撮像装置、その製造装置および製造方法、並びに情報コード読取装置
【課題】復元画が良好となるようなボカシを実現でき、また、光学系を簡単化でき、コスト低減を図ることができ、適切な画質の、ノイズの影響が小さく、特性の異なる情報コードを読み取る場合であっても良好な復元画像を得ることが可能な撮像装置、その製造装置および製造方法、並びに情報コード読取装置を提供する。
【解決手段】１次画像を形成する光波面変調素子を含む光学系２１０および撮像素子２２０と、１次画像を高精細な最終画像に形成する画像処理装置２４０と、読み込んだ情報コードの特性(種類)を判断してそれに合わせ光波面変調素子の配置位置から最適な状態に回転制御を行い、また、一つの光波面変調素子に対し複数の復元用フィルタを用い、情報コードの種類に対応した復元フィルタに切り換えるように制御する制御装置２５０と、を有する。
【解決手段】１次画像を形成する光波面変調素子を含む光学系２１０および撮像素子２２０と、１次画像を高精細な最終画像に形成する画像処理装置２４０と、読み込んだ情報コードの特性(種類)を判断してそれに合わせ光波面変調素子の配置位置から最適な状態に回転制御を行い、また、一つの光波面変調素子に対し複数の復元用フィルタを用い、情報コードの種類に対応した復元フィルタに切り換えるように制御する制御装置２５０と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子を用い、光学系を備えた撮像装置、その製造装置および製造方法、並びに情報コード読取装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年急峻に発展を遂げている情報のデジタル化に相俟って映像分野においてもその対応が著しい。
特に、デジタルカメラに象徴されるように撮像面は従来のフィルムに変わって固体撮像素子であるＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ），ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサが使用されているのが大半である。
【０００３】
このように、撮像素子にＣＣＤやＣＭＯＳセンサを使った撮像レンズ装置は、被写体の映像を光学系により光学的に取り込んで、撮像素子により電気信号として抽出するものであり、デジタルスチルカメラの他、ビデオカメラ、デジタルビデオユニット、パーソナルコンピュータ、携帯電話機、携帯情報端末（ＰＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ ＤｉｇｉｔａｌＡｓｓｉｓｔａｎｔ）、画像検査装置、自動制御用産業カメラ等に用いられている。
【０００４】
図３９は、一般的な撮像レンズ装置の構成および光束状態を模式的に示す図である。
この撮像レンズ装置１は、光学系２とＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子３とを有する。
光学系は、物体側レンズ２１，２２、絞り２３、および結像レンズ２４を物体側（ＯＢＪＳ）から撮像素子３側に向かって順に配置されている。
【０００５】
撮像レンズ装置１においては、図３９に示すように、ベストフォーカス面を撮像素子面上に合致させている。
図４０（Ａ）〜（Ｃ）は、撮像レンズ装置１の撮像素子３の受光面でのスポット像を示している。
【０００６】
また、位相板により光束を規則的に分散し、デジタル処理により復元させ被写界深度の深い画像撮影を可能にする等の撮像装置が提案されている（たとえば非特許文献１，２、特許文献１〜５参照）。
また、伝達関数を用いたフィルタ処理を行うデジタルカメラの自動露出制御システムが提案されている（たとえば特許文献６参照）。
【非特許文献１】“Wavefront Coding;jointly optimized optical and digital imaging systems”,Edward R.Dowski,Jr.,Robert H.Cormack,Scott D.Sarama.
【非特許文献２】“Wavefront Coding;A modern method of achieving high performance and/or low cost imaging systems”,Edward R.Dowski,Jr.,Gregory E.Johnson.
【特許文献１】ＵＳＰ６，０２１，００５
【特許文献２】ＵＳＰ６，６４２，５０４
【特許文献３】ＵＳＰ６，５２５，３０２
【特許文献４】ＵＳＰ６，０６９，７３８
【特許文献５】特開２００３−２３５７９４号公報
【特許文献６】特開２００４−１５３４９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した各文献にて提案された撮像装置においては、その全ては通常光学系に上述の位相板を挿入した場合のＰＳＦ（Ｐｏｉｎｔ−Ｓｐｒｅａｄ−Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）が一定になっていることが前提であり、ＰＳＦが変化した場合は、その後のカーネルを用いたコンボリューションにより、被写界深度の深い画像を実現することは極めて難しい。
したがって、単焦点でのレンズではともかく、ズーム系やＡＦ系などのレンズでは、その光学設計の精度の高さやそれに伴うコストアップが原因となり採用するには大きな問題を抱えている。
換言すれば、従来の撮像装置においては、適正なコンボリューション演算を行うことができず、ワイド（Ｗｉｄｅ）時やテレ（Ｔｅｌｅ）時のスポット（ＳＰＯＴ）像のズレを引き起こす非点収差、コマ収差、ズーム色収差等の各収差を無くす光学設計が要求される。
しかしながら、これらの収差を無くす光学設計は光学設計の難易度を増し、設計工数の増大、コスト増大、レンズの大型化の問題を引き起こす。
【０００８】
また、上述した各文献に開示された装置においては、たとえば暗所における撮影で、信号処理によって画像を復元する際、ノイズも同時に増幅してしまう。
したがって、たとえば上述した位相板等の光波面変調素子とその後の信号処理を用いるような、光学系と信号処理を含めた光学システムでは、暗所での撮影を行う場合、ノイズが増幅してしまい、復元画像に影響を与えてしまうという不利益がある。
【０００９】
さらに、上記技術では、たとえば明るい被写体の撮影で、絞りを絞った場合、位相変調素子が絞りで覆われるため、位相変化が小さくなり、画像復元処理を行うと復元画像に影響を与えてしまうという不利益がある。
【００１０】
さらにまた、上記技術では、画像復元処理前の画像は物体距離によらず常に光学像がボケた状態になっているため、復元処理を行わなければ画質としての完成度が低い。
たとえ復元処理を行ってもボカして復元するという工程上、完全には復元することは困難である。そのため、復元画が良好となるようなボカシ方をする必要がある。
【００１１】
また、上述した位相板により光束を規則的に分散し、デジタル処理により復元させ被写界深度の深い画像撮影を可能にする等の撮像装置をバーコード等の情報コード読取装置に適用することも可能である。
バーコードとしては、たとえばＪＡＮコードのような１次元のバーコードとＱＲコードのような２次元のバーコードが実用に供されている。
しかし、これら１次元と２次元のバーコードとは特性が異なっており、上記撮像装置を用いたバーコード読取装置では、両コードの特性に応じて的確に高精度で読み取ることは困難である。
【００１２】
本発明は、復元画が良好となるようなボカシを実現でき、また、光学系を簡単化でき、コスト低減を図ることができ、適切な画質の、ノイズの影響が小さく、特性の異なる情報コードを読み取る場合であっても良好な復元画像を得ることが可能な撮像装置、その製造装置および製造方法、並びに情報コード読取装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の観点の撮像装置は、中心において回転非対称な点像強度分布（ＰＳＦ）により形成され、光学的伝達関数（ＯＴＦ）を変調させる光波面変調素子を含む光学系と、前記光学系を通過した被写体である情報コードの像を撮像する撮像素子と、前記撮像素子からの被写体の画像信号に対して所定の処理を施す画像処理部と、前記撮像した情報コードの種類および状態のうちの少なくとも一方を判定する判定する判定部と、前記判定部の判定結果に応じて、前記光学系を通過したＰＳＦに係る出力信号が入力する画素数が異なるように前記光学系と前記撮像素子との相対的な位置関係を切り換える切換部とを有する。
【００１４】
好適には、前記切換部は、前記光波面変調素子を前記光学系の光軸を中心に回転させる機能を有する。
【００１５】
好適には、前記情報コードには、１次元的な情報を有する１次元コードと２次元的な情報を有する２次元コードを含み、前記切換部は、１次元コードの場合より２次元コードの場合の方が前記光学系を通過したＰＳＦに係る出力信号が入力する画素数が多くなるように切り換える。
【００１６】
好適には前記ＰＳＦは頂部を有し、前記切換部は、前記２次元コードの場合には、前記光学系を通過したＰＳＦに係る出力信号が、前記ＰＳＦの頂部に対向する縁部において、直線的に配列される複数の画素にまで入力するように切り換える。
【００１７】
好適には、前記ＰＳＦは前記頂部を通る中心線を中心に左右対称である。
【００１８】
本発明の第２の観点は、中心において回転非対称な点像強度分布（ＰＳＦ）により形成され、光学的伝達関数（ＯＴＦ）を変調させる光波面変調素子を交換可能な状態で構成する光学系と、前記光学系を通過した被写体である情報コードの像を撮像する撮像素子と、前記撮像素子からの被写体の画像信号に対して所定の処理を施す画像処理部と、前記撮像した情報コードの種類および状態のうちの少なくとも一方を判定する判定部と、前記判定部の判定結果に応じて、前記光波面変調素子を可変する切換部とを有する。
【００１９】
好適には、前記画像処理部は、撮像素子からの被写体分散画像信号より分散のない画像信号を生成する。
【００２０】
好適には、前記光波面変調素子が、物体距離に応じたＯＴＦの変化を、光波面変調素子を持たない光学系よりも小さくする作用を持つ。
【００２１】
好適には、前記光波面変調素子が、前記光学系の光軸をｚ軸とし、互いに直交する２軸をｘ、ｙとしたとき、位相が下記式で表される。
【００２２】
【数１】
【００２３】
好適には、前記光波面変調素子を有する光学系のＯＴＦが、前記光波面変調素子を含まない光学系の被写界深度よりも広い物体距離にわたって、前記撮像素子のナイキスト周波数まで０．１以上である。
【００２４】
好適には、前記画像処理部は、ノイズ低減フィルタリングを施す手段を有する。
【００２５】
好適には、前記画像処理部の演算係数を格納する記憶手段を有し、前記記憶手段には、情報コードの種類および状態のうちの少なくとも一に応じたノイズ低減処理のための演算係数が格納される。
【００２６】
好適には、前記画像処理部の演算係数を格納する記憶手段を有し、前記記憶手段には、情報コードの種類および状態のうちの少なくとも一に応じた光学的伝達関数（ＯＴＦ）復元のための演算係数が格納される。
【００２７】
好適には、前記撮像装置は、被写体までの距離に相当する情報を生成する被写体距離情報生成手段を含み、前記画像処理部は、前記被写体距離情報生成手段により生成される情報に基づいて前記分散画像信号より分散のない画像信号を生成する。
【００２８】
好適には、前記撮像装置は、被写体距離に応じて少なくとも前記光波面変調素子または前記光学系に起因する分散に対応した変換係数を少なくとも２以上予め記憶する変換係数記憶手段と、前記被写体距離情報生成手段により生成された情報に基づき、前記変換係数記憶手段から被写体までの距離に応じた変換係数を選択する係数選択手段と、を含み、前記画像処理部は、前記係数選択手段で選択された変換係数によって、画像信号の変換を行う。
【００２９】
好適には、前記撮像装置は、前記被写体距離情報生成手段により生成された情報に基づき変換係数を演算する変換係数演算手段を含み、前記画像処理部は、前記変換係数演算手段から得られた変換係数によって、画像信号の変換を行う。
【００３０】
好適には、前記撮像装置は、被写体までの距離に相当する情報を生成する被写体距離情報生成手段と、前記被写体距離情報生成手段により生成された情報に基づき変換係数を演算する変換係数演算手段と、を含み、前記画像処理部は、前記変換係数演算手段から得られた変換係数によって、画像信号の変換を行い分散のない画像信号を生成する。
【００３１】
好適には、前記変換係数演算手段は、前記被写体分散像のカーネルサイズを変数として含む。
【００３２】
好適には、前記変換係数演算手段は、求めた変換係数を前記記憶手段に格納し、前記画像処理部は、前記記憶手段に格納された変換係数によって、画像信号の変換を行い分散のない画像信号を生成する。
【００３３】
好適には、前記画像処理部は、前記変換係数に基づいてコンボリューション演算を行う。
【００３４】
本発明の第３の観点は、光学系と撮像素子の相対的な取り付け位置を回転して調整可能なように撮像装置を製造するための撮像装置の製造装置であって、前記光学系を通過した中心において回転非対称な点像強度分布（ＰＳＦ）ＰＳＦに係る出力信号が入力する画素数が異なるように前記光学系と前記撮像素子との相対的な位置関係を切り換える可能なように、基準位置への設定調整を行うための調整装置を有する。
【００３５】
本発明の第４の観点は、交換可能な光変調素子を含む光学系と撮像素子の相対的な取り付け位置を回転して調整可能なように撮像装置を製造するための撮像装置の製造装置であって、前記光学系を通過した中心において回転非対称な点像強度分布（ＰＳＦ）ＰＳＦに係る出力信号が入力する画素数が異なるように前記光学系の光変調素子と前記撮像素子との相対的な位置関係、並びに光変調素子を切り換え可能なように、基準位置への設定調整を行うための調整装置を有する。
【００３６】
本発明の第５の観点は、光学系と撮像素子の相対的な取り付け位置を回転して調整可能なように撮像装置を製造するための撮像装置の製造方法であって、光学系と撮像素子を配置し、前記光学系を通過した中心において回転非対称な点像強度分布（ＰＳＦ）ＰＳＦに係る出力信号が入力する画素数が基準数となる位置を第１の位置とする第１ステップと、前記光学系を通過した前記ＰＳＦに係る出力信号が、当該ＰＳＦの頂部に対向する縁部において、直線的に配列される複数の画素にまで入力する位置を第２の位置とする第２ステップと、前記第１の位置と前記第２の位置間で前記光波面変調素子を回転可能に形成する第３ステップとを有する。
【００３７】
本発明の第６の観点は、交換可能な光変調素子を含む光学系と撮像素子の相対的な取り付け位置を回転して調整可能なように撮像装置を製造するための撮像装置の製造方法であって、光学系と撮像素子を配置し、前記光学系を通過した中心において回転非対称な点像強度分布（ＰＳＦ）ＰＳＦに係る出力信号が入力する画素数が基準数となる光変調素子を選択する第１ステップと、前記光学系を通過した前記ＰＳＦに係る出力信号が、当該ＰＳＦの頂部に対向する縁部において、直線的に配列される複数の画素にまで入力する光変調素子を選択する第２ステップと、前記選択した複数の光波面変調素子を交換可能に形成する第３ステップとを有する。
【００３８】
本発明の第７の観点は、情報コードを光学的に読み取る情報コード読取装置であって、中心において回転非対称な点像強度分布（ＰＳＦ）により形成され、光学的伝達関数（ＯＴＦ）を変調させる光波面変調素子を含む光学系と、前記光学系を通過した被写体である情報コードの像を撮像する撮像素子と、前記撮像素子からの被写体の画像信号に対して所定の処理を施す画像処理部と、前記撮像した情報コードの種類および状態のうちの少なくとも一方を判定する判定する判定部と、前記判定部の判定結果に応じて、前記光学系を通過したＰＳＦに係る出力信号が入力する画素数が異なるように前記光学系と前記撮像素子との相対的な位置関係を切り換える切換部とを有する。
【００３９】
本発明の第８の観点は、情報コードを光学的に読み取る情報コード読取装置であって、中心において回転非対称な点像強度分布（ＰＳＦ）により形成され、光学的伝達関数（ＯＴＦ）を変調させる光波面変調素子を交換可能な状態で構成する光学系と、前記光学系を通過した被写体である情報コードの像を撮像する撮像素子と、前記撮像素子からの被写体の画像信号に対して所定の処理を施す画像処理部と、前記撮像した情報コードの種類および状態のうちの少なくとも一方を判定する判定部と、前記判定部の判定結果に応じて、前記光波面変調素子を可変する切換部とを有する。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、復元画が良好となり、特性の異なるバーコードを読み取る場合であっても良好な復元画像を得ることができる。
また、光学系を簡単化でき、コスト低減を図ることができ、しかも適切な画質の、ノイズの影響が小さく、良好な復元画像を得ることができる利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、本発明の実施形態を添付図面に関連付けて説明する。
【００４２】
図１は、本発明の実施形態に係る情報コード読取装置の一例を示す外観図である。
図２（Ａ）〜（Ｃ）は、情報コードを例を示す図である。
図３は、図１の情報コード読取装置に適用される撮像装置の構成例を示すブロックである。
【００４３】
本実施形態に係る情報コード読取装置１００は、図１に示すように、本体１１０がケーブル１１１を介して図示しない電子レジスタ等の処理装置と接続され、たとえば読み取り対象物１２０に印刷された反射率の異なるシンボル、コード等の情報コード１２１を読み取り可能な装置である。
読み取り対象の情報コードとしては、たとえば図２（Ａ）に示すような、ＪＡＮコードのような１次元のバーコード１２２と、図２（Ｂ）および（Ｃ）に示すようなスタック式のＣＯＤＥ４９、あるいはマトリックス方式のＱＲコードのような２次元のバーコード１２３が挙げられる。
【００４４】
本実施形態に係る情報コード読取装置１００は、本体１１０内に、図示しない照明光源と、図３に示すような撮像装置２００とが配置されている。
撮像装置２００は、後で詳述するように、光学系に光波面変調素子を適用し、光波面変調素子により光束を規則的に分散し、デジタル処理により復元させ被写界深度の深い画像撮影を可能にする波面収差制御光学系システム、あるいは深度拡張光学系システム（ＤＥＯＳ：Ｄｅｐｔｈ Ｅｘｐａｎｔｉｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ）というシステムを採用し、ＪＡＮコードのような１次元のバーコードとＱＲコードのような２次元のバーコードのように特性（種類）が異なる情報コードを特性に応じて的確に高精度で読み取ることが可能に構成されている。
【００４５】
情報コード読取装置１００の撮像装置２００は、図３に示すように、光学系２１０、撮像素子２２０、選択切換部２３０、画像処理装置２４０、判定部としての機能を含む制御装置２５０、およ外部とのびインタフェース部（Ｉ／Ｆ）２６０を有する。
【００４６】
光学系２１０は、後で詳述する位相変調素子等の光波面変調素子を含み、被写体物体ＯＢである情報コード１２１を撮影した像を撮像素子２２０に供給する。
【００４７】
撮像素子２２０は、光学系２１０で取り込んだ像が結像され、結像１次画像情報を電気信号の１次画像信号ＦＩＭとして、図示しないアナログフロントエンド部(ＡＦＥ)を介して画像処理装置２４０に出力するＣＣＤやＣＭＯＳセンサからなる。
図３においては、撮像素子２２０を一例としてＣＣＤとして記載している。
【００４８】
図４は、本実施形態に係る光学系２１０の構成例を模式的に示す図である。
そして、図５は、本実施形態に係る光学系の広角側の像高中心のスポット形状を示す図であり、図６は、本実施形態に係る光学系の望遠側の像高中心のスポット形状を示す図である。
【００４９】
図４の光学系２１０は、物体側ＯＢＪＳに配置された物体側レンズ２１１と、撮像素子２２０に結像させるための結像レンズ２１２と、物体側レンズ２１１と結像レンズ２１２間に配置され、結像レンズ２１２による撮像素子２２０の受光面への結像の波面を変形させる、たとえば３次元的曲面を有する位相板からなる光波面変調素子（波面形成用光学素子）群２１３を有する。
【００５０】
なお、本実施形態においては、位相板を用いた場合について説明したが、本発明の光波面変調素子としては、波面を変形させるものであればどのようなものでもよく、厚みが変化する光学素子（たとえば、上述の３次の位相板）、屈折率が変化する光学素子（たとえば屈折率分布型波面変調レンズ）、レンズ表面へのコーディング等により厚み、屈折率が変化する光学素子（たとえば、波面変調ハイブリッドレンズ、あるいはレンズ面上に形成される位相面として形成される状態）、光の位相分布を変調可能な液晶素子（たとえば、液晶空間位相変調素子）等の光波面変調素子であればよい。
また、本実施形態においては、光波面変調素子である位相板を用いて規則的に分散した画像を形成する場合について説明したが、通常の光学系として用いるレンズで光波面変調素子と同様に規則的に分散した画像を形成できるものを選択した場合には、光波面変調素子を用いずに光学系のみで実現することができる。この際は、後述する位相板に起因する分散に対応するのではなく、光学系に起因する分散に対応することとなる。
【００５１】
図４の光学系２１０は、デジタルカメラに用いられる３倍ズームに光学位相板２１３ａを挿入した例である。
図で示された位相板２１３ａは、光学系により収束される光束を規則正しく分散する光学レンズである。この位相板を挿入することにより、撮像素子２２０上ではピントのどこにも合わない画像を実現する。
換言すれば、位相板２１３ａによって深度の深い光束（像形成の中心的役割を成す）とフレアー（ボケ部分）を形成している。
前述したように、この規則的に分散した画像をデジタル処理により、光学系２１０を移動させずにピントの合った画像に復元する手段を波面収差制御光学系システム、あるいは深度拡張光学系システム（ＤＥＯＳ：Ｄｅｐｔｈ Ｅｘｐａｎｔｉｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ）といい、この処理を画像処理装置２４０において行う。
【００５２】
光学系２１０の光波面変調素子と撮像素子２２０の相対的な位置は、選択切換部２３０により、光学系２１０に含まれる光波面変調素子と撮像素子２２０を相対的に回転させて取り付け位置が設定される。本実施形態においては、後で説明するように、光波面変調素子を光学系２１０の光軸を中心に回転させてあるいはそのままの位置に保持して、第１の位置または第２の位置に設定される。
本実施形態において、第１の位置とは、光学系２１０を通過した点像強度分布（ＰＳＦ）の係る出力信号が入力する画素数が第１の数Ｎ１となる基準位置を意味する。
第２の位置とは、第１の位置（基準位置）のＰＳＦに係る出力信号の入力する第１の画素数Ｎ１より多くの第２の画素数Ｎ２とする位置を意味する。
光学系２１０の光波面変調素子と撮像素子２２０の相対的位置が第２の位置となるように設定された場合、後で説明するように、光学系を通過した中心において回転対称でないＰＳＦに係る出力信号が、ＰＳＦの所定の頂部に対向する縁部において、直線的に配列される複数の画素にまで入力するようになる。
より具体的には、第２の位置は、アナログ信号からデジタル信号に変換する際に生じるサンプリング効果によりＰＳＦの出力信号が、ＰＳＦの所定の頂部に対向する縁部において、直線的に配列される複数の画素にまで入力するように設定されている。
また、第２の位置の場合、後で図解するように、光学系２１０を通過して得られたＰＳＦが、アナログ信号からデジタル信号への変換後の変調伝達関数（ＭＴＦ）において、複数のアジマス方向（本実施形態においては全アジマス方向）において等しくなるように配置されている。
【００５３】
選択切換部２３０は、制御装置２５０の制御信号ＣＴＬ１に応じて光学系２１０の光波面変調素子を回転させて、あるいは、そのままの位置を保持して、上述した第１の位置または第２の位置となるように選択的に回転位置を切り換える。
選択切換部２３０は、制御装置２５０の制御信号ＣＴＬ１により、たとえば、読み取った情報コードが１次元バーコードの場合は第１の位置を保持し、２次元バーコードの場合は第２の位置を保持するように制御される。
【００５４】
図７は、本実施形態の選択切換部の構成例を示す図である。
【００５５】
図７の選択切換部２３０Ａは、光波面変調素子（たとえば位相板）２１３ａを、回転中心を持った回転可動な部品２３１に光軸を一致させて配置し、部品２３１の縁部とモータ２３２の回転軸に取り付けた歯車２３３と噛合させて、制御装置２５０で生成された制御信号ＣＴＬ１に応じて、光波面変調素子２１３ａを光軸中心ＡＸに所定角度、たとえば４５度回転させ、あるいはそのままの位置に保持する。
【００５６】
選択切換部２３０Ａは、たとえば初期状態では、図７中、Ｐ１で示す部品２３１の位置に光波面変調素子２１３ａの縁部の第１の位置部ａ１が一致する位置に保持される。
そして、選択切換部２３０Ａは、制御装置２５０で読み取った情報コード１２１が２次元のバーコードであると判定された場合には制御信号ＣＴＬ１を受けて部品２３１の位置Ｐ１に光波面変調素子２１０ａの縁部の第２の位置部ａ２が一致するように部品２３１を図中反時計回りに所定角度、たとえば４５度回転する。
また、この状態で、選択切換部２３０Ａは、制御装置２５０で読み取った情報コード１２１が１次元のバーコードであると判定された場合には制御信号ＣＴＬ１を受けて部品２３１の位置Ｐ１に光波面変調素子２１０ａの縁部の第１の位置部ａ１が一致するように部品２３１を図中時計回りに４５度回転する。
【００５７】
画像処理装置２４０は、前段の不図示のＡＦＥからくる撮像画像のデジタル信号を入力し、二次元のコンボリューション処理を施し、後段の制御装置２５０に出力する。
画像処理装置２４０は、制御装置２５０において情報コードの特性(種類)に応じて選択され、制御信号ＣＴＬ２により指示されたフィルタを用いて、入力画像信号の光学的伝達関数（ＯＴＦ）に対してフィルタ処理を行う。
画像処理装置２４０は、撮像素子２２０からの被写体分散画像信号より分散のない画像信号を生成する機能（ボケ復元機能）を有する。また、画像信号処理部は、最初のステップでノイズ低減フィルタリングを施す機能を有する。
画像処理装置２４０の処理については後でさらに詳述する。
【００５８】
制御装置２５０は、選択切換部２３０、画像処理装置２４０、インタフェース部２６０を介した上位装置（たとえば電子レジスタ）等との通信等を制御し、システム全体の調停制御を司るものである。
制御装置２５０は、画像処理装置２４０においてボケ復元処理を受けた信号を受けて読み取った情報コードが、その読み取り情報の特徴から１次元のバーコードであるか２次元のバーコードであるかを判定し、選択切換部２３０に制御信号ＣＴＬ１を出力して光波面変調素子の回転位置の制御を行い、画像処理装置２４０に制御信号ＣＴＬ２を出力して光波面変調素子２１０ａを通過したＰＳＦの出力信号の復元処理に適した復元フィルタを選択して復元処理を行うように指示する。
そして、制御装置２５０は、情報コードの特性に応じた光波面変調素子の回転制御および復元フィルタの選択制御後に読み取った情報コードを解読し、その解読した情報をたとえばインタフェース部２６０を介して上位装置に送信する等の制御を行う。
【００５９】
また、制御装置２５０は、情報コードの特性情報のみならず、後述する物体概略距離情報検出装置により取得された被写体である情報コードまでの距離情報や情報コードの大きさを加味して復元フィルタの選択制御を行う。
情報コード(シンボル、コード)の種類と別に被写体までの距離や大きさに応じて要求される復元レベルが変わってくる。たとえば、被写体までの距離が離れている場合や情報コードの表示が小さいような場合は復元レベルの強いものにする必要がある。これに対して、情報コードの状態として被写体までの距離が小さい場合や情報コードの表示が大きい場合は復元レベルを下げることもできる。
復元フィルタだけに着目した場合、復元レベルを変えることが復元画像の解像やノイズに関係してくる。すなわち、強い復元フィルタを用いた場合、解像が上がると同時にノイズも増加する。情報コードを判定する際にある程度のノイズは訂正処理等で回避できるが限界がある。同時に、解像に関してもある一定の解像を持っていれば判定することは可能である。
本実施形態においては、判定できる範囲を有効に使い被写界深度を拡張することが可能になっている。
【００６０】
このように、本実施形態においては、情報コードを読み込み、その情報コードの特性(種類)を判断してそれに合わせ光波面変調素子の配置位置から最適な状態に回転制御を行い、また、一つの光波面変調素子に対し複数の復元用フィルタを持ち、情報コードの種類や距離等に対応した復元フィルタに切り換える。
これにより、情報コードの持っている特性を損なわずに深度の拡張を行うことが可能となる。
たとえば、読み取った情報コードがＪＡＮコードのような１次元のバーコードである場合には、２方向（縦方向と横方向）の要素であることから、その方向に合わせた回転制御を行って最適なＰＳＦの出力信号を用いれば一つの光波面変調素子ですべての情報コードに対応してより復元後の品質が向上できる。併せて、被写界深度の調整も可能になる。
すなわち、読み取った情報コードがＪＡＮコードのような１次元のバーコードである場合には、２方向（縦方向と横方向）の復元に重点をおき、ＱＲコードのような２次元のコードである場合は、斜め方向の復元に重点をおいた復元を行うことにより、情報コードに対応して、より復元後の品質が向上できる。
【００６１】
以下、本実施形態のＤＥＯＳの原理、光学系、画像処理装置の構成および機能について具体的には説明する。
【００６２】
まず、ＤＥＯＳの基本原理について説明する。
図８に示すように、被写体の画像ｆがＤＥＯＳ光学系Ｈに入ることにより、ｇ画像が生成される。
これは、次のような式で表される。
【００６３】
[数２]
ｇ＝Ｈ＊ｆ
ただし、＊はコンボリューションを表す。
【００６４】
生成された画像から被写体を求めるためには、次の処理を要する。
【００６５】
[数３]
ｆ＝Ｈ-１＊ｇ
【００６６】
ここで、Ｈに関するカーネルサイズと演算係数について説明する。
光学切り替え情報をＫＰｎ，ＫＰｎ−１・・・とする。また、それぞれのＨ関数をＨｎ，Ｈｎ−１、・・・・とする。
各々のスポット像が異なるため、各々のＨ関数は、次のようになる。
【００６７】
【数４】
【００６８】
この行列の行数および／または列数の違いをカーネルサイズ、各々の数字を演算係数とする。
ここで、各々のＨ関数はメモリに格納しておいても構わないし、ＰＳＦを物体距離の関数としておき、物体距離によって計算し、Ｈ関数を算出することによって任意の物体距離に対して最適なフィルタを作るように設定できるようにしても構わない。また、Ｈ関数を物体距離の関数として、物体距離によってＨ関数を直接求めても構わない。
【００６９】
本実施形態においては、図３に示すように、光学系２１０からの像を撮像素子２２０で受像して、絞り開放時には画像処理装置２４０に入力させ、光学系に応じた変換係数を取得して、取得した変換係数をもって撮像素子２２０からの分散画像信号より分散のない画像信号を生成するように構成している。
【００７０】
なお、本実施形態において、分散とは、上述したように、位相板２１３ａを挿入することにより、撮像素子２２０上ではピントのどこにも合わない画像を形成し、位相板２１３ａによって深度の深い光束（像形成の中心的役割を成す）とフレアー（ボケ部分）を形成する現象をいい、像が分散してボケ部分を形成する振る舞いから収差と同様の意味合いが含まれる。したがって、本実施形態においては、収差として説明する場合もある。
【００７１】
本実施形態においては、ＤＥＯＳを採用し、高精細な画質を得ることが可能で、しかも、光学系を簡単化でき、コスト低減を図ることが可能となっている。
以下、この特徴について説明する。
【００７２】
図９（Ａ）〜（Ｃ）は、撮像素子１２０の受光面でのスポット像を示している。
図９（Ａ）は焦点が０．２ｍｍずれた場合（Ｄｅｆｏｃｕｓ＝０．２ｍｍ）、図９（Ｂ）が合焦点の場合（Ｂｅｓｔ ｆｏｃｕｓ）、図９（Ｃ）が焦点が−０．２ｍｍずれた場合（Ｄｅｆｏｃｕｓ＝−０．２ｍｍ）の各スポット像を示している。
図９（Ａ）〜（Ｃ）からもわかるように、本実施形態に係る撮像装置２００においては、位相板２１３ａを含む波面形成用光学素子群２１３によって深度の深い光束（像形成の中心的役割を成す）とフレアー（ボケ部分）が形成される。
【００７３】
このように、本実施形態の撮像装置２００において形成された１次画像ＦＩＭは、深度が非常に深い光束条件にしている。
【００７４】
図１０（Ａ），（Ｂ）は、本実施形態に係る撮像レンズ装置により形成される１次画像の変調伝達関数（ＭＴＦ：Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）について説明するための図であって、図１０（Ａ）は撮像レンズ装置の撮像素子の受光面でのスポット像を示す図で、図１０（Ｂ）が空間周波数に対するＭＴＦ特性を示している。
本実施形態においては、高精細な最終画像は後段の、たとえばデジタルシグナルプロセッサ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）からなる画像処理装置２４０の補正処理に任せるため、図１０（Ａ），（Ｂ）に示すように、１次画像のＭＴＦは本質的に低い値になっている。
【００７５】
そして、本実施形態においては、光学系２１０と撮像素子２２０の相対的な位置は、選択切換部２３０により、光学系２１０に含まれる光波面変調素子と撮像素子２２０を相対的に回転させて取り付け位置が設定される。本実施形態においては、前述したように、制御装置２５０に応じて光波面変調素子を光学系２１０の光軸を中心に回転させてあるいはそのままの位置に保持して、第１の位置または第２の位置に設定される。
光学系２１０の光波面変調素子と撮像素子２２０の相対的位置が第２の位置となるように設定された場合、光学系を通過した中心において回転対称でないＰＳＦに係る出力信号が、ＰＳＦの所定の頂部に対向する縁部において、直線的に配列される複数の画素にまで入力するようになる。
このとき、光学系１１０に含まれる光波面変調素子と撮像素子１２０を相対的に回転させて取り付け位置が設定されている。
なお、たとえばＰＳＦは頂部を通る中心線を中心に左右対称である。
【００７６】
図１１（Ａ），（Ｂ）は、基準位置と所定角度回転後のアナログＰＳＦを示す図である。
図１２（Ａ），（Ｂ）は、図１１のアナログＰＳＦのＡ／Ｄ変換後のデジタルＰＳＦを示す図である。
図１３（Ａ），（Ｂ）は、図１２（Ａ），（Ｂ）のデジタルＰＳＦのＭＴＦを示す図である。
図１４（Ａ），（Ｂ）は基準位置の場合のアナログＰＳＦと、デジタルＰＳＦを模式的に示す図である。
また、図１５（Ａ），（Ｂ）は４５度回転後のアナログＰＳＦと、デジタルＰＳＦを模式的に示す図である。
【００７７】
本実施形態においては、図１１（Ａ）に示す基準位置にある、中心において回転非対称で頂部を有するアナログＰＳＦを１次元の情報コードの場合に適用し、２次元の情報コードの場合には、図１１（Ｂ）に示すように、所定角度（本例では４５度）回転する。
図からもわかるように、アナログでは回転を加えても軸方向のＭＴＦは変わらない。
そして、回転に伴い、アナログ信号からデジタル信号に変換する際のサンプリングする対象が変化するため、図１２（Ａ），（Ｂ）に示すように、デジタルＰＳＦの形状が変化する。
【００７８】
より具体的に説明すると、たとえば、図１４（Ａ）の例のように、基準位置においては、アナログＰＳＦはａ〜ｇの８個の画素にわたってかかる（またぐ）ことから、サンプリングした後のデジタルＰＳＦは、図１４（Ｂ）の例のように、８個の画素ａ〜ｈに入力することになる。
この形状は、アナログＰＳＦの平面的に見た場合に、頂点部があり三角形に近いが、その頂部ＴＸに対向する底辺部（縁部）ＢＸは、図１４（Ｂ）に示すように、図１４（Ａ）のオリジナルと略同様に、直線的にならず、頂部ＴＸ側に寄った弓なり状な形状となる。
この場合のＰＳＦは前述したように、２方向（縦方向と横方向）の復元に重点をおく必要があるが、図１３（Ａ）にも示すように、縦方向（図面上下方向）と横方向（図面左右方向）のＭＴＦは良好であるため、１次元の情報コードに適しているといえる。
【００７９】
これに対して、所定角度回転（本例では４５度回転）させて、図１５（Ａ）に示すように、アナログＰＳＦがａ〜ｌの１２個の画素にわたってかかる（またぐ）ようにすると、サンプリングした後のデジタルＰＳＦは、図１５（Ｂ）に示すように、頂点部があり三角形に近いが、その頂部ＴＸに対向する底辺部（縁部）ＢＸにおいて、直線的に配列される複数の画素（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）にまで入力するように形成することが可能となる。
すなわち、ＰＳＦの回転に伴い、サンプリング対象が変化するため、より多くの画素に入力するデジタルＰＳＦの形状に変化する。
そして、ＰＳＦは、頂部ＴＸを通る中心線を中心に略左右対称である。
この場合のＰＳＦは前述したように、斜め方向の復元に重点をおく必要があるが、図１３（Ｂ）にも示すように、縦方向、横方向及び斜め方向のＭＴＦが平均的に良好であるため、２次元の情報コードに適しているといえる。
【００８０】
また、アナログの時点では回転に伴うＭＴＦの変化はないが、デジタル変換された後は、図１３（Ａ），（Ｂ）に示すように、サンプリング効果によりＭＴＦが変換する。
このサンプリング効果を利用して、光学系２１０を通過したＰＳＦが、アナログ信号からデジタル信号への変換後のＭＴＦにおいて、複数のアジマス方向（本実施形態においては全アジマス方向）において等しくなるように配置されている。
【００８１】
これにより、本実施形態においては、撮像素子２２０と光波面変調素子としての位相変調素子（位相板）２１３ａを復元に適した配置することができ、公差の緩い深度拡張光学系を実現している。
なお、本実施形態においては、４５度回転させた場合について説明したが、図１１（Ａ）の状態から９０度、１８０度、２７０度以外で回転させても図１１（Ａ）の状態よりも複数の画素にわたってかかる（またぐ）ようになり、本発明の効果を十分に発現することができる。
また、図１１（Ａ）に示すＰＳＦの場合には４５度回転させた場合がかかる（またぐ）画素が多くなるが、他のＰＳＦの場合には４５度以外の回転状態の場合がかかる（またぐ）画素が多い状態となるケースもある。
【００８２】
本実施形態においては、調整装置にこの方法を採用して光学系２１０と撮像素子２２０の相対的な位置の最適な回転制御が行えるように、たとえば基準位置への設定調整を行う。
以下に、調整装置の基本的な構成を説明について説明する。
【００８３】
図１６は、本実施形態に係る調整装置２００の構成例を示すブロック図である。
【００８４】
調整装置３００は、図１６に示すように、レンズ調整駆動部３１０、図３の撮像素子２２０に相当するセンサ３２０、ＡＦＥ（アナログフロントエンド部）３３０、ＲＡＷバッファメモリ３４０、画像信号処理部３５０、調整制御部３６０、および画像表示部３７０を有している。
【００８５】
レンズ調整駆動部３１０には、たとえば小絞り３１１、光波面変調素子を含むレンズ系(光学系)３１２が配置される。そして、モータドライバ３１３によりレンズ３１２がその光軸方向に移動制御され、位相変調素子を含むレンズ光学系の位置が所望の位置に設定される。
また、レンズ調整駆動部３１０は、調整制御部３６０に指示に従って、レンズ系３１２を光軸を中心に所定角度回転可能に構成されている。
【００８６】
ＡＦＥ３３０は、Ａ／Ｄコンバータ３３１、およびタイミングジェネレータ３３２を有する。
タイミングジェネレータ３３１では、調整制御部３６０の制御の下、センサ（撮像素子）２２０のＣＣＤの駆動タイミングを生成しており、Ａ／Ｄコンバータ３３２は、ＣＣＤから入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換し、バッファメモリ３４０に可能する。
また、タイミングジェネレータ３３１は、調整制御部３６０の制御の下、センサ３２０に対するレンズ３１２の位置を調整し、ピント等を調整するための駆動信号をモータドライバ３１３に供給する。
【００８７】
画像信号処理部３６０は、バッファメモリ３４０の格納データに対して、所定の画像処理を行って、たとえばＰＳＦ像を得、その処理情報を調整制御部３７０に供給するとともに、調整制御部３６０の制御の下、画像表示部３７０に表示する。
【００８８】
調整制御部３６０は、画像信号処理部３６０による信号処理に伴う情報に基づいて、レンズ（光学系）３１２とセンサ（撮像素子）３２０の位置関係を調整するために、レンズ３１２の位置を変更制御等するための制御信号をＡＦＥ３３０のタイミングジェネレータ３３２に出力して、レンズ（光学系）３１２とセンサ（撮像素子）３２０の位置関係を調整制御する。
【００８９】
また、レンズ（光学系）３１２とセンサ（撮像素子）３２０の位置調整処理は、図１７に示すように、ｘ軸、ｙ軸を調整してレンズ３１２とセンサ３２０の位置を調整する。
【００９０】
以上のような調整装置３００を用いて、光学系と撮像素子を配置し、光学系を通過した中心において回転非対称な点像強度分布（ＰＳＦ）ＰＳＦに係る出力信号が入力する画素数が基準数となる位置を第１の位置とする。
光学系を通過した前記ＰＳＦに係る出力信号が、ＰＳＦの頂部に対向する縁部において、直線的に配列される複数の画素にまで入力する位置を第２の位置とする。
そして、第１の位置と前記第２の位置間で前記光波面変調素子を回転可能に形成する。 このような製造プロセスを経て撮像装置２００は調整され製造される。
以下、深度拡張光学系を採用した場合の各部構成および機能についてさらに説明する。
【００９１】
図１８は、本実施形態の光波面変調素子を含む光学系の光軸をｚ軸とし、互いに直交する２軸をｘ、ｙとしたとき、下記式で表される波面収差の形状である。
【００９２】
【数５】
【００９３】
波面収差が０．５λ以下の範囲では位相の変化が小さく、通常の光学系と変わらないＯＴＦを持つ。したがって波面収差が０．５λ程度になるまで絞って取り付け位置の調整を行う。
図１９は、前記波面収差の形状と０．５λ以下の範囲を太線で表したものである。
ただし、λはたとえば可視光領域、赤外領域の波長を用いる。
【００９４】
なお、図１８に示す形状は、一例であって、光波面変調素子が、光学系の光軸をｚ軸とし、互いに直交する２軸をｘ、ｙとしたとき、位相が下記式で表されるものであれば適用可能である。
【００９５】
【数６】
【００９６】
画像処理装置２４０は、上述したように、撮像素子２２０による１次画像ＦＩＭを受けて、１次画像の空間周波数におけるＭＴＦをいわゆる持ち上げる所定の補正処理等を施して高精細な最終画像ＦＮＬＩＭを形成する。
【００９７】
画像処理装置２４０のＭＴＦ補正処理は、たとえば図２０の曲線Ａで示すように、本質的に低い値になっている１次画像のＭＴＦを、空間周波数をパラメータとしてエッジ強調、クロマ強調等の後処理にて、図２０中曲線Ｂで示す特性に近づく（達する）ような補正を行う。
図２０中曲線Ｂで示す特性は、たとえば本実施形態のように、波面形成用光学素子を用いずに波面を変形させない場合に得られる特性である。
なお、本実施形態における全ての補正は、空間周波数のパラメータによる。
【００９８】
本実施形態においては、図２０に示すように、光学的に得られる空間周波数に対するＭＴＦ特性曲線Ａに対して、最終的に実現したいＭＴＦ特性曲線Ｂを達成するためには、それぞれの空間周波数に対し、図２１に示すようにエッジ強調等の強弱を付け、元の画像（１次画像）に対して補正をかける。
たとえば、図２０のＭＴＦ特性の場合、空間周波数に対するエッジ強調の曲線は、図２１に示すようになる。
【００９９】
すなわち、空間周波数の所定帯域内における低周波数側および高周波数側でエッジ強調を弱くし、中間周波数領域においてエッジ強調を強くして補正を行うことにより、所望のＭＴＦ特性曲線Ｂを仮想的に実現する。
【０１００】
このように、実施形態に係る撮像装置２００は、基本的に、１次画像を形成する光学系２１０および撮像素子２２０と、１次画像を高精細な最終画像に形成する画像処理装置２４０からなり、光学系システムの中に、波面成形用の光学素子を新たに設けるか、またはガラス、プラスチックなどのような光学素子の面を波面成形用に成形したものを設けることにより、結像の波面を変形（変調）し、そのような波面をＣＣＤやＣＭＯＳセンサからなる撮像素子２２０の撮像面（受光面）に結像させ、その結像１次画像を、画像処理装置２４０を通して高精細画像を得る画像形成システムである。
本実施形態では、撮像素子２２０による１次画像は深度が非常に深い光束条件にしている。そのために、１次画像のＭＴＦは本質的に低い値になっており、そのＭＴＦの補正を画像処理装置２４０で行う。
【０１０１】
ここで、本実施形態における撮像装置２００における結像のプロセスを、波動光学的に考察する。
物点の１点から発散された球面波は結像光学系を通過後、収斂波となる。そのとき、結像光学系が理想光学系でなければ収差が発生する。波面は球面でなく複雑な形状となる。幾何光学と波動光学の間を取り持つのが波面光学であり、波面の現象を取り扱う場合に便利である。
結像面における波動光学的ＭＴＦを扱うとき、結像光学系の射出瞳位置における波面情報が重要となる。
ＭＴＦの計算は結像点における波動光学的強度分布のフーリエ変換で求まる。その波動光学的強度分布は波動光学的振幅分布を２乗して得られるが、その波動光学的振幅分布は射出瞳における瞳関数のフーリエ変換から求まる。
さらにその瞳関数はまさに射出瞳位置における波面情報（波面収差）そのものからであることから、その光学系２１０を通して波面収差が厳密に数値計算できればＭＴＦが計算できることになる。
【０１０２】
したがって、所定の手法によって射出瞳位置での波面情報に手を加えれば、任意に結像面におけるＭＴＦ値は変更可能である。
本実施形態においても、波面の形状変化を波面形成用光学素子で行うのが主であるが、まさにｐｈａｓｅ（位相、光線に沿った光路長）に増減を設けて目的の波面形成を行っている。
そして、目的の波面形成を行えば、射出瞳からの射出光束は、図９（Ａ）〜（Ｃ）に示す幾何光学的なスポット像からわかるように、光線の密な部分と疎の部分から形成される。
この光束状態のＭＴＦは空間周波数の低いところでは低い値を示し、空間周波数の高いところまでは何とか解像力は維持している特徴を示している。
すなわち、この低いＭＴＦ値（または、幾何光学的にはこのようなスポット像の状態）であれば、エリアジングの現象を発生させないことになる。
つまり、ローパスフィルタが必要ないのである。
そして、後段のＤＳＰ等からなる画像処理装置２４０でＭＴＦ値を低くしている原因のフレアー的画像を除去すれば良いのである。それによってＭＴＦ値は著しく向上する。
【０１０３】
次に、本実施形態および従来光学系のＭＴＦのレスポンスについて考察する。
【０１０４】
図２２は、従来の光学系の場合において物体が焦点位置にあるときと焦点位置から外れたときのＭＴＦのレスポンス（応答）を示す図である。
図２３は、光波面変調素子を有する本実施形態の光学系の場合において物体が焦点位置にあるときと焦点位置から外れたときのＭＴＦのレスポンスを示す図である。
また、図２４は、本実施形態に係る撮像装置のデータ復元後のＭＴＦのレスポンスを示す図である。
【０１０５】
図からもわかるように、光波面変調素子を有する光学系の場合、物体が焦点位置から外れた場合でもＭＴＦのレスポンスの変化が光波面変調素子を挿入してない光学系よりも少なくなる。
この光学系によって結像された画像を、コンボリューションフィルタによる処理によって、ＭＴＦのレスポンスが向上する。
【０１０６】
図２３に示した、位相板を持つ光学系のＯＴＦの絶対値（ＭＴＦ）はナイキスト周波数において０．１以上であることが好ましい。
なぜなら、図２４に示した復元後のＯＴＦを達成するためには復元フィルタでゲインを上げることになるが、センサのノイズも同時に上げることになる。そのため、ナイキスト周波数付近の高周波ではできるたけゲインを上げずに復元を行うことが好ましい。
通常の光学系の場合、ナイキスト周波数でのＭＴＦが０．１以上あれば解像する。
したがって、復元前のＭＴＦが０．１以上あれば復元フィルタでナイキスト周波数でのゲインを上げずに済む。復元前のＭＴＦが０．１未満であると、復元画像がノイズの影響を大きく受けた画像になるため好ましくない。
【０１０７】
次に、画像処理装置２４０のボケ画像復元処理について説明する。
図２５は、一般的な光学系のベストフォーカス（ＢｅｓｔＦｏｒｃｕｓ）位置でのＭＴＦ（Modulation Transfer Function：振幅伝達関数）特性図である。
図２６は、本実施形態の光学系のＭＴＦ特性を示す図である。
【０１０８】
本実施形態の光学系２１０を通過して撮像素子２２０で得られた撮像画像はボケているため中域〜高域にかけてＭＴＦが低下している。このＭＴＦを演算によって上昇させる。レンズ単体の振幅特性であるＭＴＦに対し、画像処理を含めたトータルの振幅特性はＳＦＲ（Spatial Frequency Response）と呼ばれている。
ボケ画像を発生させるＰＳＦの周波数特性がＭＴＦであるので、これから所望のＳＦＲ特性まで引き上げるゲイン特性に設計してできたものがボケ復元フィルタである。どの程度のゲインにするかはノイズや偽像とのバランスで決めていく。
【０１０９】
このボケ復元フィルタを元画像にデジタルフィルタリングする方法は、画像をフーリエ変換し周波数領域でフィルタと周波数毎に積を取る方法と、空間領域でコンボリューション（Convolution）演算（畳み込み演算）を行なう方法がある。ここでは後者での実現方法を説明する。コンボリューション演算は下記の式で表される。
【０１１０】
【数７】
【０１１１】
ただし、ｆはフィルタ（ｆｉｌｔｅｒ）カーネルを示している（ここでは計算を容易にするために１８０度回転済みのものを使用している）。
また、Ａは元画像、Ｂはフィルタリングされた画像（ボケ復元画像）を示している。
この式から分かる通り、ｆを画像に重ねて各タップ同士の積和した結果をその重ねた中心座標の値とすることである。
【０１１２】
次に、図２７（Ａ）〜（Ｃ）に関連付けて３＊３のフィルタを例に挙げ具体的に説明する。
図２７（Ａ）の復元フィルタ（既に１８０度回転済み）を図２７（Ｂ）に示すボケ画像のＡ(i,j)上にフィルタの中心ｆ(0,0)を重ね、各タップ同士の積をとりこの９個の総和値を図２７（Ｃ)に示すボケ復元画像のＢ(i,j)とする。
(i,j)を画像全体に渡ってスキャンすると新たなＢ画像が生成される。これがデジタルフィルタである。ここではフィルタがボケ復元目的であるので、この処理を行なうことでボケ復元処理を実施することができる。
【０１１３】
次に、画像処理装置２４０の構成および処理について説明する。
図２８は、本実施形態に係る画像処理装置の構成例を示すブロック図である。
【０１１４】
画像処理装置２４０は、図２８に示すように、生（ＲＡＷ）バッファメモリ２４１、コンボリューション演算器２４２、記憶手段としてのカーネルデータ格納ＲＯＭ２４３、およびコンボリューション制御部２４４を有する。
【０１１５】
コンボリューション制御部２４４は、コンボリューション処理のオンオフ、画面サイズ、カーネルデータの入れ替え等の制御を行い、制御装置２５０により制御される。
【０１１６】
また、カーネルデータ格納ＲＯＭ２４３には、図２９および図３０に示すように予め用意されたそれぞれの光学系のＰＳＦにより算出されたコンボリューション用のカーネルデータが格納されており、制御装置２５０によって情報コードおよび、または物体距離情報を取得し、コンボリューション制御部２４４を通じてカーネルデータを選択制御する。
【０１１７】
図２９の例では、カーネルデータＡは光学倍率（×１．５）、カーネルデータＢは光学倍率（×５）、カーネルデータＣは光学倍率（×１０）に対応したデータとなっている。
【０１１８】
また、図３０の例では、カーネルデータＡは物体距離情報が１００ｍｍ、カーネルデータＢは物体距離が５００ｍｍ、カーネルデータＣは物体距離が４ｍに対応したデータとなっている。
【０１１９】
図３１は、制御装置２５０の情報コードにより切り替え処理のフローチャートである。
まず、情報コードの種類(特性)が取得されコンボリューション制御部２４４に供給される（ＳＴ１０１）。
コンボリューション制御部２４４においては、供給された情報から、カーネルサイズ、数値演係数がレジスタにセットされる（ＳＴ１０２）。
そして、撮像素子２２０で撮像され、二次元コンボリューション演算部２４２に入力された画像データに対して、レジスタに格納されたデータに基づいてコンボリューション演算が行われ、演算され変換されたデータが制御粗プチ２５０に転送される（ＳＴ１０３）。
なお、本実施形態では、情報コードの種類に重点をおいたフローチャートであり、特性（種類）としているが、特性としては情報コードの種類だけでなく、上述した距離情報等の情報コードの状態も含めて特性としてもよい。
【０１２０】
以下に画像処理装置２４０の信号処理部とカーネルデータ格納ＲＯＭについてさらに具体的な例について説明する。
【０１２１】
図３２は、信号処理部とカーネルデータ格納ＲＯＭについての第１の構成例を示す図である。
図３２の例は取得情報に応じたフィルタカーネルを予め用意した場合のブロック図である。
【０１２２】
情報コードの種類(特性)を取得し、コンボリューション制御部２４４を通じてカーネルデータを選択制御する。２次元コンボリューション演算部２４２においては、カーネルデータを用いてコンボリューション処理を施す。
【０１２３】
図３３は、信号処理部とカーネルデータ格納ＲＯＭについての第２の構成例を示す図である。
図３３の例は、信号処理部の最初にノイズ低減フィルタ処理のステップを有し、フィルタカーネルデータとして露出情報に応じたノイズ低減フィルタ処理ＳＴ１を予め用意した場合のブロック図である。
【０１２４】
情報コードの種類(特性)を取得し、コンボリューション制御部２４４を通じてカーネルデータを選択制御する。
２次元コンボリューション演算部２４２においては、前記ノイズ低減フィルタＳＴ１を施した後、カラーコンバージョン処理ＳＴ２によって色空間を変換、その後カーネルデータを用いてコンボリューション処理ＳＴ３を施す。
再度ノイズ処理ＳＴ４を行い、カラーコンバージョン処理ＳＴ５によって元の色空間に戻す。カラーコンバージョン処理は、たとえばＹＣｂＣｒ変換が挙げられるが、他の変換でも構わない。
なお、再度のノイズ処理ＳＴ４は省略することも可能である。
【０１２５】
図３４は、信号処理部とカーネルデータ格納ＲＯＭについての第３の構成例を示す図である。
図３４の例は、露出情報に応じたＯＴＦ復元フィルタを予め用意した場合のブロック図である。
【０１２６】
情報コードの種類(特性)を取得し、コンボリューション制御部２４４を通じてカーネルデータを選択制御する。
２次元コンボリューション演算部２４２は、ノイズ低減処理ＳＴ１１、カラーコンバージョン処理ＳＴ１２の後に、前記ＯＴＦ復元フィルタを用いてコンボリューション処理ＳＴ１３を施す。
再度ノイズ処理ＳＴ１４を行い、カラーコンバージョン処理ＳＴ１５によって元の色空間に戻す。カラーコンバージョン処理は、たとえばＹＣｂＣｒ変換が挙げられるが、他の変換でも構わない。
なお、ノイズ低減処理ＳＴ１１、ＳＴ１４は、いずれか一方のみでもよい。
【０１２７】
図３５は、信号処理部とカーネルデータ格納ＲＯＭについての第４の構成例を示す図である。なお、簡単化のためにＡＦＥ等は省略している。
図３５の例は、ノイズ低減フィルタ処理のステップを有し、フィルタカーネルデータとして露出情報に応じたノイズ低減フィルタを予め用意した場合のブロック図である。
なお、再度のノイズ処理ＳＴ４は省略することも可能である。
情報コードの種類(特性)を取得し、コンボリューション制御部２４４を通じてカーネルデータを選択制御する。
２次元コンボリューション演算部２４２においては、ノイズ低減フィルタ処理ＳＴ２１を施した後、カラーコンバージョン処理ＳＴ２２によって色空間を変換、その後カーネルデータを用いてコンボリューション処理ＳＴ２３を施す。
再度、露出情報に応じたノイズ処理ＳＴ２４を行い、カラーコンバージョン処理ＳＴ２５によって元の色空間に戻す。カラーコンバージョン処理は、たとえばＹＣｂＣｒ変換が挙げられるが、他の変換でも構わない。
なお、ノイズ低減処理ＳＴ２１は省略することも可能である。
【０１２８】
以上は情報コードの種類(特性)情報に応じて２次元コンボリューション演算部１４２においてフィルタ処理を行う例を説明したが、たとえば情報コードおよび被写体距離情報により、より適した演算係数の抽出、あるいは演算を行うことが可能となる。
【０１２９】
図３６は、被写体距離情報と情報コードの種類(特性)情報とを組み合わせる画像処理装置の構成例を示す図である。
図３６は、撮像素子２２０からの被写体分散画像信号より分散のない画像信号を生成するが画像処理装置２４０Ａの構成例を示している。
【０１３０】
画像処理装置２４０Ａは、図３６に示すように、コンボリューション装置２４０１、カーネル・数値演算係数格納レジスタ２４０２、および画像処理演算プロセッサ２４０３を有する。
【０１３１】
この画像処理装置２４０Ａにおいては、物体概略距離情報検出装置４００から読み出した被写体の物体距離の概略距離に関する情報および露出情報を得た画像処理演算プロセッサ２４０３では、その物体離位置に対して適正な演算で用いる、カーネルサイズやその演算係数をカーネル、数値算係数格納レジスタ２４０２に格納し、その値を用いて演算するコンボリューション装置２４０１にて適正な演算を行い、画像を復元する。
【０１３２】
上述のように、光波面変調素子としての位相板(Wavefront Coding optical element)を備えた撮像装置の場合、所定の焦点距離範囲内であればその範囲内に関し画像処理によって適正な収差のない画像信号を生成できるが、所定の焦点距離範囲外の場合には、画像処理の補正に限度があるため、前記範囲外の被写体のみ収差のある画像信号となってしまう。
また一方、所定の狭い範囲内に収差が生じない画像処理を施すことにより、所定の狭い範囲外の画像にぼけ味を出すことも可能になる。
本例においては、主被写体までの距離を、距離検出センサを含む物体概略距離情報検出装置４００により検出し、検出した距離に応じて異なる画像補正の処理を行うことにように構成されている。
【０１３３】
上記の画像処理はコンボリューション演算により行うが、これを実現するには、たとえばコンボリューション演算の演算係数を共通で１種類記憶しておき、焦点距離に応じて補正係数を予め記憶しておき、この補正係数を用いて演算係数を補正し、補正した演算係数で適性なコンボリューション演算を行う構成をとることができる。
この構成の他にも、以下の構成を採用することが可能である。
【０１３４】
焦点距離に応じて、カーネルサイズやコンボリューションの演算係数自体を予め記憶しておき、これら記憶したカーネルサイズや演算係数でコンボリューション演算を行う構成、焦点距離に応じた演算係数を関数として予め記憶しておき、焦点距離によりこの関数より演算係数を求め、計算した演算係数でコンボリューション演算を行う構成等、を採用することが可能である。
【０１３５】
図３６の構成に対応付けると次のような構成をとることができる。
【０１３６】
変換係数記憶手段としてのレジスタ２４０２に被写体距離に応じて少なくとも位相板２１３ａに起因する収差に対応した変換係数を少なくとも２以上予め記憶する。画像処理演算プロセッサ２４０３が、被写体距離情報生成手段としての物体概略距離情報検出装置４００により生成された情報に基づき、レジスタ２４０２から被写体までの距離に応じた変換係数を選択する係数選択手段として機能する。
そして、変換手段としてのコンボリューション装置２４０１が、係数選択手段としての画像処理演算プロセッサ２４０３で選択された変換係数によって、画像信号の変換を行う。
【０１３７】
または、前述したように、変換係数演算手段としての画像処理演算プロセッサ２４０３が、被写体距離情報生成手段としての物体概略距離情報検出装置４００により生成された情報に基づき変換係数を演算し、レジスタ２４０２に格納する。
そして、変換手段としてのコンボリューション装置２４０１が、変換係数演算手段としての画像処理演算プロセッサ２４０３で得られレジスタ２４０２に格納された変換係数によって、画像信号の変換を行う。
【０１３８】
なお、上述のように、光波面変調素子としての位相板を備えた撮像装置の場合、所定の焦点距離範囲内であればその範囲内に関し画像処理によって適正な収差のない画像信号を生成できるが、所定の焦点距離範囲外の場合には、画像処理の補正に限度があるため、前記範囲外の被写体のみ収差のある画像信号となってしまう。
また一方、所定の狭い範囲内に収差が生じない画像処理を施すことにより、所定の狭い範囲外の画像にぼけ味を出すことも可能になる。
【０１３９】
以上説明したように、本実施形態によれば、１次画像を形成する光波面変調素子を含む光学系２１０および撮像素子２２０と、１次画像を高精細な最終画像に形成する画像処理装置２４０と、読み込んだ情報コードの特性(種類)を判断してそれに合わせ光波面変調素子の配置位置から最適な状態に回転制御を行い、また、一つの光波面変調素子に対し複数の復元用フィルタを用い、情報コードの種類に対応した復元フィルタに切り換えるように制御する制御装置２５０と、を有することから、特性の異なる情報コードを読み取る場合であっても良好な復元画像を得ることができ、実用に即した情報コード読取装置を実現することができる利点がある。
たとえば、読み取った情報コードがＪＡＮコードのような１次元のバーコードである場合には、２方向（縦方向と横方向）の要素であることから、その方向に合わせた回転制御を行って最適なＰＳＦの出力信号を用いれば一つの光波面変調素子ですべての情報コードに対応してより復元後の品質が向上できる。併せて、被写界深度の調整も可能になる。
すなわち、読み取った情報コードがＪＡＮコードのような１次元のバーコードである場合には、２方向（縦方向と横方向）の復元に重点をおき、ＱＲコードのような２次元のコードである場合は、斜め方向の復元に重点をおいた復元を行うことにより、情報コードに対応して、より復元後の品質が向上できる。
【０１４０】
また、２次元の情報コードの場合の光学系２１０と撮像素子２２０の取り付け位置は、光学系を通過した中心において回転非対称で頂部を有する点像強度分布（ＰＳＦ）に係る出力信号が、ＰＳＦの頂部に対向する縁部において、直線的に配列される複数の画素にまで入力するように設定されていることから、撮像素子２２０と光波面変調素子としての位相変調素子（位相板）２１３ａを復元に適した配置することができ、公差の緩い深度拡張光学系を実現できる。
その結果、復元画が良好となるようなボカシを実現でき、適切な画質の、ノイズの影響が小さく、良好な復元画像を得ることができる利点がある。
また、光学系を簡単化でき、コスト低減を図ることができ、しかも適切な画質の、ノイズの影響が小さい復元画像を得ることができる利点がある。
また、コンボリューション演算時に用いるカーネルサイズやその数値演算で用いられる係数を可変とし、操作部等の入力により知り、適性となるカーネルサイズや上述した係数を対応させることにより、倍率やデフォーカス範囲を気にすることなくレンズ設計ができ、かつ精度の高いコンボリュ−ションによる画像復元が可能となる利点がある。
【０１４１】
また、本実施形態においては、結像レンズ２１２による撮像素子２２０の受光面への結像の波面を変形させる波面形成用光学素子を有する撮像レンズ系と、撮像素子２２０による１次画像ＦＩＭを受けて、１次画像の空間周波数におけるＭＴＦをいわゆる持ち上げる所定の補正処理等を施して高精細な最終画像ＦＮＬＩＭを形成する画像処理装置２４０とを有することから、高精細な画質を得ることが可能となるという利点がある。
また、光学系２１０の構成を簡単化でき、製造が容易となり、コスト低減を図ることができる。
【０１４２】
ところで、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサを撮像素子として用いた場合、画素ピッチから決まる解像力限界が存在し、光学系の解像力がその限界解像力以上であるとエリアジングのような現象が発生し、最終画像に悪影響を及ぼすことは周知の事実である。
画質向上のため、可能な限りコントラストを上げることが望ましいが、そのことは高性能なレンズ系を必要とする。
【０１４３】
しかし、上述したように、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサを撮像素子として用いた場合、エリアジングが発生する。
現在、エリアジングの発生を避けるため、撮像レンズ装置では、一軸結晶系からなるローパスフィルタを併用し、エリアジングの現象の発生を避けている。
このようにローパスフィルタを併用することは、原理的に正しいが、ローパスフィルタそのものが結晶でできているため、高価であり、管理が大変である。また、光学系に使用することは光学系をより複雑にしているという不利益がある。
【０１４４】
以上のように、時代の趨勢でますます高精細の画質が求められているにもかかわらず、高精細な画像を形成するためには、従来の撮像レンズ装置では光学系を複雑にしなければならない。複雑にすれば、製造が困難になったりし、また高価なローパスフィルタを利用したりするとコストアップにつながる。
しかし、本実施形態によれば、ローパスフィルタを用いなくとも、エリアジングの現象の発生を避けることができ、高精細な画質を得ることができる。
【０１４５】
なお、本実施形態において、光学系の波面形成用光学素子を絞りより物体側レンズよりに配置した例を示したが、絞りと同一あるいは絞りより結像レンズ側に配置しても前記と同様の作用効果を得ることができる。
【０１４６】
なお、上述した実施形態においては、読み込んだ情報コードの特性(種類)を判断してそれに合わせ光波面変調素子の配置位置から最適な状態に回転制御を行い、また、一つの光波面変調素子に対し複数の復元用フィルタを用い、情報コードの種類に対応した復元フィルタに切り換えるように制御するように構成したが、本発明はこれに限定されるものではい。
たとえば、特性の異なる複数の光波面変調素子と複数の復元用フィルタを、情報コードおよび、または物体距離情報に応じて選択切換部２３０により最適な状態に切り換えるように構成することも可能である。この場合も、特性の異なる情報コードを読み取る場合であっても良好な復元画像を得ることができる。
【０１４７】
図３７および図３８は、複数の光波面変調素子を用いる場合の選択切換部の構成例を示す図である。
【０１４８】
図３７の選択切換部２３０Ｂは、変調特性の異なる複数（本例では３または４）の位相板２１３ａ−１〜２１３ａ−４を、回転中心を持った回転可動な部品２３１Ｂに同心円上の軌跡に沿って配置し、部品２３１Ｂの縁部とモータ２３２Ｂの回転軸に取り付けた歯車２３３Ｂと噛合させて、制御装置２５０の制御信号ＣＴＬ１に応じて、所望の位相板２１３ａ−１（〜−４）を光軸中心ＡＸを含む光路に挿入（位置させ）あるいは退避させる。これにより、撮影情報に応じて光波面変調を実現している。
【０１４９】
図３８の選択切換部２３０Ｃは、変調特性の異なる複数（本例では１または２）の位相板２１３ａ−１，２１３ａ−２を、板状の部品２３４に光軸中心と直交する方向に並列に配置し、同心円上の軌跡に沿って配置し、部品２３４の一縁部とモータ２３５の回転軸に取り付けた歯車２３６と噛合させて、制御装置２５０の制御信号ＣＴＬ１に応じて、所望の位相板２１３ａ−１（，−２）を光軸中心ＡＸを含む光路に挿入（位置させ）あるいは退避させる。これにより、撮影情報に応じて光波面変調を実現している。
【０１５０】
なお、図３７および図３８の例では、部品２３１Ｂ，２３４の位相板の配置位置すべてに位相板を配置しているが、たとえば、位相板を配置しない部分を設け、情報に応じて光波面変調を施さないで撮像素子２２０に入射させるように構成することも可能である。
このような構成を採用すると、絞りを所定値以上（図１８では０．５λ以下）絞った場合は、位相面の影響を受けないため、位相板を配置する必要が無い状態でも良い場合には位相板を退避させておくことができる。
【０１５１】
また、単純にひとつの位相板等の光波面変調素子を光路に挿入あるいは退避させて、光路に光波面変調素子を配置するあるいは光波面変調処理を施さないように構成することも可能である。
さらに、ひとつの位相板当の光波面変調素子を光路上に固定させ、別の位相板等の光波面変調素子を光路に挿入あるいは退避させるように構成することも可能である。
【０１５２】
以上、制御の簡易性やスペースの有効性の高いと考えられる複数の位相板を一部品化したもののみを例示したが、一部品に構成せず各々複数個の光波面変調素子（位相板等）を出し入れする方法も採用することも可能である。
【０１５３】
なお、図４の光学系は一例であり、本発明は図４の光学系に対して用いられるものとは限らない。また、スポット形状についても図５および図６は一例であり、本実施形態のスポット形状は、図５および図６に示すものとは限らない。
また、図２９、および図３０のカーネルデータ格納ＲＯＭに関しても、光学倍率、Ｆナンバやそれぞれのカーネルのサイズ、値に対して用いられるものとは限らない。また用意するカーネルデータの数についても３個とは限らない。
【図面の簡単な説明】
【０１５４】
【図１】本発明の実施形態に係る情報コード読取装置の一例を示す外観図である。
【図２】情報コードを例を示す図である。
【図３】図１の情報コード読取装置に適用される撮像装置の構成例を示すブロックである。
【図４】本実施形態に係る光学系の構成例を模式的に示す図である。
【図５】広角側の像高中心のスポット形状を示す図である。
【図６】望遠側の像高中心のスポット形状を示す図である。
【図７】本実施形態に係る選択切換部の構成例を示す図である。
【図８】ＤＥＯＳの原理を説明するための図である。
【図９】本実施形態に係る撮像素子の受光面でのスポット像を示す図であって、（Ａ）は焦点が０．２ｍｍずれた場合（Ｄｅｆｏｃｕｓ＝０．２ｍｍ）、（Ｂ）が合焦点の場合（Ｂｅｓｔ ｆｏｃｕｓ）、（Ｃ）が焦点が−０．２ｍｍずれた場合（Ｄｅｆｏｃｕｓ＝−０．２ｍｍ）の各スポット像を示す図である。
【図１０】本実施形態に係る撮像素子により形成される１次画像のＭＴＦについて説明するための図であって、（Ａ）は撮像レンズ装置の撮像素子の受光面でのスポット像を示す図で、（Ｂ）が空間周波数に対するＭＴＦ特性を示している。
【図１１】基準位置と所定角度回転後のアナログＰＳＦを示す図である。
【図１２】図１１のアナログＰＳＦのＡ／Ｄ変換後のデジタルＰＳＦを示す図である。
【図１３】図１２のデジタルＰＳＦのＭＴＦを示す図である。
【図１４】基準位置の場合のアナログＰＳＦと、デジタルＰＳＦを模式的に示す図である。
【図１５】４５度回転後のアナログＰＳＦと、デジタルＰＳＦを模式的に示す図である。
【図１６】本実施形態に係る調整装置の構成例を示すブロック図である。
【図１７】光学系と撮像素子の位置調整処理を説明するための図である。
【図１８】本実施形態の光波面変調素子を含む光学系の光軸をｚ軸とし、互いに直交する２軸をｘ、ｙとしたとき、式で表される波面収差の形状を示す図である。
【図１９】波面収差の形状と０．５λ以下の範囲を太線で表した図である。
【図２０】本実施形態に係る画像処理装置におけるＭＴＦ補正処理を説明するための図である。
【図２１】本実施形態に係る画像処理装置におけるＭＴＦ補正処理を具体的に説明するための図である。
【図２２】従来の光学系の場合において物体が焦点位置にあるときと焦点位置から外れたときのＭＴＦのレスポンス（応答）を示す図である。
【図２３】光波面変調素子を有する本実施形態の光学系の場合において物体が焦点位置にあるときと焦点位置から外れたときのＭＴＦのレスポンスを示す図である。
【図２４】本実施形態に係る撮像装置のデータ復元後のＭＴＦのレスポンスを示す図である。
【図２５】一般的な光学系のベストフォーカス（ＢｅｓｔＦｏｒｃｕｓ）位置でのＭＴＦ（Modulation Transfer Function 振幅伝達関数）特性図である。
【図２６】本実施形態の光学系のＭＴＦ特性を示す図である。
【図２７】本実施形態におけるボケ復元処理の説明図である。
【図２８】本実施形態に係る画像処理装置の構成例を示すブロック図である。
【図２９】カーネルデータＲＯＭの格納データの一例を示す図である。
【図３０】カーネルデータＲＯＭの格納データの他例を示す図である。
【図３１】情報コードの特性（種類）に応じた画像処理の概要を示すフローチャートである。
【図３２】信号処理部とカーネルデータ格納ＲＯＭについての第１の構成例を示す図である。
【図３３】信号処理部とカーネルデータ格納ＲＯＭについての第２の構成例を示す図である。
【図３４】信号処理部とカーネルデータ格納ＲＯＭについての第３の構成例を示す図である。
【図３５】信号処理部とカーネルデータ格納ＲＯＭについての第４の構成例を示す図である。
【図３６】被写体距離情報と露出情報とを組み合わせる画像処理装置の構成例を示す図である。
【図３７】複数の光波面変調素子を用いる場合の選択切換部の構成例を示す図である。
【図３８】複数の光波面変調素子を用いる場合の選択切換部の他の構成例を示す図である。
【図３９】一般的な撮像レンズ装置の構成および光束状態を模式的に示す図である。
【図４０】図３９の撮像レンズ装置の撮像素子の受光面でのスポット像を示す図であって、（Ａ）は焦点が０．２ｍｍずれた場合（Ｄｅｆｏｃｕｓ＝０．２ｍｍ）、（Ｂ）が合焦点の場合（Ｂｅｓｔ ｆｏｃｕｓ）、（Ｃ）が焦点が−０．２ｍｍずれた場合（Ｄｅｆｏｃｕｓ＝−０．２ｍｍ）の各スポット像を示す図である。
【符号の説明】
【０１５５】
１００・・・情報コード読取装置、１２１・・・情報コード、２００・・・撮像装置、２１０・・・光学系、２２０・・・撮像素子、２３０・・・選択切換部、２４０・・・画像処理装置、２５０・・・制御装置、２１１・・・物体側レンズ、２１２・・・結像レンズ、２１３・・・波面形成用光学素子、２１３ａ・・・位相板（光波面変調素子）、２４２・・・コンボリューション演算器、２４３・・・カーネルデータＲＯＭ、２４４・・・コンボリューション制御部、３００・・・調整装置、３１０・・・レンズ調整駆動部、３１１・・・小絞り、３１２・・・レンズ(光学系)、３１３・・・モータドライバ、３２０・・・センサ（撮像素子）、３３０・・・ＡＦＥ（アナログフロントエンド部）、３４０・・・ＲＡＷバッファメモリ、３５０・・・画像信号処理部、３６０・・・調整制御部、３７０・・・画像表示部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子を用い、光学系を備えた撮像装置、その製造装置および製造方法、並びに情報コード読取装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年急峻に発展を遂げている情報のデジタル化に相俟って映像分野においてもその対応が著しい。
特に、デジタルカメラに象徴されるように撮像面は従来のフィルムに変わって固体撮像素子であるＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ），ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサが使用されているのが大半である。
【０００３】
このように、撮像素子にＣＣＤやＣＭＯＳセンサを使った撮像レンズ装置は、被写体の映像を光学系により光学的に取り込んで、撮像素子により電気信号として抽出するものであり、デジタルスチルカメラの他、ビデオカメラ、デジタルビデオユニット、パーソナルコンピュータ、携帯電話機、携帯情報端末（ＰＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ ＤｉｇｉｔａｌＡｓｓｉｓｔａｎｔ）、画像検査装置、自動制御用産業カメラ等に用いられている。
【０００４】
図３９は、一般的な撮像レンズ装置の構成および光束状態を模式的に示す図である。
この撮像レンズ装置１は、光学系２とＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子３とを有する。
光学系は、物体側レンズ２１，２２、絞り２３、および結像レンズ２４を物体側（ＯＢＪＳ）から撮像素子３側に向かって順に配置されている。
【０００５】
撮像レンズ装置１においては、図３９に示すように、ベストフォーカス面を撮像素子面上に合致させている。
図４０（Ａ）〜（Ｃ）は、撮像レンズ装置１の撮像素子３の受光面でのスポット像を示している。
【０００６】
また、位相板により光束を規則的に分散し、デジタル処理により復元させ被写界深度の深い画像撮影を可能にする等の撮像装置が提案されている（たとえば非特許文献１，２、特許文献１〜５参照）。
また、伝達関数を用いたフィルタ処理を行うデジタルカメラの自動露出制御システムが提案されている（たとえば特許文献６参照）。
【非特許文献１】“Wavefront Coding;jointly optimized optical and digital imaging systems”,Edward R.Dowski,Jr.,Robert H.Cormack,Scott D.Sarama.
【非特許文献２】“Wavefront Coding;A modern method of achieving high performance and/or low cost imaging systems”,Edward R.Dowski,Jr.,Gregory E.Johnson.
【特許文献１】ＵＳＰ６，０２１，００５
【特許文献２】ＵＳＰ６，６４２，５０４
【特許文献３】ＵＳＰ６，５２５，３０２
【特許文献４】ＵＳＰ６，０６９，７３８
【特許文献５】特開２００３−２３５７９４号公報
【特許文献６】特開２００４−１５３４９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した各文献にて提案された撮像装置においては、その全ては通常光学系に上述の位相板を挿入した場合のＰＳＦ（Ｐｏｉｎｔ−Ｓｐｒｅａｄ−Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）が一定になっていることが前提であり、ＰＳＦが変化した場合は、その後のカーネルを用いたコンボリューションにより、被写界深度の深い画像を実現することは極めて難しい。
したがって、単焦点でのレンズではともかく、ズーム系やＡＦ系などのレンズでは、その光学設計の精度の高さやそれに伴うコストアップが原因となり採用するには大きな問題を抱えている。
換言すれば、従来の撮像装置においては、適正なコンボリューション演算を行うことができず、ワイド（Ｗｉｄｅ）時やテレ（Ｔｅｌｅ）時のスポット（ＳＰＯＴ）像のズレを引き起こす非点収差、コマ収差、ズーム色収差等の各収差を無くす光学設計が要求される。
しかしながら、これらの収差を無くす光学設計は光学設計の難易度を増し、設計工数の増大、コスト増大、レンズの大型化の問題を引き起こす。
【０００８】
また、上述した各文献に開示された装置においては、たとえば暗所における撮影で、信号処理によって画像を復元する際、ノイズも同時に増幅してしまう。
したがって、たとえば上述した位相板等の光波面変調素子とその後の信号処理を用いるような、光学系と信号処理を含めた光学システムでは、暗所での撮影を行う場合、ノイズが増幅してしまい、復元画像に影響を与えてしまうという不利益がある。
【０００９】
さらに、上記技術では、たとえば明るい被写体の撮影で、絞りを絞った場合、位相変調素子が絞りで覆われるため、位相変化が小さくなり、画像復元処理を行うと復元画像に影響を与えてしまうという不利益がある。
【００１０】
さらにまた、上記技術では、画像復元処理前の画像は物体距離によらず常に光学像がボケた状態になっているため、復元処理を行わなければ画質としての完成度が低い。
たとえ復元処理を行ってもボカして復元するという工程上、完全には復元することは困難である。そのため、復元画が良好となるようなボカシ方をする必要がある。
【００１１】
また、上述した位相板により光束を規則的に分散し、デジタル処理により復元させ被写界深度の深い画像撮影を可能にする等の撮像装置をバーコード等の情報コード読取装置に適用することも可能である。
バーコードとしては、たとえばＪＡＮコードのような１次元のバーコードとＱＲコードのような２次元のバーコードが実用に供されている。
しかし、これら１次元と２次元のバーコードとは特性が異なっており、上記撮像装置を用いたバーコード読取装置では、両コードの特性に応じて的確に高精度で読み取ることは困難である。
【００１２】
本発明は、復元画が良好となるようなボカシを実現でき、また、光学系を簡単化でき、コスト低減を図ることができ、適切な画質の、ノイズの影響が小さく、特性の異なる情報コードを読み取る場合であっても良好な復元画像を得ることが可能な撮像装置、その製造装置および製造方法、並びに情報コード読取装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の観点の撮像装置は、中心において回転非対称な点像強度分布（ＰＳＦ）により形成され、光学的伝達関数（ＯＴＦ）を変調させる光波面変調素子を含む光学系と、前記光学系を通過した被写体である情報コードの像を撮像する撮像素子と、前記撮像素子からの被写体の画像信号に対して所定の処理を施す画像処理部と、前記撮像した情報コードの種類および状態のうちの少なくとも一方を判定する判定する判定部と、前記判定部の判定結果に応じて、前記光学系を通過したＰＳＦに係る出力信号が入力する画素数が異なるように前記光学系と前記撮像素子との相対的な位置関係を切り換える切換部とを有する。
【００１４】
好適には、前記切換部は、前記光波面変調素子を前記光学系の光軸を中心に回転させる機能を有する。
【００１５】
好適には、前記情報コードには、１次元的な情報を有する１次元コードと２次元的な情報を有する２次元コードを含み、前記切換部は、１次元コードの場合より２次元コードの場合の方が前記光学系を通過したＰＳＦに係る出力信号が入力する画素数が多くなるように切り換える。
【００１６】
好適には前記ＰＳＦは頂部を有し、前記切換部は、前記２次元コードの場合には、前記光学系を通過したＰＳＦに係る出力信号が、前記ＰＳＦの頂部に対向する縁部において、直線的に配列される複数の画素にまで入力するように切り換える。
【００１７】
好適には、前記ＰＳＦは前記頂部を通る中心線を中心に左右対称である。
【００１８】
本発明の第２の観点は、中心において回転非対称な点像強度分布（ＰＳＦ）により形成され、光学的伝達関数（ＯＴＦ）を変調させる光波面変調素子を交換可能な状態で構成する光学系と、前記光学系を通過した被写体である情報コードの像を撮像する撮像素子と、前記撮像素子からの被写体の画像信号に対して所定の処理を施す画像処理部と、前記撮像した情報コードの種類および状態のうちの少なくとも一方を判定する判定部と、前記判定部の判定結果に応じて、前記光波面変調素子を可変する切換部とを有する。
【００１９】
好適には、前記画像処理部は、撮像素子からの被写体分散画像信号より分散のない画像信号を生成する。
【００２０】
好適には、前記光波面変調素子が、物体距離に応じたＯＴＦの変化を、光波面変調素子を持たない光学系よりも小さくする作用を持つ。
【００２１】
好適には、前記光波面変調素子が、前記光学系の光軸をｚ軸とし、互いに直交する２軸をｘ、ｙとしたとき、位相が下記式で表される。
【００２２】
【数１】
【００２３】
好適には、前記光波面変調素子を有する光学系のＯＴＦが、前記光波面変調素子を含まない光学系の被写界深度よりも広い物体距離にわたって、前記撮像素子のナイキスト周波数まで０．１以上である。
【００２４】
好適には、前記画像処理部は、ノイズ低減フィルタリングを施す手段を有する。
【００２５】
好適には、前記画像処理部の演算係数を格納する記憶手段を有し、前記記憶手段には、情報コードの種類および状態のうちの少なくとも一に応じたノイズ低減処理のための演算係数が格納される。
【００２６】
好適には、前記画像処理部の演算係数を格納する記憶手段を有し、前記記憶手段には、情報コードの種類および状態のうちの少なくとも一に応じた光学的伝達関数（ＯＴＦ）復元のための演算係数が格納される。
【００２７】
好適には、前記撮像装置は、被写体までの距離に相当する情報を生成する被写体距離情報生成手段を含み、前記画像処理部は、前記被写体距離情報生成手段により生成される情報に基づいて前記分散画像信号より分散のない画像信号を生成する。
【００２８】
好適には、前記撮像装置は、被写体距離に応じて少なくとも前記光波面変調素子または前記光学系に起因する分散に対応した変換係数を少なくとも２以上予め記憶する変換係数記憶手段と、前記被写体距離情報生成手段により生成された情報に基づき、前記変換係数記憶手段から被写体までの距離に応じた変換係数を選択する係数選択手段と、を含み、前記画像処理部は、前記係数選択手段で選択された変換係数によって、画像信号の変換を行う。
【００２９】
好適には、前記撮像装置は、前記被写体距離情報生成手段により生成された情報に基づき変換係数を演算する変換係数演算手段を含み、前記画像処理部は、前記変換係数演算手段から得られた変換係数によって、画像信号の変換を行う。
【００３０】
好適には、前記撮像装置は、被写体までの距離に相当する情報を生成する被写体距離情報生成手段と、前記被写体距離情報生成手段により生成された情報に基づき変換係数を演算する変換係数演算手段と、を含み、前記画像処理部は、前記変換係数演算手段から得られた変換係数によって、画像信号の変換を行い分散のない画像信号を生成する。
【００３１】
好適には、前記変換係数演算手段は、前記被写体分散像のカーネルサイズを変数として含む。
【００３２】
好適には、前記変換係数演算手段は、求めた変換係数を前記記憶手段に格納し、前記画像処理部は、前記記憶手段に格納された変換係数によって、画像信号の変換を行い分散のない画像信号を生成する。
【００３３】
好適には、前記画像処理部は、前記変換係数に基づいてコンボリューション演算を行う。
【００３４】
本発明の第３の観点は、光学系と撮像素子の相対的な取り付け位置を回転して調整可能なように撮像装置を製造するための撮像装置の製造装置であって、前記光学系を通過した中心において回転非対称な点像強度分布（ＰＳＦ）ＰＳＦに係る出力信号が入力する画素数が異なるように前記光学系と前記撮像素子との相対的な位置関係を切り換える可能なように、基準位置への設定調整を行うための調整装置を有する。
【００３５】
本発明の第４の観点は、交換可能な光変調素子を含む光学系と撮像素子の相対的な取り付け位置を回転して調整可能なように撮像装置を製造するための撮像装置の製造装置であって、前記光学系を通過した中心において回転非対称な点像強度分布（ＰＳＦ）ＰＳＦに係る出力信号が入力する画素数が異なるように前記光学系の光変調素子と前記撮像素子との相対的な位置関係、並びに光変調素子を切り換え可能なように、基準位置への設定調整を行うための調整装置を有する。
【００３６】
本発明の第５の観点は、光学系と撮像素子の相対的な取り付け位置を回転して調整可能なように撮像装置を製造するための撮像装置の製造方法であって、光学系と撮像素子を配置し、前記光学系を通過した中心において回転非対称な点像強度分布（ＰＳＦ）ＰＳＦに係る出力信号が入力する画素数が基準数となる位置を第１の位置とする第１ステップと、前記光学系を通過した前記ＰＳＦに係る出力信号が、当該ＰＳＦの頂部に対向する縁部において、直線的に配列される複数の画素にまで入力する位置を第２の位置とする第２ステップと、前記第１の位置と前記第２の位置間で前記光波面変調素子を回転可能に形成する第３ステップとを有する。
【００３７】
本発明の第６の観点は、交換可能な光変調素子を含む光学系と撮像素子の相対的な取り付け位置を回転して調整可能なように撮像装置を製造するための撮像装置の製造方法であって、光学系と撮像素子を配置し、前記光学系を通過した中心において回転非対称な点像強度分布（ＰＳＦ）ＰＳＦに係る出力信号が入力する画素数が基準数となる光変調素子を選択する第１ステップと、前記光学系を通過した前記ＰＳＦに係る出力信号が、当該ＰＳＦの頂部に対向する縁部において、直線的に配列される複数の画素にまで入力する光変調素子を選択する第２ステップと、前記選択した複数の光波面変調素子を交換可能に形成する第３ステップとを有する。
【００３８】
本発明の第７の観点は、情報コードを光学的に読み取る情報コード読取装置であって、中心において回転非対称な点像強度分布（ＰＳＦ）により形成され、光学的伝達関数（ＯＴＦ）を変調させる光波面変調素子を含む光学系と、前記光学系を通過した被写体である情報コードの像を撮像する撮像素子と、前記撮像素子からの被写体の画像信号に対して所定の処理を施す画像処理部と、前記撮像した情報コードの種類および状態のうちの少なくとも一方を判定する判定する判定部と、前記判定部の判定結果に応じて、前記光学系を通過したＰＳＦに係る出力信号が入力する画素数が異なるように前記光学系と前記撮像素子との相対的な位置関係を切り換える切換部とを有する。
【００３９】
本発明の第８の観点は、情報コードを光学的に読み取る情報コード読取装置であって、中心において回転非対称な点像強度分布（ＰＳＦ）により形成され、光学的伝達関数（ＯＴＦ）を変調させる光波面変調素子を交換可能な状態で構成する光学系と、前記光学系を通過した被写体である情報コードの像を撮像する撮像素子と、前記撮像素子からの被写体の画像信号に対して所定の処理を施す画像処理部と、前記撮像した情報コードの種類および状態のうちの少なくとも一方を判定する判定部と、前記判定部の判定結果に応じて、前記光波面変調素子を可変する切換部とを有する。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、復元画が良好となり、特性の異なるバーコードを読み取る場合であっても良好な復元画像を得ることができる。
また、光学系を簡単化でき、コスト低減を図ることができ、しかも適切な画質の、ノイズの影響が小さく、良好な復元画像を得ることができる利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、本発明の実施形態を添付図面に関連付けて説明する。
【００４２】
図１は、本発明の実施形態に係る情報コード読取装置の一例を示す外観図である。
図２（Ａ）〜（Ｃ）は、情報コードを例を示す図である。
図３は、図１の情報コード読取装置に適用される撮像装置の構成例を示すブロックである。
【００４３】
本実施形態に係る情報コード読取装置１００は、図１に示すように、本体１１０がケーブル１１１を介して図示しない電子レジスタ等の処理装置と接続され、たとえば読み取り対象物１２０に印刷された反射率の異なるシンボル、コード等の情報コード１２１を読み取り可能な装置である。
読み取り対象の情報コードとしては、たとえば図２（Ａ）に示すような、ＪＡＮコードのような１次元のバーコード１２２と、図２（Ｂ）および（Ｃ）に示すようなスタック式のＣＯＤＥ４９、あるいはマトリックス方式のＱＲコードのような２次元のバーコード１２３が挙げられる。
【００４４】
本実施形態に係る情報コード読取装置１００は、本体１１０内に、図示しない照明光源と、図３に示すような撮像装置２００とが配置されている。
撮像装置２００は、後で詳述するように、光学系に光波面変調素子を適用し、光波面変調素子により光束を規則的に分散し、デジタル処理により復元させ被写界深度の深い画像撮影を可能にする波面収差制御光学系システム、あるいは深度拡張光学系システム（ＤＥＯＳ：Ｄｅｐｔｈ Ｅｘｐａｎｔｉｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ）というシステムを採用し、ＪＡＮコードのような１次元のバーコードとＱＲコードのような２次元のバーコードのように特性（種類）が異なる情報コードを特性に応じて的確に高精度で読み取ることが可能に構成されている。
【００４５】
情報コード読取装置１００の撮像装置２００は、図３に示すように、光学系２１０、撮像素子２２０、選択切換部２３０、画像処理装置２４０、判定部としての機能を含む制御装置２５０、およ外部とのびインタフェース部（Ｉ／Ｆ）２６０を有する。
【００４６】
光学系２１０は、後で詳述する位相変調素子等の光波面変調素子を含み、被写体物体ＯＢである情報コード１２１を撮影した像を撮像素子２２０に供給する。
【００４７】
撮像素子２２０は、光学系２１０で取り込んだ像が結像され、結像１次画像情報を電気信号の１次画像信号ＦＩＭとして、図示しないアナログフロントエンド部(ＡＦＥ)を介して画像処理装置２４０に出力するＣＣＤやＣＭＯＳセンサからなる。
図３においては、撮像素子２２０を一例としてＣＣＤとして記載している。
【００４８】
図４は、本実施形態に係る光学系２１０の構成例を模式的に示す図である。
そして、図５は、本実施形態に係る光学系の広角側の像高中心のスポット形状を示す図であり、図６は、本実施形態に係る光学系の望遠側の像高中心のスポット形状を示す図である。
【００４９】
図４の光学系２１０は、物体側ＯＢＪＳに配置された物体側レンズ２１１と、撮像素子２２０に結像させるための結像レンズ２１２と、物体側レンズ２１１と結像レンズ２１２間に配置され、結像レンズ２１２による撮像素子２２０の受光面への結像の波面を変形させる、たとえば３次元的曲面を有する位相板からなる光波面変調素子（波面形成用光学素子）群２１３を有する。
【００５０】
なお、本実施形態においては、位相板を用いた場合について説明したが、本発明の光波面変調素子としては、波面を変形させるものであればどのようなものでもよく、厚みが変化する光学素子（たとえば、上述の３次の位相板）、屈折率が変化する光学素子（たとえば屈折率分布型波面変調レンズ）、レンズ表面へのコーディング等により厚み、屈折率が変化する光学素子（たとえば、波面変調ハイブリッドレンズ、あるいはレンズ面上に形成される位相面として形成される状態）、光の位相分布を変調可能な液晶素子（たとえば、液晶空間位相変調素子）等の光波面変調素子であればよい。
また、本実施形態においては、光波面変調素子である位相板を用いて規則的に分散した画像を形成する場合について説明したが、通常の光学系として用いるレンズで光波面変調素子と同様に規則的に分散した画像を形成できるものを選択した場合には、光波面変調素子を用いずに光学系のみで実現することができる。この際は、後述する位相板に起因する分散に対応するのではなく、光学系に起因する分散に対応することとなる。
【００５１】
図４の光学系２１０は、デジタルカメラに用いられる３倍ズームに光学位相板２１３ａを挿入した例である。
図で示された位相板２１３ａは、光学系により収束される光束を規則正しく分散する光学レンズである。この位相板を挿入することにより、撮像素子２２０上ではピントのどこにも合わない画像を実現する。
換言すれば、位相板２１３ａによって深度の深い光束（像形成の中心的役割を成す）とフレアー（ボケ部分）を形成している。
前述したように、この規則的に分散した画像をデジタル処理により、光学系２１０を移動させずにピントの合った画像に復元する手段を波面収差制御光学系システム、あるいは深度拡張光学系システム（ＤＥＯＳ：Ｄｅｐｔｈ Ｅｘｐａｎｔｉｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ）といい、この処理を画像処理装置２４０において行う。
【００５２】
光学系２１０の光波面変調素子と撮像素子２２０の相対的な位置は、選択切換部２３０により、光学系２１０に含まれる光波面変調素子と撮像素子２２０を相対的に回転させて取り付け位置が設定される。本実施形態においては、後で説明するように、光波面変調素子を光学系２１０の光軸を中心に回転させてあるいはそのままの位置に保持して、第１の位置または第２の位置に設定される。
本実施形態において、第１の位置とは、光学系２１０を通過した点像強度分布（ＰＳＦ）の係る出力信号が入力する画素数が第１の数Ｎ１となる基準位置を意味する。
第２の位置とは、第１の位置（基準位置）のＰＳＦに係る出力信号の入力する第１の画素数Ｎ１より多くの第２の画素数Ｎ２とする位置を意味する。
光学系２１０の光波面変調素子と撮像素子２２０の相対的位置が第２の位置となるように設定された場合、後で説明するように、光学系を通過した中心において回転対称でないＰＳＦに係る出力信号が、ＰＳＦの所定の頂部に対向する縁部において、直線的に配列される複数の画素にまで入力するようになる。
より具体的には、第２の位置は、アナログ信号からデジタル信号に変換する際に生じるサンプリング効果によりＰＳＦの出力信号が、ＰＳＦの所定の頂部に対向する縁部において、直線的に配列される複数の画素にまで入力するように設定されている。
また、第２の位置の場合、後で図解するように、光学系２１０を通過して得られたＰＳＦが、アナログ信号からデジタル信号への変換後の変調伝達関数（ＭＴＦ）において、複数のアジマス方向（本実施形態においては全アジマス方向）において等しくなるように配置されている。
【００５３】
選択切換部２３０は、制御装置２５０の制御信号ＣＴＬ１に応じて光学系２１０の光波面変調素子を回転させて、あるいは、そのままの位置を保持して、上述した第１の位置または第２の位置となるように選択的に回転位置を切り換える。
選択切換部２３０は、制御装置２５０の制御信号ＣＴＬ１により、たとえば、読み取った情報コードが１次元バーコードの場合は第１の位置を保持し、２次元バーコードの場合は第２の位置を保持するように制御される。
【００５４】
図７は、本実施形態の選択切換部の構成例を示す図である。
【００５５】
図７の選択切換部２３０Ａは、光波面変調素子（たとえば位相板）２１３ａを、回転中心を持った回転可動な部品２３１に光軸を一致させて配置し、部品２３１の縁部とモータ２３２の回転軸に取り付けた歯車２３３と噛合させて、制御装置２５０で生成された制御信号ＣＴＬ１に応じて、光波面変調素子２１３ａを光軸中心ＡＸに所定角度、たとえば４５度回転させ、あるいはそのままの位置に保持する。
【００５６】
選択切換部２３０Ａは、たとえば初期状態では、図７中、Ｐ１で示す部品２３１の位置に光波面変調素子２１３ａの縁部の第１の位置部ａ１が一致する位置に保持される。
そして、選択切換部２３０Ａは、制御装置２５０で読み取った情報コード１２１が２次元のバーコードであると判定された場合には制御信号ＣＴＬ１を受けて部品２３１の位置Ｐ１に光波面変調素子２１０ａの縁部の第２の位置部ａ２が一致するように部品２３１を図中反時計回りに所定角度、たとえば４５度回転する。
また、この状態で、選択切換部２３０Ａは、制御装置２５０で読み取った情報コード１２１が１次元のバーコードであると判定された場合には制御信号ＣＴＬ１を受けて部品２３１の位置Ｐ１に光波面変調素子２１０ａの縁部の第１の位置部ａ１が一致するように部品２３１を図中時計回りに４５度回転する。
【００５７】
画像処理装置２４０は、前段の不図示のＡＦＥからくる撮像画像のデジタル信号を入力し、二次元のコンボリューション処理を施し、後段の制御装置２５０に出力する。
画像処理装置２４０は、制御装置２５０において情報コードの特性(種類)に応じて選択され、制御信号ＣＴＬ２により指示されたフィルタを用いて、入力画像信号の光学的伝達関数（ＯＴＦ）に対してフィルタ処理を行う。
画像処理装置２４０は、撮像素子２２０からの被写体分散画像信号より分散のない画像信号を生成する機能（ボケ復元機能）を有する。また、画像信号処理部は、最初のステップでノイズ低減フィルタリングを施す機能を有する。
画像処理装置２４０の処理については後でさらに詳述する。
【００５８】
制御装置２５０は、選択切換部２３０、画像処理装置２４０、インタフェース部２６０を介した上位装置（たとえば電子レジスタ）等との通信等を制御し、システム全体の調停制御を司るものである。
制御装置２５０は、画像処理装置２４０においてボケ復元処理を受けた信号を受けて読み取った情報コードが、その読み取り情報の特徴から１次元のバーコードであるか２次元のバーコードであるかを判定し、選択切換部２３０に制御信号ＣＴＬ１を出力して光波面変調素子の回転位置の制御を行い、画像処理装置２４０に制御信号ＣＴＬ２を出力して光波面変調素子２１０ａを通過したＰＳＦの出力信号の復元処理に適した復元フィルタを選択して復元処理を行うように指示する。
そして、制御装置２５０は、情報コードの特性に応じた光波面変調素子の回転制御および復元フィルタの選択制御後に読み取った情報コードを解読し、その解読した情報をたとえばインタフェース部２６０を介して上位装置に送信する等の制御を行う。
【００５９】
また、制御装置２５０は、情報コードの特性情報のみならず、後述する物体概略距離情報検出装置により取得された被写体である情報コードまでの距離情報や情報コードの大きさを加味して復元フィルタの選択制御を行う。
情報コード(シンボル、コード)の種類と別に被写体までの距離や大きさに応じて要求される復元レベルが変わってくる。たとえば、被写体までの距離が離れている場合や情報コードの表示が小さいような場合は復元レベルの強いものにする必要がある。これに対して、情報コードの状態として被写体までの距離が小さい場合や情報コードの表示が大きい場合は復元レベルを下げることもできる。
復元フィルタだけに着目した場合、復元レベルを変えることが復元画像の解像やノイズに関係してくる。すなわち、強い復元フィルタを用いた場合、解像が上がると同時にノイズも増加する。情報コードを判定する際にある程度のノイズは訂正処理等で回避できるが限界がある。同時に、解像に関してもある一定の解像を持っていれば判定することは可能である。
本実施形態においては、判定できる範囲を有効に使い被写界深度を拡張することが可能になっている。
【００６０】
このように、本実施形態においては、情報コードを読み込み、その情報コードの特性(種類)を判断してそれに合わせ光波面変調素子の配置位置から最適な状態に回転制御を行い、また、一つの光波面変調素子に対し複数の復元用フィルタを持ち、情報コードの種類や距離等に対応した復元フィルタに切り換える。
これにより、情報コードの持っている特性を損なわずに深度の拡張を行うことが可能となる。
たとえば、読み取った情報コードがＪＡＮコードのような１次元のバーコードである場合には、２方向（縦方向と横方向）の要素であることから、その方向に合わせた回転制御を行って最適なＰＳＦの出力信号を用いれば一つの光波面変調素子ですべての情報コードに対応してより復元後の品質が向上できる。併せて、被写界深度の調整も可能になる。
すなわち、読み取った情報コードがＪＡＮコードのような１次元のバーコードである場合には、２方向（縦方向と横方向）の復元に重点をおき、ＱＲコードのような２次元のコードである場合は、斜め方向の復元に重点をおいた復元を行うことにより、情報コードに対応して、より復元後の品質が向上できる。
【００６１】
以下、本実施形態のＤＥＯＳの原理、光学系、画像処理装置の構成および機能について具体的には説明する。
【００６２】
まず、ＤＥＯＳの基本原理について説明する。
図８に示すように、被写体の画像ｆがＤＥＯＳ光学系Ｈに入ることにより、ｇ画像が生成される。
これは、次のような式で表される。
【００６３】
[数２]
ｇ＝Ｈ＊ｆ
ただし、＊はコンボリューションを表す。
【００６４】
生成された画像から被写体を求めるためには、次の処理を要する。
【００６５】
[数３]
ｆ＝Ｈ-１＊ｇ
【００６６】
ここで、Ｈに関するカーネルサイズと演算係数について説明する。
光学切り替え情報をＫＰｎ，ＫＰｎ−１・・・とする。また、それぞれのＨ関数をＨｎ，Ｈｎ−１、・・・・とする。
各々のスポット像が異なるため、各々のＨ関数は、次のようになる。
【００６７】
【数４】
【００６８】
この行列の行数および／または列数の違いをカーネルサイズ、各々の数字を演算係数とする。
ここで、各々のＨ関数はメモリに格納しておいても構わないし、ＰＳＦを物体距離の関数としておき、物体距離によって計算し、Ｈ関数を算出することによって任意の物体距離に対して最適なフィルタを作るように設定できるようにしても構わない。また、Ｈ関数を物体距離の関数として、物体距離によってＨ関数を直接求めても構わない。
【００６９】
本実施形態においては、図３に示すように、光学系２１０からの像を撮像素子２２０で受像して、絞り開放時には画像処理装置２４０に入力させ、光学系に応じた変換係数を取得して、取得した変換係数をもって撮像素子２２０からの分散画像信号より分散のない画像信号を生成するように構成している。
【００７０】
なお、本実施形態において、分散とは、上述したように、位相板２１３ａを挿入することにより、撮像素子２２０上ではピントのどこにも合わない画像を形成し、位相板２１３ａによって深度の深い光束（像形成の中心的役割を成す）とフレアー（ボケ部分）を形成する現象をいい、像が分散してボケ部分を形成する振る舞いから収差と同様の意味合いが含まれる。したがって、本実施形態においては、収差として説明する場合もある。
【００７１】
本実施形態においては、ＤＥＯＳを採用し、高精細な画質を得ることが可能で、しかも、光学系を簡単化でき、コスト低減を図ることが可能となっている。
以下、この特徴について説明する。
【００７２】
図９（Ａ）〜（Ｃ）は、撮像素子１２０の受光面でのスポット像を示している。
図９（Ａ）は焦点が０．２ｍｍずれた場合（Ｄｅｆｏｃｕｓ＝０．２ｍｍ）、図９（Ｂ）が合焦点の場合（Ｂｅｓｔ ｆｏｃｕｓ）、図９（Ｃ）が焦点が−０．２ｍｍずれた場合（Ｄｅｆｏｃｕｓ＝−０．２ｍｍ）の各スポット像を示している。
図９（Ａ）〜（Ｃ）からもわかるように、本実施形態に係る撮像装置２００においては、位相板２１３ａを含む波面形成用光学素子群２１３によって深度の深い光束（像形成の中心的役割を成す）とフレアー（ボケ部分）が形成される。
【００７３】
このように、本実施形態の撮像装置２００において形成された１次画像ＦＩＭは、深度が非常に深い光束条件にしている。
【００７４】
図１０（Ａ），（Ｂ）は、本実施形態に係る撮像レンズ装置により形成される１次画像の変調伝達関数（ＭＴＦ：Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）について説明するための図であって、図１０（Ａ）は撮像レンズ装置の撮像素子の受光面でのスポット像を示す図で、図１０（Ｂ）が空間周波数に対するＭＴＦ特性を示している。
本実施形態においては、高精細な最終画像は後段の、たとえばデジタルシグナルプロセッサ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）からなる画像処理装置２４０の補正処理に任せるため、図１０（Ａ），（Ｂ）に示すように、１次画像のＭＴＦは本質的に低い値になっている。
【００７５】
そして、本実施形態においては、光学系２１０と撮像素子２２０の相対的な位置は、選択切換部２３０により、光学系２１０に含まれる光波面変調素子と撮像素子２２０を相対的に回転させて取り付け位置が設定される。本実施形態においては、前述したように、制御装置２５０に応じて光波面変調素子を光学系２１０の光軸を中心に回転させてあるいはそのままの位置に保持して、第１の位置または第２の位置に設定される。
光学系２１０の光波面変調素子と撮像素子２２０の相対的位置が第２の位置となるように設定された場合、光学系を通過した中心において回転対称でないＰＳＦに係る出力信号が、ＰＳＦの所定の頂部に対向する縁部において、直線的に配列される複数の画素にまで入力するようになる。
このとき、光学系１１０に含まれる光波面変調素子と撮像素子１２０を相対的に回転させて取り付け位置が設定されている。
なお、たとえばＰＳＦは頂部を通る中心線を中心に左右対称である。
【００７６】
図１１（Ａ），（Ｂ）は、基準位置と所定角度回転後のアナログＰＳＦを示す図である。
図１２（Ａ），（Ｂ）は、図１１のアナログＰＳＦのＡ／Ｄ変換後のデジタルＰＳＦを示す図である。
図１３（Ａ），（Ｂ）は、図１２（Ａ），（Ｂ）のデジタルＰＳＦのＭＴＦを示す図である。
図１４（Ａ），（Ｂ）は基準位置の場合のアナログＰＳＦと、デジタルＰＳＦを模式的に示す図である。
また、図１５（Ａ），（Ｂ）は４５度回転後のアナログＰＳＦと、デジタルＰＳＦを模式的に示す図である。
【００７７】
本実施形態においては、図１１（Ａ）に示す基準位置にある、中心において回転非対称で頂部を有するアナログＰＳＦを１次元の情報コードの場合に適用し、２次元の情報コードの場合には、図１１（Ｂ）に示すように、所定角度（本例では４５度）回転する。
図からもわかるように、アナログでは回転を加えても軸方向のＭＴＦは変わらない。
そして、回転に伴い、アナログ信号からデジタル信号に変換する際のサンプリングする対象が変化するため、図１２（Ａ），（Ｂ）に示すように、デジタルＰＳＦの形状が変化する。
【００７８】
より具体的に説明すると、たとえば、図１４（Ａ）の例のように、基準位置においては、アナログＰＳＦはａ〜ｇの８個の画素にわたってかかる（またぐ）ことから、サンプリングした後のデジタルＰＳＦは、図１４（Ｂ）の例のように、８個の画素ａ〜ｈに入力することになる。
この形状は、アナログＰＳＦの平面的に見た場合に、頂点部があり三角形に近いが、その頂部ＴＸに対向する底辺部（縁部）ＢＸは、図１４（Ｂ）に示すように、図１４（Ａ）のオリジナルと略同様に、直線的にならず、頂部ＴＸ側に寄った弓なり状な形状となる。
この場合のＰＳＦは前述したように、２方向（縦方向と横方向）の復元に重点をおく必要があるが、図１３（Ａ）にも示すように、縦方向（図面上下方向）と横方向（図面左右方向）のＭＴＦは良好であるため、１次元の情報コードに適しているといえる。
【００７９】
これに対して、所定角度回転（本例では４５度回転）させて、図１５（Ａ）に示すように、アナログＰＳＦがａ〜ｌの１２個の画素にわたってかかる（またぐ）ようにすると、サンプリングした後のデジタルＰＳＦは、図１５（Ｂ）に示すように、頂点部があり三角形に近いが、その頂部ＴＸに対向する底辺部（縁部）ＢＸにおいて、直線的に配列される複数の画素（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）にまで入力するように形成することが可能となる。
すなわち、ＰＳＦの回転に伴い、サンプリング対象が変化するため、より多くの画素に入力するデジタルＰＳＦの形状に変化する。
そして、ＰＳＦは、頂部ＴＸを通る中心線を中心に略左右対称である。
この場合のＰＳＦは前述したように、斜め方向の復元に重点をおく必要があるが、図１３（Ｂ）にも示すように、縦方向、横方向及び斜め方向のＭＴＦが平均的に良好であるため、２次元の情報コードに適しているといえる。
【００８０】
また、アナログの時点では回転に伴うＭＴＦの変化はないが、デジタル変換された後は、図１３（Ａ），（Ｂ）に示すように、サンプリング効果によりＭＴＦが変換する。
このサンプリング効果を利用して、光学系２１０を通過したＰＳＦが、アナログ信号からデジタル信号への変換後のＭＴＦにおいて、複数のアジマス方向（本実施形態においては全アジマス方向）において等しくなるように配置されている。
【００８１】
これにより、本実施形態においては、撮像素子２２０と光波面変調素子としての位相変調素子（位相板）２１３ａを復元に適した配置することができ、公差の緩い深度拡張光学系を実現している。
なお、本実施形態においては、４５度回転させた場合について説明したが、図１１（Ａ）の状態から９０度、１８０度、２７０度以外で回転させても図１１（Ａ）の状態よりも複数の画素にわたってかかる（またぐ）ようになり、本発明の効果を十分に発現することができる。
また、図１１（Ａ）に示すＰＳＦの場合には４５度回転させた場合がかかる（またぐ）画素が多くなるが、他のＰＳＦの場合には４５度以外の回転状態の場合がかかる（またぐ）画素が多い状態となるケースもある。
【００８２】
本実施形態においては、調整装置にこの方法を採用して光学系２１０と撮像素子２２０の相対的な位置の最適な回転制御が行えるように、たとえば基準位置への設定調整を行う。
以下に、調整装置の基本的な構成を説明について説明する。
【００８３】
図１６は、本実施形態に係る調整装置２００の構成例を示すブロック図である。
【００８４】
調整装置３００は、図１６に示すように、レンズ調整駆動部３１０、図３の撮像素子２２０に相当するセンサ３２０、ＡＦＥ（アナログフロントエンド部）３３０、ＲＡＷバッファメモリ３４０、画像信号処理部３５０、調整制御部３６０、および画像表示部３７０を有している。
【００８５】
レンズ調整駆動部３１０には、たとえば小絞り３１１、光波面変調素子を含むレンズ系(光学系)３１２が配置される。そして、モータドライバ３１３によりレンズ３１２がその光軸方向に移動制御され、位相変調素子を含むレンズ光学系の位置が所望の位置に設定される。
また、レンズ調整駆動部３１０は、調整制御部３６０に指示に従って、レンズ系３１２を光軸を中心に所定角度回転可能に構成されている。
【００８６】
ＡＦＥ３３０は、Ａ／Ｄコンバータ３３１、およびタイミングジェネレータ３３２を有する。
タイミングジェネレータ３３１では、調整制御部３６０の制御の下、センサ（撮像素子）２２０のＣＣＤの駆動タイミングを生成しており、Ａ／Ｄコンバータ３３２は、ＣＣＤから入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換し、バッファメモリ３４０に可能する。
また、タイミングジェネレータ３３１は、調整制御部３６０の制御の下、センサ３２０に対するレンズ３１２の位置を調整し、ピント等を調整するための駆動信号をモータドライバ３１３に供給する。
【００８７】
画像信号処理部３６０は、バッファメモリ３４０の格納データに対して、所定の画像処理を行って、たとえばＰＳＦ像を得、その処理情報を調整制御部３７０に供給するとともに、調整制御部３６０の制御の下、画像表示部３７０に表示する。
【００８８】
調整制御部３６０は、画像信号処理部３６０による信号処理に伴う情報に基づいて、レンズ（光学系）３１２とセンサ（撮像素子）３２０の位置関係を調整するために、レンズ３１２の位置を変更制御等するための制御信号をＡＦＥ３３０のタイミングジェネレータ３３２に出力して、レンズ（光学系）３１２とセンサ（撮像素子）３２０の位置関係を調整制御する。
【００８９】
また、レンズ（光学系）３１２とセンサ（撮像素子）３２０の位置調整処理は、図１７に示すように、ｘ軸、ｙ軸を調整してレンズ３１２とセンサ３２０の位置を調整する。
【００９０】
以上のような調整装置３００を用いて、光学系と撮像素子を配置し、光学系を通過した中心において回転非対称な点像強度分布（ＰＳＦ）ＰＳＦに係る出力信号が入力する画素数が基準数となる位置を第１の位置とする。
光学系を通過した前記ＰＳＦに係る出力信号が、ＰＳＦの頂部に対向する縁部において、直線的に配列される複数の画素にまで入力する位置を第２の位置とする。
そして、第１の位置と前記第２の位置間で前記光波面変調素子を回転可能に形成する。 このような製造プロセスを経て撮像装置２００は調整され製造される。
以下、深度拡張光学系を採用した場合の各部構成および機能についてさらに説明する。
【００９１】
図１８は、本実施形態の光波面変調素子を含む光学系の光軸をｚ軸とし、互いに直交する２軸をｘ、ｙとしたとき、下記式で表される波面収差の形状である。
【００９２】
【数５】
【００９３】
波面収差が０．５λ以下の範囲では位相の変化が小さく、通常の光学系と変わらないＯＴＦを持つ。したがって波面収差が０．５λ程度になるまで絞って取り付け位置の調整を行う。
図１９は、前記波面収差の形状と０．５λ以下の範囲を太線で表したものである。
ただし、λはたとえば可視光領域、赤外領域の波長を用いる。
【００９４】
なお、図１８に示す形状は、一例であって、光波面変調素子が、光学系の光軸をｚ軸とし、互いに直交する２軸をｘ、ｙとしたとき、位相が下記式で表されるものであれば適用可能である。
【００９５】
【数６】
【００９６】
画像処理装置２４０は、上述したように、撮像素子２２０による１次画像ＦＩＭを受けて、１次画像の空間周波数におけるＭＴＦをいわゆる持ち上げる所定の補正処理等を施して高精細な最終画像ＦＮＬＩＭを形成する。
【００９７】
画像処理装置２４０のＭＴＦ補正処理は、たとえば図２０の曲線Ａで示すように、本質的に低い値になっている１次画像のＭＴＦを、空間周波数をパラメータとしてエッジ強調、クロマ強調等の後処理にて、図２０中曲線Ｂで示す特性に近づく（達する）ような補正を行う。
図２０中曲線Ｂで示す特性は、たとえば本実施形態のように、波面形成用光学素子を用いずに波面を変形させない場合に得られる特性である。
なお、本実施形態における全ての補正は、空間周波数のパラメータによる。
【００９８】
本実施形態においては、図２０に示すように、光学的に得られる空間周波数に対するＭＴＦ特性曲線Ａに対して、最終的に実現したいＭＴＦ特性曲線Ｂを達成するためには、それぞれの空間周波数に対し、図２１に示すようにエッジ強調等の強弱を付け、元の画像（１次画像）に対して補正をかける。
たとえば、図２０のＭＴＦ特性の場合、空間周波数に対するエッジ強調の曲線は、図２１に示すようになる。
【００９９】
すなわち、空間周波数の所定帯域内における低周波数側および高周波数側でエッジ強調を弱くし、中間周波数領域においてエッジ強調を強くして補正を行うことにより、所望のＭＴＦ特性曲線Ｂを仮想的に実現する。
【０１００】
このように、実施形態に係る撮像装置２００は、基本的に、１次画像を形成する光学系２１０および撮像素子２２０と、１次画像を高精細な最終画像に形成する画像処理装置２４０からなり、光学系システムの中に、波面成形用の光学素子を新たに設けるか、またはガラス、プラスチックなどのような光学素子の面を波面成形用に成形したものを設けることにより、結像の波面を変形（変調）し、そのような波面をＣＣＤやＣＭＯＳセンサからなる撮像素子２２０の撮像面（受光面）に結像させ、その結像１次画像を、画像処理装置２４０を通して高精細画像を得る画像形成システムである。
本実施形態では、撮像素子２２０による１次画像は深度が非常に深い光束条件にしている。そのために、１次画像のＭＴＦは本質的に低い値になっており、そのＭＴＦの補正を画像処理装置２４０で行う。
【０１０１】
ここで、本実施形態における撮像装置２００における結像のプロセスを、波動光学的に考察する。
物点の１点から発散された球面波は結像光学系を通過後、収斂波となる。そのとき、結像光学系が理想光学系でなければ収差が発生する。波面は球面でなく複雑な形状となる。幾何光学と波動光学の間を取り持つのが波面光学であり、波面の現象を取り扱う場合に便利である。
結像面における波動光学的ＭＴＦを扱うとき、結像光学系の射出瞳位置における波面情報が重要となる。
ＭＴＦの計算は結像点における波動光学的強度分布のフーリエ変換で求まる。その波動光学的強度分布は波動光学的振幅分布を２乗して得られるが、その波動光学的振幅分布は射出瞳における瞳関数のフーリエ変換から求まる。
さらにその瞳関数はまさに射出瞳位置における波面情報（波面収差）そのものからであることから、その光学系２１０を通して波面収差が厳密に数値計算できればＭＴＦが計算できることになる。
【０１０２】
したがって、所定の手法によって射出瞳位置での波面情報に手を加えれば、任意に結像面におけるＭＴＦ値は変更可能である。
本実施形態においても、波面の形状変化を波面形成用光学素子で行うのが主であるが、まさにｐｈａｓｅ（位相、光線に沿った光路長）に増減を設けて目的の波面形成を行っている。
そして、目的の波面形成を行えば、射出瞳からの射出光束は、図９（Ａ）〜（Ｃ）に示す幾何光学的なスポット像からわかるように、光線の密な部分と疎の部分から形成される。
この光束状態のＭＴＦは空間周波数の低いところでは低い値を示し、空間周波数の高いところまでは何とか解像力は維持している特徴を示している。
すなわち、この低いＭＴＦ値（または、幾何光学的にはこのようなスポット像の状態）であれば、エリアジングの現象を発生させないことになる。
つまり、ローパスフィルタが必要ないのである。
そして、後段のＤＳＰ等からなる画像処理装置２４０でＭＴＦ値を低くしている原因のフレアー的画像を除去すれば良いのである。それによってＭＴＦ値は著しく向上する。
【０１０３】
次に、本実施形態および従来光学系のＭＴＦのレスポンスについて考察する。
【０１０４】
図２２は、従来の光学系の場合において物体が焦点位置にあるときと焦点位置から外れたときのＭＴＦのレスポンス（応答）を示す図である。
図２３は、光波面変調素子を有する本実施形態の光学系の場合において物体が焦点位置にあるときと焦点位置から外れたときのＭＴＦのレスポンスを示す図である。
また、図２４は、本実施形態に係る撮像装置のデータ復元後のＭＴＦのレスポンスを示す図である。
【０１０５】
図からもわかるように、光波面変調素子を有する光学系の場合、物体が焦点位置から外れた場合でもＭＴＦのレスポンスの変化が光波面変調素子を挿入してない光学系よりも少なくなる。
この光学系によって結像された画像を、コンボリューションフィルタによる処理によって、ＭＴＦのレスポンスが向上する。
【０１０６】
図２３に示した、位相板を持つ光学系のＯＴＦの絶対値（ＭＴＦ）はナイキスト周波数において０．１以上であることが好ましい。
なぜなら、図２４に示した復元後のＯＴＦを達成するためには復元フィルタでゲインを上げることになるが、センサのノイズも同時に上げることになる。そのため、ナイキスト周波数付近の高周波ではできるたけゲインを上げずに復元を行うことが好ましい。
通常の光学系の場合、ナイキスト周波数でのＭＴＦが０．１以上あれば解像する。
したがって、復元前のＭＴＦが０．１以上あれば復元フィルタでナイキスト周波数でのゲインを上げずに済む。復元前のＭＴＦが０．１未満であると、復元画像がノイズの影響を大きく受けた画像になるため好ましくない。
【０１０７】
次に、画像処理装置２４０のボケ画像復元処理について説明する。
図２５は、一般的な光学系のベストフォーカス（ＢｅｓｔＦｏｒｃｕｓ）位置でのＭＴＦ（Modulation Transfer Function：振幅伝達関数）特性図である。
図２６は、本実施形態の光学系のＭＴＦ特性を示す図である。
【０１０８】
本実施形態の光学系２１０を通過して撮像素子２２０で得られた撮像画像はボケているため中域〜高域にかけてＭＴＦが低下している。このＭＴＦを演算によって上昇させる。レンズ単体の振幅特性であるＭＴＦに対し、画像処理を含めたトータルの振幅特性はＳＦＲ（Spatial Frequency Response）と呼ばれている。
ボケ画像を発生させるＰＳＦの周波数特性がＭＴＦであるので、これから所望のＳＦＲ特性まで引き上げるゲイン特性に設計してできたものがボケ復元フィルタである。どの程度のゲインにするかはノイズや偽像とのバランスで決めていく。
【０１０９】
このボケ復元フィルタを元画像にデジタルフィルタリングする方法は、画像をフーリエ変換し周波数領域でフィルタと周波数毎に積を取る方法と、空間領域でコンボリューション（Convolution）演算（畳み込み演算）を行なう方法がある。ここでは後者での実現方法を説明する。コンボリューション演算は下記の式で表される。
【０１１０】
【数７】
【０１１１】
ただし、ｆはフィルタ（ｆｉｌｔｅｒ）カーネルを示している（ここでは計算を容易にするために１８０度回転済みのものを使用している）。
また、Ａは元画像、Ｂはフィルタリングされた画像（ボケ復元画像）を示している。
この式から分かる通り、ｆを画像に重ねて各タップ同士の積和した結果をその重ねた中心座標の値とすることである。
【０１１２】
次に、図２７（Ａ）〜（Ｃ）に関連付けて３＊３のフィルタを例に挙げ具体的に説明する。
図２７（Ａ）の復元フィルタ（既に１８０度回転済み）を図２７（Ｂ）に示すボケ画像のＡ(i,j)上にフィルタの中心ｆ(0,0)を重ね、各タップ同士の積をとりこの９個の総和値を図２７（Ｃ)に示すボケ復元画像のＢ(i,j)とする。
(i,j)を画像全体に渡ってスキャンすると新たなＢ画像が生成される。これがデジタルフィルタである。ここではフィルタがボケ復元目的であるので、この処理を行なうことでボケ復元処理を実施することができる。
【０１１３】
次に、画像処理装置２４０の構成および処理について説明する。
図２８は、本実施形態に係る画像処理装置の構成例を示すブロック図である。
【０１１４】
画像処理装置２４０は、図２８に示すように、生（ＲＡＷ）バッファメモリ２４１、コンボリューション演算器２４２、記憶手段としてのカーネルデータ格納ＲＯＭ２４３、およびコンボリューション制御部２４４を有する。
【０１１５】
コンボリューション制御部２４４は、コンボリューション処理のオンオフ、画面サイズ、カーネルデータの入れ替え等の制御を行い、制御装置２５０により制御される。
【０１１６】
また、カーネルデータ格納ＲＯＭ２４３には、図２９および図３０に示すように予め用意されたそれぞれの光学系のＰＳＦにより算出されたコンボリューション用のカーネルデータが格納されており、制御装置２５０によって情報コードおよび、または物体距離情報を取得し、コンボリューション制御部２４４を通じてカーネルデータを選択制御する。
【０１１７】
図２９の例では、カーネルデータＡは光学倍率（×１．５）、カーネルデータＢは光学倍率（×５）、カーネルデータＣは光学倍率（×１０）に対応したデータとなっている。
【０１１８】
また、図３０の例では、カーネルデータＡは物体距離情報が１００ｍｍ、カーネルデータＢは物体距離が５００ｍｍ、カーネルデータＣは物体距離が４ｍに対応したデータとなっている。
【０１１９】
図３１は、制御装置２５０の情報コードにより切り替え処理のフローチャートである。
まず、情報コードの種類(特性)が取得されコンボリューション制御部２４４に供給される（ＳＴ１０１）。
コンボリューション制御部２４４においては、供給された情報から、カーネルサイズ、数値演係数がレジスタにセットされる（ＳＴ１０２）。
そして、撮像素子２２０で撮像され、二次元コンボリューション演算部２４２に入力された画像データに対して、レジスタに格納されたデータに基づいてコンボリューション演算が行われ、演算され変換されたデータが制御粗プチ２５０に転送される（ＳＴ１０３）。
なお、本実施形態では、情報コードの種類に重点をおいたフローチャートであり、特性（種類）としているが、特性としては情報コードの種類だけでなく、上述した距離情報等の情報コードの状態も含めて特性としてもよい。
【０１２０】
以下に画像処理装置２４０の信号処理部とカーネルデータ格納ＲＯＭについてさらに具体的な例について説明する。
【０１２１】
図３２は、信号処理部とカーネルデータ格納ＲＯＭについての第１の構成例を示す図である。
図３２の例は取得情報に応じたフィルタカーネルを予め用意した場合のブロック図である。
【０１２２】
情報コードの種類(特性)を取得し、コンボリューション制御部２４４を通じてカーネルデータを選択制御する。２次元コンボリューション演算部２４２においては、カーネルデータを用いてコンボリューション処理を施す。
【０１２３】
図３３は、信号処理部とカーネルデータ格納ＲＯＭについての第２の構成例を示す図である。
図３３の例は、信号処理部の最初にノイズ低減フィルタ処理のステップを有し、フィルタカーネルデータとして露出情報に応じたノイズ低減フィルタ処理ＳＴ１を予め用意した場合のブロック図である。
【０１２４】
情報コードの種類(特性)を取得し、コンボリューション制御部２４４を通じてカーネルデータを選択制御する。
２次元コンボリューション演算部２４２においては、前記ノイズ低減フィルタＳＴ１を施した後、カラーコンバージョン処理ＳＴ２によって色空間を変換、その後カーネルデータを用いてコンボリューション処理ＳＴ３を施す。
再度ノイズ処理ＳＴ４を行い、カラーコンバージョン処理ＳＴ５によって元の色空間に戻す。カラーコンバージョン処理は、たとえばＹＣｂＣｒ変換が挙げられるが、他の変換でも構わない。
なお、再度のノイズ処理ＳＴ４は省略することも可能である。
【０１２５】
図３４は、信号処理部とカーネルデータ格納ＲＯＭについての第３の構成例を示す図である。
図３４の例は、露出情報に応じたＯＴＦ復元フィルタを予め用意した場合のブロック図である。
【０１２６】
情報コードの種類(特性)を取得し、コンボリューション制御部２４４を通じてカーネルデータを選択制御する。
２次元コンボリューション演算部２４２は、ノイズ低減処理ＳＴ１１、カラーコンバージョン処理ＳＴ１２の後に、前記ＯＴＦ復元フィルタを用いてコンボリューション処理ＳＴ１３を施す。
再度ノイズ処理ＳＴ１４を行い、カラーコンバージョン処理ＳＴ１５によって元の色空間に戻す。カラーコンバージョン処理は、たとえばＹＣｂＣｒ変換が挙げられるが、他の変換でも構わない。
なお、ノイズ低減処理ＳＴ１１、ＳＴ１４は、いずれか一方のみでもよい。
【０１２７】
図３５は、信号処理部とカーネルデータ格納ＲＯＭについての第４の構成例を示す図である。なお、簡単化のためにＡＦＥ等は省略している。
図３５の例は、ノイズ低減フィルタ処理のステップを有し、フィルタカーネルデータとして露出情報に応じたノイズ低減フィルタを予め用意した場合のブロック図である。
なお、再度のノイズ処理ＳＴ４は省略することも可能である。
情報コードの種類(特性)を取得し、コンボリューション制御部２４４を通じてカーネルデータを選択制御する。
２次元コンボリューション演算部２４２においては、ノイズ低減フィルタ処理ＳＴ２１を施した後、カラーコンバージョン処理ＳＴ２２によって色空間を変換、その後カーネルデータを用いてコンボリューション処理ＳＴ２３を施す。
再度、露出情報に応じたノイズ処理ＳＴ２４を行い、カラーコンバージョン処理ＳＴ２５によって元の色空間に戻す。カラーコンバージョン処理は、たとえばＹＣｂＣｒ変換が挙げられるが、他の変換でも構わない。
なお、ノイズ低減処理ＳＴ２１は省略することも可能である。
【０１２８】
以上は情報コードの種類(特性)情報に応じて２次元コンボリューション演算部１４２においてフィルタ処理を行う例を説明したが、たとえば情報コードおよび被写体距離情報により、より適した演算係数の抽出、あるいは演算を行うことが可能となる。
【０１２９】
図３６は、被写体距離情報と情報コードの種類(特性)情報とを組み合わせる画像処理装置の構成例を示す図である。
図３６は、撮像素子２２０からの被写体分散画像信号より分散のない画像信号を生成するが画像処理装置２４０Ａの構成例を示している。
【０１３０】
画像処理装置２４０Ａは、図３６に示すように、コンボリューション装置２４０１、カーネル・数値演算係数格納レジスタ２４０２、および画像処理演算プロセッサ２４０３を有する。
【０１３１】
この画像処理装置２４０Ａにおいては、物体概略距離情報検出装置４００から読み出した被写体の物体距離の概略距離に関する情報および露出情報を得た画像処理演算プロセッサ２４０３では、その物体離位置に対して適正な演算で用いる、カーネルサイズやその演算係数をカーネル、数値算係数格納レジスタ２４０２に格納し、その値を用いて演算するコンボリューション装置２４０１にて適正な演算を行い、画像を復元する。
【０１３２】
上述のように、光波面変調素子としての位相板(Wavefront Coding optical element)を備えた撮像装置の場合、所定の焦点距離範囲内であればその範囲内に関し画像処理によって適正な収差のない画像信号を生成できるが、所定の焦点距離範囲外の場合には、画像処理の補正に限度があるため、前記範囲外の被写体のみ収差のある画像信号となってしまう。
また一方、所定の狭い範囲内に収差が生じない画像処理を施すことにより、所定の狭い範囲外の画像にぼけ味を出すことも可能になる。
本例においては、主被写体までの距離を、距離検出センサを含む物体概略距離情報検出装置４００により検出し、検出した距離に応じて異なる画像補正の処理を行うことにように構成されている。
【０１３３】
上記の画像処理はコンボリューション演算により行うが、これを実現するには、たとえばコンボリューション演算の演算係数を共通で１種類記憶しておき、焦点距離に応じて補正係数を予め記憶しておき、この補正係数を用いて演算係数を補正し、補正した演算係数で適性なコンボリューション演算を行う構成をとることができる。
この構成の他にも、以下の構成を採用することが可能である。
【０１３４】
焦点距離に応じて、カーネルサイズやコンボリューションの演算係数自体を予め記憶しておき、これら記憶したカーネルサイズや演算係数でコンボリューション演算を行う構成、焦点距離に応じた演算係数を関数として予め記憶しておき、焦点距離によりこの関数より演算係数を求め、計算した演算係数でコンボリューション演算を行う構成等、を採用することが可能である。
【０１３５】
図３６の構成に対応付けると次のような構成をとることができる。
【０１３６】
変換係数記憶手段としてのレジスタ２４０２に被写体距離に応じて少なくとも位相板２１３ａに起因する収差に対応した変換係数を少なくとも２以上予め記憶する。画像処理演算プロセッサ２４０３が、被写体距離情報生成手段としての物体概略距離情報検出装置４００により生成された情報に基づき、レジスタ２４０２から被写体までの距離に応じた変換係数を選択する係数選択手段として機能する。
そして、変換手段としてのコンボリューション装置２４０１が、係数選択手段としての画像処理演算プロセッサ２４０３で選択された変換係数によって、画像信号の変換を行う。
【０１３７】
または、前述したように、変換係数演算手段としての画像処理演算プロセッサ２４０３が、被写体距離情報生成手段としての物体概略距離情報検出装置４００により生成された情報に基づき変換係数を演算し、レジスタ２４０２に格納する。
そして、変換手段としてのコンボリューション装置２４０１が、変換係数演算手段としての画像処理演算プロセッサ２４０３で得られレジスタ２４０２に格納された変換係数によって、画像信号の変換を行う。
【０１３８】
なお、上述のように、光波面変調素子としての位相板を備えた撮像装置の場合、所定の焦点距離範囲内であればその範囲内に関し画像処理によって適正な収差のない画像信号を生成できるが、所定の焦点距離範囲外の場合には、画像処理の補正に限度があるため、前記範囲外の被写体のみ収差のある画像信号となってしまう。
また一方、所定の狭い範囲内に収差が生じない画像処理を施すことにより、所定の狭い範囲外の画像にぼけ味を出すことも可能になる。
【０１３９】
以上説明したように、本実施形態によれば、１次画像を形成する光波面変調素子を含む光学系２１０および撮像素子２２０と、１次画像を高精細な最終画像に形成する画像処理装置２４０と、読み込んだ情報コードの特性(種類)を判断してそれに合わせ光波面変調素子の配置位置から最適な状態に回転制御を行い、また、一つの光波面変調素子に対し複数の復元用フィルタを用い、情報コードの種類に対応した復元フィルタに切り換えるように制御する制御装置２５０と、を有することから、特性の異なる情報コードを読み取る場合であっても良好な復元画像を得ることができ、実用に即した情報コード読取装置を実現することができる利点がある。
たとえば、読み取った情報コードがＪＡＮコードのような１次元のバーコードである場合には、２方向（縦方向と横方向）の要素であることから、その方向に合わせた回転制御を行って最適なＰＳＦの出力信号を用いれば一つの光波面変調素子ですべての情報コードに対応してより復元後の品質が向上できる。併せて、被写界深度の調整も可能になる。
すなわち、読み取った情報コードがＪＡＮコードのような１次元のバーコードである場合には、２方向（縦方向と横方向）の復元に重点をおき、ＱＲコードのような２次元のコードである場合は、斜め方向の復元に重点をおいた復元を行うことにより、情報コードに対応して、より復元後の品質が向上できる。
【０１４０】
また、２次元の情報コードの場合の光学系２１０と撮像素子２２０の取り付け位置は、光学系を通過した中心において回転非対称で頂部を有する点像強度分布（ＰＳＦ）に係る出力信号が、ＰＳＦの頂部に対向する縁部において、直線的に配列される複数の画素にまで入力するように設定されていることから、撮像素子２２０と光波面変調素子としての位相変調素子（位相板）２１３ａを復元に適した配置することができ、公差の緩い深度拡張光学系を実現できる。
その結果、復元画が良好となるようなボカシを実現でき、適切な画質の、ノイズの影響が小さく、良好な復元画像を得ることができる利点がある。
また、光学系を簡単化でき、コスト低減を図ることができ、しかも適切な画質の、ノイズの影響が小さい復元画像を得ることができる利点がある。
また、コンボリューション演算時に用いるカーネルサイズやその数値演算で用いられる係数を可変とし、操作部等の入力により知り、適性となるカーネルサイズや上述した係数を対応させることにより、倍率やデフォーカス範囲を気にすることなくレンズ設計ができ、かつ精度の高いコンボリュ−ションによる画像復元が可能となる利点がある。
【０１４１】
また、本実施形態においては、結像レンズ２１２による撮像素子２２０の受光面への結像の波面を変形させる波面形成用光学素子を有する撮像レンズ系と、撮像素子２２０による１次画像ＦＩＭを受けて、１次画像の空間周波数におけるＭＴＦをいわゆる持ち上げる所定の補正処理等を施して高精細な最終画像ＦＮＬＩＭを形成する画像処理装置２４０とを有することから、高精細な画質を得ることが可能となるという利点がある。
また、光学系２１０の構成を簡単化でき、製造が容易となり、コスト低減を図ることができる。
【０１４２】
ところで、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサを撮像素子として用いた場合、画素ピッチから決まる解像力限界が存在し、光学系の解像力がその限界解像力以上であるとエリアジングのような現象が発生し、最終画像に悪影響を及ぼすことは周知の事実である。
画質向上のため、可能な限りコントラストを上げることが望ましいが、そのことは高性能なレンズ系を必要とする。
【０１４３】
しかし、上述したように、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサを撮像素子として用いた場合、エリアジングが発生する。
現在、エリアジングの発生を避けるため、撮像レンズ装置では、一軸結晶系からなるローパスフィルタを併用し、エリアジングの現象の発生を避けている。
このようにローパスフィルタを併用することは、原理的に正しいが、ローパスフィルタそのものが結晶でできているため、高価であり、管理が大変である。また、光学系に使用することは光学系をより複雑にしているという不利益がある。
【０１４４】
以上のように、時代の趨勢でますます高精細の画質が求められているにもかかわらず、高精細な画像を形成するためには、従来の撮像レンズ装置では光学系を複雑にしなければならない。複雑にすれば、製造が困難になったりし、また高価なローパスフィルタを利用したりするとコストアップにつながる。
しかし、本実施形態によれば、ローパスフィルタを用いなくとも、エリアジングの現象の発生を避けることができ、高精細な画質を得ることができる。
【０１４５】
なお、本実施形態において、光学系の波面形成用光学素子を絞りより物体側レンズよりに配置した例を示したが、絞りと同一あるいは絞りより結像レンズ側に配置しても前記と同様の作用効果を得ることができる。
【０１４６】
なお、上述した実施形態においては、読み込んだ情報コードの特性(種類)を判断してそれに合わせ光波面変調素子の配置位置から最適な状態に回転制御を行い、また、一つの光波面変調素子に対し複数の復元用フィルタを用い、情報コードの種類に対応した復元フィルタに切り換えるように制御するように構成したが、本発明はこれに限定されるものではい。
たとえば、特性の異なる複数の光波面変調素子と複数の復元用フィルタを、情報コードおよび、または物体距離情報に応じて選択切換部２３０により最適な状態に切り換えるように構成することも可能である。この場合も、特性の異なる情報コードを読み取る場合であっても良好な復元画像を得ることができる。
【０１４７】
図３７および図３８は、複数の光波面変調素子を用いる場合の選択切換部の構成例を示す図である。
【０１４８】
図３７の選択切換部２３０Ｂは、変調特性の異なる複数（本例では３または４）の位相板２１３ａ−１〜２１３ａ−４を、回転中心を持った回転可動な部品２３１Ｂに同心円上の軌跡に沿って配置し、部品２３１Ｂの縁部とモータ２３２Ｂの回転軸に取り付けた歯車２３３Ｂと噛合させて、制御装置２５０の制御信号ＣＴＬ１に応じて、所望の位相板２１３ａ−１（〜−４）を光軸中心ＡＸを含む光路に挿入（位置させ）あるいは退避させる。これにより、撮影情報に応じて光波面変調を実現している。
【０１４９】
図３８の選択切換部２３０Ｃは、変調特性の異なる複数（本例では１または２）の位相板２１３ａ−１，２１３ａ−２を、板状の部品２３４に光軸中心と直交する方向に並列に配置し、同心円上の軌跡に沿って配置し、部品２３４の一縁部とモータ２３５の回転軸に取り付けた歯車２３６と噛合させて、制御装置２５０の制御信号ＣＴＬ１に応じて、所望の位相板２１３ａ−１（，−２）を光軸中心ＡＸを含む光路に挿入（位置させ）あるいは退避させる。これにより、撮影情報に応じて光波面変調を実現している。
【０１５０】
なお、図３７および図３８の例では、部品２３１Ｂ，２３４の位相板の配置位置すべてに位相板を配置しているが、たとえば、位相板を配置しない部分を設け、情報に応じて光波面変調を施さないで撮像素子２２０に入射させるように構成することも可能である。
このような構成を採用すると、絞りを所定値以上（図１８では０．５λ以下）絞った場合は、位相面の影響を受けないため、位相板を配置する必要が無い状態でも良い場合には位相板を退避させておくことができる。
【０１５１】
また、単純にひとつの位相板等の光波面変調素子を光路に挿入あるいは退避させて、光路に光波面変調素子を配置するあるいは光波面変調処理を施さないように構成することも可能である。
さらに、ひとつの位相板当の光波面変調素子を光路上に固定させ、別の位相板等の光波面変調素子を光路に挿入あるいは退避させるように構成することも可能である。
【０１５２】
以上、制御の簡易性やスペースの有効性の高いと考えられる複数の位相板を一部品化したもののみを例示したが、一部品に構成せず各々複数個の光波面変調素子（位相板等）を出し入れする方法も採用することも可能である。
【０１５３】
なお、図４の光学系は一例であり、本発明は図４の光学系に対して用いられるものとは限らない。また、スポット形状についても図５および図６は一例であり、本実施形態のスポット形状は、図５および図６に示すものとは限らない。
また、図２９、および図３０のカーネルデータ格納ＲＯＭに関しても、光学倍率、Ｆナンバやそれぞれのカーネルのサイズ、値に対して用いられるものとは限らない。また用意するカーネルデータの数についても３個とは限らない。
【図面の簡単な説明】
【０１５４】
【図１】本発明の実施形態に係る情報コード読取装置の一例を示す外観図である。
【図２】情報コードを例を示す図である。
【図３】図１の情報コード読取装置に適用される撮像装置の構成例を示すブロックである。
【図４】本実施形態に係る光学系の構成例を模式的に示す図である。
【図５】広角側の像高中心のスポット形状を示す図である。
【図６】望遠側の像高中心のスポット形状を示す図である。
【図７】本実施形態に係る選択切換部の構成例を示す図である。
【図８】ＤＥＯＳの原理を説明するための図である。
【図９】本実施形態に係る撮像素子の受光面でのスポット像を示す図であって、（Ａ）は焦点が０．２ｍｍずれた場合（Ｄｅｆｏｃｕｓ＝０．２ｍｍ）、（Ｂ）が合焦点の場合（Ｂｅｓｔ ｆｏｃｕｓ）、（Ｃ）が焦点が−０．２ｍｍずれた場合（Ｄｅｆｏｃｕｓ＝−０．２ｍｍ）の各スポット像を示す図である。
【図１０】本実施形態に係る撮像素子により形成される１次画像のＭＴＦについて説明するための図であって、（Ａ）は撮像レンズ装置の撮像素子の受光面でのスポット像を示す図で、（Ｂ）が空間周波数に対するＭＴＦ特性を示している。
【図１１】基準位置と所定角度回転後のアナログＰＳＦを示す図である。
【図１２】図１１のアナログＰＳＦのＡ／Ｄ変換後のデジタルＰＳＦを示す図である。
【図１３】図１２のデジタルＰＳＦのＭＴＦを示す図である。
【図１４】基準位置の場合のアナログＰＳＦと、デジタルＰＳＦを模式的に示す図である。
【図１５】４５度回転後のアナログＰＳＦと、デジタルＰＳＦを模式的に示す図である。
【図１６】本実施形態に係る調整装置の構成例を示すブロック図である。
【図１７】光学系と撮像素子の位置調整処理を説明するための図である。
【図１８】本実施形態の光波面変調素子を含む光学系の光軸をｚ軸とし、互いに直交する２軸をｘ、ｙとしたとき、式で表される波面収差の形状を示す図である。
【図１９】波面収差の形状と０．５λ以下の範囲を太線で表した図である。
【図２０】本実施形態に係る画像処理装置におけるＭＴＦ補正処理を説明するための図である。
【図２１】本実施形態に係る画像処理装置におけるＭＴＦ補正処理を具体的に説明するための図である。
【図２２】従来の光学系の場合において物体が焦点位置にあるときと焦点位置から外れたときのＭＴＦのレスポンス（応答）を示す図である。
【図２３】光波面変調素子を有する本実施形態の光学系の場合において物体が焦点位置にあるときと焦点位置から外れたときのＭＴＦのレスポンスを示す図である。
【図２４】本実施形態に係る撮像装置のデータ復元後のＭＴＦのレスポンスを示す図である。
【図２５】一般的な光学系のベストフォーカス（ＢｅｓｔＦｏｒｃｕｓ）位置でのＭＴＦ（Modulation Transfer Function 振幅伝達関数）特性図である。
【図２６】本実施形態の光学系のＭＴＦ特性を示す図である。
【図２７】本実施形態におけるボケ復元処理の説明図である。
【図２８】本実施形態に係る画像処理装置の構成例を示すブロック図である。
【図２９】カーネルデータＲＯＭの格納データの一例を示す図である。
【図３０】カーネルデータＲＯＭの格納データの他例を示す図である。
【図３１】情報コードの特性（種類）に応じた画像処理の概要を示すフローチャートである。
【図３２】信号処理部とカーネルデータ格納ＲＯＭについての第１の構成例を示す図である。
【図３３】信号処理部とカーネルデータ格納ＲＯＭについての第２の構成例を示す図である。
【図３４】信号処理部とカーネルデータ格納ＲＯＭについての第３の構成例を示す図である。
【図３５】信号処理部とカーネルデータ格納ＲＯＭについての第４の構成例を示す図である。
【図３６】被写体距離情報と露出情報とを組み合わせる画像処理装置の構成例を示す図である。
【図３７】複数の光波面変調素子を用いる場合の選択切換部の構成例を示す図である。
【図３８】複数の光波面変調素子を用いる場合の選択切換部の他の構成例を示す図である。
【図３９】一般的な撮像レンズ装置の構成および光束状態を模式的に示す図である。
【図４０】図３９の撮像レンズ装置の撮像素子の受光面でのスポット像を示す図であって、（Ａ）は焦点が０．２ｍｍずれた場合（Ｄｅｆｏｃｕｓ＝０．２ｍｍ）、（Ｂ）が合焦点の場合（Ｂｅｓｔ ｆｏｃｕｓ）、（Ｃ）が焦点が−０．２ｍｍずれた場合（Ｄｅｆｏｃｕｓ＝−０．２ｍｍ）の各スポット像を示す図である。
【符号の説明】
【０１５５】
１００・・・情報コード読取装置、１２１・・・情報コード、２００・・・撮像装置、２１０・・・光学系、２２０・・・撮像素子、２３０・・・選択切換部、２４０・・・画像処理装置、２５０・・・制御装置、２１１・・・物体側レンズ、２１２・・・結像レンズ、２１３・・・波面形成用光学素子、２１３ａ・・・位相板（光波面変調素子）、２４２・・・コンボリューション演算器、２４３・・・カーネルデータＲＯＭ、２４４・・・コンボリューション制御部、３００・・・調整装置、３１０・・・レンズ調整駆動部、３１１・・・小絞り、３１２・・・レンズ(光学系)、３１３・・・モータドライバ、３２０・・・センサ（撮像素子）、３３０・・・ＡＦＥ（アナログフロントエンド部）、３４０・・・ＲＡＷバッファメモリ、３５０・・・画像信号処理部、３６０・・・調整制御部、３７０・・・画像表示部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心において回転非対称な点像強度分布（ＰＳＦ）により形成され、光学的伝達関数（ＯＴＦ）を変調させる光波面変調素子を含む光学系と、
前記光学系を通過した被写体である情報コードの像を撮像する撮像素子と、
前記撮像素子からの被写体の画像信号に対して所定の処理を施す画像処理部と、
前記撮像した情報コードの種類および状態のうちの少なくとも一方を判定する判定部と、
前記判定部の判定結果に応じて、前記光学系を通過したＰＳＦに係る出力信号が入力する画素数が異なるように前記光学系と前記撮像素子との相対的な位置関係を切り換える切換部と
を有する撮像装置。
【請求項２】
前記切換部は、前記光波面変調素子を前記光学系の光軸を中心に回転させる
請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記情報コードには、１次元的な情報を有する１次元コードと２次元的な情報を有する２次元コードを含み、
前記切換部は、１次元コードの場合より２次元コードの場合の方が前記光学系を通過したＰＳＦに係る出力信号が入力する画素数が多くなるように切り換える
請求項１または２記載の撮像装置。
【請求項４】
前記ＰＳＦは頂部を有し、
前記切換部は、前記２次元コードの場合には、前記光学系を通過したＰＳＦに係る出力信号が、前記ＰＳＦの頂部に対向する縁部において、直線的に配列される複数の画素にまで入力するように切り換える
請求項３記載の撮像装置。
【請求項５】
前記ＰＳＦは前記頂部を通る中心線を中心に左右対称である
請求項１から４にいずれか一に記載の記載の撮像装置。
【請求項６】
中心において回転非対称な点像強度分布（ＰＳＦ）により形成され、光学的伝達関数（ＯＴＦ）を変調させる光波面変調素子を交換可能に構成する光学系と、
前記光学系を通過した被写体である情報コードの像を撮像する撮像素子と、
前記撮像素子からの被写体の画像信号に対して所定の処理を施す画像処理部と、
前記撮像した情報コードの種類および状態のうちの少なくとも一方を判定する判定部と、
前記判定部の判定結果に応じて、前記光波面変調素子を可変する切換部と
を有する撮像装置。
【請求項７】
前記画像処理部は、撮像素子からの被写体分散画像信号より分散のない画像信号を生成する
請求項１から６のいずれか一に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記光波面変調素子が、物体距離に応じたＯＴＦの変化を、光波面変調素子を持たない光学系よりも小さくする作用を持つ
請求項１から７のいずれか一に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記光波面変調素子が、前記光学系の光軸をｚ軸とし、互いに直交する２軸をｘ、ｙとしたとき、位相が下記式で表される
請求項７または８記載の撮像装置。
【数１】
【請求項１０】
前記光波面変調素子を有する光学系のＯＴＦが、前記光波面変調素子を含まない光学系の被写界深度よりも広い物体距離にわたって、前記撮像素子のナイキスト周波数まで０．１以上である
請求項７から９のいずれか一に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記画像処理部は、ノイズ低減フィルタリングを施す手段を有する
請求項１から１０のいずれか一に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記画像処理部の演算係数を格納する記憶手段を有し、
前記記憶手段には、情報コードの種類および状態のうちの少なくとも一に応じたノイズ低減処理のための演算係数が格納される
請求項１から１１のいずれか一に記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記画像処理部の演算係数を格納する記憶手段を有し、
前記記憶手段には、情報コードの種類および状態のうちの少なくとも一に応じた光学的伝達関数（ＯＴＦ）復元のための演算係数が格納される
請求項１から１２のいずれか一に記載の撮像装置。
【請求項１４】
前記撮像装置は、
被写体までの距離に相当する情報を生成する被写体距離情報生成手段を含み、
前記画像処理部は、前記被写体距離情報生成手段により生成される情報に基づいて前記分散画像信号より分散のない画像信号を生成する
請求項７から１３のいずれか一に記載の撮像装置。
【請求項１５】
前記撮像装置は、
被写体距離に応じて少なくとも前記光波面変調素子または前記光学系に起因する分散に対応した変換係数を少なくとも２以上予め記憶する変換係数記憶手段と、
前記被写体距離情報生成手段により生成された情報に基づき、前記変換係数記憶手段から被写体までの距離に応じた変換係数を選択する係数選択手段と、を含み、
前記画像処理部は、前記係数選択手段で選択された変換係数によって、画像信号の変換を行う
請求項１４記載の撮像装置。
【請求項１６】
前記撮像装置は、
前記被写体距離情報生成手段により生成された情報に基づき変換係数を演算する変換係数演算手段を含み、
前記画像処理部は、前記変換係数演算手段から得られた変換係数によって、画像信号の変換を行う
請求項１５載の撮像装置。
【請求項１７】
前記撮像装置は、
被写体までの距離に相当する情報を生成する被写体距離情報生成手段と、
前記被写体距離情報生成手段により生成された情報に基づき変換係数を演算する変換係数演算手段と、を含み、
前記画像処理部は、前記変換係数演算手段から得られた変換係数によって、画像信号の変換を行い分散のない画像信号を生成する
請求項７から１３のいずれか一に記載の撮像装置。
【請求項１８】
前記変換係数演算手段は、前記被写体分散像のカーネルサイズを変数として含む
請求項１７記載の撮像装置。
【請求項１９】
前記変換係数演算手段は、求めた変換係数を前記記憶手段に格納し、
前記画像処理部は、前記記憶手段に格納された変換係数によって、画像信号の変換を行い分散のない画像信号を生成する
請求項１７または１８に記載の撮像装置。
【請求項２０】
前記画像処理部は、前記変換係数に基づいてコンボリューション演算を行う
請求項１８から１９のいずれか一に記載の撮像装置。
【請求項２１】
光学系と撮像素子の相対的な取り付け位置を回転して調整可能なように撮像装置を製造するための撮像装置の製造装置であって、
前記光学系を通過した中心において回転非対称な点像強度分布（ＰＳＦ）ＰＳＦに係る出力信号が入力する画素数が異なるように前記光学系と前記撮像素子との相対的な位置関係を切り換え可能なように、基準位置への設定調整を行うための調整装置を有する
撮像装置の製造装置。
【請求項２２】
交換可能な光変調素子を含む光学系と撮像素子の相対的な取り付け位置を回転して調整可能なように撮像装置を製造するための撮像装置の製造装置であって、
前記光学系を通過した中心において回転非対称な点像強度分布（ＰＳＦ）ＰＳＦに係る出力信号が入力する画素数が異なるように前記光学系の光変調素子と前記撮像素子との相対的な位置関係、並びに光変調素子を切り換え可能なように、基準位置への設定調整を行うための調整装置を有する
撮像装置の製造装置。
【請求項２３】
光学系と撮像素子の相対的な取り付け位置を回転して調整可能なように撮像装置を製造するための撮像装置の製造方法であって、
光学系と撮像素子を配置し、前記光学系を通過した中心において回転非対称な点像強度分布（ＰＳＦ）ＰＳＦに係る出力信号が入力する画素数が基準数となる位置を第１の位置とする第１ステップと、
前記光学系を通過した前記ＰＳＦに係る出力信号が、当該ＰＳＦの頂部に対向する縁部において、直線的に配列される複数の画素にまで入力する位置を第２の位置とする第２ステップと、
前記第１の位置と前記第２の位置間で前記光波面変調素子を回転可能に形成する第３ステップと
を有する撮像装置の製造方法。
【請求項２４】
交換可能な光変調素子を含む光学系と撮像素子の相対的な取り付け位置を回転して調整可能なように撮像装置を製造するための撮像装置の製造方法であって、
光学系と撮像素子を配置し、前記光学系を通過した中心において回転非対称な点像強度分布（ＰＳＦ）ＰＳＦに係る出力信号が入力する画素数が基準数となる光変調素子を選択する第１ステップと、
前記光学系を通過した前記ＰＳＦに係る出力信号が、当該ＰＳＦの頂部に対向する縁部において、直線的に配列される複数の画素にまで入力する光変調素子を選択する第２ステップと、
前記選択した複数の光波面変調素子を交換可能に形成する第３ステップと
を有する撮像装置の製造方法。
【請求項２５】
情報コードを光学的に読み取る情報コード読取装置であって、
中心において回転非対称な点像強度分布（ＰＳＦ）により形成され、光学的伝達関数（ＯＴＦ）を変調させる光波面変調素子を含む光学系と、
前記光学系を通過した被写体である情報コードの像を撮像する撮像素子と、
前記撮像素子からの被写体の画像信号に対して所定の処理を施す画像処理部と、
前記撮像した情報コードの種類および状態のうちの少なくとも一方を判定する判定する判定部と、
前記判定部の判定結果に応じて、前記光学系を通過したＰＳＦに係る出力信号が入力する画素数が異なるように前記光学系と前記撮像素子との相対的な位置関係を切り換える切換部と
を有する情報コード読取装置。
【請求項２６】
情報コードを光学的に読み取る情報コード読取装置であって、
中心において回転非対称な点像強度分布（ＰＳＦ）により形成され、光学的伝達関数（ＯＴＦ）を変調させる光波面変調素子を交換可能な状態で構成する光学系と、
前記光学系を通過した被写体である情報コードの像を撮像する撮像素子と、
前記撮像素子からの被写体の画像信号に対して所定の処理を施す画像処理部と、
前記撮像した情報コードの種類および状態のうちの少なくとも一方を判定する判定部と、
前記判定部の判定結果に応じて、前記光波面変調素子を可変する切換部と
を有する情報コード読取装置。
【請求項１】
中心において回転非対称な点像強度分布（ＰＳＦ）により形成され、光学的伝達関数（ＯＴＦ）を変調させる光波面変調素子を含む光学系と、
前記光学系を通過した被写体である情報コードの像を撮像する撮像素子と、
前記撮像素子からの被写体の画像信号に対して所定の処理を施す画像処理部と、
前記撮像した情報コードの種類および状態のうちの少なくとも一方を判定する判定部と、
前記判定部の判定結果に応じて、前記光学系を通過したＰＳＦに係る出力信号が入力する画素数が異なるように前記光学系と前記撮像素子との相対的な位置関係を切り換える切換部と
を有する撮像装置。
【請求項２】
前記切換部は、前記光波面変調素子を前記光学系の光軸を中心に回転させる
請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記情報コードには、１次元的な情報を有する１次元コードと２次元的な情報を有する２次元コードを含み、
前記切換部は、１次元コードの場合より２次元コードの場合の方が前記光学系を通過したＰＳＦに係る出力信号が入力する画素数が多くなるように切り換える
請求項１または２記載の撮像装置。
【請求項４】
前記ＰＳＦは頂部を有し、
前記切換部は、前記２次元コードの場合には、前記光学系を通過したＰＳＦに係る出力信号が、前記ＰＳＦの頂部に対向する縁部において、直線的に配列される複数の画素にまで入力するように切り換える
請求項３記載の撮像装置。
【請求項５】
前記ＰＳＦは前記頂部を通る中心線を中心に左右対称である
請求項１から４にいずれか一に記載の記載の撮像装置。
【請求項６】
中心において回転非対称な点像強度分布（ＰＳＦ）により形成され、光学的伝達関数（ＯＴＦ）を変調させる光波面変調素子を交換可能に構成する光学系と、
前記光学系を通過した被写体である情報コードの像を撮像する撮像素子と、
前記撮像素子からの被写体の画像信号に対して所定の処理を施す画像処理部と、
前記撮像した情報コードの種類および状態のうちの少なくとも一方を判定する判定部と、
前記判定部の判定結果に応じて、前記光波面変調素子を可変する切換部と
を有する撮像装置。
【請求項７】
前記画像処理部は、撮像素子からの被写体分散画像信号より分散のない画像信号を生成する
請求項１から６のいずれか一に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記光波面変調素子が、物体距離に応じたＯＴＦの変化を、光波面変調素子を持たない光学系よりも小さくする作用を持つ
請求項１から７のいずれか一に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記光波面変調素子が、前記光学系の光軸をｚ軸とし、互いに直交する２軸をｘ、ｙとしたとき、位相が下記式で表される
請求項７または８記載の撮像装置。
【数１】
【請求項１０】
前記光波面変調素子を有する光学系のＯＴＦが、前記光波面変調素子を含まない光学系の被写界深度よりも広い物体距離にわたって、前記撮像素子のナイキスト周波数まで０．１以上である
請求項７から９のいずれか一に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記画像処理部は、ノイズ低減フィルタリングを施す手段を有する
請求項１から１０のいずれか一に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記画像処理部の演算係数を格納する記憶手段を有し、
前記記憶手段には、情報コードの種類および状態のうちの少なくとも一に応じたノイズ低減処理のための演算係数が格納される
請求項１から１１のいずれか一に記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記画像処理部の演算係数を格納する記憶手段を有し、
前記記憶手段には、情報コードの種類および状態のうちの少なくとも一に応じた光学的伝達関数（ＯＴＦ）復元のための演算係数が格納される
請求項１から１２のいずれか一に記載の撮像装置。
【請求項１４】
前記撮像装置は、
被写体までの距離に相当する情報を生成する被写体距離情報生成手段を含み、
前記画像処理部は、前記被写体距離情報生成手段により生成される情報に基づいて前記分散画像信号より分散のない画像信号を生成する
請求項７から１３のいずれか一に記載の撮像装置。
【請求項１５】
前記撮像装置は、
被写体距離に応じて少なくとも前記光波面変調素子または前記光学系に起因する分散に対応した変換係数を少なくとも２以上予め記憶する変換係数記憶手段と、
前記被写体距離情報生成手段により生成された情報に基づき、前記変換係数記憶手段から被写体までの距離に応じた変換係数を選択する係数選択手段と、を含み、
前記画像処理部は、前記係数選択手段で選択された変換係数によって、画像信号の変換を行う
請求項１４記載の撮像装置。
【請求項１６】
前記撮像装置は、
前記被写体距離情報生成手段により生成された情報に基づき変換係数を演算する変換係数演算手段を含み、
前記画像処理部は、前記変換係数演算手段から得られた変換係数によって、画像信号の変換を行う
請求項１５載の撮像装置。
【請求項１７】
前記撮像装置は、
被写体までの距離に相当する情報を生成する被写体距離情報生成手段と、
前記被写体距離情報生成手段により生成された情報に基づき変換係数を演算する変換係数演算手段と、を含み、
前記画像処理部は、前記変換係数演算手段から得られた変換係数によって、画像信号の変換を行い分散のない画像信号を生成する
請求項７から１３のいずれか一に記載の撮像装置。
【請求項１８】
前記変換係数演算手段は、前記被写体分散像のカーネルサイズを変数として含む
請求項１７記載の撮像装置。
【請求項１９】
前記変換係数演算手段は、求めた変換係数を前記記憶手段に格納し、
前記画像処理部は、前記記憶手段に格納された変換係数によって、画像信号の変換を行い分散のない画像信号を生成する
請求項１７または１８に記載の撮像装置。
【請求項２０】
前記画像処理部は、前記変換係数に基づいてコンボリューション演算を行う
請求項１８から１９のいずれか一に記載の撮像装置。
【請求項２１】
光学系と撮像素子の相対的な取り付け位置を回転して調整可能なように撮像装置を製造するための撮像装置の製造装置であって、
前記光学系を通過した中心において回転非対称な点像強度分布（ＰＳＦ）ＰＳＦに係る出力信号が入力する画素数が異なるように前記光学系と前記撮像素子との相対的な位置関係を切り換え可能なように、基準位置への設定調整を行うための調整装置を有する
撮像装置の製造装置。
【請求項２２】
交換可能な光変調素子を含む光学系と撮像素子の相対的な取り付け位置を回転して調整可能なように撮像装置を製造するための撮像装置の製造装置であって、
前記光学系を通過した中心において回転非対称な点像強度分布（ＰＳＦ）ＰＳＦに係る出力信号が入力する画素数が異なるように前記光学系の光変調素子と前記撮像素子との相対的な位置関係、並びに光変調素子を切り換え可能なように、基準位置への設定調整を行うための調整装置を有する
撮像装置の製造装置。
【請求項２３】
光学系と撮像素子の相対的な取り付け位置を回転して調整可能なように撮像装置を製造するための撮像装置の製造方法であって、
光学系と撮像素子を配置し、前記光学系を通過した中心において回転非対称な点像強度分布（ＰＳＦ）ＰＳＦに係る出力信号が入力する画素数が基準数となる位置を第１の位置とする第１ステップと、
前記光学系を通過した前記ＰＳＦに係る出力信号が、当該ＰＳＦの頂部に対向する縁部において、直線的に配列される複数の画素にまで入力する位置を第２の位置とする第２ステップと、
前記第１の位置と前記第２の位置間で前記光波面変調素子を回転可能に形成する第３ステップと
を有する撮像装置の製造方法。
【請求項２４】
交換可能な光変調素子を含む光学系と撮像素子の相対的な取り付け位置を回転して調整可能なように撮像装置を製造するための撮像装置の製造方法であって、
光学系と撮像素子を配置し、前記光学系を通過した中心において回転非対称な点像強度分布（ＰＳＦ）ＰＳＦに係る出力信号が入力する画素数が基準数となる光変調素子を選択する第１ステップと、
前記光学系を通過した前記ＰＳＦに係る出力信号が、当該ＰＳＦの頂部に対向する縁部において、直線的に配列される複数の画素にまで入力する光変調素子を選択する第２ステップと、
前記選択した複数の光波面変調素子を交換可能に形成する第３ステップと
を有する撮像装置の製造方法。
【請求項２５】
情報コードを光学的に読み取る情報コード読取装置であって、
中心において回転非対称な点像強度分布（ＰＳＦ）により形成され、光学的伝達関数（ＯＴＦ）を変調させる光波面変調素子を含む光学系と、
前記光学系を通過した被写体である情報コードの像を撮像する撮像素子と、
前記撮像素子からの被写体の画像信号に対して所定の処理を施す画像処理部と、
前記撮像した情報コードの種類および状態のうちの少なくとも一方を判定する判定する判定部と、
前記判定部の判定結果に応じて、前記光学系を通過したＰＳＦに係る出力信号が入力する画素数が異なるように前記光学系と前記撮像素子との相対的な位置関係を切り換える切換部と
を有する情報コード読取装置。
【請求項２６】
情報コードを光学的に読み取る情報コード読取装置であって、
中心において回転非対称な点像強度分布（ＰＳＦ）により形成され、光学的伝達関数（ＯＴＦ）を変調させる光波面変調素子を交換可能な状態で構成する光学系と、
前記光学系を通過した被写体である情報コードの像を撮像する撮像素子と、
前記撮像素子からの被写体の画像信号に対して所定の処理を施す画像処理部と、
前記撮像した情報コードの種類および状態のうちの少なくとも一方を判定する判定部と、
前記判定部の判定結果に応じて、前記光波面変調素子を可変する切換部と
を有する情報コード読取装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００８−１６７０４０（Ｐ２００８−１６７０４０Ａ）
【公開日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３５２９１７（Ｐ２００６−３５２９１７）
【出願日】平成１８年１２月２７日（２００６．１２．２７）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月２７日（２００６．１２．２７）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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