（例えば、同じ値の行列要素、同じ値の係数、同じ特性、同じ関数等）を使った処理で実現することが可能となるので、撮影状態を自動的に識別するための切替回路の設置を省略することが可能となり、また、手動操作による切替えも行う必要がなくなることから、使用者の負担を軽減することが可能となり、これらにより前記目的が達成される。
【００２７】
また、前述した多焦点レンズにおいて、第１〜第Ｎのレンズ部の各々は、回折レンズを配置して形成されるか、または回折レンズの配置されない平坦面部分により形成されていることが望ましい。
【００２８】
ここで、「回折レンズを配置して形成されるか、または回折レンズの配置されない平坦面部分により形成されている」という意味は、第１〜第Ｎのレンズ部のうちの少なくとも１つのレンズ部は、回折レンズを配置して形成され、回折レンズの配置されないレンズ部を形成する場合には、そのレンズ部は、平坦面部分により形成するという意味である。従って、第１〜第Ｎのレンズ部の全てが回折レンズを配置して形成されていてもよく、この場合には、回折レンズの配置されない平坦面部分により形成されるレンズ部はない。なお、第１〜第Ｎのレンズ部の全てを回折レンズの配置されない平坦面部分により形成する場合は含まない。
【００２９】
このように第１〜第Ｎのレンズ部の各々を回折レンズまたは平坦面部分とした場合には、あたかもフレネルレンズのような断面形状またはこれに近い断面形状になるので、多焦点レンズを全体的に薄くすることができ、軽量化を図ることが可能となるうえ、設計の自由度を向上させることが可能となり、さらに製造の容易化、製造コストの低減が図られる。
【００３０】
そして、第１〜第Ｎのレンズ部の各々を回折レンズまたは平坦面部分とする構成の多焦点レンズとしては、より具体的には、以下のような構成のものを採用することができる。
【００３１】
すなわち、前述した多焦点レンズにおいて、Ｎは、２とされ、第１のレンズ部を中心として第１のレンズ部と第２のレンズ部とが同心状に交互に配置され、第１または第２のレンズ部のうちのいずれか一方のレンズ部は、回折レンズを配置して形成され、他方のレンズ部は、回折レンズの配置されない平坦面部分により形成されている構成とすることができる。
【００３２】
ここで、「回折レンズ」は、凹レンズによる回折レンズでもよく、凸レンズによる回折レンズでもよい。
【００３３】
また、上述した回折レンズおよび平坦面部分を用いたＮ＝２の多焦点レンズにおいて、回折レンズの段差部分の厚み方向の最大寸法は、回折レンズの中を通過する光と、空気中を通過する光とが、１波長分または半波長分ずれる寸法とされていることが望ましい。
【００３４】
ここで、「波長」は、色が変われば変化し、空気中を通過する光の波長λは、おおよそ、赤色で、５７０〜７００ナノメータ、緑色で、４８０〜５７０ナノメータ、青色で、４００〜４８０ナノメータとなる。従って、一般的には、緑色で計算し、例えば、λ＝５５５ナノメータ（人間の視感度曲線の最大値を示す波長）等とすることができる。また、これに限らず、例えば、監視用の暗視カメラの場合には、赤色（例えば、λ＝６５０ナノメータ等）で計算することができ、その他、カメラの用途に応じて波長を設定すればよい。以下に述べる他の構成の多焦点レンズとする場合も同様である。
【００３５】
このように回折レンズの段差部分の厚み方向の最大寸法を１波長分または半波長分ずれる寸法とした場合には、同じ点光源から出て、同じ焦点距離を持つレンズ部を通過した光の波の位相は、２波長分または１波長分ずれて一致するようになり、回折光を利用した像が得られる。すなわち、１波長分ずれる寸法とした場合には、同じ焦点距離を持つレンズ部は、１つ置きに配置されているので、同じ焦点距離を持つレンズ部であって隣り合うもの同士を通過した光の波は、２波長分ずれて位相が一致するようになり、２次回折光を利用した像が得られる。また、半波長分ずれる寸法とした場合には、同じ焦点距離を持つレンズ部であって隣り合うもの同士を通過した光の波は、１波長分ずれて位相が一致するようになり、１次回折光を利用した像が得られる。
【００３６】
さらに、前述した多焦点レンズにおいて、Ｎは、２とされ、第１のレンズ部を中心として第１のレンズ部と第２のレンズ部とが同心状に交互に配置され、第１および第２のレンズ部は、互いに曲率の異なる回折レンズを配置して形成されている構成とすることができる。
【００３７】
ここで、「互いに曲率の異なる回折レンズ」は、双方が凹レンズによる回折レンズでもよく、双方が凸レンズによる回折レンズでもよい。なお、曲率が異なるという意味は、双方の回折レンズの対応位置（光軸から等距離にある位置）における曲率が異なるという意味である。従って、双方の回折レンズは、それぞれについて見れば、曲率が一定のレンズであってもよく、曲率が一定でないレンズであってもよい。
【００３８】
また、上述した曲率の異なる回折レンズを用いたＮ＝２の多焦点レンズにおいて、第１または第２のレンズ部のうちのいずれか一方のレンズ部を形成する回折レンズの段差部分の厚み方向の最大寸法は、回折レンズの中を通過する光と、空気中を通過する光とが、１波長分または半波長分ずれる寸法とされていることが望ましい。このようにした場合には、回折レンズおよび平面を用いたＮ＝２の多焦点レンズの場合と同様に、同じ点光源から出て、同じ焦点距離を持つレンズ部を通過した光の波の位相は、２波長分または１波長分ずれて一致するようになり、回折光を利用した像が得られる。
【００３９】
そして、前述した多焦点レンズにおいて、Ｎは、２とされ、第１のレンズ部を中心として第１のレンズ部と第２のレンズ部とが同心状に交互に配置され、第１および第２のレンズ部のうちのいずれか一方のレンズ部は、凹レンズによる回折レンズを配置して形成され、他方のレンズ部は、凸レンズによる回折レンズを配置して形成されている構成とすることができる。
【００４０】
また、上述した凹レンズによる回折レンズおよび凸レンズによる回折レンズを用いたＮ＝２の多焦点レンズにおいて、第１または第２のレンズ部のうちの少なくとも一方のレンズ部を形成する回折レンズの段差部分の厚み方向の最大寸法は、回折レンズの中を通過する光と、空気中を通過する光とが、１波長分または半波長分ずれる寸法とされていることが望ましい。このようにした場合には、回折レンズおよび平面を用いたＮ＝２の多焦点レンズの場合と同様に、同じ点光源から出て、同じ焦点距離を持つレンズ部を通過した光の波の位相は、２波長分または１波長分ずれて一致するようになり、回折光を利用した像が得られる。
【００４１】
さらに、前述した多焦点レンズにおいて、Ｎは、３とされ、第１のレンズ部を中心として第１〜第３のレンズ部が同心状に複数回繰り返して配置され、第１〜第３のレンズ部のうちのいずれか１つのレンズ部は、凹レンズによる回折レンズを配置して形成され、他の１つのレンズ部は、凸レンズによる回折レンズを配置して形成され、残りの１つのレンズ部は、回折レンズの配置されない平坦面部分により形成されている構成とすることができる。
【００４２】
また、上述した凹レンズによる回折レンズ、凸レンズによる回折レンズ、および平坦面部分を用いたＮ＝３の多焦点レンズにおいて、第１〜第３のレンズ部のうちの少なくとも１つのレンズ部を形成する回折レンズの段差部分の厚み方向の最大寸法は、回折レンズの中を通過する光と、空気中を通過する光とが、１波長分、３分の１波長分、または３分の２波長分ずれる寸法とされていることが望ましい。
【００４３】
このように回折レンズの段差部分の厚み方向の最大寸法を１波長分、３分の１波長分、または３分の２波長分ずれる寸法とした場合には、同じ点光源から出て、同じ焦点距離を持つレンズ部を通過した光の波の位相は、３波長分、１波長分、または２波長分ずれて一致するようになり、回折光を利用した像が得られる。すなわち、１波長分ずれる寸法とした場合には、同じ焦点距離を持つレンズ部は、２つ間隔を空けて３つに１つの割合で配置されているので、同じ焦点距離を持つレンズ部であって隣り合うもの同士を通過した光の波は、３波長分ずれて位相が一致するようになり、３次回折光を利用した像が得られる。また、３分の１波長分ずれる寸法とした場合には、同じ焦点距離を持つレンズ部であって隣り合うもの同士を通過した光の波は、１波長分ずれて位相が一致するようになり、１次回折光を利用した像が得られる。さらに、３分の２波長分ずれる寸法とした場合には、同じ焦点距離を持つレンズ部であって隣り合うもの同士を通過した光の波は、２波長分ずれて位相が一致するようになり、２次回折光を利用した像が得られる。
【００４４】
さらに、前述した凹レンズによる回折レンズおよび凸レンズによる回折レンズを用いたＮ＝２の多焦点レンズ、または前述した凹レンズによる回折レンズ、凸レンズによる回折レンズ、および平坦面部分を用いたＮ＝３の多焦点レンズにおいて、凹レンズと凸レンズとは、同一または略同一の曲率とされていることが望ましい。
【００４５】
ここで、「同一または略同一の曲率」とは、絶対値でみた場合の曲率が同一または略同一という意味である。なお、曲率が同一または略同一という意味は、双方の回折レンズの対応位置（光軸から等距離にある位置）における曲率が同一または略同一という意味である。従って、双方の回折レンズは、それぞれについて見れば、曲率が一定のレンズであってもよく、曲率が一定でないレンズであってもよい。
【００４６】
このように凹レンズと凸レンズとの曲率を同一または略同一とした場合には、凹レンズによる回折レンズの段差部分の厚み方向の最大寸法と、凸レンズによる回折レンズの段差部分の厚み方向の最大寸法とが一致または略一致するので、レンズ面の不要な面、すなわち像の形成に寄与しない面を無くすことが可能となる。
【００４７】
また、以上に述べた本発明の多焦点レンズを用いて、以下のような本発明の撮像システムを構成することができる。
【００４８】
すなわち、本発明は、被写体を撮像する撮像機構と、この撮像機構により撮像された画像の質を改善する画像改質処理装置とを備えた撮像システムにおいて、撮像機構が、被写体を撮像する本発明の多焦点レンズと、この多焦点レンズにより形成された画像を電気的信号に変換して出力する撮像素子とを含んで構成され、画像改質処理装置が、被写体の１点から出た光が本発明の多焦点レンズの作用により撮像素子上で拡がる状態を示すポイント・スプレッド・ファンクション行列を用いて算出された畳み込み演算行列の各要素の値と、被写体を本発明の多焦点レンズにより撮像して得られた画像についての撮像素子の出力信号を示す行列の各要素の値とを用いて、畳み込み演算処理を行うことにより、被写体の発する光の明るさを示す行列の各要素の値を算出する構成とされていることを特徴とするものである。
【００４９】
ここで、上記のような畳み込み演算行列を用いた再生演算を行う画像改質処理装置としては、例えば、前述した特許文献３，４に記載された画像改質処理装置（但し、二焦点レンズの場合に限らず、三焦点以上のレンズの場合に適用してもよい。）等を採用することができる。
【００５０】
より具体的には、前述した特許文献３に記載された画像改質処理装置は、撮像素子の大きさをＭ画素×Ｊ画素とし、被写体の発する光の明るさを示すＭ行Ｊ列の行列をＡとし、被写体を多焦点レンズにより撮像して得られた画像についての撮像素子の出力信号を示すＭ行Ｊ列の行列をＺとしたとき、下式（１）に基づき算出された畳み込み演算処理を行うための（２Ｍ−１）行（２Ｊ−１）列の畳み込み演算行列Ｑの各要素Ｑ（ｘ，ｙ）の値のうち少なくとも非零要素を含む行列部分の値を記憶する畳み込み演算行列記憶手段と、この畳み込み演算行列記憶手段に記憶された各要素Ｑ（ｘ，ｙ）のうちの少なくとも一部の値と撮像素子の出力信号の行列Ｚの各要素Ｚ（ｈ，ｋ）の値とを用いて下式（２）に基づき被写体の行列Ａの各要素Ａ（ｓ，ｔ）の値を算出する再生演算手段とを備えた構成のものである。
【００５１】
Ｑ（ｘ，ｙ）＝１／ｃ−（Ｗ（０，０）−ｃ）／ｃpower
（ｘ＝０，ｙ＝０の場合）
＝−Ｗ（ｘ，ｙ）／ｃpower
（ｘ＝０，ｙ＝０以外の場合）
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
【００５２】
Ａ（ｓ，ｔ）＝ΣhΣkＱ（ｓ−ｈ，ｔ−ｋ）Ｚ（ｈ，ｋ）
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）
【００５３】
ここで、ｘおよびｙは整数で、（１−Ｍ）≦ｘ≦（Ｍ−１）、（１−Ｊ）≦ｙ≦（Ｊ−１）であり、ｓおよびｔは自然数で、１≦ｓ≦Ｍ、１≦ｔ≦Ｊであり、ｈおよびｋは自然数で、１≦ｈ≦Ｍ、１≦ｋ≦Ｊであり、Ｗ（ｘ，ｙ）は、（２Ｍ−１）行（２Ｊ−１）列の行列Ｗの各要素の値であり、この行列Ｗは、被写体の１点（ｍ，ｊ）から出た光がレンズの作用により撮像素子上で拡がる状態を示すポイント・スプレッド・ファンクション行列（ＰＳＦ：point spread function行列）であり、端部を除く座標（ｍ，ｊ）で示される１点のみに輝点のある被写体を多焦点レンズで撮像したときに、各レンズ部により形成される画像についての撮像素子の出力信号を示すＭ行Ｊ列の行列Ｚmjを、ｘ＝ｈ−ｍ、ｙ＝ｋ−ｊを満たす座標（ｈ，ｋ）から座標（ｘ，ｙ）への座標変換で、Ｗ（０，０）＝Ｚmj（ｍ，ｊ）となるように平行移動することにより、Ｚmj（ｈ，ｋ）のうちの非零要素を含む行列部分を行列Ｗの中央部に配置するとともに、中央部に配置された非零要素を含む行列部分の外側部分を零要素で埋めることにより構成され、ｃは、比例係数で、多焦点レンズの全体面積に対するピントの合った画像を形成するレンズ部の面積の比の値であり、ｐｏｗｅｒは、ｃのべき乗数となる実数で、１≦ｐｏｗｅｒ≦２であり、Σhは、ｈ＝１〜Ｍの和であり、Σkは、ｋ＝１〜Ｊの和である。
【００５４】
また、前述した特許文献４に記載された画像改質処理装置は、撮像素子の大きさをＭ画素×Ｊ画素とし、被写体の発する光の明るさを示すＭ行Ｎ列の行列をＡとし、被写体を多焦点レンズにより撮像して得られた画像についての撮像素子の出力信号を示すＭ行Ｊ列の行列をＺとし、被写体座標系の１点（ｍ，ｊ）から出た光の結像位置が画像座標系の１点（ｍ，ｊ）となるように被写体座標系および画像座標系を設定したとき、各座標（ｍ，ｊ）の全部または一部について、下式（１’）に基づき算出された畳み込み演算処理を行うための座標（ｍ，ｊ）についての（２Ｍ−１）行（２Ｊ−１）列の畳み込み演算行列Ｑm,jの各要素Ｑm,j（ｘ，ｙ）の値のうち少なくとも非零要素を含む行列部分の値を記憶する畳み込み演算行列記憶手段と、この畳み込み演算行列記憶手段に記憶された各要素Ｑm,j（ｘ，ｙ）のうちの少なくとも一部の値と撮像素子の出力信号の行列Ｚの各要素Ｚ（ｍ＋ｘ，ｊ＋ｙ）の値とを用いて下式（２’）に基づき被写体の行列Ａの各要素Ａ（ｍ，ｎ）の値を算出する再生演算手段とを備えた構成のものである。
【００５５】
Ｑm,j（ｘ，ｙ）＝１／Ｗm,j（０，０）
（ｘ＝０，ｙ＝０の場合）
＝−Ｗm,j（−ｘ，−ｙ）／Ｗm,j（０，０）power
（ｘ＝０，ｙ＝０以外の場合）
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１’）
【００５６】
Ａ（ｍ，ｊ）＝ΣxΣyＱm,j（ｘ，ｙ）Ｚ（ｍ＋ｘ，ｊ＋ｙ）
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２’）
【００５７】
ここで、ｘおよびｙは整数で、（１−Ｍ）≦ｘ≦（Ｍ−１）、（１−Ｊ）≦ｙ≦（Ｊ−１）であり、ｍおよびｊは自然数で、１≦ｍ≦Ｍ、１≦ｊ≦Ｊであり、Ｗm,j（ｘ，ｙ）は、（２Ｍ−１）行（２Ｊ−１）列の行列Ｗm,jの各要素の値であり、この行列Ｗm,jは、被写体の１点（ｍ，ｊ）から出た光がレンズの作用により撮像素子上で拡がる状態を示すポイント・スプレッド・ファンクション行列であり、Ｗm,j（０，０）は、拡がりの中心部分に位置する画素の出力信号の値であり、Ｗm,j（−ｘ，−ｙ）は、周囲のぼけ部分に位置する画素の出力信号の値であり、ｐｏｗｅｒは、Ｗm,j（０，０）のべき乗数となる実数で、１≦ｐｏｗｅｒ≦２であり、Σxは、ｘ＝（１−Ｍ）〜（Ｍ−１）の和であり、Σyは、ｙ＝（１−Ｊ）〜（Ｊ−１）の和である。
【００５８】
また、畳み込み演算行列記憶手段には、各座標（ｍ，ｊ）についての畳み込み演算行列Ｑm,jのうち光軸位置から一方向に延びる直線上に並ぶ座標についての畳み込み演算行列Ｑm,jをサンプリング行列として選択し、このサンプリング行列Ｑm,jの各要素Ｑm,j（ｘ，ｙ）の値のみを記憶させておき、その他の座標についての畳み込み演算行列Ｑm,jの各要素Ｑm,j（ｘ，ｙ）の値については、畳み込み演算行列回転算出手段を設け、この畳み込み演算行列回転算出手段により、レンズの軸対称を利用して、サンプリング行列Ｑm,jの各要素Ｑm,j（ｘ，ｙ）の値の配置を光軸位置を中心として回転させることにより算出するようにしてもよい。
【００５９】
そして、以上のような特許文献３，４に記載された画像改質処理装置は、プリズムを用いてＲ，Ｇ，Ｂに色分解された各色の光をこれらに対応して設けられた３つの画像素子（いわゆる３板）に投射させる構成の撮像機構と組み合わせてもよく、Ｒ，Ｇ（ＧｂおよびＧｒ），Ｂの各色用の画素を同色用の画素（但し、Ｇｂ用の画素とＧｒ用の画素とは異なるものと考える。）が縦横に一個置きになるように並ベるベイヤー配列の画像素子を備えた構成の撮像機構と組み合わせてもよい。
【００６０】
プリズムを用いた撮像機構と組み合わせる場合には、Ｒ用の画像素子の出力信号と、Ｇ用の画像素子の出力信号と、Ｂ用の画像素子の出力信号とについて、同じ畳み込み演算行列を用いた画像改質処理を行うことができる。
【００６１】
ベイヤー配列の画像素子を備えた構成の撮像機構と組み合わる場合には、画像素子を構成する各画素のそれぞれについて、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色全ての信号が出力される構成の撮像機構（同色用の画素は、縦横に一個置きにしか設けられていないので、それらの間の欠落している画素の出力信号については、周囲の同色用の画素の出力信号を用いて補間処理（例えば、ハードウェア回路による１次補間処理等）を行って算出される。）のみならず、実際に設けられている画素の信号のみが出力される構成の撮像機構（同色用の画素は、縦横の各方向について一個置きにしか設けられていないので、全体の４分の１の画素数となる。）と組み合わせてもよい。
【００６２】
前者のように、ベイヤー配列の画像素子を備えた構成の撮像機構から、補間処理を行った出力信号を受け取る場合には、プリズムを用いた撮像機構と組み合わせる場合と同様に、Ｒの信号と、Ｇの信号と、Ｂの信号とについて、同じ畳み込み演算行列を用いた画像改質処理を行うことができる。
【００６３】
後者のように、ベイヤー配列の画像素子を備えた構成の撮像機構から、補間処理を行っていない出力信号を受け取る場合（従って、同色用の信号数は、４分の１になる。）には、欠落要素のないモノクロのポイント・スプレッド・ファンクション行列ＷまたはＷm,jから、行数および列数がそれぞれ２分の１で要素数が４分の１となるＷ’またはＷm,j’を作成した後、これらのＷ’またはＷm,j’に基づき、式（１）または式（１’）を用いて、行数および列数がそれぞれ２分の１で要素数が４分の１となる畳み込み演算行列Ｑ’またはＱm,j’の各要素の値を算出してもよく、あるいは欠落要素のないモノクロのポイント・スプレッド・ファンクション行列ＷまたはＷm,jに基づき、式（１）または式（１’）を用いて、欠落要素のない畳み込み演算行列ＱまたはＱm,jの各要素の値を算出した後、これらの畳み込み演算行列ＱまたはＱm,jから、行数および列数がそれぞれ２分の１で要素数が４分の１となる畳み込み演算行列Ｑ’またはＱm,j’を作成してもよい。この際、いずれの手順で求めた畳み込み演算行列Ｑ’またはＱm,j’についても、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色について同じ行列とすることができる。そして、撮像機構から受け取った４分の１の信号数の出力信号と、４分の１の要素数の畳み込み演算行列Ｑ’またはＱm,j’とを用いて、式（２）または式（２’）に基づき各色毎に畳み込み演算処理を行った後、Ｒ，Ｇ，Ｂを合成すればよい。
【００６４】
なお、欠落要素のないモノクロのポイント・スプレッド・ファンクション行列ＷまたはＷm,jから、行数および列数がそれぞれ２分の１で要素数が４分の１となるＷ’またはＷm,j’を作成する際には、周囲の要素の値を集めて加算する処理を行えばよい。例えば、Ｗ（ｕ，ｖ）に対応するＷ’の要素をＷ’（ｕ’，ｖ’）とすれば、Ｗ’（ｕ’，ｖ’）＝ａ×Ｗ（ｕ−１，ｖ−１）＋ｂ×Ｗ（ｕ−１，ｖ）＋ａ×Ｗ（ｕ−１，ｖ＋１）＋ｂ×Ｗ（ｕ，ｖ−１）＋Ｗ（ｕ，ｖ）＋ｂ×Ｗ（ｕ，ｖ＋１）＋ａ×Ｗ（ｕ＋１，ｖ−１）＋ｂ×Ｗ（ｕ＋１，ｖ）＋ａ×Ｗ（ｕ＋１，ｖ＋１）という式により、Ｗ’（ｕ’，ｖ’）を求めることができる。ここで、例えば、ａ＝０．２５、ｂ＝０．５等とすることができるが、ａ＝ｂ＝０としてＷ’（ｕ’，ｖ’）＝Ｗ（ｕ，ｖ）としてもよい。また、Ｗm,jからＷm,j’を作成する場合も同様である。さらに、欠落要素のない畳み込み演算行列ＱまたはＱm,jから、行数および列数がそれぞれ２分の１で要素数が４分の１となる畳み込み演算行列Ｑ’またはＱm,j’を作成する場合も同様である。
【００６５】
また、本発明は、被写体を撮像する撮像機構と、この撮像機構により撮像された画像の質を改善する画像改質処理装置とを備えた撮像システムにおいて、撮像機構が、被写体を撮像する本発明の多焦点レンズと、この多焦点レンズにより形成された画像を電気的信号に変換して出力する撮像素子とを含んで構成され、画像改質処理装置が、撮像素子の出力信号に対し、被写体の１点から出た光が多焦点レンズの作用により撮像素子上で拡がる状態を示すポイント・スプレッド・ファンクションの伝達関数の逆関数を補正関数として荷重加算演算処理を行う構成とされていることを特徴とするものである。
【００６６】
ここで、「ポイント・スプレッド・ファンクションの伝達関数の逆関数を補正関数として荷重加算演算処理を行う構成」とは、例えば、空間座標軸で表現される多焦点レンズのポイント・スプレッド・ファンクション（ＰＳＦ）を、フーリエ変換やｚ変換により座標変換することにより多焦点レンズのＰＳＦの伝達関数Ｈを求め、この伝達関数Ｈの逆関数１／Ｈに対し、逆フーリエ変換、あるいは逆ＦＦＴ等を行い、逆関数１／Ｈのフィルタ係数列、すなわち改質フィルタ係数を求めておき、この改質フィルタ係数を用いて荷重加算演算処理を行う構成である。
【００６７】
なお、以上の説明では、ポイント・スプレッド・ファンクション行列をモノクロのポイント・スプレッド・ファンクション行列Ｗとしたが、レンズの特性として色収差を持つ場合は、撮像素子の各色に対応する色に対してのポイント・スプレッド・ファンクション行列とし、各色毎に行数および列数がそれぞれ２分の１で要素数が４分の１となる畳み込み演算行列Ｑ’またはＱm,j’の各要素の値を算出してもよい。また、ポイント・スプレッド・ファンクションの伝達関数Ｈおよびその逆関数１／Ｈのフィルタ係数列を求める場合も同様である。
【発明の効果】
【００６８】
以上に述べたように本発明によれば、それぞれ異なる焦点距離を持つ第１〜第Ｎのレンズ部が同心状に複数回繰り返して配置されるので、撮影対象となる被写体までの距離が異なっても、ピントのぼけ方の状態が略同じになり、被写体までの距離にかかわらず画像改質処理を同じデータを使った処理で実現することができるため、撮影状態を自動的に識別するための切替回路の設置を省略することができるうえ、手動操作による切替えも行う必要がなくなることから、使用者の負担を軽減することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６９】
以下に本発明の各実施形態について図面を参照して説明する。
【００７０】
［第１実施形態］
図１には、本発明の第１実施形態の多焦点レンズ２１を含む撮像システム１０の全体構成が示されている。また、図２には、多焦点レンズ２１の詳細構成が示されている。さらに、図３は、１点（座標（ｍ，ｊ））のみに輝点のある被写体を多焦点レンズ２１で撮像したときに、撮像素子２４上に投射像が形成される様子を示す説明図であり、図４は、相対的に遠距離にある被写体（本実施形態では、一例として、被写界深度の近点から無限遠までの標準的な距離にある通常の被写体とする。）を多焦点レンズ２１で撮影する場合と、相対的に近距離にある被写体（本実施形態では、一例として、標準的な距離よりも近い距離にある近接被写体とする。）を多焦点レンズ２１で撮影する場合とで、ピントのぼけ方の状態が異なることを示す説明図である。撮像システム１０は、例えば、携帯電話機（ＰＨＳも含む。）や携帯情報端末（ＰＤＡ）等の携帯型の情報端末装置に設けられた撮像システム、あるいはパーソナル・コンピュータおよびそれに接続されたカメラにより構成される撮像システム等である。
【００７１】
図１において、撮像システム１０は、被写体を撮像する撮像機構２０と、この撮像機構２０により撮像された画像の質を改善する画像改質処理装置３０と、この画像改質処理装置３０により質の改善を行った画像を表示する表示手段４０とを備えている。
【００７２】
撮像機構２０は、被写体を撮像する多焦点レンズ２１と、この多焦点レンズ２１により形成された画像を取り込む撮像素子２４とを含んで構成されている。
【００７３】
図２において、本実施形態の多焦点レンズ２１は、多焦点光学系（本実施形態では、二焦点光学系）として、平面形状（正面形状）が円形である円形レンズ部２２Ａを中心とし、その外周側に平面形状（正面形状）が円環状である複数（本実施形態では、３つ）の環状レンズ部２３Ａ，２２Ｂ，２３Ｂをこの順に配置することにより、互いに焦点距離の異なる第１のレンズ部と第２のレンズ部とを交互に同心状に配置して構成されている。すなわち、多焦点レンズ２１は、第１の焦点距離を持つ複数の第１のレンズ部としての円形レンズ部２２Ａおよび環状レンズ部２２Ｂと、第１の焦点距離とは異なる第２の焦点距離を持つ複数の第２のレンズ部としての環状レンズ部２３Ａ，２３Ｂとが同一の面に配置されて一体化されることにより構成されている。従って、隣り合うレンズ部同士は、互いに接する状態で配置され、また、円形レンズ部２２Ａおよび各環状レンズ部２３Ａ，２２Ｂ，２３Ｂは、同心状に配置されているので、これらの各レンズ部２２Ａ，２３Ａ，２２Ｂ，２３Ｂの光軸は一致している。
【００７４】
そして、第１のレンズ部である円形レンズ部２２Ａおよび環状レンズ部２２Ｂにより、長い焦点距離で集束する遠レンズ部２２が構成され、第２のレンズ部である環状レンズ部２３Ａ，２３Ｂにより、短い焦点距離で集束する近レンズ部２３が構成されている。例えば、遠レンズ部２２は、被写界深度の近点（例えば０．３ｍ程度）から無限遠までの標準的な距離にある通常の被写体（例えば、人物や風景等）を撮影するためのレンズ部であり、近レンズ部２３は、標準的な距離よりも近い距離（例えば、１０ｃｍ未満等）にある近接被写体（例えば、バーコードや虹彩や文字等）を撮影するためのレンズ部である。
【００７５】
なお、本第１実施形態では、平面形状が円形である円形レンズ部２２Ａを中心とし、その外周側に平面形状が円環状である複数の環状レンズ部２３Ａ，２２Ｂ，２３Ｂが同心状に配置された構成を例に挙げて説明しているが、各レンズ部の平面形状は、これらの形状に限定されるものではなく、例えば、楕円形や多角形等のレンズ部を中心に、楕円形や多角形等の各環状レンズ部が同心状に配置される構成を備えた多焦点レンズとしてもよい。
【００７６】
図１において、撮像素子２４としては、例えば、相補性金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ：Complementary Metal-oxide Semiconductor）や電荷結合素子（ＣＣＤ：Charge Coupled Device）等を採用することができる。ここで、撮像素子２４の大きさは、縦方向Ｍ画素×横方向Ｊ画素であるものとする（図３参照）。
【００７７】
画像改質処理装置３０は、撮像素子２４の出力信号を引き出して記憶する出力信号記憶手段３１と、次の式（１）に基づき予め算出された畳み込み演算行列Ｑの各要素Ｑ（ｘ，ｙ）の値のうちの少なくとも一部を記憶する畳み込み演算行列記憶手段３２と、被写体を再生する演算処理を行う再生演算手段３３とを備えている。この画像改質処理装置３０は、前述した特許文献３に記載された画像改質処理装置と同様のものであるため、以下では、詳細な説明は省略し、簡単な説明のみを行う。
【００７８】
Ｑ（ｘ，ｙ）＝１／ｃ−（Ｗ（０，０）−ｃ）／ｃpower
（ｘ＝０，ｙ＝０の場合）
＝−Ｗ（ｘ，ｙ）／ｃpower
（ｘ＝０，ｙ＝０以外の場合）
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
【００７９】
ここで、ｘおよびｙは整数で、（１−Ｍ）≦ｘ≦（Ｍ−１）、（１−Ｊ）≦ｙ≦（Ｊ−１）であり、ｓおよびｔは自然数で、１≦ｓ≦Ｍ、１≦ｔ≦Ｊであり、ｈおよびｋは自然数で、１≦ｈ≦Ｍ、１≦ｋ≦Ｊである。
【００８０】
また、Ｗ（ｘ，ｙ）は、（２Ｍ−１）行（２Ｊ−１）列の行列Ｗの各要素の値であり、この行列Ｗは、被写体の１点（ｍ，ｊ）から出た光がレンズの作用により撮像素子２４上で拡がる状態を示すポイント・スプレッド・ファンクション行列（ＰＳＦ：point spread function行列）であり、端部を除く座標（ｍ，ｊ）で示される１点のみに輝点のある被写体を多焦点レンズ２１で撮像したときに、遠レンズ部２２および近レンズ部２３により形成される画像の出力信号を示すＭ行Ｊ列の行列Ｚmjを、ｘ＝ｈ−ｍ、ｙ＝ｋ−ｊを満たす座標（ｈ，ｋ）から座標（ｘ，ｙ）への座標変換で、Ｗ（０，０）＝Ｚmj（ｍ，ｊ）となるように平行移動することにより、Ｚmj（ｈ，ｋ）のうちの非零要素を含む行列部分を行列Ｗの中央部に配置するとともに、中央部に配置された非零要素を含む行列部分の外側部分を零要素で埋めることにより構成されている。
【００８１】
なお、本実施形態では、撮像素子２４の全ての画素で同じ形状のぼけが形成されるものと仮定し、ポイント・スプレッド・ファンクション行列Ｗは、各画素について共通の行列であるものとして説明を行うが、前述した特許文献４に記載された画像改質処理装置のように、各画素で異なる形状のぼけが発生することを考慮し、各座標（ｍ，ｊ）毎に異なる行列Ｗm,jとしてもよい。このようにした場合には、畳み込み演算行列Ｑについても、各座標（ｍ，ｊ）毎に異なる行列Ｑm,jとなるが、各座標（ｍ，ｊ）についての畳み込み演算行列Ｑm,jは、特許文献４に記載された画像改質処理装置のように、レンズの軸対称性を利用して、光軸位置から一方向に延びる直線上に並ぶ座標についての畳み込み演算行列Ｑm,jを、光軸位置を中心として回転させることにより算出してもよい。
【００８２】
さらに、ｃは、比例係数で、多焦点レンズ２１の全体面積に対するピントの合った画像を形成するレンズ部の面積の比の値である。そして、本発明では、標準撮影状態または近接撮影状態のいずれの場合でも、すなわち遠レンズ部２２または近レンズ部２３のいずれがピントの合った画像を形成するレンズ部となった場合でも、同じデータを使って画像改質処理を行うことができるようにするという観点から、二焦点レンズである本第１実施形態では、ｃの値は０．５の近傍とする。なお、後述する第６実施形態のように、三焦点レンズである場合には、ｃの値は１／３の近傍とする。
【００８３】
また、ｐｏｗｅｒは、ｃのべき乗数となる実数で、１≦ｐｏｗｅｒ≦２である。なお、ｐｏｗｅｒの値は、ｃの値に応じて決定すればよい。この際、ｃの値が、０．５近傍のときには、ｐｏｗｅｒの値を２以外の値とする必要がある。より具体的には、ｃの値が、０．５近傍のときには、ｐｏｗｅｒの値を１以上２未満とし、より好ましくは１とする。一方、ｃの値が、０．５近傍以外のときには、１以上２以下とする。
【００８４】
さらに、以上の説明では、多焦点レンズ２１のうちピントの合った画像を形成するレンズ部は、ぼけの無い画像を形成するという前提で、説明が行われている。従って、ピントの合った画像を形成するレンズ部により形成される画像には、Ｗ（０，０）にのみ非零要素があり、その値はｃであるという仮定を置いている。
【００８５】
しかし、実際には、ピントの合った画像を形成するレンズ部により形成される画像には、収差等によるボケが生じることがあるので、ピントの合った画像を形成するレンズ部により形成される画像は、Ｗ（０，０）の周囲に拡がり、Ｗ（０，０）の周囲の要素も非零要素となり得る。
【００８６】
そこで、ピントの合った画像を形成するレンズ部により形成される画像に、収差等によるボケが生じ、Ｗ（０，０）以外の要素も非零要素となる場合には、Ｗ（０，０）の値およびＷ（０，０）の周囲に生じた非零要素の値を合計し、その合計値をｃの値としてＷ（０，０）に入れ直すとともに、Ｗ（０，０）の周囲に生じた非零要素の値をゼロにするという修正作業を行い、これらの修正作業を経て作成された各要素Ｗ（ｘ，ｙ）の値を用いて、畳み込み演算行列Ｑの各要素Ｑ（ｘ，ｙ）の値を算出すればよい。
【００８７】
一方、ピントのぼけた画像を形成するレンズ部により形成される画像については、遠レンズ部２２または近レンズ部２３のいずれがピントのぼけた画像を形成するレンズ部となった場合でも、同じデータを使って画像改質処理を行うことができるようにするという観点から、いずれの撮影状態の場合でも各要素Ｗ（ｘ，ｙ）の値を同じ値に設定し、畳み込み演算行列Ｑの各要素Ｑ（ｘ，ｙ）の値を算出すればよい。例えば、同一の焦点距離を持つ複数のレンズ部のうち最も外周側に配置されるレンズ部（本実施形態では、遠レンズ部２２を構成する環状レンズ部２２Ｂと、近レンズ部２３を構成する環状レンズ部２３Ｂとがある。）により形成されるピントのぼけた画像の外周線が、各焦点距離を持つレンズ部毎に形成されるが（本実施形態では、図４に示すように、環状レンズ部２２Ｂにより形成されるピントのぼけた円環状の像６３の外周線６３Ａと、環状レンズ部２３Ｂにより形成されるピントのぼけた円環状の像５３の外周線５３Ａとが形成される。）、各要素Ｗ（ｘ，ｙ）の値を、これらの外周線のうち最も外周側に位置する外周線（本実施形態では、外周線５３Ａとなる。）で囲まれる範囲で均一化することができる。また、各要素Ｗ（ｘ，ｙ）の値を、この範囲で滑らかに変化させるようにしてもよい。
【００８８】
畳み込み演算行列記憶手段３２は、畳み込み演算行列Ｑの各要素Ｑ（ｘ，ｙ）の値のうちの少なくとも一部を、ｘ，ｙの並び順に従って表の如く整列させて記憶するものである。少なくとも一部であるから、全部を記憶しておいてもよいが、計算容量およびメモリ容量を小さくするため、非零要素を含む行列部分のみを記憶しておくことが好ましい。従って、ここでは、非零要素を含む行列部分のみを記憶するものとして説明を行う。
【００８９】
再生演算手段３３は、畳み込み演算行列記憶手段３２に記憶された畳み込み演算行列Ｑの各要素Ｑ（ｘ，ｙ）の値（上記の非零要素を含む行列部分の各値）と、出力信号記憶手段３１に記憶された画像の出力信号を示す行列Ｚの各要素Ｚ（ｈ，ｋ）の値とを用い、次の式（２）に基づき、被写体の行列Ａの各要素Ａ（ｓ，ｔ）の値を算出する処理を行うものである。なお、畳み込み演算行列Ｑの各要素Ｑ（ｘ，ｙ）のうちの非零要素を含む行列部分以外の部分、すなわち、畳み込み演算行列記憶手段３２に記憶されない部分については、零要素であるので、計算は行われない。
【００９０】
Ａ（ｓ，ｔ）＝ΣhΣkＱ（ｓ−ｈ，ｔ−ｋ）Ｚ（ｈ，ｋ）
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）
【００９１】
ここで、Σhは、ｈ＝１〜Ｍの和であり、Σkは、ｋ＝１〜Ｊの和である。
【００９２】
そして、出力信号記憶手段３１および畳み込み演算行列記憶手段３２としては、例えば、ハードディスク、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュ・メモリ、ＲＡＭ、ＭＯ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＦＤ、磁気テープ、あるいはこれらの組合せ等を採用することができる。
【００９３】
また、再生演算手段３３は、撮像システム１０を構成する各種の情報端末装置（例えば、携帯電話機や携帯情報端末等の携帯型の情報端末装置、あるいはカメラを接続したパーソナル・コンピュータ、監視カメラ装置等）の内部に設けられた中央演算処理装置（ＣＰＵ）、およびこのＣＰＵの動作手順を規定する１つまたは複数のプログラムにより実現される。
【００９４】
表示手段４０としては、例えば、液晶ディスプレイ、ＣＲＴディスプレイ、プロジェクタおよびスクリーン、あるいはこれらの組合せ等を採用することができる。
【００９５】
このような第１実施形態においては、多焦点レンズ２１を用いて撮影を行うと、以下のような光学結像系が構成される。
【００９６】
図４には、図２に示した多焦点レンズ２１における光学結像系が示されている。図４（ａ）は、多焦点レンズ２１の光軸２７上において、長い焦点距離を持つ遠レンズ部２２による撮影に適した相対的に遠距離にある被写体、例えば、被写界深度の近点（例えば０．３ｍ程度）から無限遠までの標準的な距離にある通常の被写体（例えば、人物や風景等）に点光源２８を配置した場合の光学結像系を示している。
【００９７】
図４（ａ）の場合には、撮像素子２４上には、正面から見ると、図４（ａ）に示すような投射像５０が得られる。すなわち、遠レンズ部２２による撮影に適した距離にある被写体上に点光源２８を配置した場合には、遠レンズ部２２を構成する円形レンズ部２２Ａおよび環状レンズ部２２Ｂによるピントの合った点状の像５１を中心に、その外周側に、環状レンズ部２３Ａによる円環状の像５２、さらに円環状の像５２の外周側に、環状レンズ部２３Ｂによる円環状の像５３のようなピントのぼけた像が投射される。
【００９８】
一方、図４（ｂ）は、多焦点レンズ２１の光軸２７上において、短い焦点距離を持つ近レンズ部２３による撮影に適した相対的に近距離にある被写体、例えば、標準的な距離よりも近い距離にある近接被写体（例えば、バーコードや虹彩や文字等）に点光源２９を配置した場合の光学結像系を示している。
【００９９】
図４（ｂ）の場合には、撮像素子２４上には、正面から見ると、図４（ｂ）に示すような投射像６０が得られる。すなわち、近レンズ部２３による撮影に適した距離にある被写体上に点光源２９を配置した場合には、近レンズ部２３を構成する環状レンズ部２３Ａ，２３Ｂによるピントの合った点状の像６１を中心に、その外周側に、円形レンズ部２２Ａによる円形の像６２、さらに円形の像６２の外周側に、環状レンズ部２２Ｂによる円環状の像６３のようなピントのぼけた像が投射される。
【０１００】
そして、本実施形態では、図４（ａ）の場合および図４（ｂ）の場合を併せて考えると、いずれの場合も同様に、ピントのぼけた像は、環状レンズ部２３Ｂにより形成されるピントのぼけた円環状の像５３の外周線５３Ａの位置まで略一様に拡がると考えることができるので（図４（ｂ）の場合は、外周線６３Ａの位置までの拡がりであるが、図４（ａ）の外周線５３Ａの位置まで拡がっているとみなすことができる。）、この外周線５３Ａで囲まれる範囲で、ＰＳＦ行列Ｗの各要素Ｗ（ｘ，ｙ）の値を均一化し、または滑らかに変化するようにし、畳み込み演算行列Ｑの各要素Ｑ（ｘ，ｙ）の値を算出することができる。
【０１０１】
このような第１実施形態によれば、次のような効果がある。すなわち、多焦点レンズ２１を用いて標準的な距離にある通常の被写体および近接被写体を撮影すると、図４に示したように、ピントのぼけ方の状態は、厳密に言えば、撮影状態に応じて、つまり被写体までの距離に応じて変化することになるが、多焦点レンズ２１では、第１および第２のレンズ部が同心状に複数回繰り返して、すなわち交互に配置されているので、被写体までの距離にかかわらず、ピントのぼけ方の状態が略同じになる。
【０１０２】
従って、撮影対象となる被写体までの距離が変わっても、ぼけを取り除くための画像改質処理を同じデータを使った処理で実現すること、すなわち畳み込み演算行列Ｑの各要素Ｑ（ｘ，ｙ）の値を同じ設定として画像改質処理を行うことができる。このため、撮影状態を自動的に識別するための切替回路の設置を省略することができ、また、手動操作による切替えも行う必要がなくなることから、使用者の負担を軽減することができる。
【０１０３】
［第２実施形態］
図５には、本発明の第２実施形態の多焦点レンズ２２１の詳細構成が示されている。また、図６は、相対的に遠距離にある被写体（本実施形態では、一例として、被写界深度の近点から無限遠までの標準的な距離にある通常の被写体とする。）を多焦点レンズ２２１で撮影する場合と、相対的に近距離にある被写体（本実施形態では、一例として、標準的な距離よりも近い距離にある近接被写体とする。）を多焦点レンズ２２１で撮影する場合とで、ピントのぼけ方の状態が異なることを示す説明図である。多焦点レンズ２２１は、前記第１実施形態の撮像システム１０（図１参照）と同様な撮像システムに組み込まれて使用されるレンズであり、撮像システム全体については、多焦点レンズの構成が前記第１実施形態と異なり、その他の構成および機能は前記第１実施形態と同様であるため、同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略し、以下では異なる部分を中心として説明を行う。
【０１０４】
図５において、多焦点レンズ２２１は、多焦点光学系（本実施形態では、二焦点光学系）として、平面形状（正面形状）が円形である円形レンズ部２２２Ａを中心とし、その外周側に平面形状（正面形状）が円環状である複数（本実施形態では、７つ）の環状レンズ部２２３Ａ，２２２Ｂ，２２３Ｂ，２２２Ｃ，２２３Ｃ，２２２Ｄ，２２３Ｄをこの順に配置することにより、互いに焦点距離の異なる第１のレンズ部と第２のレンズ部とを交互に同心状に配置して構成されている。すなわち、多焦点レンズ２２１は、第１の焦点距離を持つ複数の第１のレンズ部としての円形レンズ部２２２Ａおよび環状レンズ部２２２Ｂ，２２２Ｃ，２２２Ｄと、第１の焦点距離とは異なる第２の焦点距離を持つ複数の第２のレンズ部としての環状レンズ部２２３Ａ，２２３Ｂ，２２３Ｃ，２２３Ｄとが同一の面に配置されて一体化されることにより構成されている。従って、隣り合うレンズ部同士は、互いに接する状態で配置され、また、円形レンズ部２２２Ａおよび各環状レンズ部２２３Ａ，２２２Ｂ，２２３Ｂ，２２２Ｃ，２２３Ｃ，２２２Ｄ，２２３Ｄは、同心状に配置されているので、これらの各レンズ部２２２Ａ，２２３Ａ，２２２Ｂ，２２３Ｂ，２２２Ｃ，２２３Ｃ，２２２Ｄ，２２３Ｄの光軸は一致している。
【０１０５】
そして、第１のレンズ部である円形レンズ部２２２Ａおよび環状レンズ部２２２Ｂ，２２２Ｃ，２２２Ｄにより、長い焦点距離で集束する遠レンズ部２２２が構成され、第２のレンズ部である環状レンズ部２２３Ａ，２２３Ｂ，２２３Ｃ，２２３Ｄにより、短い焦点距離で集束する近レンズ部２２３が構成されている。例えば、遠レンズ部２２２は、被写界深度の近点（例えば０．３ｍ程度）から無限遠までの標準的な距離にある通常の被写体（例えば、人物や風景等）を撮影するためのレンズ部であり、近レンズ部２２３は、標準的な距離よりも近い距離（例えば、１０ｃｍ未満等）にある近接被写体（例えば、バーコードや虹彩や文字等）を撮影するためのレンズ部である。
【０１０６】
なお、本第２実施形態では、平面形状が円形である円形レンズ部２２２Ａを中心とし、その外周側に平面形状が円環状である複数の環状レンズ部２２３Ａ，２２２Ｂ，２２３Ｂ，２２２Ｃ，２２３Ｃ，２２２Ｄ，２２３Ｄが同心状に配置された構成を例に挙げて説明しているが、各レンズ部の平面形状は、これらの形状に限定されるものではなく、例えば、楕円形や多角形等のレンズ部を中心に、楕円形や多角形等の各環状レンズ部が同心状に配置される構成を備えた多焦点レンズとしてもよい。
【０１０７】
このような第２実施形態においては、多焦点レンズ２２１を用いて撮影を行うと、以下のような光学結像系が構成される。
【０１０８】
図６には、図５に示した多焦点レンズ２２１における光学結像系が示されている。図６（ａ）は、多焦点レンズ２２１の光軸２２７上において、長い焦点距離を持つ遠レンズ部２２２による撮影に適した相対的に遠距離にある被写体、例えば、被写界深度の近点（例えば０．３ｍ程度）から無限遠までの標準的な距離にある通常の被写体（例えば、人物や風景等）に点光源２２８を配置した場合の光学結像系を示している。
【０１０９】
図６（ａ）の場合には、撮像素子２４上には、正面から見ると、図６（ａ）に示すような投射像２５０が得られる。すなわち、遠レンズ部２２２による撮影に適した距離にある被写体上に点光源２２８を配置した場合には、遠レンズ部２２２を構成する円形レンズ部２２２Ａおよび環状レンズ部２２２Ｂ，２２２Ｃ，２２２Ｄによるピントの合った点状の像２５１を中心に、その外周側に、近レンズ部２２３を構成する円環状の環状レンズ部２２３Ａ，２２３Ｂ，２２３Ｃ，２２３Ｄによる円環状の像２５２，２５３，２５４，２５５がこの順に中心から外周方向に向かって並ぶ状態でピントのぼけた像が投射される。
【０１１０】
一方、図６（ｂ）は、多焦点レンズ２２１の光軸２２７上において、短い焦点距離を持つ近レンズ部２２３による撮影に適した相対的に近距離にある被写体、例えば、標準的な距離よりも近い距離にある近接被写体（例えば、バーコードや虹彩や文字等）に点光源２２９を配置した場合の光学結像系を示している。
【０１１１】
図６（ｂ）の場合には、撮像素子２４上には、正面から見ると、図６（ｂ）に示すような投射像２６０が得られる。すなわち、近レンズ部２２３による撮影に適した距離にある被写体上に点光源２２９を配置した場合には、近レンズ部２２３を構成する環状レンズ部２２３Ａ，２２３Ｂ，２２３Ｃ，２２３Ｄによるピントの合った点状の像２６１を中心に、その外周側に、円形レンズ部２２２Ａによる円形の像２６２、さらに円形の像２６２の外周側に、環状レンズ部２２２Ｂ，２２２Ｃ，２２２Ｄによる円環状の像２６３，２６４，２６５のようなピントのぼけた像が投射される。
【０１１２】
そして、本実施形態では、図６（ａ）の場合および図６（ｂ）の場合を併せて考えると、いずれの場合も同様に、ピントのぼけた像は、環状レンズ部２２３Ｄにより形成されるピントのぼけた円環状の像２５５の外周線２５５Ａの位置まで略一様に拡がると考えることができるので、この外周線２５５Ａで囲まれる範囲（但し、環状レンズ部２２２Ｄにより形成されるピントのぼけた円環状の像２６５の外周線２６５Ａの方が外周側に位置する場合には、外周線２６５Ａで囲まれる範囲とする。）で、ＰＳＦ行列Ｗの各要素Ｗ（ｘ，ｙ）の値を均一化し、または滑らかに変化するようにし、畳み込み演算行列Ｑの各要素Ｑ（ｘ，ｙ）の値を算出することができる。
【０１１３】
ところで、前述した図１８で説明した従来例のように、遠レンズ部９０１および近レンズ部９０２の２つのみの構成で同心状にレンズ部を配置した場合、近レンズ部９０２により形成されるピントのぼけた像９０８は、円環状となり（図１８（ａ）参照）、遠レンズ部９０１により形成されるピントのぼけた像９１２は、円形となり（図１８（ｂ）参照）、図１８（ａ）と図１８（ｂ）とでは、それぞれ形状が全く異ったピンぼけ像が投影される。これに対し、前記第１実施形態では、図２で示したように、円形レンズ部２２Ａを中心に、近レンズ部２３と遠レンズ部２２とが交互にそれぞれ同心状に配置される形状とすることにより、近レンズ部２３により形成されるピントのぼけた像５０は、同心状に配置された複数の円環状となり（図４（ａ）参照）、遠レンズ部２２により形成されるピントのぼけた像６０は、同心状に配置された円形および円環状となり（図４（ｂ）参照）、それぞれピントのぼけた像が同心状に複数個投影される。
【０１１４】
さらに、図２に示した前記第１実施形態の多焦点レンズ２１と、図５に示した本第２実施形態の多焦点レンズ２２１とを比較すると、同心状に交互に配置する遠レンズ部と近レンズ部との個数（繰り返し数）を増すことにより、近レンズ部により形成される円環状の複数のピントのぼけた像と、遠レンズ部により形成される円形および円環状の複数のピントのぼけた像は、いずれも1つの円形状のぼけた像に、より近似していくことがわかる。すなわち、前記第１実施形態の多焦点レンズ２１や本第２実施形態の多焦点レンズ２２１を用いて撮影を行った場合、遠距離にある被写体を撮影した際に焦点距離の短いレンズ部により形成されるピントのぼけた像成分と、近距離にある被写体を撮影した際に焦点距離の長いレンズ部により形成されるピントのぼけた像成分とが同様に類似した形状となり、撮像素子２４上には、いずれの撮影状態でも同様の形状となるピントのぼけた像が投射される。
【０１１５】
すなわち、図２に示した前記第１実施形態の多焦点レンズ２１および図５に示した本第２実施形態の多焦点レンズ２２１については、遠距離の被写体を撮影する場合における複数の第２のレンズ部により構成される近レンズ部２３，２２３によるポイント・スプレッド・ファンクション（ＰＳＦ）と、近距離の被写体を撮影する場合における複数の第１のレンズ部により構成される遠レンズ部２２，２２２によるＰＳＦとは、近似しており、環状のレンズ部の個数を増やすことで、これらのＰＳＦは、より近似するようになる。従って、このように多焦点レンズを構成する各レンズ部によるＰＳＦが近似する場合には、代表的なＰＳＦ行列Ｗを１つ定め、その代表的なＰＳＦ行列Ｗを用いて、畳み込み演算行列Ｑを求め、再生演算手段３３（図１参照）による処理を行うことができる。
【０１１６】
図７は、前述した図１８に示した従来の多焦点レンズ９００と、前述した図２に示した前記第１実施形態の多焦点レンズ２１と、図５に示した本第２実施形態の多焦点レンズ２２１とで、ぼけの状態（光量分布）を比較し、環状のレンズ部の個数を増やすことで、ぼけが均一化されていく様子（あるいは、ぼけを示す光量分布の凹凸が小さくなり、なだらかな分布になっていく様子と考えてもよい。）を概念的に示している。縦軸は光量を示す。
【０１１７】
従来の多焦点レンズ９００の場合の光量分布は、中心位置において、ピントの合った点状の像９０７，９１１の光量が突出し、その周囲において、近レンズ部９０２によるピントのぼけた円環状の像９０８の光量、または遠レンズ部９０１によるピントのぼけた円形の像９１２の光量が分布する状態となっている。また、前記第１実施形態の多焦点レンズ２１の場合の光量分布は、中心位置において、ピントの合った点状の像５１，６１の光量が突出し、その周囲において、近レンズ部２３を構成する環状レンズ部２３Ａ，２３Ｂによる円環状の像５２，５３の光量、または遠レンズ部２２を構成する円形レンズ部２２Ａおよび環状レンズ部２２Ｂによる円形の像６２および円環状の像６３の光量が分布する状態となっている。さらに、本第２実施形態の多焦点レンズ２２１の場合の光量分布は、中心位置において、ピントの合った点状の像２５１，２６１の光量が突出し、その周囲において、近レンズ部２２３を構成する環状レンズ部２２３Ａ，２２３Ｂ，２２３Ｃ，２２３Ｄによる円環状の像２５２，２５３，２５４，２５５の光量、または遠レンズ部２２２を構成する円形レンズ部２２２Ａおよび環状レンズ部２２２Ｂ，２２２Ｃ，２２２Ｄによる円形の像２６２および円環状の像２６３，２６４，２６５の光量が分布する状態となっている。これにより、従来の多焦点レンズ９００の場合に比べ、前記第１実施形態の多焦点レンズ２１の場合および本第２実施形態の多焦点レンズ２２１の場合の光量分布は、ピントのぼけた像の光量が均一化され（あるいは、平面上における光量の変化が滑らかになり）、値が小さくなっていることがわかり、さらに環状のレンズ部の個数を増やすことで、より均一化が図られることがわかる。
【０１１８】
このような第２実施形態によれば、次のような効果がある。すなわち、多焦点レンズ２２１を用いて標準的な距離にある通常の被写体および近接被写体を撮影すると、図６に示したように、ピントのぼけ方の状態は、厳密に言えば、撮影状態に応じて、つまり被写体までの距離に応じて変化することになるが、多焦点レンズ２２１では、第１および第２のレンズ部が同心状に複数回繰り返して、すなわち交互に配置されているので、被写体までの距離にかかわらず、ピントのぼけ方の状態が略同じになる。
【０１１９】
従って、撮影対象となる被写体までの距離が変わっても、ぼけを取り除くための画像改質処理を同じデータを使った処理で実現すること、すなわち畳み込み演算行列Ｑの各要素Ｑ（ｘ，ｙ）の値を同じ設定として画像改質処理を行うことができる。このため、撮影状態を自動的に識別するための切替回路の設置を省略することができ、また、手動操作による切替えも行う必要がなくなることから、使用者の負担を軽減することができる。
【０１２０】
［第３実施形態］
図８には、本発明の第３実施形態の多焦点レンズ３２１の詳細構成が示されている。また、図９は、多焦点レンズ３２１による撮影状態の説明図であり、図１０は、多焦点レンズ３２１により光が屈折する状態の説明図である。多焦点レンズ３２１は、前記第１実施形態の撮像システム１０（図１参照）と同様な撮像システムに組み込まれて使用されるレンズであり、撮像システム全体については、多焦点レンズの構成が前記第１実施形態と異なり、その他の構成および機能は前記第１実施形態と同様であるため、同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略し、以下では異なる部分を中心として説明を行う。
【０１２１】
図８および図９において、多焦点レンズ３２１は、二焦点レンズであり、相対的に遠距離にある被写体（本実施形態では、一例として、被写界深度の近点から無限遠までの標準的な距離にある通常の被写体とする。）を撮影するための長い焦点距離を持つ遠レンズ部３２２と、相対的に近距離にある被写体（本実施形態では、一例として、標準的な距離よりも近い距離にある近接被写体とする。）を撮影するための短い焦点距離を持つ近レンズ部３２３とを備えている。
【０１２２】
多焦点レンズ３２１は、図９に示すように、被写体側に設けられた主レンズ３２４と、撮像素子２４側に設けられた補助レンズ３２８とを組み合わせて構成されている。このうち、主レンズ３２４は、図８に示すように、あたかもフレネルレンズのような断面形状を有し、平板状の基盤３２５と、この基盤３２５の表面側（被写体側）に設けられた複数の近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂ，３２６Ｃ，３２６Ｄとが一体化されて構成されている。また、補助レンズ３２８は、凸レンズであり、主レンズ３２４と一定距離を置いて配置されている。なお、補助レンズ３２８は、主レンズ３２４よりも被写体側の位置に配置してもよい。
【０１２３】
近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂ，３２６Ｃ，３２６Ｄは、図８に示すように、環状（本実施形態では、円環状）の平面形状（正面形状）を有し、同心状に配置されている。これらの近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂ，３２６Ｃ，３２６Ｄは、被写界深度の近点（例えば０．３ｍ程度）から無限遠までの標準的な距離よりも近い距離（例えば、１０ｃｍ未満等）にある近接被写体（例えば、バーコードや虹彩や文字等）を撮影するためのレンズ部の構成要素として、１つの焦点距離を持つ１つの凸レンズである近接撮影用レンズ３２６から切り出されて形成されたものである。すなわち、近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂ，３２６Ｃ，３２６Ｄは、図８中の点線で示された近接撮影用レンズ３２６を、その光軸に直交する面により所定の間隔ｄで仕切るとともに、近接撮影用レンズ３２６の表面と所定の間隔ｄの各面とが交わる位置Ｐによりリングピッチを決定し、そのピッチで近接撮影用レンズ３２６を同心状の複数の筒（本実施形態では、円筒）により仕切った後、近接撮影用レンズ３２６の表面を含む断面略三角形の部分を１つ置きに切り出して形成したものである。なお、近接撮影用レンズ３２６は、球面レンズでもよく、非球面レンズでもよい。
【０１２４】
また、主レンズ３２４を構成する近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂ，３２６Ｃ，３２６Ｄの材質（つまり、近接撮影用レンズ３２６の材質）は、同じく主レンズ３２４を構成する基盤３２５の材質と同じであり、例えば、ガラス等であり、屈折率ｎは、例えば、ｎ＝１．５〜１．８程度である。
【０１２５】
さらに、基盤３２５の平面形状（正面形状）は、本実施形態では、円形であり、基盤３２５の表面（被写体側の面）のうち、近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂ，３２６Ｃ，３２６Ｄが配置されていない部分は、円形の平坦面部分３２５Ａおよび円環状の平坦面部分３２５Ｂ，３２５Ｃ，３２５Ｄ，３２５Ｅとなっている。
【０１２６】
そして、基盤３２５のうち円形の平坦面部分３２５Ａおよび円環状の平坦面部分３２５Ｂ，３２５Ｃ，３２５Ｄ，３２５Ｅにより、複数の第１のレンズ部が形成されている。一方、近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂ，３２６Ｃ，３２６Ｄと、基盤３２５のうち近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂ，３２６Ｃ，３２６Ｄが配置された部分とにより、複数の第２のレンズ部が形成されている。従って、第１のレンズ部を中心として、第１のレンズ部と第２のレンズ部とが同心状に交互に配置されている。
【０１２７】
また、図９に示すように、第１のレンズ部としての基盤３２５の平坦面部分３２５Ａ，３２５Ｂ，３２５Ｃ，３２５Ｄ，３２５Ｅと、補助レンズ３２８とにより、無限遠方からの光（つまり、標準的な距離にある通常の被写体上の単一輝点からの光）が撮像素子２４上で結像するので、これらの組合せにより、遠レンズ部３２２が構成される（図９中の実線で示された光路参照）。一方、第２のレンズ部としての近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂ，３２６Ｃ，３２６Ｄおよびこれらが配置された基盤３２５と、補助レンズ３２８とにより、近レンズ部３２３が構成される（図９中の点線で示された光路参照）。
【０１２８】
このような第３実施形態においては、以下のようにして多焦点レンズ３２１により回折光を利用した撮影が行われる。
【０１２９】
図１０において、例えば、光の波面Ｗ１〜Ｗ８がこの順で、多焦点レンズ３２１を構成する主レンズ３２４の近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂ，３２６Ｃ，３２６Ｄに入射したとすると、光路Ｌ１〜Ｌ６のように、光は近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂ，３２６Ｃ，３２６Ｄで屈折する。この際、近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂ，３２６Ｃ，３２６Ｄのうち、隣り合って配置される近接撮影用レンズ切出片同士（図１０の例では、近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂ）に光が入射されると、波面は２つ分ずれて、例えば、近接撮影用レンズ切出片３２６Ａを通過した波面Ｗ３と、近接撮影用レンズ切出片３２６Ｂを通過した波面Ｗ１とが一致するようになる。すなわち、２波長分ずれて位相が一致することにより、２次回折光による結像が実現される。従って、近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂ，３２６Ｃ，３２６Ｄおよびこれらと一体化された基盤３２５により、回折レンズが形成されている。
【０１３０】
ここで、回折レンズを形成する近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂ，３２６Ｃ，３２６Ｄの厚み方向の最大寸法（つまり、回折レンズの段差部分の厚み方向の最大寸法）は、前述した近接撮影用レンズ３２６からの切り出しの際の仕切の間隔ｄであり、この間隔ｄは、本第３実施形態では、近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂ，３２６Ｃ，３２６Ｄの中を通過する光と、空気中を通過する光とが、１波長分ずれる寸法とされている。
【０１３１】
すなわち、空気中を通過する光の波長をλとし、近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂ，３２６Ｃ，３２６Ｄの材質（例えば、ガラス等）の屈折率をｎとすると、近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂ，３２６Ｃ，３２６Ｄの中を通過する光の波長は、λ／ｎとなり、短くなる。この際、近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂ，３２６Ｃ，３２６Ｄの中を通過する光と、空気中を通過する光とが、１波長分ずれるために必要な距離をｄとし、距離ｄの近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂ，３２６Ｃ，３２６Ｄの中の波数をｍとすれば、距離ｄの空気中の波数は、ｍ−１とすればよいので、次の式（３）および式（４）が成立する。これらの式（３）および式（４）を解いてｍを消去すると、次の式（５）が得られる。
【０１３２】
ｍ＝ｄ／（λ／ｎ） ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３）
【０１３３】
ｍ−１＝ｄ／λ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（４）
【０１３４】
ｄ＝λ／（ｎ−１） ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（５）
【０１３５】
ここで、例えば、ｎ＝１．５とすれば、ｄ＝２λとなり、図１０に示した例となる。この例では、距離ｄに対し、空気中の波数は、２となり、近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂ，３２６Ｃ，３２６Ｄの中の波数は、３となるので、１波長分ずれて位相が一致することになる。従って、図１０中の二点鎖線の如く、近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂの間に、同じ焦点距離を持つ近接撮影用レンズ切出片（近接撮影用レンズ３２６から切り出されたもの）が隙間無く隣接配置されていると仮定すれば、波面が１つずれ、例えば、近接撮影用レンズ切出片３２６Ｂの中を通過した波面Ｗ１と、二点鎖線で描かれた近接撮影用レンズ切出片を通過したと仮定した波面Ｗ２（図１０中のかっこ内）とが一致する。本第３実施形態では、１つ置きに近接撮影用レンズ切出片が配置されるので、隣り合って配置された近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂをそれぞれ通過した波面は２つずれ、例えば、近接撮影用レンズ切出片３２６Ｂの中を通過した波面Ｗ１と、近接撮影用レンズ切出片３２６Ａの中を通過した波面Ｗ３とが一致する。
【０１３６】
なお、例えば、ｎ＝１．６とすれば、ｄ＝１．６７λとなり、ｎ＝１．８とすれば、ｄ＝１．２５λとなり、ｎ＝２とすれば、ｄ＝λとなる。また、本第３実施形態では、前述した近接撮影用レンズ３２６からの切り出しの際の仕切の間隔ｄを、近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂ，３２６Ｃ，３２６Ｄの中を通過する光と、空気中を通過する光とが、１波長分ずれる寸法としているが、近接撮影用レンズ切出片を１つ置きに配置するので、切り出しの際の仕切の間隔ｄを、半波長分ずれる寸法としてもよく、この場合には、１つ置きに配置された近接撮影用レンズ切出片の隣り合う切出片を通過した光は、１波長ずれ、１次回折光による結像が実現される。
【０１３７】
このような第３実施形態によれば、次のような効果がある。すなわち、前記第１、第２実施形態の場合と同様に、多焦点レンズ３２１では、第１および第２のレンズ部が同心状に複数回繰り返して、すなわち交互に配置されているので、被写体までの距離にかかわらず、ピントのぼけ方の状態が略同じになる。従って、撮影対象となる被写体までの距離が変わっても、ぼけを取り除くための画像改質処理を同じデータを使った処理で実現すること、すなわち畳み込み演算行列Ｑの各要素Ｑ（ｘ，ｙ）の値を同じ設定として画像改質処理を行うことができる。このため、撮影状態を自動的に識別するための切替回路の設置を省略することができ、また、手動操作による切替えも行う必要がなくなることから、使用者の負担を軽減することができる。
【０１３８】
また、近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂ，３２６Ｃ，３２６Ｄおよびこれらと一体化された基盤３２５により回折レンズが形成され、あたかもフレネルレンズのような断面形状またはこれに近い断面形状になっているので、主レンズ３２４を全体的に薄くすることができ、軽量化を図ることができるうえ、設計の自由度を向上させることができ、さらに製造の容易化、製造コストの低減を図ることができる。
【０１３９】
［第４実施形態］
図１１には、本発明の第４実施形態の多焦点レンズ４２１の詳細構成が示されている。また、図１２は、多焦点レンズ４２１による撮影状態の説明図であり、図１３は、多焦点レンズ４２１の製造方法の説明図である。多焦点レンズ４２１は、前記第１実施形態の撮像システム１０（図１参照）と同様な撮像システムに組み込まれて使用されるレンズであり、撮像システム全体については、多焦点レンズの構成が前記第１実施形態と異なり、その他の構成および機能は前記第１実施形態と同様であるため、同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略し、以下では異なる部分を中心として説明を行う。
【０１４０】
図１１および図１２において、多焦点レンズ４２１は、二焦点レンズであり、相対的に遠距離にある被写体（本実施形態では、一例として、被写界深度の近点から無限遠までの標準的な距離にある通常の被写体とする。）を撮影するための長い焦点距離を持つ遠レンズ部４２２と、相対的に近距離にある被写体（本実施形態では、一例として、標準的な距離よりも近い距離にある近接被写体とする。）を撮影するための短い焦点距離を持つ近レンズ部４２３とを備えている。
【０１４１】
多焦点レンズ４２１は、図１１に示すように、あたかもフレネルレンズのような断面形状を有し、平板状の基盤４２５と、この基盤４２５の表面側（被写体側）に設けられた複数の近接撮影用レンズ切出片４２６Ａ，４２６Ｂ，４２６Ｃ，４２６Ｄ，４２６Ｅおよび複数の標準撮影用レンズ切出片４２７Ａ，４２７Ｂ，４２７Ｃ，４２７Ｄとが一体化されて構成されている。なお、本第４実施形態では、前記第３実施形態のような補助レンズは設けられていないが、補助レンズを設けてもよい。
【０１４２】
近接撮影用レンズ切出片４２６Ａは、図１１に示すように、円形の平面形状（正面形状）を有し、近接撮影用レンズ切出片４２６Ｂ，４２６Ｃ，４２６Ｄ，４２６Ｅは、環状（本実施形態では、円環状）の平面形状を有し、これらは同心状に配置されている。これらの近接撮影用レンズ切出片４２６Ａ，４２６Ｂ，４２６Ｃ，４２６Ｄ，４２６Ｅは、標準的な距離よりも近い距離（例えば、１０ｃｍ未満等）にある近接被写体（例えば、バーコードや虹彩や文字等）を撮影するためのレンズ部の構成要素として、１つの焦点距離を持つ１つの凸レンズである近接撮影用レンズ４２６から切り出されて形成されたものである。なお、近接撮影用レンズ４２６は、球面レンズでもよく、非球面レンズでもよい。
【０１４３】
また、標準撮影用レンズ切出片４２７Ａ，４２７Ｂ，４２７Ｃ，４２７Ｄは、図１１に示すように、環状（本実施形態では、円環状）の平面形状を有し、これらは同心状に配置されている。これらの標準撮影用レンズ切出片４２７Ａ，４２７Ｂ，４２７Ｃ，４２７Ｄは、被写界深度の近点（例えば０．３ｍ程度）から無限遠までの標準的な距離にある通常の被写体（例えば、風景や人物等）を撮影するためのレンズ部の構成要素として、１つの焦点距離を持つ１つの凸レンズである標準撮影用レンズ４２７から切り出されて形成されたものである。この標準撮影用レンズ４２７は、近接撮影用レンズ４２６よりも曲率が小さく、長い焦点距離を持つレンズである。なお、標準撮影用レンズ４２７は、球面レンズでもよく、非球面レンズでもよい。
【０１４４】
近接撮影用レンズ切出片４２６Ａ，４２６Ｂ，４２６Ｃ，４２６Ｄ，４２６Ｅの材質（つまり、近接撮影用レンズ４２６の材質）および標準撮影用レンズ切出片４２７Ａ，４２７Ｂ，４２７Ｃ，４２７Ｄの材質（つまり、標準撮影用レンズ４２７の材質）は、基盤４２５の材質と同じであり、例えば、ガラス等であり、屈折率ｎは、例えば、ｎ＝１．５〜１．８程度である。
【０１４５】
そして、近接撮影用レンズ切出片４２６Ａ，４２６Ｂ，４２６Ｃ，４２６Ｄ，４２６Ｅと、基盤４２５のうち近接撮影用レンズ切出片４２６Ａ，４２６Ｂ，４２６Ｃ，４２６Ｄ，４２６Ｅが配置された部分とにより、複数の第１のレンズ部が形成されている。一方、標準撮影用レンズ切出片４２７Ａ，４２７Ｂ，４２７Ｃ，４２７Ｄと、基盤４２５のうち標準撮影用レンズ切出片４２７Ａ，４２７Ｂ，４２７Ｃ，４２７Ｄが配置された部分とにより、複数の第２のレンズ部が形成されている。従って、第１のレンズ部を中心として、第１のレンズ部と第２のレンズ部とが同心状に交互に配置されている。
【０１４６】
また、図１２に示すように、無限遠方からの光（つまり、標準的な距離にある通常の被写体上の単一輝点からの光）が、第２のレンズ部としての標準撮影用レンズ切出片４２７Ａ，４２７Ｂ，４２７Ｃ，４２７Ｄおよびこれらが配置された基盤４２５を通過して撮像素子２４上で結像するので、これらにより遠レンズ部４２２が構成される（図１２中の実線で示された光路参照）。一方、第１のレンズ部としての近接撮影用レンズ切出片４２６Ａ，４２６Ｂ，４２６Ｃ，４２６Ｄ，４２６Ｅおよびこれらが配置された基盤４２５により、近レンズ部４２３が構成される（図１２中の点線で示された光路参照）。
【０１４７】
このような第４実施形態においては、以下のようにして多焦点レンズ４２１が製造される。
【０１４８】
図１３において、先ず、近接撮影用レンズ４２６を、その光軸に直交する面Ｋ１により所定の間隔ｄで仕切るとともに、近接撮影用レンズ４２６の表面と所定の間隔ｄの各面Ｋ１とが交わる位置Ｐによりリングピッチを決定し、そのピッチで近接撮影用レンズ４２６を同心状の複数の筒（本実施形態では、円筒）Ｋ２により仕切った後、近接撮影用レンズ４２６の表面を含む断面略三角形の部分を１つ置きに切り出すことにより、近接撮影用レンズ切出片４２６Ａ，４２６Ｂ，４２６Ｃ，４２６Ｄ，４２６Ｅを形成する。
【０１４９】
次に、標準撮影用レンズ４２７を、その光軸に直交する面Ｋ３により所定の間隔ｄで仕切るとともに、近接撮影用レンズ４２６を仕切った複数の筒Ｋ２と同じ大きさの複数の筒（本実施形態では、円筒）Ｋ４で、すなわち近接撮影用レンズ４２６を仕切ったピッチと同じピッチで標準撮影用レンズ４２７を仕切った後、光軸に直交する各面Ｋ３のうち標準撮影用レンズ４２７の表面と交わらない面で標準撮影用レンズ４２７を切るようにして、標準撮影用レンズ４２７の表面を含む断面略台形の部分を１つ置きに切り出すことにより、標準撮影用レンズ切出片４２７Ａ，４２７Ｂ，４２７Ｃ，４２７Ｄを形成する。なお、標準撮影用レンズ４２７を複数の筒で仕切る際には、近接撮影用レンズ４２６の場合とは異なり、標準撮影用レンズ４２７の表面と所定の間隔ｄの各面Ｋ３とが交わる位置Ｇによりリングピッチを決定するのではなく、近接撮影用レンズ４２６を仕切ったピッチと同じピッチで仕切るため、標準撮影用レンズ切出片４２７Ａ，４２７Ｂ，４２７Ｃ，４２７Ｄの断面形状は、略三角形状ではなく、略台形状となっているが、このように近接撮影用レンズ４２６を基準としたリングピッチとするのではなく、標準撮影用レンズ４２７を基準としたリングピッチとしてもよい。すなわち、標準撮影用レンズ４２７の表面と所定の間隔ｄの各面Ｋ３とが交わる位置Ｇにより、リングピッチを決定し、そのピッチで標準撮影用レンズ４２７を同心状の複数の筒（本実施形態では、円筒）Ｋ５により仕切った後（図１３中の一点鎖線参照）、標準撮影用レンズ４２７の表面を含む断面略三角形の部分を１つ置きに切り出す一方、近接撮影用レンズ４２６を仕切る際には、標準撮影用レンズ４２７を仕切ったピッチと同じピッチで仕切ってもよい。
【０１５０】
そして、以上に述べた仕切の間隔ｄは、前記第３実施形態の場合と同様に、近接撮影用レンズ切出片４２６Ａ，４２６Ｂ，４２６Ｃ，４２６Ｄ，４２６Ｅや標準撮影用レンズ切出片４２７Ａ，４２７Ｂ，４２７Ｃ，４２７Ｄの中を通過する光と、空気中を通過する光とが、１波長分ずれる寸法である。これにより、前記第３実施形態の場合と同様に、近接撮影用レンズ切出片４２６Ａ，４２６Ｂ，４２６Ｃ，４２６Ｄ，４２６Ｅのうち隣り合って配置された近接撮影用レンズ切出片を通過する光は、２波長分ずれて位相が一致し、これにより、２次回折光による結像が実現される。従って、近接撮影用レンズ切出片４２６Ａ，４２６Ｂ，４２６Ｃ，４２６Ｄ，４２６Ｅおよびこれらと一体化された基盤４２５により、回折レンズが形成されている。さらに、標準撮影用レンズ切出片４２７Ａ，４２７Ｂ，４２７Ｃ，４２７Ｄのうち隣り合って配置された標準撮影用レンズ切出片を通過する光も、２波長分ずれて位相が一致し、これにより、２次回折光による結像が実現される。従って、標準撮影用レンズ切出片４２７Ａ，４２７Ｂ，４２７Ｃ，４２７Ｄおよびこれらと一体化された基盤４２５により、回折レンズが形成されている。
【０１５１】
但し、近接撮影用レンズ切出片４２６Ａ，４２６Ｂ，４２６Ｃ，４２６Ｄ，４２６Ｅ（つまり、回折レンズの段差部分）の厚み方向の最大寸法は、前述した近接撮影用レンズ４２６からの切り出しの際の仕切の間隔ｄ、すなわち近接撮影用レンズ切出片４２６Ａ，４２６Ｂ，４２６Ｃ，４２６Ｄ，４２６Ｅの中を通過する光と、空気中を通過する光とが、１波長分ずれる寸法とされているのに対し、標準撮影用レンズ切出片４２７Ａ，４２７Ｂ，４２７Ｃ，４２７Ｄ（つまり、別の回折レンズの段差部分）の厚み方向の最大寸法は、近接撮影用レンズ４２６と標準撮影用レンズ４２７との対応位置（光軸から等距離にある位置）における曲率の大きさが異なるため、厳密に言えば、仕切の間隔ｄ、すなわち１波長分ずれる寸法にはならない。また、前述したように、標準撮影用レンズ４２７を基準としたリングピッチとしてもよく、この場合には、標準撮影用レンズ切出片の厚み方向の最大寸法が、仕切の間隔ｄ、すなわち１波長分ずれる寸法となる一方、近接撮影用レンズ切出片の厚み方向の最大寸法は、仕切の間隔ｄ、すなわち１波長分ずれる寸法にはならない。従って、基準とされたいずれか一方のレンズの切出片の厚み方向の最大寸法が、仕切の間隔ｄとなればよい。
【０１５２】
なお、本第４実施形態では、上記のように、仕切の間隔ｄは、近接撮影用レンズ切出片や標準撮影用レンズ切出片の中を通過する光と、空気中を通過する光とが、１波長分ずれる寸法とされているが、本第４実施形態では、近接撮影用レンズ切出片や標準撮影用レンズ切出片を１つ置きに配置するので、仕切の間隔ｄを、半波長分ずれる寸法としてもよく、この場合には、１つ置きに配置された近接撮影用レンズ切出片や標準撮影用レンズ切出片の隣り合う切出片を通過した光は、１波長ずれ、１次回折光による結像が実現される。
【０１５３】
このような第４実施形態によれば、次のような効果がある。すなわち、前記第１〜第３実施形態の場合と同様に、多焦点レンズ４２１では、第１および第２のレンズ部が同心状に複数回繰り返して、すなわち交互に配置されているので、被写体までの距離にかかわらず、ピントのぼけ方の状態が略同じになる。従って、撮影対象となる被写体までの距離が変わっても、ぼけを取り除くための画像改質処理を同じデータを使った処理で実現すること、すなわち畳み込み演算行列Ｑの各要素Ｑ（ｘ，ｙ）の値を同じ設定として画像改質処理を行うことができる。このため、撮影状態を自動的に識別するための切替回路の設置を省略することができ、また、手動操作による切替えも行う必要がなくなることから、使用者の負担を軽減することができる。
【０１５４】
また、近接撮影用レンズ切出片４２６Ａ，４２６Ｂ，４２６Ｃ，４２６Ｄ，４２６Ｅおよびこれらと一体化された基盤４２５、並びに標準撮影用レンズ切出片４２７Ａ，４２７Ｂ，４２７Ｃ，４２７Ｄおよびこれらと一体化された基盤４２５により、それぞれ回折レンズが形成され、あたかもフレネルレンズのような断面形状またはこれに近い断面形状になっているので、多焦点レンズ４２１を全体的に薄くすることができ、軽量化を図ることができるうえ、設計の自由度を向上させることができ、さらに製造の容易化、製造コストの低減を図ることができる。
【０１５５】
［第５実施形態］
図１４には、本発明の第５実施形態の多焦点レンズ５２１の詳細構成が示されている。また、図１５は、多焦点レンズ５２１による撮影状態の説明図である。多焦点レンズ５２１は、前記第１実施形態の撮像システム１０（図１参照）と同様な撮像システムに組み込まれて使用されるレンズであり、撮像システム全体については、多焦点レンズの構成が前記第１実施形態と異なり、その他の構成および機能は前記第１実施形態と同様であるため、同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略し、以下では異なる部分を中心として説明を行う。
【０１５６】
図１４および図１５において、多焦点レンズ５２１は、二焦点レンズであり、相対的に遠距離にある被写体（本実施形態では、一例として、被写界深度の近点から無限遠までの標準的な距離にある通常の被写体とする。）を撮影するための長い焦点距離を持つ遠レンズ部５２２と、相対的に近距離にある被写体（本実施形態では、一例として、標準的な距離よりも近い距離にある近接被写体とする。）を撮影するための短い焦点距離を持つ近レンズ部５２３とを備えている。
【０１５７】
多焦点レンズ５２１は、被写体側に設けられた主レンズ５２４と、撮像素子２４側に設けられた補助レンズ５２８とを組み合わせて構成されている。このうち、主レンズ５２４は、図１４に示すように、あたかもフレネルレンズのような断面形状を有し、平板状の基盤５２５と、この基盤５２５の表面側（被写体側）に設けられた複数の標準撮影用レンズ切出片５２６Ａ，５２６Ｂ，５２６Ｃ，５２６Ｄ，５２６Ｅおよび複数の近接撮影用レンズ切出片５２７Ａ，５２７Ｂ，５２７Ｃ，５２７Ｄとが一体化されて構成されている。また、補助レンズ５２８は、凸レンズであり、主レンズ５２４と一定距離を置いて配置されている。なお、補助レンズ５２８は、主レンズ５２４よりも被写体側の位置に配置してもよい。
【０１５８】
標準撮影用レンズ切出片５２６Ａは、図１４に示すように、円形の平面形状（正面形状）を有し、標準撮影用レンズ切出片５２６Ｂ，５２６Ｃ，５２６Ｄ，５２６Ｅは、環状（本実施形態では、円環状）の平面形状を有し、これらは同心状に配置されている。これらの標準撮影用レンズ切出片５２６Ａ，５２６Ｂ，５２６Ｃ，５２６Ｄ，５２６Ｅは、被写界深度の近点（例えば０．３ｍ程度）から無限遠までの標準的な距離にある通常の被写体（例えば、風景や人物等）を撮影するためのレンズ部の構成要素として、１つの焦点距離を持つ１つの凹レンズである標準撮影用レンズ５２６から切り出されて形成されたものである。なお、標準撮影用レンズ５２６は、球面レンズでもよく、非球面レンズでもよい。
【０１５９】
また、近接撮影用レンズ切出片５２７Ａ，５２７Ｂ，５２７Ｃ，５２７Ｄは、図１４に示すように、環状（本実施形態では、円環状）の平面形状を有し、これらは同心状に配置されている。これらの近接撮影用レンズ切出片５２７Ａ，５２７Ｂ，５２７Ｃ，５２７Ｄは、標準的な距離よりも近い距離（例えば、１０ｃｍ未満等）にある近接被写体（例えば、バーコードや虹彩や文字等）を撮影するためのレンズ部の構成要素として、１つの焦点距離を持つ１つの凸レンズである近接撮影用レンズ５２７から切り出されて形成されたものである。この近接撮影用レンズ５２７は、標準撮影用レンズ５２６と対応位置（光軸から等距離にある位置）における曲率の大きさ（絶対値）が同じである。なお、近接撮影用レンズ５２７は、球面レンズでもよく、非球面レンズでもよい。
【０１６０】
標準撮影用レンズ切出片５２６Ａ，５２６Ｂ，５２６Ｃ，５２６Ｄ，５２６Ｅの材質（つまり、標準撮影用レンズ５２６の材質）および近接撮影用レンズ切出片５２７Ａ，５２７Ｂ，５２７Ｃ，５２７Ｄの材質（つまり、近接撮影用レンズ５２７の材質）は、基盤５２５の材質と同じであり、例えば、ガラス等であり、屈折率ｎは、例えば、ｎ＝１．５〜１．８程度である。
【０１６１】
そして、標準撮影用レンズ切出片５２６Ａ，５２６Ｂ，５２６Ｃ，５２６Ｄ，５２６Ｅと、基盤５２５のうち標準撮影用レンズ切出片５２６Ａ，５２６Ｂ，５２６Ｃ，５２６Ｄ，５２６Ｅが配置された部分とにより、複数の第１のレンズ部が形成されている。一方、近接撮影用レンズ切出片５２７Ａ，５２７Ｂ，５２７Ｃ，５２７Ｄと、基盤５２５のうち近接撮影用レンズ切出片５２７Ａ，５２７Ｂ，５２７Ｃ，５２７Ｄが配置された部分とにより、複数の第２のレンズ部が形成されている。従って、第１のレンズ部を中心として、第１のレンズ部と第２のレンズ部とが同心状に交互に配置されている。
【０１６２】
また、図１５に示すように、第１のレンズ部としての標準撮影用レンズ切出片５２６Ａ，５２６Ｂ，５２６Ｃ，５２６Ｄ，５２６Ｅおよびこれらが配置された基盤５２５と、補助レンズ５２８とにより、無限遠方からの光（つまり、標準的な距離にある通常の被写体上の単一輝点からの光）が撮像素子２４上で結像するので、これらの組合せにより、遠レンズ部５２２が構成される（図１５中の実線で示された光路参照）。一方、第２のレンズ部としての近接撮影用レンズ切出片５２７Ａ，５２７Ｂ，５２７Ｃ，５２７Ｄおよびこれらが配置された基盤５２５と、補助レンズ５２８とにより、近レンズ部５２３が構成される（図１５中の点線で示された光路参照）。
【０１６３】
このような第５実施形態においては、以下のようにして多焦点レンズ５２１が製造される。
【０１６４】
図１４において、標準撮影用レンズ５２６を、その光軸に直交する面により所定の間隔ｄで仕切るとともに、標準撮影用レンズ５２６の表面と所定の間隔ｄの各面とが交わる位置によりリングピッチを決定し、そのピッチで標準撮影用レンズ５２６を同心状の複数の筒（本実施形態では、円筒）により仕切った後、標準撮影用レンズ５２６の表面を含む断面略三角形の部分を１つ置きに切り出すことにより、標準撮影用レンズ切出片５２６Ａ，５２６Ｂ，５２６Ｃ，５２６Ｄ，５２６Ｅを形成する。同様にして、近接撮影用レンズ５２７から、近接撮影用レンズ切出片５２７Ａ，５２７Ｂ，５２７Ｃ，５２７Ｄを切り出して形成する。
【０１６５】
この際、標準撮影用レンズ５２６と近接撮影用レンズ５２７との対応位置（光軸から等距離にある位置）における曲率の大きさ（絶対値）は、同じであるため、これらを複数の筒で仕切る際のピッチも同じとなる。また、これに伴って、標準撮影用レンズ切出片５２６Ａ，５２６Ｂ，５２６Ｃ，５２６Ｄ，５２６Ｅ（以下に述べるように、回折レンズの段差部分となる。）の厚み方向の最大寸法と、近接撮影用レンズ切出片５２７Ａ，５２７Ｂ，５２７Ｃ，５２７Ｄ（以下に述べるように、別の回折レンズの段差部分となる。）の厚み方向の最大寸法とは、いずれも仕切の間隔ｄとなり、一致する。
【０１６６】
そして、以上に述べた仕切の間隔ｄは、前記第３、第４実施形態の場合と同様に、標準撮影用レンズ切出片５２６Ａ，５２６Ｂ，５２６Ｃ，５２６Ｄ，５２６Ｅや近接撮影用レンズ切出片５２７Ａ，５２７Ｂ，５２７Ｃ，５２７Ｄの中を通過する光と、空気中を通過する光とが、１波長分ずれる寸法である。これにより、前記第３、第４実施形態の場合と同様に、標準撮影用レンズ切出片５２６Ａ，５２６Ｂ，５２６Ｃ，５２６Ｄ，５２６Ｅのうち隣り合って配置された標準撮影用レンズ切出片を通過する光は、２波長分ずれて位相が一致し、これにより、２次回折光による結像が実現される。従って、標準撮影用レンズ切出片５２６Ａ，５２６Ｂ，５２６Ｃ，５２６Ｄ，５２６Ｅおよびこれらと一体化された基盤５２５により、回折レンズが形成されている。さらに、近接撮影用レンズ切出片５２７Ａ，５２７Ｂ，５２７Ｃ，５２７Ｄのうち隣り合って配置された近接撮影用レンズ切出片を通過する光も、２波長分ずれて位相が一致し、これにより、２次回折光による結像が実現される。従って、近接撮影用レンズ切出片５２７Ａ，５２７Ｂ，５２７Ｃ，５２７Ｄおよびこれらと一体化された基盤５２５により、回折レンズが形成されている。なお、本第５実施形態では、上記のように、仕切の間隔ｄは、標準撮影用レンズ切出片や近接撮影用レンズ切出片の中を通過する光と、空気中を通過する光とが、１波長分ずれる寸法とされているが、本第５実施形態では、標準撮影用レンズ切出片や近接撮影用レンズ切出片を１つ置きに配置するので、仕切の間隔ｄを、半波長分ずれる寸法としてもよく、この場合には、１つ置きに配置された標準撮影用レンズ切出片や近接撮影用レンズ切出片の隣り合う切出片を通過した光は、１波長ずれ、１次回折光による結像が実現される。
【０１６７】
このような第５実施形態によれば、次のような効果がある。すなわち、前記第１〜第４実施形態の場合と同様に、多焦点レンズ５２１では、第１および第２のレンズ部が同心状に複数回繰り返して、すなわち交互に配置されているので、被写体までの距離にかかわらず、ピントのぼけ方の状態が略同じになる。従って、撮影対象となる被写体までの距離が変わっても、ぼけを取り除くための画像改質処理を同じデータを使った処理で実現すること、すなわち畳み込み演算行列Ｑの各要素Ｑ（ｘ，ｙ）の値を同じ設定として画像改質処理を行うことができる。このため、撮影状態を自動的に識別するための切替回路の設置を省略することができ、また、手動操作による切替えも行う必要がなくなることから、使用者の負担を軽減することができる。
【０１６８】
また、標準撮影用レンズ切出片５２６Ａ，５２６Ｂ，５２６Ｃ，５２６Ｄ，５２６Ｅおよびこれらと一体化された基盤５２５、並びに近接撮影用レンズ切出片５２７Ａ，５２７Ｂ，５２７Ｃ，５２７Ｄおよびこれらと一体化された基盤５２５により、それぞれ回折レンズが形成され、あたかもフレネルレンズのような断面形状またはこれに近い断面形状になっているので、主レンズ５２４を全体的に薄くすることができ、軽量化を図ることができるうえ、設計の自由度を向上させることができ、さらに製造の容易化、製造コストの低減を図ることができる。
【０１６９】
さらに、標準撮影用レンズ５２６と近接撮影用レンズ５２７とは、対応位置（光軸から等距離にある位置）における曲率の大きさ（絶対値）が同じであるため、標準撮影用レンズ切出片５２６Ａ，５２６Ｂ，５２６Ｃ，５２６Ｄ，５２６Ｅ（つまり、回折レンズの段差部分）の厚み方向の最大寸法と、近接撮影用レンズ切出片５２７Ａ，５２７Ｂ，５２７Ｃ，５２７Ｄ（つまり、別の回折レンズの段差部分）の厚み方向の最大寸法とを一致させることができる。そして、標準撮影用レンズ切出片についての光軸に平行な面と、近接撮影用レンズ切出片についての光軸に平行な面とを、向かい合わせにして配置するので、レンズ面の不要な面、すなわち像の形成に寄与しない面を無くすことができる。
【０１７０】
［第６実施形態］
図１６には、本発明の第６実施形態の多焦点レンズ６２１の詳細構成が示されている。また、図１７は、多焦点レンズ６２１による撮影状態の説明図である。多焦点レンズ６２１は、前記第１実施形態の撮像システム１０（図１参照）と同様な撮像システムに組み込まれて使用されるレンズであり、撮像システム全体については、多焦点レンズの構成が前記第１実施形態と異なり、その他の構成および機能は前記第１実施形態と同様であるため、同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略し、以下では異なる部分を中心として説明を行う。
【０１７１】
図１６および図１７において、多焦点レンズ６２１は、三焦点レンズであり、相対的に遠距離にある被写体（本実施形態では、一例として、１ｍ程度から無限遠までの標準的な距離にある通常の被写体とする。）を撮影するための長い焦点距離を持つ遠レンズ部６２２と、相対的に中間距離にある被写体（本実施形態では、一例として、５０ｃｍ程度の距離にある被写体とする。）を撮影するための中間的な焦点距離を持つ中間レンズ部６２９と、相対的に近距離にある被写体（本実施形態では、一例として、７ｃｍ程度の距離にある近接被写体とする。）を撮影するための短い焦点距離を持つ近レンズ部６２３とを備えている。
【０１７２】
多焦点レンズ６２１は、被写体側に設けられた主レンズ６２４と、撮像素子２４側に設けられた補助レンズ６２８とを組み合わせて構成されている。このうち、主レンズ６２４は、図１６に示すように、あたかもフレネルレンズのような断面形状を有し、平板状の基盤６２５と、この基盤６２５の表面側（被写体側）に設けられた複数の標準撮影用レンズ切出片６２６Ａ，６２６Ｂ，６２６Ｃおよび複数の近接撮影用レンズ切出片６２７Ａ，６２７Ｂ，６２７Ｃとが一体化されて構成されている。また、補助レンズ６２８は、凸レンズであり、主レンズ６２４と一定距離を置いて配置されている。なお、補助レンズ６２８は、主レンズ６２４よりも被写体側の位置に配置してもよい。
【０１７３】
標準撮影用レンズ切出片６２６Ａは、図１６に示すように、円形の平面形状（正面形状）を有し、標準撮影用レンズ切出片６２６Ｂ，６２６Ｃは、環状（本実施形態では、円環状）の平面形状を有し、これらは同心状に配置されている。これらの標準撮影用レンズ切出片６２６Ａ，６２６Ｂ，６２６Ｃは、例えば１ｍ程度から無限遠までの標準的な距離にある通常の被写体（例えば、風景や人物等）を撮影するためのレンズ部の構成要素として、１つの焦点距離を持つ１つの凹レンズである標準撮影用レンズ６２６から切り出されて形成されたものである。なお、標準撮影用レンズ６２６は、球面レンズでもよく、非球面レンズでもよい。
【０１７４】
また、近接撮影用レンズ切出片６２７Ａ，６２７Ｂ，６２７Ｃは、図１６に示すように、環状（本実施形態では、円環状）の平面形状を有し、これらは同心状に配置されている。これらの近接撮影用レンズ切出片６２７Ａ，６２７Ｂ，６２７Ｃは、例えば７ｃｍ程度の距離にある近接被写体（例えば、バーコードや虹彩や文字等）を撮影するためのレンズ部の構成要素として、１つの焦点距離を持つ１つの凸レンズである近接撮影用レンズ６２７から切り出されて形成されたものである。この近接撮影用レンズ６２７は、標準撮影用レンズ６２６と対応位置（光軸から等距離にある位置）における曲率の大きさ（絶対値）が同じである。なお、近接撮影用レンズ６２７は、球面レンズでもよく、非球面レンズでもよい。
【０１７５】
標準撮影用レンズ切出片６２６Ａ，６２６Ｂ，６２６Ｃの材質（つまり、標準撮影用レンズ６２６の材質）および近接撮影用レンズ切出片６２７Ａ，６２７Ｂ，６２７Ｃの材質（つまり、近接撮影用レンズ６２７の材質）は、基盤６２５の材質と同じであり、例えば、ガラス等であり、屈折率ｎは、例えば、ｎ＝１．５〜１．８程度である。
【０１７６】
さらに、基盤６２５の平面形状（正面形状）は、本実施形態では、円形であり、基盤６２５の表面（被写体側の面）のうち、標準撮影用レンズ切出片６２６Ａ，６２６Ｂ，６２６Ｃおよび近接撮影用レンズ切出片６２７Ａ，６２７Ｂ，６２７Ｃが配置されていない部分は、環状（本実施形態では、円環状）の平坦面部分６２５Ａ，６２５Ｂ，６２５Ｃとなっている。
【０１７７】
そして、標準撮影用レンズ切出片６２６Ａ，６２６Ｂ，６２６Ｃと、基盤６２５のうち標準撮影用レンズ切出片６２６Ａ，６２６Ｂ，６２６Ｃが配置された部分とにより、複数の第１のレンズ部が形成されている。一方、近接撮影用レンズ切出片６２７Ａ，６２７Ｂ，６２７Ｃと、基盤６２５のうち近接撮影用レンズ切出片６２７Ａ，６２７Ｂ，６２７Ｃが配置された部分とにより、複数の第２のレンズ部が形成されている。また、基盤６２５のうち環状の平坦面部分６２５Ａ，６２５Ｂ，６２５Ｃにより、複数の第３のレンズ部が形成されている。従って、第１のレンズ部を中心として、第１〜第３のレンズ部が同心状に複数回繰り返して配置されている。
【０１７８】
また、図１７に示すように、第１のレンズ部としての標準撮影用レンズ切出片６２６Ａ，６２６Ｂ，６２６Ｃおよびこれらが配置された基盤６２５と、補助レンズ６２８とにより、無限遠方からの光（つまり、標準的な距離にある通常の被写体上の単一輝点からの光）が撮像素子２４上で結像するので、これらの組合せにより、遠レンズ部６２２が構成される（図１７中の実線で示された光路参照）。一方、第２のレンズ部としての近接撮影用レンズ切出片６２７Ａ，６２７Ｂ，６２７Ｃおよびこれらが配置された基盤６２５と、補助レンズ６２８とにより、近レンズ部６２３が構成される（図１７中の点線で示された光路参照）。また、第３のレンズ部としての基盤６２５の平坦面部分６２５Ａ，６２５Ｂ，６２５Ｃと、補助レンズ６２８とにより、中間レンズ部６２９が構成される（図１７中の一点鎖線で示された光路参照）。
【０１７９】
このような第６実施形態においては、以下のようにして多焦点レンズ６２１が製造される。
【０１８０】
図１６において、標準撮影用レンズ６２６を、その光軸に直交する面により所定の間隔ｄで仕切るとともに、標準撮影用レンズ６２６の表面と所定の間隔ｄの各面とが交わる位置によりリングピッチを決定し、そのピッチで標準撮影用レンズ６２６を同心状の複数の筒（本実施形態では、円筒）により仕切った後、標準撮影用レンズ６２６の表面を含む断面略三角形の部分を１つ置きに切り出すことにより、標準撮影用レンズ切出片６２６Ａ，６２６Ｂ，６２６Ｃを形成する。同様にして、近接撮影用レンズ６２７から、近接撮影用レンズ切出片６２７Ａ，６２７Ｂ，６２７Ｃを切り出して形成する。
【０１８１】
この際、標準撮影用レンズ６２６と近接撮影用レンズ６２７との対応位置（光軸から等距離にある位置）における曲率の大きさ（絶対値）は、同じであるため、これらを複数の筒で仕切る際のピッチも同じとなる。また、これに伴って、標準撮影用レンズ切出片６２６Ａ，６２６Ｂ，６２６Ｃ（以下に述べるように、回折レンズの段差部分となる。）の厚み方向の最大寸法と、近接撮影用レンズ切出片６２７Ａ，６２７Ｂ，６２７Ｃ（以下に述べるように、別の回折レンズの段差部分となる。）の厚み方向の最大寸法とは、いずれも仕切の間隔ｄとなり、一致する。
【０１８２】
そして、以上に述べた仕切の間隔ｄは、前記第３〜第５実施形態の場合と同様に、標準撮影用レンズ切出片６２６Ａ，６２６Ｂ，６２６Ｃや近接撮影用レンズ切出片６２７Ａ，６２７Ｂ，６２７Ｃの中を通過する光と、空気中を通過する光とが、１波長分ずれる寸法である。これにより、標準撮影用レンズ切出片６２６Ａ，６２６Ｂ，６２６Ｃのうち隣り合って配置された標準撮影用レンズ切出片を通過する光は、３波長分ずれて位相が一致し、これにより、３次回折光による結像が実現される。従って、標準撮影用レンズ切出片６２６Ａ，６２６Ｂ，６２６Ｃおよびこれらと一体化された基盤６２５により、回折レンズが形成されている。さらに、近接撮影用レンズ切出片６２７Ａ，６２７Ｂ，６２７Ｃのうち隣り合って配置された近接撮影用レンズ切出片を通過する光も、３波長分ずれて位相が一致し、これにより、３次回折光による結像が実現される。従って、近接撮影用レンズ切出片６２７Ａ，６２７Ｂ，６２７Ｃおよびこれらと一体化された基盤６２５により、回折レンズが形成されている。なお、本第６実施形態では、上記のように、仕切の間隔ｄは、標準撮影用レンズ切出片や近接撮影用レンズ切出片の中を通過する光と、空気中を通過する光とが、１波長分ずれる寸法とされているが、本第６実施形態では、標準撮影用レンズ切出片や近接撮影用レンズ切出片を、２つ間隔を空けて３つに１つの割合で配置するので、仕切の間隔ｄを、３分の１波長分または３分の２波長分ずれる寸法としてもよく、この場合には、２つ間隔を空けて３つに１つの割合で配置された標準撮影用レンズ切出片や近接撮影用レンズ切出片の隣り合う切出片を通過した光は、１波長または２波長ずれ、１次回折光または２次回折光による結像が実現される。
【０１８３】
このような第６実施形態によれば、次のような効果がある。すなわち、多焦点レンズ６２１では、第１〜第３のレンズ部が同心状に複数回繰り返して配置されているので、被写体までの距離にかかわらず、ピントのぼけ方の状態が略同じになる。従って、撮影対象となる被写体までの距離が変わっても、ぼけを取り除くための画像改質処理を同じデータを使った処理で実現すること、すなわち畳み込み演算行列Ｑの各要素Ｑ（ｘ，ｙ）の値を同じ設定として画像改質処理を行うことができる。このため、撮影状態を自動的に識別するための切替回路の設置を省略することができ、また、手動操作による切替えも行う必要がなくなることから、使用者の負担を軽減することができる。
【０１８４】
また、標準撮影用レンズ切出片６２６Ａ，６２６Ｂ，６２６Ｃおよびこれらと一体化された基盤６２５、並びに近接撮影用レンズ切出片６２７Ａ，６２７Ｂ，６２７Ｃおよびこれらと一体化された基盤６２５により、それぞれ回折レンズが形成され、あたかもフレネルレンズのような断面形状またはこれに近い断面形状になっているので、主レンズ６２４を全体的に薄くすることができ、軽量化を図ることができるうえ、設計の自由度を向上させることができ、さらに製造の容易化、製造コストの低減を図ることができる。
【０１８５】
さらに、標準撮影用レンズ６２６と近接撮影用レンズ６２７とは、対応位置（光軸から等距離にある位置）における曲率の大きさ（絶対値）が同じであるため、標準撮影用レンズ切出片６２６Ａ，６２６Ｂ，６２６Ｃ（つまり、回折レンズの段差部分）の厚み方向の最大寸法と、近接撮影用レンズ切出片６２７Ａ，６２７Ｂ，６２７Ｃ（つまり、別の回折レンズの段差部分）の厚み方向の最大寸法とを一致させることができる。そして、標準撮影用レンズ切出片についての光軸に平行な面と、近接撮影用レンズ切出片についての光軸に平行な面とを、向かい合わせにして配置するので、レンズ面の不要な面、すなわち像の形成に寄与しない面を無くすことができる。
【０１８６】
なお、本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲内での変形等は本発明に含まれるものである。
【０１８７】
すなわち、前記第１、第２実施形態では、同心状に配置された第１のレンズ部と第２のレンズ部との繰り返し数が、それぞれ２回、４回であったが、繰り返し数は、これに限定されるものではなく、複数回であればよい。なお、図７で説明した如く、同心状に配置された第１のレンズ部と第２のレンズ部との繰り返し数の増加とともに、標準的な距離にある通常の被写体の撮影時のＰＳＦと、これよりも近い距離にある近接被写体の撮影時のＰＳＦとが近似するため、繰り返し数を増すことにより、画像改質処理の精度の向上を図ることができる。前記第３〜第６実施形態の場合も同様である。
【０１８８】
また、前記第１、第２、第３、第５実施形態では、中心に配置されるレンズ部、すなわち第１のレンズ部が、遠レンズ部を構成するレンズ部とされ、第２のレンズ部が、近レンズ部を構成するレンズ部とされていたが、第１のレンズ部を、近レンズ部を構成するレンズ部とし、第２のレンズ部を、遠レンズ部を構成するレンズ部としてもよい。
【０１８９】
一方、前記第４実施形態では、中心に配置されるレンズ部、すなわち第１のレンズ部が、近レンズ部を構成するレンズ部とされ、第２のレンズ部が、遠レンズ部を構成するレンズ部とされていたが、第１のレンズ部を、遠レンズ部を構成するレンズ部とし、第２のレンズ部を、近レンズ部を構成するレンズ部としてもよい。
【０１９０】
そして、前記第６実施形態では、中心に配置されるレンズ部、すなわち第１のレンズ部が、遠レンズ部を構成するレンズ部とされ、第２のレンズ部が、近レンズ部を構成するレンズ部とされ、第３のレンズ部が、中間レンズ部を構成するレンズ部とされていたが、第１のレンズ部は、近レンズ部や中間レンズ部を構成するレンズ部であってもよく、あるいは並び順も、遠レンズ部を構成するレンズ部、近レンズ部を構成するレンズ部、中間レンズ部を構成するレンズ部の順に限定されるものではなく、任意である。
【０１９１】
さらに、前記第１〜第５実施形態の多焦点レンズ２１，２２１，３２１，４２１，５２１は、遠レンズ部と近レンズ部との２つの焦点距離を持つレンズ部により構成され、前記第６実施形態の多焦点レンズ６２１は、遠レンズ部と近レンズ部と中間レンズ部との３つの焦点距離を持つレンズ部により構成されていたが、本発明の多焦点レンズは、二焦点レンズや三焦点レンズに限定されるものではなく、４以上の焦点距離を持つレンズ部により構成されていてもよい。
【０１９２】
また、前記第１、第２実施形態の多焦点レンズ２１，２２１を構成する各レンズ部の幅は、図２、図５に示した例に限定されず、任意である。但し、ぼけを取り除くための画像改質処理を同じデータを使った処理で実現するという観点からは、同一の焦点距離を持つ複数のレンズ部の面積（平面形状についての面積）の合計が、それぞれの焦点距離について同一または略同一になることが好ましく、例えば、二焦点レンズの場合には、複数の第１のレンズ部の面積の合計と、複数の第２のレンズ部の面積の合計とが、同一または略同一になることが好ましい。３以上の焦点距離を持つ多焦点レンズとする場合も同様である。
【０１９３】
さらに、前記第３実施形態では、主レンズ３２４は、基盤３２５と、凸レンズである近接撮影用レンズ３２６から切り出されて形成された近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂ，３２６Ｃ，３２６Ｄとを一体化して構成されていたが、平板状の基盤と、凹レンズから切り出されて形成された凹レンズ切出片とを一体化して主レンズを構成してもよく、この場合には、凹レンズ切出片および基盤のうち凹レンズ切出片が配置されている部分と、凸レンズである補助レンズとにより、遠レンズ部が構成され、基盤のうち凹レンズ切出片の配置されない平坦面部分と、凸レンズである補助レンズとにより、近レンズ部が構成される。
【０１９４】
そして、前記第３〜第６実施形態では、基盤の表面（被写体側の面）に凸レンズ切出片や凹レンズ切出片を設けていたが、基盤の裏面（撮像素子２４側の面）に凸レンズ切出片や凹レンズ切出片を設けてもよく、あるいは基盤の表裏両面に凸レンズ切出片や凹レンズ切出片を設けてもよい。
【０１９５】
また、前記第３〜第６実施形態では、基盤の表面に凸レンズ切出片や凹レンズ切出片を設け、これらの切出片と基盤とを一体化することにより回折レンズを形成していたが、切出片に相当する部分と、基盤に相当する部分とを、１つの材料から加工して仕上げることにより、回折レンズを形成してもよい。
【０１９６】
さらに、前記第３、第５、第６実施形態では、一枚の補助レンズ３２８，５２８，６２８が用いられていたが、補助レンズは、一枚のレンズである必要はなく、複数のレンズからなる組合せレンズとしてもよい。
【０１９７】
そして、前記各実施形態の画像改質処理装置３０は、畳み込み演算行列ＱまたはＱm,jを用いた再生演算を行う構成とされていたが、これに限定されず、例えば、撮像素子２４の出力信号に対し、ポイント・スプレッド・ファンクションの伝達関数の逆関数を補正関数として荷重加算演算処理を行う構成としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１９８】
以上のように、本発明の多焦点レンズおよび撮像システムは、例えば、所望の静止画像や動画像を撮影することができるとともに、デジタルコード等の近接静止画像を読み取り、そのデジタルコードの認識処理および認識したデジタルコードの情報に基づく各種処理を行うことができる情報端末装置等に装着する光学レンズおよび撮像システムとして用いるのに適している。
【図面の簡単な説明】
【０１９９】
【図１】本発明の第１実施形態の多焦点レンズを含む撮像システムの全体構成図。
【図２】第１実施形態の多焦点レンズの詳細構成図。
【図３】第１実施形態において１点（座標（ｍ，ｊ））のみに輝点のある被写体を多焦点レンズで撮像したときに、撮像素子上に投射像が形成される様子を示す説明図。
【図４】第１実施形態において相対的に遠距離にある被写体を多焦点レンズで撮影する場合と、相対的に近距離にある被写体を多焦点レンズで撮影する場合とで、ピントのぼけ方の状態が異なることを示す説明図。
【図５】本発明の第２実施形態の多焦点レンズの詳細構成図。
【図６】第２実施形態において相対的に遠距離にある被写体を多焦点レンズで撮影する場合と、相対的に近距離にある被写体を多焦点レンズで撮影する場合とで、ピントのぼけ方の状態が異なることを示す説明図。
【図７】従来の多焦点レンズと、第１実施形態の多焦点レンズと、第２実施形態の多焦点レンズとで、ぼけの状態（光量分布）を比較し、環状のレンズ部の個数を増やすことで、ぼけが均一化されていく様子を示す概念的。
【図８】本発明の第３実施形態の多焦点レンズの詳細構成図。
【図９】第３実施形態の多焦点レンズによる撮影状態の説明図。
【図１０】第３実施形態の多焦点レンズにより光が屈折する状態の説明図。
【図１１】本発明の第４実施形態の多焦点レンズの詳細構成図。
【図１２】第４実施形態の多焦点レンズによる撮影状態の説明図。
【図１３】第４実施形態の多焦点レンズの製造方法の説明図。
【図１４】本発明の第５実施形態の多焦点レンズの詳細構成図。
【図１５】第５実施形態の多焦点レンズによる撮影状態の説明図。
【図１６】本発明の第６実施形態の多焦点レンズの詳細構成図。
【図１７】第６実施形態の多焦点レンズによる撮影状態の説明図。
【図１８】通常の被写体を撮影する場合と、近接被写体を撮影する場合とで、ピントのぼけ方の状態が異なる様子を示す説明図。
【符号の説明】
【０２００】
２１，２２１，３２１，４２１，５２１，６２１ 多焦点レンズ
２２Ａ，２２２Ａ 第１のレンズ部である円形レンズ部
２２Ｂ，２２２Ｂ，２２２Ｃ，２２２Ｄ 第１のレンズ部である環状レンズ部
２３Ａ，２３Ｂ，２２３Ａ，２２３Ｂ，２２３Ｃ，２２３Ｄ 第２のレンズ部である環状レンズ部
３２５Ａ，３２５Ｂ，３２５Ｃ，３２５Ｄ，３２５Ｅ，６２５Ａ，６２５Ｂ，６２５Ｃ 平坦面部分
３２６Ａ，３２６Ｂ，３２６Ｃ，３２６Ｄ，４２６Ａ，４２６Ｂ，４２６Ｃ，４２６Ｄ，４２６Ｅ 回折レンズを形成する近接撮影用レンズ切出片
４２７Ａ，４２７Ｂ，４２７Ｃ，４２７Ｄ 回折レンズを形成する標準撮影用レンズ切出片
５２６Ａ，５２６Ｂ，５２６Ｃ，５２６Ｄ，５２６Ｅ，６２６Ａ，６２６Ｂ，６２６Ｃ 凹レンズによる回折レンズを形成する標準撮影用レンズ切出片
５２７Ａ，５２７Ｂ，５２７Ｃ，５２７Ｄ，６２７Ａ，６２７Ｂ，６２７Ｃ 凸レンズによる回折レンズを形成する近接撮影用レンズ切出片
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の焦点距離を持つ多焦点レンズおよび撮像システムに係り、例えば、所望の静止画像や動画像を撮影することができるとともに、デジタルコード等の近接静止画像を読み取り、そのデジタルコードの認識処理および認識したデジタルコードの情報に基づく各種処理を行うことができる情報端末装置等に装着する光学レンズおよび撮像システムとして利用できる。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電荷結合素子（ＣＣＤ：Charge Coupled Device）等の画像入力機能を持った情報端末装置においては、例えば、使用者自身の映像や風景の映像等の所望の映像を撮影する機能を有するとともに、バーコードや虹彩や文字等の近接静止画像を読み取る機能を有することが、極めて有用であることが多い。例えば、バーコードであれば、メールアドレス、ホームページアドレス、電話番号、ＦＡＸ番号、会社名、所属、役職名等の多くの情報を表すことができるので、これらのバーコードを上記の所望の映像や画像と組み合わせて使用することにより、極めて有用なコミュニケーションを実現することができる。
【０００３】
従来より、上記のようなバーコードの読み取りは、専用の読取り用スキャナを用いて行われていた。また、パーソナル・コンピュータ等の画像入力機器を用いてバーコードを読み取るようにした例もあるが、この場合は、例えば、被写界深度の近点（例えば０．３ｍ程度）から無限遠までの標準的な距離にある使用者や風景等の通常の被写体の撮影に用いる標準撮影用レンズを用いて、近接被写体であるバーコードの読み取りも行っていた。
【０００４】
しかし、上記のような専用の読取り用スキャナを用いてバーコードを読み取る方法については、操作が複雑で、手間がかかり面倒であるため、実用上、不便であった。また、使用者や風景等の通常の被写体の撮影を行うための標準撮影用レンズを用いてバーコードの読み取りを行うと、解像度が不十分であるため、特に、２次元バーコード等の複雑な情報を読み取って認識することは困難であった。
【０００５】
このような問題に対処するために、本願発明者は、被写界深度の近点から無限遠までの標準的な距離にある通常の被写体を撮影するための標準撮影用レンズと、標準的な距離にある通常の被写体よりも近い距離に配置された近接被写体を撮影するための近接撮影用レンズとを備え、これらの両レンズを取り付けた円盤を回転させるか、あるいはこれらのレンズをスライドさせることにより、これらの互いに異なる焦点距離を持つレンズを切り替えて用いるようにした携帯型情報端末装置を提案した（特許文献１参照）。この携帯型情報端末装置では、使用者や風景等の通常の被写体を撮影する際には、標準撮影用レンズを用いて結像させ、バーコード等の近接被写体を撮影する際には、近接撮影用レンズを用いて結像させることができるので、上述したような従来技術による問題点が解消され、使用者自身や風景等の通常の被写体の撮影のみならず、バーコード等の近接被写体の撮影も、容易かつ高い精度で行うことが可能となった。
【０００６】
一方、従来より、焦点距離の異なる二つのレンズ部を備えた二焦点レンズが遠近両用コンタクトレンズとして用いられている。このような二焦点レンズにより構成されるコンタクトレンズを人間が装着した場合には、二つのレンズ部により形成されるピントの合った画像と、ピントの合わない画像（いわゆるピンぼけ画像）とを、人間が無意識のうちに選択し、ピントの合った画像のみを見るようにしていると考えられる。
【０００７】
ところで、このような二焦点レンズを、例えば携帯電話機や携帯情報端末（ＰＤＡ）等の情報端末装置に設ければ、被写界深度の近点（例えば０．３ｍ程度）から無限遠までの標準的な距離にある通常の被写体（例えば、人物や風景等）を、長い焦点距離を有する長焦点レンズ部（本願明細書では、遠レンズ部ということもある。）により撮影し、一方、それよりも近い距離に配置された近接被写体（例えば、２次元バーコードや虹彩や文字等）を、短い焦点距離を有する短焦点レンズ部（本願明細書では、近レンズ部ということもある。）により撮像することにより、それぞれ高い解像度の画像を得ることができる。そして、このような二焦点レンズを備えた情報端末装置は、本願発明者により既に提案されている（特許文献２参照）。
【０００８】
しかし、このような長焦点レンズ部および短焦点レンズ部からなる二焦点レンズを備えた情報端末装置では、例えば液晶シャッタ等の光学シャッタを二焦点レンズと撮像素子との間に設けることにより長焦点レンズ部と短焦点レンズ部とを切替可能な構成とした場合等には、コントラストの高い画像を得ることができるものの、そのようなレンズ部の切替を行わない場合には、二つの各レンズ部により形成されるピントの合った画像とピントの合わない画像とが重なってしまうため、鮮明な画像を得ることが困難であるという問題がある。
【０００９】
この際、前述したように二焦点レンズを使用した遠近両用コンタクトレンズを人間が装着した場合には、ピントの合った画像とピントの合わない画像とを人間が無意識のうちに選択し、ピントの合った画像のみを見るようにしていると考えられるが、このような人間の脳内における画像の選択処理と類似の処理を、通常の携帯電話機や携帯情報端末等の携帯型の情報端末装置に搭載されている程度の性能を有する中央演算処理装置（ＣＰＵ）により短時間で実行できれば、情報端末装置の使い勝手や性能の向上を図ることができ、しかも低コストで実現できるので便利である。
【００１０】
そこで、本願発明者により、二焦点レンズで撮像された画像の質を短時間の処理で改善することができ、ピント合わせ機構を用いることなく、標準的な距離にある通常の被写体およびこれよりも近距離にある近接被写体のいずれもについても鮮明な画像を得ることができる画像改質処理装置が提案されている（特許文献３参照）。この画像改質処理装置では、畳み込み演算行列を用いることにより、二焦点レンズを構成する一方のレンズ部により形成されるピントの合った画像と、他方のレンズ部により形成されるピントのぼけた画像とが重なった画像から、ピントの合った画像を求めることができる。
【００１１】
また、本願発明者は、二焦点レンズによる撮影を行った場合に、撮像素子の全ての画素で完全に同じ形状のぼけが発生するのではなく、各画素で異なる形状のぼけが発生することを考慮し、より画像改質効果を高めた画像改質処理装置も提案している（特許文献４参照）。
【００１２】
【特許文献１】特開２００２−２７０４７号公報（図１、要約）
【特許文献２】特開２００２−１２３８２５号公報（図１、図３、図９、要約）
【特許文献３】特開２００３−３０９７２３号公報（図１、図２、図４、図７、要約）
【特許文献４】特開２００５−６３３２３号公報（図１、図２、図５〜図９、要約）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、前述した特許文献３に記載された画像改質処理装置において、画像素子の出力信号と、畳み込み演算行列とを用いて、被写体についてのピントの合った画像を求める際には、撮影する被写体が、標準的な距離にある通常の被写体であるか、あるいは通常の被写体よりも近距離にある近接被写体であるかによって、畳み込み演算行列の各要素の値は一般的に異なる。すなわち、通常の被写体を撮影する場合と、近接被写体を撮影する場合とでは、ピントの合った画像を形成するレンズ部と、ピントのぼけた画像を形成するレンズ部とが逆転するので、これに伴って、ピントのぼけ方の状態が異なってくる。図１８は、この様子を説明するために示した図である。
【００１４】
図１８において、二焦点レンズ９００は、被写界深度の近点（例えば０．３ｍ程度）から無限遠までの標準的な距離（本願明細書では、遠距離ということもある。）にある通常の被写体を撮影するための遠レンズ部９０１と、標準的な距離よりも近い距離にある近接被写体を撮影するための近レンズ部９０２とにより構成されている。ここでは、遠レンズ部９０１の平面形状（正面形状）は、円形とし、近レンズ部９０２の平面形状（正面形状）は、円環状とする。また、二焦点レンズ９００を通過した被写体からの光は、撮像素子９０３に投影されるようになっている。
【００１５】
図１８（ａ）には、標準的な距離にある通常の被写体を撮影する場合についてのピントのぼけ方の状態を説明するために、二焦点レンズ９００の光軸９０４上において、通常の被写体上に点光源９０５（１点のみに輝点のある通常の被写体）を配置したときに、撮像素子９０３上に結像される像の様子が示されている。この場合、撮像素子９０３上には、正面から見ると、図１８（ａ）に示すような投射像９０６が得られる。すなわち、標準的な距離にある通常の被写体上に点光源９０５を配置した場合には、遠レンズ部９０１により、ピントの合った点状の像９０７が形成されるとともに、近レンズ部９０２により、点状の像９０７の位置を中心として、その外周側に有限幅を持った環状の像９０８、すなわちピントのぼけた像が形成される。この際、ピントのぼけた像９０８の形状は、近レンズ部９０２の平面形状に従って、ここでは円環状となる。そして、これらのピントの合った点状の像９０７と、ピントのぼけた環状の像９０８とにより、投射像９０６が形成されている。
【００１６】
図１８（ｂ）には、標準的な距離よりも近い距離にある近接被写体を撮影する場合についてのピントのぼけ方の状態を説明するために、二焦点レンズ９００の光軸９０４上において、近接被写体上に点光源９０９（１点のみに輝点のある近接被写体）を配置したときに、撮像素子９０３上に結像される像の様子が示されている。この場合、撮像素子９０３上には、正面から見ると、図１８（ｂ）に示すような投射像９１０が得られる。すなわち、近接被写体上に点光源９０９を配置した場合には、近レンズ部９０２により、ピントの合った点状の像９１１が形成されるとともに、遠レンズ部９０１により、点状の像９１１の位置を中心とする円形の像９１２、すなわちピントのぼけた像が形成される。この際、ピントのぼけた像９１２の形状は、遠レンズ部９０１の平面形状に従って、円形となっている。そして、これらのピントの合った点状の像９１１と、ピントのぼけた円形の像９１２とが重なった状態で、投射像９１０が形成されている。
【００１７】
このため、標準的な距離にある通常の被写体を撮影する標準撮影状態（図１８（ａ）の撮影状態）から、近接被写体を撮影する近接撮影状態（図１８（ｂ）の撮影状態）に移行するとき、あるいはその逆方向に移行するときには、どちらの撮影状態なのかを自動的に識別するか、または例えばボタンを押したり、スイッチを切り替える等の手動操作を行うことにより、撮影状態を切り替えなければならない。
【００１８】
しかし、上記のように切り替えを自動的に行う場合には、切替回路が必要となるため、装置の複雑化や製造コストの増加を招来し、一方、使用者にボタンやスイッチ等を手動で操作させることは、使用者に負担をかけることになるため、望ましくない。
【００１９】
従って、撮影対象となる被写体までの距離が異なっても、ピントのぼけ方の状態が略同じになり、ぼけを取り除くための画像改質処理を、被写体までの距離によらずに同じデータ（例えば、同じ値の行列要素、同じ値の係数、同じ特性、同じ関数等）を使った処理で実現可能となるような多焦点レンズを作ることができれば、切替回路を不要にすることができ、また、使用者の負担を軽減することができる。
【００２０】
本発明の目的は、撮影対象となる被写体までの距離が異なっても、ピントのぼけ方の状態が略同じになり、被写体までの距離にかかわらず画像改質処理を同じデータを使った処理で実現することができる多焦点レンズおよび撮像システムを提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は、複数の焦点距離を持つ多焦点レンズであって、Ｎを２以上の整数とすると、第１の焦点距離を持つ複数の第１のレンズ部から、第Ｎの焦点距離を持つ複数の第Ｎのレンズ部までのそれぞれ焦点距離の異なる各レンズ部が、一体化されて構成され、第１のレンズ部を中心として第１〜第Ｎのレンズ部が同心状に複数回繰り返して配置され、中心に配置される第１のレンズ部の平面形状は、円形状、楕円形状、多角形状、またはその他の閉環状線により囲まれて形成される形状とされ、中心以外の位置に配置される第１のレンズ部の平面形状および第１のレンズ部以外のレンズ部の平面形状は、環状とされていることを特徴とするものである。
【００２２】
ここで、「第１〜第Ｎのレンズ部が同心状に複数回繰り返して配置され」とあるが、必ずしも最も外周側にくるレンズ部が第Ｎのレンズ部になる必要はなく、例えば、第１〜第３のレンズ部の繰り返しの場合であれば、中心から順に、第１，第２，第３，…，第１，第２，第３，第１，第２，第３という具合に、第３のレンズ部が最も外周側にくる場合に限らず、第１，第２，第３，…，第１，第２，第３，第１，第２という具合に、第２のレンズ部が最も外周側にきてもよく、第１，第２，第３，…，第１，第２，第３，第１という具合に、第１のレンズ部が最も外周側にきてもよい。また、第１および第２のレンズ部を交互に配置する場合も同様であり、最も外周側には、必ずしも第２のレンズ部がくる必要はなく、第１のレンズ部が最も外周側にきてもよい。
【００２３】
また、「その他の閉環状線により囲まれて形成される形状」とは、例えば、円の一部と楕円の一部とを組み合わせた閉環状線、円の一部と直線とを組み合わせた閉環状線、楕円の一部と直線とを組み合わせた閉環状線、円の一部と楕円の一部と直線とを組み合わせた閉環状線等により囲まれて形成される形状である。
【００２４】
このような本発明においては、被写体を撮影すると、第１〜第Ｎのレンズ部のうちの１つのレンズ部により、ピントの合った画像が形成され、他のレンズ部により、ピントのぼけた画像が形成される。この際、多焦点レンズから被写体までの距離に応じ、ピントの合った画像を形成するレンズ部が変わり、これに伴って、ピントのぼけた画像を形成するレンズ部も変わる。
【００２５】
従って、多焦点レンズから被写体までの距離に応じ、ピントのぼけた画像を形成するレンズ部が変わるので、ピントのぼけ方の状態は、厳密に言えば、被写体までの距離に応じて変化することになるが、本発明では、第１〜第Ｎのレンズ部が同心状に複数回繰り返して配置されるので、被写体までの距離にかかわらず、ピントのぼけ方の状態が略同じになる。つまり、従来は、前述した図１８（ａ）の投射像９０６と、図１８（ｂ）の投射像９１０との相違の如く、被写体までの距離が異なれば、ピントのぼけ方の状態が異なっていたが、本発明では、同じ焦点距離を持つレンズ部が平面的に分散配置される状態となるので、ぼけを平面全体に薄く拡げるような感じで分散させ、ぼけの程度を均一化または滑らかに変化させるようにすることが可能となり、結果的に、被写体までの距離にかかわらず、ピントのぼけ方の状態が略同じとみなせるようになる（後述する図７参照）。
【００２６】
このため、撮影対象となる被写体までの距離が変わっても、ぼけを取り除くための画像改質処理を同じデータ（例えば、同じ値の行列要素、同じ値の係数、同じ特性、同じ関数等）を使った処理で実現することが可能となるので、撮影状態を自動的に識別するための切替回路の設置を省略することが可能となり、また、手動操作による切替えも行う必要がなくなることから、使用者の負担を軽減することが可能となり、これらにより前記目的が達成される。
【００２７】
また、前述した多焦点レンズにおいて、第１〜第Ｎのレンズ部の各々は、回折レンズを配置して形成されるか、または回折レンズの配置されない平坦面部分により形成されていることが望ましい。
【００２８】
ここで、「回折レンズを配置して形成されるか、または回折レンズの配置されない平坦面部分により形成されている」という意味は、第１〜第Ｎのレンズ部のうちの少なくとも１つのレンズ部は、回折レンズを配置して形成され、回折レンズの配置されないレンズ部を形成する場合には、そのレンズ部は、平坦面部分により形成するという意味である。従って、第１〜第Ｎのレンズ部の全てが回折レンズを配置して形成されていてもよく、この場合には、回折レンズの配置されない平坦面部分により形成されるレンズ部はない。なお、第１〜第Ｎのレンズ部の全てを回折レンズの配置されない平坦面部分により形成する場合は含まない。
【００２９】
このように第１〜第Ｎのレンズ部の各々を回折レンズまたは平坦面部分とした場合には、あたかもフレネルレンズのような断面形状またはこれに近い断面形状になるので、多焦点レンズを全体的に薄くすることができ、軽量化を図ることが可能となるうえ、設計の自由度を向上させることが可能となり、さらに製造の容易化、製造コストの低減が図られる。
【００３０】
そして、第１〜第Ｎのレンズ部の各々を回折レンズまたは平坦面部分とする構成の多焦点レンズとしては、より具体的には、以下のような構成のものを採用することができる。
【００３１】
すなわち、前述した多焦点レンズにおいて、Ｎは、２とされ、第１のレンズ部を中心として第１のレンズ部と第２のレンズ部とが同心状に交互に配置され、第１または第２のレンズ部のうちのいずれか一方のレンズ部は、回折レンズを配置して形成され、他方のレンズ部は、回折レンズの配置されない平坦面部分により形成されている構成とすることができる。
【００３２】
ここで、「回折レンズ」は、凹レンズによる回折レンズでもよく、凸レンズによる回折レンズでもよい。
【００３３】
また、上述した回折レンズおよび平坦面部分を用いたＮ＝２の多焦点レンズにおいて、回折レンズの段差部分の厚み方向の最大寸法は、回折レンズの中を通過する光と、空気中を通過する光とが、１波長分または半波長分ずれる寸法とされていることが望ましい。
【００３４】
ここで、「波長」は、色が変われば変化し、空気中を通過する光の波長λは、おおよそ、赤色で、５７０〜７００ナノメータ、緑色で、４８０〜５７０ナノメータ、青色で、４００〜４８０ナノメータとなる。従って、一般的には、緑色で計算し、例えば、λ＝５５５ナノメータ（人間の視感度曲線の最大値を示す波長）等とすることができる。また、これに限らず、例えば、監視用の暗視カメラの場合には、赤色（例えば、λ＝６５０ナノメータ等）で計算することができ、その他、カメラの用途に応じて波長を設定すればよい。以下に述べる他の構成の多焦点レンズとする場合も同様である。
【００３５】
このように回折レンズの段差部分の厚み方向の最大寸法を１波長分または半波長分ずれる寸法とした場合には、同じ点光源から出て、同じ焦点距離を持つレンズ部を通過した光の波の位相は、２波長分または１波長分ずれて一致するようになり、回折光を利用した像が得られる。すなわち、１波長分ずれる寸法とした場合には、同じ焦点距離を持つレンズ部は、１つ置きに配置されているので、同じ焦点距離を持つレンズ部であって隣り合うもの同士を通過した光の波は、２波長分ずれて位相が一致するようになり、２次回折光を利用した像が得られる。また、半波長分ずれる寸法とした場合には、同じ焦点距離を持つレンズ部であって隣り合うもの同士を通過した光の波は、１波長分ずれて位相が一致するようになり、１次回折光を利用した像が得られる。
【００３６】
さらに、前述した多焦点レンズにおいて、Ｎは、２とされ、第１のレンズ部を中心として第１のレンズ部と第２のレンズ部とが同心状に交互に配置され、第１および第２のレンズ部は、互いに曲率の異なる回折レンズを配置して形成されている構成とすることができる。
【００３７】
ここで、「互いに曲率の異なる回折レンズ」は、双方が凹レンズによる回折レンズでもよく、双方が凸レンズによる回折レンズでもよい。なお、曲率が異なるという意味は、双方の回折レンズの対応位置（光軸から等距離にある位置）における曲率が異なるという意味である。従って、双方の回折レンズは、それぞれについて見れば、曲率が一定のレンズであってもよく、曲率が一定でないレンズであってもよい。
【００３８】
また、上述した曲率の異なる回折レンズを用いたＮ＝２の多焦点レンズにおいて、第１または第２のレンズ部のうちのいずれか一方のレンズ部を形成する回折レンズの段差部分の厚み方向の最大寸法は、回折レンズの中を通過する光と、空気中を通過する光とが、１波長分または半波長分ずれる寸法とされていることが望ましい。このようにした場合には、回折レンズおよび平面を用いたＮ＝２の多焦点レンズの場合と同様に、同じ点光源から出て、同じ焦点距離を持つレンズ部を通過した光の波の位相は、２波長分または１波長分ずれて一致するようになり、回折光を利用した像が得られる。
【００３９】
そして、前述した多焦点レンズにおいて、Ｎは、２とされ、第１のレンズ部を中心として第１のレンズ部と第２のレンズ部とが同心状に交互に配置され、第１および第２のレンズ部のうちのいずれか一方のレンズ部は、凹レンズによる回折レンズを配置して形成され、他方のレンズ部は、凸レンズによる回折レンズを配置して形成されている構成とすることができる。
【００４０】
また、上述した凹レンズによる回折レンズおよび凸レンズによる回折レンズを用いたＮ＝２の多焦点レンズにおいて、第１または第２のレンズ部のうちの少なくとも一方のレンズ部を形成する回折レンズの段差部分の厚み方向の最大寸法は、回折レンズの中を通過する光と、空気中を通過する光とが、１波長分または半波長分ずれる寸法とされていることが望ましい。このようにした場合には、回折レンズおよび平面を用いたＮ＝２の多焦点レンズの場合と同様に、同じ点光源から出て、同じ焦点距離を持つレンズ部を通過した光の波の位相は、２波長分または１波長分ずれて一致するようになり、回折光を利用した像が得られる。
【００４１】
さらに、前述した多焦点レンズにおいて、Ｎは、３とされ、第１のレンズ部を中心として第１〜第３のレンズ部が同心状に複数回繰り返して配置され、第１〜第３のレンズ部のうちのいずれか１つのレンズ部は、凹レンズによる回折レンズを配置して形成され、他の１つのレンズ部は、凸レンズによる回折レンズを配置して形成され、残りの１つのレンズ部は、回折レンズの配置されない平坦面部分により形成されている構成とすることができる。
【００４２】
また、上述した凹レンズによる回折レンズ、凸レンズによる回折レンズ、および平坦面部分を用いたＮ＝３の多焦点レンズにおいて、第１〜第３のレンズ部のうちの少なくとも１つのレンズ部を形成する回折レンズの段差部分の厚み方向の最大寸法は、回折レンズの中を通過する光と、空気中を通過する光とが、１波長分、３分の１波長分、または３分の２波長分ずれる寸法とされていることが望ましい。
【００４３】
このように回折レンズの段差部分の厚み方向の最大寸法を１波長分、３分の１波長分、または３分の２波長分ずれる寸法とした場合には、同じ点光源から出て、同じ焦点距離を持つレンズ部を通過した光の波の位相は、３波長分、１波長分、または２波長分ずれて一致するようになり、回折光を利用した像が得られる。すなわち、１波長分ずれる寸法とした場合には、同じ焦点距離を持つレンズ部は、２つ間隔を空けて３つに１つの割合で配置されているので、同じ焦点距離を持つレンズ部であって隣り合うもの同士を通過した光の波は、３波長分ずれて位相が一致するようになり、３次回折光を利用した像が得られる。また、３分の１波長分ずれる寸法とした場合には、同じ焦点距離を持つレンズ部であって隣り合うもの同士を通過した光の波は、１波長分ずれて位相が一致するようになり、１次回折光を利用した像が得られる。さらに、３分の２波長分ずれる寸法とした場合には、同じ焦点距離を持つレンズ部であって隣り合うもの同士を通過した光の波は、２波長分ずれて位相が一致するようになり、２次回折光を利用した像が得られる。
【００４４】
さらに、前述した凹レンズによる回折レンズおよび凸レンズによる回折レンズを用いたＮ＝２の多焦点レンズ、または前述した凹レンズによる回折レンズ、凸レンズによる回折レンズ、および平坦面部分を用いたＮ＝３の多焦点レンズにおいて、凹レンズと凸レンズとは、同一または略同一の曲率とされていることが望ましい。
【００４５】
ここで、「同一または略同一の曲率」とは、絶対値でみた場合の曲率が同一または略同一という意味である。なお、曲率が同一または略同一という意味は、双方の回折レンズの対応位置（光軸から等距離にある位置）における曲率が同一または略同一という意味である。従って、双方の回折レンズは、それぞれについて見れば、曲率が一定のレンズであってもよく、曲率が一定でないレンズであってもよい。
【００４６】
このように凹レンズと凸レンズとの曲率を同一または略同一とした場合には、凹レンズによる回折レンズの段差部分の厚み方向の最大寸法と、凸レンズによる回折レンズの段差部分の厚み方向の最大寸法とが一致または略一致するので、レンズ面の不要な面、すなわち像の形成に寄与しない面を無くすことが可能となる。
【００４７】
また、以上に述べた本発明の多焦点レンズを用いて、以下のような本発明の撮像システムを構成することができる。
【００４８】
すなわち、本発明は、被写体を撮像する撮像機構と、この撮像機構により撮像された画像の質を改善する画像改質処理装置とを備えた撮像システムにおいて、撮像機構が、被写体を撮像する本発明の多焦点レンズと、この多焦点レンズにより形成された画像を電気的信号に変換して出力する撮像素子とを含んで構成され、画像改質処理装置が、被写体の１点から出た光が本発明の多焦点レンズの作用により撮像素子上で拡がる状態を示すポイント・スプレッド・ファンクション行列を用いて算出された畳み込み演算行列の各要素の値と、被写体を本発明の多焦点レンズにより撮像して得られた画像についての撮像素子の出力信号を示す行列の各要素の値とを用いて、畳み込み演算処理を行うことにより、被写体の発する光の明るさを示す行列の各要素の値を算出する構成とされていることを特徴とするものである。
【００４９】
ここで、上記のような畳み込み演算行列を用いた再生演算を行う画像改質処理装置としては、例えば、前述した特許文献３，４に記載された画像改質処理装置（但し、二焦点レンズの場合に限らず、三焦点以上のレンズの場合に適用してもよい。）等を採用することができる。
【００５０】
より具体的には、前述した特許文献３に記載された画像改質処理装置は、撮像素子の大きさをＭ画素×Ｊ画素とし、被写体の発する光の明るさを示すＭ行Ｊ列の行列をＡとし、被写体を多焦点レンズにより撮像して得られた画像についての撮像素子の出力信号を示すＭ行Ｊ列の行列をＺとしたとき、下式（１）に基づき算出された畳み込み演算処理を行うための（２Ｍ−１）行（２Ｊ−１）列の畳み込み演算行列Ｑの各要素Ｑ（ｘ，ｙ）の値のうち少なくとも非零要素を含む行列部分の値を記憶する畳み込み演算行列記憶手段と、この畳み込み演算行列記憶手段に記憶された各要素Ｑ（ｘ，ｙ）のうちの少なくとも一部の値と撮像素子の出力信号の行列Ｚの各要素Ｚ（ｈ，ｋ）の値とを用いて下式（２）に基づき被写体の行列Ａの各要素Ａ（ｓ，ｔ）の値を算出する再生演算手段とを備えた構成のものである。
【００５１】
Ｑ（ｘ，ｙ）＝１／ｃ−（Ｗ（０，０）−ｃ）／ｃpower
（ｘ＝０，ｙ＝０の場合）
＝−Ｗ（ｘ，ｙ）／ｃpower
（ｘ＝０，ｙ＝０以外の場合）
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
【００５２】
Ａ（ｓ，ｔ）＝ΣhΣkＱ（ｓ−ｈ，ｔ−ｋ）Ｚ（ｈ，ｋ）
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）
【００５３】
ここで、ｘおよびｙは整数で、（１−Ｍ）≦ｘ≦（Ｍ−１）、（１−Ｊ）≦ｙ≦（Ｊ−１）であり、ｓおよびｔは自然数で、１≦ｓ≦Ｍ、１≦ｔ≦Ｊであり、ｈおよびｋは自然数で、１≦ｈ≦Ｍ、１≦ｋ≦Ｊであり、Ｗ（ｘ，ｙ）は、（２Ｍ−１）行（２Ｊ−１）列の行列Ｗの各要素の値であり、この行列Ｗは、被写体の１点（ｍ，ｊ）から出た光がレンズの作用により撮像素子上で拡がる状態を示すポイント・スプレッド・ファンクション行列（ＰＳＦ：point spread function行列）であり、端部を除く座標（ｍ，ｊ）で示される１点のみに輝点のある被写体を多焦点レンズで撮像したときに、各レンズ部により形成される画像についての撮像素子の出力信号を示すＭ行Ｊ列の行列Ｚmjを、ｘ＝ｈ−ｍ、ｙ＝ｋ−ｊを満たす座標（ｈ，ｋ）から座標（ｘ，ｙ）への座標変換で、Ｗ（０，０）＝Ｚmj（ｍ，ｊ）となるように平行移動することにより、Ｚmj（ｈ，ｋ）のうちの非零要素を含む行列部分を行列Ｗの中央部に配置するとともに、中央部に配置された非零要素を含む行列部分の外側部分を零要素で埋めることにより構成され、ｃは、比例係数で、多焦点レンズの全体面積に対するピントの合った画像を形成するレンズ部の面積の比の値であり、ｐｏｗｅｒは、ｃのべき乗数となる実数で、１≦ｐｏｗｅｒ≦２であり、Σhは、ｈ＝１〜Ｍの和であり、Σkは、ｋ＝１〜Ｊの和である。
【００５４】
また、前述した特許文献４に記載された画像改質処理装置は、撮像素子の大きさをＭ画素×Ｊ画素とし、被写体の発する光の明るさを示すＭ行Ｎ列の行列をＡとし、被写体を多焦点レンズにより撮像して得られた画像についての撮像素子の出力信号を示すＭ行Ｊ列の行列をＺとし、被写体座標系の１点（ｍ，ｊ）から出た光の結像位置が画像座標系の１点（ｍ，ｊ）となるように被写体座標系および画像座標系を設定したとき、各座標（ｍ，ｊ）の全部または一部について、下式（１’）に基づき算出された畳み込み演算処理を行うための座標（ｍ，ｊ）についての（２Ｍ−１）行（２Ｊ−１）列の畳み込み演算行列Ｑm,jの各要素Ｑm,j（ｘ，ｙ）の値のうち少なくとも非零要素を含む行列部分の値を記憶する畳み込み演算行列記憶手段と、この畳み込み演算行列記憶手段に記憶された各要素Ｑm,j（ｘ，ｙ）のうちの少なくとも一部の値と撮像素子の出力信号の行列Ｚの各要素Ｚ（ｍ＋ｘ，ｊ＋ｙ）の値とを用いて下式（２’）に基づき被写体の行列Ａの各要素Ａ（ｍ，ｎ）の値を算出する再生演算手段とを備えた構成のものである。
【００５５】
Ｑm,j（ｘ，ｙ）＝１／Ｗm,j（０，０）
（ｘ＝０，ｙ＝０の場合）
＝−Ｗm,j（−ｘ，−ｙ）／Ｗm,j（０，０）power
（ｘ＝０，ｙ＝０以外の場合）
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１’）
【００５６】
Ａ（ｍ，ｊ）＝ΣxΣyＱm,j（ｘ，ｙ）Ｚ（ｍ＋ｘ，ｊ＋ｙ）
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２’）
【００５７】
ここで、ｘおよびｙは整数で、（１−Ｍ）≦ｘ≦（Ｍ−１）、（１−Ｊ）≦ｙ≦（Ｊ−１）であり、ｍおよびｊは自然数で、１≦ｍ≦Ｍ、１≦ｊ≦Ｊであり、Ｗm,j（ｘ，ｙ）は、（２Ｍ−１）行（２Ｊ−１）列の行列Ｗm,jの各要素の値であり、この行列Ｗm,jは、被写体の１点（ｍ，ｊ）から出た光がレンズの作用により撮像素子上で拡がる状態を示すポイント・スプレッド・ファンクション行列であり、Ｗm,j（０，０）は、拡がりの中心部分に位置する画素の出力信号の値であり、Ｗm,j（−ｘ，−ｙ）は、周囲のぼけ部分に位置する画素の出力信号の値であり、ｐｏｗｅｒは、Ｗm,j（０，０）のべき乗数となる実数で、１≦ｐｏｗｅｒ≦２であり、Σxは、ｘ＝（１−Ｍ）〜（Ｍ−１）の和であり、Σyは、ｙ＝（１−Ｊ）〜（Ｊ−１）の和である。
【００５８】
また、畳み込み演算行列記憶手段には、各座標（ｍ，ｊ）についての畳み込み演算行列Ｑm,jのうち光軸位置から一方向に延びる直線上に並ぶ座標についての畳み込み演算行列Ｑm,jをサンプリング行列として選択し、このサンプリング行列Ｑm,jの各要素Ｑm,j（ｘ，ｙ）の値のみを記憶させておき、その他の座標についての畳み込み演算行列Ｑm,jの各要素Ｑm,j（ｘ，ｙ）の値については、畳み込み演算行列回転算出手段を設け、この畳み込み演算行列回転算出手段により、レンズの軸対称を利用して、サンプリング行列Ｑm,jの各要素Ｑm,j（ｘ，ｙ）の値の配置を光軸位置を中心として回転させることにより算出するようにしてもよい。
【００５９】
そして、以上のような特許文献３，４に記載された画像改質処理装置は、プリズムを用いてＲ，Ｇ，Ｂに色分解された各色の光をこれらに対応して設けられた３つの画像素子（いわゆる３板）に投射させる構成の撮像機構と組み合わせてもよく、Ｒ，Ｇ（ＧｂおよびＧｒ），Ｂの各色用の画素を同色用の画素（但し、Ｇｂ用の画素とＧｒ用の画素とは異なるものと考える。）が縦横に一個置きになるように並ベるベイヤー配列の画像素子を備えた構成の撮像機構と組み合わせてもよい。
【００６０】
プリズムを用いた撮像機構と組み合わせる場合には、Ｒ用の画像素子の出力信号と、Ｇ用の画像素子の出力信号と、Ｂ用の画像素子の出力信号とについて、同じ畳み込み演算行列を用いた画像改質処理を行うことができる。
【００６１】
ベイヤー配列の画像素子を備えた構成の撮像機構と組み合わる場合には、画像素子を構成する各画素のそれぞれについて、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色全ての信号が出力される構成の撮像機構（同色用の画素は、縦横に一個置きにしか設けられていないので、それらの間の欠落している画素の出力信号については、周囲の同色用の画素の出力信号を用いて補間処理（例えば、ハードウェア回路による１次補間処理等）を行って算出される。）のみならず、実際に設けられている画素の信号のみが出力される構成の撮像機構（同色用の画素は、縦横の各方向について一個置きにしか設けられていないので、全体の４分の１の画素数となる。）と組み合わせてもよい。
【００６２】
前者のように、ベイヤー配列の画像素子を備えた構成の撮像機構から、補間処理を行った出力信号を受け取る場合には、プリズムを用いた撮像機構と組み合わせる場合と同様に、Ｒの信号と、Ｇの信号と、Ｂの信号とについて、同じ畳み込み演算行列を用いた画像改質処理を行うことができる。
【００６３】
後者のように、ベイヤー配列の画像素子を備えた構成の撮像機構から、補間処理を行っていない出力信号を受け取る場合（従って、同色用の信号数は、４分の１になる。）には、欠落要素のないモノクロのポイント・スプレッド・ファンクション行列ＷまたはＷm,jから、行数および列数がそれぞれ２分の１で要素数が４分の１となるＷ’またはＷm,j’を作成した後、これらのＷ’またはＷm,j’に基づき、式（１）または式（１’）を用いて、行数および列数がそれぞれ２分の１で要素数が４分の１となる畳み込み演算行列Ｑ’またはＱm,j’の各要素の値を算出してもよく、あるいは欠落要素のないモノクロのポイント・スプレッド・ファンクション行列ＷまたはＷm,jに基づき、式（１）または式（１’）を用いて、欠落要素のない畳み込み演算行列ＱまたはＱm,jの各要素の値を算出した後、これらの畳み込み演算行列ＱまたはＱm,jから、行数および列数がそれぞれ２分の１で要素数が４分の１となる畳み込み演算行列Ｑ’またはＱm,j’を作成してもよい。この際、いずれの手順で求めた畳み込み演算行列Ｑ’またはＱm,j’についても、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色について同じ行列とすることができる。そして、撮像機構から受け取った４分の１の信号数の出力信号と、４分の１の要素数の畳み込み演算行列Ｑ’またはＱm,j’とを用いて、式（２）または式（２’）に基づき各色毎に畳み込み演算処理を行った後、Ｒ，Ｇ，Ｂを合成すればよい。
【００６４】
なお、欠落要素のないモノクロのポイント・スプレッド・ファンクション行列ＷまたはＷm,jから、行数および列数がそれぞれ２分の１で要素数が４分の１となるＷ’またはＷm,j’を作成する際には、周囲の要素の値を集めて加算する処理を行えばよい。例えば、Ｗ（ｕ，ｖ）に対応するＷ’の要素をＷ’（ｕ’，ｖ’）とすれば、Ｗ’（ｕ’，ｖ’）＝ａ×Ｗ（ｕ−１，ｖ−１）＋ｂ×Ｗ（ｕ−１，ｖ）＋ａ×Ｗ（ｕ−１，ｖ＋１）＋ｂ×Ｗ（ｕ，ｖ−１）＋Ｗ（ｕ，ｖ）＋ｂ×Ｗ（ｕ，ｖ＋１）＋ａ×Ｗ（ｕ＋１，ｖ−１）＋ｂ×Ｗ（ｕ＋１，ｖ）＋ａ×Ｗ（ｕ＋１，ｖ＋１）という式により、Ｗ’（ｕ’，ｖ’）を求めることができる。ここで、例えば、ａ＝０．２５、ｂ＝０．５等とすることができるが、ａ＝ｂ＝０としてＷ’（ｕ’，ｖ’）＝Ｗ（ｕ，ｖ）としてもよい。また、Ｗm,jからＷm,j’を作成する場合も同様である。さらに、欠落要素のない畳み込み演算行列ＱまたはＱm,jから、行数および列数がそれぞれ２分の１で要素数が４分の１となる畳み込み演算行列Ｑ’またはＱm,j’を作成する場合も同様である。
【００６５】
また、本発明は、被写体を撮像する撮像機構と、この撮像機構により撮像された画像の質を改善する画像改質処理装置とを備えた撮像システムにおいて、撮像機構が、被写体を撮像する本発明の多焦点レンズと、この多焦点レンズにより形成された画像を電気的信号に変換して出力する撮像素子とを含んで構成され、画像改質処理装置が、撮像素子の出力信号に対し、被写体の１点から出た光が多焦点レンズの作用により撮像素子上で拡がる状態を示すポイント・スプレッド・ファンクションの伝達関数の逆関数を補正関数として荷重加算演算処理を行う構成とされていることを特徴とするものである。
【００６６】
ここで、「ポイント・スプレッド・ファンクションの伝達関数の逆関数を補正関数として荷重加算演算処理を行う構成」とは、例えば、空間座標軸で表現される多焦点レンズのポイント・スプレッド・ファンクション（ＰＳＦ）を、フーリエ変換やｚ変換により座標変換することにより多焦点レンズのＰＳＦの伝達関数Ｈを求め、この伝達関数Ｈの逆関数１／Ｈに対し、逆フーリエ変換、あるいは逆ＦＦＴ等を行い、逆関数１／Ｈのフィルタ係数列、すなわち改質フィルタ係数を求めておき、この改質フィルタ係数を用いて荷重加算演算処理を行う構成である。
【００６７】
なお、以上の説明では、ポイント・スプレッド・ファンクション行列をモノクロのポイント・スプレッド・ファンクション行列Ｗとしたが、レンズの特性として色収差を持つ場合は、撮像素子の各色に対応する色に対してのポイント・スプレッド・ファンクション行列とし、各色毎に行数および列数がそれぞれ２分の１で要素数が４分の１となる畳み込み演算行列Ｑ’またはＱm,j’の各要素の値を算出してもよい。また、ポイント・スプレッド・ファンクションの伝達関数Ｈおよびその逆関数１／Ｈのフィルタ係数列を求める場合も同様である。
【発明の効果】
【００６８】
以上に述べたように本発明によれば、それぞれ異なる焦点距離を持つ第１〜第Ｎのレンズ部が同心状に複数回繰り返して配置されるので、撮影対象となる被写体までの距離が異なっても、ピントのぼけ方の状態が略同じになり、被写体までの距離にかかわらず画像改質処理を同じデータを使った処理で実現することができるため、撮影状態を自動的に識別するための切替回路の設置を省略することができるうえ、手動操作による切替えも行う必要がなくなることから、使用者の負担を軽減することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６９】
以下に本発明の各実施形態について図面を参照して説明する。
【００７０】
［第１実施形態］
図１には、本発明の第１実施形態の多焦点レンズ２１を含む撮像システム１０の全体構成が示されている。また、図２には、多焦点レンズ２１の詳細構成が示されている。さらに、図３は、１点（座標（ｍ，ｊ））のみに輝点のある被写体を多焦点レンズ２１で撮像したときに、撮像素子２４上に投射像が形成される様子を示す説明図であり、図４は、相対的に遠距離にある被写体（本実施形態では、一例として、被写界深度の近点から無限遠までの標準的な距離にある通常の被写体とする。）を多焦点レンズ２１で撮影する場合と、相対的に近距離にある被写体（本実施形態では、一例として、標準的な距離よりも近い距離にある近接被写体とする。）を多焦点レンズ２１で撮影する場合とで、ピントのぼけ方の状態が異なることを示す説明図である。撮像システム１０は、例えば、携帯電話機（ＰＨＳも含む。）や携帯情報端末（ＰＤＡ）等の携帯型の情報端末装置に設けられた撮像システム、あるいはパーソナル・コンピュータおよびそれに接続されたカメラにより構成される撮像システム等である。
【００７１】
図１において、撮像システム１０は、被写体を撮像する撮像機構２０と、この撮像機構２０により撮像された画像の質を改善する画像改質処理装置３０と、この画像改質処理装置３０により質の改善を行った画像を表示する表示手段４０とを備えている。
【００７２】
撮像機構２０は、被写体を撮像する多焦点レンズ２１と、この多焦点レンズ２１により形成された画像を取り込む撮像素子２４とを含んで構成されている。
【００７３】
図２において、本実施形態の多焦点レンズ２１は、多焦点光学系（本実施形態では、二焦点光学系）として、平面形状（正面形状）が円形である円形レンズ部２２Ａを中心とし、その外周側に平面形状（正面形状）が円環状である複数（本実施形態では、３つ）の環状レンズ部２３Ａ，２２Ｂ，２３Ｂをこの順に配置することにより、互いに焦点距離の異なる第１のレンズ部と第２のレンズ部とを交互に同心状に配置して構成されている。すなわち、多焦点レンズ２１は、第１の焦点距離を持つ複数の第１のレンズ部としての円形レンズ部２２Ａおよび環状レンズ部２２Ｂと、第１の焦点距離とは異なる第２の焦点距離を持つ複数の第２のレンズ部としての環状レンズ部２３Ａ，２３Ｂとが同一の面に配置されて一体化されることにより構成されている。従って、隣り合うレンズ部同士は、互いに接する状態で配置され、また、円形レンズ部２２Ａおよび各環状レンズ部２３Ａ，２２Ｂ，２３Ｂは、同心状に配置されているので、これらの各レンズ部２２Ａ，２３Ａ，２２Ｂ，２３Ｂの光軸は一致している。
【００７４】
そして、第１のレンズ部である円形レンズ部２２Ａおよび環状レンズ部２２Ｂにより、長い焦点距離で集束する遠レンズ部２２が構成され、第２のレンズ部である環状レンズ部２３Ａ，２３Ｂにより、短い焦点距離で集束する近レンズ部２３が構成されている。例えば、遠レンズ部２２は、被写界深度の近点（例えば０．３ｍ程度）から無限遠までの標準的な距離にある通常の被写体（例えば、人物や風景等）を撮影するためのレンズ部であり、近レンズ部２３は、標準的な距離よりも近い距離（例えば、１０ｃｍ未満等）にある近接被写体（例えば、バーコードや虹彩や文字等）を撮影するためのレンズ部である。
【００７５】
なお、本第１実施形態では、平面形状が円形である円形レンズ部２２Ａを中心とし、その外周側に平面形状が円環状である複数の環状レンズ部２３Ａ，２２Ｂ，２３Ｂが同心状に配置された構成を例に挙げて説明しているが、各レンズ部の平面形状は、これらの形状に限定されるものではなく、例えば、楕円形や多角形等のレンズ部を中心に、楕円形や多角形等の各環状レンズ部が同心状に配置される構成を備えた多焦点レンズとしてもよい。
【００７６】
図１において、撮像素子２４としては、例えば、相補性金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ：Complementary Metal-oxide Semiconductor）や電荷結合素子（ＣＣＤ：Charge Coupled Device）等を採用することができる。ここで、撮像素子２４の大きさは、縦方向Ｍ画素×横方向Ｊ画素であるものとする（図３参照）。
【００７７】
画像改質処理装置３０は、撮像素子２４の出力信号を引き出して記憶する出力信号記憶手段３１と、次の式（１）に基づき予め算出された畳み込み演算行列Ｑの各要素Ｑ（ｘ，ｙ）の値のうちの少なくとも一部を記憶する畳み込み演算行列記憶手段３２と、被写体を再生する演算処理を行う再生演算手段３３とを備えている。この画像改質処理装置３０は、前述した特許文献３に記載された画像改質処理装置と同様のものであるため、以下では、詳細な説明は省略し、簡単な説明のみを行う。
【００７８】
Ｑ（ｘ，ｙ）＝１／ｃ−（Ｗ（０，０）−ｃ）／ｃpower
（ｘ＝０，ｙ＝０の場合）
＝−Ｗ（ｘ，ｙ）／ｃpower
（ｘ＝０，ｙ＝０以外の場合）
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
【００７９】
ここで、ｘおよびｙは整数で、（１−Ｍ）≦ｘ≦（Ｍ−１）、（１−Ｊ）≦ｙ≦（Ｊ−１）であり、ｓおよびｔは自然数で、１≦ｓ≦Ｍ、１≦ｔ≦Ｊであり、ｈおよびｋは自然数で、１≦ｈ≦Ｍ、１≦ｋ≦Ｊである。
【００８０】
また、Ｗ（ｘ，ｙ）は、（２Ｍ−１）行（２Ｊ−１）列の行列Ｗの各要素の値であり、この行列Ｗは、被写体の１点（ｍ，ｊ）から出た光がレンズの作用により撮像素子２４上で拡がる状態を示すポイント・スプレッド・ファンクション行列（ＰＳＦ：point spread function行列）であり、端部を除く座標（ｍ，ｊ）で示される１点のみに輝点のある被写体を多焦点レンズ２１で撮像したときに、遠レンズ部２２および近レンズ部２３により形成される画像の出力信号を示すＭ行Ｊ列の行列Ｚmjを、ｘ＝ｈ−ｍ、ｙ＝ｋ−ｊを満たす座標（ｈ，ｋ）から座標（ｘ，ｙ）への座標変換で、Ｗ（０，０）＝Ｚmj（ｍ，ｊ）となるように平行移動することにより、Ｚmj（ｈ，ｋ）のうちの非零要素を含む行列部分を行列Ｗの中央部に配置するとともに、中央部に配置された非零要素を含む行列部分の外側部分を零要素で埋めることにより構成されている。
【００８１】
なお、本実施形態では、撮像素子２４の全ての画素で同じ形状のぼけが形成されるものと仮定し、ポイント・スプレッド・ファンクション行列Ｗは、各画素について共通の行列であるものとして説明を行うが、前述した特許文献４に記載された画像改質処理装置のように、各画素で異なる形状のぼけが発生することを考慮し、各座標（ｍ，ｊ）毎に異なる行列Ｗm,jとしてもよい。このようにした場合には、畳み込み演算行列Ｑについても、各座標（ｍ，ｊ）毎に異なる行列Ｑm,jとなるが、各座標（ｍ，ｊ）についての畳み込み演算行列Ｑm,jは、特許文献４に記載された画像改質処理装置のように、レンズの軸対称性を利用して、光軸位置から一方向に延びる直線上に並ぶ座標についての畳み込み演算行列Ｑm,jを、光軸位置を中心として回転させることにより算出してもよい。
【００８２】
さらに、ｃは、比例係数で、多焦点レンズ２１の全体面積に対するピントの合った画像を形成するレンズ部の面積の比の値である。そして、本発明では、標準撮影状態または近接撮影状態のいずれの場合でも、すなわち遠レンズ部２２または近レンズ部２３のいずれがピントの合った画像を形成するレンズ部となった場合でも、同じデータを使って画像改質処理を行うことができるようにするという観点から、二焦点レンズである本第１実施形態では、ｃの値は０．５の近傍とする。なお、後述する第６実施形態のように、三焦点レンズである場合には、ｃの値は１／３の近傍とする。
【００８３】
また、ｐｏｗｅｒは、ｃのべき乗数となる実数で、１≦ｐｏｗｅｒ≦２である。なお、ｐｏｗｅｒの値は、ｃの値に応じて決定すればよい。この際、ｃの値が、０．５近傍のときには、ｐｏｗｅｒの値を２以外の値とする必要がある。より具体的には、ｃの値が、０．５近傍のときには、ｐｏｗｅｒの値を１以上２未満とし、より好ましくは１とする。一方、ｃの値が、０．５近傍以外のときには、１以上２以下とする。
【００８４】
さらに、以上の説明では、多焦点レンズ２１のうちピントの合った画像を形成するレンズ部は、ぼけの無い画像を形成するという前提で、説明が行われている。従って、ピントの合った画像を形成するレンズ部により形成される画像には、Ｗ（０，０）にのみ非零要素があり、その値はｃであるという仮定を置いている。
【００８５】
しかし、実際には、ピントの合った画像を形成するレンズ部により形成される画像には、収差等によるボケが生じることがあるので、ピントの合った画像を形成するレンズ部により形成される画像は、Ｗ（０，０）の周囲に拡がり、Ｗ（０，０）の周囲の要素も非零要素となり得る。
【００８６】
そこで、ピントの合った画像を形成するレンズ部により形成される画像に、収差等によるボケが生じ、Ｗ（０，０）以外の要素も非零要素となる場合には、Ｗ（０，０）の値およびＷ（０，０）の周囲に生じた非零要素の値を合計し、その合計値をｃの値としてＷ（０，０）に入れ直すとともに、Ｗ（０，０）の周囲に生じた非零要素の値をゼロにするという修正作業を行い、これらの修正作業を経て作成された各要素Ｗ（ｘ，ｙ）の値を用いて、畳み込み演算行列Ｑの各要素Ｑ（ｘ，ｙ）の値を算出すればよい。
【００８７】
一方、ピントのぼけた画像を形成するレンズ部により形成される画像については、遠レンズ部２２または近レンズ部２３のいずれがピントのぼけた画像を形成するレンズ部となった場合でも、同じデータを使って画像改質処理を行うことができるようにするという観点から、いずれの撮影状態の場合でも各要素Ｗ（ｘ，ｙ）の値を同じ値に設定し、畳み込み演算行列Ｑの各要素Ｑ（ｘ，ｙ）の値を算出すればよい。例えば、同一の焦点距離を持つ複数のレンズ部のうち最も外周側に配置されるレンズ部（本実施形態では、遠レンズ部２２を構成する環状レンズ部２２Ｂと、近レンズ部２３を構成する環状レンズ部２３Ｂとがある。）により形成されるピントのぼけた画像の外周線が、各焦点距離を持つレンズ部毎に形成されるが（本実施形態では、図４に示すように、環状レンズ部２２Ｂにより形成されるピントのぼけた円環状の像６３の外周線６３Ａと、環状レンズ部２３Ｂにより形成されるピントのぼけた円環状の像５３の外周線５３Ａとが形成される。）、各要素Ｗ（ｘ，ｙ）の値を、これらの外周線のうち最も外周側に位置する外周線（本実施形態では、外周線５３Ａとなる。）で囲まれる範囲で均一化することができる。また、各要素Ｗ（ｘ，ｙ）の値を、この範囲で滑らかに変化させるようにしてもよい。
【００８８】
畳み込み演算行列記憶手段３２は、畳み込み演算行列Ｑの各要素Ｑ（ｘ，ｙ）の値のうちの少なくとも一部を、ｘ，ｙの並び順に従って表の如く整列させて記憶するものである。少なくとも一部であるから、全部を記憶しておいてもよいが、計算容量およびメモリ容量を小さくするため、非零要素を含む行列部分のみを記憶しておくことが好ましい。従って、ここでは、非零要素を含む行列部分のみを記憶するものとして説明を行う。
【００８９】
再生演算手段３３は、畳み込み演算行列記憶手段３２に記憶された畳み込み演算行列Ｑの各要素Ｑ（ｘ，ｙ）の値（上記の非零要素を含む行列部分の各値）と、出力信号記憶手段３１に記憶された画像の出力信号を示す行列Ｚの各要素Ｚ（ｈ，ｋ）の値とを用い、次の式（２）に基づき、被写体の行列Ａの各要素Ａ（ｓ，ｔ）の値を算出する処理を行うものである。なお、畳み込み演算行列Ｑの各要素Ｑ（ｘ，ｙ）のうちの非零要素を含む行列部分以外の部分、すなわち、畳み込み演算行列記憶手段３２に記憶されない部分については、零要素であるので、計算は行われない。
【００９０】
Ａ（ｓ，ｔ）＝ΣhΣkＱ（ｓ−ｈ，ｔ−ｋ）Ｚ（ｈ，ｋ）
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）
【００９１】
ここで、Σhは、ｈ＝１〜Ｍの和であり、Σkは、ｋ＝１〜Ｊの和である。
【００９２】
そして、出力信号記憶手段３１および畳み込み演算行列記憶手段３２としては、例えば、ハードディスク、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュ・メモリ、ＲＡＭ、ＭＯ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＦＤ、磁気テープ、あるいはこれらの組合せ等を採用することができる。
【００９３】
また、再生演算手段３３は、撮像システム１０を構成する各種の情報端末装置（例えば、携帯電話機や携帯情報端末等の携帯型の情報端末装置、あるいはカメラを接続したパーソナル・コンピュータ、監視カメラ装置等）の内部に設けられた中央演算処理装置（ＣＰＵ）、およびこのＣＰＵの動作手順を規定する１つまたは複数のプログラムにより実現される。
【００９４】
表示手段４０としては、例えば、液晶ディスプレイ、ＣＲＴディスプレイ、プロジェクタおよびスクリーン、あるいはこれらの組合せ等を採用することができる。
【００９５】
このような第１実施形態においては、多焦点レンズ２１を用いて撮影を行うと、以下のような光学結像系が構成される。
【００９６】
図４には、図２に示した多焦点レンズ２１における光学結像系が示されている。図４（ａ）は、多焦点レンズ２１の光軸２７上において、長い焦点距離を持つ遠レンズ部２２による撮影に適した相対的に遠距離にある被写体、例えば、被写界深度の近点（例えば０．３ｍ程度）から無限遠までの標準的な距離にある通常の被写体（例えば、人物や風景等）に点光源２８を配置した場合の光学結像系を示している。
【００９７】
図４（ａ）の場合には、撮像素子２４上には、正面から見ると、図４（ａ）に示すような投射像５０が得られる。すなわち、遠レンズ部２２による撮影に適した距離にある被写体上に点光源２８を配置した場合には、遠レンズ部２２を構成する円形レンズ部２２Ａおよび環状レンズ部２２Ｂによるピントの合った点状の像５１を中心に、その外周側に、環状レンズ部２３Ａによる円環状の像５２、さらに円環状の像５２の外周側に、環状レンズ部２３Ｂによる円環状の像５３のようなピントのぼけた像が投射される。
【００９８】
一方、図４（ｂ）は、多焦点レンズ２１の光軸２７上において、短い焦点距離を持つ近レンズ部２３による撮影に適した相対的に近距離にある被写体、例えば、標準的な距離よりも近い距離にある近接被写体（例えば、バーコードや虹彩や文字等）に点光源２９を配置した場合の光学結像系を示している。
【００９９】
図４（ｂ）の場合には、撮像素子２４上には、正面から見ると、図４（ｂ）に示すような投射像６０が得られる。すなわち、近レンズ部２３による撮影に適した距離にある被写体上に点光源２９を配置した場合には、近レンズ部２３を構成する環状レンズ部２３Ａ，２３Ｂによるピントの合った点状の像６１を中心に、その外周側に、円形レンズ部２２Ａによる円形の像６２、さらに円形の像６２の外周側に、環状レンズ部２２Ｂによる円環状の像６３のようなピントのぼけた像が投射される。
【０１００】
そして、本実施形態では、図４（ａ）の場合および図４（ｂ）の場合を併せて考えると、いずれの場合も同様に、ピントのぼけた像は、環状レンズ部２３Ｂにより形成されるピントのぼけた円環状の像５３の外周線５３Ａの位置まで略一様に拡がると考えることができるので（図４（ｂ）の場合は、外周線６３Ａの位置までの拡がりであるが、図４（ａ）の外周線５３Ａの位置まで拡がっているとみなすことができる。）、この外周線５３Ａで囲まれる範囲で、ＰＳＦ行列Ｗの各要素Ｗ（ｘ，ｙ）の値を均一化し、または滑らかに変化するようにし、畳み込み演算行列Ｑの各要素Ｑ（ｘ，ｙ）の値を算出することができる。
【０１０１】
このような第１実施形態によれば、次のような効果がある。すなわち、多焦点レンズ２１を用いて標準的な距離にある通常の被写体および近接被写体を撮影すると、図４に示したように、ピントのぼけ方の状態は、厳密に言えば、撮影状態に応じて、つまり被写体までの距離に応じて変化することになるが、多焦点レンズ２１では、第１および第２のレンズ部が同心状に複数回繰り返して、すなわち交互に配置されているので、被写体までの距離にかかわらず、ピントのぼけ方の状態が略同じになる。
【０１０２】
従って、撮影対象となる被写体までの距離が変わっても、ぼけを取り除くための画像改質処理を同じデータを使った処理で実現すること、すなわち畳み込み演算行列Ｑの各要素Ｑ（ｘ，ｙ）の値を同じ設定として画像改質処理を行うことができる。このため、撮影状態を自動的に識別するための切替回路の設置を省略することができ、また、手動操作による切替えも行う必要がなくなることから、使用者の負担を軽減することができる。
【０１０３】
［第２実施形態］
図５には、本発明の第２実施形態の多焦点レンズ２２１の詳細構成が示されている。また、図６は、相対的に遠距離にある被写体（本実施形態では、一例として、被写界深度の近点から無限遠までの標準的な距離にある通常の被写体とする。）を多焦点レンズ２２１で撮影する場合と、相対的に近距離にある被写体（本実施形態では、一例として、標準的な距離よりも近い距離にある近接被写体とする。）を多焦点レンズ２２１で撮影する場合とで、ピントのぼけ方の状態が異なることを示す説明図である。多焦点レンズ２２１は、前記第１実施形態の撮像システム１０（図１参照）と同様な撮像システムに組み込まれて使用されるレンズであり、撮像システム全体については、多焦点レンズの構成が前記第１実施形態と異なり、その他の構成および機能は前記第１実施形態と同様であるため、同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略し、以下では異なる部分を中心として説明を行う。
【０１０４】
図５において、多焦点レンズ２２１は、多焦点光学系（本実施形態では、二焦点光学系）として、平面形状（正面形状）が円形である円形レンズ部２２２Ａを中心とし、その外周側に平面形状（正面形状）が円環状である複数（本実施形態では、７つ）の環状レンズ部２２３Ａ，２２２Ｂ，２２３Ｂ，２２２Ｃ，２２３Ｃ，２２２Ｄ，２２３Ｄをこの順に配置することにより、互いに焦点距離の異なる第１のレンズ部と第２のレンズ部とを交互に同心状に配置して構成されている。すなわち、多焦点レンズ２２１は、第１の焦点距離を持つ複数の第１のレンズ部としての円形レンズ部２２２Ａおよび環状レンズ部２２２Ｂ，２２２Ｃ，２２２Ｄと、第１の焦点距離とは異なる第２の焦点距離を持つ複数の第２のレンズ部としての環状レンズ部２２３Ａ，２２３Ｂ，２２３Ｃ，２２３Ｄとが同一の面に配置されて一体化されることにより構成されている。従って、隣り合うレンズ部同士は、互いに接する状態で配置され、また、円形レンズ部２２２Ａおよび各環状レンズ部２２３Ａ，２２２Ｂ，２２３Ｂ，２２２Ｃ，２２３Ｃ，２２２Ｄ，２２３Ｄは、同心状に配置されているので、これらの各レンズ部２２２Ａ，２２３Ａ，２２２Ｂ，２２３Ｂ，２２２Ｃ，２２３Ｃ，２２２Ｄ，２２３Ｄの光軸は一致している。
【０１０５】
そして、第１のレンズ部である円形レンズ部２２２Ａおよび環状レンズ部２２２Ｂ，２２２Ｃ，２２２Ｄにより、長い焦点距離で集束する遠レンズ部２２２が構成され、第２のレンズ部である環状レンズ部２２３Ａ，２２３Ｂ，２２３Ｃ，２２３Ｄにより、短い焦点距離で集束する近レンズ部２２３が構成されている。例えば、遠レンズ部２２２は、被写界深度の近点（例えば０．３ｍ程度）から無限遠までの標準的な距離にある通常の被写体（例えば、人物や風景等）を撮影するためのレンズ部であり、近レンズ部２２３は、標準的な距離よりも近い距離（例えば、１０ｃｍ未満等）にある近接被写体（例えば、バーコードや虹彩や文字等）を撮影するためのレンズ部である。
【０１０６】
なお、本第２実施形態では、平面形状が円形である円形レンズ部２２２Ａを中心とし、その外周側に平面形状が円環状である複数の環状レンズ部２２３Ａ，２２２Ｂ，２２３Ｂ，２２２Ｃ，２２３Ｃ，２２２Ｄ，２２３Ｄが同心状に配置された構成を例に挙げて説明しているが、各レンズ部の平面形状は、これらの形状に限定されるものではなく、例えば、楕円形や多角形等のレンズ部を中心に、楕円形や多角形等の各環状レンズ部が同心状に配置される構成を備えた多焦点レンズとしてもよい。
【０１０７】
このような第２実施形態においては、多焦点レンズ２２１を用いて撮影を行うと、以下のような光学結像系が構成される。
【０１０８】
図６には、図５に示した多焦点レンズ２２１における光学結像系が示されている。図６（ａ）は、多焦点レンズ２２１の光軸２２７上において、長い焦点距離を持つ遠レンズ部２２２による撮影に適した相対的に遠距離にある被写体、例えば、被写界深度の近点（例えば０．３ｍ程度）から無限遠までの標準的な距離にある通常の被写体（例えば、人物や風景等）に点光源２２８を配置した場合の光学結像系を示している。
【０１０９】
図６（ａ）の場合には、撮像素子２４上には、正面から見ると、図６（ａ）に示すような投射像２５０が得られる。すなわち、遠レンズ部２２２による撮影に適した距離にある被写体上に点光源２２８を配置した場合には、遠レンズ部２２２を構成する円形レンズ部２２２Ａおよび環状レンズ部２２２Ｂ，２２２Ｃ，２２２Ｄによるピントの合った点状の像２５１を中心に、その外周側に、近レンズ部２２３を構成する円環状の環状レンズ部２２３Ａ，２２３Ｂ，２２３Ｃ，２２３Ｄによる円環状の像２５２，２５３，２５４，２５５がこの順に中心から外周方向に向かって並ぶ状態でピントのぼけた像が投射される。
【０１１０】
一方、図６（ｂ）は、多焦点レンズ２２１の光軸２２７上において、短い焦点距離を持つ近レンズ部２２３による撮影に適した相対的に近距離にある被写体、例えば、標準的な距離よりも近い距離にある近接被写体（例えば、バーコードや虹彩や文字等）に点光源２２９を配置した場合の光学結像系を示している。
【０１１１】
図６（ｂ）の場合には、撮像素子２４上には、正面から見ると、図６（ｂ）に示すような投射像２６０が得られる。すなわち、近レンズ部２２３による撮影に適した距離にある被写体上に点光源２２９を配置した場合には、近レンズ部２２３を構成する環状レンズ部２２３Ａ，２２３Ｂ，２２３Ｃ，２２３Ｄによるピントの合った点状の像２６１を中心に、その外周側に、円形レンズ部２２２Ａによる円形の像２６２、さらに円形の像２６２の外周側に、環状レンズ部２２２Ｂ，２２２Ｃ，２２２Ｄによる円環状の像２６３，２６４，２６５のようなピントのぼけた像が投射される。
【０１１２】
そして、本実施形態では、図６（ａ）の場合および図６（ｂ）の場合を併せて考えると、いずれの場合も同様に、ピントのぼけた像は、環状レンズ部２２３Ｄにより形成されるピントのぼけた円環状の像２５５の外周線２５５Ａの位置まで略一様に拡がると考えることができるので、この外周線２５５Ａで囲まれる範囲（但し、環状レンズ部２２２Ｄにより形成されるピントのぼけた円環状の像２６５の外周線２６５Ａの方が外周側に位置する場合には、外周線２６５Ａで囲まれる範囲とする。）で、ＰＳＦ行列Ｗの各要素Ｗ（ｘ，ｙ）の値を均一化し、または滑らかに変化するようにし、畳み込み演算行列Ｑの各要素Ｑ（ｘ，ｙ）の値を算出することができる。
【０１１３】
ところで、前述した図１８で説明した従来例のように、遠レンズ部９０１および近レンズ部９０２の２つのみの構成で同心状にレンズ部を配置した場合、近レンズ部９０２により形成されるピントのぼけた像９０８は、円環状となり（図１８（ａ）参照）、遠レンズ部９０１により形成されるピントのぼけた像９１２は、円形となり（図１８（ｂ）参照）、図１８（ａ）と図１８（ｂ）とでは、それぞれ形状が全く異ったピンぼけ像が投影される。これに対し、前記第１実施形態では、図２で示したように、円形レンズ部２２Ａを中心に、近レンズ部２３と遠レンズ部２２とが交互にそれぞれ同心状に配置される形状とすることにより、近レンズ部２３により形成されるピントのぼけた像５０は、同心状に配置された複数の円環状となり（図４（ａ）参照）、遠レンズ部２２により形成されるピントのぼけた像６０は、同心状に配置された円形および円環状となり（図４（ｂ）参照）、それぞれピントのぼけた像が同心状に複数個投影される。
【０１１４】
さらに、図２に示した前記第１実施形態の多焦点レンズ２１と、図５に示した本第２実施形態の多焦点レンズ２２１とを比較すると、同心状に交互に配置する遠レンズ部と近レンズ部との個数（繰り返し数）を増すことにより、近レンズ部により形成される円環状の複数のピントのぼけた像と、遠レンズ部により形成される円形および円環状の複数のピントのぼけた像は、いずれも1つの円形状のぼけた像に、より近似していくことがわかる。すなわち、前記第１実施形態の多焦点レンズ２１や本第２実施形態の多焦点レンズ２２１を用いて撮影を行った場合、遠距離にある被写体を撮影した際に焦点距離の短いレンズ部により形成されるピントのぼけた像成分と、近距離にある被写体を撮影した際に焦点距離の長いレンズ部により形成されるピントのぼけた像成分とが同様に類似した形状となり、撮像素子２４上には、いずれの撮影状態でも同様の形状となるピントのぼけた像が投射される。
【０１１５】
すなわち、図２に示した前記第１実施形態の多焦点レンズ２１および図５に示した本第２実施形態の多焦点レンズ２２１については、遠距離の被写体を撮影する場合における複数の第２のレンズ部により構成される近レンズ部２３，２２３によるポイント・スプレッド・ファンクション（ＰＳＦ）と、近距離の被写体を撮影する場合における複数の第１のレンズ部により構成される遠レンズ部２２，２２２によるＰＳＦとは、近似しており、環状のレンズ部の個数を増やすことで、これらのＰＳＦは、より近似するようになる。従って、このように多焦点レンズを構成する各レンズ部によるＰＳＦが近似する場合には、代表的なＰＳＦ行列Ｗを１つ定め、その代表的なＰＳＦ行列Ｗを用いて、畳み込み演算行列Ｑを求め、再生演算手段３３（図１参照）による処理を行うことができる。
【０１１６】
図７は、前述した図１８に示した従来の多焦点レンズ９００と、前述した図２に示した前記第１実施形態の多焦点レンズ２１と、図５に示した本第２実施形態の多焦点レンズ２２１とで、ぼけの状態（光量分布）を比較し、環状のレンズ部の個数を増やすことで、ぼけが均一化されていく様子（あるいは、ぼけを示す光量分布の凹凸が小さくなり、なだらかな分布になっていく様子と考えてもよい。）を概念的に示している。縦軸は光量を示す。
【０１１７】
従来の多焦点レンズ９００の場合の光量分布は、中心位置において、ピントの合った点状の像９０７，９１１の光量が突出し、その周囲において、近レンズ部９０２によるピントのぼけた円環状の像９０８の光量、または遠レンズ部９０１によるピントのぼけた円形の像９１２の光量が分布する状態となっている。また、前記第１実施形態の多焦点レンズ２１の場合の光量分布は、中心位置において、ピントの合った点状の像５１，６１の光量が突出し、その周囲において、近レンズ部２３を構成する環状レンズ部２３Ａ，２３Ｂによる円環状の像５２，５３の光量、または遠レンズ部２２を構成する円形レンズ部２２Ａおよび環状レンズ部２２Ｂによる円形の像６２および円環状の像６３の光量が分布する状態となっている。さらに、本第２実施形態の多焦点レンズ２２１の場合の光量分布は、中心位置において、ピントの合った点状の像２５１，２６１の光量が突出し、その周囲において、近レンズ部２２３を構成する環状レンズ部２２３Ａ，２２３Ｂ，２２３Ｃ，２２３Ｄによる円環状の像２５２，２５３，２５４，２５５の光量、または遠レンズ部２２２を構成する円形レンズ部２２２Ａおよび環状レンズ部２２２Ｂ，２２２Ｃ，２２２Ｄによる円形の像２６２および円環状の像２６３，２６４，２６５の光量が分布する状態となっている。これにより、従来の多焦点レンズ９００の場合に比べ、前記第１実施形態の多焦点レンズ２１の場合および本第２実施形態の多焦点レンズ２２１の場合の光量分布は、ピントのぼけた像の光量が均一化され（あるいは、平面上における光量の変化が滑らかになり）、値が小さくなっていることがわかり、さらに環状のレンズ部の個数を増やすことで、より均一化が図られることがわかる。
【０１１８】
このような第２実施形態によれば、次のような効果がある。すなわち、多焦点レンズ２２１を用いて標準的な距離にある通常の被写体および近接被写体を撮影すると、図６に示したように、ピントのぼけ方の状態は、厳密に言えば、撮影状態に応じて、つまり被写体までの距離に応じて変化することになるが、多焦点レンズ２２１では、第１および第２のレンズ部が同心状に複数回繰り返して、すなわち交互に配置されているので、被写体までの距離にかかわらず、ピントのぼけ方の状態が略同じになる。
【０１１９】
従って、撮影対象となる被写体までの距離が変わっても、ぼけを取り除くための画像改質処理を同じデータを使った処理で実現すること、すなわち畳み込み演算行列Ｑの各要素Ｑ（ｘ，ｙ）の値を同じ設定として画像改質処理を行うことができる。このため、撮影状態を自動的に識別するための切替回路の設置を省略することができ、また、手動操作による切替えも行う必要がなくなることから、使用者の負担を軽減することができる。
【０１２０】
［第３実施形態］
図８には、本発明の第３実施形態の多焦点レンズ３２１の詳細構成が示されている。また、図９は、多焦点レンズ３２１による撮影状態の説明図であり、図１０は、多焦点レンズ３２１により光が屈折する状態の説明図である。多焦点レンズ３２１は、前記第１実施形態の撮像システム１０（図１参照）と同様な撮像システムに組み込まれて使用されるレンズであり、撮像システム全体については、多焦点レンズの構成が前記第１実施形態と異なり、その他の構成および機能は前記第１実施形態と同様であるため、同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略し、以下では異なる部分を中心として説明を行う。
【０１２１】
図８および図９において、多焦点レンズ３２１は、二焦点レンズであり、相対的に遠距離にある被写体（本実施形態では、一例として、被写界深度の近点から無限遠までの標準的な距離にある通常の被写体とする。）を撮影するための長い焦点距離を持つ遠レンズ部３２２と、相対的に近距離にある被写体（本実施形態では、一例として、標準的な距離よりも近い距離にある近接被写体とする。）を撮影するための短い焦点距離を持つ近レンズ部３２３とを備えている。
【０１２２】
多焦点レンズ３２１は、図９に示すように、被写体側に設けられた主レンズ３２４と、撮像素子２４側に設けられた補助レンズ３２８とを組み合わせて構成されている。このうち、主レンズ３２４は、図８に示すように、あたかもフレネルレンズのような断面形状を有し、平板状の基盤３２５と、この基盤３２５の表面側（被写体側）に設けられた複数の近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂ，３２６Ｃ，３２６Ｄとが一体化されて構成されている。また、補助レンズ３２８は、凸レンズであり、主レンズ３２４と一定距離を置いて配置されている。なお、補助レンズ３２８は、主レンズ３２４よりも被写体側の位置に配置してもよい。
【０１２３】
近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂ，３２６Ｃ，３２６Ｄは、図８に示すように、環状（本実施形態では、円環状）の平面形状（正面形状）を有し、同心状に配置されている。これらの近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂ，３２６Ｃ，３２６Ｄは、被写界深度の近点（例えば０．３ｍ程度）から無限遠までの標準的な距離よりも近い距離（例えば、１０ｃｍ未満等）にある近接被写体（例えば、バーコードや虹彩や文字等）を撮影するためのレンズ部の構成要素として、１つの焦点距離を持つ１つの凸レンズである近接撮影用レンズ３２６から切り出されて形成されたものである。すなわち、近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂ，３２６Ｃ，３２６Ｄは、図８中の点線で示された近接撮影用レンズ３２６を、その光軸に直交する面により所定の間隔ｄで仕切るとともに、近接撮影用レンズ３２６の表面と所定の間隔ｄの各面とが交わる位置Ｐによりリングピッチを決定し、そのピッチで近接撮影用レンズ３２６を同心状の複数の筒（本実施形態では、円筒）により仕切った後、近接撮影用レンズ３２６の表面を含む断面略三角形の部分を１つ置きに切り出して形成したものである。なお、近接撮影用レンズ３２６は、球面レンズでもよく、非球面レンズでもよい。
【０１２４】
また、主レンズ３２４を構成する近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂ，３２６Ｃ，３２６Ｄの材質（つまり、近接撮影用レンズ３２６の材質）は、同じく主レンズ３２４を構成する基盤３２５の材質と同じであり、例えば、ガラス等であり、屈折率ｎは、例えば、ｎ＝１．５〜１．８程度である。
【０１２５】
さらに、基盤３２５の平面形状（正面形状）は、本実施形態では、円形であり、基盤３２５の表面（被写体側の面）のうち、近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂ，３２６Ｃ，３２６Ｄが配置されていない部分は、円形の平坦面部分３２５Ａおよび円環状の平坦面部分３２５Ｂ，３２５Ｃ，３２５Ｄ，３２５Ｅとなっている。
【０１２６】
そして、基盤３２５のうち円形の平坦面部分３２５Ａおよび円環状の平坦面部分３２５Ｂ，３２５Ｃ，３２５Ｄ，３２５Ｅにより、複数の第１のレンズ部が形成されている。一方、近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂ，３２６Ｃ，３２６Ｄと、基盤３２５のうち近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂ，３２６Ｃ，３２６Ｄが配置された部分とにより、複数の第２のレンズ部が形成されている。従って、第１のレンズ部を中心として、第１のレンズ部と第２のレンズ部とが同心状に交互に配置されている。
【０１２７】
また、図９に示すように、第１のレンズ部としての基盤３２５の平坦面部分３２５Ａ，３２５Ｂ，３２５Ｃ，３２５Ｄ，３２５Ｅと、補助レンズ３２８とにより、無限遠方からの光（つまり、標準的な距離にある通常の被写体上の単一輝点からの光）が撮像素子２４上で結像するので、これらの組合せにより、遠レンズ部３２２が構成される（図９中の実線で示された光路参照）。一方、第２のレンズ部としての近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂ，３２６Ｃ，３２６Ｄおよびこれらが配置された基盤３２５と、補助レンズ３２８とにより、近レンズ部３２３が構成される（図９中の点線で示された光路参照）。
【０１２８】
このような第３実施形態においては、以下のようにして多焦点レンズ３２１により回折光を利用した撮影が行われる。
【０１２９】
図１０において、例えば、光の波面Ｗ１〜Ｗ８がこの順で、多焦点レンズ３２１を構成する主レンズ３２４の近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂ，３２６Ｃ，３２６Ｄに入射したとすると、光路Ｌ１〜Ｌ６のように、光は近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂ，３２６Ｃ，３２６Ｄで屈折する。この際、近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂ，３２６Ｃ，３２６Ｄのうち、隣り合って配置される近接撮影用レンズ切出片同士（図１０の例では、近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂ）に光が入射されると、波面は２つ分ずれて、例えば、近接撮影用レンズ切出片３２６Ａを通過した波面Ｗ３と、近接撮影用レンズ切出片３２６Ｂを通過した波面Ｗ１とが一致するようになる。すなわち、２波長分ずれて位相が一致することにより、２次回折光による結像が実現される。従って、近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂ，３２６Ｃ，３２６Ｄおよびこれらと一体化された基盤３２５により、回折レンズが形成されている。
【０１３０】
ここで、回折レンズを形成する近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂ，３２６Ｃ，３２６Ｄの厚み方向の最大寸法（つまり、回折レンズの段差部分の厚み方向の最大寸法）は、前述した近接撮影用レンズ３２６からの切り出しの際の仕切の間隔ｄであり、この間隔ｄは、本第３実施形態では、近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂ，３２６Ｃ，３２６Ｄの中を通過する光と、空気中を通過する光とが、１波長分ずれる寸法とされている。
【０１３１】
すなわち、空気中を通過する光の波長をλとし、近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂ，３２６Ｃ，３２６Ｄの材質（例えば、ガラス等）の屈折率をｎとすると、近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂ，３２６Ｃ，３２６Ｄの中を通過する光の波長は、λ／ｎとなり、短くなる。この際、近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂ，３２６Ｃ，３２６Ｄの中を通過する光と、空気中を通過する光とが、１波長分ずれるために必要な距離をｄとし、距離ｄの近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂ，３２６Ｃ，３２６Ｄの中の波数をｍとすれば、距離ｄの空気中の波数は、ｍ−１とすればよいので、次の式（３）および式（４）が成立する。これらの式（３）および式（４）を解いてｍを消去すると、次の式（５）が得られる。
【０１３２】
ｍ＝ｄ／（λ／ｎ） ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３）
【０１３３】
ｍ−１＝ｄ／λ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（４）
【０１３４】
ｄ＝λ／（ｎ−１） ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（５）
【０１３５】
ここで、例えば、ｎ＝１．５とすれば、ｄ＝２λとなり、図１０に示した例となる。この例では、距離ｄに対し、空気中の波数は、２となり、近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂ，３２６Ｃ，３２６Ｄの中の波数は、３となるので、１波長分ずれて位相が一致することになる。従って、図１０中の二点鎖線の如く、近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂの間に、同じ焦点距離を持つ近接撮影用レンズ切出片（近接撮影用レンズ３２６から切り出されたもの）が隙間無く隣接配置されていると仮定すれば、波面が１つずれ、例えば、近接撮影用レンズ切出片３２６Ｂの中を通過した波面Ｗ１と、二点鎖線で描かれた近接撮影用レンズ切出片を通過したと仮定した波面Ｗ２（図１０中のかっこ内）とが一致する。本第３実施形態では、１つ置きに近接撮影用レンズ切出片が配置されるので、隣り合って配置された近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂをそれぞれ通過した波面は２つずれ、例えば、近接撮影用レンズ切出片３２６Ｂの中を通過した波面Ｗ１と、近接撮影用レンズ切出片３２６Ａの中を通過した波面Ｗ３とが一致する。
【０１３６】
なお、例えば、ｎ＝１．６とすれば、ｄ＝１．６７λとなり、ｎ＝１．８とすれば、ｄ＝１．２５λとなり、ｎ＝２とすれば、ｄ＝λとなる。また、本第３実施形態では、前述した近接撮影用レンズ３２６からの切り出しの際の仕切の間隔ｄを、近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂ，３２６Ｃ，３２６Ｄの中を通過する光と、空気中を通過する光とが、１波長分ずれる寸法としているが、近接撮影用レンズ切出片を１つ置きに配置するので、切り出しの際の仕切の間隔ｄを、半波長分ずれる寸法としてもよく、この場合には、１つ置きに配置された近接撮影用レンズ切出片の隣り合う切出片を通過した光は、１波長ずれ、１次回折光による結像が実現される。
【０１３７】
このような第３実施形態によれば、次のような効果がある。すなわち、前記第１、第２実施形態の場合と同様に、多焦点レンズ３２１では、第１および第２のレンズ部が同心状に複数回繰り返して、すなわち交互に配置されているので、被写体までの距離にかかわらず、ピントのぼけ方の状態が略同じになる。従って、撮影対象となる被写体までの距離が変わっても、ぼけを取り除くための画像改質処理を同じデータを使った処理で実現すること、すなわち畳み込み演算行列Ｑの各要素Ｑ（ｘ，ｙ）の値を同じ設定として画像改質処理を行うことができる。このため、撮影状態を自動的に識別するための切替回路の設置を省略することができ、また、手動操作による切替えも行う必要がなくなることから、使用者の負担を軽減することができる。
【０１３８】
また、近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂ，３２６Ｃ，３２６Ｄおよびこれらと一体化された基盤３２５により回折レンズが形成され、あたかもフレネルレンズのような断面形状またはこれに近い断面形状になっているので、主レンズ３２４を全体的に薄くすることができ、軽量化を図ることができるうえ、設計の自由度を向上させることができ、さらに製造の容易化、製造コストの低減を図ることができる。
【０１３９】
［第４実施形態］
図１１には、本発明の第４実施形態の多焦点レンズ４２１の詳細構成が示されている。また、図１２は、多焦点レンズ４２１による撮影状態の説明図であり、図１３は、多焦点レンズ４２１の製造方法の説明図である。多焦点レンズ４２１は、前記第１実施形態の撮像システム１０（図１参照）と同様な撮像システムに組み込まれて使用されるレンズであり、撮像システム全体については、多焦点レンズの構成が前記第１実施形態と異なり、その他の構成および機能は前記第１実施形態と同様であるため、同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略し、以下では異なる部分を中心として説明を行う。
【０１４０】
図１１および図１２において、多焦点レンズ４２１は、二焦点レンズであり、相対的に遠距離にある被写体（本実施形態では、一例として、被写界深度の近点から無限遠までの標準的な距離にある通常の被写体とする。）を撮影するための長い焦点距離を持つ遠レンズ部４２２と、相対的に近距離にある被写体（本実施形態では、一例として、標準的な距離よりも近い距離にある近接被写体とする。）を撮影するための短い焦点距離を持つ近レンズ部４２３とを備えている。
【０１４１】
多焦点レンズ４２１は、図１１に示すように、あたかもフレネルレンズのような断面形状を有し、平板状の基盤４２５と、この基盤４２５の表面側（被写体側）に設けられた複数の近接撮影用レンズ切出片４２６Ａ，４２６Ｂ，４２６Ｃ，４２６Ｄ，４２６Ｅおよび複数の標準撮影用レンズ切出片４２７Ａ，４２７Ｂ，４２７Ｃ，４２７Ｄとが一体化されて構成されている。なお、本第４実施形態では、前記第３実施形態のような補助レンズは設けられていないが、補助レンズを設けてもよい。
【０１４２】
近接撮影用レンズ切出片４２６Ａは、図１１に示すように、円形の平面形状（正面形状）を有し、近接撮影用レンズ切出片４２６Ｂ，４２６Ｃ，４２６Ｄ，４２６Ｅは、環状（本実施形態では、円環状）の平面形状を有し、これらは同心状に配置されている。これらの近接撮影用レンズ切出片４２６Ａ，４２６Ｂ，４２６Ｃ，４２６Ｄ，４２６Ｅは、標準的な距離よりも近い距離（例えば、１０ｃｍ未満等）にある近接被写体（例えば、バーコードや虹彩や文字等）を撮影するためのレンズ部の構成要素として、１つの焦点距離を持つ１つの凸レンズである近接撮影用レンズ４２６から切り出されて形成されたものである。なお、近接撮影用レンズ４２６は、球面レンズでもよく、非球面レンズでもよい。
【０１４３】
また、標準撮影用レンズ切出片４２７Ａ，４２７Ｂ，４２７Ｃ，４２７Ｄは、図１１に示すように、環状（本実施形態では、円環状）の平面形状を有し、これらは同心状に配置されている。これらの標準撮影用レンズ切出片４２７Ａ，４２７Ｂ，４２７Ｃ，４２７Ｄは、被写界深度の近点（例えば０．３ｍ程度）から無限遠までの標準的な距離にある通常の被写体（例えば、風景や人物等）を撮影するためのレンズ部の構成要素として、１つの焦点距離を持つ１つの凸レンズである標準撮影用レンズ４２７から切り出されて形成されたものである。この標準撮影用レンズ４２７は、近接撮影用レンズ４２６よりも曲率が小さく、長い焦点距離を持つレンズである。なお、標準撮影用レンズ４２７は、球面レンズでもよく、非球面レンズでもよい。
【０１４４】
近接撮影用レンズ切出片４２６Ａ，４２６Ｂ，４２６Ｃ，４２６Ｄ，４２６Ｅの材質（つまり、近接撮影用レンズ４２６の材質）および標準撮影用レンズ切出片４２７Ａ，４２７Ｂ，４２７Ｃ，４２７Ｄの材質（つまり、標準撮影用レンズ４２７の材質）は、基盤４２５の材質と同じであり、例えば、ガラス等であり、屈折率ｎは、例えば、ｎ＝１．５〜１．８程度である。
【０１４５】
そして、近接撮影用レンズ切出片４２６Ａ，４２６Ｂ，４２６Ｃ，４２６Ｄ，４２６Ｅと、基盤４２５のうち近接撮影用レンズ切出片４２６Ａ，４２６Ｂ，４２６Ｃ，４２６Ｄ，４２６Ｅが配置された部分とにより、複数の第１のレンズ部が形成されている。一方、標準撮影用レンズ切出片４２７Ａ，４２７Ｂ，４２７Ｃ，４２７Ｄと、基盤４２５のうち標準撮影用レンズ切出片４２７Ａ，４２７Ｂ，４２７Ｃ，４２７Ｄが配置された部分とにより、複数の第２のレンズ部が形成されている。従って、第１のレンズ部を中心として、第１のレンズ部と第２のレンズ部とが同心状に交互に配置されている。
【０１４６】
また、図１２に示すように、無限遠方からの光（つまり、標準的な距離にある通常の被写体上の単一輝点からの光）が、第２のレンズ部としての標準撮影用レンズ切出片４２７Ａ，４２７Ｂ，４２７Ｃ，４２７Ｄおよびこれらが配置された基盤４２５を通過して撮像素子２４上で結像するので、これらにより遠レンズ部４２２が構成される（図１２中の実線で示された光路参照）。一方、第１のレンズ部としての近接撮影用レンズ切出片４２６Ａ，４２６Ｂ，４２６Ｃ，４２６Ｄ，４２６Ｅおよびこれらが配置された基盤４２５により、近レンズ部４２３が構成される（図１２中の点線で示された光路参照）。
【０１４７】
このような第４実施形態においては、以下のようにして多焦点レンズ４２１が製造される。
【０１４８】
図１３において、先ず、近接撮影用レンズ４２６を、その光軸に直交する面Ｋ１により所定の間隔ｄで仕切るとともに、近接撮影用レンズ４２６の表面と所定の間隔ｄの各面Ｋ１とが交わる位置Ｐによりリングピッチを決定し、そのピッチで近接撮影用レンズ４２６を同心状の複数の筒（本実施形態では、円筒）Ｋ２により仕切った後、近接撮影用レンズ４２６の表面を含む断面略三角形の部分を１つ置きに切り出すことにより、近接撮影用レンズ切出片４２６Ａ，４２６Ｂ，４２６Ｃ，４２６Ｄ，４２６Ｅを形成する。
【０１４９】
次に、標準撮影用レンズ４２７を、その光軸に直交する面Ｋ３により所定の間隔ｄで仕切るとともに、近接撮影用レンズ４２６を仕切った複数の筒Ｋ２と同じ大きさの複数の筒（本実施形態では、円筒）Ｋ４で、すなわち近接撮影用レンズ４２６を仕切ったピッチと同じピッチで標準撮影用レンズ４２７を仕切った後、光軸に直交する各面Ｋ３のうち標準撮影用レンズ４２７の表面と交わらない面で標準撮影用レンズ４２７を切るようにして、標準撮影用レンズ４２７の表面を含む断面略台形の部分を１つ置きに切り出すことにより、標準撮影用レンズ切出片４２７Ａ，４２７Ｂ，４２７Ｃ，４２７Ｄを形成する。なお、標準撮影用レンズ４２７を複数の筒で仕切る際には、近接撮影用レンズ４２６の場合とは異なり、標準撮影用レンズ４２７の表面と所定の間隔ｄの各面Ｋ３とが交わる位置Ｇによりリングピッチを決定するのではなく、近接撮影用レンズ４２６を仕切ったピッチと同じピッチで仕切るため、標準撮影用レンズ切出片４２７Ａ，４２７Ｂ，４２７Ｃ，４２７Ｄの断面形状は、略三角形状ではなく、略台形状となっているが、このように近接撮影用レンズ４２６を基準としたリングピッチとするのではなく、標準撮影用レンズ４２７を基準としたリングピッチとしてもよい。すなわち、標準撮影用レンズ４２７の表面と所定の間隔ｄの各面Ｋ３とが交わる位置Ｇにより、リングピッチを決定し、そのピッチで標準撮影用レンズ４２７を同心状の複数の筒（本実施形態では、円筒）Ｋ５により仕切った後（図１３中の一点鎖線参照）、標準撮影用レンズ４２７の表面を含む断面略三角形の部分を１つ置きに切り出す一方、近接撮影用レンズ４２６を仕切る際には、標準撮影用レンズ４２７を仕切ったピッチと同じピッチで仕切ってもよい。
【０１５０】
そして、以上に述べた仕切の間隔ｄは、前記第３実施形態の場合と同様に、近接撮影用レンズ切出片４２６Ａ，４２６Ｂ，４２６Ｃ，４２６Ｄ，４２６Ｅや標準撮影用レンズ切出片４２７Ａ，４２７Ｂ，４２７Ｃ，４２７Ｄの中を通過する光と、空気中を通過する光とが、１波長分ずれる寸法である。これにより、前記第３実施形態の場合と同様に、近接撮影用レンズ切出片４２６Ａ，４２６Ｂ，４２６Ｃ，４２６Ｄ，４２６Ｅのうち隣り合って配置された近接撮影用レンズ切出片を通過する光は、２波長分ずれて位相が一致し、これにより、２次回折光による結像が実現される。従って、近接撮影用レンズ切出片４２６Ａ，４２６Ｂ，４２６Ｃ，４２６Ｄ，４２６Ｅおよびこれらと一体化された基盤４２５により、回折レンズが形成されている。さらに、標準撮影用レンズ切出片４２７Ａ，４２７Ｂ，４２７Ｃ，４２７Ｄのうち隣り合って配置された標準撮影用レンズ切出片を通過する光も、２波長分ずれて位相が一致し、これにより、２次回折光による結像が実現される。従って、標準撮影用レンズ切出片４２７Ａ，４２７Ｂ，４２７Ｃ，４２７Ｄおよびこれらと一体化された基盤４２５により、回折レンズが形成されている。
【０１５１】
但し、近接撮影用レンズ切出片４２６Ａ，４２６Ｂ，４２６Ｃ，４２６Ｄ，４２６Ｅ（つまり、回折レンズの段差部分）の厚み方向の最大寸法は、前述した近接撮影用レンズ４２６からの切り出しの際の仕切の間隔ｄ、すなわち近接撮影用レンズ切出片４２６Ａ，４２６Ｂ，４２６Ｃ，４２６Ｄ，４２６Ｅの中を通過する光と、空気中を通過する光とが、１波長分ずれる寸法とされているのに対し、標準撮影用レンズ切出片４２７Ａ，４２７Ｂ，４２７Ｃ，４２７Ｄ（つまり、別の回折レンズの段差部分）の厚み方向の最大寸法は、近接撮影用レンズ４２６と標準撮影用レンズ４２７との対応位置（光軸から等距離にある位置）における曲率の大きさが異なるため、厳密に言えば、仕切の間隔ｄ、すなわち１波長分ずれる寸法にはならない。また、前述したように、標準撮影用レンズ４２７を基準としたリングピッチとしてもよく、この場合には、標準撮影用レンズ切出片の厚み方向の最大寸法が、仕切の間隔ｄ、すなわち１波長分ずれる寸法となる一方、近接撮影用レンズ切出片の厚み方向の最大寸法は、仕切の間隔ｄ、すなわち１波長分ずれる寸法にはならない。従って、基準とされたいずれか一方のレンズの切出片の厚み方向の最大寸法が、仕切の間隔ｄとなればよい。
【０１５２】
なお、本第４実施形態では、上記のように、仕切の間隔ｄは、近接撮影用レンズ切出片や標準撮影用レンズ切出片の中を通過する光と、空気中を通過する光とが、１波長分ずれる寸法とされているが、本第４実施形態では、近接撮影用レンズ切出片や標準撮影用レンズ切出片を１つ置きに配置するので、仕切の間隔ｄを、半波長分ずれる寸法としてもよく、この場合には、１つ置きに配置された近接撮影用レンズ切出片や標準撮影用レンズ切出片の隣り合う切出片を通過した光は、１波長ずれ、１次回折光による結像が実現される。
【０１５３】
このような第４実施形態によれば、次のような効果がある。すなわち、前記第１〜第３実施形態の場合と同様に、多焦点レンズ４２１では、第１および第２のレンズ部が同心状に複数回繰り返して、すなわち交互に配置されているので、被写体までの距離にかかわらず、ピントのぼけ方の状態が略同じになる。従って、撮影対象となる被写体までの距離が変わっても、ぼけを取り除くための画像改質処理を同じデータを使った処理で実現すること、すなわち畳み込み演算行列Ｑの各要素Ｑ（ｘ，ｙ）の値を同じ設定として画像改質処理を行うことができる。このため、撮影状態を自動的に識別するための切替回路の設置を省略することができ、また、手動操作による切替えも行う必要がなくなることから、使用者の負担を軽減することができる。
【０１５４】
また、近接撮影用レンズ切出片４２６Ａ，４２６Ｂ，４２６Ｃ，４２６Ｄ，４２６Ｅおよびこれらと一体化された基盤４２５、並びに標準撮影用レンズ切出片４２７Ａ，４２７Ｂ，４２７Ｃ，４２７Ｄおよびこれらと一体化された基盤４２５により、それぞれ回折レンズが形成され、あたかもフレネルレンズのような断面形状またはこれに近い断面形状になっているので、多焦点レンズ４２１を全体的に薄くすることができ、軽量化を図ることができるうえ、設計の自由度を向上させることができ、さらに製造の容易化、製造コストの低減を図ることができる。
【０１５５】
［第５実施形態］
図１４には、本発明の第５実施形態の多焦点レンズ５２１の詳細構成が示されている。また、図１５は、多焦点レンズ５２１による撮影状態の説明図である。多焦点レンズ５２１は、前記第１実施形態の撮像システム１０（図１参照）と同様な撮像システムに組み込まれて使用されるレンズであり、撮像システム全体については、多焦点レンズの構成が前記第１実施形態と異なり、その他の構成および機能は前記第１実施形態と同様であるため、同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略し、以下では異なる部分を中心として説明を行う。
【０１５６】
図１４および図１５において、多焦点レンズ５２１は、二焦点レンズであり、相対的に遠距離にある被写体（本実施形態では、一例として、被写界深度の近点から無限遠までの標準的な距離にある通常の被写体とする。）を撮影するための長い焦点距離を持つ遠レンズ部５２２と、相対的に近距離にある被写体（本実施形態では、一例として、標準的な距離よりも近い距離にある近接被写体とする。）を撮影するための短い焦点距離を持つ近レンズ部５２３とを備えている。
【０１５７】
多焦点レンズ５２１は、被写体側に設けられた主レンズ５２４と、撮像素子２４側に設けられた補助レンズ５２８とを組み合わせて構成されている。このうち、主レンズ５２４は、図１４に示すように、あたかもフレネルレンズのような断面形状を有し、平板状の基盤５２５と、この基盤５２５の表面側（被写体側）に設けられた複数の標準撮影用レンズ切出片５２６Ａ，５２６Ｂ，５２６Ｃ，５２６Ｄ，５２６Ｅおよび複数の近接撮影用レンズ切出片５２７Ａ，５２７Ｂ，５２７Ｃ，５２７Ｄとが一体化されて構成されている。また、補助レンズ５２８は、凸レンズであり、主レンズ５２４と一定距離を置いて配置されている。なお、補助レンズ５２８は、主レンズ５２４よりも被写体側の位置に配置してもよい。
【０１５８】
標準撮影用レンズ切出片５２６Ａは、図１４に示すように、円形の平面形状（正面形状）を有し、標準撮影用レンズ切出片５２６Ｂ，５２６Ｃ，５２６Ｄ，５２６Ｅは、環状（本実施形態では、円環状）の平面形状を有し、これらは同心状に配置されている。これらの標準撮影用レンズ切出片５２６Ａ，５２６Ｂ，５２６Ｃ，５２６Ｄ，５２６Ｅは、被写界深度の近点（例えば０．３ｍ程度）から無限遠までの標準的な距離にある通常の被写体（例えば、風景や人物等）を撮影するためのレンズ部の構成要素として、１つの焦点距離を持つ１つの凹レンズである標準撮影用レンズ５２６から切り出されて形成されたものである。なお、標準撮影用レンズ５２６は、球面レンズでもよく、非球面レンズでもよい。
【０１５９】
また、近接撮影用レンズ切出片５２７Ａ，５２７Ｂ，５２７Ｃ，５２７Ｄは、図１４に示すように、環状（本実施形態では、円環状）の平面形状を有し、これらは同心状に配置されている。これらの近接撮影用レンズ切出片５２７Ａ，５２７Ｂ，５２７Ｃ，５２７Ｄは、標準的な距離よりも近い距離（例えば、１０ｃｍ未満等）にある近接被写体（例えば、バーコードや虹彩や文字等）を撮影するためのレンズ部の構成要素として、１つの焦点距離を持つ１つの凸レンズである近接撮影用レンズ５２７から切り出されて形成されたものである。この近接撮影用レンズ５２７は、標準撮影用レンズ５２６と対応位置（光軸から等距離にある位置）における曲率の大きさ（絶対値）が同じである。なお、近接撮影用レンズ５２７は、球面レンズでもよく、非球面レンズでもよい。
【０１６０】
標準撮影用レンズ切出片５２６Ａ，５２６Ｂ，５２６Ｃ，５２６Ｄ，５２６Ｅの材質（つまり、標準撮影用レンズ５２６の材質）および近接撮影用レンズ切出片５２７Ａ，５２７Ｂ，５２７Ｃ，５２７Ｄの材質（つまり、近接撮影用レンズ５２７の材質）は、基盤５２５の材質と同じであり、例えば、ガラス等であり、屈折率ｎは、例えば、ｎ＝１．５〜１．８程度である。
【０１６１】
そして、標準撮影用レンズ切出片５２６Ａ，５２６Ｂ，５２６Ｃ，５２６Ｄ，５２６Ｅと、基盤５２５のうち標準撮影用レンズ切出片５２６Ａ，５２６Ｂ，５２６Ｃ，５２６Ｄ，５２６Ｅが配置された部分とにより、複数の第１のレンズ部が形成されている。一方、近接撮影用レンズ切出片５２７Ａ，５２７Ｂ，５２７Ｃ，５２７Ｄと、基盤５２５のうち近接撮影用レンズ切出片５２７Ａ，５２７Ｂ，５２７Ｃ，５２７Ｄが配置された部分とにより、複数の第２のレンズ部が形成されている。従って、第１のレンズ部を中心として、第１のレンズ部と第２のレンズ部とが同心状に交互に配置されている。
【０１６２】
また、図１５に示すように、第１のレンズ部としての標準撮影用レンズ切出片５２６Ａ，５２６Ｂ，５２６Ｃ，５２６Ｄ，５２６Ｅおよびこれらが配置された基盤５２５と、補助レンズ５２８とにより、無限遠方からの光（つまり、標準的な距離にある通常の被写体上の単一輝点からの光）が撮像素子２４上で結像するので、これらの組合せにより、遠レンズ部５２２が構成される（図１５中の実線で示された光路参照）。一方、第２のレンズ部としての近接撮影用レンズ切出片５２７Ａ，５２７Ｂ，５２７Ｃ，５２７Ｄおよびこれらが配置された基盤５２５と、補助レンズ５２８とにより、近レンズ部５２３が構成される（図１５中の点線で示された光路参照）。
【０１６３】
このような第５実施形態においては、以下のようにして多焦点レンズ５２１が製造される。
【０１６４】
図１４において、標準撮影用レンズ５２６を、その光軸に直交する面により所定の間隔ｄで仕切るとともに、標準撮影用レンズ５２６の表面と所定の間隔ｄの各面とが交わる位置によりリングピッチを決定し、そのピッチで標準撮影用レンズ５２６を同心状の複数の筒（本実施形態では、円筒）により仕切った後、標準撮影用レンズ５２６の表面を含む断面略三角形の部分を１つ置きに切り出すことにより、標準撮影用レンズ切出片５２６Ａ，５２６Ｂ，５２６Ｃ，５２６Ｄ，５２６Ｅを形成する。同様にして、近接撮影用レンズ５２７から、近接撮影用レンズ切出片５２７Ａ，５２７Ｂ，５２７Ｃ，５２７Ｄを切り出して形成する。
【０１６５】
この際、標準撮影用レンズ５２６と近接撮影用レンズ５２７との対応位置（光軸から等距離にある位置）における曲率の大きさ（絶対値）は、同じであるため、これらを複数の筒で仕切る際のピッチも同じとなる。また、これに伴って、標準撮影用レンズ切出片５２６Ａ，５２６Ｂ，５２６Ｃ，５２６Ｄ，５２６Ｅ（以下に述べるように、回折レンズの段差部分となる。）の厚み方向の最大寸法と、近接撮影用レンズ切出片５２７Ａ，５２７Ｂ，５２７Ｃ，５２７Ｄ（以下に述べるように、別の回折レンズの段差部分となる。）の厚み方向の最大寸法とは、いずれも仕切の間隔ｄとなり、一致する。
【０１６６】
そして、以上に述べた仕切の間隔ｄは、前記第３、第４実施形態の場合と同様に、標準撮影用レンズ切出片５２６Ａ，５２６Ｂ，５２６Ｃ，５２６Ｄ，５２６Ｅや近接撮影用レンズ切出片５２７Ａ，５２７Ｂ，５２７Ｃ，５２７Ｄの中を通過する光と、空気中を通過する光とが、１波長分ずれる寸法である。これにより、前記第３、第４実施形態の場合と同様に、標準撮影用レンズ切出片５２６Ａ，５２６Ｂ，５２６Ｃ，５２６Ｄ，５２６Ｅのうち隣り合って配置された標準撮影用レンズ切出片を通過する光は、２波長分ずれて位相が一致し、これにより、２次回折光による結像が実現される。従って、標準撮影用レンズ切出片５２６Ａ，５２６Ｂ，５２６Ｃ，５２６Ｄ，５２６Ｅおよびこれらと一体化された基盤５２５により、回折レンズが形成されている。さらに、近接撮影用レンズ切出片５２７Ａ，５２７Ｂ，５２７Ｃ，５２７Ｄのうち隣り合って配置された近接撮影用レンズ切出片を通過する光も、２波長分ずれて位相が一致し、これにより、２次回折光による結像が実現される。従って、近接撮影用レンズ切出片５２７Ａ，５２７Ｂ，５２７Ｃ，５２７Ｄおよびこれらと一体化された基盤５２５により、回折レンズが形成されている。なお、本第５実施形態では、上記のように、仕切の間隔ｄは、標準撮影用レンズ切出片や近接撮影用レンズ切出片の中を通過する光と、空気中を通過する光とが、１波長分ずれる寸法とされているが、本第５実施形態では、標準撮影用レンズ切出片や近接撮影用レンズ切出片を１つ置きに配置するので、仕切の間隔ｄを、半波長分ずれる寸法としてもよく、この場合には、１つ置きに配置された標準撮影用レンズ切出片や近接撮影用レンズ切出片の隣り合う切出片を通過した光は、１波長ずれ、１次回折光による結像が実現される。
【０１６７】
このような第５実施形態によれば、次のような効果がある。すなわち、前記第１〜第４実施形態の場合と同様に、多焦点レンズ５２１では、第１および第２のレンズ部が同心状に複数回繰り返して、すなわち交互に配置されているので、被写体までの距離にかかわらず、ピントのぼけ方の状態が略同じになる。従って、撮影対象となる被写体までの距離が変わっても、ぼけを取り除くための画像改質処理を同じデータを使った処理で実現すること、すなわち畳み込み演算行列Ｑの各要素Ｑ（ｘ，ｙ）の値を同じ設定として画像改質処理を行うことができる。このため、撮影状態を自動的に識別するための切替回路の設置を省略することができ、また、手動操作による切替えも行う必要がなくなることから、使用者の負担を軽減することができる。
【０１６８】
また、標準撮影用レンズ切出片５２６Ａ，５２６Ｂ，５２６Ｃ，５２６Ｄ，５２６Ｅおよびこれらと一体化された基盤５２５、並びに近接撮影用レンズ切出片５２７Ａ，５２７Ｂ，５２７Ｃ，５２７Ｄおよびこれらと一体化された基盤５２５により、それぞれ回折レンズが形成され、あたかもフレネルレンズのような断面形状またはこれに近い断面形状になっているので、主レンズ５２４を全体的に薄くすることができ、軽量化を図ることができるうえ、設計の自由度を向上させることができ、さらに製造の容易化、製造コストの低減を図ることができる。
【０１６９】
さらに、標準撮影用レンズ５２６と近接撮影用レンズ５２７とは、対応位置（光軸から等距離にある位置）における曲率の大きさ（絶対値）が同じであるため、標準撮影用レンズ切出片５２６Ａ，５２６Ｂ，５２６Ｃ，５２６Ｄ，５２６Ｅ（つまり、回折レンズの段差部分）の厚み方向の最大寸法と、近接撮影用レンズ切出片５２７Ａ，５２７Ｂ，５２７Ｃ，５２７Ｄ（つまり、別の回折レンズの段差部分）の厚み方向の最大寸法とを一致させることができる。そして、標準撮影用レンズ切出片についての光軸に平行な面と、近接撮影用レンズ切出片についての光軸に平行な面とを、向かい合わせにして配置するので、レンズ面の不要な面、すなわち像の形成に寄与しない面を無くすことができる。
【０１７０】
［第６実施形態］
図１６には、本発明の第６実施形態の多焦点レンズ６２１の詳細構成が示されている。また、図１７は、多焦点レンズ６２１による撮影状態の説明図である。多焦点レンズ６２１は、前記第１実施形態の撮像システム１０（図１参照）と同様な撮像システムに組み込まれて使用されるレンズであり、撮像システム全体については、多焦点レンズの構成が前記第１実施形態と異なり、その他の構成および機能は前記第１実施形態と同様であるため、同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略し、以下では異なる部分を中心として説明を行う。
【０１７１】
図１６および図１７において、多焦点レンズ６２１は、三焦点レンズであり、相対的に遠距離にある被写体（本実施形態では、一例として、１ｍ程度から無限遠までの標準的な距離にある通常の被写体とする。）を撮影するための長い焦点距離を持つ遠レンズ部６２２と、相対的に中間距離にある被写体（本実施形態では、一例として、５０ｃｍ程度の距離にある被写体とする。）を撮影するための中間的な焦点距離を持つ中間レンズ部６２９と、相対的に近距離にある被写体（本実施形態では、一例として、７ｃｍ程度の距離にある近接被写体とする。）を撮影するための短い焦点距離を持つ近レンズ部６２３とを備えている。
【０１７２】
多焦点レンズ６２１は、被写体側に設けられた主レンズ６２４と、撮像素子２４側に設けられた補助レンズ６２８とを組み合わせて構成されている。このうち、主レンズ６２４は、図１６に示すように、あたかもフレネルレンズのような断面形状を有し、平板状の基盤６２５と、この基盤６２５の表面側（被写体側）に設けられた複数の標準撮影用レンズ切出片６２６Ａ，６２６Ｂ，６２６Ｃおよび複数の近接撮影用レンズ切出片６２７Ａ，６２７Ｂ，６２７Ｃとが一体化されて構成されている。また、補助レンズ６２８は、凸レンズであり、主レンズ６２４と一定距離を置いて配置されている。なお、補助レンズ６２８は、主レンズ６２４よりも被写体側の位置に配置してもよい。
【０１７３】
標準撮影用レンズ切出片６２６Ａは、図１６に示すように、円形の平面形状（正面形状）を有し、標準撮影用レンズ切出片６２６Ｂ，６２６Ｃは、環状（本実施形態では、円環状）の平面形状を有し、これらは同心状に配置されている。これらの標準撮影用レンズ切出片６２６Ａ，６２６Ｂ，６２６Ｃは、例えば１ｍ程度から無限遠までの標準的な距離にある通常の被写体（例えば、風景や人物等）を撮影するためのレンズ部の構成要素として、１つの焦点距離を持つ１つの凹レンズである標準撮影用レンズ６２６から切り出されて形成されたものである。なお、標準撮影用レンズ６２６は、球面レンズでもよく、非球面レンズでもよい。
【０１７４】
また、近接撮影用レンズ切出片６２７Ａ，６２７Ｂ，６２７Ｃは、図１６に示すように、環状（本実施形態では、円環状）の平面形状を有し、これらは同心状に配置されている。これらの近接撮影用レンズ切出片６２７Ａ，６２７Ｂ，６２７Ｃは、例えば７ｃｍ程度の距離にある近接被写体（例えば、バーコードや虹彩や文字等）を撮影するためのレンズ部の構成要素として、１つの焦点距離を持つ１つの凸レンズである近接撮影用レンズ６２７から切り出されて形成されたものである。この近接撮影用レンズ６２７は、標準撮影用レンズ６２６と対応位置（光軸から等距離にある位置）における曲率の大きさ（絶対値）が同じである。なお、近接撮影用レンズ６２７は、球面レンズでもよく、非球面レンズでもよい。
【０１７５】
標準撮影用レンズ切出片６２６Ａ，６２６Ｂ，６２６Ｃの材質（つまり、標準撮影用レンズ６２６の材質）および近接撮影用レンズ切出片６２７Ａ，６２７Ｂ，６２７Ｃの材質（つまり、近接撮影用レンズ６２７の材質）は、基盤６２５の材質と同じであり、例えば、ガラス等であり、屈折率ｎは、例えば、ｎ＝１．５〜１．８程度である。
【０１７６】
さらに、基盤６２５の平面形状（正面形状）は、本実施形態では、円形であり、基盤６２５の表面（被写体側の面）のうち、標準撮影用レンズ切出片６２６Ａ，６２６Ｂ，６２６Ｃおよび近接撮影用レンズ切出片６２７Ａ，６２７Ｂ，６２７Ｃが配置されていない部分は、環状（本実施形態では、円環状）の平坦面部分６２５Ａ，６２５Ｂ，６２５Ｃとなっている。
【０１７７】
そして、標準撮影用レンズ切出片６２６Ａ，６２６Ｂ，６２６Ｃと、基盤６２５のうち標準撮影用レンズ切出片６２６Ａ，６２６Ｂ，６２６Ｃが配置された部分とにより、複数の第１のレンズ部が形成されている。一方、近接撮影用レンズ切出片６２７Ａ，６２７Ｂ，６２７Ｃと、基盤６２５のうち近接撮影用レンズ切出片６２７Ａ，６２７Ｂ，６２７Ｃが配置された部分とにより、複数の第２のレンズ部が形成されている。また、基盤６２５のうち環状の平坦面部分６２５Ａ，６２５Ｂ，６２５Ｃにより、複数の第３のレンズ部が形成されている。従って、第１のレンズ部を中心として、第１〜第３のレンズ部が同心状に複数回繰り返して配置されている。
【０１７８】
また、図１７に示すように、第１のレンズ部としての標準撮影用レンズ切出片６２６Ａ，６２６Ｂ，６２６Ｃおよびこれらが配置された基盤６２５と、補助レンズ６２８とにより、無限遠方からの光（つまり、標準的な距離にある通常の被写体上の単一輝点からの光）が撮像素子２４上で結像するので、これらの組合せにより、遠レンズ部６２２が構成される（図１７中の実線で示された光路参照）。一方、第２のレンズ部としての近接撮影用レンズ切出片６２７Ａ，６２７Ｂ，６２７Ｃおよびこれらが配置された基盤６２５と、補助レンズ６２８とにより、近レンズ部６２３が構成される（図１７中の点線で示された光路参照）。また、第３のレンズ部としての基盤６２５の平坦面部分６２５Ａ，６２５Ｂ，６２５Ｃと、補助レンズ６２８とにより、中間レンズ部６２９が構成される（図１７中の一点鎖線で示された光路参照）。
【０１７９】
このような第６実施形態においては、以下のようにして多焦点レンズ６２１が製造される。
【０１８０】
図１６において、標準撮影用レンズ６２６を、その光軸に直交する面により所定の間隔ｄで仕切るとともに、標準撮影用レンズ６２６の表面と所定の間隔ｄの各面とが交わる位置によりリングピッチを決定し、そのピッチで標準撮影用レンズ６２６を同心状の複数の筒（本実施形態では、円筒）により仕切った後、標準撮影用レンズ６２６の表面を含む断面略三角形の部分を１つ置きに切り出すことにより、標準撮影用レンズ切出片６２６Ａ，６２６Ｂ，６２６Ｃを形成する。同様にして、近接撮影用レンズ６２７から、近接撮影用レンズ切出片６２７Ａ，６２７Ｂ，６２７Ｃを切り出して形成する。
【０１８１】
この際、標準撮影用レンズ６２６と近接撮影用レンズ６２７との対応位置（光軸から等距離にある位置）における曲率の大きさ（絶対値）は、同じであるため、これらを複数の筒で仕切る際のピッチも同じとなる。また、これに伴って、標準撮影用レンズ切出片６２６Ａ，６２６Ｂ，６２６Ｃ（以下に述べるように、回折レンズの段差部分となる。）の厚み方向の最大寸法と、近接撮影用レンズ切出片６２７Ａ，６２７Ｂ，６２７Ｃ（以下に述べるように、別の回折レンズの段差部分となる。）の厚み方向の最大寸法とは、いずれも仕切の間隔ｄとなり、一致する。
【０１８２】
そして、以上に述べた仕切の間隔ｄは、前記第３〜第５実施形態の場合と同様に、標準撮影用レンズ切出片６２６Ａ，６２６Ｂ，６２６Ｃや近接撮影用レンズ切出片６２７Ａ，６２７Ｂ，６２７Ｃの中を通過する光と、空気中を通過する光とが、１波長分ずれる寸法である。これにより、標準撮影用レンズ切出片６２６Ａ，６２６Ｂ，６２６Ｃのうち隣り合って配置された標準撮影用レンズ切出片を通過する光は、３波長分ずれて位相が一致し、これにより、３次回折光による結像が実現される。従って、標準撮影用レンズ切出片６２６Ａ，６２６Ｂ，６２６Ｃおよびこれらと一体化された基盤６２５により、回折レンズが形成されている。さらに、近接撮影用レンズ切出片６２７Ａ，６２７Ｂ，６２７Ｃのうち隣り合って配置された近接撮影用レンズ切出片を通過する光も、３波長分ずれて位相が一致し、これにより、３次回折光による結像が実現される。従って、近接撮影用レンズ切出片６２７Ａ，６２７Ｂ，６２７Ｃおよびこれらと一体化された基盤６２５により、回折レンズが形成されている。なお、本第６実施形態では、上記のように、仕切の間隔ｄは、標準撮影用レンズ切出片や近接撮影用レンズ切出片の中を通過する光と、空気中を通過する光とが、１波長分ずれる寸法とされているが、本第６実施形態では、標準撮影用レンズ切出片や近接撮影用レンズ切出片を、２つ間隔を空けて３つに１つの割合で配置するので、仕切の間隔ｄを、３分の１波長分または３分の２波長分ずれる寸法としてもよく、この場合には、２つ間隔を空けて３つに１つの割合で配置された標準撮影用レンズ切出片や近接撮影用レンズ切出片の隣り合う切出片を通過した光は、１波長または２波長ずれ、１次回折光または２次回折光による結像が実現される。
【０１８３】
このような第６実施形態によれば、次のような効果がある。すなわち、多焦点レンズ６２１では、第１〜第３のレンズ部が同心状に複数回繰り返して配置されているので、被写体までの距離にかかわらず、ピントのぼけ方の状態が略同じになる。従って、撮影対象となる被写体までの距離が変わっても、ぼけを取り除くための画像改質処理を同じデータを使った処理で実現すること、すなわち畳み込み演算行列Ｑの各要素Ｑ（ｘ，ｙ）の値を同じ設定として画像改質処理を行うことができる。このため、撮影状態を自動的に識別するための切替回路の設置を省略することができ、また、手動操作による切替えも行う必要がなくなることから、使用者の負担を軽減することができる。
【０１８４】
また、標準撮影用レンズ切出片６２６Ａ，６２６Ｂ，６２６Ｃおよびこれらと一体化された基盤６２５、並びに近接撮影用レンズ切出片６２７Ａ，６２７Ｂ，６２７Ｃおよびこれらと一体化された基盤６２５により、それぞれ回折レンズが形成され、あたかもフレネルレンズのような断面形状またはこれに近い断面形状になっているので、主レンズ６２４を全体的に薄くすることができ、軽量化を図ることができるうえ、設計の自由度を向上させることができ、さらに製造の容易化、製造コストの低減を図ることができる。
【０１８５】
さらに、標準撮影用レンズ６２６と近接撮影用レンズ６２７とは、対応位置（光軸から等距離にある位置）における曲率の大きさ（絶対値）が同じであるため、標準撮影用レンズ切出片６２６Ａ，６２６Ｂ，６２６Ｃ（つまり、回折レンズの段差部分）の厚み方向の最大寸法と、近接撮影用レンズ切出片６２７Ａ，６２７Ｂ，６２７Ｃ（つまり、別の回折レンズの段差部分）の厚み方向の最大寸法とを一致させることができる。そして、標準撮影用レンズ切出片についての光軸に平行な面と、近接撮影用レンズ切出片についての光軸に平行な面とを、向かい合わせにして配置するので、レンズ面の不要な面、すなわち像の形成に寄与しない面を無くすことができる。
【０１８６】
なお、本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲内での変形等は本発明に含まれるものである。
【０１８７】
すなわち、前記第１、第２実施形態では、同心状に配置された第１のレンズ部と第２のレンズ部との繰り返し数が、それぞれ２回、４回であったが、繰り返し数は、これに限定されるものではなく、複数回であればよい。なお、図７で説明した如く、同心状に配置された第１のレンズ部と第２のレンズ部との繰り返し数の増加とともに、標準的な距離にある通常の被写体の撮影時のＰＳＦと、これよりも近い距離にある近接被写体の撮影時のＰＳＦとが近似するため、繰り返し数を増すことにより、画像改質処理の精度の向上を図ることができる。前記第３〜第６実施形態の場合も同様である。
【０１８８】
また、前記第１、第２、第３、第５実施形態では、中心に配置されるレンズ部、すなわち第１のレンズ部が、遠レンズ部を構成するレンズ部とされ、第２のレンズ部が、近レンズ部を構成するレンズ部とされていたが、第１のレンズ部を、近レンズ部を構成するレンズ部とし、第２のレンズ部を、遠レンズ部を構成するレンズ部としてもよい。
【０１８９】
一方、前記第４実施形態では、中心に配置されるレンズ部、すなわち第１のレンズ部が、近レンズ部を構成するレンズ部とされ、第２のレンズ部が、遠レンズ部を構成するレンズ部とされていたが、第１のレンズ部を、遠レンズ部を構成するレンズ部とし、第２のレンズ部を、近レンズ部を構成するレンズ部としてもよい。
【０１９０】
そして、前記第６実施形態では、中心に配置されるレンズ部、すなわち第１のレンズ部が、遠レンズ部を構成するレンズ部とされ、第２のレンズ部が、近レンズ部を構成するレンズ部とされ、第３のレンズ部が、中間レンズ部を構成するレンズ部とされていたが、第１のレンズ部は、近レンズ部や中間レンズ部を構成するレンズ部であってもよく、あるいは並び順も、遠レンズ部を構成するレンズ部、近レンズ部を構成するレンズ部、中間レンズ部を構成するレンズ部の順に限定されるものではなく、任意である。
【０１９１】
さらに、前記第１〜第５実施形態の多焦点レンズ２１，２２１，３２１，４２１，５２１は、遠レンズ部と近レンズ部との２つの焦点距離を持つレンズ部により構成され、前記第６実施形態の多焦点レンズ６２１は、遠レンズ部と近レンズ部と中間レンズ部との３つの焦点距離を持つレンズ部により構成されていたが、本発明の多焦点レンズは、二焦点レンズや三焦点レンズに限定されるものではなく、４以上の焦点距離を持つレンズ部により構成されていてもよい。
【０１９２】
また、前記第１、第２実施形態の多焦点レンズ２１，２２１を構成する各レンズ部の幅は、図２、図５に示した例に限定されず、任意である。但し、ぼけを取り除くための画像改質処理を同じデータを使った処理で実現するという観点からは、同一の焦点距離を持つ複数のレンズ部の面積（平面形状についての面積）の合計が、それぞれの焦点距離について同一または略同一になることが好ましく、例えば、二焦点レンズの場合には、複数の第１のレンズ部の面積の合計と、複数の第２のレンズ部の面積の合計とが、同一または略同一になることが好ましい。３以上の焦点距離を持つ多焦点レンズとする場合も同様である。
【０１９３】
さらに、前記第３実施形態では、主レンズ３２４は、基盤３２５と、凸レンズである近接撮影用レンズ３２６から切り出されて形成された近接撮影用レンズ切出片３２６Ａ，３２６Ｂ，３２６Ｃ，３２６Ｄとを一体化して構成されていたが、平板状の基盤と、凹レンズから切り出されて形成された凹レンズ切出片とを一体化して主レンズを構成してもよく、この場合には、凹レンズ切出片および基盤のうち凹レンズ切出片が配置されている部分と、凸レンズである補助レンズとにより、遠レンズ部が構成され、基盤のうち凹レンズ切出片の配置されない平坦面部分と、凸レンズである補助レンズとにより、近レンズ部が構成される。
【０１９４】
そして、前記第３〜第６実施形態では、基盤の表面（被写体側の面）に凸レンズ切出片や凹レンズ切出片を設けていたが、基盤の裏面（撮像素子２４側の面）に凸レンズ切出片や凹レンズ切出片を設けてもよく、あるいは基盤の表裏両面に凸レンズ切出片や凹レンズ切出片を設けてもよい。
【０１９５】
また、前記第３〜第６実施形態では、基盤の表面に凸レンズ切出片や凹レンズ切出片を設け、これらの切出片と基盤とを一体化することにより回折レンズを形成していたが、切出片に相当する部分と、基盤に相当する部分とを、１つの材料から加工して仕上げることにより、回折レンズを形成してもよい。
【０１９６】
さらに、前記第３、第５、第６実施形態では、一枚の補助レンズ３２８，５２８，６２８が用いられていたが、補助レンズは、一枚のレンズである必要はなく、複数のレンズからなる組合せレンズとしてもよい。
【０１９７】
そして、前記各実施形態の画像改質処理装置３０は、畳み込み演算行列ＱまたはＱm,jを用いた再生演算を行う構成とされていたが、これに限定されず、例えば、撮像素子２４の出力信号に対し、ポイント・スプレッド・ファンクションの伝達関数の逆関数を補正関数として荷重加算演算処理を行う構成としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１９８】
以上のように、本発明の多焦点レンズおよび撮像システムは、例えば、所望の静止画像や動画像を撮影することができるとともに、デジタルコード等の近接静止画像を読み取り、そのデジタルコードの認識処理および認識したデジタルコードの情報に基づく各種処理を行うことができる情報端末装置等に装着する光学レンズおよび撮像システムとして用いるのに適している。
【図面の簡単な説明】
【０１９９】
【図１】本発明の第１実施形態の多焦点レンズを含む撮像システムの全体構成図。
【図２】第１実施形態の多焦点レンズの詳細構成図。
【図３】第１実施形態において１点（座標（ｍ，ｊ））のみに輝点のある被写体を多焦点レンズで撮像したときに、撮像素子上に投射像が形成される様子を示す説明図。
【図４】第１実施形態において相対的に遠距離にある被写体を多焦点レンズで撮影する場合と、相対的に近距離にある被写体を多焦点レンズで撮影する場合とで、ピントのぼけ方の状態が異なることを示す説明図。
【図５】本発明の第２実施形態の多焦点レンズの詳細構成図。
【図６】第２実施形態において相対的に遠距離にある被写体を多焦点レンズで撮影する場合と、相対的に近距離にある被写体を多焦点レンズで撮影する場合とで、ピントのぼけ方の状態が異なることを示す説明図。
【図７】従来の多焦点レンズと、第１実施形態の多焦点レンズと、第２実施形態の多焦点レンズとで、ぼけの状態（光量分布）を比較し、環状のレンズ部の個数を増やすことで、ぼけが均一化されていく様子を示す概念的。
【図８】本発明の第３実施形態の多焦点レンズの詳細構成図。
【図９】第３実施形態の多焦点レンズによる撮影状態の説明図。
【図１０】第３実施形態の多焦点レンズにより光が屈折する状態の説明図。
【図１１】本発明の第４実施形態の多焦点レンズの詳細構成図。
【図１２】第４実施形態の多焦点レンズによる撮影状態の説明図。
【図１３】第４実施形態の多焦点レンズの製造方法の説明図。
【図１４】本発明の第５実施形態の多焦点レンズの詳細構成図。
【図１５】第５実施形態の多焦点レンズによる撮影状態の説明図。
【図１６】本発明の第６実施形態の多焦点レンズの詳細構成図。
【図１７】第６実施形態の多焦点レンズによる撮影状態の説明図。
【図１８】通常の被写体を撮影する場合と、近接被写体を撮影する場合とで、ピントのぼけ方の状態が異なる様子を示す説明図。
【符号の説明】
【０２００】
２１，２２１，３２１，４２１，５２１，６２１ 多焦点レンズ
２２Ａ，２２２Ａ 第１のレンズ部である円形レンズ部
２２Ｂ，２２２Ｂ，２２２Ｃ，２２２Ｄ 第１のレンズ部である環状レンズ部
２３Ａ，２３Ｂ，２２３Ａ，２２３Ｂ，２２３Ｃ，２２３Ｄ 第２のレンズ部である環状レンズ部
３２５Ａ，３２５Ｂ，３２５Ｃ，３２５Ｄ，３２５Ｅ，６２５Ａ，６２５Ｂ，６２５Ｃ 平坦面部分
３２６Ａ，３２６Ｂ，３２６Ｃ，３２６Ｄ，４２６Ａ，４２６Ｂ，４２６Ｃ，４２６Ｄ，４２６Ｅ 回折レンズを形成する近接撮影用レンズ切出片
４２７Ａ，４２７Ｂ，４２７Ｃ，４２７Ｄ 回折レンズを形成する標準撮影用レンズ切出片
５２６Ａ，５２６Ｂ，５２６Ｃ，５２６Ｄ，５２６Ｅ，６２６Ａ，６２６Ｂ，６２６Ｃ 凹レンズによる回折レンズを形成する標準撮影用レンズ切出片
５２７Ａ，５２７Ｂ，５２７Ｃ，５２７Ｄ，６２７Ａ，６２７Ｂ，６２７Ｃ 凸レンズによる回折レンズを形成する近接撮影用レンズ切出片
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の焦点距離を持つ多焦点レンズであって、
Ｎを２以上の整数とすると、第１の焦点距離を持つ複数の第１のレンズ部から、第Ｎの焦点距離を持つ複数の第Ｎのレンズ部までのそれぞれ焦点距離の異なる各レンズ部が、一体化されて構成され、
前記第１のレンズ部を中心として前記第１〜前記第Ｎのレンズ部が同心状に複数回繰り返して配置され、
中心に配置される前記第１のレンズ部の平面形状は、円形状、楕円形状、多角形状、またはその他の閉環状線により囲まれて形成される形状とされ、
中心以外の位置に配置される前記第１のレンズ部の平面形状および前記第１のレンズ部以外のレンズ部の平面形状は、環状とされている
ことを特徴とする多焦点レンズ。
【請求項２】
請求項１に記載の多焦点レンズにおいて、
前記第１〜前記第Ｎのレンズ部の各々は、回折レンズを配置して形成されるか、または回折レンズの配置されない平坦面部分により形成されていることを特徴とする多焦点レンズ。
【請求項３】
請求項２に記載の多焦点レンズにおいて、
Ｎは、２とされ、前記第１のレンズ部を中心として前記第１のレンズ部と前記第２のレンズ部とが同心状に交互に配置され、
前記第１または前記第２のレンズ部のうちのいずれか一方のレンズ部は、回折レンズを配置して形成され、他方のレンズ部は、回折レンズの配置されない平坦面部分により形成されていることを特徴とする多焦点レンズ。
【請求項４】
請求項３に記載の多焦点レンズにおいて、
前記回折レンズの段差部分の厚み方向の最大寸法は、前記回折レンズの中を通過する光と、空気中を通過する光とが、１波長分または半波長分ずれる寸法とされていることを特徴とする多焦点レンズ。
【請求項５】
請求項２に記載の多焦点レンズにおいて、
Ｎは、２とされ、前記第１のレンズ部を中心として前記第１のレンズ部と前記第２のレンズ部とが同心状に交互に配置され、
前記第１および前記第２のレンズ部は、互いに曲率の異なる回折レンズを配置して形成されていることを特徴とする多焦点レンズ。
【請求項６】
請求項５に記載の多焦点レンズにおいて、
前記第１または前記第２のレンズ部のうちのいずれか一方のレンズ部を形成する前記回折レンズの段差部分の厚み方向の最大寸法は、前記回折レンズの中を通過する光と、空気中を通過する光とが、１波長分または半波長分ずれる寸法とされていることを特徴とする多焦点レンズ。
【請求項７】
請求項２に記載の多焦点レンズにおいて、
Ｎは、２とされ、前記第１のレンズ部を中心として前記第１のレンズ部と前記第２のレンズ部とが同心状に交互に配置され、
前記第１および前記第２のレンズ部のうちのいずれか一方のレンズ部は、凹レンズによる回折レンズを配置して形成され、他方のレンズ部は、凸レンズによる回折レンズを配置して形成されていることを特徴とする多焦点レンズ。
【請求項８】
請求項７に記載の多焦点レンズにおいて、
前記第１または前記第２のレンズ部のうちの少なくとも一方のレンズ部を形成する前記回折レンズの段差部分の厚み方向の最大寸法は、前記回折レンズの中を通過する光と、空気中を通過する光とが、１波長分または半波長分ずれる寸法とされていることを特徴とする多焦点レンズ。
【請求項９】
請求項２に記載の多焦点レンズにおいて、
Ｎは、３とされ、前記第１のレンズ部を中心として前記第１〜前記第３のレンズ部が同心状に複数回繰り返して配置され、
前記第１〜前記第３のレンズ部のうちのいずれか１つのレンズ部は、凹レンズによる回折レンズを配置して形成され、他の１つのレンズ部は、凸レンズによる回折レンズを配置して形成され、残りの１つのレンズ部は、回折レンズの配置されない平坦面部分により形成されていることを特徴とする多焦点レンズ。
【請求項１０】
請求項９に記載の多焦点レンズにおいて、
前記第１〜前記第３のレンズ部のうちの少なくとも１つのレンズ部を形成する前記回折レンズの段差部分の厚み方向の最大寸法は、前記回折レンズの中を通過する光と、空気中を通過する光とが、１波長分、３分の１波長分、または３分の２波長分ずれる寸法とされていることを特徴とする多焦点レンズ。
【請求項１１】
請求項７または９に記載の多焦点レンズにおいて、
前記凹レンズと前記凸レンズとは、同一または略同一の曲率とされていることを特徴とする多焦点レンズ。
【請求項１２】
被写体を撮像する撮像機構と、この撮像機構により撮像された画像の質を改善する画像改質処理装置とを備えた撮像システムにおいて、
前記撮像機構は、
前記被写体を撮像する請求項１〜１１のいずれかに記載の多焦点レンズと、
この多焦点レンズにより形成された画像を電気的信号に変換して出力する撮像素子とを含んで構成され、
前記画像改質処理装置は、
前記被写体の１点から出た光が前記多焦点レンズの作用により前記撮像素子上で拡がる状態を示すポイント・スプレッド・ファンクション行列を用いて算出された畳み込み演算行列の各要素の値と、前記被写体を前記多焦点レンズにより撮像して得られた画像についての前記撮像素子の出力信号を示す行列の各要素の値とを用いて、畳み込み演算処理を行うことにより、前記被写体の発する光の明るさを示す行列の各要素の値を算出する構成とされている
ことを特徴とする撮像システム。
【請求項１３】
被写体を撮像する撮像機構と、この撮像機構により撮像された画像の質を改善する画像改質処理装置とを備えた撮像システムにおいて、
前記撮像機構は、
前記被写体を撮像する請求項１〜１１のいずれかに記載の多焦点レンズと、
この多焦点レンズにより形成された画像を電気的信号に変換して出力する撮像素子とを含んで構成され、
前記画像改質処理装置は、
前記撮像素子の出力信号に対し、前記被写体の１点から出た光が前記多焦点レンズの作用により前記撮像素子上で拡がる状態を示すポイント・スプレッド・ファンクションの伝達関数の逆関数を補正関数として荷重加算演算処理を行う構成とされている
ことを特徴とする撮像システム。
【請求項１】
複数の焦点距離を持つ多焦点レンズであって、
Ｎを２以上の整数とすると、第１の焦点距離を持つ複数の第１のレンズ部から、第Ｎの焦点距離を持つ複数の第Ｎのレンズ部までのそれぞれ焦点距離の異なる各レンズ部が、一体化されて構成され、
前記第１のレンズ部を中心として前記第１〜前記第Ｎのレンズ部が同心状に複数回繰り返して配置され、
中心に配置される前記第１のレンズ部の平面形状は、円形状、楕円形状、多角形状、またはその他の閉環状線により囲まれて形成される形状とされ、
中心以外の位置に配置される前記第１のレンズ部の平面形状および前記第１のレンズ部以外のレンズ部の平面形状は、環状とされている
ことを特徴とする多焦点レンズ。
【請求項２】
請求項１に記載の多焦点レンズにおいて、
前記第１〜前記第Ｎのレンズ部の各々は、回折レンズを配置して形成されるか、または回折レンズの配置されない平坦面部分により形成されていることを特徴とする多焦点レンズ。
【請求項３】
請求項２に記載の多焦点レンズにおいて、
Ｎは、２とされ、前記第１のレンズ部を中心として前記第１のレンズ部と前記第２のレンズ部とが同心状に交互に配置され、
前記第１または前記第２のレンズ部のうちのいずれか一方のレンズ部は、回折レンズを配置して形成され、他方のレンズ部は、回折レンズの配置されない平坦面部分により形成されていることを特徴とする多焦点レンズ。
【請求項４】
請求項３に記載の多焦点レンズにおいて、
前記回折レンズの段差部分の厚み方向の最大寸法は、前記回折レンズの中を通過する光と、空気中を通過する光とが、１波長分または半波長分ずれる寸法とされていることを特徴とする多焦点レンズ。
【請求項５】
請求項２に記載の多焦点レンズにおいて、
Ｎは、２とされ、前記第１のレンズ部を中心として前記第１のレンズ部と前記第２のレンズ部とが同心状に交互に配置され、
前記第１および前記第２のレンズ部は、互いに曲率の異なる回折レンズを配置して形成されていることを特徴とする多焦点レンズ。
【請求項６】
請求項５に記載の多焦点レンズにおいて、
前記第１または前記第２のレンズ部のうちのいずれか一方のレンズ部を形成する前記回折レンズの段差部分の厚み方向の最大寸法は、前記回折レンズの中を通過する光と、空気中を通過する光とが、１波長分または半波長分ずれる寸法とされていることを特徴とする多焦点レンズ。
【請求項７】
請求項２に記載の多焦点レンズにおいて、
Ｎは、２とされ、前記第１のレンズ部を中心として前記第１のレンズ部と前記第２のレンズ部とが同心状に交互に配置され、
前記第１および前記第２のレンズ部のうちのいずれか一方のレンズ部は、凹レンズによる回折レンズを配置して形成され、他方のレンズ部は、凸レンズによる回折レンズを配置して形成されていることを特徴とする多焦点レンズ。
【請求項８】
請求項７に記載の多焦点レンズにおいて、
前記第１または前記第２のレンズ部のうちの少なくとも一方のレンズ部を形成する前記回折レンズの段差部分の厚み方向の最大寸法は、前記回折レンズの中を通過する光と、空気中を通過する光とが、１波長分または半波長分ずれる寸法とされていることを特徴とする多焦点レンズ。
【請求項９】
請求項２に記載の多焦点レンズにおいて、
Ｎは、３とされ、前記第１のレンズ部を中心として前記第１〜前記第３のレンズ部が同心状に複数回繰り返して配置され、
前記第１〜前記第３のレンズ部のうちのいずれか１つのレンズ部は、凹レンズによる回折レンズを配置して形成され、他の１つのレンズ部は、凸レンズによる回折レンズを配置して形成され、残りの１つのレンズ部は、回折レンズの配置されない平坦面部分により形成されていることを特徴とする多焦点レンズ。
【請求項１０】
請求項９に記載の多焦点レンズにおいて、
前記第１〜前記第３のレンズ部のうちの少なくとも１つのレンズ部を形成する前記回折レンズの段差部分の厚み方向の最大寸法は、前記回折レンズの中を通過する光と、空気中を通過する光とが、１波長分、３分の１波長分、または３分の２波長分ずれる寸法とされていることを特徴とする多焦点レンズ。
【請求項１１】
請求項７または９に記載の多焦点レンズにおいて、
前記凹レンズと前記凸レンズとは、同一または略同一の曲率とされていることを特徴とする多焦点レンズ。
【請求項１２】
被写体を撮像する撮像機構と、この撮像機構により撮像された画像の質を改善する画像改質処理装置とを備えた撮像システムにおいて、
前記撮像機構は、
前記被写体を撮像する請求項１〜１１のいずれかに記載の多焦点レンズと、
この多焦点レンズにより形成された画像を電気的信号に変換して出力する撮像素子とを含んで構成され、
前記画像改質処理装置は、
前記被写体の１点から出た光が前記多焦点レンズの作用により前記撮像素子上で拡がる状態を示すポイント・スプレッド・ファンクション行列を用いて算出された畳み込み演算行列の各要素の値と、前記被写体を前記多焦点レンズにより撮像して得られた画像についての前記撮像素子の出力信号を示す行列の各要素の値とを用いて、畳み込み演算処理を行うことにより、前記被写体の発する光の明るさを示す行列の各要素の値を算出する構成とされている
ことを特徴とする撮像システム。
【請求項１３】
被写体を撮像する撮像機構と、この撮像機構により撮像された画像の質を改善する画像改質処理装置とを備えた撮像システムにおいて、
前記撮像機構は、
前記被写体を撮像する請求項１〜１１のいずれかに記載の多焦点レンズと、
この多焦点レンズにより形成された画像を電気的信号に変換して出力する撮像素子とを含んで構成され、
前記画像改質処理装置は、
前記撮像素子の出力信号に対し、前記被写体の１点から出た光が前記多焦点レンズの作用により前記撮像素子上で拡がる状態を示すポイント・スプレッド・ファンクションの伝達関数の逆関数を補正関数として荷重加算演算処理を行う構成とされている
ことを特徴とする撮像システム。
【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】
【公開番号】特開２００６−１３９２４６（Ｐ２００６−１３９２４６Ａ）
【公開日】平成１８年６月１日（２００６．６．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１７９９４２（Ｐ２００５−１７９９４２）
【出願日】平成１７年６月２０日（２００５．６．２０）
【出願人】（５０３４２１１２８）リバーベル株式会社 (10)
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月１日（２００６．６．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月２０日（２００５．６．２０）
【出願人】（５０３４２１１２８）リバーベル株式会社 (10)
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]