JP4743553B2 - レンズユニット、撮像装置、および電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、撮像素子を用い、光学系を備えた撮像装置および電子機器に関するものである。

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。

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。

産業用途では、バーコードや虹彩や文字等の近接静止画像を読取る機能を有することが多く、さらにレンズの特性として、物体距離が近いと物体距離に対するピントの移動量が大きくなるため、深度が深くなることが有用であることが多い。
上記のようなバーコード読み取りは、光学系を絞る事で被写界深度を拡張していた。
また、オートフォーカス（ＡＦ）を用いることで対応した例もある。

しかし、上記の方法では、前者の場合、絞ることで深度は伸びるが、光量が減るため、シャッタースピードが遅くなり、手ブレを起こす可能性が高くなる。

後者においては、ＡＦするということは、駆動部を有することになるため、コストアップ、耐久信頼性の低下を招く。

このような問題に対処するために、たとえば、多焦点レンズを用いることで深度を拡張するレンズ（たとえば特許文献１参照）や、位相変調素子を用いることで深度を拡張するレンズ（たとえば、特許文献２、非特許文献１参照）等、上記要求を満たすための高性能なレンズが紹介されている。

特開２００６−１３９２４６号公報 米国特許５、７４８、３７１号 「Ｅdward R. Dowski、Jr．、 Ｗ．Thomas Cathey、 "Ｅxtended depth of field through wave−front coding" 、Appl．Opt．Vol．３４、１８５９−１８６６（１９９５）」

しかし、上記のような技術を実現しようとすると、特許文献１に開示された技術では、不連続形状によるエッジの端面反射、回折の影響により光学性能劣化を併発する。

特許文献２に開示された技術では、点像強度分布（ＰＳＦ：Ｐｏｉｎｔ−Ｓｐｒｅａｄ−Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）が回転非対称であることから復元フィルタのサイズが大きくなること、復元が不十分で合った場合の偽像の発生が起きる。

本発明の目的は、深度を拡張する光学系において、ばらつきに対する感度を弱く抑えながら、画像復元処理に用いるフィルタのサイズを小さくすることが可能なレンズユニット、撮像装置、および電子機器を提供することにある。

本発明の第１の観点のレンズユニットは、レンズと、収差を発生させる収差制御機能を有する収差制御部と、を含む収差制御光学系を有し、前記収差制御部は、回転非対称で円周方向に２周期以上の周期形状を有し、前記収差制御部は、絞りの機能を含み、または、前記収差制御光学系は、絞りを有し、前記収差制御部は前記絞りに隣接して配置され、前記周期形状は正弦または余玄の三角関数波による連続的な関数で形成され、光軸を含む任意の断面においてそれぞれ異なる焦点距離を有し、前記収差制御部は、前記収差制御光学系の光軸をｚ軸とし、前記光軸に垂直で互いに直交する２軸をそれぞれｘ、ｙとしたとき、以下の式によって表される。
ｚ＝α×[ｅｘｐ｛β（ｘ２×ｙ２）｝−１]×ｃｏｓ｛ｎθ｝
または、
ｚ＝α×[ｅｘｐ｛β（ｘ２×ｙ２）｝−１]×ｓｉｎ｛ｎθ｝
但し、α，βは係数、ｎは２以上の整数、ｘ，ｙ，ｚは入射瞳径を１として正規化した長さ、｜ｘ｜≦１ 、｜ｙ｜≦１、ｘ２はｘの２乗を、ｙ２はｙの２乗を、θはｘｙ平面における角度をそれぞれ示す。

好適には、前記収差制御部は、前記収差制御光学系の光軸をｚ軸とし、前記光軸に垂直で互いに直交する２軸をそれぞれｘ、ｙとしたとき、以下の式によって表される。
ｚ＝α×[ｅｘｐ｛β（ｘ２×ｙ２）｝−１]×ｃｏｓ｛ｎθ｝
または、
ｚ＝α×[ｅｘｐ｛β（ｘ２×ｙ２）｝−１]×ｓｉｎ｛ｎθ｝
但し、α，βは係数、ｎは実数の値の係数、ｘ，ｙ，ｚは入射瞳径を１として正規化した長さ、｜ｘ｜≦１ 、｜ｙ｜≦１、ｘ２はｘの２乗を、ｙ２はｙの２乗を、θはｘｙ平面における角度をそれぞれ示す。

本発明の第２の観点の撮像装置は、レンズと、収差を発生させる収差制御機能を有する収差制御部と、を含む収差制御光学系と、前記収差制御光学系を介して得られる像を光電変換する撮像素子と、を有し、前記収差制御部は、回転非対称で円周方向に２周期以上の周期形状を有し、前記収差制御部は、絞りの機能を含み、または、前記収差制御光学系は、絞りを有し、前記収差制御部は前記絞りに隣接して配置され、前記周期形状は正弦または余玄の三角関数波による連続的な関数で形成され、光軸を含む任意の断面においてそれぞれ異なる焦点距離を有し、前記収差制御部は、前記収差制御光学系の光軸をｚ軸とし、前記光軸に垂直で互いに直交する２軸をそれぞれｘ、ｙとしたとき、以下の式によって表される。
ｚ＝α×[ｅｘｐ｛β（ｘ２×ｙ２）｝−１]×ｃｏｓ｛ｎθ｝
または、
ｚ＝α×[ｅｘｐ｛β（ｘ２×ｙ２）｝−１]×ｓｉｎ｛ｎθ｝
但し、α，βは係数、ｎは２以上の整数、ｘ，ｙ，ｚは入射瞳径を１として正規化した長さ、｜ｘ｜≦１ 、｜ｙ｜≦１、ｘ２はｘの２乗を、ｙ２はｙの２乗を、θはｘｙ平面における角度をそれぞれ示す。

本発明の第３の観点の電子機器は、撮像装置を有し、前記撮像装置は、レンズと、収差を発生させる収差制御機能を有する収差制御部と、を含む収差制御光学系と、前記収差制御光学系を介して得られる像を光電変換する撮像素子と、を有し、前記収差制御部は、回転非対称で円周方向に２周期以上の周期形状を有し、前記収差制御部は、絞りの機能を含み、または、前記収差制御光学系は、絞りを有し、前記収差制御部は前記絞りに隣接して配置され、前記周期形状は正弦または余玄の三角関数波による連続的な関数で形成され、光軸を含む任意の断面においてそれぞれ異なる焦点距離を有し、前記収差制御部は、前記収差制御光学系の光軸をｚ軸とし、前記光軸に垂直で互いに直交する２軸をそれぞれｘ、ｙとしたとき、以下の式によって表される。
ｚ＝α×[ｅｘｐ｛β（ｘ２×ｙ２）｝−１]×ｃｏｓ｛ｎθ｝
または、
ｚ＝α×[ｅｘｐ｛β（ｘ２×ｙ２）｝−１]×ｓｉｎ｛ｎθ｝
但し、α，βは係数、ｎは２以上の整数、ｘ，ｙ，ｚは入射瞳径を１として正規化した長さ、｜ｘ｜≦１ 、｜ｙ｜≦１、ｘ２はｘの２乗を、ｙ２はｙの２乗を、θはｘｙ平面における角度をそれぞれ示す。

本発明によれば、深度を拡張する光学系において、ばらつきに対する感度を弱く抑えながら、画像復元処理に用いるフィルタのサイズを小さくすることができる。

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。

図１は、本発明の実施形態に係る電子機器としての情報コード読取装置の一例を示す外観図である。
図２（Ａ）〜（Ｃ）は、情報コードの例を示す図である。
図３は、図１の情報コード読取装置に適用可能な撮像装置の構成例を示すブロックである。
なおここでは、本実施形態の撮像装置が適用可能な装置として、情報コード読取装置を例示している。

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。

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、光学系に収差制御部（収差制御面、または収差制御素子）を適用し、収差制御素子により収差（本実施形態においてはコマ収差）を意図的に発生させ、焦点深度拡張機能を有する。

そして、本実施形態においては、収差制御部を回転非対称で円周方向に周期を持つ形状（放射形状）とすることによって、回転非対称でありながら略円形のＰＳＦを形成する。回転非対称な形状にすることによってバラツキに対する感度を弱く抑えることができ、大きくならざるを得ないフィルタサイズは周期を持たせることで小さくできるような構成を有している。

これにより、収差制御光学系から被写体までの距離が異なっても、固体撮像素子に結像するＰＳＦが多焦点、もしくはソフトフォーカスとなることで略同じ状態となり、被写体距離に関わらず、単一のフィルタによる画像復元を可能とする収差制御面の形状を提供する収差制御光学系システムというシステムを採用し、ＪＡＮコードのような１次元のバーコードとＱＲコードのような２次元のバーコードのような情報コードを的確に高精度で読み取ることが可能に構成されている。

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、収差制御光学系２１０、撮像素子２２０、アナログフロントエンド部（ＡＦＥ）２３０、画像処理装置２４０、カメラ信号処理部２５０、画像表示メモリ２６０、画像モニタリング装置２７０、操作部２８０、および制御装置２９０を有している。

図４は、本実施形態に係る収差制御光学系を形成する撮像レンズユニットの基本構成を示す図である。
収差制御光学系２１０Ａは、被写体物体ＯＢＪを撮影した像を撮像素子２２０に供給する。また、収差制御光学系２１０Ａは、物体側から順に、第１レンズ２１１、第２レンズ２１２、第３レンズ２１３、絞り２１４、第４レンズ２１５、第５レンズ２１６が配置されている。
本実施形態の収差制御光学系２１０Ａは、第４レンズ２１５と第５レンズ２１６が接合されている。すなわち、本実施形態の収差制御光学系２１０Ａのレンズユニットは、接合レンズを含んで構成されている。

そして、本実施形態の収差制御光学系２１０Ａは、収差を意図的に発生させる収差制御機能を有する収差制御部として収差制御面を適用した光学系として構成されている。
本実施形態においては、コマ収差のみを発生させるために、収差制御面を挿入する必要がある。なお、収差制御効果は別素子の収差制御素子を挿入しても良い。
その例を示すと図４のようになり、通常の光学系に収差制御面(第３レンズＲ２面)を含んだ形となっている。
ここでいう収差制御面とは、収差制御素子の持つ収差制御効果をレンズ面に内包したものをいう。収差制御面２１３ａは絞り２１４に隣接していることが好ましい。
収差制御部は、それ自身が絞りの機能を有するように形成することも可能である。

そして、本実施形態の収差制御光学系２１０Ａの収差制御面２１３ａは、回転非対称で円周方向に２周期以上の周期形状を有する。
収差制御光学系２１０Ａの収差制御面２１３ａが円周方向に２周期以上の周期形状を形成するか、もしくは収差制御光学系２１０Ａを通過した光線のＰＳＦが略円形を形成するかの何れか少なくとも一方を満足する。

図５は、本実施形態に係る収差制御光学系のスポット像を示す図である。
図６は、比較のために示す一般的に光学系のスポット像を示す図である。

図５と図６を比較してわかるように、本実施形態に係る収差制御光学系２１０Ａによれば、スポット像を拡散させる。

収差制御光学系２１０Ａの収差制御面２１３ａは、周期形状は三角関数波の組み合わせによる連続的な関数で形成され、光軸を含む任意の断面においてそれぞれ異なる焦点距離を有する。

収差制御面２１３ａは、収差制御光学系２１０Ａの光軸をｚ軸とし、光軸に垂直で互いに直交する２軸をそれぞれｘ、ｙとしたとき、以下の式によって表される。

ｚ＝α×[ｅｘｐ｛β（ｘ２×ｙ２）｝−１]×ｃｏｓ｛ｎθ｝
または、
ｚ＝α×[ｅｘｐ｛β（ｘ２×ｙ２）｝−１]×ｓｉｎ｛ｎθ｝
但し、α，βは係数、ｎは実数の値の係数、ｘ，ｙ，ｚは入射瞳径を１として正規化した長さ、｜ｘ｜≦１ 、｜ｙ｜≦１、ｘ２はｘの２乗を、ｙ２はｙの２乗を、θはｘｙ平面における角度をそれぞれ示す。

収差制御光学系２１０Ａの収差制御面２１３ａは、周期形状はステップ状によって形成され、光軸を含む任意の断面においてそれぞれ多値の何れかの焦点距離を有するように形成することも可能である。

図７は、収差制御光学系の収差制御面形状（コサイン波）と断面図を示す図である。
図８は、図７のより具体的な断面図である。
図９は、収差制御光学系の収差制御面形状（サイン波）と断面図を示す図である。
図１０は、図９のより具体的な断面図である。
図１１は、収差制御光学系の周期を矩形とした場合を示す図である。

上述したように、本実施形態では、収差制御光学系２１０Ａにおいて、周期構造である収差制御面２１３ａの振幅回数を固体撮像素子に応じて制御している。
振幅回数は、固体撮像素子の画素ピッチ、画素形状（たとえば正方画素、ハニカム画素）に依存する。
この際、周期構造は、図７〜図１０に示すように、コサイン波、サイン波、矩形波、いずれで形成しても良い。
また、周期構造により、複数の独立した焦点距離（たとえば矩形波による２値）、連続したある幅を持つ焦点距離（サイン波、コサイン波）を同時に有することで、深度を拡張する。

このように、本実施形態においては、収差制御面２１３ａの形状を、回転非対称とし、さらに周期構造を有し、周期を増やすことによって、ＰＳＦを実質的に円形に近づけることで効率の良い深度拡張を実現する。
まず、多焦点の実現を同心円ではなく、放射状としたことのメリットは、同心円状に焦点距離を複数持つと、ピッチを無限に細かくしないと中心部に第一の焦点距離を持つ場合と周辺部に第一の焦点距離を持つ場合とで焦点距離ごとのウエイトが変化してしまう。
換言すれば、製造感度が非常に厳しく、わずかな誤差で遠距離側、近距離側にウエイトが傾いてしまう。
これを、放射状とすることで、製造自体の難易度は高まるが、バラツキに対する感度は弱く、生産性に優れる。

次に、振幅を増やすことのメリットは、撮像素子２２０の画素によるサンプリング効果を利用すれば、ＰＳＦを実質的に円形に近づくことである。
ＰＳＦを円形とすることで、ピントを外した時のボケは自然なボケ味となり、さらに画像処理に用いるフィルタは、その対称性を利用すれば、フィルタサイズを小さくすることも可能となる。

図１２は、周期数とＰＳＦ形状の関係を示す図である。
図１３は、アナログＰＳＦとＡＤ変換でサンプリングされた後のＰＳＦを示す図である。

図１２および図１３に示すように、収差制御面２１３ａの形状を、回転非対称とし、さらに周期構造を有し、周期を増やすことによって、実質的に円形に近づけることで効率の良い深度拡張を実現することができる。

以上、本実施形態に係る光学系の特徴的な構成、機能、効果について説明した。
以下に、撮像素子、画像処理部等の他の構成部分の構成、機能について説明する。

撮像素子２２０は、たとえば図４に示すように、第５レンズ２１６側から、ガラス製の平行平面板（カバーガラス）２２１と、ＣＣＤあるいはＣＭＯＳセンサ等からなる撮像素子の撮像面２２２が順に配置されている。
収差制御光学系２１０Ａを介した被写体ＯＢＪからの光が、撮像素子２２０の撮像面２２２上に結像される。
なお、撮像素子２２０で撮像される被写体分散像は、収差制御面２１３ａにより撮像素子２２０上ではピントが合わず、深度の深い光束とボケ部分が形成された像である。

そして、図３に示すように撮像素子２２０は、収差制御光学系２１０で取り込んだ像が結像され、結像１次画像情報を電気信号の１次画像信号ＦＩＭとして、アナログフロントエンド部２３０を介して画像処理装置２４０に出力するＣＣＤやＣＭＯＳセンサからなる。
図３においては、撮像素子２２０を一例としてＣＣＤとして記載している。

アナログフロントエンド部２３０は、タイミングジェネレータ２３１と、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ２３２と、を有する。
タイミングジェネレータ２３１では、撮像素子２２０のＣＣＤの駆動タイミングを生成しており、Ａ／Ｄコンバータ２３２は、ＣＣＤから入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換し、画像処理装置２４０に出力する。

信号処理部の一部を構成する画像処理装置２４０は、前段のＡＦＥ２３０からくる撮像画像のデジタル信号を入力し、エッジ強調等の画像処理を施し、収差制御光学系２１０Ａの収差により低下したコントラストを向上させ、後段のカメラ信号処理部（ＤＳＰ）２５０に渡す。

カメラ信号処理部（ＤＳＰ）２５０は、カラー補間、ホワイトバランス、ＹＣｂＣｒ変換処理、圧縮、ファイリング等の処理を行い、メモリ２６０への格納や画像モニタリング装置２７０への画像表示等を行う。

制御装置２９０は、露出制御を行うとともに、操作部２８０などの操作入力を持ち、それらの入力に応じて、システム全体の動作を決定し、ＡＦＥ２３０、画像処理装置２４０、ＤＳＰ２５０、絞り２１４等を制御し、システム全体の調停制御を司るものである。

以下、本実施形態の光学系、画像処理装置の構成および機能について具体的に説明する。

本実施形態においては、収差制御光学系を採用し、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。

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、エッジ強調等の画像処理を施し、収差制御光学系２１０Ａの収差により低下したコントラストを向上させる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のＭＴＦ補正処理は、たとえば図１４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１４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１４中曲線Ｂで示す特性は、たとえば本実施形態のように、収差制御面または収差制御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。

本実施形態においては、図１４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１５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１４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１５に示すようになる。

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。

このように、実施形態に係る撮像装置２００は、基本的に、１次画像を形成する収差制御光学系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、収差制御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収差制御用に成形したものを設けることにより、球面収差を意図的に発生させて結像の波面を変形（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。

次に、本実施形態および通常光学系のＭＴＦのレスポンスについて考察する。

図１６は、通常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１７は、収差制御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１８は、本実施形態に係る撮像装置の画像処理後のＭＴＦのレスポンスを示す図である。

図からもわかるように、収差制御面または収差制御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収差制御面または収差制御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、後段の画像処理装置２４０によって画像処理することにより、ＭＴＦのレスポンスが向上させることができる。
ただし、画像処理を行うとノイズが増加してしまう場合には、好適にはＭＴＦのレスポンスを向上させるような画像処理は行わないようにすることも可能である。
上述したように、目的に応じて意図的に収差を発生させる光学系を収差制御光学系という。

図１７に示した、収差制御光学系の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１８に示した復元後のＯＴＦを達成するためには画像処理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画像処理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、画像処理前のＭＴＦが０．１以上あれば、画像処理でナイキスト周波数でのゲインを上げずに済む。画像処理前のＭＴＦが０．１未満であると、画像処理後の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。

以上説明したように、本実施形態によれば、収差制御光学系２１０Ａの収差制御面２１３ａは、回転非対称で円周方向に２周期以上の周期形状を有するか、もしくは収差制御光学系２１０Ａを通過した光線のＰＳＦが略円形を形成するかの何れか少なくとも一方を満足する。
収差制御光学系２１０Ａの収差制御面２１３ａは、周期形状は三角関数波の組み合わせによる連続的な関数で形成され、光軸を含む任意の断面においてそれぞれ異なる焦点距離を有する。
あるいは、収差制御光学系２１０Ａの収差制御面２１３ａは、周期形状はステップ状によって形成され、光軸を含む任意の断面においてそれぞれ多値の何れかの焦点距離を有する。

したがって、本実施形態によれば、以下の効果を得ることできる。
収差制御光学系から被写体までの距離が異なっても、固体撮像素子に結像するＰＳＦが多焦点、もしくはソフトフォーカスとなる事で略同じ状態となり、被写体距離に関わらず、単一のフィルタによる画像復元が可能となる。
換言すれば、深度を拡張する光学系において、ばらつきに対する感度を弱く抑えながら、画像復元処理に用いるフィルタのサイズを小さくすることが可能となる。
また、本実施形態によれば、コマ収差を適切に制御することで、画像復元処理を施さなくても深度を拡張することができ、適切な画質の、ノイズの影響が小さい良好な画像を得ることが可能となる。

また、難度が高く、高価でかつ大型化した光学レンズを必要とせずに、かつ、レンズを駆動させること無く、自然な画像を得ることができる利点がある。
そして、本実施形態に係る撮像装置２００は、デジタルカメラやカムコーダー等の民生機器の小型、軽量、コストに考慮が必要な光学システムに使用することが可能である。
また、収差制御光学系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。

なお、本実施形態に係る撮像装置１００が適用可能な電子機器としては、情報読み取り装置の他に、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、ＰＤＡ、画像検査装置、自動制御用産業カメラ等に適用可能である。

本発明の実施形態に係る電子機器としての情報コード読取装置の一例を示す外観図である。 情報コードの例を示す図である。 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。 本実施形態に係る光学系を形成する撮像レンズユニットの基本構成例を示す図である。 本実施形態に係る収差制御光学系のスポット像を示す図である。 比較のために示す一般的に光学系のスポット像を示す図である。 収差制御光学系の収差制御面形状（コサイン波）と断面図を示す図である。 図７のより具体的な断面図である。 収差制御光学系の収差制御面形状（サイン波）と断面図を示す図である。 図９のより具体的な断面図である。 収差制御光学系の周期を矩形とした場合を示す図である。 周期数とＰＳＦ形状の関係を示す図である。 アナログＰＳＦとＡＤ変換でサンプリングされた後のＰＳＦを示す図である。 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。 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。 通常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。 収差制御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。 本実施形態に係る撮像装置の画像処理後のＭＴＦのレスポンスを示す図である。

符号の説明

２００・・・撮像装置、２１０・・・収差制御光学系、２１１・・・第１レンズ、２１２・・・第２レンズ、２１３・・・第３レンズ、２１３ａ・・・収差制御面、２１４・・・絞り、２１５・・・第４レンズ、２２０・・・撮像素子、２３０・・・アナログフロントエンド部（ＡＦＥ）、２４０・・・画像処理装置、２５０・・・カメラ信号処理部、２８０・・・操作部、２９０・・・制御装置。

Claims (3)

1. レンズと、
   収差を発生させる収差制御機能を有する収差制御部と、を含む収差制御光学系を有し、
   前記収差制御部は、
   回転非対称で円周方向に２周期以上の周期形状を有し、
   前記収差制御部は、
   絞りの機能を含み、または、
   前記収差制御光学系は、
   絞りを有し、
   前記収差制御部は前記絞りに隣接して配置され、
   前記周期形状は正弦または余玄の三角関数波による連続的な関数で形成され、光軸を含む任意の断面においてそれぞれ異なる焦点距離を有し、
   前記収差制御部は、
   前記収差制御光学系の光軸をｚ軸とし、前記光軸に垂直で互いに直交する２軸をそれぞれｘ、ｙとしたとき、以下の式によって表される
   レンズユニット。
   ｚ＝α×[ｅｘｐ｛β（ｘ２×ｙ２）｝−１]×ｃｏｓ｛ｎθ｝
   または、
   ｚ＝α×[ｅｘｐ｛β（ｘ２×ｙ２）｝−１]×ｓｉｎ｛ｎθ｝
   但し、α，βは係数、ｎは２以上の整数、ｘ，ｙ，ｚは入射瞳径を１として正規化した長さ、｜ｘ｜≦１ 、｜ｙ｜≦１、ｘ２はｘの２乗を、ｙ２はｙの２乗を、θはｘｙ平面における角度をそれぞれ示す。
2. レンズと、
   収差を発生させる収差制御機能を有する収差制御部と、を含む収差制御光学系と、
   前記収差制御光学系を介して得られる像を光電変換する撮像素子と、を有し、
   前記収差制御部は、
   回転非対称で円周方向に２周期以上の周期形状を有し、
   前記収差制御部は、
   絞りの機能を含み、または、
   前記収差制御光学系は、
   絞りを有し、
   前記収差制御部は前記絞りに隣接して配置され、
   前記周期形状は正弦または余玄の三角関数波による連続的な関数で形成され、光軸を含む任意の断面においてそれぞれ異なる焦点距離を有し、
   前記収差制御部は、
   前記収差制御光学系の光軸をｚ軸とし、前記光軸に垂直で互いに直交する２軸をそれぞれｘ、ｙとしたとき、以下の式によって表される
   撮像装置。
   ｚ＝α×[ｅｘｐ｛β（ｘ２×ｙ２）｝−１]×ｃｏｓ｛ｎθ｝
   または、
   ｚ＝α×[ｅｘｐ｛β（ｘ２×ｙ２）｝−１]×ｓｉｎ｛ｎθ｝
   但し、α，βは係数、ｎは２以上の整数、ｘ，ｙ，ｚは入射瞳径を１として正規化した長さ、｜ｘ｜≦１ 、｜ｙ｜≦１、ｘ２はｘの２乗を、ｙ２はｙの２乗を、θはｘｙ平面における角度をそれぞれ示す。
3. 撮像装置を有し、
   前記撮像装置は、
   レンズと、
   収差を発生させる収差制御機能を有する収差制御部と、を含む収差制御光学系と、
   前記収差制御光学系を介して得られる像を光電変換する撮像素子と、を有し、
   前記収差制御部は、
   回転非対称で円周方向に２周期以上の周期形状を有し、
   前記収差制御部は、
   絞りの機能を含み、または、
   前記収差制御光学系は、
   絞りを有し、
   前記収差制御部は前記絞りに隣接して配置され、
   前記周期形状は正弦または余玄の三角関数波による連続的な関数で形成され、光軸を含む任意の断面においてそれぞれ異なる焦点距離を有し、
   前記収差制御部は、
   前記収差制御光学系の光軸をｚ軸とし、前記光軸に垂直で互いに直交する２軸をそれぞれｘ、ｙとしたとき、以下の式によって表される
   電子機器。
   ｚ＝α×[ｅｘｐ｛β（ｘ２×ｙ２）｝−１]×ｃｏｓ｛ｎθ｝
   または、
   ｚ＝α×[ｅｘｐ｛β（ｘ２×ｙ２）｝−１]×ｓｉｎ｛ｎθ｝
   但し、α，βは係数、ｎは２以上の整数、ｘ，ｙ，ｚは入射瞳径を１として正規化した長さ、｜ｘ｜≦１ 、｜ｙ｜≦１、ｘ２はｘの２乗を、ｙ２はｙの２乗を、θはｘｙ平面における角度をそれぞれ示す。

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