JP3091255B2 - Multi focus camera - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、液晶を制御すること
により焦点深度を可変させる多焦点カメラに関するもの
である。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multifocal camera which varies the depth of focus by controlling a liquid crystal.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般にレンズや開口絞り等で構成される
従来の結像光学系を用いて入力される画像は、解像度と
焦点深度とはトレードオフの関係にある。つまり、解像
度や明るさを向上させるためには結像光学系の開口を大
きくする必要があるが、一般に開口が大きい光学系は焦
点深度が浅くなる。これを解決する一手段として、次の
文献［ W.T.Welford,J Opt Sur Am, 50, 749.(1960) ］
に紹介されいるような輪帯開口等の特殊な開口を設けた
結像光学系を用いる手段が知られている。この手段によ
れば焦点深度の深い画像が簡単に得られるという利点が
あるが、解像度や光量を著しく損うという欠点のほか、
写真用のフィルムや合成樹脂などの材料を用いて特殊開
口を構成すると、光学的特性が固定されてしまい、目的
に応じて特性を変更するのが難しい問題があった。2. Description of the Related Art In general, there is a trade-off between resolution and depth of focus in an image input using a conventional imaging optical system including a lens, an aperture stop, and the like. That is, in order to improve the resolution and brightness, it is necessary to increase the aperture of the imaging optical system. However, in general, an optical system having a large aperture has a small depth of focus. To solve this problem, the following literature [WTWelford, J Opt Sur Am, 50, 749. (1960)]
A means using an image forming optical system provided with a special opening such as a ring zone opening as described in US Pat. This method has the advantage that an image with a large depth of focus can be easily obtained, but has the disadvantage that the resolution and light amount are significantly impaired,
If a special opening is formed using a material such as a photographic film or a synthetic resin, the optical characteristics are fixed, and it is difficult to change the characteristics according to the purpose.
【０００３】ところが、カメラや顕微鏡など画像機器を
利用する分野においては、得られた画像が解像度や明る
さに優れ、しかも焦点深度の深い画像であることが強く
要求されていた。However, in the field of using image equipment such as a camera and a microscope, there has been a strong demand that the obtained image be an image having excellent resolution and brightness and a large depth of focus.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記した
ような従来の結像光学系で、焦点深度を深くしようとす
ると解像度や明るさが犠牲になり、また、焦点深度を自
由に可変とすることは困難である問題を解決するために
なされたもので、解像度や明るさを保ちつつ、焦点深度
を容易に可変しつつ画像を拡大できる、多焦点カメラを
提供することを目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a conventional imaging optical system as described above, in which the resolution and brightness are sacrificed when trying to increase the depth of focus, and the depth of focus is freely variable. It is an object of the present invention to provide a multifocal camera capable of enlarging an image while easily changing the depth of focus while maintaining the resolution and brightness while maintaining the resolution and brightness.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】この発明は、上記目的を
達成するために光学レンズと多数の画素で構成され屈折
率を局所的に可変にできる液晶レンズとを用いて結像光
学系を構成し、この液晶レンズ上にフレネル輪帯を形成
させるとともに、隣り合うフレネル輪帯の屈折率を変え
ることにより、隣り合うフレネル輪帯に対して、上記光
学系に少なくとも２つの相異なる焦点距離を同時に生成
するための光学的位相差を与えるフレネルゾーンプレー
トを形成させ、非回折光と±１次回折光の回折効率を等
しくすることによりレンズの焦点距離ｆl とフレネルゾ
ーンプレートの焦点距離±ｆz とを有する多焦点光学系
を構成するものである。According to the present invention, an image forming optical system is constituted by using an optical lens and a liquid crystal lens having a large number of pixels and capable of locally changing a refractive index to achieve the above object. and, together to form a Fresnel zone on the liquid crystal lens, by changing the refractive index of the Fresnel zone adjoining respect Fresnel zone adjacent said light
Simultaneously generate at least two different focal lengths in a system
To form a Fresnel zone plate to give optical phase difference to, the focal length ± f z of the focal length f l and Fresnel zone plate of a lens by equalizing the diffraction efficiency of the non-diffracted light and ± 1-order diffracted light And a multifocal optical system having the same.
【０００６】また、光学系により結像された像を電気的
画像信号に変換する光電変換手段と光電変換手段により
得られた電気的画像信号に対して所定の空間周波数領域
を強調する空間周波数フィルタリング手段を備えたこと
も特徴としている。Further, photoelectric conversion means for converting an image formed by the optical system into an electric image signal, and spatial frequency filtering for emphasizing a predetermined spatial frequency region with respect to the electric image signal obtained by the photoelectric conversion means. It is also characterized by having means.
【０００７】さらに、複数の被写体に対し光学レンズで
焦点を合わせたときの、この光学レンズの複数の位置を
検出する位置検出手段と、位置検出手段により検出され
た複数の位置を記憶する手段と、記憶手段に記憶された
上記複数の位置データをもとに上記液晶プレート制御手
段の上記液晶プレートに対する制御条件を設定する条件
設定手段とを備えたことも特徴としている。Furthermore, when focused by an optical lens for a plurality of subjects, and position detecting means for detecting a plurality of positions of the optical lens, it is detected by the position detecting means
Means for storing the plurality of positions, and
Condition setting means for setting control conditions for the liquid crystal plate by the liquid crystal plate control means based on the plurality of position data.
【０００８】[0008]
【作用】このような構成を用いることにより、レンズや
フレネルゾーンプレートの個々の焦点深度を多焦点光学
系との作用により実質的に焦点深度の大きい光学系を構
成できる。これは、焦点の数を増やすものであり、また
ここで用いるフレネルゾーンプレートは輪帯にストッパ
を置くものではなく位相差をつけるものであるので光量
を減ずることはなく、また光学系本来の解像度を劣化さ
せることもない。加えて、液晶レンズの各画素に対する
印加電圧のパターンを変えることにより容易にフレネル
ゾーンプレートの焦点距離±ｆz を変更でき、結像光学
系の焦点深度変更が可能になる。また、空間周波数フィ
ルタリング手段を設けることにより輪郭構造の鮮鋭な画
像を得ることができる。By using such a configuration, it is possible to configure an optical system having a substantially large depth of focus by operating the individual focal depths of the lens and the Fresnel zone plate with the multifocal optical system. This is to increase the number of focal points, and the Fresnel zone plate used here does not place a stopper on the annular zone but gives a phase difference, so the light quantity does not decrease and the original resolution of the optical system Does not deteriorate. In addition, by changing the pattern of the applied voltage to each pixel of the liquid crystal lens, the focal length ± f z of the Fresnel zone plate can be easily changed, and the focal depth of the imaging optical system can be changed. Further, by providing the spatial frequency filtering means, a sharp image having a contour structure can be obtained.
【０００９】さらに、複数の被写体に対し光学レンズで
焦点を合わせたときのこの光学レンズの複数の位置デー
タを検出して記憶しておき、その記憶された複数の位置
データをもとに液晶プレート制御手段の制御条件を設定
させることで、操作者の指定により焦点深度を自由に設
定できる。Further, when a plurality of objects are focused by an optical lens, a plurality of position data of the optical lens are detected and stored, and the plurality of stored position data are stored.
By setting the control conditions of the liquid crystal plate control means based on the data, the depth of focus can be set freely by the operator.
【００１０】[0010]
【実施例】以下、図面を参照しながらこの発明の一実施
例を説明する。（第１実施例）An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. (First embodiment)
【００１１】図１は第１の実施例のブロック構成図であ
る。同図に示す撮像装置１は次のような構成になってい
る。結像光学系は液晶フレネルゾーンプレート（以下液
晶ＦＺＰと略記）２とレンズ３とで構成される。レンズ
３は複数のレンズ群で構成されるが、図では簡略化のた
め１枚のレンズで表現している。FIG. 1 is a block diagram of the first embodiment. The imaging device 1 shown in FIG. 1 has the following configuration. The imaging optical system includes a liquid crystal Fresnel zone plate (hereinafter abbreviated as liquid crystal FZP) 2 and a lens 3 . lens
3 is composed of a plurality of lens groups, but is represented by one lens for simplification in the figure.
【００１２】液晶ＦＺＰ２は、図２に示すような正方格
子状に配列された多数の画素で構成されており、液晶ド
ライバ４により駆動さる。さらに液晶ドライバ４はＣＰ
Ｕ等で構成されるコントローラ５により制御される。こ
のコントローラ５は、マン・マシーンインターフェース
としてのスイッチ群６に接続されており、光学特性の条
件設定を操作者が行なえるようになっている。The liquid crystal FZP2 is composed of a large number of pixels arranged in a square lattice as shown in FIG. Further, the liquid crystal driver 4 has a CP
It is controlled by a controller 5 composed of U or the like. The controller 5 is connected to a switch group 6 as a man-machine interface, so that an operator can set conditions for optical characteristics.
【００１３】一方前記結像光学系により結像された画像
情報は、ＣＣＤ等の撮像素子７により光電変換され、ビ
デオ画像信号としてビデオプロセッサ８を介して図示し
ない表示装置や画像処理装置等に送られるようになって
いる。On the other hand, image information formed by the image forming optical system is photoelectrically converted by an image pickup device 7 such as a CCD and transmitted to a display device or an image processing device (not shown) via a video processor 8 as a video image signal. It is supposed to be.
【００１４】図２は液晶ＦＺＰ２の構造を示すとともに
その駆動方法を説明する図である。液晶ＦＺＰ２を構成
する正方格子状に配列されている画素配列の各行各列の
それぞれに対しては、液晶ドライバ４内に設けられてい
る電圧供給器４ａからアクティブマトリックス方式によ
り電圧が供給できるようなっており、構成各画素単位に
印加電圧を制御できるようになっている。FIG. 2 is a diagram showing the structure of the liquid crystal FZP2 and explaining a driving method thereof. A voltage can be supplied to each of each row and each column of the pixel array arranged in a square lattice pattern constituting the liquid crystal FZP2 from the voltage supply device 4a provided in the liquid crystal driver 4 by an active matrix method. The applied voltage can be controlled for each pixel of the configuration.
【００１５】この発明は、液晶ＦＺＰ２の各画素の屈折
率をコントロールすることにより、結像光学系の焦点距
離を可変にする技術であり、上記のように構成された本
実施例の作用について説明する。The present invention is a technique for varying the focal length of an image forming optical system by controlling the refractive index of each pixel of the liquid crystal FZP2. The operation of the present embodiment having the above-described configuration will be described. I do.
【００１６】図３は、一般的なフレネルゾーンプレート
（以下ＦＺＰと記す）の正面図である。通常、ＦＺＰは
円形開口を各々の面積が等しくなるような輪帯（フレネ
ル輪帯）に分け、一つおきに不透明になるように設計さ
れる。このようなＦＺＰは、 ±ｆz ＝ｒ2 ／λ …(1) ただし、ｒ：ＦＺＰの中心の円の半径 λ：光の波長 の焦点距離を持つレンズと同じ作用を持つ。従って、こ
のＦＺＰを結像レンズと組み合わせて用いると、その合
成焦点距離が複数となりレンズを固定した状態のまま、
距離の異なる複数の物体面に焦点を合わせることができ
る。理論的にはこのＦＺＰのレンズは±ｆz の他に±ｆ
z ／３，±ｆz ／５，…なる焦点距離を有するが実際に
は±ｆz の焦点に集光される光強度が強く、他の焦点の
効果は小さい。その上、非回折光によるレンズの元の焦
点距離も保存される。ところが１つおきの輪帯を不透明
にする代わりに通過した光の位相がπだけ遅れるように
設定すると±ｆz の焦点の位置に集光する光の強度が増
大し、非回折光は消滅するようになる。更に位相差を適
当に選ぶと±ｆz への回折光と非回折光との回折効率が
等しくなりレンズ３と組み合わせた結像光学系において
±ｆz とレンズの焦点距離ｆl との３ケ所に焦点が生じ
るようになる。FIG. 3 is a front view of a general Fresnel zone plate (hereinafter referred to as FZP). Normally, the FZP is designed so that a circular opening is divided into annular zones (Fresnel annular zones) having the same area, and every other is opaque. Such an FZP has the same action as a lens having a focal length of r: radius of the center circle of the FZP, λ: wavelength of light, ± f z = r 2 / λ (1) Therefore, when this FZP is used in combination with an imaging lens, the combined focal length becomes plural and the lens remains fixed.
A plurality of object planes having different distances can be focused. In addition to ± f of the theoretical lens of the FZP is ± f z
z / 3, ± f z / 5, in fact has a ... become focal length stronger light intensity is converged on the focal point of ± f z is the effect of the other focal point is small. In addition, the original focal length of the lens due to undiffracted light is preserved. However, if the phase of the transmitted light is set to be delayed by π instead of making every other ring zone opaque, the intensity of the light focused at the focal point of ± f z increases, and the undiffracted light disappears. Become like Further 3 places between the focal length f l of ± f z and the lens in the imaging optical system diffraction efficiency combined with made lens 3 equal the diffracted light and non-diffracted light to a ± f z suitably selecting the phase difference Focus will be generated.
【００１７】本実施例は、このような３ケ所に焦点を有
する状態を利用して多焦点撮像装置を構成するものであ
る。なお、ＦＺＰの作用は厳密には特定の波長だけでは
たらくが、その波長を可視光の中心波長（λ＝５５０n
m）付近に選べば色収差の影響はそれほどない。色収差
の影響を除外するために液晶ＦＺＰ２の前に干渉フィル
ターを設置し、その干渉フィルターの透過光波長で液晶
ＦＺＰ２の特性を設定しモノクロの撮像素子７で白黒画
像を撮像するという構成にしても良い。In the present embodiment, a multifocal image pickup apparatus is constructed by utilizing such a state having a focus at three places. Incidentally, only the wavelength specific to the action of the FZP strictly
It works by changing the wavelength to the central wavelength of visible light (λ = 550n).
If you choose near m), the influence of chromatic aberration is not so much. In order to eliminate the influence of chromatic aberration, an interference filter is provided in front of the liquid crystal FZP2, the characteristics of the liquid crystal FZP2 are set with the wavelength of the transmitted light of the interference filter, and a monochrome image is captured by the monochrome image sensor 7. good.
【００１８】この実施例は上記したＦＺＰレンズの光学
的特性を実現させるための手段として、液晶の屈折率ｎ
が印加電圧により変化する特性を利用している。この屈
折率ｎを利用して液晶ＦＺＰ２に所要の光学的特性をも
たせる設計方法を説明する。図４は、図３に示すような
リング状に画素の屈折率ｎが所望の屈折率になるように
電圧を印加したときの液晶ＦＺＰ２の断面図である。In this embodiment, as means for realizing the optical characteristics of the FZP lens, the refractive index n of the liquid crystal is
Utilizes the characteristic that changes according to the applied voltage. A design method for giving the liquid crystal FZP2 required optical characteristics using the refractive index n will be described. FIG. 4 is a sectional view of the liquid crystal FZP2 when a voltage is applied so that the refractive index n of the pixel becomes a desired refractive index in a ring shape as shown in FIG.
【００１９】このように電圧を印加したとき、隣り合う
輪帯に相当する画素の屈折率をｎ1およびｎ2 とすると
隣り合う輪帯間の光路差は、 △＝│ｎ2 −ｎ1 │ｄ …(2) となる。ただし、ｄは液晶ＦＺＰ２の厚さを表わす。所
望の焦点距離を得るための両光路の位相差をδにすれば
良いとすると、 ｋ△＝２πＮ十δ（Ｎ＝０，１，２，…） …(3) なる関係が満足されるように設計すれば良い。ただし、
ｋは波数で、ｋ＝２π／λで表わされる。 When a voltage is applied in this manner, assuming that the refractive indices of the pixels corresponding to the adjacent zones are n 1 and n 2 , the optical path difference between the adjacent zones is Δ = │n 2 −n 1 │ d ... (2) Here, d represents the thickness of the liquid crystal FZP2. Assuming that the phase difference between the two optical paths for obtaining a desired focal length should be δ, the following relationship is satisfied: k △ = 2πN × 10 (N = 0, 1, 2,...) (3) Should be designed . However,
k is a wave number and is represented by k = 2π / λ.
【００２０】(2) ，(3) 式より次式が導かれる。 ｄ＝（２πＮ＋δ）／ｋ│ｎ 2 −ｎ 1 │ ＝（λ／│ｎ2 −ｎ1 ）・（δ／２π＋Ｎ） …(4) (4) 式に基づき、屈折率ｎ1 ，ｎ2 および液晶レンズの
厚さｄを設計すれば良い。また焦点距離±ｆz は(1) 式
に従って、液晶ＦＺＰ２の画素に対する印加電圧パター
ンを変えることにより可変にすることができる。The following equations are derived from equations (2) and (3). d = (2πN + δ) / k │ n 2 -n 1 | = (Λ / | n 2 −n 1 ) · (δ / 2π + N) (4) The refractive indexes n 1 and n 2 and the thickness d of the liquid crystal lens may be designed based on the equation (4). Further, the focal length ± f z can be made variable by changing the voltage pattern applied to the pixels of the liquid crystal FZP2 according to the equation (1).
【００２１】本実施例によりレンズ３と液晶ＦＺＰ２と
により多焦点光学系を構成でき、しかも液晶ＦＺＰ２の
パターンを操作者の判断によりスイッチ群６を介して変
えられるように構成することにより液晶ＦＺＰ２の焦点
距離を可変でき、実質的に焦点深度を可変にできる装置
を構成できる。 （第２実施例）According to this embodiment, a multifocal optical system can be constituted by the lens 3 and the liquid crystal FZP2, and the pattern of the liquid crystal FZP2 can be changed via the switch group 6 by the judgment of the operator. An apparatus capable of varying the focal length and substantially varying the depth of focus can be configured. (Second embodiment)
【００２２】この発明の第２の実施例のブロック構成を
図５に示す。この実施例は、操作者の指定により焦点深
度を自由にでき、しかも鮮鋭な輪郭構造を持つ画像を得
るために空間周波数のフィルタリングを行なうものであ
る。FIG. 5 shows a block configuration of a second embodiment of the present invention. In this embodiment, the depth of focus can be freely specified by the operator, and the spatial frequency is filtered to obtain an image having a sharp outline structure.
【００２３】その構成は大きくカメラ１０、画像処理プ
ロセッサ１１、ＴＶモニタ１２とに分けられる。カメラ
１０の結像光学系は第１の実施例に示したものと同様に
液晶ＦＺＰ１０ａ、レンズ１０ｂおよび液晶ドライバ１
０ｃとで構成される。液晶ＦＺＰ１０ａとレンズ１０ｂ
とを保持する距離環１０ｄは、合焦面駆動装置１０ｅに
より駆動制御され光学系の合焦面が移動できるようにな
っている。The configuration is roughly divided into a camera 10, an image processor 11, and a TV monitor 12. The imaging optical system of the camera 10 is the same as that shown in the first embodiment, and includes a liquid crystal FZP 10a, a lens 10b, and a liquid crystal driver 1.
0c. Liquid crystal FZP 10a and lens 10b
Is controlled by a focusing plane driving device 10e so that the focusing plane of the optical system can move.
【００２４】また合焦面駆動装置１０ｅ内には距離環１
０ｄの位置を知るためのエンコーダが設けられており、
そのエンコーダ信号はＣＰＵ１０ｆに送られる。また、
合焦面駆動装置１０ｅ内には距離環１０ｄを光軸方向に
駆動するためのモータが内蔵されており、それはモータ
ドライバ１０ｇにより駆動制御される。モータドライバ
１０ｇはＣＰＵ１０ｆにより作動をコントロールされ
る。A distance ring 1 is provided in the focusing surface driving device 10e.
An encoder for knowing the position of 0d is provided,
The encoder signal is sent to the CPU 10f. Also,
A motor for driving the distance ring 10d in the optical axis direction is built in the focusing surface driving device 10e, and the driving thereof is controlled by a motor driver 10g. The operation of the motor driver 10g is controlled by the CPU 10f.
【００２５】一方、結像光学系により結像された画像情
報は撮像素子１０ｈにより光電変換され、ビデオプロセ
ッサ１０ｉにより処理されて画像処理プロセッサ１１へ
送られると共にコントラスト検出器１０ｊにも送られ
る。さらにコントラスト検出器１０ｊの検出出力はＣＰ
Ｕ１０ｆに送られるようになっている。On the other hand, image information formed by the image forming optical system is photoelectrically converted by the image pickup device 10h, processed by the video processor 10i, sent to the image processor 11, and also sent to the contrast detector 10j. Further, the detection output of the contrast detector 10j is CP
It is sent to U10f.
【００２６】画像処理プロセッサ１１内には、ビデオプ
ロセッサ１０ｉから送られてくる画像信号をディジタル
変換して、フレームメモリ１１ａに記録するビデオＡ／
Ｄ変換器１１ｂが設けられている。フレームメモリ１１
ａに記録されたディジタル画像信号は、空間フィルタ１
１ｃにより所定の空間周波数領域を強調するフィルタリ
ング処理が行なわれＤ／Ａ変換器１１ｄによりアナログ
ビデオ信号に変換されて、ＴＶモニタ１２に表示され
る。ＣＰＵ１１ｅは画像処理プロセッサ１１を制御する
もので、また、このＣＰＵ１１ｅはカメラ１０内のＣＰ
Ｕ１０ｆとも連結され装置全体を制御している。本実施
例は以上のような構成であり、動作としては前処理と本
処理との２段階の動作を行なう。The image processor 11 converts the image signal sent from the video processor 10i into a digital signal and records the video signal in a frame memory 11a.
A D converter 11b is provided. Frame memory 11
digital image signal recorded on a a spatial filter 1
A filtering process for emphasizing a predetermined spatial frequency region is performed by 1c, and is converted into an analog video signal by the D / A converter 11d and displayed on the TV monitor 12. The CPU 11e controls the image processor 11, and the CPU 11e
It is also connected to U10f and controls the entire device. The present embodiment is configured as described above, and performs two-stage operations of preprocessing and main processing.
【００２７】まず前処理では、操作者がフォーカスを合
わせたい複数の被写体をファインダー内の中央に狙い次
々と指定する。この時、カメラ１０において液晶ＦＺＰ
１０ａは全ての画素について均一な印加電圧がかけられ
実質的にレンズ１０ｂのみでフォーカス動作が行なわれ
るようにする。また、このとき入力される画像信号はコ
ントラスト検出器１０ｊに入力されコントラスト、つま
り所定の空間周波数領域の画像信号のパワーが検出され
て、ＣＰＵ１０ｆ，モータドライバ１０ｇ，合焦面駆動
装置１０ｅを介して距離環１０ｄが制御されて、最もコ
ントラスト値が高い位置へ合焦面が移動される、いわゆ
るコントラスト法によるオートフォーカス動作が行なわ
れる。従って、操作者は狙った被写体を常にフォーカス
の合った状態で見ることができ、指定操作を行なったと
きにレンズの位置のエンコーダ出力値がＣＰＵ１０ｆ内
のメモリに記録される。First, in the pre-processing, the operator aims at a plurality of subjects to be focused at the center of the viewfinder and designates them one after another. At this time, the liquid crystal FZP
Reference numeral 10a allows a uniform applied voltage to be applied to all the pixels so that the focusing operation is performed substantially only by the lens 10b. The image signal input at this time is input to a contrast detector 10j to detect the contrast, that is, the power of the image signal in a predetermined spatial frequency region, and via the CPU 10f, the motor driver 10g, and the focal plane driving device 10e. By controlling the distance ring 10d, an autofocus operation by a so-called contrast method is performed in which the focal plane is moved to a position having the highest contrast value. Therefore, the operator can always see the target subject in focus, and when performing the specifying operation, the encoder output value of the lens position is recorded in the memory in the CPU 10f.
【００２８】このような前処理により焦点を合わせるべ
き被写体の位置が決定されると、本処理において設定さ
れる液晶ＦＺＰ１０ａに対する印加電圧パターンおよび
距離環１０ｄの位置が決定され、操作者が選んだ被写体
全ての位置を抱含するような結像光学系が設定される。
このような状態で本処理動作が行なわれ入力された画像
は、画像処理プロセッサ１１内で所定の空間周波数を強
調するフィルタリング処理が実行される。When the position of the subject to be focused is determined by such preprocessing, the applied voltage pattern to the liquid crystal FZP 10a set in this process and the position of the distance ring 10d are determined, and the subject selected by the operator is determined. An imaging optical system that includes all positions is set.
In this state, a filtering process for emphasizing a predetermined spatial frequency is performed in the image processing processor 11 on the input image after the main processing operation is performed.
【００２９】本実施例の作用は、合焦面の異なる画像を
加え合わせ、これに中域〜高域の空間周波数成分を強調
する処理を行なわせることにより、加え合わせる前の個
々の入力画像に合焦されていた各被写体全てに焦点の合
った画像を得るものである。つまり解像度や明るさを損
うことなく焦点深度の大きい画像を合成するものであ
る。The operation of this embodiment is to add images having different focal planes and to perform a process of emphasizing the spatial frequency components in the middle to high ranges, so that each input image before the addition is added. This is to obtain an image in which all the focused objects are in focus. That is, an image having a large depth of focus is synthesized without deteriorating the resolution or brightness.
【００３０】本実施例では、上述した作用を実現するた
めにレンズ１０ｂと液晶ＦＺＰ１０ａとで焦点距離がｆ
l とＦz の２ケ所同時に有する結像光学系を構成し、２
ケ所の異なる物体面に合焦させた画像を同時に入力し、
撮像素子１０ｈの受光面で実質的に加算するものであ
る。In the present embodiment, in order to realize the above-described operation, the focal length between the lens 10b and the liquid crystal FZP 10a is f.
constitute an imaging optical system having the two positions simultaneous l and F z, 2
Simultaneously input images focused on different object planes
The addition is substantially performed on the light receiving surface of the image sensor 10h.
【００３１】この時得られる画像信号は、１ケ所に合焦
させて入力した画像内には焦点が合った部分と合ってい
ない部分とが混在するのに対して、場所によらずほぼ一
様にぼけた画像が得られる。ところがそのぼけ方は、１
ケ所に合焦させて入力した画像内のぼけに比べてはるか
にぼけ方が小さく、十分焦点の合ったときの画像情報を
内抱するものである。従って適当なフィルタリング処理
を施すことによって画像内の場所によらず一様に焦点の
合った画像が回復できる。In the image signal obtained at this time, an in-focus portion and an out-of-focus portion coexist in an input image focused at one place, but almost uniform regardless of the place. A blurred image is obtained. However, the blur is 1
The blur is much smaller than the blur in the image that has been focused and input at the different places, and contains the image information when it is sufficiently focused. Therefore, by performing an appropriate filtering process, an in-focus image can be recovered regardless of the location in the image.
【００３２】本実施例により合焦面の異なる画像を光学
系の駆動を行なう必要なく１度に入力することができ、
空間周波数のフィルタリング処理により、より輪郭構造
の鮮鋭な画像を提供することができる。また、コントラ
スト法ＡＦを用いたマルチ測距を行なうことにより操作
者にとって条件設定のし易い装置を提供することができ
る。According to this embodiment, images having different focal planes can be input at once without having to drive the optical system.
By the spatial frequency filtering process, a sharper image having a contour structure can be provided. Further, by performing multi-ranging using the contrast AF, it is possible to provide an apparatus in which conditions can be easily set for an operator.
【００３３】なお、本実施例において、より大きな範囲
にわたって処理を適用するために距離環１０ｄを移動し
ながら複数の画像を入力し、これらの画像を累積加算で
きように構成したフレームメモリ１１ａを用いて複数の
入力画像を加算するようにしてもよい。この場合例えば
４ケ所に合焦させた画像を入力したい時は、距離環１０
ｄの位置を２ケ所に設定し、１度に２ケ所に焦点を合わ
せた画像を２回入力してそれらを加え合わせるようにす
れば良い。なお、この発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、要旨を変更しない範囲で変形して実施でき
る。In this embodiment, in order to apply processing over a larger range, a plurality of images are input while moving the distance ring 10d, and a frame memory 11a configured to accumulatively add these images is used. Alternatively, a plurality of input images may be added. In this case, for example, when it is desired to input images focused at four locations, the distance ring 10
The position of d may be set at two places, and an image focused on two places at a time may be input twice and added together. The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified and implemented without changing the gist.
【００３４】[0034]
【発明の効果】本発明により解像度や明るさを保ちつ
つ、焦点深度を容易に可変しつつ、拡大できる撮像装置
を提供することができる。According to the present invention, it is possible to provide an image pickup apparatus which can be enlarged while easily changing the depth of focus while maintaining the resolution and brightness.
【図１】この発明の第１実施例のブロック構成図。FIG. 1 is a block diagram of a first embodiment of the present invention.
【図２】同実施例に使用する液晶ＦＺＰの構成および電
圧印加の説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram of a configuration of a liquid crystal FZP used in the embodiment and voltage application.
【図３】一般のフレネルゾーンプレート（ＦＺＰ）の正
面図。FIG. 3 is a front view of a general Fresnel zone plate (FZP).
【図４】液晶ＦＺＰの断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view of a liquid crystal FZP.
【図５】この発明の第２実施例のブロック構成図。FIG. 5 is a block diagram of a second embodiment of the present invention.
１……撮像装置 ２……液晶ＦＺＰ ３
……レンズ ４……液晶ドライバ ４ａ…電圧供給器 ５
……コントローラ ６……スイッチ群 ７……撮像素子 ８
……ビデオプロセッサ １０…カメラ １０ａ…液晶ＦＺＰ １
０ｂ…レンズ １０ｃ…液晶ドライバ １０ｄ…距離環 １
０ｅ…合焦面駆動装置 １０ｆ…ＣＰＵ １０ｇ…モータドライバ １
０ｈ…撮像素子 １０ｉ…ビデオプロセッサ１０ｊ…コントラスト検出器 １１…画像処理フロセッサ１１ａ…フレームメモリ １
１ｂ…Ａ／Ｄ変換器 １１ｃ…空間フィルタ １１ｄ…Ｄ／Ａ変換器 １
１ｅ…ＣＰＵ １２…ＴＶモニタ1 ... imaging device 2 ... liquid crystal FZP 3
… Lens 4… LCD driver 4a… Voltage supply 5
...... Controller 6 ...... Switch group 7 ...... Image sensor 8
... Video processor 10 Camera 10a Liquid crystal FZP 1
0b Lens 10c Liquid crystal driver 10d Distance ring 1
0e: Focusing surface drive device 10f: CPU 10g: Motor driver 1
0h: Image sensor 10i: Video processor 10j: Contrast detector 11: Image processing processor 11a: Frame memory 1
1b A / D converter 11c Spatial filter 11d D / A converter 1
1e CPU 12 TV monitor
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−249125（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−266518（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−36632（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−156227（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−48636（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−198511（ＪＰ，Ａ) 特表 昭61−502221（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/13 505 G02B 7/08 G03B 3/04 G03B 9/02 Continuation of the front page (56) References JP-A-63-249125 (JP, A) JP-A-1-266518 (JP, A) JP-A-62-36632 (JP, A) JP-A-61-156227 (JP) JP-A-2-48636 (JP, A) JP-A-60-198511 (JP, A) JP-T-61-502221 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB) G02F 1/13 505 G02B 7/08 G03B 3/04 G03B 9/02
Claims (3)
の画素で構成される液晶プレートよりなる光学系と、 前記液晶プレートの画素ごとに電圧を印加することによ
り、前記液晶プレート上に複数のフレネル輪帯を形成さ
せるとともに、隣り合うフレネル輪帯に対して、前記光
学系に少なくとも２つの相異なる焦点距離を同時に生成
するための光学的位相差を与えるフレネルゾーンプレー
トを構成させる液晶プレート制御手段と、 を備えたことを特徴とする多焦点カメラ。1. An optical system comprising a liquid crystal plate composed of an optical lens and a plurality of pixels arranged in a lattice, and a voltage applied to each pixel of the liquid crystal plate to form a plurality of pixels on the liquid crystal plate. together to form a Fresnel zone for off-les channel zones adjacent the light
Simultaneously generate at least two different focal lengths in a system
Multi-focus camera in which the liquid crystal plate control means for constituting a Fresnel zone plate Ru give optical phase difference to, comprising the to.
画像信号に変換する光電変換手段と、 前記光電変換手段により得られた電気的画像信号に対し
て所定の空間周波数領域を強調する空間周波数フィルタ
リング手段と、 を備えたことを特徴とする請求項１記載の多焦点カメ
ラ。2. A photoelectric conversion means for converting an image formed by the optical system into an electric image signal, and emphasizing a predetermined spatial frequency region on the electric image signal obtained by the photoelectric conversion means. The multifocal camera according to claim 1, further comprising: spatial frequency filtering means.
点を合わせたときの、この光学レンズの複数の位置を検
出する位置検出手段と、前記位置検出手段により検出された複数の位置を記憶す
る手段と、 前記記憶手段に記憶された前記複数の 位置データをもと
に上記液晶プレート制御手段の上記液晶プレートに対す
る制御条件を設定する条件設定手段と、 を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２記載
の多焦点カメラ。To 3. A plurality of subjects when focused in the optical lens, a position detecting means for detecting a plurality of positions of the optical lens, to store a plurality of positions detected by said position detecting means
Means for setting control conditions for the liquid crystal plate by the liquid crystal plate control means based on the plurality of position data stored in the storage means. The multifocal camera according to claim 1.
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Applications Claiming Priority (1)
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| JP12005991A JP3091255B2 (en) | 1991-05-24 | 1991-05-24 | Multi focus camera |
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Family Applications (1)
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- 1991-05-24 JP JP12005991A patent/JP3091255B2/en not_active Expired - Fee Related
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