JP2006139246A - Multifocal lens and imaging system - Google Patents

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Tsutomu Fujita
努 藤田
Masami Kanegae
正巳 鐘ヶ江
Misa Sano
みさ 佐野
Masato Nishizawa
眞人 西澤
Takuya Imaoka
卓也 今岡
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RIVERBELL KK
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a multifocal lens and an imaging system in which out-of-focus states are approximately the same even when the distances to an object to be imaged are different and in which an image modification process can be realized by a process using the same data, independently of the distance to the object. <P>SOLUTION: In constituting the multifocal lens having a plurality of focal lengths (for example, the multifocal lens 521 having two focal lengths), respective lens parts having the different focal lengths from a plurality of first lens parts having the first focal length to the plurality of Nth lens parts having the Nth focal length (N is an integer of two or more) are integrated. The first-Nth lens parts are concentrically repeated plural times, with the center of the circular or elliptic first lens part. Each lens part may be formed of a diffraction lens. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、複数の焦点距離を持つ多焦点レンズおよび撮像システムに係り、例えば、所望の静止画像や動画像を撮影することができるとともに、デジタルコード等の近接静止画像を読み取り、そのデジタルコードの認識処理および認識したデジタルコードの情報に基づく各種処理を行うことができる情報端末装置等に装着する光学レンズおよび撮像システムとして利用できる。   The present invention relates to a multifocal lens and an imaging system having a plurality of focal lengths. For example, a desired still image or a moving image can be taken, a close still image such as a digital code is read, and the digital code It can be used as an optical lens and an imaging system to be attached to an information terminal device or the like that can perform recognition processing and various processing based on information of the recognized digital code.

一般に、電荷結合素子(CCD:Charge Coupled Device)等の画像入力機能を持った情報端末装置においては、例えば、使用者自身の映像や風景の映像等の所望の映像を撮影する機能を有するとともに、バーコードや虹彩や文字等の近接静止画像を読み取る機能を有することが、極めて有用であることが多い。例えば、バーコードであれば、メールアドレス、ホームページアドレス、電話番号、FAX番号、会社名、所属、役職名等の多くの情報を表すことができるので、これらのバーコードを上記の所望の映像や画像と組み合わせて使用することにより、極めて有用なコミュニケーションを実現することができる。   In general, in an information terminal device having an image input function such as a charge coupled device (CCD), for example, it has a function of photographing a desired image such as a user's own image or a landscape image, It is often very useful to have a function of reading a close-up still image such as a bar code, iris or character. For example, a barcode can represent a lot of information such as an e-mail address, a homepage address, a telephone number, a FAX number, a company name, an affiliation, and a job title. By using it in combination with an image, extremely useful communication can be realized.

従来より、上記のようなバーコードの読み取りは、専用の読取り用スキャナを用いて行われていた。また、パーソナル・コンピュータ等の画像入力機器を用いてバーコードを読み取るようにした例もあるが、この場合は、例えば、被写界深度の近点(例えば0.3m程度)から無限遠までの標準的な距離にある使用者や風景等の通常の被写体の撮影に用いる標準撮影用レンズを用いて、近接被写体であるバーコードの読み取りも行っていた。   Conventionally, barcode reading as described above has been performed using a dedicated reading scanner. In addition, there is an example in which the barcode is read using an image input device such as a personal computer. In this case, for example, from a near point of the depth of field (for example, about 0.3 m) to infinity. A bar code, which is a close subject, is also read using a standard photographing lens used for photographing a normal subject such as a user or a landscape at a standard distance.

しかし、上記のような専用の読取り用スキャナを用いてバーコードを読み取る方法については、操作が複雑で、手間がかかり面倒であるため、実用上、不便であった。また、使用者や風景等の通常の被写体の撮影を行うための標準撮影用レンズを用いてバーコードの読み取りを行うと、解像度が不十分であるため、特に、2次元バーコード等の複雑な情報を読み取って認識することは困難であった。   However, the method of reading a bar code using the dedicated reading scanner as described above is inconvenient in practice because the operation is complicated, laborious and cumbersome. Further, when a barcode is read using a standard photographing lens for photographing a normal subject such as a user or a landscape, the resolution is insufficient. It was difficult to read and recognize information.

このような問題に対処するために、本願発明者は、被写界深度の近点から無限遠までの標準的な距離にある通常の被写体を撮影するための標準撮影用レンズと、標準的な距離にある通常の被写体よりも近い距離に配置された近接被写体を撮影するための近接撮影用レンズとを備え、これらの両レンズを取り付けた円盤を回転させるか、あるいはこれらのレンズをスライドさせることにより、これらの互いに異なる焦点距離を持つレンズを切り替えて用いるようにした携帯型情報端末装置を提案した(特許文献1参照)。この携帯型情報端末装置では、使用者や風景等の通常の被写体を撮影する際には、標準撮影用レンズを用いて結像させ、バーコード等の近接被写体を撮影する際には、近接撮影用レンズを用いて結像させることができるので、上述したような従来技術による問題点が解消され、使用者自身や風景等の通常の被写体の撮影のみならず、バーコード等の近接被写体の撮影も、容易かつ高い精度で行うことが可能となった。   In order to deal with such a problem, the inventor of the present application has developed a standard photographing lens for photographing a normal subject at a standard distance from the near point of the depth of field to infinity, A close-up lens for shooting a close-up subject located at a distance closer than a normal subject at a distance, and rotating a disk with both of these lenses attached, or sliding these lenses Therefore, a portable information terminal device has been proposed in which these lenses having different focal lengths are switched and used (see Patent Document 1). In this portable information terminal device, when photographing a normal subject such as a user or a landscape, an image is formed using a standard photographing lens, and when photographing a close subject such as a barcode, close-up shooting is performed. As a result, it is possible to form an image with a lens for use in the camera, so that the above-mentioned problems associated with the prior art are solved, and not only normal subjects such as users and landscapes, but also close subjects such as barcodes are photographed. However, it has become possible to carry out easily and with high accuracy.

一方、従来より、焦点距離の異なる二つのレンズ部を備えた二焦点レンズが遠近両用コンタクトレンズとして用いられている。このような二焦点レンズにより構成されるコンタクトレンズを人間が装着した場合には、二つのレンズ部により形成されるピントの合った画像と、ピントの合わない画像(いわゆるピンぼけ画像)とを、人間が無意識のうちに選択し、ピントの合った画像のみを見るようにしていると考えられる。   On the other hand, conventionally, a bifocal lens including two lens portions having different focal lengths has been used as a bifocal contact lens. When a human wears such a contact lens composed of a bifocal lens, an in-focus image formed by two lens portions and an out-of-focus image (so-called out-of-focus image) Is unconsciously selected and seems to be able to see only the in-focus image.

ところで、このような二焦点レンズを、例えば携帯電話機や携帯情報端末(PDA)等の情報端末装置に設ければ、被写界深度の近点(例えば0.3m程度)から無限遠までの標準的な距離にある通常の被写体(例えば、人物や風景等)を、長い焦点距離を有する長焦点レンズ部(本願明細書では、遠レンズ部ということもある。)により撮影し、一方、それよりも近い距離に配置された近接被写体(例えば、2次元バーコードや虹彩や文字等)を、短い焦点距離を有する短焦点レンズ部(本願明細書では、近レンズ部ということもある。)により撮像することにより、それぞれ高い解像度の画像を得ることができる。そして、このような二焦点レンズを備えた情報端末装置は、本願発明者により既に提案されている(特許文献2参照)。   By the way, if such a bifocal lens is provided in an information terminal device such as a mobile phone or a personal digital assistant (PDA), for example, a standard from the near point of the depth of field (for example, about 0.3 m) to infinity. An ordinary subject (for example, a person or a landscape) at a certain distance is photographed by a long focal lens portion (also referred to as a far lens portion in the present specification) having a long focal length, and on the other hand, A close object (for example, a two-dimensional barcode, an iris, or a character) arranged at a short distance is imaged by a short focus lens portion (also referred to as a near lens portion in the present specification) having a short focal length. By doing so, an image with high resolution can be obtained. And the information terminal device provided with such a bifocal lens has already been proposed by this inventor (refer patent document 2).

しかし、このような長焦点レンズ部および短焦点レンズ部からなる二焦点レンズを備えた情報端末装置では、例えば液晶シャッタ等の光学シャッタを二焦点レンズと撮像素子との間に設けることにより長焦点レンズ部と短焦点レンズ部とを切替可能な構成とした場合等には、コントラストの高い画像を得ることができるものの、そのようなレンズ部の切替を行わない場合には、二つの各レンズ部により形成されるピントの合った画像とピントの合わない画像とが重なってしまうため、鮮明な画像を得ることが困難であるという問題がある。   However, in an information terminal device including such a bifocal lens composed of a long focus lens section and a short focus lens section, an optical shutter such as a liquid crystal shutter is provided between the bifocal lens and the image sensor to provide long focus. When the lens unit and the short focus lens unit can be switched, an image with high contrast can be obtained. However, when such a lens unit is not switched, each of the two lens units can be switched. Therefore, there is a problem that it is difficult to obtain a clear image because an image in focus and an image out of focus are overlapped.

この際、前述したように二焦点レンズを使用した遠近両用コンタクトレンズを人間が装着した場合には、ピントの合った画像とピントの合わない画像とを人間が無意識のうちに選択し、ピントの合った画像のみを見るようにしていると考えられるが、このような人間の脳内における画像の選択処理と類似の処理を、通常の携帯電話機や携帯情報端末等の携帯型の情報端末装置に搭載されている程度の性能を有する中央演算処理装置(CPU)により短時間で実行できれば、情報端末装置の使い勝手や性能の向上を図ることができ、しかも低コストで実現できるので便利である。   At this time, when a human wears a bifocal contact lens using a bifocal lens as described above, the human unconsciously selects an in-focus image and an out-of-focus image. Although it is considered that only matching images are viewed, a process similar to the image selection process in the human brain is applied to a portable information terminal device such as a normal cellular phone or a portable information terminal. If it can be executed in a short time by a central processing unit (CPU) having the performance of the installed level, the convenience and performance of the information terminal device can be improved, and it can be realized at low cost, which is convenient.

そこで、本願発明者により、二焦点レンズで撮像された画像の質を短時間の処理で改善することができ、ピント合わせ機構を用いることなく、標準的な距離にある通常の被写体およびこれよりも近距離にある近接被写体のいずれもについても鮮明な画像を得ることができる画像改質処理装置が提案されている(特許文献3参照)。この画像改質処理装置では、畳み込み演算行列を用いることにより、二焦点レンズを構成する一方のレンズ部により形成されるピントの合った画像と、他方のレンズ部により形成されるピントのぼけた画像とが重なった画像から、ピントの合った画像を求めることができる。   Therefore, the inventor of the present application can improve the quality of the image picked up by the bifocal lens in a short time, and without using a focusing mechanism, a normal subject at a standard distance and more than this There has been proposed an image modification processing apparatus capable of obtaining a clear image for any of close objects at a short distance (see Patent Document 3). In this image modification processing apparatus, by using a convolution calculation matrix, an in-focus image formed by one lens unit constituting the bifocal lens and an in-focus image formed by the other lens unit A focused image can be obtained from an image where the and overlap.

また、本願発明者は、二焦点レンズによる撮影を行った場合に、撮像素子の全ての画素で完全に同じ形状のぼけが発生するのではなく、各画素で異なる形状のぼけが発生することを考慮し、より画像改質効果を高めた画像改質処理装置も提案している(特許文献4参照)。   In addition, the inventor of the present application shows that, when shooting with a bifocal lens, blur of the same shape does not occur in all pixels of the image sensor, but different shapes of blur occur in each pixel. In view of this, an image modification processing apparatus that further enhances the image modification effect has been proposed (see Patent Document 4).

特開2002−27047号公報(図1、要約)JP 2002-27047 A (FIG. 1, summary) 特開2002−123825号公報(図1、図3、図9、要約)JP 2002-123825 A (FIG. 1, FIG. 3, FIG. 9, summary) 特開2003−309723号公報(図1、図2、図4、図7、要約)Japanese Patent Laid-Open No. 2003-309723 (FIG. 1, FIG. 2, FIG. 4, FIG. 7, summary) 特開2005−63323号公報(図1、図2、図5〜図9、要約)Japanese Patent Laying-Open No. 2005-63323 (FIG. 1, FIG. 2, FIG. 5 to FIG. 9, summary)

ところで、前述した特許文献3に記載された画像改質処理装置において、画像素子の出力信号と、畳み込み演算行列とを用いて、被写体についてのピントの合った画像を求める際には、撮影する被写体が、標準的な距離にある通常の被写体であるか、あるいは通常の被写体よりも近距離にある近接被写体であるかによって、畳み込み演算行列の各要素の値は一般的に異なる。すなわち、通常の被写体を撮影する場合と、近接被写体を撮影する場合とでは、ピントの合った画像を形成するレンズ部と、ピントのぼけた画像を形成するレンズ部とが逆転するので、これに伴って、ピントのぼけ方の状態が異なってくる。図18は、この様子を説明するために示した図である。   By the way, in the image modification processing apparatus described in Patent Document 3 described above, when obtaining a focused image of a subject using the output signal of the image element and a convolution matrix, the subject to be photographed However, the value of each element of the convolution matrix generally differs depending on whether the subject is a normal subject at a standard distance or a close subject closer to the normal subject. That is, when shooting a normal subject and when shooting a close subject, the lens unit that forms a focused image and the lens unit that forms a blurred image are reversed. Along with this, the out-of-focus state changes. FIG. 18 is a diagram for explaining this situation.

図18において、二焦点レンズ900は、被写界深度の近点(例えば0.3m程度)から無限遠までの標準的な距離(本願明細書では、遠距離ということもある。)にある通常の被写体を撮影するための遠レンズ部901と、標準的な距離よりも近い距離にある近接被写体を撮影するための近レンズ部902とにより構成されている。ここでは、遠レンズ部901の平面形状(正面形状)は、円形とし、近レンズ部902の平面形状(正面形状)は、円環状とする。また、二焦点レンズ900を通過した被写体からの光は、撮像素子903に投影されるようになっている。   In FIG. 18, the bifocal lens 900 is usually located at a standard distance from the near point of the depth of field (for example, about 0.3 m) to infinity (also referred to as a long distance in the present specification). A far lens unit 901 for photographing a subject and a near lens unit 902 for photographing a close subject that is closer than a standard distance. Here, the planar shape (frontal shape) of the far lens portion 901 is circular, and the planar shape (frontal shape) of the near lens portion 902 is annular. Further, light from the subject that has passed through the bifocal lens 900 is projected onto the image sensor 903.

図18(a)には、標準的な距離にある通常の被写体を撮影する場合についてのピントのぼけ方の状態を説明するために、二焦点レンズ900の光軸904上において、通常の被写体上に点光源905(1点のみに輝点のある通常の被写体)を配置したときに、撮像素子903上に結像される像の様子が示されている。この場合、撮像素子903上には、正面から見ると、図18(a)に示すような投射像906が得られる。すなわち、標準的な距離にある通常の被写体上に点光源905を配置した場合には、遠レンズ部901により、ピントの合った点状の像907が形成されるとともに、近レンズ部902により、点状の像907の位置を中心として、その外周側に有限幅を持った環状の像908、すなわちピントのぼけた像が形成される。この際、ピントのぼけた像908の形状は、近レンズ部902の平面形状に従って、ここでは円環状となる。そして、これらのピントの合った点状の像907と、ピントのぼけた環状の像908とにより、投射像906が形成されている。   In FIG. 18A, in order to explain the state of defocusing when shooting a normal subject at a standard distance, the normal subject is placed on the optical axis 904 of the bifocal lens 900. A state of an image formed on the image sensor 903 when a point light source 905 (a normal subject having a bright point at only one point) is arranged is shown. In this case, a projection image 906 as shown in FIG. 18A is obtained on the image sensor 903 when viewed from the front. That is, when the point light source 905 is disposed on a normal subject at a standard distance, a focused point-like image 907 is formed by the far lens unit 901, and the near lens unit 902 An annular image 908 having a finite width around the position of the point-like image 907, that is, a blurred image is formed. At this time, the shape of the image 908 that is out of focus is an annular shape according to the planar shape of the near lens portion 902. A projected image 906 is formed by the point-like image 907 that is in focus and the annular image 908 that is out of focus.

図18(b)には、標準的な距離よりも近い距離にある近接被写体を撮影する場合についてのピントのぼけ方の状態を説明するために、二焦点レンズ900の光軸904上において、近接被写体上に点光源909(1点のみに輝点のある近接被写体)を配置したときに、撮像素子903上に結像される像の様子が示されている。この場合、撮像素子903上には、正面から見ると、図18(b)に示すような投射像910が得られる。すなわち、近接被写体上に点光源909を配置した場合には、近レンズ部902により、ピントの合った点状の像911が形成されるとともに、遠レンズ部901により、点状の像911の位置を中心とする円形の像912、すなわちピントのぼけた像が形成される。この際、ピントのぼけた像912の形状は、遠レンズ部901の平面形状に従って、円形となっている。そして、これらのピントの合った点状の像911と、ピントのぼけた円形の像912とが重なった状態で、投射像910が形成されている。   FIG. 18B shows the proximity on the optical axis 904 of the bifocal lens 900 in order to explain the state of defocusing when photographing a close subject that is closer than the standard distance. A state of an image formed on the image sensor 903 when a point light source 909 (a close subject having a bright point at only one point) is arranged on the subject is shown. In this case, a projection image 910 as shown in FIG. 18B is obtained on the image sensor 903 when viewed from the front. That is, when the point light source 909 is arranged on a close subject, a point-like image 911 in focus is formed by the near lens unit 902, and the position of the point-like image 911 is formed by the far lens unit 901. A circular image 912 centered at, that is, a blurred image is formed. At this time, the out-of-focus image 912 has a circular shape in accordance with the planar shape of the far lens unit 901. A projected image 910 is formed in a state where the focused point-like image 911 and the blurred circular image 912 overlap each other.

このため、標準的な距離にある通常の被写体を撮影する標準撮影状態(図18(a)の撮影状態)から、近接被写体を撮影する近接撮影状態(図18(b)の撮影状態)に移行するとき、あるいはその逆方向に移行するときには、どちらの撮影状態なのかを自動的に識別するか、または例えばボタンを押したり、スイッチを切り替える等の手動操作を行うことにより、撮影状態を切り替えなければならない。   For this reason, a transition is made from a standard shooting state in which a normal subject at a standard distance is shot (shooting state in FIG. 18A) to a close-up shooting state in which a close subject is shot (shooting state in FIG. 18B). When shooting or moving in the opposite direction, either the shooting state must be automatically identified, or the shooting state must be switched by, for example, pressing a button or switching a switch. I must.

しかし、上記のように切り替えを自動的に行う場合には、切替回路が必要となるため、装置の複雑化や製造コストの増加を招来し、一方、使用者にボタンやスイッチ等を手動で操作させることは、使用者に負担をかけることになるため、望ましくない。   However, when switching is performed automatically as described above, a switching circuit is required, which increases the complexity of the device and increases manufacturing costs. On the other hand, the user manually operates buttons and switches. This is not desirable because it places a burden on the user.

従って、撮影対象となる被写体までの距離が異なっても、ピントのぼけ方の状態が略同じになり、ぼけを取り除くための画像改質処理を、被写体までの距離によらずに同じデータ(例えば、同じ値の行列要素、同じ値の係数、同じ特性、同じ関数等)を使った処理で実現可能となるような多焦点レンズを作ることができれば、切替回路を不要にすることができ、また、使用者の負担を軽減することができる。   Therefore, even if the distance to the subject to be photographed is different, the state of the out-of-focus state is substantially the same, and the image modification processing for removing the blur is performed regardless of the distance to the subject (for example, If a multifocal lens that can be realized by processing using the same value matrix element, the same value coefficient, the same characteristic, the same function, etc.) can be made, the switching circuit can be made unnecessary. , The burden on the user can be reduced.

本発明の目的は、撮影対象となる被写体までの距離が異なっても、ピントのぼけ方の状態が略同じになり、被写体までの距離にかかわらず画像改質処理を同じデータを使った処理で実現することができる多焦点レンズおよび撮像システムを提供するところにある。   The object of the present invention is to perform the image modification process using the same data regardless of the distance to the subject even if the distance to the subject to be photographed is different. There is a need to provide a multifocal lens and imaging system that can be implemented.

本発明は、複数の焦点距離を持つ多焦点レンズであって、Nを2以上の整数とすると、第1の焦点距離を持つ複数の第1のレンズ部から、第Nの焦点距離を持つ複数の第Nのレンズ部までのそれぞれ焦点距離の異なる各レンズ部が、一体化されて構成され、第1のレンズ部を中心として第1〜第Nのレンズ部が同心状に複数回繰り返して配置され、中心に配置される第1のレンズ部の平面形状は、円形状、楕円形状、多角形状、またはその他の閉環状線により囲まれて形成される形状とされ、中心以外の位置に配置される第1のレンズ部の平面形状および第1のレンズ部以外のレンズ部の平面形状は、環状とされていることを特徴とするものである。   The present invention is a multifocal lens having a plurality of focal lengths, and when N is an integer equal to or larger than 2, a plurality of first lens portions having a first focal length from a plurality of first lens portions having a plurality of Nth focal lengths. The lens portions having different focal lengths up to the Nth lens portion are integrated and the first to Nth lens portions are arranged concentrically repeatedly around the first lens portion. The planar shape of the first lens unit arranged at the center is a circle, an ellipse, a polygon, or a shape surrounded by other closed ring lines, and is arranged at a position other than the center. The planar shape of the first lens portion and the planar shape of the lens portions other than the first lens portion are annular.

ここで、「第1〜第Nのレンズ部が同心状に複数回繰り返して配置され」とあるが、必ずしも最も外周側にくるレンズ部が第Nのレンズ部になる必要はなく、例えば、第1〜第3のレンズ部の繰り返しの場合であれば、中心から順に、第1,第2,第3,…,第1,第2,第3,第1,第2,第3という具合に、第3のレンズ部が最も外周側にくる場合に限らず、第1,第2,第3,…,第1,第2,第3,第1,第2という具合に、第2のレンズ部が最も外周側にきてもよく、第1,第2,第3,…,第1,第2,第3,第1という具合に、第1のレンズ部が最も外周側にきてもよい。また、第1および第2のレンズ部を交互に配置する場合も同様であり、最も外周側には、必ずしも第2のレンズ部がくる必要はなく、第1のレンズ部が最も外周側にきてもよい。   Here, “the first to Nth lens portions are concentrically repeated a plurality of times” is described, but the lens portion that is closest to the outer peripheral side is not necessarily the Nth lens portion. In the case of repeating the first to third lens portions, the first, second, third,..., First, second, third, first, second, and third in order from the center. The second lens is not limited to the case where the third lens portion is located on the outermost peripheral side, but the first lens, the second lens, the third lens,... The first lens portion may be located on the outermost side, such as the first, second, third,..., First, second, third, and first. Good. The same applies to the case where the first and second lens portions are alternately arranged, and the second lens portion does not necessarily come to the outermost peripheral side, and the first lens portion is closest to the outermost peripheral side. May be.

また、「その他の閉環状線により囲まれて形成される形状」とは、例えば、円の一部と楕円の一部とを組み合わせた閉環状線、円の一部と直線とを組み合わせた閉環状線、楕円の一部と直線とを組み合わせた閉環状線、円の一部と楕円の一部と直線とを組み合わせた閉環状線等により囲まれて形成される形状である。   In addition, “a shape formed by being surrounded by other closed annular lines” means, for example, a closed annular line that combines a part of a circle and a part of an ellipse, or a closed combination that combines a part of a circle and a straight line. It is a shape formed by being surrounded by an annular line, a closed annular line combining a part of an ellipse and a straight line, a closed annular line combining a part of a circle, a part of an ellipse and a straight line, or the like.

このような本発明においては、被写体を撮影すると、第1〜第Nのレンズ部のうちの1つのレンズ部により、ピントの合った画像が形成され、他のレンズ部により、ピントのぼけた画像が形成される。この際、多焦点レンズから被写体までの距離に応じ、ピントの合った画像を形成するレンズ部が変わり、これに伴って、ピントのぼけた画像を形成するレンズ部も変わる。   In the present invention, when a subject is photographed, an in-focus image is formed by one of the first to N-th lens portions, and an in-focus image is formed by the other lens portions. Is formed. At this time, the lens unit that forms an in-focus image changes according to the distance from the multifocal lens to the subject, and accordingly, the lens unit that forms an in-focus image also changes.

従って、多焦点レンズから被写体までの距離に応じ、ピントのぼけた画像を形成するレンズ部が変わるので、ピントのぼけ方の状態は、厳密に言えば、被写体までの距離に応じて変化することになるが、本発明では、第1〜第Nのレンズ部が同心状に複数回繰り返して配置されるので、被写体までの距離にかかわらず、ピントのぼけ方の状態が略同じになる。つまり、従来は、前述した図18(a)の投射像906と、図18(b)の投射像910との相違の如く、被写体までの距離が異なれば、ピントのぼけ方の状態が異なっていたが、本発明では、同じ焦点距離を持つレンズ部が平面的に分散配置される状態となるので、ぼけを平面全体に薄く拡げるような感じで分散させ、ぼけの程度を均一化または滑らかに変化させるようにすることが可能となり、結果的に、被写体までの距離にかかわらず、ピントのぼけ方の状態が略同じとみなせるようになる(後述する図7参照)。   Therefore, since the lens part that forms a defocused image changes according to the distance from the multifocal lens to the subject, the state of defocusing changes strictly according to the distance to the subject. However, in the present invention, since the first to Nth lens portions are repeatedly arranged concentrically a plurality of times, the state of defocusing is substantially the same regardless of the distance to the subject. In other words, conventionally, if the distance to the subject is different, such as the difference between the projection image 906 in FIG. 18A and the projection image 910 in FIG. However, in the present invention, since the lens portions having the same focal length are dispersed and arranged in a plane, the blur is distributed as if it is thinly spread over the entire plane, and the degree of blur is made uniform or smooth. As a result, regardless of the distance to the subject, the state of defocusing can be regarded as substantially the same (see FIG. 7 described later).

このため、撮影対象となる被写体までの距離が変わっても、ぼけを取り除くための画像改質処理を同じデータ(例えば、同じ値の行列要素、同じ値の係数、同じ特性、同じ関数等)を使った処理で実現することが可能となるので、撮影状態を自動的に識別するための切替回路の設置を省略することが可能となり、また、手動操作による切替えも行う必要がなくなることから、使用者の負担を軽減することが可能となり、これらにより前記目的が達成される。   For this reason, even if the distance to the subject to be photographed changes, the image modification processing for removing blur is performed using the same data (for example, the same value matrix element, the same value coefficient, the same characteristic, the same function, etc.). Since it can be realized by the processing used, it is possible to omit the installation of a switching circuit for automatically identifying the shooting state, and it is not necessary to perform switching by manual operation. It is possible to reduce the burden on the person, and the above-mentioned purpose is achieved by these.

また、前述した多焦点レンズにおいて、第1〜第Nのレンズ部の各々は、回折レンズを配置して形成されるか、または回折レンズの配置されない平坦面部分により形成されていることが望ましい。   In the multifocal lens described above, it is desirable that each of the first to Nth lens portions is formed by arranging a diffractive lens or a flat surface portion where no diffractive lens is arranged.

ここで、「回折レンズを配置して形成されるか、または回折レンズの配置されない平坦面部分により形成されている」という意味は、第1〜第Nのレンズ部のうちの少なくとも1つのレンズ部は、回折レンズを配置して形成され、回折レンズの配置されないレンズ部を形成する場合には、そのレンズ部は、平坦面部分により形成するという意味である。従って、第1〜第Nのレンズ部の全てが回折レンズを配置して形成されていてもよく、この場合には、回折レンズの配置されない平坦面部分により形成されるレンズ部はない。なお、第1〜第Nのレンズ部の全てを回折レンズの配置されない平坦面部分により形成する場合は含まない。   Here, the meaning of “formed with a diffractive lens or formed with a flat surface portion where a diffractive lens is not arranged” means at least one of the first to Nth lens parts. Means that when a lens portion is formed with a diffractive lens and is not provided with a diffractive lens, the lens portion is formed by a flat surface portion. Therefore, all of the first to Nth lens portions may be formed by disposing the diffractive lens. In this case, there is no lens portion formed by the flat surface portion where the diffractive lens is not disposed. In addition, the case where all the 1st-Nth lens parts are formed by the flat surface part in which a diffraction lens is not arrange | positioned is not included.

このように第1〜第Nのレンズ部の各々を回折レンズまたは平坦面部分とした場合には、あたかもフレネルレンズのような断面形状またはこれに近い断面形状になるので、多焦点レンズを全体的に薄くすることができ、軽量化を図ることが可能となるうえ、設計の自由度を向上させることが可能となり、さらに製造の容易化、製造コストの低減が図られる。   In this way, when each of the first to Nth lens portions is a diffractive lens or a flat surface portion, it has a cross-sectional shape like a Fresnel lens or a cross-sectional shape close to this, so that the multifocal lens is entirely Therefore, the weight can be reduced, the degree of freedom in design can be improved, and the manufacturing can be facilitated and the manufacturing cost can be reduced.

そして、第1〜第Nのレンズ部の各々を回折レンズまたは平坦面部分とする構成の多焦点レンズとしては、より具体的には、以下のような構成のものを採用することができる。   As a multifocal lens having a configuration in which each of the first to Nth lens portions is a diffractive lens or a flat surface portion, more specifically, a lens having the following configuration can be adopted.

すなわち、前述した多焦点レンズにおいて、Nは、2とされ、第1のレンズ部を中心として第1のレンズ部と第2のレンズ部とが同心状に交互に配置され、第1または第2のレンズ部のうちのいずれか一方のレンズ部は、回折レンズを配置して形成され、他方のレンズ部は、回折レンズの配置されない平坦面部分により形成されている構成とすることができる。   That is, in the multifocal lens described above, N is set to 2, and the first lens portion and the second lens portion are arranged alternately and concentrically with the first lens portion as the center, and the first or second lens portion is arranged. Any one of the lens portions may be formed by disposing a diffractive lens, and the other lens portion may be formed by a flat surface portion where no diffractive lens is disposed.

ここで、「回折レンズ」は、凹レンズによる回折レンズでもよく、凸レンズによる回折レンズでもよい。   Here, the “diffractive lens” may be a concave lens or a convex lens.

また、上述した回折レンズおよび平坦面部分を用いたN=2の多焦点レンズにおいて、回折レンズの段差部分の厚み方向の最大寸法は、回折レンズの中を通過する光と、空気中を通過する光とが、1波長分または半波長分ずれる寸法とされていることが望ましい。   In the N = 2 multifocal lens using the diffractive lens and the flat surface portion described above, the maximum dimension in the thickness direction of the step portion of the diffractive lens passes through the light and air. It is desirable for the light to have a size that is shifted by one wavelength or half wavelength.

ここで、「波長」は、色が変われば変化し、空気中を通過する光の波長λは、おおよそ、赤色で、570〜700ナノメータ、緑色で、480〜570ナノメータ、青色で、400〜480ナノメータとなる。従って、一般的には、緑色で計算し、例えば、λ=555ナノメータ(人間の視感度曲線の最大値を示す波長)等とすることができる。また、これに限らず、例えば、監視用の暗視カメラの場合には、赤色(例えば、λ=650ナノメータ等)で計算することができ、その他、カメラの用途に応じて波長を設定すればよい。以下に述べる他の構成の多焦点レンズとする場合も同様である。   Here, the “wavelength” changes as the color changes, and the wavelength λ of light passing through the air is approximately red, 570 to 700 nanometers, green, 480 to 570 nanometers, and blue, 400 to 480. Nanometer. Therefore, in general, the calculation is made in green, for example, λ = 555 nanometer (wavelength indicating the maximum value of the human visibility curve) or the like. For example, in the case of a night-vision camera for monitoring, the calculation can be made in red (for example, λ = 650 nanometers), and the wavelength can be set according to the camera application. Good. The same applies to multifocal lenses having other configurations described below.

このように回折レンズの段差部分の厚み方向の最大寸法を1波長分または半波長分ずれる寸法とした場合には、同じ点光源から出て、同じ焦点距離を持つレンズ部を通過した光の波の位相は、2波長分または1波長分ずれて一致するようになり、回折光を利用した像が得られる。すなわち、1波長分ずれる寸法とした場合には、同じ焦点距離を持つレンズ部は、1つ置きに配置されているので、同じ焦点距離を持つレンズ部であって隣り合うもの同士を通過した光の波は、2波長分ずれて位相が一致するようになり、2次回折光を利用した像が得られる。また、半波長分ずれる寸法とした場合には、同じ焦点距離を持つレンズ部であって隣り合うもの同士を通過した光の波は、1波長分ずれて位相が一致するようになり、1次回折光を利用した像が得られる。   In this way, when the maximum dimension in the thickness direction of the step portion of the diffractive lens is set to a dimension that is deviated by one wavelength or half wavelength, the wave of light that has exited from the same point light source and passed through the lens part having the same focal length Are matched by shifting two wavelengths or one wavelength, and an image using diffracted light is obtained. In other words, in the case of a size that is shifted by one wavelength, since every other lens unit having the same focal length is arranged, the light that has passed through adjacent lenses that have the same focal length These waves are shifted in phase by two wavelengths so that the phases coincide with each other, and an image using second-order diffracted light is obtained. In addition, when the dimensions are shifted by a half wavelength, the light waves that have passed through adjacent lens parts having the same focal length are shifted in phase by one wavelength so that the phases coincide with each other. An image using folding light is obtained.

さらに、前述した多焦点レンズにおいて、Nは、2とされ、第1のレンズ部を中心として第1のレンズ部と第2のレンズ部とが同心状に交互に配置され、第1および第2のレンズ部は、互いに曲率の異なる回折レンズを配置して形成されている構成とすることができる。   Furthermore, in the multifocal lens described above, N is set to 2, and the first lens portion and the second lens portion are arranged alternately concentrically with the first lens portion as the center, and the first and second lenses The lens portion can be formed by arranging diffractive lenses having different curvatures.

ここで、「互いに曲率の異なる回折レンズ」は、双方が凹レンズによる回折レンズでもよく、双方が凸レンズによる回折レンズでもよい。なお、曲率が異なるという意味は、双方の回折レンズの対応位置(光軸から等距離にある位置)における曲率が異なるという意味である。従って、双方の回折レンズは、それぞれについて見れば、曲率が一定のレンズであってもよく、曲率が一定でないレンズであってもよい。   Here, the “diffractive lenses having different curvatures” may be diffractive lenses that are both concave lenses or diffractive lenses that are both convex lenses. In addition, the meaning that a curvature differs is a meaning that the curvature in the corresponding position (position equidistant from an optical axis) of both diffractive lenses differs. Accordingly, both diffractive lenses may be lenses having a constant curvature or lenses having a non-constant curvature.

また、上述した曲率の異なる回折レンズを用いたN=2の多焦点レンズにおいて、第1または第2のレンズ部のうちのいずれか一方のレンズ部を形成する回折レンズの段差部分の厚み方向の最大寸法は、回折レンズの中を通過する光と、空気中を通過する光とが、1波長分または半波長分ずれる寸法とされていることが望ましい。このようにした場合には、回折レンズおよび平面を用いたN=2の多焦点レンズの場合と同様に、同じ点光源から出て、同じ焦点距離を持つレンズ部を通過した光の波の位相は、2波長分または1波長分ずれて一致するようになり、回折光を利用した像が得られる。   In the N = 2 multifocal lens using the diffractive lenses having different curvatures described above, the stepped portion of the diffractive lens forming either one of the first lens portion and the second lens portion in the thickness direction. As for the maximum dimension, it is desirable that the light passing through the diffractive lens and the light passing through the air be shifted by one wavelength or half wavelength. In this case, as in the case of the N = 2 multifocal lens using a diffractive lens and a flat surface, the phase of the wave of light that has exited from the same point light source and passed through the lens unit having the same focal length Are matched by shifting by two wavelengths or by one wavelength, and an image using diffracted light is obtained.

そして、前述した多焦点レンズにおいて、Nは、2とされ、第1のレンズ部を中心として第1のレンズ部と第2のレンズ部とが同心状に交互に配置され、第1および第2のレンズ部のうちのいずれか一方のレンズ部は、凹レンズによる回折レンズを配置して形成され、他方のレンズ部は、凸レンズによる回折レンズを配置して形成されている構成とすることができる。   In the above-described multifocal lens, N is set to 2, and the first lens portion and the second lens portion are arranged alternately concentrically with the first lens portion as the center, and the first and second lenses Any one of the lens portions may be formed by disposing a diffractive lens by a concave lens, and the other lens portion may be formed by disposing a diffractive lens by a convex lens.

また、上述した凹レンズによる回折レンズおよび凸レンズによる回折レンズを用いたN=2の多焦点レンズにおいて、第1または第2のレンズ部のうちの少なくとも一方のレンズ部を形成する回折レンズの段差部分の厚み方向の最大寸法は、回折レンズの中を通過する光と、空気中を通過する光とが、1波長分または半波長分ずれる寸法とされていることが望ましい。このようにした場合には、回折レンズおよび平面を用いたN=2の多焦点レンズの場合と同様に、同じ点光源から出て、同じ焦点距離を持つレンズ部を通過した光の波の位相は、2波長分または1波長分ずれて一致するようになり、回折光を利用した像が得られる。   In the N = 2 multifocal lens using the concave lens and the convex lens, the step portion of the diffraction lens forming at least one of the first and second lens portions is used. It is desirable that the maximum dimension in the thickness direction is such that the light passing through the diffractive lens and the light passing through the air are separated by one wavelength or half wavelength. In this case, as in the case of the N = 2 multifocal lens using a diffractive lens and a flat surface, the phase of the wave of light that has exited from the same point light source and passed through the lens unit having the same focal length Are matched by shifting by two wavelengths or by one wavelength, and an image using diffracted light is obtained.

さらに、前述した多焦点レンズにおいて、Nは、3とされ、第1のレンズ部を中心として第1〜第3のレンズ部が同心状に複数回繰り返して配置され、第1〜第3のレンズ部のうちのいずれか1つのレンズ部は、凹レンズによる回折レンズを配置して形成され、他の1つのレンズ部は、凸レンズによる回折レンズを配置して形成され、残りの1つのレンズ部は、回折レンズの配置されない平坦面部分により形成されている構成とすることができる。   Furthermore, in the multifocal lens described above, N is set to 3, and the first to third lens parts are concentrically repeated a plurality of times around the first lens part, and the first to third lenses are arranged. Any one of the lens parts is formed by arranging a diffractive lens by a concave lens, the other one lens part is formed by arranging a diffractive lens by a convex lens, and the remaining one lens part is It can be set as the structure formed by the flat surface part in which a diffraction lens is not arrange | positioned.

また、上述した凹レンズによる回折レンズ、凸レンズによる回折レンズ、および平坦面部分を用いたN=3の多焦点レンズにおいて、第1〜第3のレンズ部のうちの少なくとも1つのレンズ部を形成する回折レンズの段差部分の厚み方向の最大寸法は、回折レンズの中を通過する光と、空気中を通過する光とが、1波長分、3分の1波長分、または3分の2波長分ずれる寸法とされていることが望ましい。   Further, in the above-described diffractive lens by the concave lens, diffractive lens by the convex lens, and N = 3 multifocal lens using the flat surface portion, diffraction that forms at least one of the first to third lens units. The maximum dimension in the thickness direction of the stepped portion of the lens is that the light passing through the diffractive lens and the light passing through the air are shifted by one wavelength, one third wavelength, or two thirds of the wavelength. It is desirable to have dimensions.

このように回折レンズの段差部分の厚み方向の最大寸法を1波長分、3分の1波長分、または3分の2波長分ずれる寸法とした場合には、同じ点光源から出て、同じ焦点距離を持つレンズ部を通過した光の波の位相は、3波長分、1波長分、または2波長分ずれて一致するようになり、回折光を利用した像が得られる。すなわち、1波長分ずれる寸法とした場合には、同じ焦点距離を持つレンズ部は、2つ間隔を空けて3つに1つの割合で配置されているので、同じ焦点距離を持つレンズ部であって隣り合うもの同士を通過した光の波は、3波長分ずれて位相が一致するようになり、3次回折光を利用した像が得られる。また、3分の1波長分ずれる寸法とした場合には、同じ焦点距離を持つレンズ部であって隣り合うもの同士を通過した光の波は、1波長分ずれて位相が一致するようになり、1次回折光を利用した像が得られる。さらに、3分の2波長分ずれる寸法とした場合には、同じ焦点距離を持つレンズ部であって隣り合うもの同士を通過した光の波は、2波長分ずれて位相が一致するようになり、2次回折光を利用した像が得られる。   In this way, when the maximum dimension in the thickness direction of the step portion of the diffractive lens is set to a dimension that is deviated by one wavelength, one third wavelength, or two thirds, the same focal point comes out of the same point light source. The phase of the wave of the light that has passed through the lens portion having the distance is matched by shifting by three wavelengths, one wavelength, or two wavelengths, and an image using diffracted light is obtained. In other words, when the dimensions are shifted by one wavelength, the lens portions having the same focal length are arranged at a ratio of one to three at intervals of two, so that the lens portions having the same focal length are the same. The waves of light passing through adjacent ones are shifted in phase by three wavelengths so that the phases coincide with each other, and an image using third-order diffracted light is obtained. In addition, when the dimensions are shifted by one-third wavelength, light waves that have passed through adjacent lens parts having the same focal length are shifted by one wavelength and the phases are matched. An image using the first-order diffracted light is obtained. Furthermore, when the dimensions are shifted by two-thirds of the wavelength, the waves of light that have passed through adjacent lens parts having the same focal length will be shifted in phase by two wavelengths. An image using second-order diffracted light is obtained.

さらに、前述した凹レンズによる回折レンズおよび凸レンズによる回折レンズを用いたN=2の多焦点レンズ、または前述した凹レンズによる回折レンズ、凸レンズによる回折レンズ、および平坦面部分を用いたN=3の多焦点レンズにおいて、凹レンズと凸レンズとは、同一または略同一の曲率とされていることが望ましい。   Further, an N = 2 multifocal lens using the above-described concave lens and a convex lens, or an N = 3 multifocal lens using the concave lens, the convex lens, and the flat surface portion. In the lens, it is desirable that the concave lens and the convex lens have the same or substantially the same curvature.

ここで、「同一または略同一の曲率」とは、絶対値でみた場合の曲率が同一または略同一という意味である。なお、曲率が同一または略同一という意味は、双方の回折レンズの対応位置(光軸から等距離にある位置)における曲率が同一または略同一という意味である。従って、双方の回折レンズは、それぞれについて見れば、曲率が一定のレンズであってもよく、曲率が一定でないレンズであってもよい。   Here, “the same or substantially the same curvature” means that the curvature when viewed in absolute value is the same or substantially the same. The meaning that the curvatures are the same or substantially the same means that the curvatures at the corresponding positions (positions equidistant from the optical axis) of both diffractive lenses are the same or substantially the same. Accordingly, both diffractive lenses may be lenses having a constant curvature or lenses having a non-constant curvature.

このように凹レンズと凸レンズとの曲率を同一または略同一とした場合には、凹レンズによる回折レンズの段差部分の厚み方向の最大寸法と、凸レンズによる回折レンズの段差部分の厚み方向の最大寸法とが一致または略一致するので、レンズ面の不要な面、すなわち像の形成に寄与しない面を無くすことが可能となる。   When the curvatures of the concave lens and the convex lens are the same or substantially the same, the maximum dimension in the thickness direction of the step portion of the diffractive lens by the concave lens and the maximum dimension in the thickness direction of the step portion of the diffractive lens by the convex lens are Since they coincide or substantially coincide, it is possible to eliminate an unnecessary surface of the lens surface, that is, a surface that does not contribute to image formation.

また、以上に述べた本発明の多焦点レンズを用いて、以下のような本発明の撮像システムを構成することができる。   The following imaging system of the present invention can be configured using the multifocal lens of the present invention described above.

すなわち、本発明は、被写体を撮像する撮像機構と、この撮像機構により撮像された画像の質を改善する画像改質処理装置とを備えた撮像システムにおいて、撮像機構が、被写体を撮像する本発明の多焦点レンズと、この多焦点レンズにより形成された画像を電気的信号に変換して出力する撮像素子とを含んで構成され、画像改質処理装置が、被写体の1点から出た光が本発明の多焦点レンズの作用により撮像素子上で拡がる状態を示すポイント・スプレッド・ファンクション行列を用いて算出された畳み込み演算行列の各要素の値と、被写体を本発明の多焦点レンズにより撮像して得られた画像についての撮像素子の出力信号を示す行列の各要素の値とを用いて、畳み込み演算処理を行うことにより、被写体の発する光の明るさを示す行列の各要素の値を算出する構成とされていることを特徴とするものである。   That is, the present invention provides an imaging system including an imaging mechanism that images a subject and an image modification processing device that improves the quality of an image captured by the imaging mechanism. And an image pickup device that converts an image formed by the multifocal lens into an electrical signal and outputs the electrical signal. The value of each element of the convolution calculation matrix calculated using the point spread function matrix indicating the state of spreading on the image sensor due to the action of the multifocal lens of the present invention and the subject are imaged by the multifocal lens of the present invention. The matrix indicating the brightness of the light emitted by the subject by performing a convolution operation process using the values of each element of the matrix indicating the output signal of the imaging device for the image obtained in this way And it is characterized in that it is configured to calculate the value of each element.

ここで、上記のような畳み込み演算行列を用いた再生演算を行う画像改質処理装置としては、例えば、前述した特許文献3,4に記載された画像改質処理装置(但し、二焦点レンズの場合に限らず、三焦点以上のレンズの場合に適用してもよい。)等を採用することができる。   Here, as the image modification processing apparatus that performs the reproduction operation using the convolution calculation matrix as described above, for example, the image modification processing apparatus described in Patent Documents 3 and 4 described above (however, a bifocal lens is used). However, the present invention is not limited to this case, and may be applied to a lens having three or more focal points.

より具体的には、前述した特許文献3に記載された画像改質処理装置は、撮像素子の大きさをM画素×J画素とし、被写体の発する光の明るさを示すM行J列の行列をAとし、被写体を多焦点レンズにより撮像して得られた画像についての撮像素子の出力信号を示すM行J列の行列をZとしたとき、下式(1)に基づき算出された畳み込み演算処理を行うための(2M−1)行(2J−1)列の畳み込み演算行列Qの各要素Q(x,y)の値のうち少なくとも非零要素を含む行列部分の値を記憶する畳み込み演算行列記憶手段と、この畳み込み演算行列記憶手段に記憶された各要素Q(x,y)のうちの少なくとも一部の値と撮像素子の出力信号の行列Zの各要素Z(h,k)の値とを用いて下式(2)に基づき被写体の行列Aの各要素A(s,t)の値を算出する再生演算手段とを備えた構成のものである。   More specifically, in the image modification processing apparatus described in Patent Document 3 described above, the size of the image sensor is M pixels × J pixels, and the matrix of M rows and J columns indicates the brightness of light emitted from the subject. Is a convolution operation calculated based on the following equation (1), where A is A and M is a matrix of M rows and J columns indicating an output signal of the imaging device for an image obtained by imaging a subject with a multifocal lens. A convolution operation for storing a value of a matrix portion including at least a non-zero element among values of each element Q (x, y) of a convolution operation matrix Q of (2M-1) rows (2J-1) columns for processing Matrix storage means and at least a part of each element Q (x, y) stored in the convolution calculation matrix storage means and each element Z (h, k) of the matrix Z of the output signal of the image sensor Each element A of the subject matrix A based on the following equation (2) Is of configuration and a reproducing operation means for calculating the value of t).

Q(x,y)=1/c−(W(0,0)−c)/cpower
(x=0,y=0の場合)
=−W(x,y)/cpower
(x=0,y=0以外の場合)
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(1)
Q (x, y) = 1 / c- (W (0,0) -c) / cpower
(When x = 0, y = 0)
= -W (x, y) / c power
(When other than x = 0, y = 0)
・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ (1)

A(s,t)=ΣhΣkQ(s−h,t−k)Z(h,k)
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(2)
A (s, t) = Σ h Σ k Q (s−h, tk) Z (h, k)
・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ (2)

ここで、xおよびyは整数で、(1−M)≦x≦(M−1)、(1−J)≦y≦(J−1)であり、sおよびtは自然数で、1≦s≦M、1≦t≦Jであり、hおよびkは自然数で、1≦h≦M、1≦k≦Jであり、W(x,y)は、(2M−1)行(2J−1)列の行列Wの各要素の値であり、この行列Wは、被写体の1点(m,j)から出た光がレンズの作用により撮像素子上で拡がる状態を示すポイント・スプレッド・ファンクション行列(PSF:point spread function行列)であり、端部を除く座標(m,j)で示される1点のみに輝点のある被写体を多焦点レンズで撮像したときに、各レンズ部により形成される画像についての撮像素子の出力信号を示すM行J列の行列Zmjを、x=h−m、y=k−jを満たす座標(h,k)から座標(x,y)への座標変換で、W(0,0)=Zmj(m,j)となるように平行移動することにより、Zmj(h,k)のうちの非零要素を含む行列部分を行列Wの中央部に配置するとともに、中央部に配置された非零要素を含む行列部分の外側部分を零要素で埋めることにより構成され、cは、比例係数で、多焦点レンズの全体面積に対するピントの合った画像を形成するレンズ部の面積の比の値であり、powerは、cのべき乗数となる実数で、1≦power≦2であり、Σhは、h=1〜Mの和であり、Σkは、k=1〜Jの和である。 Here, x and y are integers, (1-M) ≦ x ≦ (M−1), (1-J) ≦ y ≦ (J−1), s and t are natural numbers, 1 ≦ s ≦ M, 1 ≦ t ≦ J, h and k are natural numbers, 1 ≦ h ≦ M, 1 ≦ k ≦ J, and W (x, y) is (2M−1) rows (2J−1) ) Value of each element of the matrix W of columns, and this matrix W is a point spread function matrix indicating a state in which the light emitted from one point (m, j) of the subject spreads on the image sensor due to the action of the lens (PSF: point spread function matrix), which is formed by each lens unit when an object having a bright spot at only one point indicated by coordinates (m, j) excluding the end portion is imaged by a multifocal lens. An M-row and J-column matrix Zmj indicating an output signal of the image sensor for an image is taken from coordinates (h, k) satisfying x = hm and y = kj. A matrix portion including non-zero elements of Zmj (h, k) by translating so that W (0,0) = Zmj (m, j) in coordinate transformation to (x, y) Is arranged at the center of the matrix W and the outer part of the matrix part including the non-zero elements arranged at the center is filled with zero elements, and c is a proportional coefficient, and is the overall area of the multifocal lens Is a value of the ratio of the area of the lens part that forms an in-focus image, power is a real number that is a power of c, 1 ≦ power ≦ 2, and Σ h is h = 1 to M Σ k is the sum of k = 1 to J.

また、前述した特許文献4に記載された画像改質処理装置は、撮像素子の大きさをM画素×J画素とし、被写体の発する光の明るさを示すM行N列の行列をAとし、被写体を多焦点レンズにより撮像して得られた画像についての撮像素子の出力信号を示すM行J列の行列をZとし、被写体座標系の1点(m,j)から出た光の結像位置が画像座標系の1点(m,j)となるように被写体座標系および画像座標系を設定したとき、各座標(m,j)の全部または一部について、下式(1’)に基づき算出された畳み込み演算処理を行うための座標(m,j)についての(2M−1)行(2J−1)列の畳み込み演算行列Qm,jの各要素Qm,j(x,y)の値のうち少なくとも非零要素を含む行列部分の値を記憶する畳み込み演算行列記憶手段と、この畳み込み演算行列記憶手段に記憶された各要素Qm,j(x,y)のうちの少なくとも一部の値と撮像素子の出力信号の行列Zの各要素Z(m+x,j+y)の値とを用いて下式(2’)に基づき被写体の行列Aの各要素A(m,n)の値を算出する再生演算手段とを備えた構成のものである。 Further, in the image modification processing device described in Patent Document 4 described above, the size of the image sensor is M pixels × J pixels, the matrix of M rows and N columns indicating the brightness of light emitted from the subject is A, Image formation of light from one point (m, j) in the object coordinate system, where Z is a matrix of M rows and J columns indicating the output signal of the image sensor for an image obtained by imaging the subject with a multifocal lens. When the subject coordinate system and the image coordinate system are set so that the position is one point (m, j) in the image coordinate system, all or part of each coordinate (m, j) is expressed by the following equation (1 ′). Each element Q m, j (x, y) of the convolution matrix Q m, j of (2M-1) rows (2J-1) columns with respect to the coordinates (m, j) for performing the convolution operation processing calculated based on Convolution operation matrix storage means for storing a matrix part value including at least a non-zero element among the values of Each element stored in the operation matrix storage means convolution Q m, j (x, y ) and the value of each element Z (m + x, j + y) of the matrix Z of at least some of the values and the output signal of the imaging element of the And a reproducing operation means for calculating the value of each element A (m, n) of the subject matrix A based on the following equation (2 ′).

m,j(x,y)=1/Wm,j(0,0)
(x=0,y=0の場合)
=−Wm,j(−x,−y)/Wm,j(0,0)power
(x=0,y=0以外の場合)
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(1’)
Q m, j (x, y) = 1 / W m, j (0,0)
(When x = 0, y = 0)
= −W m, j (−x, −y) / W m, j (0,0) power
(When other than x = 0, y = 0)
・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ (1 ')

A(m,j)=ΣxΣym,j(x,y)Z(m+x,j+y)
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(2’)
A (m, j) = Σ x Σ y Q m, j (x, y) Z (m + x, j + y)
・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ (2 ')

ここで、xおよびyは整数で、(1−M)≦x≦(M−1)、(1−J)≦y≦(J−1)であり、mおよびjは自然数で、1≦m≦M、1≦j≦Jであり、Wm,j(x,y)は、(2M−1)行(2J−1)列の行列Wm,jの各要素の値であり、この行列Wm,jは、被写体の1点(m,j)から出た光がレンズの作用により撮像素子上で拡がる状態を示すポイント・スプレッド・ファンクション行列であり、Wm,j(0,0)は、拡がりの中心部分に位置する画素の出力信号の値であり、Wm,j(−x,−y)は、周囲のぼけ部分に位置する画素の出力信号の値であり、powerは、Wm,j(0,0)のべき乗数となる実数で、1≦power≦2であり、Σxは、x=(1−M)〜(M−1)の和であり、Σyは、y=(1−J)〜(J−1)の和である。 Here, x and y are integers, (1-M) ≦ x ≦ (M−1), (1-J) ≦ y ≦ (J−1), m and j are natural numbers, and 1 ≦ m ≦ M, 1 ≦ j ≦ J, and W m, j (x, y) is the value of each element of the matrix W m, j of (2M−1) rows (2J−1) columns. W m, j is a point spread function matrix indicating a state in which light emitted from one point (m, j) of the subject spreads on the image sensor due to the action of the lens, and W m, j (0, 0) Is the value of the output signal of the pixel located in the center part of the spread, W m, j (−x, −y) is the value of the output signal of the pixel located in the peripheral blur part, and power is W m, a real number which is a power number of j (0,0), a 1 ≦ power ≦ 2, the sigma x, the sum of x = (1-M) ~ (M-1), Σ y is , Y = (1-J) to (J-1) Is the sum.

また、畳み込み演算行列記憶手段には、各座標(m,j)についての畳み込み演算行列Qm,jのうち光軸位置から一方向に延びる直線上に並ぶ座標についての畳み込み演算行列Qm,jをサンプリング行列として選択し、このサンプリング行列Qm,jの各要素Qm,j(x,y)の値のみを記憶させておき、その他の座標についての畳み込み演算行列Qm,jの各要素Qm,j(x,y)の値については、畳み込み演算行列回転算出手段を設け、この畳み込み演算行列回転算出手段により、レンズの軸対称を利用して、サンプリング行列Qm,jの各要素Qm,j(x,y)の値の配置を光軸位置を中心として回転させることにより算出するようにしてもよい。 Also, the convolution matrix storage means, the coordinates (m, j) convolution matrix for Q m, convolution matrix Q m of coordinates aligned on a straight line extending from the optical axis position in one direction of j, j Is selected as a sampling matrix , only the value of each element Q m, j (x, y) of this sampling matrix Q m, j is stored , and each element of the convolution matrix Q m, j for other coordinates is stored. Concerning the value of Q m, j (x, y), a convolution calculation matrix rotation calculating means is provided, and each element of the sampling matrix Q m, j is utilized by the convolution calculation matrix rotation calculating means by utilizing the axial symmetry of the lens. The arrangement of the values of Q m, j (x, y) may be calculated by rotating about the optical axis position.

そして、以上のような特許文献3,4に記載された画像改質処理装置は、プリズムを用いてR,G,Bに色分解された各色の光をこれらに対応して設けられた3つの画像素子(いわゆる3板)に投射させる構成の撮像機構と組み合わせてもよく、R,G(GbおよびGr),Bの各色用の画素を同色用の画素(但し、Gb用の画素とGr用の画素とは異なるものと考える。)が縦横に一個置きになるように並ベるベイヤー配列の画像素子を備えた構成の撮像機構と組み合わせてもよい。   The image modification processing apparatus described in Patent Documents 3 and 4 as described above includes three light beams corresponding to the colors separated into R, G, and B using a prism. You may combine with the imaging mechanism of the structure projected on an image element (what is called 3 plates), and the pixel for each color of R, G (Gb and Gr), B is the pixel for the same color (however, the pixel for Gb and Gr May be combined with an imaging mechanism having a configuration in which Bayer array image elements are arranged so that every other pixel is arranged vertically and horizontally.

プリズムを用いた撮像機構と組み合わせる場合には、R用の画像素子の出力信号と、G用の画像素子の出力信号と、B用の画像素子の出力信号とについて、同じ畳み込み演算行列を用いた画像改質処理を行うことができる。   When combined with an imaging mechanism using a prism, the same convolution matrix is used for the output signal of the R image element, the output signal of the G image element, and the output signal of the B image element. Image modification processing can be performed.

ベイヤー配列の画像素子を備えた構成の撮像機構と組み合わる場合には、画像素子を構成する各画素のそれぞれについて、R,G,Bの各色全ての信号が出力される構成の撮像機構(同色用の画素は、縦横に一個置きにしか設けられていないので、それらの間の欠落している画素の出力信号については、周囲の同色用の画素の出力信号を用いて補間処理(例えば、ハードウェア回路による1次補間処理等)を行って算出される。)のみならず、実際に設けられている画素の信号のみが出力される構成の撮像機構(同色用の画素は、縦横の各方向について一個置きにしか設けられていないので、全体の4分の1の画素数となる。)と組み合わせてもよい。   When combined with an image pickup mechanism having an image element having a Bayer array, an image pickup mechanism having the structure in which signals of all colors of R, G, and B are output for each pixel constituting the image element (same color) Since only one pixel for each pixel is provided vertically and horizontally, the output signals of the missing pixels between them are interpolated using the output signals of the surrounding pixels of the same color (for example, hardware The image pickup mechanism is configured to output not only the signals of the pixels actually provided but also the pixels of the same color in the vertical and horizontal directions. May be combined every other pixel, so that the number of pixels is a quarter of the total.

前者のように、ベイヤー配列の画像素子を備えた構成の撮像機構から、補間処理を行った出力信号を受け取る場合には、プリズムを用いた撮像機構と組み合わせる場合と同様に、Rの信号と、Gの信号と、Bの信号とについて、同じ畳み込み演算行列を用いた画像改質処理を行うことができる。   As in the former case, when receiving an output signal subjected to interpolation processing from an imaging mechanism having a configuration with Bayer array image elements, as in the case of combining with an imaging mechanism using a prism, Image modification processing using the same convolution matrix can be performed on the G signal and the B signal.

後者のように、ベイヤー配列の画像素子を備えた構成の撮像機構から、補間処理を行っていない出力信号を受け取る場合(従って、同色用の信号数は、4分の1になる。)には、欠落要素のないモノクロのポイント・スプレッド・ファンクション行列WまたはWm,jから、行数および列数がそれぞれ2分の1で要素数が4分の1となるW’またはWm,j’を作成した後、これらのW’またはWm,j’に基づき、式(1)または式(1’)を用いて、行数および列数がそれぞれ2分の1で要素数が4分の1となる畳み込み演算行列Q’またはQm,j’の各要素の値を算出してもよく、あるいは欠落要素のないモノクロのポイント・スプレッド・ファンクション行列WまたはWm,jに基づき、式(1)または式(1’)を用いて、欠落要素のない畳み込み演算行列QまたはQm,jの各要素の値を算出した後、これらの畳み込み演算行列QまたはQm,jから、行数および列数がそれぞれ2分の1で要素数が4分の1となる畳み込み演算行列Q’またはQm,j’を作成してもよい。この際、いずれの手順で求めた畳み込み演算行列Q’またはQm,j’についても、R,G,Bの各色について同じ行列とすることができる。そして、撮像機構から受け取った4分の1の信号数の出力信号と、4分の1の要素数の畳み込み演算行列Q’またはQm,j’とを用いて、式(2)または式(2’)に基づき各色毎に畳み込み演算処理を行った後、R,G,Bを合成すればよい。 As in the latter case, when an output signal that has not been subjected to interpolation processing is received from an imaging mechanism having an image element with a Bayer array (therefore, the number of signals for the same color is ¼). , W ′ or W m, j ′ from which the number of rows and columns is halved and the number of elements is ¼ from the monochrome point spread function matrix W or W m, j without missing elements Is created, and based on these W ′ or W m, j ′, the number of rows and the number of columns are each halved and the number of elements is 4 minutes using the formula (1) or the formula (1 ′). The value of each element of the convolution matrix Q ′ or Q m, j ′ to be 1 may be calculated, or based on the monochrome point spread function matrix W or W m, j without missing elements, the formula ( 1) or a convolution matrix without missing elements using the formula (1 ′) Q or Q m, after calculating the value of each element of j, these convolution matrix Q or Q m, from j, the number of rows and columns is number of elements in each half a quarter A convolution matrix Q ′ or Q m, j ′ may be created. At this time, the convolution calculation matrix Q ′ or Q m, j ′ obtained by any procedure can be set to the same matrix for each color of R, G, and B. Then, using the output signal of the number of signals received from the imaging mechanism and the convolution operation matrix Q ′ or Q m, j ′ of the number of elements of 1/4, the expression (2) or the expression ( After performing the convolution operation processing for each color based on 2 ′), R, G, and B may be combined.

なお、欠落要素のないモノクロのポイント・スプレッド・ファンクション行列WまたはWm,jから、行数および列数がそれぞれ2分の1で要素数が4分の1となるW’またはWm,j’を作成する際には、周囲の要素の値を集めて加算する処理を行えばよい。例えば、W(u,v)に対応するW’の要素をW’(u’,v’)とすれば、W’(u’,v’)=a×W(u−1,v−1)+b×W(u−1,v)+a×W(u−1,v+1)+b×W(u,v−1)+W(u,v)+b×W(u,v+1)+a×W(u+1,v−1)+b×W(u+1,v)+a×W(u+1,v+1)という式により、W’(u’,v’)を求めることができる。ここで、例えば、a=0.25、b=0.5等とすることができるが、a=b=0としてW’(u’,v’)=W(u,v)としてもよい。また、Wm,jからWm,j’を作成する場合も同様である。さらに、欠落要素のない畳み込み演算行列QまたはQm,jから、行数および列数がそれぞれ2分の1で要素数が4分の1となる畳み込み演算行列Q’またはQm,j’を作成する場合も同様である。 From a monochrome point spread function matrix W or W m, j with no missing elements, W ′ or W m, j has half the number of rows and columns and one-fourth the number of elements, respectively. When creating ', you can collect and add the values of surrounding elements. For example, if the element of W ′ corresponding to W (u, v) is W ′ (u ′, v ′), W ′ (u ′, v ′) = a × W (u−1, v−1). ) + B × W (u−1, v) + a × W (u−1, v + 1) + b × W (u, v−1) + W (u, v) + b × W (u, v + 1) + a × W (u + 1) , V−1) + b × W (u + 1, v) + a × W (u + 1, v + 1), W ′ (u ′, v ′) can be obtained. Here, for example, a = 0.25, b = 0.5, and the like may be set, but a = b = 0 and W ′ (u ′, v ′) = W (u, v) may be set. This also applies to the case where W m, the j W m, creating a j '. Further, a convolution operation matrix Q ′ or Q m, j ′ in which the number of rows and the number of columns is 1/2 and the number of elements is 1/4 from the convolution operation matrix Q or Q m, j without missing elements is obtained. The same applies to the creation.

また、本発明は、被写体を撮像する撮像機構と、この撮像機構により撮像された画像の質を改善する画像改質処理装置とを備えた撮像システムにおいて、撮像機構が、被写体を撮像する本発明の多焦点レンズと、この多焦点レンズにより形成された画像を電気的信号に変換して出力する撮像素子とを含んで構成され、画像改質処理装置が、撮像素子の出力信号に対し、被写体の1点から出た光が多焦点レンズの作用により撮像素子上で拡がる状態を示すポイント・スプレッド・ファンクションの伝達関数の逆関数を補正関数として荷重加算演算処理を行う構成とされていることを特徴とするものである。   The present invention also provides an imaging system including an imaging mechanism that images a subject and an image modification processing device that improves the quality of an image captured by the imaging mechanism. A multifocal lens and an image sensor that converts an image formed by the multifocal lens into an electrical signal and outputs the electrical signal. The load addition calculation process is performed using the inverse function of the transfer function of the point spread function indicating the state where the light emitted from one point spreads on the image sensor due to the action of the multifocal lens. It is a feature.

ここで、「ポイント・スプレッド・ファンクションの伝達関数の逆関数を補正関数として荷重加算演算処理を行う構成」とは、例えば、空間座標軸で表現される多焦点レンズのポイント・スプレッド・ファンクション(PSF)を、フーリエ変換やz変換により座標変換することにより多焦点レンズのPSFの伝達関数Hを求め、この伝達関数Hの逆関数1/Hに対し、逆フーリエ変換、あるいは逆FFT等を行い、逆関数1/Hのフィルタ係数列、すなわち改質フィルタ係数を求めておき、この改質フィルタ係数を用いて荷重加算演算処理を行う構成である。   Here, “a configuration in which load addition calculation processing is performed using an inverse function of a transfer function of a point spread function as a correction function” means, for example, a point spread function (PSF) of a multifocal lens expressed by a spatial coordinate axis. Is subjected to coordinate transformation by Fourier transformation or z transformation to obtain the transfer function H of the PSF of the multifocal lens, the inverse function 1 / H of this transfer function H is subjected to inverse Fourier transformation or inverse FFT, and the like. A filter coefficient sequence of the function 1 / H, that is, a reforming filter coefficient is obtained, and a load addition calculation process is performed using the reforming filter coefficient.

なお、以上の説明では、ポイント・スプレッド・ファンクション行列をモノクロのポイント・スプレッド・ファンクション行列Wとしたが、レンズの特性として色収差を持つ場合は、撮像素子の各色に対応する色に対してのポイント・スプレッド・ファンクション行列とし、各色毎に行数および列数がそれぞれ2分の1で要素数が4分の1となる畳み込み演算行列Q’またはQm,j’の各要素の値を算出してもよい。また、ポイント・スプレッド・ファンクションの伝達関数Hおよびその逆関数1/Hのフィルタ係数列を求める場合も同様である。 In the above description, the point spread function matrix is a monochrome point spread function matrix W. However, if the lens characteristic has chromatic aberration, the point for the color corresponding to each color of the image sensor.・ A spread function matrix is used to calculate the value of each element of the convolution matrix Q ′ or Q m, j ′, where the number of rows and columns is 1/2 and the number of elements is 1/4 for each color. May be. The same applies to the case of obtaining the filter coefficient string of the transfer function H of the point spread function and its inverse function 1 / H.

以上に述べたように本発明によれば、それぞれ異なる焦点距離を持つ第1〜第Nのレンズ部が同心状に複数回繰り返して配置されるので、撮影対象となる被写体までの距離が異なっても、ピントのぼけ方の状態が略同じになり、被写体までの距離にかかわらず画像改質処理を同じデータを使った処理で実現することができるため、撮影状態を自動的に識別するための切替回路の設置を省略することができるうえ、手動操作による切替えも行う必要がなくなることから、使用者の負担を軽減することができるという効果がある。   As described above, according to the present invention, the first to Nth lens portions having different focal lengths are arranged repeatedly concentrically, so that the distance to the subject to be photographed is different. However, the out-of-focus state is almost the same, and the image modification process can be realized with the same data regardless of the distance to the subject. Since the installation of the switching circuit can be omitted and the manual switching is not necessary, the burden on the user can be reduced.

以下に本発明の各実施形態について図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

[第1実施形態]
図1には、本発明の第1実施形態の多焦点レンズ21を含む撮像システム10の全体構成が示されている。また、図2には、多焦点レンズ21の詳細構成が示されている。さらに、図3は、1点(座標(m,j))のみに輝点のある被写体を多焦点レンズ21で撮像したときに、撮像素子24上に投射像が形成される様子を示す説明図であり、図4は、相対的に遠距離にある被写体(本実施形態では、一例として、被写界深度の近点から無限遠までの標準的な距離にある通常の被写体とする。)を多焦点レンズ21で撮影する場合と、相対的に近距離にある被写体(本実施形態では、一例として、標準的な距離よりも近い距離にある近接被写体とする。)を多焦点レンズ21で撮影する場合とで、ピントのぼけ方の状態が異なることを示す説明図である。撮像システム10は、例えば、携帯電話機(PHSも含む。)や携帯情報端末(PDA)等の携帯型の情報端末装置に設けられた撮像システム、あるいはパーソナル・コンピュータおよびそれに接続されたカメラにより構成される撮像システム等である。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows an overall configuration of an imaging system 10 including a multifocal lens 21 according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 shows a detailed configuration of the multifocal lens 21. Further, FIG. 3 is an explanatory diagram showing a state in which a projected image is formed on the image sensor 24 when a subject having a bright spot at only one point (coordinates (m, j)) is imaged by the multifocal lens 21. 4 shows a subject at a relatively long distance (in this embodiment, a normal subject at a standard distance from the near point of the depth of field to infinity is taken as an example). Shooting with the multifocal lens 21 and shooting with the multifocal lens 21 of an object at a relatively short distance (in this embodiment, as an example, a close subject closer to the standard distance). It is explanatory drawing which shows that the state of a method of defocusing differs by the case where it does. The imaging system 10 includes, for example, an imaging system provided in a portable information terminal device such as a mobile phone (including PHS) and a personal digital assistant (PDA), or a personal computer and a camera connected thereto. Imaging system or the like.

図1において、撮像システム10は、被写体を撮像する撮像機構20と、この撮像機構20により撮像された画像の質を改善する画像改質処理装置30と、この画像改質処理装置30により質の改善を行った画像を表示する表示手段40とを備えている。   In FIG. 1, an imaging system 10 includes an imaging mechanism 20 that images a subject, an image modification processing device 30 that improves the quality of an image captured by the imaging mechanism 20, and a quality that is improved by the image modification processing device 30. Display means 40 for displaying the improved image.

撮像機構20は、被写体を撮像する多焦点レンズ21と、この多焦点レンズ21により形成された画像を取り込む撮像素子24とを含んで構成されている。   The imaging mechanism 20 includes a multifocal lens 21 that captures an image of an object and an image sensor 24 that captures an image formed by the multifocal lens 21.

図2において、本実施形態の多焦点レンズ21は、多焦点光学系(本実施形態では、二焦点光学系)として、平面形状(正面形状)が円形である円形レンズ部22Aを中心とし、その外周側に平面形状(正面形状)が円環状である複数(本実施形態では、3つ)の環状レンズ部23A,22B,23Bをこの順に配置することにより、互いに焦点距離の異なる第1のレンズ部と第2のレンズ部とを交互に同心状に配置して構成されている。すなわち、多焦点レンズ21は、第1の焦点距離を持つ複数の第1のレンズ部としての円形レンズ部22Aおよび環状レンズ部22Bと、第1の焦点距離とは異なる第2の焦点距離を持つ複数の第2のレンズ部としての環状レンズ部23A,23Bとが同一の面に配置されて一体化されることにより構成されている。従って、隣り合うレンズ部同士は、互いに接する状態で配置され、また、円形レンズ部22Aおよび各環状レンズ部23A,22B,23Bは、同心状に配置されているので、これらの各レンズ部22A,23A,22B,23Bの光軸は一致している。   In FIG. 2, the multifocal lens 21 of the present embodiment is a multifocal optical system (in this embodiment, a bifocal optical system) centered on a circular lens portion 22A having a circular planar shape (front shape). By arranging a plurality of (three in the present embodiment) annular lens portions 23A, 22B, and 23B having a planar shape (front shape) on the outer peripheral side in this order, the first lenses having different focal lengths are arranged. And second lens portions are alternately arranged concentrically. That is, the multifocal lens 21 has a plurality of first and second circular lens portions 22A and 22B having a first focal length and a second focal length different from the first focal length. A plurality of annular lens portions 23A and 23B as second lens portions are arranged on the same surface and integrated. Therefore, the adjacent lens portions are disposed in contact with each other, and the circular lens portion 22A and the annular lens portions 23A, 22B, and 23B are disposed concentrically, so that each of these lens portions 22A, 22A, The optical axes of 23A, 22B, and 23B coincide.

そして、第1のレンズ部である円形レンズ部22Aおよび環状レンズ部22Bにより、長い焦点距離で集束する遠レンズ部22が構成され、第2のレンズ部である環状レンズ部23A,23Bにより、短い焦点距離で集束する近レンズ部23が構成されている。例えば、遠レンズ部22は、被写界深度の近点(例えば0.3m程度)から無限遠までの標準的な距離にある通常の被写体(例えば、人物や風景等)を撮影するためのレンズ部であり、近レンズ部23は、標準的な距離よりも近い距離(例えば、10cm未満等)にある近接被写体(例えば、バーコードや虹彩や文字等)を撮影するためのレンズ部である。   The circular lens portion 22A and the annular lens portion 22B that are the first lens portions constitute the far lens portion 22 that converges at a long focal length, and the short lens portions 23A and 23B that are the second lens portions are short. A near lens portion 23 that converges at a focal length is configured. For example, the far lens unit 22 is a lens for photographing a normal subject (for example, a person or a landscape) at a standard distance from a near point of the depth of field (for example, about 0.3 m) to infinity. The near lens unit 23 is a lens unit for photographing a close subject (for example, a barcode, an iris, a character, or the like) located at a distance (for example, less than 10 cm) shorter than a standard distance.

なお、本第1実施形態では、平面形状が円形である円形レンズ部22Aを中心とし、その外周側に平面形状が円環状である複数の環状レンズ部23A,22B,23Bが同心状に配置された構成を例に挙げて説明しているが、各レンズ部の平面形状は、これらの形状に限定されるものではなく、例えば、楕円形や多角形等のレンズ部を中心に、楕円形や多角形等の各環状レンズ部が同心状に配置される構成を備えた多焦点レンズとしてもよい。   In the first embodiment, a plurality of annular lens portions 23A, 22B, and 23B having a circular planar shape are arranged concentrically around the circular lens portion 22A having a circular planar shape. However, the planar shape of each lens part is not limited to these shapes. For example, an elliptical shape or a polygonal shape such as an elliptical shape or a polygonal shape is mainly used. It is good also as a multifocal lens provided with the structure by which each annular lens parts, such as a polygon, are arrange | positioned concentrically.

図1において、撮像素子24としては、例えば、相補性金属酸化膜半導体(CMOS:Complementary Metal-oxide Semiconductor)や電荷結合素子(CCD:Charge Coupled Device)等を採用することができる。ここで、撮像素子24の大きさは、縦方向M画素×横方向J画素であるものとする(図3参照)。   In FIG. 1, for example, a complementary metal-oxide semiconductor (CMOS), a charge-coupled device (CCD), or the like can be used as the imaging device 24. Here, the size of the image sensor 24 is assumed to be M pixels in the vertical direction × J pixels in the horizontal direction (see FIG. 3).

画像改質処理装置30は、撮像素子24の出力信号を引き出して記憶する出力信号記憶手段31と、次の式(1)に基づき予め算出された畳み込み演算行列Qの各要素Q(x,y)の値のうちの少なくとも一部を記憶する畳み込み演算行列記憶手段32と、被写体を再生する演算処理を行う再生演算手段33とを備えている。この画像改質処理装置30は、前述した特許文献3に記載された画像改質処理装置と同様のものであるため、以下では、詳細な説明は省略し、簡単な説明のみを行う。   The image modification processing device 30 includes an output signal storage unit 31 that extracts and stores an output signal of the image sensor 24, and each element Q (x, y) of a convolution calculation matrix Q calculated in advance based on the following equation (1). ) Is provided with convolution operation matrix storage means 32 for storing at least a part of the value and reproduction calculation means 33 for performing calculation processing for reproducing the subject. Since this image modification processing apparatus 30 is the same as the image modification processing apparatus described in Patent Document 3 described above, detailed description will be omitted below and only a brief description will be given.

Q(x,y)=1/c−(W(0,0)−c)/cpower
(x=0,y=0の場合)
=−W(x,y)/cpower
(x=0,y=0以外の場合)
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(1)
Q (x, y) = 1 / c- (W (0,0) -c) / cpower
(When x = 0, y = 0)
= -W (x, y) / c power
(When other than x = 0, y = 0)
(1)

ここで、xおよびyは整数で、(1−M)≦x≦(M−1)、(1−J)≦y≦(J−1)であり、sおよびtは自然数で、1≦s≦M、1≦t≦Jであり、hおよびkは自然数で、1≦h≦M、1≦k≦Jである。   Here, x and y are integers, (1-M) ≦ x ≦ (M−1), (1-J) ≦ y ≦ (J−1), s and t are natural numbers, 1 ≦ s ≦ M, 1 ≦ t ≦ J, h and k are natural numbers, 1 ≦ h ≦ M, 1 ≦ k ≦ J.

また、W(x,y)は、(2M−1)行(2J−1)列の行列Wの各要素の値であり、この行列Wは、被写体の1点(m,j)から出た光がレンズの作用により撮像素子24上で拡がる状態を示すポイント・スプレッド・ファンクション行列(PSF:point spread function行列)であり、端部を除く座標(m,j)で示される1点のみに輝点のある被写体を多焦点レンズ21で撮像したときに、遠レンズ部22および近レンズ部23により形成される画像の出力信号を示すM行J列の行列Zmjを、x=h−m、y=k−jを満たす座標(h,k)から座標(x,y)への座標変換で、W(0,0)=Zmj(m,j)となるように平行移動することにより、Zmj(h,k)のうちの非零要素を含む行列部分を行列Wの中央部に配置するとともに、中央部に配置された非零要素を含む行列部分の外側部分を零要素で埋めることにより構成されている。   W (x, y) is a value of each element of the matrix W of (2M-1) rows (2J-1) columns, and this matrix W comes from one point (m, j) of the subject. This is a point spread function matrix (PSF) indicating a state in which light spreads on the image sensor 24 due to the action of the lens, and only one point indicated by coordinates (m, j) excluding the end portion shines. When a pointed subject is imaged by the multifocal lens 21, a matrix Zmj of M rows and J columns indicating an output signal of an image formed by the far lens unit 22 and the near lens unit 23 is expressed as x = hm, y Zmj () by translating so that W (0,0) = Zmj (m, j) in coordinate conversion from coordinates (h, k) satisfying = k−j to coordinates (x, y). h, k) is arranged in the center of the matrix W and includes the matrix part including the non-zero elements. It is constructed by filling the outer portion of the matrix portion containing the non-zero element disposed at zero element.

なお、本実施形態では、撮像素子24の全ての画素で同じ形状のぼけが形成されるものと仮定し、ポイント・スプレッド・ファンクション行列Wは、各画素について共通の行列であるものとして説明を行うが、前述した特許文献4に記載された画像改質処理装置のように、各画素で異なる形状のぼけが発生することを考慮し、各座標(m,j)毎に異なる行列Wm,jとしてもよい。このようにした場合には、畳み込み演算行列Qについても、各座標(m,j)毎に異なる行列Qm,jとなるが、各座標(m,j)についての畳み込み演算行列Qm,jは、特許文献4に記載された画像改質処理装置のように、レンズの軸対称性を利用して、光軸位置から一方向に延びる直線上に並ぶ座標についての畳み込み演算行列Qm,jを、光軸位置を中心として回転させることにより算出してもよい。 In the present embodiment, it is assumed that blur of the same shape is formed in all the pixels of the image sensor 24, and the point spread function matrix W is assumed to be a common matrix for each pixel. However, as in the image modification processing apparatus described in Patent Document 4 described above, a different matrix W m, j for each coordinate (m, j) is considered in consideration of the occurrence of different shapes of blur at each pixel. It is good. In this case, the convolution matrix Q m, j is different for each coordinate (m, j), but the convolution matrix Q m, j for each coordinate (m, j). Is a convolution operation matrix Q m, j for coordinates aligned on a straight line extending in one direction from the optical axis position using the axial symmetry of the lens as in the image modification processing apparatus described in Patent Document 4. May be calculated by rotating around the optical axis position.

さらに、cは、比例係数で、多焦点レンズ21の全体面積に対するピントの合った画像を形成するレンズ部の面積の比の値である。そして、本発明では、標準撮影状態または近接撮影状態のいずれの場合でも、すなわち遠レンズ部22または近レンズ部23のいずれがピントの合った画像を形成するレンズ部となった場合でも、同じデータを使って画像改質処理を行うことができるようにするという観点から、二焦点レンズである本第1実施形態では、cの値は0.5の近傍とする。なお、後述する第6実施形態のように、三焦点レンズである場合には、cの値は1/3の近傍とする。   Further, c is a proportionality coefficient, which is a value of the ratio of the area of the lens portion that forms a focused image to the entire area of the multifocal lens 21. In the present invention, the same data is obtained regardless of whether in the standard photographing state or the close-up photographing state, that is, when either the far lens unit 22 or the near lens unit 23 is a lens unit that forms a focused image. In the first embodiment, which is a bifocal lens, the value of c is set to be in the vicinity of 0.5 from the viewpoint that image modification processing can be performed using. Note that, in the case of a trifocal lens as in the sixth embodiment described later, the value of c is in the vicinity of 1/3.

また、powerは、cのべき乗数となる実数で、1≦power≦2である。なお、powerの値は、cの値に応じて決定すればよい。この際、cの値が、0.5近傍のときには、powerの値を2以外の値とする必要がある。より具体的には、cの値が、0.5近傍のときには、powerの値を1以上2未満とし、より好ましくは1とする。一方、cの値が、0.5近傍以外のときには、1以上2以下とする。   Further, power is a real number that is a power of c, and 1 ≦ power ≦ 2. The power value may be determined according to the value c. At this time, when the value of c is in the vicinity of 0.5, the power value needs to be a value other than 2. More specifically, when the value of c is in the vicinity of 0.5, the power value is 1 or more and less than 2, more preferably 1. On the other hand, when the value of c is other than 0.5, it is set to 1 or more and 2 or less.

さらに、以上の説明では、多焦点レンズ21のうちピントの合った画像を形成するレンズ部は、ぼけの無い画像を形成するという前提で、説明が行われている。従って、ピントの合った画像を形成するレンズ部により形成される画像には、W(0,0)にのみ非零要素があり、その値はcであるという仮定を置いている。   Further, in the above description, the description has been given on the assumption that the lens unit that forms an in-focus image of the multifocal lens 21 forms an image without blur. Accordingly, it is assumed that an image formed by a lens unit that forms an in-focus image has a non-zero element only in W (0, 0) and its value is c.

しかし、実際には、ピントの合った画像を形成するレンズ部により形成される画像には、収差等によるボケが生じることがあるので、ピントの合った画像を形成するレンズ部により形成される画像は、W(0,0)の周囲に拡がり、W(0,0)の周囲の要素も非零要素となり得る。   However, in reality, an image formed by a lens unit that forms an in-focus image may be blurred due to aberrations or the like, so an image formed by a lens unit that forms an in-focus image. Extends around W (0,0), and the elements around W (0,0) can also be non-zero elements.

そこで、ピントの合った画像を形成するレンズ部により形成される画像に、収差等によるボケが生じ、W(0,0)以外の要素も非零要素となる場合には、W(0,0)の値およびW(0,0)の周囲に生じた非零要素の値を合計し、その合計値をcの値としてW(0,0)に入れ直すとともに、W(0,0)の周囲に生じた非零要素の値をゼロにするという修正作業を行い、これらの修正作業を経て作成された各要素W(x,y)の値を用いて、畳み込み演算行列Qの各要素Q(x,y)の値を算出すればよい。   Therefore, when blurring due to aberration or the like occurs in an image formed by the lens unit that forms an in-focus image, and elements other than W (0,0) are non-zero elements, W (0,0) ) And non-zero element values generated around W (0,0) are summed, and the total value is re-entered into W (0,0) as the value of c, and around W (0,0) The value of each non-zero element generated in is corrected to zero, and each element Q () of the convolution matrix Q is used by using the value of each element W (x, y) created through these correction work. What is necessary is just to calculate the value of x, y).

一方、ピントのぼけた画像を形成するレンズ部により形成される画像については、遠レンズ部22または近レンズ部23のいずれがピントのぼけた画像を形成するレンズ部となった場合でも、同じデータを使って画像改質処理を行うことができるようにするという観点から、いずれの撮影状態の場合でも各要素W(x,y)の値を同じ値に設定し、畳み込み演算行列Qの各要素Q(x,y)の値を算出すればよい。例えば、同一の焦点距離を持つ複数のレンズ部のうち最も外周側に配置されるレンズ部(本実施形態では、遠レンズ部22を構成する環状レンズ部22Bと、近レンズ部23を構成する環状レンズ部23Bとがある。)により形成されるピントのぼけた画像の外周線が、各焦点距離を持つレンズ部毎に形成されるが(本実施形態では、図4に示すように、環状レンズ部22Bにより形成されるピントのぼけた円環状の像63の外周線63Aと、環状レンズ部23Bにより形成されるピントのぼけた円環状の像53の外周線53Aとが形成される。)、各要素W(x,y)の値を、これらの外周線のうち最も外周側に位置する外周線(本実施形態では、外周線53Aとなる。)で囲まれる範囲で均一化することができる。また、各要素W(x,y)の値を、この範囲で滑らかに変化させるようにしてもよい。   On the other hand, for the image formed by the lens unit that forms a defocused image, the same data is used regardless of which of the far lens unit 22 or the near lens unit 23 is a lens unit that forms a defocused image. From the standpoint that image modification processing can be performed using the image, the value of each element W (x, y) is set to the same value in any shooting state, and each element of the convolution calculation matrix Q is set. What is necessary is just to calculate the value of Q (x, y). For example, among the plurality of lens parts having the same focal length, the lens part arranged on the outermost peripheral side (in this embodiment, the annular lens part 22B constituting the far lens part 22 and the annular part constituting the near lens part 23). The outer peripheral line of the blurred image formed by the lens unit 23B is formed for each lens unit having each focal length (in this embodiment, as shown in FIG. 4, an annular lens is used). The outer peripheral line 63A of the defocused annular image 63 formed by the portion 22B and the outer peripheral line 53A of the defocused annular image 53 formed by the annular lens portion 23B are formed. The value of each element W (x, y) can be made uniform within a range surrounded by the outermost peripheral line (in this embodiment, the outer peripheral line 53A) among these outer peripheral lines. . Further, the value of each element W (x, y) may be smoothly changed within this range.

畳み込み演算行列記憶手段32は、畳み込み演算行列Qの各要素Q(x,y)の値のうちの少なくとも一部を、x,yの並び順に従って表の如く整列させて記憶するものである。少なくとも一部であるから、全部を記憶しておいてもよいが、計算容量およびメモリ容量を小さくするため、非零要素を含む行列部分のみを記憶しておくことが好ましい。従って、ここでは、非零要素を含む行列部分のみを記憶するものとして説明を行う。   The convolution operation matrix storage means 32 stores at least a part of the values of the respective elements Q (x, y) of the convolution operation matrix Q by arranging them as shown in the table according to the order of arrangement of x and y. Since it is at least a part, the whole may be stored. However, in order to reduce the calculation capacity and the memory capacity, it is preferable to store only the matrix part including the non-zero elements. Therefore, here, the description will be made assuming that only the matrix portion including the non-zero elements is stored.

再生演算手段33は、畳み込み演算行列記憶手段32に記憶された畳み込み演算行列Qの各要素Q(x,y)の値(上記の非零要素を含む行列部分の各値)と、出力信号記憶手段31に記憶された画像の出力信号を示す行列Zの各要素Z(h,k)の値とを用い、次の式(2)に基づき、被写体の行列Aの各要素A(s,t)の値を算出する処理を行うものである。なお、畳み込み演算行列Qの各要素Q(x,y)のうちの非零要素を含む行列部分以外の部分、すなわち、畳み込み演算行列記憶手段32に記憶されない部分については、零要素であるので、計算は行われない。   The reproduction calculation means 33 stores the value of each element Q (x, y) of the convolution calculation matrix Q stored in the convolution calculation matrix storage means 32 (each value of the matrix part including the non-zero elements) and an output signal. Using the values of the elements Z (h, k) of the matrix Z indicating the output signal of the image stored in the means 31, the elements A (s, t) of the matrix A of the subject based on the following equation (2) ) Is calculated. Since the elements other than the matrix part including the non-zero elements among the elements Q (x, y) of the convolution arithmetic matrix Q, that is, the parts not stored in the convolution arithmetic matrix storage means 32 are zero elements. No calculation is performed.

A(s,t)=ΣhΣkQ(s−h,t−k)Z(h,k)
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(2)
A (s, t) = Σ h Σ k Q (s−h, tk) Z (h, k)
(2)

ここで、Σhは、h=1〜Mの和であり、Σkは、k=1〜Jの和である。 Here, Σ h is the sum of h = 1~M, is Σ k, which is the sum of k = 1~J.

そして、出力信号記憶手段31および畳み込み演算行列記憶手段32としては、例えば、ハードディスク、ROM、EEPROM、フラッシュ・メモリ、RAM、MO、CD−ROM、CD−R、CD−RW、DVD−ROM、DVD−RAM、FD、磁気テープ、あるいはこれらの組合せ等を採用することができる。   The output signal storage means 31 and the convolution calculation matrix storage means 32 include, for example, a hard disk, ROM, EEPROM, flash memory, RAM, MO, CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD-ROM, DVD -RAM, FD, magnetic tape, or a combination thereof can be employed.

また、再生演算手段33は、撮像システム10を構成する各種の情報端末装置(例えば、携帯電話機や携帯情報端末等の携帯型の情報端末装置、あるいはカメラを接続したパーソナル・コンピュータ、監視カメラ装置等)の内部に設けられた中央演算処理装置(CPU)、およびこのCPUの動作手順を規定する1つまたは複数のプログラムにより実現される。   Further, the reproduction calculation means 33 is a variety of information terminal devices constituting the imaging system 10 (for example, portable information terminal devices such as mobile phones and portable information terminals, personal computers connected with cameras, surveillance camera devices, etc.) ) Is implemented by a central processing unit (CPU) provided inside the CPU and one or a plurality of programs that define the operation procedure of the CPU.

表示手段40としては、例えば、液晶ディスプレイ、CRTディスプレイ、プロジェクタおよびスクリーン、あるいはこれらの組合せ等を採用することができる。   As the display means 40, for example, a liquid crystal display, a CRT display, a projector and a screen, or a combination thereof can be employed.

このような第1実施形態においては、多焦点レンズ21を用いて撮影を行うと、以下のような光学結像系が構成される。   In such a first embodiment, when photographing is performed using the multifocal lens 21, the following optical imaging system is configured.

図4には、図2に示した多焦点レンズ21における光学結像系が示されている。図4(a)は、多焦点レンズ21の光軸27上において、長い焦点距離を持つ遠レンズ部22による撮影に適した相対的に遠距離にある被写体、例えば、被写界深度の近点(例えば0.3m程度)から無限遠までの標準的な距離にある通常の被写体(例えば、人物や風景等)に点光源28を配置した場合の光学結像系を示している。   FIG. 4 shows an optical imaging system in the multifocal lens 21 shown in FIG. FIG. 4A shows an object at a relatively long distance suitable for photographing by the far lens unit 22 having a long focal length on the optical axis 27 of the multifocal lens 21, for example, a near point of the depth of field. An optical imaging system is shown in which a point light source 28 is arranged on a normal subject (for example, a person or landscape) at a standard distance from (for example, about 0.3 m) to infinity.

図4(a)の場合には、撮像素子24上には、正面から見ると、図4(a)に示すような投射像50が得られる。すなわち、遠レンズ部22による撮影に適した距離にある被写体上に点光源28を配置した場合には、遠レンズ部22を構成する円形レンズ部22Aおよび環状レンズ部22Bによるピントの合った点状の像51を中心に、その外周側に、環状レンズ部23Aによる円環状の像52、さらに円環状の像52の外周側に、環状レンズ部23Bによる円環状の像53のようなピントのぼけた像が投射される。   In the case of FIG. 4A, a projection image 50 as shown in FIG. 4A is obtained on the image sensor 24 when viewed from the front. That is, when the point light source 28 is arranged on a subject at a distance suitable for photographing with the far lens unit 22, a point-like shape in focus by the circular lens unit 22A and the annular lens unit 22B constituting the far lens unit 22 is provided. Focusing on the outer peripheral side of the image 51, the annular image 52 by the annular lens portion 23 </ b> A, and the outer peripheral side of the annular image 52 on the outer peripheral side, such as the annular image 53 by the annular lens portion 23 </ b> B, is out of focus. The projected image is projected.

一方、図4(b)は、多焦点レンズ21の光軸27上において、短い焦点距離を持つ近レンズ部23による撮影に適した相対的に近距離にある被写体、例えば、標準的な距離よりも近い距離にある近接被写体(例えば、バーコードや虹彩や文字等)に点光源29を配置した場合の光学結像系を示している。   On the other hand, FIG. 4B shows an object at a relatively short distance suitable for photographing by the near lens unit 23 having a short focal length on the optical axis 27 of the multifocal lens 21, for example, a standard distance. 2 shows an optical imaging system in which a point light source 29 is arranged on a close subject (for example, a barcode, an iris, a character, etc.) at a short distance.

図4(b)の場合には、撮像素子24上には、正面から見ると、図4(b)に示すような投射像60が得られる。すなわち、近レンズ部23による撮影に適した距離にある被写体上に点光源29を配置した場合には、近レンズ部23を構成する環状レンズ部23A,23Bによるピントの合った点状の像61を中心に、その外周側に、円形レンズ部22Aによる円形の像62、さらに円形の像62の外周側に、環状レンズ部22Bによる円環状の像63のようなピントのぼけた像が投射される。   In the case of FIG. 4B, a projection image 60 as shown in FIG. 4B is obtained on the image sensor 24 when viewed from the front. That is, when the point light source 29 is disposed on a subject at a distance suitable for photographing by the near lens unit 23, a point-like image 61 in focus by the annular lens units 23A and 23B constituting the near lens unit 23 is provided. A circular image 62 by the circular lens portion 22A is projected on the outer peripheral side, and a defocused image such as an annular image 63 by the annular lens portion 22B is projected on the outer peripheral side of the circular image 62. The

そして、本実施形態では、図4(a)の場合および図4(b)の場合を併せて考えると、いずれの場合も同様に、ピントのぼけた像は、環状レンズ部23Bにより形成されるピントのぼけた円環状の像53の外周線53Aの位置まで略一様に拡がると考えることができるので(図4(b)の場合は、外周線63Aの位置までの拡がりであるが、図4(a)の外周線53Aの位置まで拡がっているとみなすことができる。)、この外周線53Aで囲まれる範囲で、PSF行列Wの各要素W(x,y)の値を均一化し、または滑らかに変化するようにし、畳み込み演算行列Qの各要素Q(x,y)の値を算出することができる。   In the present embodiment, when considering the case of FIG. 4A and the case of FIG. 4B together, in each case, the out-of-focus image is formed by the annular lens portion 23B. Since it can be considered that the image extends to the position of the outer circumferential line 53A of the out-of-focus annular image 53 (in the case of FIG. 4B, it extends to the position of the outer circumferential line 63A. 4 (a) can be regarded as extending to the position of the outer peripheral line 53A.) In the range surrounded by the outer peripheral line 53A, the values of the elements W (x, y) of the PSF matrix W are made uniform, Alternatively, the value of each element Q (x, y) of the convolution calculation matrix Q can be calculated so as to change smoothly.

このような第1実施形態によれば、次のような効果がある。すなわち、多焦点レンズ21を用いて標準的な距離にある通常の被写体および近接被写体を撮影すると、図4に示したように、ピントのぼけ方の状態は、厳密に言えば、撮影状態に応じて、つまり被写体までの距離に応じて変化することになるが、多焦点レンズ21では、第1および第2のレンズ部が同心状に複数回繰り返して、すなわち交互に配置されているので、被写体までの距離にかかわらず、ピントのぼけ方の状態が略同じになる。   According to such 1st Embodiment, there exist the following effects. That is, when a normal subject and a close subject at a standard distance are photographed using the multifocal lens 21, as shown in FIG. 4, the state of defocusing depends on the photographing state. In other words, in the multifocal lens 21, since the first and second lens portions are concentrically repeated a plurality of times, that is, alternately arranged, the subject is changed. Regardless of the distance up to, the out-of-focus state is almost the same.

従って、撮影対象となる被写体までの距離が変わっても、ぼけを取り除くための画像改質処理を同じデータを使った処理で実現すること、すなわち畳み込み演算行列Qの各要素Q(x,y)の値を同じ設定として画像改質処理を行うことができる。このため、撮影状態を自動的に識別するための切替回路の設置を省略することができ、また、手動操作による切替えも行う必要がなくなることから、使用者の負担を軽減することができる。   Therefore, even if the distance to the subject to be photographed changes, image modification processing for removing blur is realized by processing using the same data, that is, each element Q (x, y) of the convolution calculation matrix Q It is possible to perform image modification processing with the same value set to. For this reason, the installation of the switching circuit for automatically identifying the photographing state can be omitted, and it is not necessary to perform switching by manual operation, so that the burden on the user can be reduced.

[第2実施形態]
図5には、本発明の第2実施形態の多焦点レンズ221の詳細構成が示されている。また、図6は、相対的に遠距離にある被写体(本実施形態では、一例として、被写界深度の近点から無限遠までの標準的な距離にある通常の被写体とする。)を多焦点レンズ221で撮影する場合と、相対的に近距離にある被写体(本実施形態では、一例として、標準的な距離よりも近い距離にある近接被写体とする。)を多焦点レンズ221で撮影する場合とで、ピントのぼけ方の状態が異なることを示す説明図である。多焦点レンズ221は、前記第1実施形態の撮像システム10(図1参照)と同様な撮像システムに組み込まれて使用されるレンズであり、撮像システム全体については、多焦点レンズの構成が前記第1実施形態と異なり、その他の構成および機能は前記第1実施形態と同様であるため、同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略し、以下では異なる部分を中心として説明を行う。
[Second Embodiment]
FIG. 5 shows a detailed configuration of the multifocal lens 221 according to the second embodiment of the present invention. Also, FIG. 6 shows many subjects that are relatively far away (in this embodiment, as an example, a normal subject that is at a standard distance from the near point of the depth of field to infinity). When shooting with the focus lens 221, a subject at a relatively short distance (in this embodiment, as an example, a close subject closer than a standard distance) is shot with the multifocal lens 221. It is explanatory drawing which shows that the state of the method of defocusing differs with the case. The multifocal lens 221 is a lens used by being incorporated in an imaging system similar to the imaging system 10 (see FIG. 1) of the first embodiment, and the configuration of the multifocal lens is the first in the imaging system as a whole. Unlike the first embodiment, other configurations and functions are the same as those of the first embodiment. Therefore, the same portions are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. The following description will focus on the different portions.

図5において、多焦点レンズ221は、多焦点光学系(本実施形態では、二焦点光学系)として、平面形状(正面形状)が円形である円形レンズ部222Aを中心とし、その外周側に平面形状(正面形状)が円環状である複数(本実施形態では、7つ)の環状レンズ部223A,222B,223B,222C,223C,222D,223Dをこの順に配置することにより、互いに焦点距離の異なる第1のレンズ部と第2のレンズ部とを交互に同心状に配置して構成されている。すなわち、多焦点レンズ221は、第1の焦点距離を持つ複数の第1のレンズ部としての円形レンズ部222Aおよび環状レンズ部222B,222C,222Dと、第1の焦点距離とは異なる第2の焦点距離を持つ複数の第2のレンズ部としての環状レンズ部223A,223B,223C,223Dとが同一の面に配置されて一体化されることにより構成されている。従って、隣り合うレンズ部同士は、互いに接する状態で配置され、また、円形レンズ部222Aおよび各環状レンズ部223A,222B,223B,222C,223C,222D,223Dは、同心状に配置されているので、これらの各レンズ部222A,223A,222B,223B,222C,223C,222D,223Dの光軸は一致している。   In FIG. 5, a multifocal lens 221 is a multifocal optical system (in this embodiment, a bifocal optical system) centered on a circular lens portion 222 </ b> A whose planar shape (frontal shape) is circular, and is planar on the outer peripheral side thereof. A plurality of (seven in this embodiment) annular lens portions 223A, 222B, 223B, 222C, 223C, 222D, and 223D having a circular shape (front shape) are arranged in this order, so that their focal lengths are different from each other. The first lens portion and the second lens portion are alternately arranged concentrically. In other words, the multifocal lens 221 includes a circular lens unit 222A and annular lens units 222B, 222C, and 222D as a plurality of first lens units having a first focal length, and a second different from the first focal length. A plurality of annular lens portions 223A, 223B, 223C, and 223D as a plurality of second lens portions having a focal length are arranged on the same surface and integrated. Therefore, the adjacent lens portions are disposed in contact with each other, and the circular lens portion 222A and the annular lens portions 223A, 222B, 223B, 222C, 223C, 222D, and 223D are disposed concentrically. The optical axes of these lens portions 222A, 223A, 222B, 223B, 222C, 223C, 222D, and 223D are the same.

そして、第1のレンズ部である円形レンズ部222Aおよび環状レンズ部222B,222C,222Dにより、長い焦点距離で集束する遠レンズ部222が構成され、第2のレンズ部である環状レンズ部223A,223B,223C,223Dにより、短い焦点距離で集束する近レンズ部223が構成されている。例えば、遠レンズ部222は、被写界深度の近点(例えば0.3m程度)から無限遠までの標準的な距離にある通常の被写体(例えば、人物や風景等)を撮影するためのレンズ部であり、近レンズ部223は、標準的な距離よりも近い距離(例えば、10cm未満等)にある近接被写体(例えば、バーコードや虹彩や文字等)を撮影するためのレンズ部である。   The circular lens portion 222A and the annular lens portions 222B, 222C, and 222D that are the first lens portions constitute a far lens portion 222 that converges with a long focal length, and the annular lens portions 223A and 223A that are the second lens portions. 223B, 223C, and 223D constitute a near lens portion 223 that converges with a short focal length. For example, the far lens unit 222 is a lens for photographing a normal subject (for example, a person or a landscape) at a standard distance from a near point of the depth of field (for example, about 0.3 m) to infinity. The near lens unit 223 is a lens unit for photographing a close subject (for example, a barcode, an iris, a character, or the like) at a distance (for example, less than 10 cm) closer than a standard distance.

なお、本第2実施形態では、平面形状が円形である円形レンズ部222Aを中心とし、その外周側に平面形状が円環状である複数の環状レンズ部223A,222B,223B,222C,223C,222D,223Dが同心状に配置された構成を例に挙げて説明しているが、各レンズ部の平面形状は、これらの形状に限定されるものではなく、例えば、楕円形や多角形等のレンズ部を中心に、楕円形や多角形等の各環状レンズ部が同心状に配置される構成を備えた多焦点レンズとしてもよい。   In the second embodiment, a plurality of annular lens portions 223A, 222B, 223B, 222C, 223C, and 222D having a circular planar shape around the circular lens portion 222A having a circular planar shape at the center are provided. , 223D is described as an example, but the planar shape of each lens portion is not limited to these shapes, for example, lenses such as ellipse and polygon It is good also as a multifocal lens provided with the structure by which each annular lens part, such as an ellipse and a polygon, is arrange | positioned concentrically centering | focusing on a part.

このような第2実施形態においては、多焦点レンズ221を用いて撮影を行うと、以下のような光学結像系が構成される。   In such a second embodiment, when photographing is performed using the multifocal lens 221, the following optical imaging system is configured.

図6には、図5に示した多焦点レンズ221における光学結像系が示されている。図6(a)は、多焦点レンズ221の光軸227上において、長い焦点距離を持つ遠レンズ部222による撮影に適した相対的に遠距離にある被写体、例えば、被写界深度の近点(例えば0.3m程度)から無限遠までの標準的な距離にある通常の被写体(例えば、人物や風景等)に点光源228を配置した場合の光学結像系を示している。   FIG. 6 shows an optical imaging system in the multifocal lens 221 shown in FIG. FIG. 6A shows an object at a relatively long distance suitable for photographing by the far lens unit 222 having a long focal length on the optical axis 227 of the multifocal lens 221, for example, a near point of the depth of field. An optical imaging system is shown in which a point light source 228 is arranged on a normal subject (for example, a person or landscape) at a standard distance from (for example, about 0.3 m) to infinity.

図6(a)の場合には、撮像素子24上には、正面から見ると、図6(a)に示すような投射像250が得られる。すなわち、遠レンズ部222による撮影に適した距離にある被写体上に点光源228を配置した場合には、遠レンズ部222を構成する円形レンズ部222Aおよび環状レンズ部222B,222C,222Dによるピントの合った点状の像251を中心に、その外周側に、近レンズ部223を構成する円環状の環状レンズ部223A,223B,223C,223Dによる円環状の像252,253,254,255がこの順に中心から外周方向に向かって並ぶ状態でピントのぼけた像が投射される。   In the case of FIG. 6A, a projected image 250 as shown in FIG. 6A is obtained on the image sensor 24 when viewed from the front. In other words, when the point light source 228 is disposed on a subject at a distance suitable for photographing by the far lens unit 222, the focus by the circular lens unit 222A and the annular lens units 222B, 222C, and 222D constituting the far lens unit 222 is increased. Centered on the combined dot-shaped image 251, annular images 252, 253, 254, and 255 are formed by the annular lens portions 223 A, 223 B, 223 C, and 223 D constituting the near lens portion 223 on the outer peripheral side thereof. A defocused image is projected in a state of being arranged in order from the center toward the outer peripheral direction.

一方、図6(b)は、多焦点レンズ221の光軸227上において、短い焦点距離を持つ近レンズ部223による撮影に適した相対的に近距離にある被写体、例えば、標準的な距離よりも近い距離にある近接被写体(例えば、バーコードや虹彩や文字等)に点光源229を配置した場合の光学結像系を示している。   On the other hand, FIG. 6B shows an object at a relatively short distance suitable for photographing by the near lens unit 223 having a short focal length on the optical axis 227 of the multifocal lens 221, for example, a standard distance. 2 shows an optical imaging system in which a point light source 229 is arranged on a close subject (for example, a barcode, an iris, a character, etc.) at a short distance.

図6(b)の場合には、撮像素子24上には、正面から見ると、図6(b)に示すような投射像260が得られる。すなわち、近レンズ部223による撮影に適した距離にある被写体上に点光源229を配置した場合には、近レンズ部223を構成する環状レンズ部223A,223B,223C,223Dによるピントの合った点状の像261を中心に、その外周側に、円形レンズ部222Aによる円形の像262、さらに円形の像262の外周側に、環状レンズ部222B,222C,222Dによる円環状の像263,264,265のようなピントのぼけた像が投射される。   In the case of FIG. 6B, a projection image 260 as shown in FIG. 6B is obtained on the image sensor 24 when viewed from the front. That is, when the point light source 229 is disposed on the subject at a distance suitable for photographing with the near lens unit 223, the in-focus points by the annular lens units 223A, 223B, 223C, and 223D constituting the near lens unit 223 are arranged. A circular image 262 formed by the circular lens portion 222A on the outer peripheral side of the circular image 261, and circular images 263, 264 formed by the annular lens portions 222B, 222C, and 222D on the outer peripheral side of the circular image 262. A blurred image such as H.265 is projected.

そして、本実施形態では、図6(a)の場合および図6(b)の場合を併せて考えると、いずれの場合も同様に、ピントのぼけた像は、環状レンズ部223Dにより形成されるピントのぼけた円環状の像255の外周線255Aの位置まで略一様に拡がると考えることができるので、この外周線255Aで囲まれる範囲(但し、環状レンズ部222Dにより形成されるピントのぼけた円環状の像265の外周線265Aの方が外周側に位置する場合には、外周線265Aで囲まれる範囲とする。)で、PSF行列Wの各要素W(x,y)の値を均一化し、または滑らかに変化するようにし、畳み込み演算行列Qの各要素Q(x,y)の値を算出することができる。   In the present embodiment, when considering the case of FIG. 6A and the case of FIG. 6B together, in each case, the out-of-focus image is formed by the annular lens portion 223D. Since it can be considered that the image extends to the position of the outer peripheral line 255A of the defocused annular image 255, the range surrounded by the outer peripheral line 255A (however, the defocused blur formed by the annular lens portion 222D). When the outer circumferential line 265A of the annular image 265 is located on the outer circumferential side, it is set as a range surrounded by the outer circumferential line 265A), and the value of each element W (x, y) of the PSF matrix W is The value of each element Q (x, y) of the convolution matrix Q can be calculated by making it uniform or changing smoothly.

ところで、前述した図18で説明した従来例のように、遠レンズ部901および近レンズ部902の2つのみの構成で同心状にレンズ部を配置した場合、近レンズ部902により形成されるピントのぼけた像908は、円環状となり(図18(a)参照)、遠レンズ部901により形成されるピントのぼけた像912は、円形となり(図18(b)参照)、図18(a)と図18(b)とでは、それぞれ形状が全く異ったピンぼけ像が投影される。これに対し、前記第1実施形態では、図2で示したように、円形レンズ部22Aを中心に、近レンズ部23と遠レンズ部22とが交互にそれぞれ同心状に配置される形状とすることにより、近レンズ部23により形成されるピントのぼけた像50は、同心状に配置された複数の円環状となり(図4(a)参照)、遠レンズ部22により形成されるピントのぼけた像60は、同心状に配置された円形および円環状となり(図4(b)参照)、それぞれピントのぼけた像が同心状に複数個投影される。   By the way, as in the conventional example described with reference to FIG. 18 described above, when the lens unit is arranged concentrically with only two components, the far lens unit 901 and the near lens unit 902, the focus formed by the near lens unit 902. The blurred image 908 has an annular shape (see FIG. 18A), and the blurred image 912 formed by the far lens portion 901 has a circular shape (see FIG. 18B), and FIG. ) And FIG. 18B project out-of-focus images having completely different shapes. On the other hand, in the first embodiment, as shown in FIG. 2, the near lens portion 23 and the far lens portion 22 are alternately arranged concentrically around the circular lens portion 22A. Thus, the defocused image 50 formed by the near lens unit 23 becomes a plurality of concentric rings (see FIG. 4A), and the defocused image formed by the far lens unit 22 is blurred. The image 60 has a circular shape and an annular shape arranged concentrically (see FIG. 4B), and a plurality of out-of-focus images are projected concentrically.

さらに、図2に示した前記第1実施形態の多焦点レンズ21と、図5に示した本第2実施形態の多焦点レンズ221とを比較すると、同心状に交互に配置する遠レンズ部と近レンズ部との個数(繰り返し数)を増すことにより、近レンズ部により形成される円環状の複数のピントのぼけた像と、遠レンズ部により形成される円形および円環状の複数のピントのぼけた像は、いずれも1つの円形状のぼけた像に、より近似していくことがわかる。すなわち、前記第1実施形態の多焦点レンズ21や本第2実施形態の多焦点レンズ221を用いて撮影を行った場合、遠距離にある被写体を撮影した際に焦点距離の短いレンズ部により形成されるピントのぼけた像成分と、近距離にある被写体を撮影した際に焦点距離の長いレンズ部により形成されるピントのぼけた像成分とが同様に類似した形状となり、撮像素子24上には、いずれの撮影状態でも同様の形状となるピントのぼけた像が投射される。   Further, when comparing the multifocal lens 21 of the first embodiment shown in FIG. 2 and the multifocal lens 221 of the second embodiment shown in FIG. 5, the far lens portions arranged alternately and concentrically, By increasing the number (repetition number) of the near lens part, a plurality of circularly focused images formed by the near lens part and a plurality of circular and annular focus images formed by the far lens part are obtained. It can be seen that all the blurred images are more similar to a single circular blurred image. That is, when photographing is performed using the multifocal lens 21 of the first embodiment or the multifocal lens 221 of the second embodiment, a lens portion having a short focal length is formed when a subject at a long distance is photographed. The out-of-focus image component and the out-of-focus image component formed by the lens unit having a long focal length when a subject at a short distance is photographed are similarly similar to each other on the image sensor 24. In this case, a blurred image having the same shape is projected in any shooting state.

すなわち、図2に示した前記第1実施形態の多焦点レンズ21および図5に示した本第2実施形態の多焦点レンズ221については、遠距離の被写体を撮影する場合における複数の第2のレンズ部により構成される近レンズ部23,223によるポイント・スプレッド・ファンクション(PSF)と、近距離の被写体を撮影する場合における複数の第1のレンズ部により構成される遠レンズ部22,222によるPSFとは、近似しており、環状のレンズ部の個数を増やすことで、これらのPSFは、より近似するようになる。従って、このように多焦点レンズを構成する各レンズ部によるPSFが近似する場合には、代表的なPSF行列Wを1つ定め、その代表的なPSF行列Wを用いて、畳み込み演算行列Qを求め、再生演算手段33(図1参照)による処理を行うことができる。   That is, with respect to the multifocal lens 21 of the first embodiment shown in FIG. 2 and the multifocal lens 221 of the second embodiment shown in FIG. By the point spread function (PSF) by the near lens units 23 and 223 configured by the lens unit, and by the far lens units 22 and 222 configured by the plurality of first lens units in the case of photographing a subject at a short distance. The PSF is approximate, and by increasing the number of annular lens portions, these PSFs become more approximate. Therefore, when the PSFs of the lens units constituting the multifocal lens are approximated in this way, one representative PSF matrix W is determined, and the convolution calculation matrix Q is determined using the representative PSF matrix W. Thus, processing by the reproduction calculation means 33 (see FIG. 1) can be performed.

図7は、前述した図18に示した従来の多焦点レンズ900と、前述した図2に示した前記第1実施形態の多焦点レンズ21と、図5に示した本第2実施形態の多焦点レンズ221とで、ぼけの状態(光量分布)を比較し、環状のレンズ部の個数を増やすことで、ぼけが均一化されていく様子(あるいは、ぼけを示す光量分布の凹凸が小さくなり、なだらかな分布になっていく様子と考えてもよい。)を概念的に示している。縦軸は光量を示す。   FIG. 7 shows the conventional multifocal lens 900 shown in FIG. 18, the multifocal lens 21 of the first embodiment shown in FIG. 2, and the multifocal lens of the second embodiment shown in FIG. By comparing the state of blur (light quantity distribution) with the focal lens 221, and increasing the number of annular lens portions, the blur is uniformed (or the unevenness of the light quantity distribution indicating blur is reduced, You can think of it as a gentle distribution.) The vertical axis indicates the amount of light.

従来の多焦点レンズ900の場合の光量分布は、中心位置において、ピントの合った点状の像907,911の光量が突出し、その周囲において、近レンズ部902によるピントのぼけた円環状の像908の光量、または遠レンズ部901によるピントのぼけた円形の像912の光量が分布する状態となっている。また、前記第1実施形態の多焦点レンズ21の場合の光量分布は、中心位置において、ピントの合った点状の像51,61の光量が突出し、その周囲において、近レンズ部23を構成する環状レンズ部23A,23Bによる円環状の像52,53の光量、または遠レンズ部22を構成する円形レンズ部22Aおよび環状レンズ部22Bによる円形の像62および円環状の像63の光量が分布する状態となっている。さらに、本第2実施形態の多焦点レンズ221の場合の光量分布は、中心位置において、ピントの合った点状の像251,261の光量が突出し、その周囲において、近レンズ部223を構成する環状レンズ部223A,223B,223C,223Dによる円環状の像252,253,254,255の光量、または遠レンズ部222を構成する円形レンズ部222Aおよび環状レンズ部222B,222C,222Dによる円形の像262および円環状の像263,264,265の光量が分布する状態となっている。これにより、従来の多焦点レンズ900の場合に比べ、前記第1実施形態の多焦点レンズ21の場合および本第2実施形態の多焦点レンズ221の場合の光量分布は、ピントのぼけた像の光量が均一化され(あるいは、平面上における光量の変化が滑らかになり)、値が小さくなっていることがわかり、さらに環状のレンズ部の個数を増やすことで、より均一化が図られることがわかる。   In the light quantity distribution in the case of the conventional multifocal lens 900, the light quantity of the point-like images 907 and 911 in focus protrudes at the center position, and an annular image in which the near lens unit 902 is blurred around the light quantity distribution. The light amount 908 or the light amount of the circular image 912 that is out of focus by the far lens unit 901 is distributed. In the light quantity distribution in the case of the multifocal lens 21 of the first embodiment, the light quantity of the point-like images 51 and 61 in focus protrudes at the center position, and the near lens unit 23 is formed around the light quantity distribution. The light amounts of the annular images 52 and 53 by the annular lens portions 23A and 23B, or the light amounts of the circular image 62 and the annular image 63 by the circular lens portion 22A and the annular lens portion 22B constituting the far lens portion 22 are distributed. It is in a state. Further, in the light amount distribution in the case of the multifocal lens 221 of the second embodiment, the light amount of the focused point-like images 251 and 261 protrudes at the center position, and the near lens unit 223 is formed in the periphery thereof. The light amounts of the annular images 252, 253, 254, and 255 by the annular lens portions 223 A, 223 B, 223 C, and 223 D, or the circular images by the circular lens portions 222 A and the annular lens portions 222 B, 222 C, and 222 D that form the far lens portion 222. The amount of light of the H.262 and annular images 263, 264, 265 is distributed. As a result, the light amount distribution in the case of the multifocal lens 21 of the first embodiment and the case of the multifocal lens 221 of the second embodiment is smaller than that of the conventional multifocal lens 900. It can be seen that the amount of light is made uniform (or the change in the amount of light on the plane is smooth) and the value is small, and that the number of annular lens parts can be increased to make the amount more uniform. Recognize.

このような第2実施形態によれば、次のような効果がある。すなわち、多焦点レンズ221を用いて標準的な距離にある通常の被写体および近接被写体を撮影すると、図6に示したように、ピントのぼけ方の状態は、厳密に言えば、撮影状態に応じて、つまり被写体までの距離に応じて変化することになるが、多焦点レンズ221では、第1および第2のレンズ部が同心状に複数回繰り返して、すなわち交互に配置されているので、被写体までの距離にかかわらず、ピントのぼけ方の状態が略同じになる。   According to such 2nd Embodiment, there exist the following effects. That is, when a normal subject and a close subject at a standard distance are photographed using the multifocal lens 221, the state of defocusing is strictly in accordance with the photographing state as shown in FIG. In other words, in the multifocal lens 221, the first and second lens portions are concentrically repeated a plurality of times, that is, alternately arranged, so that the subject is changed. Regardless of the distance up to, the out-of-focus state is almost the same.

従って、撮影対象となる被写体までの距離が変わっても、ぼけを取り除くための画像改質処理を同じデータを使った処理で実現すること、すなわち畳み込み演算行列Qの各要素Q(x,y)の値を同じ設定として画像改質処理を行うことができる。このため、撮影状態を自動的に識別するための切替回路の設置を省略することができ、また、手動操作による切替えも行う必要がなくなることから、使用者の負担を軽減することができる。   Therefore, even if the distance to the subject to be photographed changes, image modification processing for removing blur is realized by processing using the same data, that is, each element Q (x, y) of the convolution calculation matrix Q It is possible to perform image modification processing with the same value set to. For this reason, the installation of the switching circuit for automatically identifying the photographing state can be omitted, and it is not necessary to perform switching by manual operation, so that the burden on the user can be reduced.

[第3実施形態]
図8には、本発明の第3実施形態の多焦点レンズ321の詳細構成が示されている。また、図9は、多焦点レンズ321による撮影状態の説明図であり、図10は、多焦点レンズ321により光が屈折する状態の説明図である。多焦点レンズ321は、前記第1実施形態の撮像システム10(図1参照)と同様な撮像システムに組み込まれて使用されるレンズであり、撮像システム全体については、多焦点レンズの構成が前記第1実施形態と異なり、その他の構成および機能は前記第1実施形態と同様であるため、同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略し、以下では異なる部分を中心として説明を行う。
[Third Embodiment]
FIG. 8 shows a detailed configuration of the multifocal lens 321 according to the third embodiment of the present invention. FIG. 9 is an explanatory diagram of a photographing state by the multifocal lens 321, and FIG. 10 is an explanatory diagram of a state in which light is refracted by the multifocal lens 321. The multifocal lens 321 is a lens used by being incorporated in an imaging system similar to the imaging system 10 (see FIG. 1) of the first embodiment, and the configuration of the multifocal lens is the first in the imaging system as a whole. Unlike the first embodiment, other configurations and functions are the same as those of the first embodiment. Therefore, the same portions are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. The following description will focus on the different portions.

図8および図9において、多焦点レンズ321は、二焦点レンズであり、相対的に遠距離にある被写体(本実施形態では、一例として、被写界深度の近点から無限遠までの標準的な距離にある通常の被写体とする。)を撮影するための長い焦点距離を持つ遠レンズ部322と、相対的に近距離にある被写体(本実施形態では、一例として、標準的な距離よりも近い距離にある近接被写体とする。)を撮影するための短い焦点距離を持つ近レンズ部323とを備えている。   8 and 9, the multifocal lens 321 is a bifocal lens and is a subject at a relatively long distance (in this embodiment, as an example, a standard from the near point of the depth of field to infinity). A far lens unit 322 having a long focal length for photographing a normal subject at a short distance) and a subject at a relatively short distance (in the present embodiment, as an example, a distance larger than a standard distance). A near lens unit 323 having a short focal length for photographing a close object at a short distance.

多焦点レンズ321は、図9に示すように、被写体側に設けられた主レンズ324と、撮像素子24側に設けられた補助レンズ328とを組み合わせて構成されている。このうち、主レンズ324は、図8に示すように、あたかもフレネルレンズのような断面形状を有し、平板状の基盤325と、この基盤325の表面側(被写体側)に設けられた複数の近接撮影用レンズ切出片326A,326B,326C,326Dとが一体化されて構成されている。また、補助レンズ328は、凸レンズであり、主レンズ324と一定距離を置いて配置されている。なお、補助レンズ328は、主レンズ324よりも被写体側の位置に配置してもよい。   As shown in FIG. 9, the multifocal lens 321 is configured by combining a main lens 324 provided on the subject side and an auxiliary lens 328 provided on the imaging element 24 side. Among these, as shown in FIG. 8, the main lens 324 has a cross-sectional shape as if it is a Fresnel lens, and has a flat base 325 and a plurality of surfaces provided on the surface side (subject side) of the base 325. The close-up lens cutting pieces 326A, 326B, 326C, and 326D are integrally formed. The auxiliary lens 328 is a convex lens, and is arranged at a certain distance from the main lens 324. Note that the auxiliary lens 328 may be disposed at a position closer to the subject than the main lens 324.

近接撮影用レンズ切出片326A,326B,326C,326Dは、図8に示すように、環状(本実施形態では、円環状)の平面形状(正面形状)を有し、同心状に配置されている。これらの近接撮影用レンズ切出片326A,326B,326C,326Dは、被写界深度の近点(例えば0.3m程度)から無限遠までの標準的な距離よりも近い距離(例えば、10cm未満等)にある近接被写体(例えば、バーコードや虹彩や文字等)を撮影するためのレンズ部の構成要素として、1つの焦点距離を持つ1つの凸レンズである近接撮影用レンズ326から切り出されて形成されたものである。すなわち、近接撮影用レンズ切出片326A,326B,326C,326Dは、図8中の点線で示された近接撮影用レンズ326を、その光軸に直交する面により所定の間隔dで仕切るとともに、近接撮影用レンズ326の表面と所定の間隔dの各面とが交わる位置Pによりリングピッチを決定し、そのピッチで近接撮影用レンズ326を同心状の複数の筒(本実施形態では、円筒)により仕切った後、近接撮影用レンズ326の表面を含む断面略三角形の部分を1つ置きに切り出して形成したものである。なお、近接撮影用レンズ326は、球面レンズでもよく、非球面レンズでもよい。   As shown in FIG. 8, the close-up lens cutting pieces 326A, 326B, 326C, and 326D have an annular (annular shape in this embodiment) planar shape (front shape), and are arranged concentrically. Yes. These close-up lens cut-out pieces 326A, 326B, 326C, and 326D are closer than a standard distance from a near point (for example, about 0.3 m) of the depth of field to infinity (for example, less than 10 cm). Etc.) as a constituent element of a lens unit for photographing a close subject (for example, a barcode, an iris, a character, etc.) in a close-up photographing lens 326 that is one convex lens having one focal length. It has been done. That is, the close-up lens cutting pieces 326A, 326B, 326C, and 326D partition the close-up lens 326 indicated by the dotted line in FIG. 8 at a predetermined interval d by a plane orthogonal to the optical axis thereof. A ring pitch is determined by a position P at which the surface of the close-up photographing lens 326 and each surface of a predetermined distance d intersect, and the close-up photographing lens 326 is concentrically arranged at the pitch (in this embodiment, a cylinder). Then, every other portion having a substantially triangular cross section including the surface of the close-up lens 326 is cut out and formed. The close-up photographing lens 326 may be a spherical lens or an aspherical lens.

また、主レンズ324を構成する近接撮影用レンズ切出片326A,326B,326C,326Dの材質(つまり、近接撮影用レンズ326の材質)は、同じく主レンズ324を構成する基盤325の材質と同じであり、例えば、ガラス等であり、屈折率nは、例えば、n=1.5〜1.8程度である。   Further, the material of the close-up lens cutting pieces 326A, 326B, 326C, and 326D constituting the main lens 324 (that is, the material of the close-up lens 326) is the same as the material of the base 325 that also forms the main lens 324. For example, it is glass etc., and the refractive index n is about n = 1.5-1.8, for example.

さらに、基盤325の平面形状(正面形状)は、本実施形態では、円形であり、基盤325の表面(被写体側の面)のうち、近接撮影用レンズ切出片326A,326B,326C,326Dが配置されていない部分は、円形の平坦面部分325Aおよび円環状の平坦面部分325B,325C,325D,325Eとなっている。   Furthermore, the planar shape (frontal shape) of the base 325 is circular in this embodiment, and the close-up lens cutting pieces 326A, 326B, 326C, and 326D are included in the surface of the base 325 (the subject side surface). The portions not arranged are a circular flat surface portion 325A and an annular flat surface portion 325B, 325C, 325D, 325E.

そして、基盤325のうち円形の平坦面部分325Aおよび円環状の平坦面部分325B,325C,325D,325Eにより、複数の第1のレンズ部が形成されている。一方、近接撮影用レンズ切出片326A,326B,326C,326Dと、基盤325のうち近接撮影用レンズ切出片326A,326B,326C,326Dが配置された部分とにより、複数の第2のレンズ部が形成されている。従って、第1のレンズ部を中心として、第1のレンズ部と第2のレンズ部とが同心状に交互に配置されている。   A plurality of first lens portions are formed by a circular flat surface portion 325A and an annular flat surface portion 325B, 325C, 325D, 325E of the base 325. On the other hand, a plurality of second lenses are formed by the close-up lens cutting pieces 326A, 326B, 326C, and 326D and the portion of the base 325 where the close-up lens cutting pieces 326A, 326B, 326C, and 326D are arranged. The part is formed. Therefore, the first lens portion and the second lens portion are alternately arranged concentrically with the first lens portion as the center.

また、図9に示すように、第1のレンズ部としての基盤325の平坦面部分325A,325B,325C,325D,325Eと、補助レンズ328とにより、無限遠方からの光(つまり、標準的な距離にある通常の被写体上の単一輝点からの光)が撮像素子24上で結像するので、これらの組合せにより、遠レンズ部322が構成される(図9中の実線で示された光路参照)。一方、第2のレンズ部としての近接撮影用レンズ切出片326A,326B,326C,326Dおよびこれらが配置された基盤325と、補助レンズ328とにより、近レンズ部323が構成される(図9中の点線で示された光路参照)。   Further, as shown in FIG. 9, light from infinity (that is, standard light) is obtained by the flat surface portions 325A, 325B, 325C, 325D, and 325E of the base 325 as the first lens portion and the auxiliary lens 328. Since the light from a single bright spot on a normal subject at a distance forms an image on the image sensor 24, a combination of these forms the far lens unit 322 (the optical path indicated by the solid line in FIG. 9). reference). On the other hand, the close-up lens cutout pieces 326A, 326B, 326C, and 326D as the second lens portion, the base 325 on which these are arranged, and the auxiliary lens 328 constitute the near-lens portion 323 (FIG. 9). (See the light path indicated by the dotted line in the middle.)

このような第3実施形態においては、以下のようにして多焦点レンズ321により回折光を利用した撮影が行われる。   In the third embodiment, photographing using diffracted light is performed by the multifocal lens 321 as follows.

図10において、例えば、光の波面W1〜W8がこの順で、多焦点レンズ321を構成する主レンズ324の近接撮影用レンズ切出片326A,326B,326C,326Dに入射したとすると、光路L1〜L6のように、光は近接撮影用レンズ切出片326A,326B,326C,326Dで屈折する。この際、近接撮影用レンズ切出片326A,326B,326C,326Dのうち、隣り合って配置される近接撮影用レンズ切出片同士(図10の例では、近接撮影用レンズ切出片326A,326B)に光が入射されると、波面は2つ分ずれて、例えば、近接撮影用レンズ切出片326Aを通過した波面W3と、近接撮影用レンズ切出片326Bを通過した波面W1とが一致するようになる。すなわち、2波長分ずれて位相が一致することにより、2次回折光による結像が実現される。従って、近接撮影用レンズ切出片326A,326B,326C,326Dおよびこれらと一体化された基盤325により、回折レンズが形成されている。   In FIG. 10, for example, if the light wavefronts W1 to W8 are incident in this order on the close-up lens cutout pieces 326A, 326B, 326C, and 326D of the main lens 324 constituting the multifocal lens 321, the optical path L1. As in L6, the light is refracted by the close-up lens cutting pieces 326A, 326B, 326C, and 326D. At this time, among the close-up lens cutting pieces 326A, 326B, 326C, and 326D, the close-up lens cutting pieces arranged adjacent to each other (in the example of FIG. 10, the close-up lens cutting pieces 326A, 326B), when the light is incident, the wavefront is shifted by two, for example, a wavefront W3 that has passed through the close-up lens cutting piece 326A and a wavefront W1 that has passed through the close-up lens cutout piece 326B. To match. That is, the image is formed by the second-order diffracted light by matching the phases by shifting by two wavelengths. Accordingly, a diffractive lens is formed by the close-up lens cutting pieces 326A, 326B, 326C, 326D and the base 325 integrated therewith.

ここで、回折レンズを形成する近接撮影用レンズ切出片326A,326B,326C,326Dの厚み方向の最大寸法(つまり、回折レンズの段差部分の厚み方向の最大寸法)は、前述した近接撮影用レンズ326からの切り出しの際の仕切の間隔dであり、この間隔dは、本第3実施形態では、近接撮影用レンズ切出片326A,326B,326C,326Dの中を通過する光と、空気中を通過する光とが、1波長分ずれる寸法とされている。   Here, the maximum dimension in the thickness direction of the close-up lens cutting pieces 326A, 326B, 326C, and 326D forming the diffractive lens (that is, the maximum dimension in the thickness direction of the step portion of the diffractive lens) is as described above. The distance d of the partition at the time of cutting out from the lens 326 is the distance d in the third embodiment, and the light passing through the close-up lens cutting pieces 326A, 326B, 326C, 326D and air The light passing therethrough is of a size that is shifted by one wavelength.

すなわち、空気中を通過する光の波長をλとし、近接撮影用レンズ切出片326A,326B,326C,326Dの材質(例えば、ガラス等)の屈折率をnとすると、近接撮影用レンズ切出片326A,326B,326C,326Dの中を通過する光の波長は、λ/nとなり、短くなる。この際、近接撮影用レンズ切出片326A,326B,326C,326Dの中を通過する光と、空気中を通過する光とが、1波長分ずれるために必要な距離をdとし、距離dの近接撮影用レンズ切出片326A,326B,326C,326Dの中の波数をmとすれば、距離dの空気中の波数は、m−1とすればよいので、次の式(3)および式(4)が成立する。これらの式(3)および式(4)を解いてmを消去すると、次の式(5)が得られる。   That is, if the wavelength of light passing through the air is λ and the refractive index of the material of the close-up lens cutting pieces 326A, 326B, 326C, and 326D (for example, glass) is n, the close-up lens cutting out The wavelength of light passing through the pieces 326A, 326B, 326C, and 326D is λ / n, which is shortened. At this time, the distance required for the light passing through the close-up lens cutting pieces 326A, 326B, 326C, and 326D and the light passing through the air to be shifted by one wavelength is d, and the distance d If the wave number in the close-up lens cutout pieces 326A, 326B, 326C, 326D is m, the wave number in the air at the distance d may be m-1, so the following equations (3) and (3) (4) is established. Solving these equations (3) and (4) to eliminate m yields the following equation (5).

m=d/(λ/n) ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(3)   m = d / (λ / n) (3)

m−1=d/λ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(4)   m-1 = d / λ (4)

d=λ/(n−1) ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(5)   d = λ / (n−1) (5)

ここで、例えば、n=1.5とすれば、d=2λとなり、図10に示した例となる。この例では、距離dに対し、空気中の波数は、2となり、近接撮影用レンズ切出片326A,326B,326C,326Dの中の波数は、3となるので、1波長分ずれて位相が一致することになる。従って、図10中の二点鎖線の如く、近接撮影用レンズ切出片326A,326Bの間に、同じ焦点距離を持つ近接撮影用レンズ切出片(近接撮影用レンズ326から切り出されたもの)が隙間無く隣接配置されていると仮定すれば、波面が1つずれ、例えば、近接撮影用レンズ切出片326Bの中を通過した波面W1と、二点鎖線で描かれた近接撮影用レンズ切出片を通過したと仮定した波面W2(図10中のかっこ内)とが一致する。本第3実施形態では、1つ置きに近接撮影用レンズ切出片が配置されるので、隣り合って配置された近接撮影用レンズ切出片326A,326Bをそれぞれ通過した波面は2つずれ、例えば、近接撮影用レンズ切出片326Bの中を通過した波面W1と、近接撮影用レンズ切出片326Aの中を通過した波面W3とが一致する。   Here, for example, if n = 1.5, d = 2λ, which is the example shown in FIG. In this example, the wave number in the air is 2 with respect to the distance d, and the wave numbers in the close-up lens cutting pieces 326A, 326B, 326C, and 326D are 3, so the phase is shifted by one wavelength. Will match. Accordingly, as shown by the two-dot chain line in FIG. 10, the close-up lens cutout piece having the same focal length between the close-up lens cutout pieces 326A and 326B (cut out from the close-up lens 326). Are adjacent to each other without a gap, for example, the wavefront shifts by one, for example, the wavefront W1 that has passed through the close-up lens cutout piece 326B and the close-up lens cutout drawn by a two-dot chain line. The wavefront W2 (inside the parentheses in FIG. 10) assumed to have passed through the protruding piece coincides. In the third embodiment, since every other close-up lens cutout piece is arranged, the wavefronts that have passed through the adjacent close-up lens cutout pieces 326A and 326B are shifted by two, For example, the wavefront W1 that has passed through the close-up lens cutout piece 326B and the wavefront W3 that has passed through the close-up lens cutout piece 326A coincide.

なお、例えば、n=1.6とすれば、d=1.67λとなり、n=1.8とすれば、d=1.25λとなり、n=2とすれば、d=λとなる。また、本第3実施形態では、前述した近接撮影用レンズ326からの切り出しの際の仕切の間隔dを、近接撮影用レンズ切出片326A,326B,326C,326Dの中を通過する光と、空気中を通過する光とが、1波長分ずれる寸法としているが、近接撮影用レンズ切出片を1つ置きに配置するので、切り出しの際の仕切の間隔dを、半波長分ずれる寸法としてもよく、この場合には、1つ置きに配置された近接撮影用レンズ切出片の隣り合う切出片を通過した光は、1波長ずれ、1次回折光による結像が実現される。   For example, when n = 1.6, d = 1.67λ, when n = 1.8, d = 1.25λ, and when n = 2, d = λ. Further, in the third embodiment, the interval d at the time of cutting from the above-mentioned close-up lens 326 is set to the light passing through the close-up lens cutout pieces 326A, 326B, 326C, 326D, The light passing through the air is dimensioned to be deviated by one wavelength, but since the close-up photographing lens cut-out pieces are arranged every other piece, the interval d of the partition at the time of cutting is dimensioned to be deviated by half wavelength. In this case, the light that has passed through the adjacent cut-out pieces of the close-up photographing lens cut-out pieces arranged every other one is shifted by one wavelength, and image formation by the first-order diffracted light is realized.

このような第3実施形態によれば、次のような効果がある。すなわち、前記第1、第2実施形態の場合と同様に、多焦点レンズ321では、第1および第2のレンズ部が同心状に複数回繰り返して、すなわち交互に配置されているので、被写体までの距離にかかわらず、ピントのぼけ方の状態が略同じになる。従って、撮影対象となる被写体までの距離が変わっても、ぼけを取り除くための画像改質処理を同じデータを使った処理で実現すること、すなわち畳み込み演算行列Qの各要素Q(x,y)の値を同じ設定として画像改質処理を行うことができる。このため、撮影状態を自動的に識別するための切替回路の設置を省略することができ、また、手動操作による切替えも行う必要がなくなることから、使用者の負担を軽減することができる。   According to such 3rd Embodiment, there exist the following effects. That is, as in the first and second embodiments, in the multifocal lens 321, the first and second lens portions are concentrically repeated a plurality of times, that is, alternately arranged, so Regardless of the distance, the out-of-focus state is almost the same. Therefore, even if the distance to the subject to be photographed changes, image modification processing for removing blur is realized by processing using the same data, that is, each element Q (x, y) of the convolution calculation matrix Q It is possible to perform image modification processing with the same value set to. For this reason, the installation of the switching circuit for automatically identifying the photographing state can be omitted, and it is not necessary to perform switching by manual operation, so that the burden on the user can be reduced.

また、近接撮影用レンズ切出片326A,326B,326C,326Dおよびこれらと一体化された基盤325により回折レンズが形成され、あたかもフレネルレンズのような断面形状またはこれに近い断面形状になっているので、主レンズ324を全体的に薄くすることができ、軽量化を図ることができるうえ、設計の自由度を向上させることができ、さらに製造の容易化、製造コストの低減を図ることができる。   A close-up lens cutout piece 326A, 326B, 326C, 326D and a base plate 325 integrated therewith form a diffractive lens, which has a cross-sectional shape similar to or close to that of a Fresnel lens. Therefore, the main lens 324 can be thinned as a whole, the weight can be reduced, the degree of freedom in design can be improved, and the manufacturing can be facilitated and the manufacturing cost can be reduced. .

[第4実施形態]
図11には、本発明の第4実施形態の多焦点レンズ421の詳細構成が示されている。また、図12は、多焦点レンズ421による撮影状態の説明図であり、図13は、多焦点レンズ421の製造方法の説明図である。多焦点レンズ421は、前記第1実施形態の撮像システム10(図1参照)と同様な撮像システムに組み込まれて使用されるレンズであり、撮像システム全体については、多焦点レンズの構成が前記第1実施形態と異なり、その他の構成および機能は前記第1実施形態と同様であるため、同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略し、以下では異なる部分を中心として説明を行う。
[Fourth Embodiment]
FIG. 11 shows a detailed configuration of the multifocal lens 421 according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 12 is an explanatory diagram of a photographing state by the multifocal lens 421, and FIG. 13 is an explanatory diagram of a manufacturing method of the multifocal lens 421. The multifocal lens 421 is a lens used by being incorporated in an imaging system similar to the imaging system 10 (see FIG. 1) of the first embodiment, and the configuration of the multifocal lens is the first in the imaging system as a whole. Unlike the first embodiment, other configurations and functions are the same as those of the first embodiment. Therefore, the same portions are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. The following description will focus on the different portions.

図11および図12において、多焦点レンズ421は、二焦点レンズであり、相対的に遠距離にある被写体(本実施形態では、一例として、被写界深度の近点から無限遠までの標準的な距離にある通常の被写体とする。)を撮影するための長い焦点距離を持つ遠レンズ部422と、相対的に近距離にある被写体(本実施形態では、一例として、標準的な距離よりも近い距離にある近接被写体とする。)を撮影するための短い焦点距離を持つ近レンズ部423とを備えている。   11 and 12, a multifocal lens 421 is a bifocal lens and is a subject at a relatively long distance (in this embodiment, as an example, a standard from a near point of the depth of field to infinity). A far lens unit 422 having a long focal length for photographing a normal subject at a short distance) and a subject at a relatively short distance (in the present embodiment, as an example, a distance larger than a standard distance). A near lens unit 423 having a short focal length for photographing a close subject at a short distance.

多焦点レンズ421は、図11に示すように、あたかもフレネルレンズのような断面形状を有し、平板状の基盤425と、この基盤425の表面側(被写体側)に設けられた複数の近接撮影用レンズ切出片426A,426B,426C,426D,426Eおよび複数の標準撮影用レンズ切出片427A,427B,427C,427Dとが一体化されて構成されている。なお、本第4実施形態では、前記第3実施形態のような補助レンズは設けられていないが、補助レンズを設けてもよい。   As shown in FIG. 11, the multifocal lens 421 has a cross-sectional shape like a Fresnel lens, and has a flat base 425 and a plurality of close-up photographs provided on the surface side (subject side) of the base 425. Lens cut-out pieces 426A, 426B, 426C, 426D, and 426E and a plurality of standard photographing lens cut-out pieces 427A, 427B, 427C, and 427D are integrally configured. In the fourth embodiment, the auxiliary lens as in the third embodiment is not provided, but an auxiliary lens may be provided.

近接撮影用レンズ切出片426Aは、図11に示すように、円形の平面形状(正面形状)を有し、近接撮影用レンズ切出片426B,426C,426D,426Eは、環状(本実施形態では、円環状)の平面形状を有し、これらは同心状に配置されている。これらの近接撮影用レンズ切出片426A,426B,426C,426D,426Eは、標準的な距離よりも近い距離(例えば、10cm未満等)にある近接被写体(例えば、バーコードや虹彩や文字等)を撮影するためのレンズ部の構成要素として、1つの焦点距離を持つ1つの凸レンズである近接撮影用レンズ426から切り出されて形成されたものである。なお、近接撮影用レンズ426は、球面レンズでもよく、非球面レンズでもよい。   As shown in FIG. 11, the close-up lens cutting piece 426A has a circular planar shape (front shape), and the close-up lens cutting pieces 426B, 426C, 426D, and 426E are annular (this embodiment). In this case, it has an annular shape), and these are arranged concentrically. These close-up lens cutting pieces 426A, 426B, 426C, 426D, and 426E are close objects (for example, barcodes, irises, characters, etc.) that are closer than a standard distance (for example, less than 10 cm). Is formed by cutting out from a close-up photographing lens 426 which is one convex lens having one focal length. The close-up photographing lens 426 may be a spherical lens or an aspherical lens.

また、標準撮影用レンズ切出片427A,427B,427C,427Dは、図11に示すように、環状(本実施形態では、円環状)の平面形状を有し、これらは同心状に配置されている。これらの標準撮影用レンズ切出片427A,427B,427C,427Dは、被写界深度の近点(例えば0.3m程度)から無限遠までの標準的な距離にある通常の被写体(例えば、風景や人物等)を撮影するためのレンズ部の構成要素として、1つの焦点距離を持つ1つの凸レンズである標準撮影用レンズ427から切り出されて形成されたものである。この標準撮影用レンズ427は、近接撮影用レンズ426よりも曲率が小さく、長い焦点距離を持つレンズである。なお、標準撮影用レンズ427は、球面レンズでもよく、非球面レンズでもよい。   In addition, as shown in FIG. 11, the standard photographing lens cutout pieces 427A, 427B, 427C, and 427D have an annular (annular in this embodiment) planar shape, and these are arranged concentrically. Yes. These standard photographing lens cut-out pieces 427A, 427B, 427C, and 427D are normal subjects (for example, landscapes) at a standard distance from a near point (for example, about 0.3 m) of the depth of field to infinity. As a component of a lens unit for photographing a person or the like), it is cut out from a standard photographing lens 427 that is one convex lens having one focal length. The standard photographing lens 427 is a lens having a smaller curvature and a longer focal length than the close-up photographing lens 426. The standard photographing lens 427 may be a spherical lens or an aspherical lens.

近接撮影用レンズ切出片426A,426B,426C,426D,426Eの材質(つまり、近接撮影用レンズ426の材質)および標準撮影用レンズ切出片427A,427B,427C,427Dの材質(つまり、標準撮影用レンズ427の材質)は、基盤425の材質と同じであり、例えば、ガラス等であり、屈折率nは、例えば、n=1.5〜1.8程度である。   The material of the close-up lens cutting pieces 426A, 426B, 426C, 426D, and 426E (that is, the material of the close-up lens 426) and the material of the standard shooting lens cut-out pieces 427A, 427B, 427C, and 427D (that is, the standard) The material of the photographing lens 427 is the same as the material of the base 425, for example, glass or the like, and the refractive index n is, for example, about n = 1.5 to 1.8.

そして、近接撮影用レンズ切出片426A,426B,426C,426D,426Eと、基盤425のうち近接撮影用レンズ切出片426A,426B,426C,426D,426Eが配置された部分とにより、複数の第1のレンズ部が形成されている。一方、標準撮影用レンズ切出片427A,427B,427C,427Dと、基盤425のうち標準撮影用レンズ切出片427A,427B,427C,427Dが配置された部分とにより、複数の第2のレンズ部が形成されている。従って、第1のレンズ部を中心として、第1のレンズ部と第2のレンズ部とが同心状に交互に配置されている。   A plurality of close-up lens cutout pieces 426A, 426B, 426C, 426D, and 426E and a portion of the base 425 in which the close-up shot lens cutout pieces 426A, 426B, 426C, 426D, and 426E are arranged. A first lens portion is formed. On the other hand, a plurality of second lenses are formed by the standard photographing lens cutout pieces 427A, 427B, 427C, and 427D and the portion of the base 425 where the standard photography lens cutout pieces 427A, 427B, 427C, and 427D are disposed. The part is formed. Therefore, the first lens portion and the second lens portion are alternately arranged concentrically with the first lens portion as the center.

また、図12に示すように、無限遠方からの光(つまり、標準的な距離にある通常の被写体上の単一輝点からの光)が、第2のレンズ部としての標準撮影用レンズ切出片427A,427B,427C,427Dおよびこれらが配置された基盤425を通過して撮像素子24上で結像するので、これらにより遠レンズ部422が構成される(図12中の実線で示された光路参照)。一方、第1のレンズ部としての近接撮影用レンズ切出片426A,426B,426C,426D,426Eおよびこれらが配置された基盤425により、近レンズ部423が構成される(図12中の点線で示された光路参照)。   In addition, as shown in FIG. 12, light from infinity (that is, light from a single bright spot on a normal subject at a standard distance) is extracted as a standard photographing lens as the second lens unit. Since the image is formed on the image pickup device 24 through the pieces 427A, 427B, 427C, 427D and the base plate 425 on which these pieces are arranged, the far lens unit 422 is configured by these (shown by the solid line in FIG. 12). See light path). On the other hand, a close-up lens cutout piece 426A, 426B, 426C, 426D, and 426E as the first lens portion and a base plate 425 on which these are arranged constitute a near lens portion 423 (indicated by a dotted line in FIG. 12). See the light path shown).

このような第4実施形態においては、以下のようにして多焦点レンズ421が製造される。   In the fourth embodiment, the multifocal lens 421 is manufactured as follows.

図13において、先ず、近接撮影用レンズ426を、その光軸に直交する面K1により所定の間隔dで仕切るとともに、近接撮影用レンズ426の表面と所定の間隔dの各面K1とが交わる位置Pによりリングピッチを決定し、そのピッチで近接撮影用レンズ426を同心状の複数の筒(本実施形態では、円筒)K2により仕切った後、近接撮影用レンズ426の表面を含む断面略三角形の部分を1つ置きに切り出すことにより、近接撮影用レンズ切出片426A,426B,426C,426D,426Eを形成する。   In FIG. 13, first, the close-up lens 426 is partitioned at a predetermined distance d by a surface K1 orthogonal to the optical axis, and the surface of the close-up lens 426 and each surface K1 at a predetermined distance d intersect. The ring pitch is determined by P, and the close-up lens 426 is partitioned at the pitch by a plurality of concentric tubes (cylinders in the present embodiment) K2, and then has a substantially triangular cross section including the surface of the close-up lens 426. By cutting out every other portion, close-up lens cutting pieces 426A, 426B, 426C, 426D, and 426E are formed.

次に、標準撮影用レンズ427を、その光軸に直交する面K3により所定の間隔dで仕切るとともに、近接撮影用レンズ426を仕切った複数の筒K2と同じ大きさの複数の筒(本実施形態では、円筒)K4で、すなわち近接撮影用レンズ426を仕切ったピッチと同じピッチで標準撮影用レンズ427を仕切った後、光軸に直交する各面K3のうち標準撮影用レンズ427の表面と交わらない面で標準撮影用レンズ427を切るようにして、標準撮影用レンズ427の表面を含む断面略台形の部分を1つ置きに切り出すことにより、標準撮影用レンズ切出片427A,427B,427C,427Dを形成する。なお、標準撮影用レンズ427を複数の筒で仕切る際には、近接撮影用レンズ426の場合とは異なり、標準撮影用レンズ427の表面と所定の間隔dの各面K3とが交わる位置Gによりリングピッチを決定するのではなく、近接撮影用レンズ426を仕切ったピッチと同じピッチで仕切るため、標準撮影用レンズ切出片427A,427B,427C,427Dの断面形状は、略三角形状ではなく、略台形状となっているが、このように近接撮影用レンズ426を基準としたリングピッチとするのではなく、標準撮影用レンズ427を基準としたリングピッチとしてもよい。すなわち、標準撮影用レンズ427の表面と所定の間隔dの各面K3とが交わる位置Gにより、リングピッチを決定し、そのピッチで標準撮影用レンズ427を同心状の複数の筒(本実施形態では、円筒)K5により仕切った後(図13中の一点鎖線参照)、標準撮影用レンズ427の表面を含む断面略三角形の部分を1つ置きに切り出す一方、近接撮影用レンズ426を仕切る際には、標準撮影用レンズ427を仕切ったピッチと同じピッチで仕切ってもよい。   Next, the standard photographing lens 427 is partitioned at a predetermined interval d by a surface K3 orthogonal to the optical axis thereof, and a plurality of tubes (this embodiment) having the same size as the plurality of tubes K2 partitioning the close-up photographing lens 426. In the embodiment, after the standard photographing lens 427 is partitioned by the cylinder) K4, that is, at the same pitch as that obtained by partitioning the close-up photographing lens 426, the surface of the standard photographing lens 427 among the surfaces K3 orthogonal to the optical axis The standard photographing lens 427 is cut on the non-intersecting surface, and every other part having a substantially trapezoidal cross section including the surface of the standard photographing lens 427 is cut out, so that the standard photographing lens cut-out pieces 427A, 427B, and 427C are obtained. , 427D. When the standard photographing lens 427 is partitioned by a plurality of tubes, unlike the close-up photographing lens 426, the position G intersects the surface of the standard photographing lens 427 and each surface K3 with a predetermined distance d. Since the ring pitch is not determined, but is divided by the same pitch as that obtained by dividing the close-up photographing lens 426, the cross-sectional shapes of the standard photographing lens cut-out pieces 427A, 427B, 427C, and 427D are not substantially triangular. Although it has a substantially trapezoidal shape, the ring pitch may be based on the standard photographing lens 427 instead of the ring pitch based on the close-up photographing lens 426 as described above. That is, the ring pitch is determined by the position G where the surface of the standard photographing lens 427 and each surface K3 with a predetermined interval d intersect, and the standard photographing lens 427 is concentrically arranged at the pitch (this embodiment). Then, after partitioning by the cylinder (K5) (see the alternate long and short dash line in FIG. 13), every other portion having a substantially triangular cross section including the surface of the standard photographing lens 427 is cut out, while the close-up photographing lens 426 is partitioned. May be partitioned at the same pitch as the partitioning of the standard photographing lens 427.

そして、以上に述べた仕切の間隔dは、前記第3実施形態の場合と同様に、近接撮影用レンズ切出片426A,426B,426C,426D,426Eや標準撮影用レンズ切出片427A,427B,427C,427Dの中を通過する光と、空気中を通過する光とが、1波長分ずれる寸法である。これにより、前記第3実施形態の場合と同様に、近接撮影用レンズ切出片426A,426B,426C,426D,426Eのうち隣り合って配置された近接撮影用レンズ切出片を通過する光は、2波長分ずれて位相が一致し、これにより、2次回折光による結像が実現される。従って、近接撮影用レンズ切出片426A,426B,426C,426D,426Eおよびこれらと一体化された基盤425により、回折レンズが形成されている。さらに、標準撮影用レンズ切出片427A,427B,427C,427Dのうち隣り合って配置された標準撮影用レンズ切出片を通過する光も、2波長分ずれて位相が一致し、これにより、2次回折光による結像が実現される。従って、標準撮影用レンズ切出片427A,427B,427C,427Dおよびこれらと一体化された基盤425により、回折レンズが形成されている。   The partition distance d described above is the same as in the case of the third embodiment, and the close-up lens cutting pieces 426A, 426B, 426C, 426D, and 426E and the standard shooting lens cut-out pieces 427A and 427B. , 427C, 427D and the light passing through the air are dimensioned to be shifted by one wavelength. Thereby, as in the case of the third embodiment, the light passing through the close-up lens cutout pieces arranged adjacent to each other among the close-up lens cutout pieces 426A, 426B, 426C, 426D, and 426E. The phases are matched by shifting by two wavelengths, thereby realizing imaging by the second-order diffracted light. Accordingly, a diffractive lens is formed by the close-up lens cutting pieces 426A, 426B, 426C, 426D, and 426E and the base 425 integrated with them. Further, the light passing through the standard photographing lens cutouts arranged adjacent to each other among the standard photographing lens cutouts 427A, 427B, 427C, and 427D is also shifted in phase by two wavelengths, thereby matching the phase. Imaging with the second-order diffracted light is realized. Therefore, a diffractive lens is formed by the standard photographing lens cut-out pieces 427A, 427B, 427C, 427D and the base 425 integrated therewith.

但し、近接撮影用レンズ切出片426A,426B,426C,426D,426E(つまり、回折レンズの段差部分)の厚み方向の最大寸法は、前述した近接撮影用レンズ426からの切り出しの際の仕切の間隔d、すなわち近接撮影用レンズ切出片426A,426B,426C,426D,426Eの中を通過する光と、空気中を通過する光とが、1波長分ずれる寸法とされているのに対し、標準撮影用レンズ切出片427A,427B,427C,427D(つまり、別の回折レンズの段差部分)の厚み方向の最大寸法は、近接撮影用レンズ426と標準撮影用レンズ427との対応位置(光軸から等距離にある位置)における曲率の大きさが異なるため、厳密に言えば、仕切の間隔d、すなわち1波長分ずれる寸法にはならない。また、前述したように、標準撮影用レンズ427を基準としたリングピッチとしてもよく、この場合には、標準撮影用レンズ切出片の厚み方向の最大寸法が、仕切の間隔d、すなわち1波長分ずれる寸法となる一方、近接撮影用レンズ切出片の厚み方向の最大寸法は、仕切の間隔d、すなわち1波長分ずれる寸法にはならない。従って、基準とされたいずれか一方のレンズの切出片の厚み方向の最大寸法が、仕切の間隔dとなればよい。   However, the maximum dimension in the thickness direction of the close-up lens cutting pieces 426A, 426B, 426C, 426D, and 426E (that is, the step portion of the diffractive lens) is determined by the partition at the time of cutting out from the close-up lens 426 described above. While the distance d, that is, the light passing through the close-up lens cutting pieces 426A, 426B, 426C, 426D, and 426E and the light passing through the air are dimensioned to be shifted by one wavelength, The maximum dimension in the thickness direction of the standard photographing lens cut-out pieces 427A, 427B, 427C, and 427D (that is, the step portion of another diffractive lens) corresponds to the position (light) of the close-up photographing lens 426 and the standard photographing lens 427. Strictly speaking, it is not a dimension that is divided by one wavelength, that is, the interval d of the partitions. Further, as described above, a ring pitch based on the standard photographing lens 427 may be used. In this case, the maximum dimension in the thickness direction of the standard photographing lens cut-out piece is the partition interval d, that is, one wavelength. On the other hand, the maximum dimension in the thickness direction of the close-up lens cutting piece is not a dimension that is divided by one interval, that is, one wavelength. Therefore, the maximum dimension in the thickness direction of the cut-out piece of any one of the lenses that is used as a reference only needs to be the partition distance d.

なお、本第4実施形態では、上記のように、仕切の間隔dは、近接撮影用レンズ切出片や標準撮影用レンズ切出片の中を通過する光と、空気中を通過する光とが、1波長分ずれる寸法とされているが、本第4実施形態では、近接撮影用レンズ切出片や標準撮影用レンズ切出片を1つ置きに配置するので、仕切の間隔dを、半波長分ずれる寸法としてもよく、この場合には、1つ置きに配置された近接撮影用レンズ切出片や標準撮影用レンズ切出片の隣り合う切出片を通過した光は、1波長ずれ、1次回折光による結像が実現される。   In the fourth embodiment, as described above, the interval d between the partitions is the light passing through the close-up lens cutting piece and the standard shooting lens cut-out piece, and the light passing through the air. However, in the fourth embodiment, since the close-up photographing lens cut pieces and the standard photographing lens cut pieces are arranged every other piece, the interval d between the partitions is set as follows. In this case, the light that has passed through the adjacent cut-out pieces of the close-up photographing lenses or the standard photographing lens cut-out pieces arranged every other wavelength is one wavelength. Deviation and image formation by the first-order diffracted light are realized.

このような第4実施形態によれば、次のような効果がある。すなわち、前記第1〜第3実施形態の場合と同様に、多焦点レンズ421では、第1および第2のレンズ部が同心状に複数回繰り返して、すなわち交互に配置されているので、被写体までの距離にかかわらず、ピントのぼけ方の状態が略同じになる。従って、撮影対象となる被写体までの距離が変わっても、ぼけを取り除くための画像改質処理を同じデータを使った処理で実現すること、すなわち畳み込み演算行列Qの各要素Q(x,y)の値を同じ設定として画像改質処理を行うことができる。このため、撮影状態を自動的に識別するための切替回路の設置を省略することができ、また、手動操作による切替えも行う必要がなくなることから、使用者の負担を軽減することができる。   According to such 4th Embodiment, there exist the following effects. That is, as in the first to third embodiments, in the multifocal lens 421, the first and second lens portions are concentrically repeated a plurality of times, that is, alternately arranged, so Regardless of the distance, the out-of-focus state is almost the same. Therefore, even if the distance to the subject to be photographed changes, image modification processing for removing blur is realized by processing using the same data, that is, each element Q (x, y) of the convolution calculation matrix Q It is possible to perform image modification processing with the same value set to. For this reason, the installation of the switching circuit for automatically identifying the photographing state can be omitted, and it is not necessary to perform switching by manual operation, so that the burden on the user can be reduced.

また、近接撮影用レンズ切出片426A,426B,426C,426D,426Eおよびこれらと一体化された基盤425、並びに標準撮影用レンズ切出片427A,427B,427C,427Dおよびこれらと一体化された基盤425により、それぞれ回折レンズが形成され、あたかもフレネルレンズのような断面形状またはこれに近い断面形状になっているので、多焦点レンズ421を全体的に薄くすることができ、軽量化を図ることができるうえ、設計の自由度を向上させることができ、さらに製造の容易化、製造コストの低減を図ることができる。   The close-up lens cutting pieces 426A, 426B, 426C, 426D, and 426E and the base 425 integrated therewith, and the standard shooting lens cut-out pieces 427A, 427B, 427C, and 427D and these are integrated. A diffraction lens is formed by each of the bases 425, and has a cross-sectional shape like a Fresnel lens or a cross-sectional shape close to this, so that the multifocal lens 421 can be thinned as a whole, and weight reduction can be achieved. In addition, the degree of freedom in design can be improved, and the manufacturing can be facilitated and the manufacturing cost can be reduced.

[第5実施形態]
図14には、本発明の第5実施形態の多焦点レンズ521の詳細構成が示されている。また、図15は、多焦点レンズ521による撮影状態の説明図である。多焦点レンズ521は、前記第1実施形態の撮像システム10(図1参照)と同様な撮像システムに組み込まれて使用されるレンズであり、撮像システム全体については、多焦点レンズの構成が前記第1実施形態と異なり、その他の構成および機能は前記第1実施形態と同様であるため、同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略し、以下では異なる部分を中心として説明を行う。
[Fifth Embodiment]
FIG. 14 shows a detailed configuration of the multifocal lens 521 according to the fifth embodiment of the present invention. FIG. 15 is an explanatory diagram of a shooting state by the multifocal lens 521. The multifocal lens 521 is a lens used by being incorporated in an imaging system similar to the imaging system 10 (see FIG. 1) of the first embodiment, and the configuration of the multifocal lens is the first in the imaging system as a whole. Unlike the first embodiment, other configurations and functions are the same as those of the first embodiment. Therefore, the same portions are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. The following description will focus on the different portions.

図14および図15において、多焦点レンズ521は、二焦点レンズであり、相対的に遠距離にある被写体(本実施形態では、一例として、被写界深度の近点から無限遠までの標準的な距離にある通常の被写体とする。)を撮影するための長い焦点距離を持つ遠レンズ部522と、相対的に近距離にある被写体(本実施形態では、一例として、標準的な距離よりも近い距離にある近接被写体とする。)を撮影するための短い焦点距離を持つ近レンズ部523とを備えている。   14 and 15, a multifocal lens 521 is a bifocal lens, and is a subject at a relatively long distance (in this embodiment, as an example, a standard from the near point of the depth of field to infinity). A far lens unit 522 having a long focal length for photographing a normal subject at a short distance, and a subject at a relatively short distance (in this embodiment, as an example, more than a standard distance). A near lens unit 523 having a short focal length for photographing a close object at a short distance.

多焦点レンズ521は、被写体側に設けられた主レンズ524と、撮像素子24側に設けられた補助レンズ528とを組み合わせて構成されている。このうち、主レンズ524は、図14に示すように、あたかもフレネルレンズのような断面形状を有し、平板状の基盤525と、この基盤525の表面側(被写体側)に設けられた複数の標準撮影用レンズ切出片526A,526B,526C,526D,526Eおよび複数の近接撮影用レンズ切出片527A,527B,527C,527Dとが一体化されて構成されている。また、補助レンズ528は、凸レンズであり、主レンズ524と一定距離を置いて配置されている。なお、補助レンズ528は、主レンズ524よりも被写体側の位置に配置してもよい。   The multifocal lens 521 is configured by combining a main lens 524 provided on the subject side and an auxiliary lens 528 provided on the image sensor 24 side. Among these, as shown in FIG. 14, the main lens 524 has a cross-sectional shape as if it is a Fresnel lens, and has a flat base 525 and a plurality of surfaces provided on the surface side (subject side) of the base 525. The standard photographing lens cut-out pieces 526A, 526B, 526C, 526D, and 526E and a plurality of close-up photographing lens cut-out pieces 527A, 527B, 527C, and 527D are integrally configured. The auxiliary lens 528 is a convex lens, and is arranged at a certain distance from the main lens 524. Note that the auxiliary lens 528 may be disposed at a position closer to the subject than the main lens 524.

標準撮影用レンズ切出片526Aは、図14に示すように、円形の平面形状(正面形状)を有し、標準撮影用レンズ切出片526B,526C,526D,526Eは、環状(本実施形態では、円環状)の平面形状を有し、これらは同心状に配置されている。これらの標準撮影用レンズ切出片526A,526B,526C,526D,526Eは、被写界深度の近点(例えば0.3m程度)から無限遠までの標準的な距離にある通常の被写体(例えば、風景や人物等)を撮影するためのレンズ部の構成要素として、1つの焦点距離を持つ1つの凹レンズである標準撮影用レンズ526から切り出されて形成されたものである。なお、標準撮影用レンズ526は、球面レンズでもよく、非球面レンズでもよい。   As shown in FIG. 14, the standard photographing lens cut-out piece 526A has a circular plane shape (front shape), and the standard photographing lens cut-out pieces 526B, 526C, 526D, and 526E are annular (this embodiment). In this case, it has an annular shape), and these are arranged concentrically. These standard photographing lens cutouts 526A, 526B, 526C, 526D, and 526E are normal subjects (for example, at a standard distance from a near point (for example, about 0.3 m) of the depth of field to infinity. As a constituent element of a lens unit for photographing a landscape, a person, etc.), it is cut out from a standard photographing lens 526 which is one concave lens having one focal length. The standard photographing lens 526 may be a spherical lens or an aspherical lens.

また、近接撮影用レンズ切出片527A,527B,527C,527Dは、図14に示すように、環状(本実施形態では、円環状)の平面形状を有し、これらは同心状に配置されている。これらの近接撮影用レンズ切出片527A,527B,527C,527Dは、標準的な距離よりも近い距離(例えば、10cm未満等)にある近接被写体(例えば、バーコードや虹彩や文字等)を撮影するためのレンズ部の構成要素として、1つの焦点距離を持つ1つの凸レンズである近接撮影用レンズ527から切り出されて形成されたものである。この近接撮影用レンズ527は、標準撮影用レンズ526と対応位置(光軸から等距離にある位置)における曲率の大きさ(絶対値)が同じである。なお、近接撮影用レンズ527は、球面レンズでもよく、非球面レンズでもよい。   Further, as shown in FIG. 14, the close-up lens cutting pieces 527A, 527B, 527C, and 527D have an annular (annular in this embodiment) planar shape, and are arranged concentrically. Yes. These close-up lens cut-out pieces 527A, 527B, 527C, and 527D photograph close-up subjects (for example, barcodes, irises, and characters) that are closer than a standard distance (for example, less than 10 cm). As a component of the lens unit for this purpose, the lens unit is cut out from the close-up lens 527 which is one convex lens having one focal length. The close-up lens 527 has the same curvature (absolute value) at the corresponding position (position equidistant from the optical axis) as the standard imaging lens 526. The close-up lens 527 may be a spherical lens or an aspheric lens.

標準撮影用レンズ切出片526A,526B,526C,526D,526Eの材質(つまり、標準撮影用レンズ526の材質)および近接撮影用レンズ切出片527A,527B,527C,527Dの材質(つまり、近接撮影用レンズ527の材質)は、基盤525の材質と同じであり、例えば、ガラス等であり、屈折率nは、例えば、n=1.5〜1.8程度である。   Standard shooting lens cutouts 526A, 526B, 526C, 526D, and 526E (ie, standard shooting lens 526 material) and proximity shooting lens cutouts 527A, 527B, 527C, and 527D (ie, proximity) The material of the photographing lens 527 is the same as the material of the base 525, for example, glass or the like, and the refractive index n is, for example, about n = 1.5 to 1.8.

そして、標準撮影用レンズ切出片526A,526B,526C,526D,526Eと、基盤525のうち標準撮影用レンズ切出片526A,526B,526C,526D,526Eが配置された部分とにより、複数の第1のレンズ部が形成されている。一方、近接撮影用レンズ切出片527A,527B,527C,527Dと、基盤525のうち近接撮影用レンズ切出片527A,527B,527C,527Dが配置された部分とにより、複数の第2のレンズ部が形成されている。従って、第1のレンズ部を中心として、第1のレンズ部と第2のレンズ部とが同心状に交互に配置されている。   A plurality of standard photographing lens cutouts 526A, 526B, 526C, 526D, and 526E and a portion of the base 525 in which the standard photographing lens cutouts 526A, 526B, 526C, 526D, and 526E are arranged. A first lens portion is formed. On the other hand, a plurality of second lenses are formed by the close-up lens cutting pieces 527A, 527B, 527C, and 527D and the portion of the base 525 where the close-up lens cutting pieces 527A, 527B, 527C, and 527D are disposed. The part is formed. Therefore, the first lens portion and the second lens portion are alternately arranged concentrically with the first lens portion as the center.

また、図15に示すように、第1のレンズ部としての標準撮影用レンズ切出片526A,526B,526C,526D,526Eおよびこれらが配置された基盤525と、補助レンズ528とにより、無限遠方からの光(つまり、標準的な距離にある通常の被写体上の単一輝点からの光)が撮像素子24上で結像するので、これらの組合せにより、遠レンズ部522が構成される(図15中の実線で示された光路参照)。一方、第2のレンズ部としての近接撮影用レンズ切出片527A,527B,527C,527Dおよびこれらが配置された基盤525と、補助レンズ528とにより、近レンズ部523が構成される(図15中の点線で示された光路参照)。   Further, as shown in FIG. 15, the standard photographing lens cut-out pieces 526A, 526B, 526C, 526D, and 526E as the first lens portion, and the base 525 on which these are arranged, and the auxiliary lens 528, are infinitely far away. Since the light from the lens (that is, the light from a single bright spot on a normal subject at a standard distance) forms an image on the image sensor 24, a combination of these forms the far lens unit 522 (see FIG. 15 (see the optical path indicated by the solid line). On the other hand, the close-up lens cutout pieces 527A, 527B, 527C, and 527D as the second lens portion, the base 525 on which these are arranged, and the auxiliary lens 528 constitute the near-lens portion 523 (FIG. 15). (See the light path indicated by the dotted line in the middle.)

このような第5実施形態においては、以下のようにして多焦点レンズ521が製造される。   In the fifth embodiment, the multifocal lens 521 is manufactured as follows.

図14において、標準撮影用レンズ526を、その光軸に直交する面により所定の間隔dで仕切るとともに、標準撮影用レンズ526の表面と所定の間隔dの各面とが交わる位置によりリングピッチを決定し、そのピッチで標準撮影用レンズ526を同心状の複数の筒(本実施形態では、円筒)により仕切った後、標準撮影用レンズ526の表面を含む断面略三角形の部分を1つ置きに切り出すことにより、標準撮影用レンズ切出片526A,526B,526C,526D,526Eを形成する。同様にして、近接撮影用レンズ527から、近接撮影用レンズ切出片527A,527B,527C,527Dを切り出して形成する。   In FIG. 14, the standard photographing lens 526 is partitioned at a predetermined interval d by a surface orthogonal to the optical axis, and the ring pitch is set according to the position where the surface of the standard photographing lens 526 intersects each surface of the predetermined interval d. After determining and dividing the standard photographing lens 526 by a plurality of concentric tubes (cylindrical in this embodiment) at that pitch, every other portion of the substantially triangular section including the surface of the standard photographing lens 526 is placed. By cutting out, the standard photographing lens cutout pieces 526A, 526B, 526C, 526D, and 526E are formed. Similarly, close-up lens cutting pieces 527A, 527B, 527C, and 527D are cut out from the close-up lens 527 and formed.

この際、標準撮影用レンズ526と近接撮影用レンズ527との対応位置(光軸から等距離にある位置)における曲率の大きさ(絶対値)は、同じであるため、これらを複数の筒で仕切る際のピッチも同じとなる。また、これに伴って、標準撮影用レンズ切出片526A,526B,526C,526D,526E(以下に述べるように、回折レンズの段差部分となる。)の厚み方向の最大寸法と、近接撮影用レンズ切出片527A,527B,527C,527D(以下に述べるように、別の回折レンズの段差部分となる。)の厚み方向の最大寸法とは、いずれも仕切の間隔dとなり、一致する。   At this time, since the magnitudes (absolute values) of curvature at the corresponding positions (positions equidistant from the optical axis) of the standard photographing lens 526 and the close-up photographing lens 527 are the same, they are formed by a plurality of tubes. The pitch when partitioning is the same. Along with this, the maximum dimension in the thickness direction of the standard photographing lens cut-out pieces 526A, 526B, 526C, 526D, and 526E (which will be a stepped portion of the diffraction lens as described below) and the close-up photographing. The maximum dimension in the thickness direction of each of the lens cut pieces 527A, 527B, 527C, and 527D (which will be a step portion of another diffractive lens as described below) is the interval d of the partitions and coincides.

そして、以上に述べた仕切の間隔dは、前記第3、第4実施形態の場合と同様に、標準撮影用レンズ切出片526A,526B,526C,526D,526Eや近接撮影用レンズ切出片527A,527B,527C,527Dの中を通過する光と、空気中を通過する光とが、1波長分ずれる寸法である。これにより、前記第3、第4実施形態の場合と同様に、標準撮影用レンズ切出片526A,526B,526C,526D,526Eのうち隣り合って配置された標準撮影用レンズ切出片を通過する光は、2波長分ずれて位相が一致し、これにより、2次回折光による結像が実現される。従って、標準撮影用レンズ切出片526A,526B,526C,526D,526Eおよびこれらと一体化された基盤525により、回折レンズが形成されている。さらに、近接撮影用レンズ切出片527A,527B,527C,527Dのうち隣り合って配置された近接撮影用レンズ切出片を通過する光も、2波長分ずれて位相が一致し、これにより、2次回折光による結像が実現される。従って、近接撮影用レンズ切出片527A,527B,527C,527Dおよびこれらと一体化された基盤525により、回折レンズが形成されている。なお、本第5実施形態では、上記のように、仕切の間隔dは、標準撮影用レンズ切出片や近接撮影用レンズ切出片の中を通過する光と、空気中を通過する光とが、1波長分ずれる寸法とされているが、本第5実施形態では、標準撮影用レンズ切出片や近接撮影用レンズ切出片を1つ置きに配置するので、仕切の間隔dを、半波長分ずれる寸法としてもよく、この場合には、1つ置きに配置された標準撮影用レンズ切出片や近接撮影用レンズ切出片の隣り合う切出片を通過した光は、1波長ずれ、1次回折光による結像が実現される。   The partition interval d described above is the same as that in the third and fourth embodiments. The standard photographing lens cut-out pieces 526A, 526B, 526C, 526D, and 526E and the close-up photographing lens cut-out pieces are used. The light that passes through 527A, 527B, 527C, and 527D and the light that passes through the air have dimensions that are shifted by one wavelength. As a result, as in the third and fourth embodiments, the standard photographing lens cutout pieces 526A, 526B, 526C, 526D, and 526E pass through the standard photographing lens cutout pieces adjacent to each other. The light to be shifted is shifted in phase by two wavelengths so that the image is formed by the second-order diffracted light. Therefore, a diffractive lens is formed by the standard photographing lens cutout pieces 526A, 526B, 526C, 526D, and 526E and the base 525 integrated therewith. Furthermore, the light passing through the close-up lens cutout pieces arranged adjacent to each other among the close-up lens cutout pieces 527A, 527B, 527C, and 527D is also shifted in phase by two wavelengths, thereby matching the phase. Imaging with the second-order diffracted light is realized. Accordingly, a diffractive lens is formed by the close-up lens cutting pieces 527A, 527B, 527C, and 527D and the base 525 integrated therewith. In the fifth embodiment, as described above, the interval d between the partitions is the light passing through the standard shooting lens cutout piece and the close-up shooting lens cutout piece and the light passing through the air. However, in this fifth embodiment, the standard photographing lens cut-out pieces and the close-up photographing lens cut-out pieces are arranged every other piece, so that the interval d between the partitions is In this case, the light that has passed through the adjacent cut-out pieces of the standard shooting lens cut-out pieces and the close-up shot lens cut-out pieces arranged at every other wavelength is one wavelength. Deviation and image formation by the first-order diffracted light are realized.

このような第5実施形態によれば、次のような効果がある。すなわち、前記第1〜第4実施形態の場合と同様に、多焦点レンズ521では、第1および第2のレンズ部が同心状に複数回繰り返して、すなわち交互に配置されているので、被写体までの距離にかかわらず、ピントのぼけ方の状態が略同じになる。従って、撮影対象となる被写体までの距離が変わっても、ぼけを取り除くための画像改質処理を同じデータを使った処理で実現すること、すなわち畳み込み演算行列Qの各要素Q(x,y)の値を同じ設定として画像改質処理を行うことができる。このため、撮影状態を自動的に識別するための切替回路の設置を省略することができ、また、手動操作による切替えも行う必要がなくなることから、使用者の負担を軽減することができる。   According to such 5th Embodiment, there exist the following effects. That is, as in the case of the first to fourth embodiments, in the multifocal lens 521, the first and second lens portions are concentrically repeated a plurality of times, that is, alternately arranged. Regardless of the distance, the out-of-focus state is almost the same. Therefore, even if the distance to the subject to be photographed changes, image modification processing for removing blur is realized by processing using the same data, that is, each element Q (x, y) of the convolution calculation matrix Q It is possible to perform image modification processing with the same value set to. For this reason, the installation of the switching circuit for automatically identifying the photographing state can be omitted, and it is not necessary to perform switching by manual operation, so that the burden on the user can be reduced.

また、標準撮影用レンズ切出片526A,526B,526C,526D,526Eおよびこれらと一体化された基盤525、並びに近接撮影用レンズ切出片527A,527B,527C,527Dおよびこれらと一体化された基盤525により、それぞれ回折レンズが形成され、あたかもフレネルレンズのような断面形状またはこれに近い断面形状になっているので、主レンズ524を全体的に薄くすることができ、軽量化を図ることができるうえ、設計の自由度を向上させることができ、さらに製造の容易化、製造コストの低減を図ることができる。   Further, the standard photographing lens cut-out pieces 526A, 526B, 526C, 526D, and 526E and the base plate 525 integrated therewith, and the close-up shooting lens cut-out pieces 527A, 527B, 527C, and 527D and these integrated therewith. Each of the bases 525 forms a diffractive lens and has a cross-sectional shape similar to that of a Fresnel lens or a cross-sectional shape close thereto, so that the main lens 524 can be thinned as a whole, and the weight can be reduced. In addition, the degree of freedom in design can be improved, and the manufacturing can be facilitated and the manufacturing cost can be reduced.

さらに、標準撮影用レンズ526と近接撮影用レンズ527とは、対応位置(光軸から等距離にある位置)における曲率の大きさ(絶対値)が同じであるため、標準撮影用レンズ切出片526A,526B,526C,526D,526E(つまり、回折レンズの段差部分)の厚み方向の最大寸法と、近接撮影用レンズ切出片527A,527B,527C,527D(つまり、別の回折レンズの段差部分)の厚み方向の最大寸法とを一致させることができる。そして、標準撮影用レンズ切出片についての光軸に平行な面と、近接撮影用レンズ切出片についての光軸に平行な面とを、向かい合わせにして配置するので、レンズ面の不要な面、すなわち像の形成に寄与しない面を無くすことができる。   Further, since the standard photographing lens 526 and the close-up photographing lens 527 have the same curvature (absolute value) at corresponding positions (positions equidistant from the optical axis), the standard photographing lens cut-out piece is used. 526A, 526B, 526C, 526D, 526E (that is, the step portion of the diffractive lens) in the thickness direction, and the close-up lens cutting pieces 527A, 527B, 527C, 527D (that is, the step portion of another diffractive lens). ) In the thickness direction can be matched. Since the surface parallel to the optical axis for the standard photographing lens cutout and the surface parallel to the optical axis for the close-up photographing lens cutout are arranged facing each other, the lens surface is unnecessary. Surfaces, that is, surfaces that do not contribute to image formation can be eliminated.

[第6実施形態]
図16には、本発明の第6実施形態の多焦点レンズ621の詳細構成が示されている。また、図17は、多焦点レンズ621による撮影状態の説明図である。多焦点レンズ621は、前記第1実施形態の撮像システム10(図1参照)と同様な撮像システムに組み込まれて使用されるレンズであり、撮像システム全体については、多焦点レンズの構成が前記第1実施形態と異なり、その他の構成および機能は前記第1実施形態と同様であるため、同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略し、以下では異なる部分を中心として説明を行う。
[Sixth Embodiment]
FIG. 16 shows a detailed configuration of the multifocal lens 621 according to the sixth embodiment of the present invention. FIG. 17 is an explanatory diagram of a shooting state by the multifocal lens 621. The multifocal lens 621 is a lens that is used by being incorporated in an imaging system similar to the imaging system 10 (see FIG. 1) of the first embodiment. For the entire imaging system, the configuration of the multifocal lens is the first one. Unlike the first embodiment, other configurations and functions are the same as those of the first embodiment. Therefore, the same portions are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. The following description will focus on the different portions.

図16および図17において、多焦点レンズ621は、三焦点レンズであり、相対的に遠距離にある被写体(本実施形態では、一例として、1m程度から無限遠までの標準的な距離にある通常の被写体とする。)を撮影するための長い焦点距離を持つ遠レンズ部622と、相対的に中間距離にある被写体(本実施形態では、一例として、50cm程度の距離にある被写体とする。)を撮影するための中間的な焦点距離を持つ中間レンズ部629と、相対的に近距離にある被写体(本実施形態では、一例として、7cm程度の距離にある近接被写体とする。)を撮影するための短い焦点距離を持つ近レンズ部623とを備えている。   16 and 17, the multifocal lens 621 is a trifocal lens, and is an object at a relatively long distance (in this embodiment, as an example, a normal distance at a standard distance from about 1 m to infinity). A far lens unit 622 having a long focal length for photographing a subject, and a subject at a relatively intermediate distance (in this embodiment, a subject at a distance of about 50 cm is taken as an example). And an intermediate lens unit 629 having an intermediate focal length for shooting a subject and a subject at a relatively short distance (in this embodiment, a close subject at a distance of about 7 cm is taken as an example). And a near lens unit 623 having a short focal length.

多焦点レンズ621は、被写体側に設けられた主レンズ624と、撮像素子24側に設けられた補助レンズ628とを組み合わせて構成されている。このうち、主レンズ624は、図16に示すように、あたかもフレネルレンズのような断面形状を有し、平板状の基盤625と、この基盤625の表面側(被写体側)に設けられた複数の標準撮影用レンズ切出片626A,626B,626Cおよび複数の近接撮影用レンズ切出片627A,627B,627Cとが一体化されて構成されている。また、補助レンズ628は、凸レンズであり、主レンズ624と一定距離を置いて配置されている。なお、補助レンズ628は、主レンズ624よりも被写体側の位置に配置してもよい。   The multifocal lens 621 is configured by combining a main lens 624 provided on the subject side and an auxiliary lens 628 provided on the image sensor 24 side. Among these, as shown in FIG. 16, the main lens 624 has a cross-sectional shape as if it is a Fresnel lens, and has a flat base 625 and a plurality of bases 625 provided on the surface side (subject side). The standard photographing lens cut-out pieces 626A, 626B, and 626C and the plurality of close-up photographing lens cut-out pieces 627A, 627B, and 627C are integrated with each other. The auxiliary lens 628 is a convex lens, and is arranged at a certain distance from the main lens 624. Note that the auxiliary lens 628 may be disposed at a position closer to the subject than the main lens 624.

標準撮影用レンズ切出片626Aは、図16に示すように、円形の平面形状(正面形状)を有し、標準撮影用レンズ切出片626B,626Cは、環状(本実施形態では、円環状)の平面形状を有し、これらは同心状に配置されている。これらの標準撮影用レンズ切出片626A,626B,626Cは、例えば1m程度から無限遠までの標準的な距離にある通常の被写体(例えば、風景や人物等)を撮影するためのレンズ部の構成要素として、1つの焦点距離を持つ1つの凹レンズである標準撮影用レンズ626から切り出されて形成されたものである。なお、標準撮影用レンズ626は、球面レンズでもよく、非球面レンズでもよい。   As shown in FIG. 16, the standard photographing lens cut-out piece 626A has a circular plane shape (front shape), and the standard photographing lens cut-out pieces 626B and 626C are annular (in the present embodiment, annular). ) And are arranged concentrically. These standard photographing lens cutouts 626A, 626B, and 626C are configured as a lens unit for photographing a normal subject (for example, a landscape or a person) at a standard distance from about 1 m to infinity, for example. As an element, it is formed by cutting out from a standard photographing lens 626 that is one concave lens having one focal length. The standard photographing lens 626 may be a spherical lens or an aspherical lens.

また、近接撮影用レンズ切出片627A,627B,627Cは、図16に示すように、環状(本実施形態では、円環状)の平面形状を有し、これらは同心状に配置されている。これらの近接撮影用レンズ切出片627A,627B,627Cは、例えば7cm程度の距離にある近接被写体(例えば、バーコードや虹彩や文字等)を撮影するためのレンズ部の構成要素として、1つの焦点距離を持つ1つの凸レンズである近接撮影用レンズ627から切り出されて形成されたものである。この近接撮影用レンズ627は、標準撮影用レンズ626と対応位置(光軸から等距離にある位置)における曲率の大きさ(絶対値)が同じである。なお、近接撮影用レンズ627は、球面レンズでもよく、非球面レンズでもよい。   Further, as shown in FIG. 16, the close-up lens cutting pieces 627A, 627B, and 627C have an annular (annular in this embodiment) planar shape, and are arranged concentrically. These close-up photographing lens cut-out pieces 627A, 627B, and 627C are provided as one component of a lens unit for photographing a close subject (for example, a barcode, an iris, or a character) at a distance of about 7 cm, for example. The lens is cut out from the close-up lens 627, which is one convex lens having a focal length. The close-up lens 627 has the same curvature (absolute value) at the corresponding position (position equidistant from the optical axis) as the standard shooting lens 626. The close-up lens 627 may be a spherical lens or an aspheric lens.

標準撮影用レンズ切出片626A,626B,626Cの材質(つまり、標準撮影用レンズ626の材質)および近接撮影用レンズ切出片627A,627B,627Cの材質(つまり、近接撮影用レンズ627の材質)は、基盤625の材質と同じであり、例えば、ガラス等であり、屈折率nは、例えば、n=1.5〜1.8程度である。   The material of the standard photographing lens cutouts 626A, 626B, and 626C (that is, the material of the standard photographing lens 626) and the material of the close-up lens cutting pieces 627A, 627B, and 627C (that is, the material of the close-up photographing lens 627) ) Is the same as the material of the substrate 625, for example, glass or the like, and the refractive index n is, for example, about n = 1.5 to 1.8.

さらに、基盤625の平面形状(正面形状)は、本実施形態では、円形であり、基盤625の表面(被写体側の面)のうち、標準撮影用レンズ切出片626A,626B,626Cおよび近接撮影用レンズ切出片627A,627B,627Cが配置されていない部分は、環状(本実施形態では、円環状)の平坦面部分625A,625B,625Cとなっている。   Furthermore, the planar shape (frontal shape) of the base 625 is circular in this embodiment, and the standard photographing lens cutouts 626A, 626B, 626C and the close-up photographing are included in the surface of the base 625 (subject side surface). The portions where the lens cutting pieces 627A, 627B, and 627C are not arranged are annular (in the present embodiment, annular) flat surface portions 625A, 625B, and 625C.

そして、標準撮影用レンズ切出片626A,626B,626Cと、基盤625のうち標準撮影用レンズ切出片626A,626B,626Cが配置された部分とにより、複数の第1のレンズ部が形成されている。一方、近接撮影用レンズ切出片627A,627B,627Cと、基盤625のうち近接撮影用レンズ切出片627A,627B,627Cが配置された部分とにより、複数の第2のレンズ部が形成されている。また、基盤625のうち環状の平坦面部分625A,625B,625Cにより、複数の第3のレンズ部が形成されている。従って、第1のレンズ部を中心として、第1〜第3のレンズ部が同心状に複数回繰り返して配置されている。   A plurality of first lens portions are formed by the standard photographing lens cutouts 626A, 626B, and 626C and the portion of the base 625 where the standard photographing lens cutouts 626A, 626B, and 626C are disposed. ing. On the other hand, a plurality of second lens portions are formed by the close-up lens cutting pieces 627A, 627B, 627C and the portion of the base 625 where the close-up lens cutting pieces 627A, 627B, 627C are arranged. ing. In addition, a plurality of third lens portions are formed by annular flat surface portions 625A, 625B, and 625C of the base 625. Accordingly, the first to third lens portions are arranged repeatedly concentrically a plurality of times with the first lens portion as the center.

また、図17に示すように、第1のレンズ部としての標準撮影用レンズ切出片626A,626B,626Cおよびこれらが配置された基盤625と、補助レンズ628とにより、無限遠方からの光(つまり、標準的な距離にある通常の被写体上の単一輝点からの光)が撮像素子24上で結像するので、これらの組合せにより、遠レンズ部622が構成される(図17中の実線で示された光路参照)。一方、第2のレンズ部としての近接撮影用レンズ切出片627A,627B,627Cおよびこれらが配置された基盤625と、補助レンズ628とにより、近レンズ部623が構成される(図17中の点線で示された光路参照)。また、第3のレンズ部としての基盤625の平坦面部分625A,625B,625Cと、補助レンズ628とにより、中間レンズ部629が構成される(図17中の一点鎖線で示された光路参照)。   In addition, as shown in FIG. 17, standard photographing lens cutouts 626 </ b> A, 626 </ b> B, 626 </ b> C serving as the first lens unit, a base plate 625 on which these are arranged, and an auxiliary lens 628 allow light from infinity ( That is, since the light from a single bright spot on a normal subject at a standard distance forms an image on the image sensor 24, the combination of these forms the far lens unit 622 (solid line in FIG. 17). (Refer to the optical path shown in the figure.) On the other hand, a close-up lens cutout piece 627A, 627B, 627C as a second lens portion, a base plate 625 on which these are arranged, and an auxiliary lens 628 constitute a close-up lens portion 623 (in FIG. 17). (See the light path indicated by the dotted line.) Further, the intermediate lens portion 629 is configured by the flat surface portions 625A, 625B, and 625C of the base 625 as the third lens portion and the auxiliary lens 628 (see the optical path indicated by the one-dot chain line in FIG. 17). .

このような第6実施形態においては、以下のようにして多焦点レンズ621が製造される。   In the sixth embodiment, the multifocal lens 621 is manufactured as follows.

図16において、標準撮影用レンズ626を、その光軸に直交する面により所定の間隔dで仕切るとともに、標準撮影用レンズ626の表面と所定の間隔dの各面とが交わる位置によりリングピッチを決定し、そのピッチで標準撮影用レンズ626を同心状の複数の筒(本実施形態では、円筒)により仕切った後、標準撮影用レンズ626の表面を含む断面略三角形の部分を1つ置きに切り出すことにより、標準撮影用レンズ切出片626A,626B,626Cを形成する。同様にして、近接撮影用レンズ627から、近接撮影用レンズ切出片627A,627B,627Cを切り出して形成する。   In FIG. 16, the standard photographing lens 626 is partitioned by a surface perpendicular to the optical axis at a predetermined interval d, and the ring pitch is set according to the position where the surface of the standard photographing lens 626 intersects each surface of the predetermined interval d. After determining and dividing the standard photographing lens 626 by a plurality of concentric tubes (cylindrical in the present embodiment) at the pitch, every other portion of the substantially triangular section including the surface of the standard photographing lens 626 is placed. By cutting out, standard photographing lens cutout pieces 626A, 626B, and 626C are formed. Similarly, close-up lens cutting pieces 627A, 627B, and 627C are cut out from the close-up lens 627 and formed.

この際、標準撮影用レンズ626と近接撮影用レンズ627との対応位置(光軸から等距離にある位置)における曲率の大きさ(絶対値)は、同じであるため、これらを複数の筒で仕切る際のピッチも同じとなる。また、これに伴って、標準撮影用レンズ切出片626A,626B,626C(以下に述べるように、回折レンズの段差部分となる。)の厚み方向の最大寸法と、近接撮影用レンズ切出片627A,627B,627C(以下に述べるように、別の回折レンズの段差部分となる。)の厚み方向の最大寸法とは、いずれも仕切の間隔dとなり、一致する。   At this time, since the magnitudes (absolute values) of curvature at the corresponding positions (positions equidistant from the optical axis) of the standard photographing lens 626 and the close-up photographing lens 627 are the same, they are formed by a plurality of cylinders. The pitch when partitioning is the same. Along with this, the maximum dimension in the thickness direction of the standard photographing lens cut-out pieces 626A, 626B, and 626C (which will be a step portion of the diffraction lens as described below), and the close-up photographing lens cut-out piece Each of the maximum dimensions in the thickness direction of 627A, 627B, and 627C (which will be a step portion of another diffractive lens as described below) corresponds to the partition interval d.

そして、以上に述べた仕切の間隔dは、前記第3〜第5実施形態の場合と同様に、標準撮影用レンズ切出片626A,626B,626Cや近接撮影用レンズ切出片627A,627B,627Cの中を通過する光と、空気中を通過する光とが、1波長分ずれる寸法である。これにより、標準撮影用レンズ切出片626A,626B,626Cのうち隣り合って配置された標準撮影用レンズ切出片を通過する光は、3波長分ずれて位相が一致し、これにより、3次回折光による結像が実現される。従って、標準撮影用レンズ切出片626A,626B,626Cおよびこれらと一体化された基盤625により、回折レンズが形成されている。さらに、近接撮影用レンズ切出片627A,627B,627Cのうち隣り合って配置された近接撮影用レンズ切出片を通過する光も、3波長分ずれて位相が一致し、これにより、3次回折光による結像が実現される。従って、近接撮影用レンズ切出片627A,627B,627Cおよびこれらと一体化された基盤625により、回折レンズが形成されている。なお、本第6実施形態では、上記のように、仕切の間隔dは、標準撮影用レンズ切出片や近接撮影用レンズ切出片の中を通過する光と、空気中を通過する光とが、1波長分ずれる寸法とされているが、本第6実施形態では、標準撮影用レンズ切出片や近接撮影用レンズ切出片を、2つ間隔を空けて3つに1つの割合で配置するので、仕切の間隔dを、3分の1波長分または3分の2波長分ずれる寸法としてもよく、この場合には、2つ間隔を空けて3つに1つの割合で配置された標準撮影用レンズ切出片や近接撮影用レンズ切出片の隣り合う切出片を通過した光は、1波長または2波長ずれ、1次回折光または2次回折光による結像が実現される。   The partition distance d described above is the same as in the case of the third to fifth embodiments. The standard photographing lens cutouts 626A, 626B, 626C and the close-up photographing lens cutouts 627A, 627B, The light passing through 627C and the light passing through the air are of a size that is deviated by one wavelength. Thereby, the light passing through the standard photographing lens cutouts arranged adjacent to each other among the standard photographing lens cutouts 626A, 626B, and 626C is shifted in phase by three wavelengths, and thus the phase is matched. Imaging with the next diffracted light is realized. Therefore, a diffractive lens is formed by the standard photographing lens cut-out pieces 626A, 626B, and 626C and the base 625 integrated therewith. In addition, the light passing through the close-up lens cutting pieces arranged adjacent to each other among the close-up lens cutting pieces 627A, 627B, and 627C is also shifted in phase by three wavelengths, thereby matching the phase. Imaging by folding light is realized. Therefore, a diffractive lens is formed by the close-up lens cutting pieces 627A, 627B, 627C and the base 625 integrated therewith. In the sixth embodiment, as described above, the interval d between the partitions is the light passing through the standard shooting lens cutout piece and the close-up shooting lens cutout piece and the light passing through the air. However, in the sixth embodiment, the standard photographing lens cut-out piece and the close-up photographing lens cut-out piece are arranged at a ratio of one out of two at intervals of two. Since it is arranged, the interval d of the partition may be a size that is divided by 1/3 wavelength or 2/3 wavelength, and in this case, it is arranged at a ratio of 1 to 3 with two intervals. The light that has passed through the adjacent cut-out pieces of the standard photographing lens cut-out piece and the close-up photographing lens cut-out piece forms an image by one wavelength or two wavelength shift, first-order diffracted light, or second-order diffracted light.

このような第6実施形態によれば、次のような効果がある。すなわち、多焦点レンズ621では、第1〜第3のレンズ部が同心状に複数回繰り返して配置されているので、被写体までの距離にかかわらず、ピントのぼけ方の状態が略同じになる。従って、撮影対象となる被写体までの距離が変わっても、ぼけを取り除くための画像改質処理を同じデータを使った処理で実現すること、すなわち畳み込み演算行列Qの各要素Q(x,y)の値を同じ設定として画像改質処理を行うことができる。このため、撮影状態を自動的に識別するための切替回路の設置を省略することができ、また、手動操作による切替えも行う必要がなくなることから、使用者の負担を軽減することができる。   According to the sixth embodiment, there are the following effects. That is, in the multifocal lens 621, the first to third lens portions are repeatedly arranged concentrically a plurality of times, so that the state of defocusing is substantially the same regardless of the distance to the subject. Therefore, even if the distance to the subject to be photographed changes, image modification processing for removing blur is realized by processing using the same data, that is, each element Q (x, y) of the convolution calculation matrix Q It is possible to perform image modification processing with the same value set to. For this reason, the installation of the switching circuit for automatically identifying the photographing state can be omitted, and it is not necessary to perform switching by manual operation, so that the burden on the user can be reduced.

また、標準撮影用レンズ切出片626A,626B,626Cおよびこれらと一体化された基盤625、並びに近接撮影用レンズ切出片627A,627B,627Cおよびこれらと一体化された基盤625により、それぞれ回折レンズが形成され、あたかもフレネルレンズのような断面形状またはこれに近い断面形状になっているので、主レンズ624を全体的に薄くすることができ、軽量化を図ることができるうえ、設計の自由度を向上させることができ、さらに製造の容易化、製造コストの低減を図ることができる。   Further, the standard photographing lens cutouts 626A, 626B, and 626C and the base 625 integrated therewith, and the close-up lens cutting pieces 627A, 627B, 627C and the base 625 integrated therewith are used for diffraction. Since a lens is formed and has a cross-sectional shape similar to or close to that of a Fresnel lens, the main lens 624 can be thinned as a whole, the weight can be reduced, and design freedom can be achieved. The degree of manufacturing can be improved, and the manufacturing can be facilitated and the manufacturing cost can be reduced.

さらに、標準撮影用レンズ626と近接撮影用レンズ627とは、対応位置(光軸から等距離にある位置)における曲率の大きさ(絶対値)が同じであるため、標準撮影用レンズ切出片626A,626B,626C(つまり、回折レンズの段差部分)の厚み方向の最大寸法と、近接撮影用レンズ切出片627A,627B,627C(つまり、別の回折レンズの段差部分)の厚み方向の最大寸法とを一致させることができる。そして、標準撮影用レンズ切出片についての光軸に平行な面と、近接撮影用レンズ切出片についての光軸に平行な面とを、向かい合わせにして配置するので、レンズ面の不要な面、すなわち像の形成に寄与しない面を無くすことができる。   Further, the standard photographing lens 626 and the close-up photographing lens 627 have the same curvature (absolute value) at the corresponding position (position equidistant from the optical axis). The maximum dimension in the thickness direction of 626A, 626B, and 626C (that is, the step portion of the diffractive lens) and the maximum dimension in the thickness direction of the close-up lens cutting pieces 627A, 627B, and 627C (that is, the step portion of another diffractive lens). The dimensions can be matched. Since the surface parallel to the optical axis for the standard photographing lens cutout and the surface parallel to the optical axis for the close-up photographing lens cutout are arranged facing each other, the lens surface is unnecessary. Surfaces, that is, surfaces that do not contribute to image formation can be eliminated.

なお、本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲内での変形等は本発明に含まれるものである。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications and the like within a range in which the object of the present invention can be achieved are included in the present invention.

すなわち、前記第1、第2実施形態では、同心状に配置された第1のレンズ部と第2のレンズ部との繰り返し数が、それぞれ2回、4回であったが、繰り返し数は、これに限定されるものではなく、複数回であればよい。なお、図7で説明した如く、同心状に配置された第1のレンズ部と第2のレンズ部との繰り返し数の増加とともに、標準的な距離にある通常の被写体の撮影時のPSFと、これよりも近い距離にある近接被写体の撮影時のPSFとが近似するため、繰り返し数を増すことにより、画像改質処理の精度の向上を図ることができる。前記第3〜第6実施形態の場合も同様である。   That is, in the first and second embodiments, the number of repetitions of the first lens unit and the second lens unit arranged concentrically was 2 times and 4 times, respectively. However, the present invention is not limited to this, and may be a plurality of times. Note that, as described with reference to FIG. 7, with an increase in the number of repetitions of the first lens unit and the second lens unit arranged concentrically, the PSF at the time of shooting a normal subject at a standard distance, Since the PSF at the time of photographing a close subject that is closer than this is approximate, the accuracy of image modification processing can be improved by increasing the number of repetitions. The same applies to the third to sixth embodiments.

また、前記第1、第2、第3、第5実施形態では、中心に配置されるレンズ部、すなわち第1のレンズ部が、遠レンズ部を構成するレンズ部とされ、第2のレンズ部が、近レンズ部を構成するレンズ部とされていたが、第1のレンズ部を、近レンズ部を構成するレンズ部とし、第2のレンズ部を、遠レンズ部を構成するレンズ部としてもよい。   In the first, second, third, and fifth embodiments, the lens unit arranged at the center, that is, the first lens unit is used as the lens unit that forms the far lens unit, and the second lens unit. However, the first lens unit is used as the lens unit constituting the near lens unit, and the second lens unit is used as the lens unit constituting the far lens unit. Good.

一方、前記第4実施形態では、中心に配置されるレンズ部、すなわち第1のレンズ部が、近レンズ部を構成するレンズ部とされ、第2のレンズ部が、遠レンズ部を構成するレンズ部とされていたが、第1のレンズ部を、遠レンズ部を構成するレンズ部とし、第2のレンズ部を、近レンズ部を構成するレンズ部としてもよい。   On the other hand, in the fourth embodiment, the lens unit arranged at the center, that is, the first lens unit is a lens unit constituting the near lens unit, and the second lens unit is a lens configuring the far lens unit. However, the first lens unit may be the lens unit that forms the far lens unit, and the second lens unit may be the lens unit that configures the near lens unit.

そして、前記第6実施形態では、中心に配置されるレンズ部、すなわち第1のレンズ部が、遠レンズ部を構成するレンズ部とされ、第2のレンズ部が、近レンズ部を構成するレンズ部とされ、第3のレンズ部が、中間レンズ部を構成するレンズ部とされていたが、第1のレンズ部は、近レンズ部や中間レンズ部を構成するレンズ部であってもよく、あるいは並び順も、遠レンズ部を構成するレンズ部、近レンズ部を構成するレンズ部、中間レンズ部を構成するレンズ部の順に限定されるものではなく、任意である。   And in the said 6th Embodiment, the lens part arrange | positioned in the center, ie, the 1st lens part, is a lens part which comprises a far lens part, and the 2nd lens part is a lens which comprises a near lens part. The third lens unit is the lens unit that constitutes the intermediate lens unit, but the first lens unit may be a lens unit that constitutes the near lens unit or the intermediate lens unit, Alternatively, the arrangement order is not limited to the order of the lens part constituting the far lens part, the lens part constituting the near lens part, and the lens part constituting the intermediate lens part, and is arbitrary.

さらに、前記第1〜第5実施形態の多焦点レンズ21,221,321,421,521は、遠レンズ部と近レンズ部との2つの焦点距離を持つレンズ部により構成され、前記第6実施形態の多焦点レンズ621は、遠レンズ部と近レンズ部と中間レンズ部との3つの焦点距離を持つレンズ部により構成されていたが、本発明の多焦点レンズは、二焦点レンズや三焦点レンズに限定されるものではなく、4以上の焦点距離を持つレンズ部により構成されていてもよい。   Furthermore, the multifocal lenses 21, 221, 321, 421, and 521 of the first to fifth embodiments are configured by a lens unit having two focal lengths of a far lens unit and a near lens unit, and the sixth embodiment. The multifocal lens 621 of the embodiment is configured by a lens unit having three focal lengths of a far lens unit, a near lens unit, and an intermediate lens unit. However, the multifocal lens of the present invention is a bifocal lens or a trifocal lens. It is not limited to a lens, and may be configured by a lens unit having a focal length of 4 or more.

また、前記第1、第2実施形態の多焦点レンズ21,221を構成する各レンズ部の幅は、図2、図5に示した例に限定されず、任意である。但し、ぼけを取り除くための画像改質処理を同じデータを使った処理で実現するという観点からは、同一の焦点距離を持つ複数のレンズ部の面積(平面形状についての面積)の合計が、それぞれの焦点距離について同一または略同一になることが好ましく、例えば、二焦点レンズの場合には、複数の第1のレンズ部の面積の合計と、複数の第2のレンズ部の面積の合計とが、同一または略同一になることが好ましい。3以上の焦点距離を持つ多焦点レンズとする場合も同様である。   In addition, the width of each lens portion constituting the multifocal lenses 21 and 221 of the first and second embodiments is not limited to the examples shown in FIGS. 2 and 5 and is arbitrary. However, from the viewpoint of realizing the image modification processing for removing the blur by processing using the same data, the total of the areas of the plurality of lens portions having the same focal length (area for the planar shape) is respectively For example, in the case of a bifocal lens, the total area of the plurality of first lens portions and the total area of the plurality of second lens portions are the same. , Preferably the same or substantially the same. The same applies to a multifocal lens having a focal length of 3 or more.

さらに、前記第3実施形態では、主レンズ324は、基盤325と、凸レンズである近接撮影用レンズ326から切り出されて形成された近接撮影用レンズ切出片326A,326B,326C,326Dとを一体化して構成されていたが、平板状の基盤と、凹レンズから切り出されて形成された凹レンズ切出片とを一体化して主レンズを構成してもよく、この場合には、凹レンズ切出片および基盤のうち凹レンズ切出片が配置されている部分と、凸レンズである補助レンズとにより、遠レンズ部が構成され、基盤のうち凹レンズ切出片の配置されない平坦面部分と、凸レンズである補助レンズとにより、近レンズ部が構成される。   Further, in the third embodiment, the main lens 324 is formed by integrating the base 325 and the close-up lens cutting pieces 326A, 326B, 326C, and 326D formed by cutting out from the close-up lens 326 that is a convex lens. However, the main lens may be formed by integrating a flat base and a concave lens cut piece formed by cutting out from a concave lens. In this case, the concave lens cut piece and The far lens part is constituted by the part where the concave lens cut piece is arranged in the base and the auxiliary lens which is a convex lens, the flat surface part where the concave lens cut piece is not arranged in the base, and the auxiliary lens which is a convex lens Thus, a near lens portion is configured.

そして、前記第3〜第6実施形態では、基盤の表面(被写体側の面)に凸レンズ切出片や凹レンズ切出片を設けていたが、基盤の裏面(撮像素子24側の面)に凸レンズ切出片や凹レンズ切出片を設けてもよく、あるいは基盤の表裏両面に凸レンズ切出片や凹レンズ切出片を設けてもよい。   In the third to sixth embodiments, the convex lens cut piece and the concave lens cut piece are provided on the surface of the base (surface on the object side), but the convex lens is provided on the back of the base (surface on the image sensor 24 side). A cut piece or a concave lens cut piece may be provided, or a convex lens cut piece or a concave lens cut piece may be provided on both the front and back surfaces of the base.

また、前記第3〜第6実施形態では、基盤の表面に凸レンズ切出片や凹レンズ切出片を設け、これらの切出片と基盤とを一体化することにより回折レンズを形成していたが、切出片に相当する部分と、基盤に相当する部分とを、1つの材料から加工して仕上げることにより、回折レンズを形成してもよい。   Moreover, in the said 3rd-6th embodiment, although the convex lens cut piece and the concave lens cut piece were provided in the surface of the board | substrate, and these diffraction pieces and the board | substrate were integrated, the diffraction lens was formed. The diffraction lens may be formed by processing a portion corresponding to the cut piece and a portion corresponding to the base from one material and finishing.

さらに、前記第3、第5、第6実施形態では、一枚の補助レンズ328,528,628が用いられていたが、補助レンズは、一枚のレンズである必要はなく、複数のレンズからなる組合せレンズとしてもよい。   Further, in the third, fifth, and sixth embodiments, one auxiliary lens 328, 528, and 628 is used. However, the auxiliary lens does not have to be a single lens, and includes a plurality of lenses. A combination lens may be used.

そして、前記各実施形態の画像改質処理装置30は、畳み込み演算行列QまたはQm,jを用いた再生演算を行う構成とされていたが、これに限定されず、例えば、撮像素子24の出力信号に対し、ポイント・スプレッド・ファンクションの伝達関数の逆関数を補正関数として荷重加算演算処理を行う構成としてもよい。 The image modification processing device 30 according to each of the embodiments described above is configured to perform a reproduction calculation using the convolution calculation matrix Q or Q m, j , but is not limited thereto. A configuration may be adopted in which load addition calculation processing is performed on the output signal using an inverse function of the transfer function of the point spread function as a correction function.

以上のように、本発明の多焦点レンズおよび撮像システムは、例えば、所望の静止画像や動画像を撮影することができるとともに、デジタルコード等の近接静止画像を読み取り、そのデジタルコードの認識処理および認識したデジタルコードの情報に基づく各種処理を行うことができる情報端末装置等に装着する光学レンズおよび撮像システムとして用いるのに適している。   As described above, the multifocal lens and the imaging system of the present invention can capture a desired still image or moving image, for example, read a close still image such as a digital code, and recognize the digital code. It is suitable for use as an optical lens and an imaging system attached to an information terminal device or the like that can perform various processes based on the information of the recognized digital code.

本発明の第1実施形態の多焦点レンズを含む撮像システムの全体構成図。1 is an overall configuration diagram of an imaging system including a multifocal lens according to a first embodiment of the present invention. 第1実施形態の多焦点レンズの詳細構成図。1 is a detailed configuration diagram of a multifocal lens according to a first embodiment. FIG. 第1実施形態において1点(座標(m,j))のみに輝点のある被写体を多焦点レンズで撮像したときに、撮像素子上に投射像が形成される様子を示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a state in which a projected image is formed on an image sensor when a subject having a bright spot only at one point (coordinates (m, j)) is imaged with a multifocal lens in the first embodiment. 第1実施形態において相対的に遠距離にある被写体を多焦点レンズで撮影する場合と、相対的に近距離にある被写体を多焦点レンズで撮影する場合とで、ピントのぼけ方の状態が異なることを示す説明図。In the first embodiment, the method of defocusing differs between shooting a subject at a relatively long distance with a multifocal lens and shooting a subject at a relatively short distance with a multifocal lens. Explanatory drawing which shows that. 本発明の第2実施形態の多焦点レンズの詳細構成図。The detailed block diagram of the multifocal lens of 2nd Embodiment of this invention. 第2実施形態において相対的に遠距離にある被写体を多焦点レンズで撮影する場合と、相対的に近距離にある被写体を多焦点レンズで撮影する場合とで、ピントのぼけ方の状態が異なることを示す説明図。In the second embodiment, the method of defocusing differs between shooting a subject at a relatively long distance with a multifocal lens and shooting a subject at a relatively short distance with a multifocal lens. Explanatory drawing which shows that. 従来の多焦点レンズと、第1実施形態の多焦点レンズと、第2実施形態の多焦点レンズとで、ぼけの状態(光量分布)を比較し、環状のレンズ部の個数を増やすことで、ぼけが均一化されていく様子を示す概念的。By comparing the blur state (light quantity distribution) between the conventional multifocal lens, the multifocal lens of the first embodiment, and the multifocal lens of the second embodiment, and increasing the number of annular lens portions, A conceptual view showing how blur is evened out. 本発明の第3実施形態の多焦点レンズの詳細構成図。The detailed block diagram of the multifocal lens of 3rd Embodiment of this invention. 第3実施形態の多焦点レンズによる撮影状態の説明図。Explanatory drawing of the imaging | photography state by the multifocal lens of 3rd Embodiment. 第3実施形態の多焦点レンズにより光が屈折する状態の説明図。Explanatory drawing of the state in which light is refracted by the multifocal lens of a 3rd embodiment. 本発明の第4実施形態の多焦点レンズの詳細構成図。The detailed block diagram of the multifocal lens of 4th Embodiment of this invention. 第4実施形態の多焦点レンズによる撮影状態の説明図。Explanatory drawing of the imaging | photography state by the multifocal lens of 4th Embodiment. 第4実施形態の多焦点レンズの製造方法の説明図。Explanatory drawing of the manufacturing method of the multifocal lens of 4th Embodiment. 本発明の第5実施形態の多焦点レンズの詳細構成図。The detailed block diagram of the multifocal lens of 5th Embodiment of this invention. 第5実施形態の多焦点レンズによる撮影状態の説明図。Explanatory drawing of the imaging | photography state by the multifocal lens of 5th Embodiment. 本発明の第6実施形態の多焦点レンズの詳細構成図。The detailed block diagram of the multifocal lens of 6th Embodiment of this invention. 第6実施形態の多焦点レンズによる撮影状態の説明図。Explanatory drawing of the imaging | photography state by the multifocal lens of 6th Embodiment. 通常の被写体を撮影する場合と、近接被写体を撮影する場合とで、ピントのぼけ方の状態が異なる様子を示す説明図。Explanatory drawing which shows a mode that the state of a defocusing differs by the case where a normal subject is image | photographed, and the case where a near subject is image | photographed.

符号の説明Explanation of symbols

21,221,321,421,521,621 多焦点レンズ
22A,222A 第1のレンズ部である円形レンズ部
22B,222B,222C,222D 第1のレンズ部である環状レンズ部
23A,23B,223A,223B,223C,223D 第2のレンズ部である環状レンズ部
325A,325B,325C,325D,325E,625A,625B,625C 平坦面部分
326A,326B,326C,326D,426A,426B,426C,426D,426E 回折レンズを形成する近接撮影用レンズ切出片
427A,427B,427C,427D 回折レンズを形成する標準撮影用レンズ切出片
526A,526B,526C,526D,526E,626A,626B,626C 凹レンズによる回折レンズを形成する標準撮影用レンズ切出片
527A,527B,527C,527D,627A,627B,627C 凸レンズによる回折レンズを形成する近接撮影用レンズ切出片
21, 221, 321, 521, 621 Multifocal lenses 22A, 222A Circular lens portions 22B, 222B, 222C, 222D as first lens portions Ring lens portions 23A, 23B, 223A as first lens portions 223B, 223C, 223D Annular lens portions 325A, 325B, 325C, 325D, 325E, 625A, 625B, 625C flat surface portions 326A, 326B, 326C, 326D, 426A, 426B, 426C, 426D, 426E Close-up lens cutting pieces for forming a diffractive lens 427A, 427B, 427C, 427D Standard shooting lens cut-out pieces for forming a diffractive lens 526A, 526B, 526C, 526D, 526E, 626A, 626B, 626C Diffraction lens by a concave lens Forming a standard taking lens cutout pieces 527A, 527B, 527C, 527D, 627A, 627B, close-up lens cutting pieces to form a diffractive lens according to 627C convex

Claims (13)

複数の焦点距離を持つ多焦点レンズであって、
Nを2以上の整数とすると、第1の焦点距離を持つ複数の第1のレンズ部から、第Nの焦点距離を持つ複数の第Nのレンズ部までのそれぞれ焦点距離の異なる各レンズ部が、一体化されて構成され、
前記第1のレンズ部を中心として前記第1〜前記第Nのレンズ部が同心状に複数回繰り返して配置され、
中心に配置される前記第1のレンズ部の平面形状は、円形状、楕円形状、多角形状、またはその他の閉環状線により囲まれて形成される形状とされ、
中心以外の位置に配置される前記第1のレンズ部の平面形状および前記第1のレンズ部以外のレンズ部の平面形状は、環状とされている
ことを特徴とする多焦点レンズ。
A multifocal lens with multiple focal lengths,
When N is an integer greater than or equal to 2, each lens unit having a different focal length from a plurality of first lens units having a first focal length to a plurality of Nth lens units having an Nth focal length , Integrated and configured,
The first to Nth lens parts are arranged concentrically repeatedly a plurality of times around the first lens part,
The planar shape of the first lens portion disposed at the center is a circle, an ellipse, a polygon, or a shape surrounded by other closed ring lines,
The multifocal lens, wherein the planar shape of the first lens unit disposed at a position other than the center and the planar shape of the lens unit other than the first lens unit are annular.
請求項1に記載の多焦点レンズにおいて、
前記第1〜前記第Nのレンズ部の各々は、回折レンズを配置して形成されるか、または回折レンズの配置されない平坦面部分により形成されていることを特徴とする多焦点レンズ。
The multifocal lens according to claim 1,
Each of the first to Nth lens portions is formed by arranging a diffractive lens, or is formed by a flat surface portion where no diffractive lens is arranged.
請求項2に記載の多焦点レンズにおいて、
Nは、2とされ、前記第1のレンズ部を中心として前記第1のレンズ部と前記第2のレンズ部とが同心状に交互に配置され、
前記第1または前記第2のレンズ部のうちのいずれか一方のレンズ部は、回折レンズを配置して形成され、他方のレンズ部は、回折レンズの配置されない平坦面部分により形成されていることを特徴とする多焦点レンズ。
The multifocal lens according to claim 2, wherein
N is 2, and the first lens unit and the second lens unit are alternately arranged concentrically around the first lens unit,
Either one of the first and second lens portions is formed by disposing a diffractive lens, and the other lens portion is formed by a flat surface portion where no diffractive lens is disposed. Multifocal lens characterized by
請求項3に記載の多焦点レンズにおいて、
前記回折レンズの段差部分の厚み方向の最大寸法は、前記回折レンズの中を通過する光と、空気中を通過する光とが、1波長分または半波長分ずれる寸法とされていることを特徴とする多焦点レンズ。
The multifocal lens according to claim 3, wherein
The maximum dimension in the thickness direction of the step portion of the diffractive lens is such that the light passing through the diffractive lens and the light passing through the air are shifted by one wavelength or half wavelength. A multifocal lens.
請求項2に記載の多焦点レンズにおいて、
Nは、2とされ、前記第1のレンズ部を中心として前記第1のレンズ部と前記第2のレンズ部とが同心状に交互に配置され、
前記第1および前記第2のレンズ部は、互いに曲率の異なる回折レンズを配置して形成されていることを特徴とする多焦点レンズ。
The multifocal lens according to claim 2, wherein
N is 2, and the first lens unit and the second lens unit are alternately arranged concentrically around the first lens unit,
The multifocal lens, wherein the first and second lens portions are formed by arranging diffractive lenses having different curvatures.
請求項5に記載の多焦点レンズにおいて、
前記第1または前記第2のレンズ部のうちのいずれか一方のレンズ部を形成する前記回折レンズの段差部分の厚み方向の最大寸法は、前記回折レンズの中を通過する光と、空気中を通過する光とが、1波長分または半波長分ずれる寸法とされていることを特徴とする多焦点レンズ。
The multifocal lens according to claim 5, wherein
The maximum dimension in the thickness direction of the step portion of the diffractive lens forming either one of the first lens portion or the second lens portion is the light passing through the diffractive lens and the air. A multifocal lens characterized in that the light passing therethrough is dimensioned to be shifted by one wavelength or half wavelength.
請求項2に記載の多焦点レンズにおいて、
Nは、2とされ、前記第1のレンズ部を中心として前記第1のレンズ部と前記第2のレンズ部とが同心状に交互に配置され、
前記第1および前記第2のレンズ部のうちのいずれか一方のレンズ部は、凹レンズによる回折レンズを配置して形成され、他方のレンズ部は、凸レンズによる回折レンズを配置して形成されていることを特徴とする多焦点レンズ。
The multifocal lens according to claim 2, wherein
N is 2, and the first lens unit and the second lens unit are alternately arranged concentrically around the first lens unit,
One of the first and second lens portions is formed by arranging a diffractive lens made of a concave lens, and the other lens portion is made by arranging a diffractive lens made of a convex lens. A multifocal lens characterized by that.
請求項7に記載の多焦点レンズにおいて、
前記第1または前記第2のレンズ部のうちの少なくとも一方のレンズ部を形成する前記回折レンズの段差部分の厚み方向の最大寸法は、前記回折レンズの中を通過する光と、空気中を通過する光とが、1波長分または半波長分ずれる寸法とされていることを特徴とする多焦点レンズ。
The multifocal lens according to claim 7, wherein
The maximum dimension in the thickness direction of the step portion of the diffractive lens that forms at least one of the first and second lens portions is light that passes through the diffractive lens and air. The multifocal lens is characterized in that the size of the light to be shifted is one wavelength or half wavelength.
請求項2に記載の多焦点レンズにおいて、
Nは、3とされ、前記第1のレンズ部を中心として前記第1〜前記第3のレンズ部が同心状に複数回繰り返して配置され、
前記第1〜前記第3のレンズ部のうちのいずれか1つのレンズ部は、凹レンズによる回折レンズを配置して形成され、他の1つのレンズ部は、凸レンズによる回折レンズを配置して形成され、残りの1つのレンズ部は、回折レンズの配置されない平坦面部分により形成されていることを特徴とする多焦点レンズ。
The multifocal lens according to claim 2, wherein
N is 3, and the first lens unit to the third lens unit are concentrically repeated a plurality of times around the first lens unit,
Any one of the first to third lens portions is formed by disposing a diffractive lens by a concave lens, and the other lens portion is formed by disposing a diffractive lens by a convex lens. The remaining one lens portion is formed by a flat surface portion on which no diffractive lens is arranged.
請求項9に記載の多焦点レンズにおいて、
前記第1〜前記第3のレンズ部のうちの少なくとも1つのレンズ部を形成する前記回折レンズの段差部分の厚み方向の最大寸法は、前記回折レンズの中を通過する光と、空気中を通過する光とが、1波長分、3分の1波長分、または3分の2波長分ずれる寸法とされていることを特徴とする多焦点レンズ。
The multifocal lens according to claim 9, wherein
The maximum dimension in the thickness direction of the step portion of the diffractive lens forming at least one of the first to third lens portions is light passing through the diffractive lens and passing through the air. The multifocal lens is characterized in that the light to be transmitted is shifted by one wavelength, one third wavelength, or two third wavelengths.
請求項7または9に記載の多焦点レンズにおいて、
前記凹レンズと前記凸レンズとは、同一または略同一の曲率とされていることを特徴とする多焦点レンズ。
The multifocal lens according to claim 7 or 9,
The multifocal lens, wherein the concave lens and the convex lens have the same or substantially the same curvature.
被写体を撮像する撮像機構と、この撮像機構により撮像された画像の質を改善する画像改質処理装置とを備えた撮像システムにおいて、
前記撮像機構は、
前記被写体を撮像する請求項1〜11のいずれかに記載の多焦点レンズと、
この多焦点レンズにより形成された画像を電気的信号に変換して出力する撮像素子とを含んで構成され、
前記画像改質処理装置は、
前記被写体の1点から出た光が前記多焦点レンズの作用により前記撮像素子上で拡がる状態を示すポイント・スプレッド・ファンクション行列を用いて算出された畳み込み演算行列の各要素の値と、前記被写体を前記多焦点レンズにより撮像して得られた画像についての前記撮像素子の出力信号を示す行列の各要素の値とを用いて、畳み込み演算処理を行うことにより、前記被写体の発する光の明るさを示す行列の各要素の値を算出する構成とされている
ことを特徴とする撮像システム。
In an imaging system including an imaging mechanism that images a subject and an image modification processing device that improves the quality of an image captured by the imaging mechanism,
The imaging mechanism is
The multifocal lens according to any one of claims 1 to 11, which images the subject.
An image sensor that converts an image formed by the multifocal lens into an electrical signal and outputs the electrical signal;
The image modification processing apparatus includes:
A value of each element of a convolution calculation matrix calculated using a point spread function matrix indicating a state in which light emitted from one point of the subject spreads on the imaging device by the action of the multifocal lens; Brightness of light emitted by the subject by performing a convolution calculation process using values of each element of a matrix indicating an output signal of the imaging element for an image obtained by imaging with the multifocal lens An imaging system, characterized in that the value of each element of a matrix that indicates is calculated.
被写体を撮像する撮像機構と、この撮像機構により撮像された画像の質を改善する画像改質処理装置とを備えた撮像システムにおいて、
前記撮像機構は、
前記被写体を撮像する請求項1〜11のいずれかに記載の多焦点レンズと、
この多焦点レンズにより形成された画像を電気的信号に変換して出力する撮像素子とを含んで構成され、
前記画像改質処理装置は、
前記撮像素子の出力信号に対し、前記被写体の1点から出た光が前記多焦点レンズの作用により前記撮像素子上で拡がる状態を示すポイント・スプレッド・ファンクションの伝達関数の逆関数を補正関数として荷重加算演算処理を行う構成とされている
ことを特徴とする撮像システム。
In an imaging system including an imaging mechanism that images a subject and an image modification processing device that improves the quality of an image captured by the imaging mechanism,
The imaging mechanism is
The multifocal lens according to any one of claims 1 to 11, which images the subject.
An image sensor that converts an image formed by the multifocal lens into an electrical signal and outputs the electrical signal;
The image modification processing apparatus includes:
As a correction function, an inverse function of a transfer function of a point spread function indicating a state in which light emitted from one point of the subject spreads on the image sensor due to the action of the multifocal lens with respect to the output signal of the image sensor An imaging system characterized by being configured to perform load addition calculation processing.
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