JP2008249911A - 撮像装置、撮像方法、及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】焦点深度を拡大しつつ、適切な焦点距離で撮像することができる撮像装置を提供すること。
【解決手段】本発明における撮像装置は、被写体からの光を受光する受光部と、光軸方向における予め定められた物体距離の範囲にわたって、受光部が設けられた位置における光学的伝達関数を略一定にする光学変調部を有し、被写体からの光を結像して受光部に受光させる光学系と、被写体からの光が光学変調部によって変調されない状態で、光学系の焦点位置と受光部との間の位置関係を変化させながら被写体からの光を受光部に受光させて、受光部が受光した光量に基づいて被写体に合焦させる合焦制御部と、合焦制御部が被写体に合焦させた状態で、光学変調部によって変調された光を受光部に受光させて被写体の画像を撮像する撮像制御部とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、撮像装置、撮像方法、及びプログラムに関する。特に本発明は、画像を撮像する撮像装置及び撮像方法、並びに当該撮像装置用のプログラムに関する。

光学伝達関数を焦点位置からある程度の範囲内で本質的に一定にする光学マスクが知られている（例えば、特許文献１及び２参照。）。また、対物オプチクスの最適焦点におけるアレイのピッチの２倍よりも大きな程度を有する点像分布関数を備えたアレイに物体から光学放射線を集中させて撮像するカメラが知られている（例えば、特許文献３参照。）。
米国特許第５７４８３７１号明細書 米国特許出願公開第２００２／０１１８４５７号明細書 国際公開第０４／０６３９８９号パンフレット

上記特許文献１及び２に記載の技術によると焦点深度を拡大することができる。しかしながら、被写体像はぼかされるので、復元処理によって復元することができる適切な焦点距離に制御されているか否かを、画像内容から判断することができない。また、特許文献３に記載のカメラによると、例えば不良ピクセルを特定することができるが、深い焦点深度で撮像することはできない。

そこで本発明は、上記課題を解決することができる撮像装置、撮像方法、及びプログラムを提供することを目的とする。この目的は特許請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。

上記課題を解決するために、本発明の第１の形態における撮像装置は、被写体からの光を受光する受光部と、光軸方向における予め定められた物体距離の範囲にわたって、受光部が設けられた位置における光学的伝達関数を略一定にする光学変調部を有し、被写体からの光を結像して受光部に受光させる光学系と、被写体からの光が光学変調部によって変調されない状態で、光学系の焦点位置と受光部との間の位置関係を変化させながら被写体からの光を受光部に受光させて、受光部が受光した光量に基づいて被写体に合焦させる合焦制御部と、合焦制御部が被写体に合焦させた状態で、光学変調部によって変調された光を受光部に受光させて被写体の画像を撮像する撮像制御部とを備える。

また、本発明の第２の形態によると、被写体からの光を受光する受光部と、光軸方向における予め定められた物体距離の範囲にわたって、受光部が設けられた位置における光学的伝達関数を略一定にする光学変調部を有し、被写体からの光を結像して受光部に受光させる光学系とを備える撮像装置による撮像方法であって、被写体からの光が光学変調部によって変調されない状態で、光学系の焦点位置と受光部との間の位置関係を変化させながら被写体からの光を受光部に受光させて、受光部が受光した光量に基づいて被写体に合焦させる合焦制御段階と、合焦制御段階において被写体に合焦された状態で、光学変調部によって変調された光を受光部に受光させて被写体の画像を撮像する撮像制御段階とを備える。

光学変調部は、光学系の光軸に対して移動可能に設けられ、合焦制御部は、光学変調部を通過した光が受光部に受光されない位置に光学変調部を移動させた状態で、焦点位置と受光部との間の位置関係を変化させながら被写体からの光を受光部に受光させて、受光部が受光した光量に基づいて写体に合焦させ、撮像制御部は、合焦制御部が被写体に合焦させた状態で、被写体からの光が光学変調部を通過して受光部に受光される位置に光学変調部を移動させて被写体の画像を撮像してよい。

光学変調部は、被写体からの光による被写体像の位相を変調することによって、光軸方向における予め定められた物体距離の範囲にわたって、受光部が設けられた位置における光学的伝達関数を略一定にする第１位相変調部と、第１位相変調部による変調を打ち消す方向に被写体像の位相を変調する第２位相変調部とを有し、合焦制御部は、被写体像が第１位相変調部及び第２位相変調部によって変調される状態で、焦点位置と受光部との間の位置関係を変化させながら被写体からの光を受光部に受光させて、受光部が受光した光量に基づいて被写体に合焦させ、撮像制御部は、合焦制御部が被写体に合焦させ、被写体からの光は第１位相変調部を通過して受光部に受光されるが、第２位相変調部を通過した光は受光部に受光されない状態で、被写体の画像を撮像してよい。

また、本発明の第３の形態によると、被写体からの光を受光する受光部と、光軸方向における予め定められた物体距離の範囲にわたって、受光部が設けられた位置における光学的伝達関数を略一定にする光学変調部を有し、被写体からの光を結像して受光部に受光させる光学系とを備える撮像装置用のプログラムであって、撮像装置を、被写体からの光が光学変調部によって変調されない状態で、光学系の焦点位置と受光部との間の位置関係を変化させながら被写体からの光を受光部に受光させて、受光部が受光した光量に基づいて被写体に合焦させる合焦制御部、合焦制御部が被写体に合焦させた状態で、光学変調部によって変調された光を受光部に受光させて被写体の画像を撮像する撮像制御部として機能させる。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本発明によれば、焦点深度を拡大しつつ、適切な焦点距離で撮像することができる撮像装置を提供することができる。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、一実施形態に係る撮像装置１００のブロック構成の一例を示す。撮像装置１００は、光を結像する光学系１１０、光学系１１０が結像した被写体からの光を受光する受光部１２０、画像生成部１３０、画像補正部１４０、出力部１５０、合焦制御部１６０、光量検出部１７０、撮像制御部１８０、焦点距離格納部１９０、距離取得部１９２、及び焦点距離特定部１９４を備える。撮像装置１００は、被写体の像を撮像して画像を生成する。

光学系１１０は、光軸方向における予め定められた物体距離の範囲にわたって、受光部１２０が設けられた位置における光学的伝達関数を略一定にする。なお、光学系１１０の光学特性については図２に関連して定性的に説明する。また、絞り部１２２は、被写体からの光を絞って受光部１２０に受光させる。光量検出部１７０は、被写体からの光量を検出する。そして、撮像制御部１８０は、光量検出部１７０が検出した光量が予め定められた光量より小さい場合に、絞り部１２２の開度を予め定められた値より大きくするとともに、光学変調部により変調された光を含む被写体からの光を受光部１２０に受光させる。

受光部１２０は、２次元的に配置された複数の受光素子を有する。画像生成部１３０は、複数の受光素子がそれぞれ受光した受光量をＡ／Ｄ変換することによって、被写体の画像を生成する。そして、画像補正部１４０は、Ａ／Ｄ変換された受光量の値、各受光素子の位置、及び光学系１１０の光学的伝達関数に基づいて、画像生成部１３０が生成した画像を補正する。そして、出力部１５０は、画像補正部１４０が補正した画像を表示する。なお、出力部１５０は、画像生成部１３０が生成した画像も表示する。なお、出力部１５０は、撮像装置１００が撮像した画像をユーザに閲覧させるディスプレイであってよい。

図２は、光学系１１０の光学特性の一例を模式的に示す。光学系１１０は、高さｈ１から入射した光線２１０を、光軸方向において受光部１２０より光学系１１０側の位置Ｚ２１０で結像させ、光線２１０は受光部１２０において光軸からΔｙ１だけ低い位置で受光される。このように、光学系１１０による光線２１０の横収差は負の値となる。また、光学系１１０は、ｈ１より高い高さｈ２から入射した光線を、光軸方向において位置Ｚ２１０よりさらに光学系１１０側の位置Ｚ２２０で結像させ、光線２２０は受光部１２０において光軸からΔｙ１よりさらに低い光軸からΔｙ２だけ低い位置で受光される。

一方、光学系１１０は、ｈ２よりさらに高いｈ３から入射した光を、受光部１２０において光軸からΔｙ３だけ高い位置で受光させる。すなわち、光学系１１０によると、光軸から入射高が高くなるほど横収差の値は小さくなるが、ある高さで横収差は極大値となる。そして、入射高がさらに高くなると横収差が増加して、ある高さで横収差が０になり、さらに高くなると横収差が０を超える。

なお、受光部１２０は、複数の受光素子によって略平面状の受光面が形成される。受光部１２０の受光面は、光学系１１０の光軸に略垂直に設けられる。なお、受光素子はＣＣＤ撮像素子であってよいし及びＭＯＳ型撮像素子であってもよい。

以上、図２を用いて光学系１１０の光学特性を定性的に説明した。なお、図２に示した光学系１１０及び受光部１２０の模式図は、光学系１１０の光学特性を理解し易くすることを目的として作図したものであり、実スケールに従って作図されたものではないことに注意すべきである。

図３は、光学系１１０の構造の一例を示す。光学系１１０は、複数の光学素子３１０、３２０、３３０、３５０、３６０、及び３７０、並びに絞り３４０を有する。なお、絞り３４０は、絞り部１２２の一例である。また、受光部１２０の受光面は、本図において像面３８０で示されている。なお、本図には、３本の主光線３００、３０１、及び３０２が光学系１１０に重ねて描かれている。なお、以後の図４、５、及び６には、主光線３００、３０１、及び３０２で示される波長０．５８７６ｎｍの光に対する光学系１１０の光学特性が示される。以下に、光学素子３１０、３２０、３３０、３５０、３６０、及び３７０の光学データについて説明する。

光学素子３１０は、屈折率が１．６６４４５６６３であり、厚さが１．９９７１６３ｍｍである。また、光学素子３１０の物体側の曲率及び直径はそれぞれ１５．２０８３４ｍｍ及び１３．４７９１５ｍｍであり、受光部１２０側の曲率及び直径はそれぞれ８．１５３８９８ｍｍ及び１０．９９６０５ｍｍである。なお、本図の説明における厚さとは、光学素子の光軸方向の長さを示す。

光学素子３２０は、光学素子３１０から像面３８０側に光軸方向に距離５．１９３９７７ｍｍだけ離されて設けられる。なお、ここでいう距離とは、光学素子３１０の像面３８０側の表面と光学素子３２０の物体側の表面との間の距離を示し、本図の以下の説明における距離も同様の意味を示す。光学素子３２０は、屈折率が１．９２２８５０５９であり、厚さが８．８８０５０５ｍｍである。また、光学素子３２０の物体側の曲率及び直径はそれぞれ３８．３８８３４ｍｍ及び９．３００７２２ｍｍであり、像面３８０側の曲率及び直径はそれぞれ−２８．１７２７５ｍｍ及び６．１０５４４９ｍｍである。

光学素子３３０は、光学素子３２０と接して設けられる。光学素子３３０は、屈折率が１．４６４４９８５８であり、厚さが１．９９９９７ｍｍである。また、光学素子３３０の像面３８０側の曲率及び直径はそれぞれ１０．８８１４ｍｍ及び４．６９０５９ｍｍである。絞り３４０は、光学素子３３０から像面３８０側に光軸方向に距離１．２４５３３９ｍｍだけ離されて設けられ、直径は４．４３２４０６ｍｍである。

光学素子３５０は、絞り３４０から像面３８０側に光軸方向に距離４．８６４９８７ｍｍ離れて設けられる。光学素子３５０は、屈折率が２．０２２０３３５０であり、厚さが１０．０００１４ｍｍである。また、光学素子３５０の物体側の曲率及び直径はそれぞれ−４４３．０３５６ｍｍ及び８．９１３３３５ｍｍであり、像面３８０側の曲率及び直径はそれぞれ−１７．４６６６４ｍｍ及び１３．００５９５ｍｍである。

光学素子３６０は、光学素子３５０と接して設けられる。光学素子３６０は、屈折率が１．５００１２８４１であり、厚さが１０．１３７６４ｍｍである。また、光学素子３２０の像面３８０側の曲率及び直径はそれぞれ−２３．９０３９１ｍｍ及び１６．５２７９９ｍｍである。

光学素子３７０は、光学素子３６０から像面３８０側に光軸方向に５．１３６９１７ｍｍ離れて設けられる。光学素子３７０は、屈折率が２．０２２０３３５０であり、厚さが９．９１６２４８ｍｍである。また、光学素子３７０の物体側の曲率及び直径はそれぞれ１５．６８４８２ｍｍ及び１８．１５１９４ｍｍであり、像面３８０側の曲率及び直径はそれぞれ２５．２２５１９ｍｍ及び１３．３８７５ｍｍである。なお、像面３８０は、光学素子３７０から距離７．７３００１ｍｍ離れた位置にある。

図４は、光学系１１０の横収差特性を示す。図示されるように、光学系１１０は、複数の像高にわたって、Ｘ方向及びＹ方向に略同一の横収差特性を持つ。このような横収差特性は、横収差特性を略同一にさせる設計方法によって得られる。この設計方法では、横収差特性を三次関数で与える。具体的には、横収差特性を示す関数として、係数ａ及びｂが定数であるΔｙ＝ａｘ^３−ａｂ^２ｘを与え、収束時の目標値として例えば係数ａに５×１０−４、係数ｂに１０を定める。

この設計方法では、後述するように、横収差が極値となるｘ座標の目標値を係数ｂによって定め、さらにその極値の目標値を係数ａによって定める。なお、極値の大きさは、像面３８０における横収差の大きさが少なくとも受光部１２０の受光素子の間隔より大きくなるよう、受光部１２０の受光素子の間隔に応じて、係数ｂにより指定してよい。そして、光学系１１０の各光学素子のパラメータを変化させながら各像高の光線について横収差特性を算出する。そして、算出した横収差特性と予め与えられた横収差特性との間の誤差が予め定められた値より小さくなるまで、各光学素子のパラメータを変化させる。なお、横収差の特性を示す関数としては、正弦関数等、原点に関して対称であり、かつ極値を持つ関数であれば、上記の三次式に限らない。

図２に示されるように、光学系１１０による横収差の大きさはｘ＝０において０であり、ｘ座標が正の方向に変化した場合の横収差の変化を見ると、横収差が極値に達するまでその大きさは増加している。また、横収差曲線は、原点に対して略対称である。このように、光学系１１０の入射瞳上における位置である入射位置と、入射位置に入射する光線に対する横収差との関係は、光軸から第１距離だけ離れた第１入射位置と光軸との間の範囲において光軸から入射位置までの距離が長いほど横収差の大きさが大きく、光軸を中心として略対称である。また、光学系１１０の入射瞳上における位置である入射位置と、入射位置に入射する光線に対する横収差との関係は、光軸から入射位置までの距離に関して連続的である。

また、図２に示されるように、横収差の値が極値となるｘ座標からさらに増加すると、横収差の大きさは減少に転じる。さらにｘ座標が大きくなると、横収差の大きさが０になった後、増加していく。このように、光軸から第１入射位置での入射位置に関する横収差の微分値の大きさは、光軸近傍における入射位置に関する横収差の微分値の大きさより小さい。より具体的には、第１入射位置での入射位置に関する横収差の微分値が０である。そして、光軸から第１距離より長い第２距離だけ離れた第２入射位置と、第１入射位置との間の範囲において、光軸から入射位置までの距離が長いほど横収差の大きさが小さい。

そして、第２入射位置に入射する光線に対する横収差が０である。さらに、光軸から第２距離より長い第３距離だけ離れた第３入射位置と、第２入射位置との間の範囲において、光軸から入射位置までの距離が長いほど横収差の大きさが大きい。また、上記の設計方法で説明したように、光学系１１０の横収差は、光軸から入射位置までの距離に関する３次関数で表される。他にも、光学系１１０の横収差は、光軸から入射位置までの距離に関する正弦関数で表されてよい。

図５は、光学系１１０のＭＴＦ特性を示す。本ＭＴＦ図は、横軸が像面３８０からの光軸方向のデフォーカス量を示し、縦軸がＭＴＦ値を示す。また、図６は、光学系１１０によるスポットダイアグラムの一例を示す。図５におけるＭＴＦ特性及び図６のスポットダイアグラムは、空間周波数が５０本／ｍｍの像について得られたものである。

図５を参照すると、光学系１１０は、複数の像高についても、サジタル光線及びメリジオナル光線についても、略同一のＭＴＦ値の分布を持つことが分かる。また、光学系１１０は、デフォーカス量の広い範囲にわたって、所定値（例えば、０．２）以上のＭＴＦ値を有することが分かる。また、図６には、光学系１１０によるスポットダイアグラムを、デフォーカス量について横方向に、像高について縦方向に並べたものが示されている。図６を参照しても、所定範囲のデフォーカス量及び像高についても、スポットダイアグラムが略同一の広がりを示すことが分かる。このように、光学系１１０の光学的伝達関数は、所定のデフォーカス量及び像高の範囲にわたって略同一である。したがって、画像補正部１４０は、光学系１１０を通過して受光部１２０が受光した光から得られた画像を略同一の逆フィルタによって容易に復元することができる。

図７は、点光源に対する光学系１１０の応答及び受光部１２０が有する受光素子の配列の一例を示す。上記で説明したように、光学系１１０は、複数の像高について略同一の広がりを有する。したがって、受光部１２０の位置が所定のデフォーカス量の範囲内にあれば、図示したように点光源に対する光学系１１０の応答の半値幅δ０、δ１、及びδ２を略同一とすることができる。なお、半値幅δ０、δ１、及びδ２を略同一にすることができるデフォーカス量の幅は、上記の設計方法において、横収差が極値となるｘ座標の目標値を定めることで制御することができる。例えば、横収差特性Δｙ＝ａｘ^３−ａｂ^２ｘにおいて、係数ｂの値で制御する。

なお、受光部１２０は、複数の受光素子７０１〜７０４、７１１〜７１４、７２１〜７２４、・・・を有する。受光部１２０の受光素子は、ｘ方向にＰｘ、ｙ方向にＰｙのピッチで等間隔で配列されている。この場合、光学系１１０は、応答の半値幅δ０、δ１、及びδ２が画素ピッチＰｘ及びＰｙより大きくなるよう光学系１１０の横収差特性を指定することによって設計されてよい。具体的には、上記の設計方法で横収差特性Δｙ＝ａｘ^３−ａｂ^２ｘを与えた場合、応答の半値幅δ０、δ１、及びδ２がＰｘ及びＰｙのいずれより大きくなるよう、係数ａの目標値を定める。このように、光学系１１０を設計する場合には、デフォーカス量の許容幅に応じて係数ｂの目標値を定め、受光部１２０の受光素子の画素ピッチに応じて係数ａの目標値を定める。

なお、撮像装置１００がカラー画像を撮像する場合、隣接する受光素子が異なる色の波長の光を受光する場合がある。この場合、画素ピッチとは、同じ色を示す波長の光を受光する受光素子間の距離であってよい。例えば、受光素子７０１、７０３、７１２、７１４、７２１、及び７２３が緑色を示す波長の光を受光し、受光素子７０２、７０４、７２２、及び７２４が青色を示す波長の光を受光し、受光素子７１１及び７１３が赤色を示す波長の光を受光する場合、画素ピッチとは、ｙ方向に受光素子７０１の中心位置と受光素子７２１の中心位置との間の距離であり、ｘ方向に受光素子７０１の中心位置と受光素子７０３の中心位置との間の距離であってよい。

なお、受光部１２０は、第１入射位置から光軸に平行に入射する光線が光軸と交わる交点と、光学系１１０の近軸像点との間に設けられてよい。具体的には、受光部１２０は、交点と光学系１１０の近軸像点との中点近傍に設けられてよい。

なお、画像補正部１４０は、受光部１２０が受光した受光量に応じて得られる画像を、入射位置と横収差との関係に基づいて補正する。具体的には、画像補正部１４０は、画像生成部１３０が生成した画像に対して、光学系１１０の光学伝達関数の強度分布を合焦時の光学伝達関数の強度分布と略同一にする逆フィルタによる復元処理を施す。

なお、出力部１５０は、受光部１２０が受光した受光量に応じて得られる画像を表示してもよい。具体的には、出力部１５０は、画像生成部１３０が生成した画像を表示する。なお、出力部１５０は、出力部１５０の画素数が光学系１１０の受光素子の数に比べて少ない場合は、画像生成部１３０が生成した画像を空間的に平均化することなく画素を間引いて表示してよい。なお、撮像装置１００は、被写体からの光を空間的に広げる光学ローパスフィルタを有さなくてよい。

以上説明したように、光学系１１０は、光軸方向における予め定められた物体距離の範囲にわたって、受光部１２０が設けられた位置における光学的伝達関数を略一定にすることができる。なお、光学系１１０における光学変調部とは、光学系１１０の一部の領域であってよい。例えば、光学系１１０において横収差の大きさが予め定められた大きさより大きい、光軸との交点を含まない領域が、光学系１１０における光学変調部であってよい。この場合、光学変調部は、絞り部１２２の開度が予め定められた値より大きい場合に、被写体からの光が通過する位置に位置するといえる。また、光学系１１０は、光学変調部の光学特性によって、光軸方向における予め定められた物体距離の範囲にわたって、受光部１２０が設けられた位置における光学的伝達関数を略一定にする。

次に、図１から図７に関連して説明した光学系１１０を用いた撮像装置１００が被写体を撮像する場合の撮像動作について説明する。既に説明したように、光学系１１０によると、焦点深度を拡大することができるとはいえ、逆フィルタによる復元したときの誤差をより低減するためには、主要被写体までの距離に応じて光学系１１０の焦点距離が調整されている方がより好ましい。主要被写体に合焦させる方法としては、例えば焦点距離を変えながら予備画像を撮像して、予備画像のコントラスト値が極大となる焦点距離を探す方法が考えられる。しかしながら、光学系１１０によると、被写体像は光軸方向にぼかされるのでコントラスト値は低く、適切な極大となる焦点距離を探すことが困難である場合がある。

このような光学系１１０を用いて合焦制御を行う場合、光学系１１０の横収差特性を相殺する横収差特性を持つ光学素子を挿入した状態で合焦制御を行う方法が考えられる。このような、光学系１１０の光学特性を補償する光学素子を挿入することによって合焦制御する方法の一例については、後に説明する。

一方、光量検出部１７０が検出した光量が予め定められた光量より大きい場合には、絞り３４０の開口を小さくすることで、光学系１１０によるぼかし効果を低減して合焦制御を行うことができる。すなわち、合焦制御部１６０は、絞り３４０の開口を小さくして、光学系１１０において横収差の大きさが予め定められた大きさより小さい、光軸との交点を含む交点近傍の領域を通過した光を、受光部１２０に受光させる。そして合焦制御部１６０は、この状態で焦点距離を変化させながら、受光部１２０に被写体からの光を受光させる。そして、合焦制御部１６０は、画像生成部１３０が生成した予備画像のコントラスト値が極大となる合焦距離を、主要被写体に合焦する焦点距離とする。なお、この場合、絞り３４０の開口を小さくすることで焦点深度が深くなる。このため、合焦制御部１６０は、絞り３４０の開口がより小さいほど、コントラスト値が極大となり、かつコントラスト値が予め定められた値より大きくなる焦点距離を、より広い焦点距離の範囲から特定することが望ましい。

合焦制御部１６０によって合焦制御されると、撮像制御部１８０は、光量検出部１７０が検出した光量の大きさに基づいて絞り３４０の開度を決定する。このとき、撮像制御部１８０は、光量検出部１７０が検出した光量がより小さいほど、より大きい絞り３４０の開度を決定する。上述した光学系１１０の横収差特性によると、絞り３４０の開口が大きくなるほど、光学系１１０による光軸方向のぼかし量が大きくなる。このため、光学系１１０によると、被写体からの光量が大きければ、画像生成部１３０が生成した画像は比較的鮮明なものになり、当該画像を出力部１５０から出力し得る。一方、被写体からの光量が小さくても、被写体像は光学系１１０によって光軸方向にぼかされるので、上述した画像補正部１４０による補正によって比較的鮮明な画像を得ることができる。

図８は、光学系１１０の横収差特性の他の一例を示す。本図に示す横収差特性は、図４で示す横収差特性と比較すると、光軸から所定の範囲内にわたって横収差の大きさが小さく、いわばフラットな形をしている。したがって、光学系１１０が図４で示す横収差特性を持つ場合と比べると、この横収差の大きさが小さい範囲を合焦制御に使用することができる。一方、ｘ軸方向に原点からさらに離れていくと、横収差の大きさは徐々に大きくなり、極大値に達した後、今度は大きさは減少していく。したがって、このような横収差特性を持つ光学系１１０もぼかし効果を有することがわかる。したがって、合焦制御部１６０は、光量検出部１７０が検出した光量が予め定められた値より大きい場合には、絞りの開度を制御して、この横収差の大きさが所定量より小さい領域を使用して合焦制御を行う。

このように、光学系１１０の入射瞳上において光軸から第１距離より長い距離離れた入射位置に入射した光が光学変調部を通過することによって変調される度合いは、光軸から第１距離だけ離れた第１入射位置と光軸との間の範囲の入射位置に入射した光が光学変調部を通過することによって変調される度合いより大きい。光学系１１０の入射瞳上における位置である入射位置と、入射位置に入射して光学変調部を通過する光線に対する横収差との関係が、光軸から第１距離だけ離れた第１入射位置と光軸から第１距離より長い第２距離だけ離れた第２入射位置との間の範囲において、光軸から入射位置までの距離が長いほど横収差の大きさが大きい。なお、ここでいう光学変調部とは、横収差が予め定められた値より小さい、光学系１１０における光軸との交点を含む領域を示してよい。

なお、図８に示されるように、第２入射位置の近傍での入射位置に関する横収差の微分値が０であってよい。そして、光軸から第２距離より長い第３距離だけ離れた第３入射位置と、第２入射位置との間の範囲において、光軸から入射位置までの距離が長いほど横収差の大きさが小さい。そして、第３入射位置に入射する光線に対する横収差が０である。そして、光軸から第３距離より長い第４距離だけ離れた第４入射位置と、第３入射位置との間の範囲において、光軸から入射位置までの距離が長いほど横収差の大きさが大きい。なお、図８に示す特性を有する光学系１１０は、特に被写体への合焦のさせ易さがぼかし度の均一さより重視される場合には、図４で示す横収差特性を持つ光学系よりも好ましい。

図９は、光学系１１０の他の構成の一例を示す。本図における光学系１１０は、レンズ９１０、光学変調部９２０、及び絞り部９３０を有する。光学変調部９２０は、光軸方向における予め定められた物体距離の範囲にわたって、受光部１２０が設けられた位置における光学的伝達関数を略一定にする。光学変調部９２０は、例えば、ｚ＝ｋ（ｘ³＋ｙ³）で表わされる形状をしている。この形状の光学変調部９２０は、通過する光の位相にＰ（ｘ，ｙ）＝ｅｘｐ（ｊα（ｘ³＋ｙ³））のずれを与え、その結果、デフォーカス量に対して光学的伝達関数の変化は小さくなる。

なお、光学変調部９２０は、光学系１１０の光軸に対して移動可能であってよい。そして、合焦制御部１６０は、光学変調部９２０を被写体からの光が通過しない位置に一時的に移動させから合焦制御を行う。そして、撮像制御部１８０は、合焦制御部１６０が合焦制御を行った後に、光学変調部９２０を移動前の位置に移動させてから、被写体からの光を受光部１２０に受光させる。このように、合焦制御部１６０は、光学変調部９２０を通過した光が受光部１２０に受光されない位置に光学変調部９２０を移動させた状態で、焦点位置と受光部１２０との間の位置関係を変化させながら被写体からの光を受光部１２０に受光させて、受光部１２０が受光した光量に基づいて被写体に合焦させる。そして、撮像制御部１８０は、合焦制御部１６０が被写体に合焦させた状態で、被写体からの光が光学変調部９２０を通過して受光部１２０に受光される位置に光学変調部９２０を移動させて被写体の画像を撮像する。なお、撮像制御部１８０は、光量検出部１７０が検出した光量が予め定められた光量より小さい場合に、絞り部１２２の開度を予め定められた値より大きくするとともに、光学変調部９２０を通過した光を含む被写体からの光を受光部１２０が受光することができる位置に光学変調部９２０を移動させてよい。

図１０は、図９で示す光学系１１０を物体側から見た図を示す。レンズ９１０の外周１０１０は、光学変調部９２０の外周１０２０よりも外側にある。光学変調部９２０の外周１０２０を通過する被写体からの光が絞り部９３０の縁を通過するよう絞り部９３０の開度を制御すると（このとき、絞り部９３０の開度は第１開度であるとする。）、被写体からの光は光学変調部９２０によって変調されて、受光部１２０に到達する。一方、絞り部９３０の開度を第１開度より大きくすると、被写体からの光の一部はレンズ９１０を通過するが光学変調部９２０を通過せずに受光部１２０に到達する。このような光は光学変調部９２０を通過しないので、合焦制御におけるコントラスト検出に使用することができる。

このように、絞り部９３０の開度が予め定められた第１開度以下である場合に、光学変調部９２０を通過した被写体からの光は受光部１２０に受光されるが、光学変調部９２０を通過した光以外の光は受光部１２０には受光されない。また、絞り部９３０の開度が第１開度より大きい場合には、光学変調部９２０を通過した光以外の被写体からの光が受光部１２０に受光される。そこで、合焦制御部１６０は、絞り部９３０の開度を第１開度より大きくした状態で、焦点位置と受光部１２０との間の位置関係を変化させながら被写体からの光を受光部１２０に受光させて、受光部１２０が受光した光量に基づいて被写体に合焦させる。そして、撮像制御部１８０は、合焦制御部１６０が被写体に合焦させた状態で、絞り部９３０の開度を第１開度以下にした状態で被写体の画像を撮像する。

なお、既に説明したように、光学変調部９２０は、通過する光の位相にＰ（ｘ，ｙ）＝ｅｘｐ（ｊα（ｘ³＋ｙ³））のずれを与える。このような形状の光学変調部９２０によると、光軸を含む所定範囲内の領域を通過する光の位相ずれは、周部（例えば、図９の９２１及び９２２）を通過する光の位相ずれに比べて非常に小さい。例えば、光学変調部９２０が枠１０００内を通過する光に与える位相ずれはわずかである。したがって、被写体からの光量が多い場合には、枠１０００内を通過する光が絞り部９３０の縁を通過するよう絞り部９３０の開度を制御すると（このとき、絞り部９３０の開度は第２開度であるとする。）、被写体からの光は枠１０００内を通過して受光部１２０に到達するが、この間に光学変調部９２０による位相ずれはわずかとなる。したがって、枠１０００内を通過する光によって合焦制御が可能となる。

このように、光学変調部９２０は、光学変調部９２０における光軸を含む第１領域を通過した光を変調する変調度合いは、光学変調部９２０における第１領域以外の第２領域を通過した光を変調する変調度合いより小さい。そして、絞り部９３０の開度が予め定められた第２開度以下である場合に、光学変調部９２０における第１領域（例えば、光学変調部９２０の枠１０００内の領域）を通過した被写体からの光は受光部１２０に受光されるが、光学変調部９２０における第２領域（例えば、枠１０００から外周１０２０までの領域）を通過した光は受光部１２０には受光されず、絞り部９３０の開度が第２開度より大きい場合には、光学変調部９２０における第２領域を通過した被写体からの光が受光部１２０に受光される。このとき、合焦制御部１６０は、光量検出部１７０が検出した光量が予め定められた値より大きい場合に、絞り部１２２の開度を第２開度以下にした状態で、焦点位置と受光部１２０との間の位置関係を変化させながら受光部１２０に被写体からの光を受光させ、受光部１２０が受光した光量に基づいて被写体に合焦させる。そして、撮像制御部１８０は、合焦制御部１６０が被写体に合焦させた状態で、絞り部９３０の絞りを第２開度より大きくした状態で被写体の画像を撮像する。

以上説明したように、合焦制御部１６０は、被写体からの光が光学変調部９２０を通過しない状態で、光学系１１０の焦点位置と受光部１２０との間の位置関係を変化させながら被写体からの光を受光部１２０に受光させて、受光部１２０が受光した光量に基づいて被写体に合焦させる。そして、撮像制御部１８０は、合焦制御部１６０が被写体に合焦させた状態で、光学変調部９２０を通過した光を受光部１２０に受光させて被写体の画像を撮像する。

なお、画像補正部１４０は、画像生成部１３０が生成した画像を、絞り部１２２の開度及び当該開度での光学系１１０の光学的伝達関数に応じて補正してよい。また、出力部１５０は、絞り部１２２の開度が予め定められた値（例えば、第２開度）以下である場合に画像生成部１３０が生成した画像を出力し、絞り部１２２の開度が予め定められた値（例えば、第２開度）より大きい場合に画像補正部１４０によって補正された画像を出力してよい。また、上記の説明においては、合焦制御時に絞り部９３０の開度を第１開度にする形態について説明した。その他にも、撮像装置１００の検査時に絞り部９３０の開度を第１開度より大きくして撮像装置１００を検査し、使用時には絞り部９３０を第１開度以下で使用するという使用形態もあり得る。

図１１は、光学系１１０の更なる他の一例を示す。本図における光学系１１０は、レンズ９１０、第１位相変調部１１１０、第２位相変調部１１２０、及び絞り部９３０を有する。なお、第１位相変調部１１１０及び第２位相変調部１１２０は、光学変調部として機能する。なお、図９に示した光学変調部９２０は、ｘ方向及びｙ方向に位相ずれを生じさせる。一方、第１位相変調部１１１０及び第２位相変調部１１２０は、それぞれ一方向に位相ずれを生じさせる。一例において、第１位相変調部１１１０及び第２位相変調部１１２０は、それぞれｚ＝ｋ（ｙ3）の形状を持つ。この場合、第１位相変調部１１１０及び第２位相変調部１１２０は、略同一の位相変調特性を持つ。

このように、第１位相変調部１１１０及び第２位相変調部１１２０は、被写体からの光による被写体像の位相を一次元方向に変調する。そして、第１位相変調部１１１０が変調する方向と第２位相変調部１１２０が変調する方向とが略直交する場合に、第１位相変調部１１１０及び第２位相変調部１１２０は、光軸方向における予め定められた物体距離の範囲にわたって、受光部１２０が設けられた位置における光学的伝達関数を略一定にする。ところで、第１位相変調部１１１０及び第２位相変調部１１２０が互いに同じ方向に位相ずれを生じさせる向きにある状態から、一方を光軸を中心にしてπ／２回転させると、第１位相変調部１１１０及び第２位相変調部１１２０は全体として２次元的に位相ずれを生じさせる。また、当該一方を光軸を中心にしてさらにπ／２回転させると、位相ずれの方向は互いに打ち消し合う。したがって、第１位相変調部１１１０及び第２位相変調部１１２０の位相ずれの方向を直交させることで、焦点深度が拡大されてぼけた画像が得られ、第１位相変調部１１１０及び第２位相変調部１１２０の位相ずれの方向を反対にすることで、第１位相変調部１１１０及び第２位相変調部１１２０の全体として位相ずれがあまり生じない画像を得ることができる。したがって、合焦制御部１６０は、第１位相変調部１１１０及び第２位相変調部１１２０の位相ずれの方向を反対にした状態で、合焦制御を行うことができる。

すなわち、合焦制御部１６０は、第１位相変調部１１１０が変調する方向又は第２位相変調部１１２０が変調する方向の少なくとも一方を制御して、第１位相変調部１１１０による変調が第２位相変調部１１２０による変調により打ち消された状態で、焦点位置と受光部１２０との間の位置関係を変化させながら被写体からの光を受光部１２０に受光させて、受光部１２０が受光した光量に基づいて被写体に合焦させる。そして、撮像制御部１８０は、合焦制御部１６０が被写体に合焦させ、第１位相変調部１１１０が変調する方向と第２位相変調部１１２０が変調する方向とを略直交させた状態で、第１位相変調部１１１０及び第２位相変調部１１２０を通過した光を受光部１２０に受光させて被写体の画像を撮像する。

このように、第１位相変調部１１１０は、被写体からの光による被写体像の位相を変調することによって、光軸方向における予め定められた物体距離の範囲にわたって、受光部１２０が設けられた位置における光学的伝達関数を略一定にする。また、第２位相変調部１１２０は、第２位相変調部１１２０が位相ずれを生じさせる方向が第１位相変調部１１１０が位相ずれを生じさせる方向と略反対にされることによって、第１位相変調部１１１０による変調を打ち消す方向に被写体像の位相を変調する。そして、合焦制御部１６０は、被写体像が第１位相変調部１１１０及び第２位相変調部１１２０によって変調される状態で、焦点位置と受光部１２０との間の位置関係を変化させながら被写体からの光を受光部１２０に受光させて、受光部１２０が受光した光量に基づいて被写体に合焦させる。そして、撮像制御部１８０は、合焦制御部１６０が被写体に合焦させ、被写体からの光は第１位相変調部１１１０を通過して受光部１２０に受光されるが、第２位相変調部１１２０を通過した光は受光部１２０に受光されない状態で、被写体の画像を撮像する。

図１２は、焦点距離格納部１９０が格納するデータの一例をテーブル形式で示す。なお、図１２に関連して以後に説明する光学系１１０の光学的伝達関数は、受光部１２０が設けられた位置において、光軸方向における予め定められた複数の物体距離の範囲にわたって略一定である。なお、光学系１１０は、光学変調部９２０のような付加的な光学素子によって、複数の物体距離の範囲にわたって光学的伝達関数が略一定とされてよい。その他にも、図２から７に関連して説明したように、光学系１１０自体が、複数の物体距離の範囲にわたって光学的伝達関数が略一定となるよう設計されてもよい。いずれにしても、複数の物体距離の範囲を指定して、当該範囲内において光学的伝達関数が略一定となるよう制限を課すことによって、光学系１１０又は付加的な光学素子を設計することができる。

焦点距離格納部１９０は、焦点距離に対応づけて、光学系１１０の光学的伝達関数が略一定となる複数の距離範囲を格納している。ここで距離範囲とは、光学系１１０の主点から物体までの距離であってよい。距離取得部１９２は、光学系１１０から光軸方向に異なる位置にある複数の被写体のそれぞれと光学系１１０との間の距離を取得する。距離取得部１９２は、一例として距側センサであってよい。他にも、距離取得部１９２は、上記において説明した合焦制御部１６０による合焦制御情報に基づいて、異なる位置にある複数の被写体のそれぞれと光学系１１０との間の距離を取得してよい。

図示されるように、焦点距離格納部１９０は、光学変調部が光学的伝達関数を略一定にすることができる複数の物体距離の範囲を、光学系１１０の焦点距離に対応づけて格納する。そして、焦点距離特定部１９４は、距離取得部１９２が取得した複数の被写体のそれぞれと光学系１１０との間の距離のそれぞれを含む距離範囲に対応づけて焦点距離格納部１９０が格納している焦点距離を特定する。そして、撮像制御部１８０は、受光部１２０の焦点距離を焦点距離特定部１９４が特定した焦点距離に制御して、受光部１２０に被写体からの光を受光させる。このような制御によって、焦点深度が拡大された光学系１１０においても、逆フィルタによって誤差がより少なく復元することができる物体位置の範囲内に、主要被写体の位置をもってくることができる。

なお、光学変調部は、複数の物体距離の範囲にわたって、光学系１１０の光学的伝達関数の大きさを予め定められた値より大きく、かつ略一定にする。なお、このような光学的伝達関数の大きさの特性は、光学系１１０の設計時に光学的伝達関数の大きさに制限を課すことによって得られる。また、画像生成部１３０は、受光部１２０の焦点距離が焦点距離特定部１９４が特定した焦点距離に制御された状態で受光部１２０が受光した受光量に基づいて、被写体の画像を生成する。そして、画像補正部１４０は、画像生成部１３０が生成した画像を、略一定の光学的伝達関数に基づいて補正する。そして、出力部１５０は、画像補正部１４０が補正して得られた画像を外部に出力してよい。

なお、画像生成部１３０は、焦点距離特定部１９４が特定した焦点距離に受光部１２０の焦点距離が制御された状態で受光部１２０が受光した受光量に基づいて、被写体の画像を生成する。そして、出力部１５０は、画像生成部１３０が生成した画像を表示してもよい。また、上記の説明では、特定の複数の被写体までの距離が、ぼけ量がより小さくより少ない誤差で復元できる複数の物体距離の範囲内に入るよう焦点距離を制御する形態について説明したが、逆に、特定の被写体以外の複数の被写体を、ぼけ量がより大きくなる物体距離の範囲内に入るよう焦点距離を制御することもできる。

図１３は、撮像装置１００のハードウェア構成の一例を示す。撮像装置１００は、ホスト・コントローラ１５８２により相互に接続されるＣＰＵ１５０５、ＲＡＭ１５２０、グラフィック・コントローラ１５７５、及び表示装置１５８０を有するＣＰＵ周辺部と、入出力コントローラ１５８４によりホスト・コントローラ１５８２に接続される通信インターフェイス１５３０、ハードディスクドライブ１５４０、及びＣＤ−ＲＯＭドライブ１５６０を有する入出力部と、入出力コントローラ１５８４に接続されるＲＯＭ１５１０、フレキシブルディスク・ドライブ１５５０、及び入出力チップ１５７０を有するレガシー入出力部とを備える。

ホスト・コントローラ１５８２は、ＲＡＭ１５２０と、高い転送レートでＲＡＭ１５２０をアクセスするＣＰＵ１５０５、及びグラフィック・コントローラ１５７５とを接続する。ＣＰＵ１５０５は、ＲＯＭ１５１０、及びＲＡＭ１５２０に格納されたプログラムに基づいて動作し、各部の制御を行う。グラフィック・コントローラ１５７５は、ＣＰＵ１５０５等がＲＡＭ１５２０内に設けたフレーム・バッファ上に生成する画像データを取得し、表示装置１５８０上に表示させる。これに代えて、グラフィック・コントローラ１５７５は、ＣＰＵ１５０５等が生成する画像データを格納するフレーム・バッファを、内部に含んでもよい。

入出力コントローラ１５８４は、ホスト・コントローラ１５８２と、比較的高速な入出力装置であるハードディスクドライブ１５４０、通信インターフェイス１５３０、ＣＤ−ＲＯＭドライブ１５６０を接続する。ハードディスクドライブ１５４０は、ＣＰＵ１５０５が使用するプログラム、及びデータを格納する。通信インターフェイス１５３０は、ネットワーク通信装置１５９８に接続してプログラムまたはデータを送受信する。ＣＤ−ＲＯＭドライブ１５６０は、ＣＤ−ＲＯＭ１５９５からプログラムまたはデータを読み取り、ＲＡＭ１５２０を介してハードディスクドライブ１５４０、及び通信インターフェイス１５３０に提供する。

また、入出力コントローラ１５８４には、ＲＯＭ１５１０と、フレキシブルディスク・ドライブ１５５０、及び入出力チップ１５７０の比較的低速な入出力装置とが接続される。ＲＯＭ１５１０は、撮像装置１００が起動時に実行するブート・プログラムや、撮像装置１００のハードウェアに依存するプログラム等を格納する。フレキシブルディスク・ドライブ１５５０は、フレキシブルディスク１５９０からプログラムまたはデータを読み取り、ＲＡＭ１５２０を介してハードディスクドライブ１５４０、及び通信インターフェイス１５３０に提供する。入出力チップ１５７０は、フレキシブルディスク・ドライブ１５５０や、例えばパラレル・ポート、シリアル・ポート、キーボード・ポート、マウス・ポート等を介して各種の入出力装置を接続する。

ＣＰＵ１５０５が実行するプログラムは、フレキシブルディスク１５９０、ＣＤ−ＲＯＭ１５９５、またはＩＣカード等の記録媒体に格納されて利用者によって提供される。記録媒体に格納されたプログラムは圧縮されていても非圧縮であってもよい。プログラムは、記録媒体からハードディスクドライブ１５４０にインストールされ、ＲＡＭ１５２０に読み出されてＣＰＵ１５０５により実行される。

ＣＰＵ１５０５により実行されるプログラムは、撮像装置１００を、図１から図１２に関連して説明した、画像生成部１３０、画像補正部１４０、出力部１５０、合焦制御部１６０、光量検出部１７０、撮像制御部１８０、焦点距離格納部１９０、距離取得部１９２、及び焦点距離特定部１９４として機能させる。

以上に示したプログラムは、外部の記憶媒体に格納されてもよい。記憶媒体としては、フレキシブルディスク１５９０、ＣＤ−ＲＯＭ１５９５の他に、ＤＶＤやＰＤ等の光学記録媒体、ＭＤ等の光磁気記録媒体、テープ媒体、ＩＣカード等の半導体メモリ等を用いることができる。また、専用通信ネットワークやインターネットに接続されたサーバシステムに設けたハードディスクまたはＲＡＭ等の記憶装置を記録媒体として使用し、ネットワークを介してプログラムを撮像装置１００に提供してもよい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加え得ることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

撮像装置１００の構成の一例を示す図である。 光学系１１０の光学特性の一例を模式的に示す図である。 光学系１１０の構造の一例を示す図である。 光学系１１０の横収差特性を示す図である。 光学系１１０のＭＴＦ特性を示す図である。 光学系１１０によるスポットダイアグラムを示す図である。 点光源に対する光学系１１０の応答を示す図である。 光学系１１０の横収差特性の他の一例を示す図である。 光学系１１０の他の構成の一例を示す図である。 光学系１１０を物体側から見た図を示す図である。 光学系１１０の更なる他の一例を示す図である。 焦点距離格納部１９０が格納するデータの一例をテーブル形式で示す図である。 撮像装置１００に係るコンピュータ１５００のハードウェア構成の一例を示す図である。

符号の説明

１００ 撮像装置
１１０ 光学系
１２０ 受光部
１３０ 画像生成部
１４０ 画像補正部
１５０ 出力部
１６０ 合焦制御部
１７０ 光量検出部
１８０ 撮像制御部
１９０ 焦点距離格納部
１９２ 距離取得部
１９４ 焦点距離特定部
９２０ 光学変調部
１１１０ 第１位相変調部
１１２０ 第２位相変調部

Claims (8)

1. 被写体からの光を受光する受光部と、
   光軸方向における予め定められた物体距離の範囲にわたって、前記受光部が設けられた位置における光学的伝達関数を略一定にする光学変調部を有し、被写体からの光を結像して前記受光部に受光させる光学系と、
   被写体からの光が前記光学変調部によって変調されない状態で、前記光学系の焦点位置と前記受光部との間の位置関係を変化させながら被写体からの光を前記受光部に受光させて、前記受光部が受光した光量に基づいて被写体に合焦させる合焦制御部と、
   前記合焦制御部が被写体に合焦させた状態で、前記光学変調部によって変調された光を前記受光部に受光させて被写体の画像を撮像する撮像制御部と
   を備える撮像装置。
2. 前記光学変調部は、前記光学系の光軸に対して移動可能に設けられ、
   前記合焦制御部は、前記光学変調部を通過した光が前記受光部に受光されない位置に前記光学変調部を移動させた状態で、前記焦点位置と前記受光部との間の位置関係を変化させながら被写体からの光を前記受光部に受光させて、前記受光部が受光した光量に基づいて被写体に合焦させ、
   前記撮像制御部は、前記合焦制御部が被写体に合焦させた状態で、被写体からの光が前記光学変調部を通過して前記受光部に受光される位置に前記光学変調部を移動させて被写体の画像を撮像する
   請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記光学変調部は、
   被写体からの光による被写体像の位相を変調することによって、光軸方向における予め定められた物体距離の範囲にわたって、前記受光部が設けられた位置における光学的伝達関数を略一定にする第１位相変調部と、
   前記第１位相変調部による変調を打ち消す方向に被写体像の位相を変調する第２位相変調部と
   を有し、
   前記合焦制御部は、被写体像が前記第１位相変調部及び前記第２位相変調部によって変調される状態で、前記焦点位置と前記受光部との間の位置関係を変化させながら被写体からの光を前記受光部に受光させて、前記受光部が受光した光量に基づいて被写体に合焦させ、
   前記撮像制御部は、前記合焦制御部が被写体に合焦させ、被写体からの光は前記第１位相変調部を通過して前記受光部に受光されるが、前記第２位相変調部を通過した光は前記受光部に受光されない状態で、被写体の画像を撮像する
   請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記光学変調部は、被写体からの光による被写体像の位相を一次元方向に変調する第１位相変調部及び第２位相変調部を有し、
   前記第１位相変調部及び前記第２位相変調部は、略同一の位相変調特性を持ち、前記第１位相変調部が変調する方向と前記第２位相変調部が変調する方向とが略直交する場合に、光軸方向における予め定められた物体距離の範囲にわたって、前記受光部が設けられた位置における光学的伝達関数を略一定にし、
   前記合焦制御部は、前記第１位相変調部が変調する方向又は前記第２位相変調部が変調する方向の少なくとも一方を制御して、前記第１位相変調部による変調が前記第２位相変調部による変調により打ち消された状態で、前記焦点位置と前記受光部との間の位置関係を変化させながら被写体からの光を前記受光部に受光させて、前記受光部が受光した光量に基づいて被写体に合焦させ、
   前記撮像制御部は、前記合焦制御部が被写体に合焦させ、前記第１位相変調部が変調する方向と前記第２位相変調部が変調する方向とを略直交させた状態で、前記第１位相変調部及び前記第２位相変調部を通過した光を前記受光部に受光させて被写体の画像を撮像する
   請求項１に記載の撮像装置。
5. 被写体からの光を絞って前記受光部に受光させる絞り部
   をさらに備え、
   前記絞り部の開度が予め定められた第１開度以下である場合に、前記光学変調部を通過した被写体からの光は前記受光部に受光されるが、前記光学変調部を通過した光以外の光は前記受光部には受光されず、前記絞り部の開度が前記第１開度より大きい場合には、前記光学変調部を通過した光以外の被写体からの光が前記受光部に受光され、
   前記合焦制御部は、前記絞り部の開度を前記第１開度より大きくした状態で、前記焦点位置と前記受光部との間の位置関係を変化させながら被写体からの光を前記受光部に受光させて、前記受光部が受光した光量に基づいて被写体に合焦させ、
   前記撮像制御部は、前記合焦制御部が被写体に合焦させた状態で、前記絞り部の開度を前記第１開度以下にした状態で被写体の画像を撮像する
   請求項１に記載の撮像装置。
6. 被写体からの光を絞って前記受光部に受光させる絞り部と、
   被写体からの光量を検出する光量検出部と
   をさらに備え、
   前記光学変調部は、前記光学変調部における光軸を含む第１領域を通過した光を変調する変調度合いは、前記光学変調部における前記第１領域以外の第２領域を通過した光を変調する変調度合いより小さく、
   前記絞り部の開度が予め定められた第２開度以下である場合に、前記光学変調部における前記第１領域を通過した被写体からの光は前記受光部に受光されるが、前記光学変調部における前記第２領域を通過した光は前記受光部には受光されず、前記絞り部の開度が前記第２開度より大きい場合には、前記光学変調部における前記第２領域を通過した被写体からの光が前記受光部に受光され、
   前記合焦制御部は、前記光量検出部が検出した光量が予め定められた値より大きい場合に、前記絞り部の開度を前記第２開度以下にした状態で、前記焦点位置と前記受光部との間の位置関係を変化させながら前記受光部に被写体からの光を受光させ、前記受光部が受光した光量に基づいて被写体に合焦させ、
   前記撮像制御部は、前記合焦制御部が被写体に合焦させた状態で、前記絞り部の絞りを前記第２開度より大きくした状態で被写体の画像を撮像する
   請求項１に記載の撮像装置。
7. 被写体からの光を受光する受光部と、
   光軸方向における予め定められた物体距離の範囲にわたって、前記受光部が設けられた位置における光学的伝達関数を略一定にする光学変調部を有し、被写体からの光を結像して前記受光部に受光させる光学系と
   を備える撮像装置による撮像方法であって、
   被写体からの光が前記光学変調部によって変調されない状態で、前記光学系の焦点位置と前記受光部との間の位置関係を変化させながら被写体からの光を前記受光部に受光させて、前記受光部が受光した光量に基づいて被写体に合焦させる合焦制御段階と、
   前記合焦制御段階において被写体に合焦された状態で、前記光学変調部によって変調された光を前記受光部に受光させて被写体の画像を撮像する撮像制御段階と
   を備える撮像方法。
8. 被写体からの光を受光する受光部と、
   光軸方向における予め定められた物体距離の範囲にわたって、前記受光部が設けられた位置における光学的伝達関数を略一定にする光学変調部を有し、被写体からの光を結像して前記受光部に受光させる光学系と
   を備える撮像装置用のプログラムであって、前記撮像装置を、
   被写体からの光が前記光学変調部によって変調されない状態で、前記光学系の焦点位置と前記受光部との間の位置関係を変化させながら被写体からの光を前記受光部に受光させて、前記受光部が受光した光量に基づいて被写体に合焦させる合焦制御部、
   前記合焦制御部が被写体に合焦させた状態で、前記光学変調部によって変調された光を前記受光部に受光させて被写体の画像を撮像する撮像制御部
   として機能させるプログラム。

Images