JPH10257373A

JPH10257373A - 画像入力装置

Info

Publication number: JPH10257373A
Application number: JP9359563A
Authority: JP
Inventors: Hironari Fukuyama; 宏也福山
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1997-01-10
Filing date: 1997-12-26
Publication date: 1998-09-25
Anticipated expiration: 2017-12-26
Also published as: JP4011704B2; US6774944B1

Abstract

(57)【要約】【課題】被写界深度の浅い光学系を用いた場合でも、被
写界深度の深い像を撮影可能であって、装置の構成も簡
単である画像入力装置を提供するすること。【解決手段】被写体３からの光を第１の光学系で取り込
み、振動駆動する可動ミラー２０上、または、その近傍
に中間像として結像させる。さらに、その中間像は、第
２の光学系を介して撮像素子１２の撮像面上に可動ミラ
ー位置対応の複数の最終像として結像する。その撮像デ
ータに加算処理と回復処理を施して、被写界深度の深い
画像データを得てモニタ２７に表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被写体距離の異な
る複数の像を撮像することが可能な画像入力装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、被写界深度の浅い光学系を用いた
としても３次元被写体の各位置に焦点の合った画像を取
り込むことができる、所謂、被写界深度の深い撮像装置
について各種の提案がなされている。

【０００３】その提案されものの一例としての長焦点深
度顕微鏡は、封入された透明液体の内圧によってレンズ
形状を高速変化させる可変焦点レンズを対物レンズとし
て適用する光学顕微鏡である。この顕微鏡は、上記可変
焦点レンズの焦点位置を高速で周期的に変化させること
によって、人間の視覚の残像現象を利用し、被写界深度
を拡大した像をリアルタイムで表示することを可能とし
たものである。

【０００４】また、本出願人が先に提案した特開平１−
３０９４７８号公報に開示の画像入出力装置は、撮影レ
ンズを介して取り込まれる被写体像を撮像素子により電
気的撮像信号に変換する装置であるが、上記撮影レンズ
を合焦点位置制御器により合焦位置を変化させ、所定間
隔に位置する被写体に合焦した複数画面の被写体撮像情
報を取り込むものである。そして、その複数画面の被写
体撮像情報に基づいて、加算処理とフィルタリング処理
を行い、上記各位置にある被写体に合焦した被写界深度
の深い映像情報を得ることができる。

【０００５】また、特公平５−２７０８４号公報、およ
び、ドイツ国特許公報ＤＴ２３０１８００号公報の画像
入力装置は、いずれも露出時間中に焦点を移動すること
で被写界深部を拡大するものであるが、焦点移動の手段
として、前者では顕微鏡における試料と鏡筒のいずれか
を移動させ、また、後者では振動台上の物体、すなわ
ち、試料をそれぞれ光軸方向に移動させることによって
行う。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来の長焦点深度顕微鏡においては、使用される可変焦
点レンズが封入透明液体を外部から加圧してその焦点位
置を変化させるものであり、焦点位置を変化させるため
のアクチュエータとして圧電素子を用いるため、その駆
動手段として１００Ｖ程度の出力電圧が得られる高電圧
アンプが必要である。また、光学素子として、厚さ１０
μｍ程度のガラスダイヤフラムを用いる。このように特
殊な構成要素が必要であって、レンズ自体および駆動部
のコスト，量産性，信頼性に問題があった。

【０００７】また、上述の特開平１−３０９４７８号公
報に開示の画像入出力装置は、光学系として通常のレン
ズを用いた装置である。この通常のレンズの場合、例え
ば、Ｆ２．８の明るさを得るために、４，５枚のレンズ
を必要とする。このようなレンズは、レンズ自体や鏡枠
の重量が重い。従って、モータ駆動により焦点位置を動
貸して複数の画像を撮影するには数秒を要する。すなわ
ち、被写界深度の深い１枚の像を得るために数秒の時間
を要することになる。これらの動作を高速化して画像を
リアルタイム表示することは、上述の重量上の問題によ
り困難であった。

【０００８】また、上述の特公平５−２７０８４号公
報、および、ドイツ国特許公報ＤＴ２３０１８００号公
報の画像入力装置に提案されたの方法ではリアルタイム
の表示が制約されるか、あるいは、表示できないという
欠点があった。すなわち、被写界深度の深い画像を毎秒
６０コマ程度で表示するためには、少なくとも３０Ｈｚ
の周波数で焦点移動を振動駆動的に行わなければならな
い。しかし、顕微鏡の鏡筒をそのように振動駆動するこ
とは困難である。また、試料側を振動駆動するとして
も、それが可能である場合は、あくまで試料が小さく、
軽量である場合に限られる。試料が大きく、重い場合
は、そのような駆動は不可能である。

【０００９】本発明は、上述の不具合を解決するために
なされたものであって、被写界深度の比較的浅い光学系
を用いた場合でも、光軸方向における被写体の様々な像
を高速で撮像可能であって、特殊の素子を使用せず、装
置の構成も簡単である画像入力装置を提供し、また、被
写体としての試料の大きさ，重さ等によらず比較的被写
界深度の深い画像を得ることが可能な画像入力装置を提
供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
画像入力装置は、異なる焦点位置を順次的に又は同時的
に存在せしめるべく相互に並行な異なる反射面が順次的
に又は同時的に設定され得るように構成された光学系
と、上記光学系の異なる焦点位置のうちの該当する数
の、乃至は、範囲の焦点位置に対応するものとして該光
学系により形成される上記該当する数の、乃至は、範囲
に相応する被写体像を当該撮像面で撮像して該被写体像
を表わす画像情報を得るための撮像装置と、上記撮像装
置により得た上記該当する数の乃至は範囲に相応する被
写体像を表わす画像情報に依拠して上記光学系の一の焦
点位置における被写界深度よりも深い被写界深度に相応
する画像を再構成するための被写界深度調整要素とを備
えてなる。上記画像入力装置においては、ダイナミック
な所定範囲内を変化する焦点位置に対応して、乃至は、
スタティックに複数同時に存在する焦点位置に対応して
複数回形成された被写体像を当該撮像面で撮像して得た
画像情報に依拠して深い被写界深度に相応する画像が再
構成される。

【００１１】本発明の請求項２記載の画像入力装置は、
請求項１記載の画像入力装置において、上記相互に並行
な異なる反射面は、何れも上記光学系の光軸に直交する
ように設定される。

【００１２】本発明の請求項３記載の画像入力装置は、
請求項２記載の画像入力装置において、上記光学系は当
該被写体の中間像を形成する第１の部分の光学系と該中
間像に基づく最終像を形成する第２の部分の光学系とを
含んで構成され、上記中間像が形成される位置、乃至、
その近傍位置に上記反射面が設定される。

【００１３】本発明の請求項４記載の画像入力装置は、
請求項３記載の画像入力装置において、上記反射面は、
振動的に変位する平面鏡によって構成されることにより
その位置が順次的に異なって設定されるように構成され
たものである。

【００１４】本発明の請求項５記載の画像入力装置は、
請求項３記載の画像入力装置において、上記反射面は、
複数のハーフミラーによるそれぞれの反射面を含んで構
成されることによりその位置が同時的に複数異なって設
定されるように構成されたものである。

【００１５】本発明の請求項６記載の画像入力装置は、
請求項５記載の画像入力装置において、上記同時的に複
数異なって設定される反射面のうち少なくとも一のもの
は、上記複数のハーフミラーの当該入射面への入射光線
が上記複数のハーフミラー中を透過および反射する過程
で順次３回以上反射して結果的に上記入射面から当該射
出光線として射出するときの上記入射光線と射出光線と
の関係から規定される一の実効的な反射面である仮想反
射面である。

【００１６】本発明の請求項７記載の画像入力装置は、
請求項２記載の画像入力装置において、上記光学系は、
中間像を結ぶことなく当該被写体の像を上記撮像面上に
結像するように構成された一つの光学系をなすものであ
る。

【００１７】本発明の請求項８記載の画像入力装置は、
請求項７記載の画像入力装置において、上記反射面は、
振動的に変位する平面鏡によって構成されることにより
その位置が順次的に異なって設定されるように構成され
たものである。

【００１８】本発明の請求項９記載の画像入力装置は、
請求項７記載の画像入力装置において、上記反射面は、
複数のハーフミラーによるそれぞれの反射面を含んで構
成されることによりその位置が同時的に複数異なって設
定されるように構成される。

【００１９】本発明の請求項１０記載の画像入力装置
は、請求項９記載の画像入力装置において、上記同時的
に複数異なって設定される反射面のうち少なくとも一の
ものは、上記複数のハーフミラーの当該入射面への入射
光線が上記複数のハーフミラー中を透過および反射する
過程で順次３回以上反射して結果的に上記入射面から当
該射出光線として射出するときの上記入射光線と射出光
線との関係から規定される一の実効的な反射面である仮
想反射面である。

【００２０】本発明の請求項１１記載の画像入力装置
は、請求項７記載の画像入力装置において、上記反射面
に入射する上記光学系の各主光線は、ほぼ平行である。

【００２１】本発明の請求項１２記載の画像入力装置
は、請求項１記載の画像入力装置において、上記相互に
平行な異なる反射面は、何れも上記光学系の光軸に直交
しない姿勢に設定されるものである。

【００２２】本発明の請求項１３記載の画像入力装置
は、請求項１２記載の画像入力装置において、上記光学
系は当該被写体の中間像を形成する第１の部分の光学系
と該中間像に基づく最終像を形成する第２の部分の光学
系とを含んで構成され、上記中間像が形成される位置、
乃至、その近傍位置に上記反射面が設定される。

【００２３】本発明の請求項１４記載の画像入力装置
は、請求項１３記載の画像入力装置において、上記反射
面は、振動的に変位する平面鏡によって構成されること
によりその位置が順次的に異なって設定される。

【００２４】本発明の請求項１５記載の画像入力装置
は、請求項１３記載の画像入力装置において、上記反射
面は、複数のハーフミラーによるそれぞれの反射面を含
んで構成されることによりその位置が同時的に複数異な
って設定される。

【００２５】本発明の請求項１６記載の画像入力装置
は、請求項１５記載の画像入力装置において、上記同時
的に複数異なって設定される反射面のうち少なくとも一
のものは、上記複数のハーフミラーの当該入射面への入
射光線が上記複数のハーフミラー中を透過および反射す
る過程で順次３回以上反射して結果的に上記入射面から
当該射出光線として射出するときの上記入射光線と射出
光線との関係から規定される一の実効的な反射面である
仮想反射面である。

【００２６】本発明の請求項１７記載の画像入力装置
は、請求項１２記載の画像入力装置において、上記光学
系は中間像を結ぶことなく当該被写体の像を上記撮像面
上に結像するように構成された一つの光学系をなすもの
である。

【００２７】本発明の請求項１８記載の画像入力装置
は、請求項１７記載の画像入力装置において、上記反射
面は、振動的に変位する平面鏡によって構成されること
によりその位置が順次的に異なって設定される。

【００２８】本発明の請求項１９記載の画像入力装置
は、請求項１７記載の画像入力装置において、上記反射
面は、複数のハーフミラーによるそれぞれの反射面を含
んで構成されることによりその位置が同時的に複数異な
って設定されるように構成されたものである。

【００２９】本発明の請求項２０記載の画像入力装置
は、請求項１９記載の画像入力装置において、上記同時
的に複数異なって設定される反射面のうち少なくとも一
のものは、上記複数のハーフミラーの当該入射面への入
射光線が上記複数のハーフミラー中を透過および反射す
る過程で順次３回以上反射して結果的に上記入射面から
当該射出光線として射出するときの上記入射光線と射出
光線との関係から規定される一の実効的な反射面である
仮想反射面である。

【００３０】本発明の請求項２１記載の画像入力装置
は、請求項１７記載の画像入力装置において、上記反射
面に入射する上記光学系の各主光線は、ほぼ平行であ
る。

【００３１】本発明の請求項２２記載の画像入力装置
は、請求項１２記載の画像入力装置において、上記被写
界深度調整要素は、上記撮像装置により得た上記該当す
る数の、乃至は、範囲に相応する被写体像を表わす画像
情報に依拠して一の画像を再構成するに際して２次元空
間周波数フィルタリングを施すための回復処理要素を有
し、且つ、この回復処理要素の２次元空間周波数フィル
タリング特性が空間周波数座標の原点に対して回転非対
称な特性を呈するようになされたものである。

【００３２】本発明の請求項２３記載の画像入力装置
は、観察する被写体近傍に設定した物体面と光学的に共
役な位置関係にある中間像面に中間像を結像する第１の
光学系と、上記中間像面に向かって上記第１の光学系か
ら到達する光線を第２の光学系の光軸方向に反射するミ
ラーと、上記ミラーが反射した光線を入射させ、上記中
間像面と光学的に共役な位置関係にある最終像面に最終
像を結像する上記第２の光学系と、上記最終像面に自己
の撮像面に位置するように配置された撮像手段と、上記
ミラーの位置を上記第１の光学系の光軸方向に変化させ
るミラー駆動手段とを備えている。上記画像入力装置に
おいては、上記第１の光学系からの光線が各駆動位置に
ある上記ミラーで反射され、第２の光学系により撮像手
段の撮像面上に結像し、上記ミラーの駆動位置に対応す
る距離にある複数の被写体物体面に合焦した最終像が取
り込まれる。

【００３３】本発明の請求項２４記載の画像入力装置
は、上記請求項２３記載の画像入力装置において、上記
第１の光学系の光路中にハーフミラーを配置し、上記ミ
ラーで反射した光線をさらに上記ハーフミラーで反射さ
せ、その光軸上に上記第２の光学系を配置する。上記画
像入力装置においては、上記第１の光学系にて上記ハー
フミラーを透過した光線は、上記ミラーで反射後、上記
ハーフミラーで反射されて、第２の光学系に入射し、撮
像手段の撮像面上に上記ミラーの駆動位置に対応する距
離にある複数の物体面の被写体の最終像が取り込まれ
る。

【００３４】本発明の請求項２５記載の画像入力装置
は、上記請求項２３記載の画像入力装置において、さら
に上記ミラー駆動手段の駆動動作に連携して、異なる物
体面に焦点の合った複数の最終像を上記撮像手段で撮像
し、この撮像した最終像の情報を用いて被写界深度の深
い被写体像を再構成する被写界深度調整要素を有する。
上記画像入力装置においては、上記ミラーの駆動位置に
対応する距離にある被写体の複数の最終像を取り込み、
被写界深度の深い被写体像として再構成される。

【００３５】本発明の請求項２６記載の画像入力装置
は、上記請求項２５記載の画像入力装置において、上記
被写界深度調整要素は、上記撮像手段が撮像した複数の
最終像を加え合わせる加算要素と、上記加算要素が加え
合わせた画像に対して空間周波数フィルタリングによる
回復処理を施す回復処理要素とからなる。上記画像入力
装置においては、上記ミラーの駆動位置に対応する距離
にある被写体の複数の最終像を加算し、さらに、回復処
理を施して被写界深度の深い被写体像として再構成され
る。

【００３６】本発明の請求項２７記載の画像入力装置
は、上記請求項２３、または、２４記載の画像入力装置
において、上記第１の光学系、および、第２の光学系の
うち、少なくとも一方は、中間像面に対してテレセント
リックである。上記画像入力装置においては、上記第１
の光学系からの光線が各駆動位置にある上記ミラーで反
射され、第２の光学系により撮像手段の撮像面上に結像
させ、上記ミラーの駆動位置に対応する距離にある被写
体の最終像が取り込まれる。

【００３７】本発明の請求項２８記載の画像入力装置
は、請求項２７記載の画像入力装置において、上記最終
像面に結像させる被写体の像倍率を変化させる像倍率変
化手段を中間像に対してテレセントリックになっていな
い方の上記第１の光学系、または、第２の光学系の何れ
かに有する。上記画像入力装置においては、上記像倍率
変化手段によりテレセントリックでない方の光学系の像
倍率を変化させ、これによって、最終像倍率を変化させ
る。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下、図を用いて本発明の実施の
形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施の
形態である画像入力装置のブロック構成図である。本実
施形態の画像入力装置は、被写界深度の深い画像を取り
込み可能な光学式顕微鏡等に適用可能であって、図１に
示すように、主に後述するカメラヘッド１と、ＣＣＵ
（カメラコントロールユニット）２、および、モニタ２
７で構成される。なお、本装置により撮影される被写体
３は、第１の光学系の光軸Ｏ1 方向を軸Ｚとする３次元
被写体である。

【００３９】上記カメラヘッド１は、主に被写体光を取
り込み、結像させる撮像光学系１１と、自己の撮像面上
に結像した被写体像を電気信号に変換するＣＣＤ（ CHA
RGECOUPLED DEVICE ）、または、ＣＭＤ（ CHARGE MODU
LATED DEVICE ）等で構成される撮像手段としての撮像
素子１２と、可動ミラー２０を振動駆動するミラー駆動
手段としてのアクチュエータであるＶＣＭ（ボイスコイ
ルモータ）１３とで構成されている。

【００４０】上記ＣＣＵ２は、主に全装置の制御を司る
ＣＰＵ等で構成されるコントロール回路２１と、上記撮
像素子１２より出力される電気信号を処理し、可動ミラ
ーの所定の駆動位置に対応した複数の画面の撮像信号を
出力する回路であるＡ／Ｄ変換回路２２と、上記複数の
画面の撮像信号を加算する被写界深度調整要素である加
算処理回路２３と、上記加算処理された撮像信号から合
焦状態の１画面分の撮像信号を取り出す回復処理を行っ
て、その映像信号をモニタ２７に出力する被写界深度調
整要素である回復処理回路２４と、ＶＣＭ１３を駆動す
るためのＶＣＭドライバ２５とで構成されている。

【００４１】以下、上記各構成要素について詳細に説明
する。上記撮像光学系１１は、上記図１、および、該光
学系の光路図である図２に示すように、レンズ群１４
ａ，１４ｂ，開放固定の絞り開口１４ｃからなる第１結
像レンズ鏡枠１４と、ハーフミラー１５と、フィールド
レンズ１６と、振動駆動され、順次的に平行移動する平
面鏡で構成される可動ミラー２０と、平面鏡のミラー１
７と、レンズ群１８ａ，１８ｂ，調整可能な絞り開口１
８ｃからなる第２結像レンズ鏡枠１８と、平面鏡のミラ
ー１９で構成されている。

【００４２】なお、上記第１結像レンズ鏡枠１４，ハー
フミラー１５，フィールドレンズ１６で第１の光学１１
ａを構成し、上記フィールドレンズ１６，ハーフミラー
１５，ミラー１７，第２結像レンズ鏡枠１８，ミラー１
９で第２の光学系１１ｂを構成する。また、上記撮像光
学系１１におけるミラーは、反射回数が偶数回になるよ
うに構成し、撮像素子１２の撮像面上の像を正立像とし
ている。

【００４３】図２の光路図において、ミラー部を展開し
て示した等価的な光路展開図である図３に示すように第
１の光学系１１ａは、絞り開口１４ｃの中心を通った被
写体光の主光線Ｌ1 が光軸Ｏ1 と平行となり、中間像面
ＰC に対してテレセントリック系となっている。また、
第２の光学系１１ｂについても中間像光のうちで、絞り
開口１８ｃの中心を通る主光線Ｌ2 が光軸Ｏ1 と平行で
ある。すなわち、光学系１１ａ，１１ｂは、中間像面Ｐ
C に対してテレセントリック系となっている。

【００４４】撮影しようとする被写体３近傍に設定した
複数の物体面ＰW からの被写体光線は、光軸Ｏ1 上の上
記第１の光学系１１ａを屈折、または、透過し、可動ミ
ラー２０反射面上、または、近傍にあって、上記物体面
ＰW と共役な中間像面ＰC に中間像４として結像され
る。

【００４５】さらに、上記中間像の光線、または、中間
像面に向かう光線は、Ｄ0 方向に振動駆動される可動ミ
ラー２０で上記光軸Ｏ1 に方向に反射され、光軸Ｏ2 に
沿って上記第２の光学系１１ｂを屈折、または、反射し
て上記中間像面ＰC と共役な最終像面である撮像素子１
２上の撮像面ＰE に最終像５として結像する。

【００４６】ここで、可動ミラー２０の変位に伴う物体
面，レンズ，像面の位置の変化を図３において添字1〜
3を付して示し、各可動ミラー位置に対する結像の状態
等を詳細に説明する。可動ミラー２０が基準位置Ｍ₂ に
ある場合は、物体面ＰW2の中間像４/2が第１の光学系１
１ａによって、中間像面ＰC2上に結像し、さらに、その
最終像５/2が第２の光学系１１ｂによって、撮像面ＰE2
上に結像する。

【００４７】次に、可動ミラー２０がフィールドレンズ
１６に接近し、位置Ｍ3 に到達すると、第２の光学系と
してのフィールドレンズ１６，第２結像レンズ鏡枠１８
は、左方向の１６/3，１８/3の位置に、さらに、撮像素
子１２の撮像面も左方向の撮像面ＰE3の位置にそれぞれ
移動した状態と等価になる。従って、物体面ＰW2よりも
左側の物体面ＰW3の中間像４/3が中間像面ＰC3上に結像
し、さらに、その最終像５/3が撮像面ＰE3上に結像す
る。

【００４８】また、可動ミラー２０がフィールドレンズ
１６から離間し、位置Ｍ1 に到達すると、第２の光学系
としてのフィールドレンズ１６，第２結像レンズ鏡枠１
８は、右方向の１６/1，１８/1の位置に、さらに、撮像
素子１２の撮像面も右方向の撮像面ＰE1の位置にそれぞ
れ移動した状態と等価になる。従って、物体面ＰW2より
も右側の物体面ＰW1の中間像４/1が中間像面ＰC1上に結
像し、さらに、その最終像５/1が撮像面ＰE1上に結像す
る。

【００４９】上述のように本実施の形態の装置による
と、可動ミラー２０のみを移動するだけで第２の光学系
１１ｂと撮像素子１２の両方を移動することと等価的に
機能し、光学系の合焦位置を動かすことができる。

【００５０】ここで、第１の光学系１１ａが縮小光学系
であれば、特に好ましい特性を得ることが可能となる
が、以下にその説明を行う。いま、可動ミラー２０の位
置Ｍ2 から位置Ｍ3 に移動した場合を考え、その移動量
をΔＺM とすると、第２の光学系上のフィールドレンズ
１６、および、中間像面ＰC の移動量ΔＺC は、上記移
動量ΔＺM による光路長の変化分に等しく、 ΔＺC ＝２・ΔＺM ……（１）となる。

【００５１】一方、物体面ＰW2からＰW3への移動量をΔ
ＺW とすると、第１の光学系１１ａの横倍率β_aによっ
て、上記移動量ＺC は、次式で関係付けられる。すなわ
ち、 ΔＺC ＝β_a ²・ΔＺW ……（２）となる。式（１），式（２）より、 ΔＺW ＝２・ΔＺM ／(β_a)² ……（３）となる。式（３）は、横倍率β_a が小さいほど、すなわ
ち、第１の光学系１１ａが強い縮小系であるほど可動ミ
ラー２０の僅かな動きでも物体面ＰW の大きな移動が得
られることを示している。上記の各式は、物体面ＰW2〜
ＰW3の間について説明した式であるが、物体面ＰW2〜Ｐ
W1の間についても同様であることは勿論である。

【００５２】従って、例えば、横倍率β_a が０．５であ
り、移動量ΔＺM が１ｍｍである場合、物体面の移動量
ΔＺW は、８ｍｍとなる。すなわち、可動ミラー２０を
±１ｍｍだけ移動させれば、物体面ＰW は、±８ｍｍの
範囲で動くことになる。このような特性が可動ミラー駆
動系の負担の軽減になることはいうまでもない。なお、
最終像５として拡大像を必要とする画像入力装置に対し
ては、第２の光学系１１ｂの倍率を大きくとって、第
１，第２の光学系１１ａ，１１ｂの全体として拡大光学
系になるように設計すればよい。

【００５３】図４は、上記ＶＣＭ１３の構造を示す要部
断面図である。本図に示すようにＶＣＭ１３は、主にモ
ータ本体に固定される永久磁石１３ａを有するヨーク１
３ｂと、コイル１３ｃが巻回された可動ボビン１３ｄ
と、可動ボビン１３ｄに固着されている支持体１３ｅ
と、可動ボビン１３ｄに結合され、支持体１３ｅを介し
てその中央部を支持される平行板バネ１３ｈ，１３ｉ
と、モータ本体に固着され、平行板バネ１３ｈ，１３ｉ
の端部を固定して支持するバネ端支持体１３ｇと、一方
の平行板バネ１３ｉの中央部に固定され、可動ミラー２
０を保持するミラー保持体１３ｆとで構成されている。

【００５４】前記ＶＣＭドライバ２５より交流駆動電圧
Ｖｃがコイル１３ｃに供給されると、可動ボビン１３ｄ
がＤ0 方向に振動駆動される。このＶＣＭ１３の振動周
波数は、半周期Ｔｃ／２（図６参照）で１画面の画像デ
ータが出力されることからモニタ２７に出力されるＮＴ
ＳＣ方式の映像信号のフィールドレートが６０Ｈｚであ
ることから、例えば、３０Ｈｚとする。また、もし出力
信号がインターレース方式ならば、ＶＣＭ１３の振動周
期は、フレームレートより決まる。例えば、フレームレ
ートが６０Ｈｚならば、振動周波数は３０Ｈｚである。

【００５５】なお、上記撮像素子１２としては、上記Ｖ
ＣＭの振動の半周期Ｔｃ／２で所定複数画面の画像の高
速読み取りが可能なフレームレートを有する高速撮像素
子を採用する必要がある。

【００５６】一方、ＶＣＭ１３の振動の振幅Ｂｃ（図６
参照）は、可動ミラー２０が該振幅値で移動することに
よって、図２に示す被写体３に設定された複数の物体面
ＰWと共役である複数の中間像面ＰC 上の中間像４を撮
像素子１２上の固定された最終像面の撮像面ＰE に結像
させることができるに十分な値とする。

【００５７】具体的に説明すると、図３に示すように、
例えば、被写体３上に設定された複数の物体面ＰW をＰ
W1，ＰW2，ＰW3とし、また、第１の光学系１１ａを介し
て複数の中間像面ＰC1，ＰC2，ＰC3上に中間像４が結像
するものとした場合には、次の条件を満足させる必要が
ある。

【００５８】すなわち、可動ミラー２０が上記振幅Ｂｃ
の中心位置である基準位置Ｍ2 にあるとき、中央の中間
像面ＰC2にある中間像４を第２の光学系１１ｂを介して
撮像素子１２の最終像面である撮像面ＰE 上に最終像５
として結像させる。さらに、可動ミラー２０が振幅Ｂｃ
内の移動位置Ｍ1 、または、Ｍ3 にあるときは、中間像
面ＰC1，ＰC3にある中間像４を第２の光学系１１ｂを介
して撮像素子１２上の撮像面ＰE に最終像５として結像
させる必要がある。

【００５９】上述のように複数の物体面ＰW1，ＰW2，Ｐ
W3が設定された被写体を撮影するためには、ＶＣＭ１３
の振動の振幅Ｂｃは、上記基準位置Ｍ2 を中心にして振
動させた場合、少なくとも上記移動位置Ｍ1 、または、
Ｍ3 を含む範囲の振幅を必要とする。

【００６０】以上のように構成された本実施の形態の画
像入力装置における撮影動作について、上記図１〜図３
の他に、図５〜図１０を用いて説明する。なお、上記図
５は、被写体と撮像光学系と可動ミラーの関係を示す図
であり、図６は、可動ミラーの振動波形を示す図であ
る。また、図７〜図９は、各経過時間での被写体像の照
度分布をｚ軸と直交するｘ軸に対して示した図である。
図１０は、上記図７〜図９で得られた被写体像の光量を
加算したデータを示す図であり、図１１は、図１０で得
られた加算データを回復処理を施して得られた被写体画
像データの強度分布を示した図である。

【００６１】なお、以下の画像データの処理動作におい
て、実際には光軸Ｏ1 方向と一致するｚ軸に対して直交
する平面と対応する撮像素子の結像平面に関して画像デ
ータの処理が行われるが、以下の具体例の説明において
は、ｚ軸に直交するｘ軸のみに沿ったデータ処理として
説明する。

【００６２】本実施の形態の画像入力装置においては、
撮影する被写体３近傍に複数の物体面ＰW を設定する。
例えば、図３に示すように設定物体面としてＰW1 ，ＰW
2（中央位置），ＰW3 を設定する。

【００６３】なお、被写体３の例として、図５に示すよ
うに上記物体面ＰW1，ＰW2，ＰW3上にある点光源の被写
体３/1，３/2，３/3を用いる。また、可動ミラー２０の
振動波形は、図６に示す正弦波であって、その最大振幅
Ｂｃ内に基準位置Ｍ2 および移動位置Ｍ1 ，Ｍ3 が存在
するものとする。以下の撮影状態において、その各位置
Ｍ1 ，Ｍ2 ，Ｍ3 は、上記各被写体３/1，３/2，３/3に
対する合焦最終像５を得るための可動ミラー駆動位置に
なる。

【００６４】まず、被写体像の撮影に先立って、可動ミ
ラー２０が基準位置Ｍ2 にあるとき、中央物体面ＰW2上
の被写体３/2の像が撮像素子１２の撮像面ＰE上で結像
するように第１結像レンズ鏡枠１４の位置調整を行う。

【００６５】上述の調整を行った後、ＶＣＭ１３を駆動
し、可動ミラー２０を振動させる。その振動駆動中の半
周期ＴC ／２において、可動ミラー２０が上記位置Ｍ1
，Ｍ2 ，Ｍ3 に位置する経過時間ｔ1 ，ｔ2 ，ｔ3 毎
に撮像素子１２から出力される撮像信号を撮像信号処理
２２に取り込む。図７〜図９の線図は、撮像素子１２に
て上記経過時間ｔ1 ，ｔ2 ，ｔ3 で各単位受光面積当た
りの所定の電荷蓄積時間に蓄積された電荷から求められ
る照度Ｉt1（ｘ），Ｉt2（ｘ），Ｉt3（ｘ）の変化をｘ
軸に関して示した線図である。例えば、経過時間ｔ1 に
おいては、可動ミラー２０が位置Ｍ1 にあることから、
撮像素子１２の撮像面ＰE に、物体面ＰW1にある被写体
３/1のみが合焦状態にあり、他の被写体３/2，３/3が非
合焦状態にある画像の照度分布Ｉt1（ｘ）（図７）が得
られる。以下、経過時間ｔ2 ，ｔ3においても同様に可
動ミラー２０が位置Ｍ2 ，Ｍ3 に移動することからそれ
ぞれ被写体３/2のみ、または、被写体３/3のみが合焦状
態にある画像の照度分布Ｉt2（ｘ），Ｉt3（ｘ）（図
８，図９）が得られる。

【００６６】続いて、上記各経過時間ｔ1 ，ｔ2 ，ｔ3
における上記照度Ｉt1（ｘ），Ｉt2（ｘ），Ｉt3（ｘ）
の変化をもつ画像データが加算処理回路２３に出力さ
れ、ｘ軸に沿って光量値が加算され、図１０に示すよう
な照度分布の加算データΣＩ（ｘ）で示される画像デー
タが求められる。この照度分布加算データΣＩ（ｘ）に
は、非合焦状態の被写体像信号による低周波の空間周波
数成分も含まれている。そこで、非合焦状態の被写体像
信号成分を取り除き、合焦画像データ成分のみを取り出
すために、回復処理回路２４にて空間周波数フィルタリ
ングによる回復処理が行われる。図１１は、上記回復処
理が行われた後の画像データでの強度分布Ｉ0 （ｘ）を
示す図であって、図５に示した物体面ＰW の異なる被写
体３/1，３/2，３/3のすべてに合焦した被写界深度の深
い画像信号が得られることを示している。なお、上記加
算処理回路２３による加算処理と上記回復処理回路２４
による回復処理については、図１５〜図２１等を用いて
後で詳細に説明する。

【００６７】以上、説明したように本実施の形態の画像
入力装置によると、被写界深度が浅い撮像光学系を用い
たとしても、中間像面近傍に設けた可動ミラー２０を振
動駆動することによって、レンズを駆動しなくても撮像
面に結像する物体面を変化させることができ、被写界深
度の深い被写体像を取り込むことができる。

【００６８】例えば、図５に示すように可動ミラー２０
を振動させない状態にあっては、撮像光学系１１の被写
界深度が浅い深度ΔＺｂ′であったとしても、可動ミラ
ー２０を振動させて撮像信号を取り込み、上述した画像
処理を施すことによって被写界深度が深い深度ΔＺｂの
画像データを取り込むことが可能となる。

【００６９】なお、ここでは説明を簡単にするために、
被写体３/1，３/2，３/3に合焦した画像を加算すること
にしたが、Ｚ方向により広い範囲の画像を加算すれば、
より望ましい。また、厳密には図１０に示すΣＩ（ｘ）
において、被写体３/1，３/3の像は、３/2に比べて、多
少ボケの成分が多くなる。したがって、図１１に示すＩ
0 （ｘ）において、被写体３/1，３/3の像にはわずかに
ボケが残ることになる。しかし、これは、実用上、問題
ないレベルである。これらの性質は、後述する第３の実
施の形態の例でも同様である。

【００７０】また、本実施の形態の装置は、被写体の合
焦位置を変化させるために撮像光学系全体の位置を変化
させるのではなく、質量の小さい可動ミラー２０のみを
振動駆動させるように構成しているので、振動の周波数
を、例えば、３０Ｈｚ程度迄高め、回復像をリアルタイ
ムで表示することができる。さらに、光学系駆動用のア
クチュエータであるＶＣＭ１３が小型化できる。

【００７１】そして、上記可動ミラー２０の基準位置
は、中間像面位置としているので、ミラー２０の反射に
よる焦点移動に伴って生じるフィールドレンズ１６にお
ける収差の増大を最小限に抑えることができる。また、
可動ミラー２０の有効な反射面を小さくできることから
ＶＣＭ１３の駆動負荷質量が小さくなり、さらにＶＣＭ
１３の小型化が可能になる。

【００７２】また、本実施の形態の装置では、光学系に
ハーフミラー１５を適用しているので、第１の光学系と
第２の光学系でフィールドレンズ１６を共用することが
でき、さらに、可動ミラー２０を第１の光軸Ｏ1 上に配
設することができるので装置全体を安価に、また、小型
にまとめることができる。

【００７３】また、本実施の形態の装置においては、上
記第２の光学系１１ｂが中間像面に対してテレセントリ
ック系を形成する撮像光学系を採用しており、合焦度合
いの変化により像倍率が変化することを抑えているの
で、より精度の高い回復処理を可能にしている。

【００７４】但し、必ずしも第１の光学系１１ａと第２
の光学系１１ｂの双方を中間像面に対してテレセントリ
ックに構成する必要はなく、何れか一方の光学系をテレ
セントリックとすれば、上述の像倍率の変化は抑えられ
ることから、その変形例として上記第１の光学系１１ａ
と第２の光学系１１ｂの何れか一方をテレセントリック
系とした撮像光学系を採用した画像入力装置でも前記第
１実施の形態の画像入力装置と同等に被写界深度の深い
被写体像を取り込むことが可能である。

【００７５】但し、非テレセントリック系側の光学系の
絞りは、口径が十分に大きく、テレセントリック系側の
光学系を通過する光線を蹴らないようにする必要があ
る。また、第１の光学系を非テレセントリック光学系と
し、第２の光学系をテレセントリック光学系とした方
が、ズーミングの際には第１の光学系を移動させればよ
く、撮像素子を移動させる必要がないことからより実用
的である。なお、第１の光学系をテレセントリック光学
系とし、第２の光学系を非テレセントリック光学系とし
てもよい。

【００７６】例えば、拡大像を得るために光学倍率を上
げたい場合は、第１の光学系に顕微鏡用対物レンズを用
いるのが現実的である。顕微鏡対物レンズには絞りが組
み込まれているので、この絞りをテレセントリックとし
て機能するように適切に配置すればよい。後述する第
４，第５実施の形態の例は、これらの理由から顕微鏡対
物レンズを用いる例として有効である。

【００７７】なお、ミラー駆動手段としてのアクチュエ
ータは、上述の実施の形態に適用したＶＣＭ１３に限ら
ず、バイモルフ圧電素子型アクチュエータ、あるいは、
ステッピングモータ等を適用可能である。また、可動ミ
ラーを振動駆動させずに一方向のみの駆動で複数の物体
面上の被写体像を取り込むように構成することも可能で
あり、この場合、上記アクチュエータとしてソレノイド
等を適用すればよく、低価格の画像入力装置を提供でき
る。

【００７８】また、可動ミラー２０の基準位置は、上述
の実施の形態の装置のように第１の光学系１１ａと第２
の光学系１１ｂの間の中間像面位置に必ずしも位置させ
る必要はなく、収差の増大が実用上無視できる範囲なら
ば、第１，第２の光学系の間のどの位置に配設してもよ
い。但し、その可動ミラー２０が配設される基準位置と
その振動による移動位置内にあるとき、撮影時に設定さ
れる３次元被写体３の複数の物体面に対して撮像素子１
２の撮像面ＰE が共役となるように設定することは勿論
である。

【００７９】本実施の形態の画像入力装置では、特に位
置センサにより可動ミラーの振動位置の検出は行ってお
らず、予め設定された各種の駆動条件のもとで振動駆動
し、撮像が行われる。しかし、カメラヘッド１の姿勢等
により可動ミラーの基準位置Ｍ2 やその振幅Ｂｃが変化
する可能性のある画像入力装置に適用する場合は、上記
カメラヘッドの姿勢検出センサや可動ミラー位置検出セ
ンサを設け、可動ミラーの実際の振動駆動位置を検出、
または、推定し、それに対応した撮像を行う必要がある
ことは勿論である。

【００８０】また、上記実施の形態の画像入力装置に適
用した上記ハーフミラー１５に代えてペリクルミラーや
ビームスプリッターを適用することも可能である。な
お、上記ペリクルミラーとしては、膜厚５μｍ以下のも
のがよく、ゴースト、および、非点収差が生じにくい。

【００８１】次に、本発明の第２の実施の形態の画像入
力装置について説明する。本実施の形態の画像入力装置
は、前記第１の実施の形態の装置の撮像光学系１１に対
して図１２の構成図に示す撮像光学系３１を適用するも
のである。上記撮像光学系３１は、可動ミラーとして可
動ダハミラー３２を用いる光学系であり、この場合、前
記ハーフミラー１５を用いる必要がなく、光量のロスを
少なくすることができる。なお、ＣＣＵ２やＶＣＭ１３
等、その他の制御部は、前記図１に示した第１の実施の
形態の装置と同様の構成を有している。

【００８２】上記撮像光学系３１は、主に図１２に示す
ように被写体光を取り込むための第１の光学系３１ａ
と、ＶＣＭ１３により振動駆動され、順次的に平行移動
する可動ダハミラー３２と、撮像素子１２に被写体像を
結像させるための第２の光学系３１ｂで構成されてい
る。

【００８３】上記第１の光学系３１ａは、前記第１の実
施の形態の装置の場合と同様に開放固定の絞り開口を有
する結像レンズ１４と、フィールドレンズ１６とで構成
され、その光軸をＯ1 とする。また、上記第２の光学系
３１ｂも前記第１の実施の形態の装置の場合と同様に調
整可能な絞り開口を有する結像レンズ１８と、フィール
ドレンズ１６′と、２つの平面鏡のミラー１７，１９で
構成され、その光軸をＯ2 とする。なお、上記フィール
ドレンズ１６とフィールドレンズ１６′間に中間像が形
成されるが、その中間像面に対して上記第１の光学系３
１ａと第２の光学系３１ｂは、共にテレセントリック系
となっているか、あるいは、第２の光学系３１ｂのみが
テレセントリック系になっている。

【００８４】上記可動ダハミラー３２は、２つの反射面
３２ａ，３２ｂを有するダハミラーであって、ＶＣＭ１
３により振動駆動される。そして、各駆動位置にて第１
の光学系の光軸Ｏ1 からの到達する光線を第２の光学系
３１ｂの光軸Ｏ2 方向に反射する。ここで、可動ダハミ
ラー３２の振動方向と、光軸Ｏ1 ，Ｏ2 は、互いに平行
である。

【００８５】上記撮像光学系３１を適用する本実施の形
態の画像入力装置においては、前記第１の実施の形態の
装置の場合と同様に可動ダハミラー３２を振動駆動する
ことによって、被写体３の近傍に設定された複数の物体
面にそれぞれ合焦した複数の撮像画像に基づいて、前述
の加算処理、および、回復処理を施すことによって、被
写界深度の深い被写体像を取り込むことができる。

【００８６】本実施の形態の装置によると、可動ミラー
として可動ダハミラー３２を適用したことによって、ハ
ーフミラー１５を用いる必要がないことから、光量のロ
スを少なくすることができ、明るい画像を取り込むこと
ができる。

【００８７】次に、前記第１の実施の形態の画像入力装
置の第１の変形例について説明する。前記第１の実施の
形態の画像入力装置では、可動ミラーの各駆動位置で得
られる複数の撮像データを加算処理回路で加算処理した
後、回復処理を施して被写界深度の深い画像データを得
るようにしたものであるが、上記加算処理回路を設ける
ことなく、その加算処理を撮像素子上で行い、同様に被
写界深度の深い画像データを得ることのできる第１の変
形例の画像入力装置を提案できる。

【００８８】図１３は、第１の変形例としての画像入力
装置のブロック構成図であって、この第１の変形例の装
置のＣＣＵ（カメラコントロールユニット）５において
は、撮像素子であるＣＣＤ１２′からの撮像信号を処理
するＡ／Ｄ変換回路２２の出力は、直接、回復処理回路
２４に入力され、回復処理が行われる。なお、その他の
構成は、前記図１に示した第１の実施の形態の装置の構
成と同様とする。また、上記ＣＣＤ１２′は、他の形式
の撮像素子、例えば、電荷変調素子であるＣＭＤであっ
てもよい。

【００８９】上記ＣＣＤ１２′は、通常の速度のフレー
ムレートを有する撮像素子であり、例えば、１／６０秒
につき、１フィールド画面の画像データを取り込むもの
とする。可動ミラー２０は、振動周期を１／３０秒とし
て、その半周期の間に上記ＣＣＤ１２′の１フィールド
画像が取り込まれるように、コントロール回路２１によ
りＶＣＭ１３の駆動位相が制御される。また、前記実施
の形態の場合と同様に被写体３近傍に設定されている物
体面に対する共役な中間像面が第１，第２の光学系の間
に位置する状態で、最終像面がＣＣＤ１２′の撮像面に
位置するように可動ミラー２０は、振動駆動される。

【００９０】そこで、本第１の変形例の装置により撮影
を行った場合、可動ミラー２０が両振幅の間の半サイク
ル駆動されている間、ＣＣＤ１２′では、可動ミラー２
０の移動位置と共に、刻々と変化して行く被写体３の物
体面上の像に基づき、各受光素子部にて電荷量として積
算され、結果的に加算された撮像信号としてＡ／Ｄ変換
回路２２に入力される。さらに、その１フィールド分の
撮像信号がＡ／Ｄ変換回路２２を介して回復処理回路２
４に出力される。

【００９１】例えば、前記図５に示した被写体３を撮像
した場合を考えると、上記可動ミラー２０の半サイク
ル駆動の間、各移動位置において図７〜図９に示すよう
な光量が順次、ＣＣＤ１２′の撮像面から入射し、積算
されて行く。すなわち、撮像面上で加算処理が実行され
ることになる。そして、上記半サイクルの駆動が終了し
た時点では、可動ミラー２０の半サイクル駆動の間にＣ
ＣＤ１２′に取り込まれた前記図１０に示したような光
量の変化を持つ合焦状態および非合焦状態での撮像信号
の加算データがＡ／Ｄ変換回路２２から回復処理回路２
４に出力される。上記図１０に示す光量データは、前記
第１の実施の形態等の装置における加算処理回路２３で
加算処理を行って得たものと同等のものである。

【００９２】その後、回復処理回路２４にて上記撮像信
号に基づき回復処理を施し、さらに、ＮＴＳＣ形式等の
映像信号に変換することによって、第１の実施の形態の
場合と同様に被写界深度の深い１つの撮像画面を得る。

【００９３】本第１の変形例の画像入力装置によれば、
前記第１の実施の形態の装置と同様の効果が得られ、同
時に、撮像素子として通常のフレームレートのＣＣＤ１
２′を適用可能であり、また、加算処理回路を不要とす
ることから低価格の画像入力装置を提供することが可能
となる。なお、本変形例の装置には前記第２の実施の形
態に適用した撮像光学系３１も適用可能であることは勿
論である。

【００９４】次に、前記第１の実施の形態の画像入力装
置の別の変形例である第２の変形例について説明する。
前記第１の実施の形態の画像入力装置では、加算処理回
路２３と回復処理回路２４を必要としたが、上記加算処
理回路２３および回復処理回路２４を必要とせず、同様
に被写界深度の深い画像データを得ることが可能な第２
の変形例の画像入力装置を提案することも可能である。

【００９５】図１４は、上記第２の変形例としての画像
入力装置のブロック構成図である。この第２の変形例の
装置では、カメラコントロールユニット６に加算処理回
路および回復処理回路を設けることなく、撮像素子であ
るＣＣＤ１２′からの撮像信号は、モニタ出力回路２６
でＮＴＳＣ形式等の映像信号に変換されて、直接、モニ
タ２７に出力される。なお、その他の構成は、前記図１
に示した第１の実施の形態の装置の構成と同様とする。

【００９６】上記ＣＣＤ１２′は、前記第１の変形例の
場合と同様の通常の速度のフレームレートを有する撮像
素子であり、例えば、１／６０秒につき、１フィールド
画面の画像データを取り込むものとする。可動ミラー２
０も第１の変形例の場合と同様に振動周期を１／３０秒
として、その半周期の間に上記ＣＣＤ１２′の１フィー
ルド画像が取り込まれるように、コントロール回路２１
によりＶＣＭ１３の駆動位相が制御される。また、可動
ミラー２０の被写体３に対する振動駆動位置も前記第１
の変形例の場合と同様とする。

【００９７】本第２の変形例の装置により撮影を行った
場合、可動ミラー２０が両振幅の間の半サイクル駆動さ
れている間、ＣＣＤ１２′では、可動ミラー２０の駆動
位置と共に、刻々と変化して行く被写体３の物体面上の
像に基づき、各受光素子部にて電荷量として積算され、
加算された１画面分の撮像信号としてモニタ出力回路２
６において、例えば、ＮＴＳＣ形式の映像信号に変換さ
れ、モニタ２７に出力される。

【００９８】上述のように可動ミラー２０の移動位置で
得られた被写体上の各物体面に合焦した撮像信号が積
算、すなわち、加算されていた撮像画面が周期的にモニ
タ２７に表示することによって、人間の視覚の残像現象
を利用した被写界深度の深い画像を観察することができ
る。

【００９９】本変形例の画像入力装置によれば、加算処
理回路や回復処理回路を必要としないことから被写界深
度の深い画像観察が可能な安価で小型の画像入力装置を
実現することができる。但し、本変形例の場合は、回復
処理による低周波成分の除去を省いているため、回復処
理を行う場合に比較して像がフレアのかかったものにな
る。なお、上記変形例の装置には前記第２の実施の形態
に適用した撮像光学系３１も適用可能であることは勿論
である。

【０１００】次に、前記第１の実施の形態の画像入力装
置やその変形例等の画像入力装置に適用された加算処理
回路や回復処理回路における処理動作について詳細に説
明する。これらの処理動作については、前記日本国特許
公報平成１−３０９４７８号の画像入力装置にも記載さ
れているが、以下、図を用いて説明する。図１５は、前
記第１の実施の形態等にも適用可能である加算処理回路
と回復処理回路とを内蔵し、撮像素子５２と一体化した
ＣＣＵ（カメラコントロールユニット）１０１の例を示
すブロック構成図である。

【０１０１】上記ＣＣＵ１０１には、被写体の像は、例
えば、前記図１に示した撮像光学系１１によって、ＣＣ
Ｄ、撮像管等で構成される撮像素子５２の撮像面に結像
される。

【０１０２】前記撮像素子５２からの出力信号は、アナ
ログ・デジタル変換回路（以下、Ａ／Ｄ変換回路と略称
する）５３によりデジタル信号に変換される。上記ディ
ジタル信号は、加算処理回路５４において、メモリ５５
に記録されている画像信号と加算される。その加算結果
は、再びメモり５５に記録される。

【０１０３】なお、上述の処理動作は、例えば、図１に
示したＶＣＭ１３によって可動ミラー２０を移動させな
がら繰返して行なわれる。すなわち、上記動作は、光学
系の合焦点位置を、適当に設定した距離間隔および距離
範囲で離散的に変えながら行なわれる。かくして、入力
した各々の画像について加算が行われ、その結果が前記
メモリ５５に記憶される。

【０１０４】次に、前記加算された画像データは、回復
処理回路５７により、適切な回復処理が行なわれる。例
えば、空間周波数に対するハイパスフィルタリング処
理、あるいは、バンドパスフィルタリング処理が行われ
る。上記の処理結果は、再び前記メモリ５５に格納され
る。

【０１０５】前記メモリ５５内に格納されている回復処
理を施した画像信号は、デジタル・アナログ変換回路
（以下、Ｄ／Ａ変換回路と略称する）５８によってアナ
ログ信号に変換され、図１に示したモニタ２７上に表示
される。以上の動作におけるタイミングや信号の流れ等
の制御は、コントローラ５１によって行われる。

【０１０６】図１６は、回復処理回路を有し、加算処理
回路を用いない、かつ、撮像素子５２が一体化したＣＣ
Ｕ１０２の例を示すブロック構成図である。上記ＣＣＵ
１０２において、前記撮像素子５２に蓄積された画像デ
ータは、Ａ／Ｄ変換回路５３により、デジタル信号に変
換された後、メモリ５５に記録される。このときの画像
データは、前記ＣＣＵ１０１で加算処理された画像デー
タと同等のものである。次に、回復処理回路５７によっ
て適切な回復フィルタリング処理が行われた後、再び、
メモり５５に記録される。

【０１０７】前記回復処理が施されて前記メモリ５５に
記録された画像データは、Ｄ／Ａ変換回路５８によりア
ナログ信号に変換され、モニタ２７に表示される。以上
の動作におけるタイミングやデータの流れ等の制御はコ
ントローラ５１によって行われる。

【０１０８】上記構成を有するＣＣＵ１０２によれば、
撮像素子５２自身の光エネルギーの積算効果を利用し、
連続的に焦点を変えた画像を入力すると同時に蓄積して
いくように処理される。したがって、画像の入力と加算
とが撮像素子５２自身で同時に行われることになり、構
成が非常に簡単化する上、高速に処理できる。また、適
当な距離範囲にわたって焦点位置を連続的に変えれば良
いことから、焦点位置の制御も簡単となる。

【０１０９】次に、上記のＣＣＵ１０１，１０２の例で
用いられる回復処理回路５７の具体例について説明す
る。上記回復処理回路５７は、前述したように合焦点位
置の異なる画像データを加算した画像データに対し、空
間周波数に対する適当なハイパスフィルタ、あるいは、
バンドパスフィルタをかけるための処理を行う回路であ
る。

【０１１０】図１７は、上記回復処理回路５７の一つの
具体例を示すブロック構成図である。この回復処理回路
５７において、メモリ５５に格納されている合焦焦点位
置の異なる画像データが加算された画像データは、回復
処理回路５７内のＦＦＴ演算回路６０によって、２次元
フーリエ変換が実行され、その結果は、メモリ６１に記
録される。

【０１１１】一方、メモリ６２内には空間周波数面上で
適当に設計されたフィルタの係数が記録されている。前
記メモリ６１に記録されている画像の空間周波数スペク
トルと、上記メモリ６２に記録されているフィルタ係数
との乗算が乗算回路６３において実行される。その結果
は、再び前記メモリ６１に記録される。

【０１１２】メモリ６１に記録されたフィルタリングを
施された空間周波数画像データは、前記ＦＦＴ演算回路
６０によって２次元逆フーリエ変換が実行され、その結
果は前記メモリ５５に記録される。上述のように構成さ
れた回復処理回路５７によれば、空間周波数面上でフィ
ルタを任意の形状に設計できる。

【０１１３】図１８は、回復処理回路の他の具体例の回
復処理回路５７Ａを示すブロック構成図である。この例
においては、メモリ５５に格納されている合焦点位置の
異なる画像について加算された画像データのうち、回復
処理回路５７Ａの内部に設けてあるアドレス発生回路７
０によって指定された画素成分値が、乗算回路７２に入
力される。

【０１１４】同時に前記アドレス発生回路７０によって
指定されたメモリ７１に記録されている係数が、前記乗
算回路７２に入力され、両者間の乗算が実行される。こ
の乗算回路７２における演算結果は、加算回路７３にお
いてメモリ７４に記録されている値と加算され、その結
果は、再びメモり７４に記録される。

【０１１５】以上の構成により、画像内の３×３ピクセ
ル，５×５ピクセルといった局所領域における「たたみ
込み演算」が実行され、その結果は、再びメモり５５に
記録される。

【０１１６】本構成例は、フィルタリングを空間周波数
面上で行う代わりに、画像面上で適切に設計されたマス
クとの「たたみ込み演算」をすることにより回復処理を
行うものであり、簡単な回路構成で処理を実現すること
ができる。特に小さなマスクサイズで効果的なフィルタ
が設計可能な場合は、演算量も少なくなり有利となる。
この他に、画面上でマスク処理を行う構成例としてパイ
プライン方式のプロセッサを用い、高速に処理を実行す
ることも可能である。

【０１１７】つぎに、回復処理回路に適用される回復フ
ィルタの設計の方法について述べる。まず、シミュレー
ションにより上記回復フィルタを設計する方法について
記載すると、一般にインコヒーレント結像光学系の空間
周波数特性は、瞳関数の自己相関で表される Optical T
ransfer Function（以下、ＯＴＦと略す）で表現でき
る。円形開口を仮定した場合、焦点の合った面のＯＴＦ
は、（４）式で示される瞳関数によって、（５）式の自
己相関で表現できる。

【０１１８】

【数１】

【０１１９】但し、（ｘ，ｙ）は、瞳面を直交座標で表
した場合の座標軸であり、（ｒ，θ）は、円筒座標で表
した場合の動径成分と角度成分である。また、ａ0 は、
瞳の大きさを表し、例えば、レンズの絞りの半径を想定
すれば良い。また、円形開口の場合、角度方向に無関係
のため、θは、省略できる。

【０１２０】次に、焦点はずれのＯＴＦは、（６）式に
示す一般化された瞳関数の自己相関で表すことができ
る。すなわち、Ｐ（ｘ，ｙ）＝Ｐ（ｒ，θ）＝Ｐ（ｒ）exp{ｊｋＷ(ｒ；ｚ)} ……（６）ここで、ｋ＝２π／λは、波数、また、Ｗ（ｒ；ｚ）
は、波面収差であり、ある物体面に焦点が合うような光
の波面Ｗ１と、焦点はずれの波面Ｗ２との瞳面上におけ
る差で表される。ｚは、光軸上の座標であり、焦点が合
った位置をｚ＝０とし、どれだけ焦点位置からはずれて
いるかを示す量である。

【０１２１】上記波面収差Ｗ（ｒ；ｚ）は、近軸領域の
近似であれば、略、Ｗ（ｒ；ｚ）＝ｒ²・ｚ／（２・ｆ²） ……（７）で表され、レンズの開口が大きい場合は、Ｗ（ｒ；ｚ）＝ｒ²・ｚ／｛２（ｆ²＋ｒ²）｝……（８）で表される。但し、ｆは、レンズの焦点距離であり、ｆ
>>ｚと仮定した。

【０１２２】図１９は、以上の各値の幾何学的関係を示
した図である。このようにして、ある焦点はずれ量ｚに
対するＯＴＦを求めることができる。

【０１２３】図２０、および、図２１（Ａ），（Ｂ），
（Ｃ）は、上記の如く求めたＯＴＦに基づいて、回復フ
ィルタを求める操作手順を示す図である。

【０１２４】まず、設定条件に基づいてｚを変えること
により、図２０に示すようなＯＴＦを求める。次に、こ
れらのＯＴＦを加算することにより、図２１（Ａ）に示
すような合成ＯＴＦを求める。そして、この加算された
合成ＯＴＦが図２１（Ｂ）に示すように焦点が合ってい
る場合のＯＴＦに回復されるように回復フィルタを設計
する。この回復フィルタは、合成されたＯＴＦをＨ
（ｕ，ｖ）＝Ｈ（μ，φ）＝Ｈ（μ）とし、焦点の合っ
ている場合のＯＴＦをＨ0（μ）とすると、回復フィル
タＶ（μ）は、Ｖ（μ）＝Ｈ0（μ）／Ｈ（μ） ……（９）で表される。図２１（Ｃ）は、上記Ｖ（μ）を示す。但
し、（ｕ，ｖ）は、直交系で表した空間周波数座標であ
り、（μ，φ）は、円筒系で表した空間周波数座標であ
る。円形開口の場合は角度方向に依存しないため、動径
方向の空間周波数μのみで表現した。

【０１２５】なお、被写体がある程度限定され、その画
像の統計的な性質が予測でき、しかもノイズの性質も解
っている場合には、回復フィルタとして次に示すような
ウィナーフィルタを用いることができる。すなわち、Ｗ（μ）＝{Ｈ0（μ）・｜Ｈ（μ）｜²｝／[Ｈ（μ）{｜Ｈ（μ）|²+Ｓnn（μ）/Ｓgg（μ）}] ……（１０）但し、Ｓnn（μ）は、ノイズのパワースペクトルであ
り、Ｓgg（μ）は、画像のパワースペクトルである。こ
のウィナーフィルタを用いることにより、ノイズの影響
を低減することが可能である。

【０１２６】また、擬似的なウィナーフィルタとして、
次式に示すように定義したフィルタを設定し、パラメー
タＰを適当に設定してもよい。すなわち、Ｗ′（μ）＝｛Ｈ0(μ)・｜Ｈ(μ)｜²｝／[Ｈ(μ)｛｜Ｈ(μ)｜²＋Ｐ｝] ……（１１）となる。

【０１２７】続いて、実験的に回復フィルタを求める方
法を説明する。表面が十分平坦であるテストチャートの
ようなものを所定位置に置き、この画像を設定した条件
で合焦点位置を変えながら入力し、加え合せる。

【０１２８】次に、前記テストチャートの表面に焦点の
合った画像を入力する。そして、合焦点位置を変えなが
ら入力し、かつ、加え合せた画像に対し、適当な回復フ
ィルタをかけてみて、前記焦点の合った画像と比較す
る。この比較により画像が同等に見えるように回復フィ
ルタを調整して再び比較する。このような操作を繰返す
ことにより、所要の回復フィルタを求める。本方法は、
実用的に有効である。

【０１２９】以上、シミュレーションと実験とによる回
復フィルタの求め方について記載した。なお、回復フィ
ルタは必ずしも焦点の合った場合の周波数特性まで戻せ
ばよいというものではなく、例えば、高周波領域をより
強調して「メリハリ」の効いた画像にしてもよいし、ま
た、逆に完全には回復させずにソフトフォーカス効果の
効いた画像にしてもよい。

【０１３０】次に、本発明の第３の実施の形態の画像入
力装置について説明する。図２２は、上記画像入力装置
のブロック構成図である。図２３は、本装置の撮影光学
系の光路図であり、図２４は、本装置における被写体と
撮像光学系と可動ミラーの関係を示す斜視図である。

【０１３１】本実施の形態の画像入力装置は、被写界深
度の深い画像を取り込み可能なクローズアップ撮像装置
等に適用可能であって、主にカメラヘッド１０６と、カ
メラコントロールユニット（ＣＣＵ）２、および、モニ
タ２７で構成される。

【０１３２】なお、上記ＣＣＵ２、および、モニタ２７
は、前記図１で説明した第１の実施の形態の装置に適用
したものと同様のものであり、同一の構成要素は、同一
の符号を付して説明する。また、本装置により撮影され
る被写体３は、光軸Ｏ1 方向を軸Ｚとする３次元被写体
とする。

【０１３３】上記カメラヘッド１０６は、主に被写体光
を取り込み、結像させる撮影光学系１０７と、撮像素子
１２と、可動ミラー２０をＤ0 方向に振動駆動するボイ
スコイルモータ（ＶＣＭ）１３とで構成されている。

【０１３４】以下、上記各構成要素について詳細に説明
する。上記撮影光学系１０７は、上記図２２、および、
この光学系の光路図である図２３に示すように、結像レ
ンズ１０８と、開口絞り１０９と、順次的に平行移動す
る平面鏡である可動ミラー２０と、平面鏡である固定ミ
ラー１９とで構成されている。上記可動ミラー２０は、
入射光光軸Ｏ1 に対して角度θMだけ傾斜して配置され
ている。また、上記撮影光学系１０７内でのミラー反射
回数は偶数回になるように構成されており、撮像素子１
２上の像を正立像としている。

【０１３５】図２３の光路図に示すように開口絞り１０
９は、結像レンズ１０８の物体側焦点Ｆ108 に位置して
おり、撮影光学系１０７は、像面に対してテレセントリ
ック系となっている。

【０１３６】撮影しようとする被写体３の近傍に設定し
た複数の物体面ＰW 上の物体１０３からの被写体光線
は、入射光光軸Ｏ1 上の結像レンズ１０８で屈折し、可
動ミラー２０で反射光光軸Ｏ2 方向に反射され、さら
に、固定ミラー１９で反射されて撮像素子１２上に像１
０５として結像する。

【０１３７】なお、図２３等において、異なる位置にあ
る物体面自体、および、その点像に対応してスラッシュ
と位置を示す添え字/1〜/3を付し、また、可動ミラー２
０の各駆動位置Ｍ1 〜Ｍ3 にあるときの像にはハイフン
と添え字-1〜-3を付して以下の説明を行う。

【０１３８】可動ミラー２０が基準位置Ｍ2 にある場合
は、物体１０３/1〜１０３/3から発した光は、像１０５
/1-2〜１０５/3-2として結像する。そして、撮像素子１
２上に合焦するのは、像１０５/2-2であり、像１０５/1
-2および像１０５/3-2は、焦点ボケの像となる。

【０１３９】次に、可動ミラー２０が結像レンズ１０８
に接近し、位置Ｍ3 に到達すると、物体１０３/1〜１０
３/3から発した光は、光軸方向にΔｚc だけずれて、像
１０５/1-3〜１０５/3-3として結像する。撮像素子１２
上に合焦するのは像１０５/3-3であり、像１０５/1-3お
よび像１０５/2-3は、焦点ボケの像となる。さらに、反
射光軸Ｏ2-3が、反射光軸Ｏ2-2に対して像平面方向にΔ
ｘc だけずれるので、像全体１０５/1,2,3-3 も、像１
０５/1,2,3-2 からΔｘc だけずれる。

【０１４０】また、可動ミラー２０が結像レンズ１０８
から離間し、位置Ｍ1 に到達すると、物体１０３/1〜１
０３/3から発した光は、像１０５/1-1〜１０５/3-1とし
て結像する。すなわち、撮像素子１２上に合焦するのは
像１０５/1-1で、像１０５/2-1および像１０５/3-1は焦
点ボケの像となる。さらに、反射光軸Ｏ2-1が、反射光
軸Ｏ2-2に対して像平面方向にΔｘc だけずれるので、
像全体１０５/1,2,3-1も像１０５/1,2,3-2からΔｘc だ
けずれる。

【０１４１】上述のように本実施の形態の画像入力装置
によると、可動ミラー２０のみを移動するだけで、撮像
光学系の合焦位置を動かすことができる。その合焦位置
の移動により図２４に示すように被写界深度の深い（図
２４ではΔＺｂで示す）画像を取り込むことができる。

【０１４２】上記画像入力装置における像の光軸方向の
ずれ量Δｚc と、像平面方向のずれ量Δｘc は、可動ミ
ラーの移動距離ΔＺM とすると、 Δｘc ＝２・ΔＺM ・ｓｉｎθM ……（１２） Δｚc ＝２・ΔＺM ／ｃｏｓθM ……（１３）となる。

【０１４３】一方、物体１０３/2〜１０３/3間の距離を
ΔＺW 、撮像光学系１０７の横倍率β107 とすると、像
の光軸方向のずれ量Δｚc は、次式で示され、 Δｚc ＝β107²・ΔＺW ……（１４）となる。

【０１４４】従って、式（１３），（１４）より、上記
物体間の距離ΔＺW は、 ΔＺW ＝２・ΔＺM ／（ｃｏｓθM ・β107²） ……（１５）となる。式（１５）は、横倍率β107 が小さいほど、可
動ミラー２０の僅かな動きでも物体側での大きな焦点移
動が得られることを示している。この特性は、前記第１
実施の形態の画像入力装置の場合と同様である。

【０１４５】実際の撮影に際しては、図２３において被
写体である物体１０３/1〜１０３/3の範囲の被写界深度
を得るためには、可動ミラー２０が位置Ｍ1 、Ｍ2 、Ｍ
3 にあるときに、上記各物体１０３/1，１０３/2，１０
３/3の像が撮像素子１２上に合焦することから、可動ミ
ラー２０は、少なくとも位置Ｍ2 を中心とする２・ΔＺ
M の両側振幅で振動させる必要がある。望ましくは、２
・ΔＺM よりも大きな振幅、例えば、位置Ｍ2 を中心と
する４・ΔＺM 以上の両側振幅で振動させるならば、好
適である。

【０１４６】以上のように構成された本実施の形態の画
像入力装置の撮影動作について、上記図２２〜２４、お
よび、図２５〜図３２を用いて説明する。なお、図２５
は、可動ミラーの振動波形を示す図である。また、図２
６〜３０は、各経過時間での被写体像の照度分布および
点像の広がりのイメージを示した図である。図３１は、
上記図２６〜３０で得られた被写体像の光量を加算した
状態を示す図であり、図３２は、図３１で得られた加算
データを回復処理して得られた被写体画像データの照度
分布および広がりのイメージを示した図である。

【０１４７】本実施の形態の画像入力装置において撮影
を行う場合、撮影する被写体である物体１０３の近傍に
複数の物体面ＰW を設定する。例えば、図２４に示すよ
うに設定物体面としてＰW1，ＰW2，ＰW3を設定する。そ
して、物体１０３の例として、物体面ＰW1，ＰW2，ＰW3
上にある点光源被写体１０３/1，１０３/2，１０３/3を
用いる。また、可動ミラー２０の振動波形は、図２５に
示す正弦波であって、その移動位置Ｍ1 、Ｍ2 、Ｍ3
は、それぞれ点光源被写体１０３/1，１０３/2，１０３
/3に合焦する位置とする。

【０１４８】上述の状態でＶＣＭ１３を駆動し、可動ミ
ラー２０を最大振幅Ｂc で振動させて、経過時間ｔ0 ，
ｔ1 ，ｔ2 ，ｔ3 ，ｔ4 毎に撮像素子１２からの出力信
号をＡ／Ｄ変換回路２２に取り込む。なお、上記経過時
間ｔ0 ，ｔ1 ，ｔ2 ，ｔ3 ，ｔ4 にて可動ミラー２０
は、位置Ｍ0 ，Ｍ1 ，Ｍ2 ，Ｍ3 ，Ｍ4 に位置する。

【０１４９】図２６〜３０は、それぞれ経過時間ｔ0 〜
ｔ4 にて可動ミラー２０が上記位置Ｍ0 ，Ｍ1 ，Ｍ2 ，
Ｍ3 ，Ｍ4 にあるときの撮像素子１２上の各点像１０５
のボケ具合の変化を示す像と、ｘ軸、および、ｙ軸に沿
って示した照度分布Ｉtn（ｘ，ｙ）の経時変化を示した
ものである。

【０１５０】経過時間ｔ＝ｔ0 においては、図２６に示
すように像１０５/1-0〜１０５/3-0の全てがぼけてい
て、かつ、そのｘ座標は、ｘ＝ｘ0 −２・Δｘc である。

【０１５１】経過時間ｔ＝ｔ1 においては、図２７に示
すように像１０５/1-1が合焦し、像１０５/2-1、１０５
/3-1はぼけている。また、ｘ座標は、ｘ＝ｘ0 −Δｘc となり、上記経過時間ｔ＝ｔ0 のときよりも＋方向にず
れる。

【０１５２】さらに、経過時間ｔ＝ｔ2 においては、図
２８に示すように像１０５/2-2が合焦し、像１０５/1-
2、１０５/3-2は、ぼけている。また、ｘ座標は、ｘ＝ｘ0 であり、経過時間ｔ＝ｔ1 のときよりもさらに＋方向に
ずれる。

【０１５３】経過時間ｔ3 においては、図２９に示すよ
うに像１０５/3-3が合焦しており、像１０５/1-3，１０
５/2-3がぼけている。さらに、経過時間ｔ4 において
は、図３０に示すようにすべての像１０５/1-4，１０５
/2-4，１０５/3-4がぼけている。このようにして、経過
時間ｔ0 〜ｔ4 の間に像１０５は、その結像位置（ｘ座
標）とボケ具合が変化していく。

【０１５４】続いて、上記照度分布Ｉt0（ｘ，ｙ）〜Ｉ
t4（ｘ，ｙ）の変化をもつ画像データが加算処理回路２
３で加算処理される。図３１には、撮像素子１２面のｘ
−ｙ平面上において加算された状態での分布と、ｘ，ｙ
軸に関する照度分布ΣＩ（ｘ，ｙ）の画像データが示さ
れている。なお、図３１の１０５/1，１０５/2，１０５
/3は、加算画像である。この画像には、非合焦状態の被
写体像信号による低周波の空間周波数成分も含まれてい
る。

【０１５５】次に、回復処理回路２４にて回復処理が行
われる。図３２は、上記回復処理後の画像データのｘ
軸，ｙ軸に関する強度分布Ｉ01（ｘ，ｙ）を示してお
り、被写体である物体１０３/1 ，１０３/2 ，１０３/3
の全てに合焦した被写界深度の深い画像１１７が得ら
れることを示している。

【０１５６】上記回復処理により得られた画像のうち、
中心のｙ＝ｙ2 の位置の画像以外の画像１１７/1 ，１
１７/3 にはボケ像成分１１７/1 ′，１１７/3 ′が残
存するが、これは軽微であって実際的には支障はない。
なお、上記加算処理回路２３による加算処理と、回復処
理回路２４による回復処理については、図３４〜３９を
用いて後で詳細に説明する。

【０１５７】前記第１の実施の形態の画像入力装置の場
合、光路中に配設されるハーフミラーによって、光線の
透過率が低下することが考えられる。しかし、本実施の
形態の画像入力装置の場合は、ハーフミラーを用いない
ことから結像レンズ１０８に入射した光線を実質的な損
失のない状態で撮像素子１２上に結像させることができ
る。従って、本実施の形態の方式では高感度の画像入力
が可能である。

【０１５８】また、本実施の形態の画像入力装置におい
ては、中間結像を行わないので、フィールドレンズや第
２結像レンズを必要とない。すなわち、結像光学系とし
ては結像レンズ１０８のみで足りるので、構成部品点数
を少なく、低コストで製作できるというメリットがあ
る。

【０１５９】次に、本発明の第４実施の形態の画像入力
装置について説明する。図３３は、本実施の形態の画像
入力装置のカメラヘッド２０６のブロック構成図であ
る。前記第３の実施の形態の装置の撮影光学系１０７に
対して、本実施の形態の画像入力装置における撮影光学
系２０７では、対物レンズと中間結像レンズの間に開口
絞りを配設している点が異なり、対物レンズの作動距離
を大きくとることができる。

【０１６０】すなわち、本装置のカメラヘッド２０６に
内蔵される撮影光学系２０７は、結像光学系として上述
したように対物レンズ２０８と、偏心中間結像レンズ２
０９と、最終段の結像レンズ２１０と、開口絞り２１１
と、さらに、可動ミラー２０、および、ミラー１７によ
り構成される。なお、カメラヘッド２０６に内蔵される
他の構成要素であるＶＣＭ１２と撮像素子１２、また、
本画像入力装置を構成するＣＣＵ２とモニタ２７等は、
前記図１の第１の実施の形態の画像入力装置のものと同
一のものとする。

【０１６１】本実施の形態の画像入力装置においては、
被写体３から発した光線は、対物レンズ２０８で屈折し
て略平行光線となり、開口絞り２１１を透過し、さら
に、中間結像レンズ２０９で可動ミラー２０の反射面近
傍に中間像を結像する。そして、可動ミラー２０の反射
面で反射し、中間結像レンズ２０９で再び略平行光線に
屈折され、ミラー１７で反射し、結像レンズ２１０で最
終像を撮像素子１２上に結像する。ここで、開口絞り２
１１は、中間結像レンズ２０９の物体側焦点Ｆ209 に位
置しているので、中間結像レンズ２０９は、中間結像に
対してテレセントリックである。

【０１６２】本実施の形態の画像入力装置においても、
ＶＣＭ１３を駆動して、焦点を移動した画像を複数枚取
り込み、それらの画像を加算処理し、さらに、回復処理
を施すことによって、被写界深度の深い画像を得るが、
その処理過程は、前記第３の実施の形態の装置の場合と
同様である。

【０１６３】前記第３実施の形態の装置の場合は、撮影
レンズ系として撮影レンズ１０８のみを用い、かつ、像
に対してテレセントリックにするために、開口絞り１０
９を撮影レンズ１０８と被写体３の間に置かなければな
らなかった。これに比べて、本実施の形態の装置におい
ては、開口絞り２１１を対物レンズ２０８と中間結像レ
ンズ２０９の間に位置させているので、被写体３に対す
る作動距離を、より大きくすることができる。

【０１６４】なお、上述の第３および第４の実施の形態
の画像入力装置における加算処理回路と回復処理回路の
処理動作は、既に図１５，１６，１７等を用いて説明し
た第１の実施の形態の画像入力装置における処理動作と
同様である。そこで、上記第３および第４の実施の形態
の実施の形態の装置における回復処理に適用される回復
フィルタの設計方法を図３４〜３９等を用いて述べる。

【０１６５】まず、加算像がどのような照度分布とパワ
ースペクトルを有するかについて説明する。図３１に示
した加算像１０５/2のボケパターンの拡大図を図３４に
示す。ただし、ここでは、可動ミラー２０の変位が±Δ
ＺM となる範囲の積算画像であるとして説明するが、積
算範囲がより大きい場合であっても、以下の手法を同様
に適用することができる。

【０１６６】加算像１０５/2は、図３４に示すように８
の字型になる。ミラーの変位が±ΔＺM となる、つま
り、円形のボケ径が最大となる場合のボケ半径ｒc は、
結像側開口数をＮＡとすると、式（１３）を用いて次の
ようになる。すなわち、となる。

【０１６７】ここで、像の中心を原点とする極座標系
（ｒ，θimg ）を適用すると、ボケ直径が最大になるの
はθimg ＝０の場合で、そのボケ幅の値ａは、ａ＝２（Δｘc ＋ｒc ）＝２（２ΔＺM ・ｓｉｎθM ＋２ＮＡ・ΔＺM ／ｃｏｓθM ）＝４ΔＺM （ｓｉｎθM ＋ＮＡ／ｃｏｓθM ） ……（１７）となる。

【０１６８】また、ボケ直径が最小になるのは角度θim
g ＝π／２の場合で、その最少幅の値ｂはエアリ・ディ
スク径となり、波長をλとすると、ｂ＝１．２２λ／ＮＡ ……（１８）となる。

【０１６９】ボケ径が大きく変化する角度θimg の値を
θc とすると、角度θc は、 θc ＝ｓｉｎ^-1（ＮＡ／（ｃｏｓθM ・ｓｉｎθM ））……（１９）となる。なお、θimg ＝θc におけるボケ直径は、２ｒ
c である。

【０１７０】ボケ径は、０≦θimg ≦θc の範囲で徐々
に減少し、θimg がθc を越えると大幅に減少し、θc
＜θimg ≦π／２の範囲で再度徐々に減少する。この様
子を、ｒ方向の照度分布として表したのが、図３５のΣ
Ｉ（ｒ，θimg ）である。図３５より、角度θimg ＝０
において、ボケが大きく広がり、角度θimg ＝π／２に
おいてはボケが全くないことがわかる。これらの曲線
は、本光学系固有の点像分布関数を表している。

【０１７１】これらの点像分布関数をフーリエ変換する
と、図３６のようなパワースペクトル曲線Ｈ（μ，θim
g ）が得られる。これらは本撮影光学系のコントラス
ト、すなわち、光学的伝達関数（ＯＴＦ）を表している
ことに他ならない。図３６より明らかなように、角度θ
img ＝π／２においては理想的な合焦像と同様の伝達関
数を有するが、角度範囲０°≦θimg ＜π／２において
は、コントラストが低下している。これらの低下したコ
ントラストを、回復処理によって補えば、角度θimg の
値と無関係に理想的なコントラストが得られる。

【０１７２】理想的には、回復フィルタのゲイン特性Ｖ
１（μ，θimg ）を、Ｖ1 （μ，θimg ）＝Ｈ（μ，π／２）／Ｈ（μ，θimg ） ……（２０）とすれば、回復処理の演算式の、Ｈ01（μ，θimg ）＝Ｈ（μ，θimg ）×Ｖ1 （μ，θimg ）……（２１）によって、理想的に回復されたＯＴＦ特性Ｈ01（μ，θ
img ）が得られる。これによって得られる画像の照度分
布Ｉ01（ｒ，θimg ）からはボケが取り除かれ、焦点の
合った画像となる。ただし、図３２の１１７/1，１１７
/3に示したように、被写体距離によっては、ボケ１１７
/1′，１１７/3′は完全に除かれない。これは、図３１
の１０５/1，１０５/2，１０５/3を比べれば明らかなよ
うに、被写体距離によって加算画像上のボケが部分的に
大きくなり、その部分が回復フィルターによっても取り
除かれないことを示している。しかし、実際上、そのよ
うなボケは、信号レベル自体が極めて低いので、画質へ
の影響は軽微である。

【０１７３】ここで、改めて照度分布ΣＩ（ｒ，θimg
）とスペクトルＨ（μ，θimg ）の特性を見ると、角
度θimg がθc を越える時には大幅に変化するが、０≦
θimg≦θc およびθc ＜θimg ≦π／２の範囲では、
変化が少ないことがわかる。

【０１７４】そこで、回復フィルタのゲイン特性Ｖ2
（μ，θimg ）を、簡略的に、Ｖ2 （μ，θimg ）＝１（θc ＜θimg ≦π／２の範囲）……（２２）Ｖ2 （μ，θimg ）＝Ｈ（μ，π／２）／Ｈ（μ，θc ）（０≦θimg ≦θc の範囲）……（２３）とすると、そのパワースペクトルは図３７のようにな
る。上記特性Ｖ2 を用い、同様の回復処理演算として、Ｈ02（μ，θimg ）＝Ｈ（μ，θimg ）×Ｖ2 （μ，θimg ）……（２４）を行うと、回復されたＯＴＦのＨ02（μ，θimg ）は、
図３８のようになる。この場合、θimg ＝π／２，θc
においては理想的に回復されるが、それ以外の条件で
は、僅かにＯＴＦが低下する（図３８では、代表値とし
てθimg ＝０の場合を示している）。

【０１７５】こうして得られる画像の照度分布Ｉ02
（ｒ，θimg ）は、図３９のようになる。すなわち、角
度θimg ＝π／２，θc においては、理想的な点像分布
となり、それ以外の条件、例えば、角度θimg ＝０の場
合では、若干のボケの成分が残存することになるが、実
際的にはこの程度の簡略化した回復フィルターであって
も、充分な画質が得られる。

【０１７６】上記回復フィルターの設計作業には、加算
画像のパワースペクトルＨ（μ，θimg ）のデータが必
要である。そのためには、まず、光学系結像シュミレー
ション・ソフトにより、実際の光学系での点像分布関数
ΣＩ（ｒ，θimg ）を求め、これに２次元フーリエ変換
処理を施すことで求めることができる。もちろん、この
ような計算的手法ではなく、実際の装置において、テス
トチャート等を撮影し、回復処理を試みながら、回復フ
ィルタを求める手法も有効である。

【０１７７】次に、本発明の第５実施の形態の画像入力
装置について説明する。本実施の形態の画像入力装置
は、前記図１に示す第１実施の形態の装置のカメラヘッ
ド１に対して図４０のブロック構成図に示すカメラヘッ
ド３０６を適用するものであって、ＶＣＭ１３と可動ミ
ラー２０を用いず、複数枚の固定ミラー群を用いた撮影
光学系を適用するものである。そして、本実施の形態装
置では電気回路による加算処理を必要とせず、また、Ｖ
ＣＭを必要としないことから図１に示したＣＣＵ２中の
加算処理回路２３とＶＣＭドライバ２５は不要となる。
上述の構成以外は、前記図１に示した第１の実施の形態
の装置のものと同一とする。

【０１７８】本実施の形態の画像入力装置のカメラヘッ
ド３０６は、撮影光学系３０７と撮像素子１２で構成さ
れる。そして、上記撮影光学系３０７は、結像光学系と
して対物レンズ３０８と、中間結像レンズ３０９と、最
終段の結像レンズ３１０と、開口絞り３１１と、ミラー
群３１２と、ハーフミラー１５とにより構成される。

【０１７９】上記ミラー群３１２は、最後方部に配設さ
れる１枚の全反射ミラーＨＭ1 と、上記ＨＭ1 の前に配
設される３枚のハーフミラーＨＭ2 ，ＨＭ3 ，ＨＭ4 よ
りなる。それらミラーＨＭ1 ，ＨＭ2 ，ＨＭ3 ，ＨＭ4
は、互いに平行、かつ、間隔ΔＺHMで撮影光学系３０７
の本体に固定して配置されており、ＶＣＭ等で振動駆動
する必要はない。また、上記開口絞り３１１は、中間結
像レンズ３０９の物体側焦点Ｆ３０９に位置しているの
で、中間結像レンズ３０９は、中間結像に対してテレセ
ントリックである。

【０１８０】さらに、本実施の形態の画像入力装置にお
いては、前記第３，４実施の形態の装置のように時系列
的な焦点移動画像を取り込むのではなく、ミラー群３１
２により同時的に焦点移動画像が撮像素子１２上に結像
される。その像はすでに焦点移動がなされ、しかも、加
算された像であって、前記図１０に示す画像に相当する
像である。したがって、図１のＣＣＵ２の加算処理回路
２３が不要となる。

【０１８１】本実施の形態の装置においては、上述のよ
うにＶＣＭと加算処理回路を必要としないが、それはミ
ラー群３１２の働きによる。そのミラー群３１２の作用
について、以下、説明する。図４０のミラー群における
光線の反射状態を示す図において、被写体３から発した
光線は、対物レンズ３０８で屈折して略平行光線とな
り、絞り開口３１１とハーフミラー１５を透過し、さら
に、中間結像レンズ３０９によりミラー群３１２中のハ
ーフミラーＨＭ2 の近傍に中間像が結像する。そして、
ミラー群３１２の各反射面で反射された光線は、中間結
像レンズ３０９で再び略平行光線となってハーフミラー
１５で反射し、結像レンズ３１０により撮像素子１２上
に最終像が結像される。

【０１８２】ミラー群３１２に入射した光線は、ハーフ
ミラーＨＭ4 ，ＨＭ3 ，ＨＭ2 では一部の光線が透過
し、一部が反射される。全反射ミラーＨＭ1 では全てが
反射される。図４１は、ミラー群３１２における光線の
反射の様子をより詳細に示した図である。上記各反射光
を、反射した面に対応して反射光Ｌｒ1 ，Ｌｒ2 ，Ｌｒ
3 ，Ｌｒ4 と呼ぶとすると、反射光Ｌｒn と反射光Ｌｒ
n+1 との間には距離２・ΔＺHMの光路差が生じ、反射光
Ｌｒ1 と反射光Ｌｒ4 の間には距離６・ΔＺHMの光路差
を生じることになる。

【０１８３】上記各反射光により得られた最終像は、例
えば、前記第１の実施の形態の装置の場合であればＶＣ
Ｍ１３を振幅±３・ΔＺHMの範囲だけ振動駆動して得た
画像を積算した画像と同様のものになる。従って、撮像
素子１２からの出力信号をＡ／Ｄ変換し、加算処理する
ことなく回復処理を施せば、被写界深度の深い画像が得
られる。

【０１８４】なお、本実施の形態の装置においては、ミ
ラー群３１２の全反射ミラーＨＭ1およびハーフミラー
ＨＭ2 ，ＨＭ3 ，ＨＭ4 の反射率を最適化することと、
間隔ΔＺHMの値を最適化することが必要である。まず、
反射率の最適化について、以下に説明する。

【０１８５】図４１の本装置のように１枚の全反射ミラ
ーと３枚（あるいは、任意の枚数ｋ枚の場合でも同様）
のハーフミラーを重ねた場合、各反射面で反射した光線
の強度が互いに等しいことが望ましい。したがって、ま
ずはミラー群３１２の内部で１回だけ反射して射出する
光線の各ミラー面に対応する強度に着目し、各光線の強
度を等しくすることが望ましい。すなわち、Ｌｒ1 ＝Ｌｒ2 ＝Ｌｒ3 ＝…＝Ｌｒn ＝Ｌｒn+1 ＝…＝Ｌｒk ……（２５）を満たすことが望ましい。

【０１８６】式（２５）を満たすためには、第ｎ反射面
の反射率をＲn とし、第（ｎ＋１）反射面の反射率をＲ
n+1 とすると、次式の関係を満足する必要がある。

【０１８７】Ｒn+1 ＝（１−Ｒn+1 ）²・Ｒn ……（２６）従って、

【数２】となる。上記式（２７）に基づいて、各ミラーＨＭ1 ，
ＨＭ2 ，ＨＭ3 ，ＨＭ4の反射率および値（１−Ｒn ）
で示される透過率を求めた結果を表１に示す。

【０１８８】

【表１】

【０１８９】ところで、ミラー群３１２からの射出光線
の反射回数は、１回とは限らない。図４２，４３の反射
状態図に一例を示すように、３回反射する射出光の反射
モードも多数存在する。そのときの反射面は、複数のハ
ーフミラーによるそれぞれの反射面を含んで構成される
ことによりその位置が同時的に複数異なって設定され
る。その同時的に複数異なって設定される反射面のうち
少なくとも一のものは、上記複数のハーフミラーの当該
入射面への入射光線が上記複数のハーフミラー中を透過
および反射する過程で順次３回以上反射して結果的に上
記入射面から当該射出光線として射出するときの上記入
射光線と射出光線との関係から規定される一の実効的な
反射面である仮想反射面であるその場合、図４２，４３
に示すように全反射ミラーＨＭ1 で１回反射した光路よ
りもさらに長い光路を経ることになる。この３回反射光
の射出光線中の比率を計算し、１回反射光と合わせて示
したのが図４４である。図中の仮想反射面ＨＭ0 ，ＨＭ
-1，ＨＭ-2は、図４２，４３に示すような仮想的反射面
であり、全反射ミラーＨＭ1 での反射よりもさらに光路
が長くなる。

【０１９０】上記仮想反射面ＨＭ0 での反射率は、図４
４に示すように１回反射光の６割程度の強度を有し、十
分に結像作用に寄与する。したがって、本実施の形態の
装置においては、中間像位置として、ミラー群のミラー
ＨＭ2 位置を中心位置として仮想反射面ＨＭ0 からハー
フミラーＨＭ4 までの±２ΔＺHMの範囲だけミラー駆動
させて得られた画像を積算した場合とほぼ同等の加算画
像が得られる。この場合、光線Ｌｒ0 と光線Ｌｒ4 の間
には距離８・ΔＺHMの光路差を生じることになる。

【０１９１】上述のように本実施の形態の装置において
は、加算処理回路、ＶＣＭ、ＶＣＭドライバを必要とせ
ず、かつ、機械的な駆動を必要としないので、深い被写
界深度で撮影できる画像入力装置の低コスト化と小型化
が可能となり、装置として高い信頼性のものを実現でき
る。

【０１９２】また、高倍率の顕微鏡等でこの種の装置を
実現するためには、中間結像面において、すでに十分に
拡大されていることが、光学的な収差補正上、有利であ
る。しかし、その場合、焦点移動のために中間結像面の
ミラーに与えるべき変位量が、大きくなってしまう。こ
のような場合は、ＶＣＭ等でミラーを振動させるより
も、本実施の形態の複数枚のミラーを配置する方式を採
用した方が有利となる。本実施の形態の装置の方式なら
ば、大きな振動変位を与えることなく、ミラー間隔ΔＺ
HMの値を大きくして全反射ミラーおよびハーフミラーを
撮影光学系本体に固定するだけでよいので、極めて簡単
な構成で実現できる。また、振動による画像ブレも生じ
ない。

【０１９３】さらに、本実施の形態の画像入力装置にお
いては、ミラー群３１２を構成するハーフミラーの数を
増減して、被写界深度の拡大幅を任意に選ぶことは容易
に可能である。また、前記図３３に示した第４実施の形
態の画像入力装置におけるＶＣＭ１３，可動ミラー２
０、および、ＶＣＭドライバ２５をミラー群３１２に置
き換えることも有効である。

【０１９４】次に、本発明の第６実施の形態の画像入力
装置について説明する。本実施の形態の画像入力装置
は、１つの結像光学系を用いるものであって、平面鏡を
振動駆動し、その反射面が光軸に対して直交しているこ
とを特徴とするものである。

【０１９５】図４５は、本実施の形態の画像入力装置を
構成するカメラヘッド４０６のブロック構成図を示す。
なお、本画像入力装置を構成するカメラヘッド４０６以
外のＣＣＵ，モニタ等は、前記第１の実施の形態の装置
で適用したものと同一とする。

【０１９６】図４５に示すように、本画像入力装置のカ
メラヘッド４０６は、主に撮影光学系４０７と、ＶＣＭ
１３と、撮像素子１２とで構成される。ＶＣＭ１３と、
撮像素子１２とは、前記第１の実施の形態の装置で適用
したものと同一とする。

【０１９７】上記カメラヘッド４０６においては、被写
体３から発した光線が撮影光学系４０７に取り込まれ
て、対物レンズ４０８と開口絞り４１１と結像レンズ４
０９とハーフミラー１５とを透過する。その透過光は、
ＶＣＭ１３によってＤ0 方向に振動駆動される平面鏡の
可動ミラー２０にて反射され、さらに、ハーフミラー１
５で反射され、撮像素子１２上に結像する。

【０１９８】上記開口絞り４１１は、結像レンズ４０９
の焦点Ｆ409 に位置すると同時に、対物レンズ４０８の
焦点Ｆ408 に位置しているので、撮影光学系４０７は、
物体側と像側の双方に対してテレセントリックである両
側テレセントリック光学系を形成している。したがっ
て、開口絞り４１１の中心を通る主光線Ｌ1 は物体側で
も光軸Ｏと平行な光線Ｌ0 であり、像側でも光軸Ｏと平
行な光線Ｌ2 となる。

【０１９９】上記撮像素子１２を介して取り込まれた焦
点移動した像の加算処理および回復処理は、既に図１
５，１６，１７等を用いて説明した第１の実施の形態の
画像入力装置における処理動作と同様である。

【０２００】上述したように本実施の形態の画像入力装
置は、前記第１の実施の形態の装置では結像光学系とし
て２つの光学系を用いるのに対して１つの結像光学系の
みを適用するものであって、中間結像を行わず、１回目
の結像を直接撮像素子１２上に結像させている。したが
って、占有スペ−スも少なくなり、コスト上も有利にな
る。また、光学的にも光学系の収差を少なく抑えること
ができる。また、光学系が物体側でもテレセントリック
であるので撮影画像により被写体の寸法を測定するよう
な測定器としての応用に適している。

【０２０１】なお、用途によっては、光学系が物体側で
テレセントリックである必要のない場合もあり、そのよ
うな場合は、像側のみのテレセントリック光学系を用い
ればよい。

【０２０２】次に、上記第６の実施の形態の画像入力装
置の変形例について説明する。図４６は、上記変形例に
おける撮影光学系５０７の結像レンズ４０９以降の構成
を示す図である。本変形例の装置の撮影光学系５０７に
おいては、可動ミラー２０に替えてミラー群３１２を適
用する。上記ミラー群３１２は、前記図４０に示した第
５実施の形態の装置に適用したミラー群３１２と同様の
ミラーであり、１枚の全反射ミラーＨＭ１と、３枚のハ
ーフミラーＨＭ２，ＨＭ３，ＨＭ４で構成される。

【０２０３】以上のように構成された本変形例の画像入
力装置によれば、前記第６の実施の形態の画像入力装置
の効果に加えて、さらに、ミラーの振動駆動部を必要と
しないので、振動によるブレをなくすことができる。ま
た、ＶＣＭ，ＶＣＭドライバ，加算処理回路等が不要で
あり、構造をシンプルにすることができ、装置の信頼性
も向上させることができる。

【０２０４】

【発明の効果】上述のように本発明の請求項１記載の画
像入力装置によれば、焦点位置を移動させる手段が平面
鏡であるので、動作を高速化することができ、さらに、
コストを抑えることができる。

【０２０５】本発明の請求項２記載の画像入力装置によ
れば、請求項１記載の画像入力装置の効果に加えて、焦
点を位置を移動させても像の位置が左右上下方向にずれ
ない。したがって、加算処理後の画像も位置ずれのない
画像となる。

【０２０６】本発明の請求項３記載の画像入力装置によ
れば、請求項２記載の画像入力装置の効果に加えて、中
間像の倍率を小さくすれば、平面鏡の僅かな変位で大き
な焦点移動をさせることができる。したがって、アクチ
ュエータやその駆動系の負担を軽減できる。なお、中間
像の倍率は、最終像の倍率に関わりなく任意に決めるこ
とができる。

【０２０７】本発明の請求項４記載の画像入力装置によ
れば、請求項３記載の画像入力装置の効果に加えて、平
面鏡駆動信号の振幅を変えるだけで、焦点移動範囲を容
易に変えることができる。また、後述する請求項５の画
像入力装置では焦点移動範囲を変更するために平面鏡群
そのものを交換する必要があるが、本画像入力装置では
その必要がない。

【０２０８】本発明の請求項５記載の画像入力装置によ
れば、請求項３記載の画像入力装置の効果に加えて、機
械的な駆動を行わないので不要な振動、例えば、像ぶれ
等を生じない。また、アクチュエータや駆動回路を持た
ないので、装置のコストを安く、また、信頼性を向上さ
せることができる。

【０２０９】本発明の請求項６記載の画像入力装置によ
れば、請求項５記載の画像入力装置の効果に加えて、３
回以上の反射を用いた仮想的な反射面も用いるので、１
回反射のみを用いた場合よりも実質的により広い範囲で
焦点移動および積算した像が得られる。

【０２１０】本発明の請求項７記載の画像入力装置によ
れば、請求項２記載の画像入力装置の効果に加えて、光
学系が１つであるので、光学系が２つの場合よりコスト
を安くできる。

【０２１１】本発明の請求項８記載の画像入力装置によ
れば、請求項７記載の画像入力装置の効果に加えて、平
面鏡駆動信号の振幅を変えるだけで、焦点移動範囲を容
易に変えることができる。

【０２１２】本発明の請求項９記載の画像入力装置によ
れば、請求項７記載の画像入力装置の効果に加えて、機
械的な駆動を行わないので不要な振動、例えば、像ぶれ
等を生じない。また、アクチュエータや駆動回路を持た
ないので、装置のコストを安く、また、信頼性を向上さ
せることができる。

【０２１３】本発明の請求項１０記載の画像入力装置に
よれば、請求項９記載の画像入力装置の効果に加えて、
３回以上の反射を用いた仮想的な反射面も用いるので、
１回反射のみを用いた場合よりも実質的により広い範囲
で焦点移動および積算した像が得られる。

【０２１４】本発明の請求項１１記載の画像入力装置に
よれば、請求項７記載の画像入力装置の効果に加えて、
テレセントリック光学系を用いることにより、各反射に
より撮像される像の倍率が変わらないので、撮影，加算
された画像は回復処理を行いやすい。

【０２１５】本発明の請求項１２記載の画像入力装置に
よれば、請求項１記載の画像入力装置の効果に加えて、
光路を曲げるためにハーフミラーやビームスプリッタが
ないので、全反射面が光学系光軸に直交するものに比較
して光量の損失が少ない。

【０２１６】本発明の請求項１３記載の画像入力装置に
よれば、請求項１２記載の画像入力装置の効果に加え
て、中間像の倍率を小さくすれば、平面鏡の僅かな変位
で大きな焦点移動をさせることができる。したがって、
アクチュエータやその駆動系の負担を軽減できる。な
お、中間像の倍率は、最終像の倍率に関わりなく任意に
決めることができる。

【０２１７】本発明の請求項１４記載の画像入力装置に
よれば、請求項１３記載の画像入力装置の効果に加え
て、平面鏡駆動信号の振幅を変えるだけで、焦点移動範
囲を容易に変えることができる。

【０２１８】本発明の請求項１５記載の画像入力装置に
よれば、請求項１３記載の画像入力装置の効果に加え
て、機械的な駆動を行わないので不要な振動、例えば、
像ぶれ等を生じない。また、アクチュエータや駆動回路
を持たないので、装置のコストを安く、また、信頼性を
向上させることができる。

【０２１９】本発明の請求項１６記載の画像入力装置に
よれば、請求項１５記載の画像入力装置の効果に加え
て、３回以上の反射を用いた仮想的な反射面も用いるの
で、１回反射のみを用いた場合よりも実質的により広い
範囲で焦点移動および積算した像が得られる。

【０２２０】本発明の請求項１７記載の画像入力装置に
よれば、請求項１２記載の画像入力装置の効果に加え
て、光学系が１つであるので、光学系が２つの場合より
コストを安くできる。

【０２２１】本発明の請求項１８記載の画像入力装置に
よれば、請求項１７記載の画像入力装置の効果に加え
て、平面鏡駆動信号の振幅を変えるだけで、焦点移動範
囲を容易に変えることができる。また、請求項５の画像
入力装置では焦点移動範囲を変更するために平面鏡群そ
のものを交換する必要があるが、本画像入力装置ではそ
の必要がない。

【０２２２】本発明の請求項１９記載の画像入力装置に
よれば、請求項１７記載の画像入力装置の効果に加え
て、機械的な駆動を行わないので不要な振動、例えば、
像ぶれ等を生じない。また、アクチュエータや駆動回路
を持たないので、装置のコストを安く、また、信頼性を
向上させることができる。

【０２２３】本発明の請求項２０記載の画像入力装置に
よれば、請求項１９記載の画像入力装置の効果に加え
て、３回以上の反射を用いた仮想的な反射面も用いるの
で、１回反射のみを用いた場合よりも実質的により広い
範囲で焦点移動および積算した像が得られる。

【０２２４】本発明の請求項２１記載の画像入力装置に
よれば、請求項１７記載の画像入力装置の効果に加え
て、テレセントリック光学系を用いることにより、各反
射により撮像される像の倍率が変わらないので、撮影，
加算された画像は回復処理を行いやすい。

【０２２５】本発明の請求項２２記載の画像入力装置に
よれば、請求項１２記載の画像入力装置の効果に加え
て、相互に平行な異なる全反射面が光学系の光軸に直交
しない姿勢に設定される光学系による加算像は、ＯＴＦ
特性に角度依存性があり、回転非対称であるが、このよ
うな加算像でも本画像入力装置のフィルタを用いれば回
復処理が可能となる。

【０２２６】本発明の請求項２３に記載の画像入力装置
構成によれば、光学系が焦点調整手段を持っていなくと
も撮像面に結像する物体面を光軸方向に動かすことがで
き、被写界深度の浅い光学系を用いたとしても、光軸方
向における被写体の様々な像を容易に撮像することがで
きる。また、ミラーを移動させることによって、従来の
レンズを移動させる構造よりも高速な物体面の移動が可
能となる。さらに、ミラーを往復運動させると連続的に
被写体像を取り込むことができ、また、上記往復運動の
変位幅の中心を中間像面と同じにすると、光学系の性能
を最大限に発揮でき、例えば、収差を抑えることができ
る。

【０２２７】本発明の請求項２４に記載の画像入力装置
構成によれば、請求項２３に記載の画像入力装置の効果
に加えて、さらに、ハーフミラーを用いることによっ
て、上記ミラーを光軸上に直交する一枚のミラーで構成
することができ、装置の低価格化と軽量化が実現でき
る。

【０２２８】本発明の請求項２５に記載の画像入力装置
構成によれば、請求項２３に記載の画像入力装置の効果
に加えて、複数の最終像がミラーの位置に応じた様々な
物体面での被写体の像情報を有しており、これらの情報
を用いて像の再構成を行うことによって、被写界深度の
深い被写体像を得ることが可能になる。

【０２２９】本発明の請求項２６の画像入力装置によれ
ば、請求項２５に記載の画像入力装置の効果に加えて、
複数の最終像を加算した後に空間周波数フィルタリン
グ、例えば、ＨＰＦ（ハイパスフィルタ）で画像帯域の
調整を行うことによって、加算した最終像から除去した
いぼけ部分、すなわち、帯域の低い画像情報成分を除去
することができ、結果として被写界深度の深い被写体像
を得ることが可能となる。

【０２３０】本発明の請求項２７記載の画像入力装置に
よれば、請求項２３、または、請求項２４に記載の画像
入力装置の効果に加えて、何れかの光学系をテレセント
リックにすることによって、最終像の倍率をかえること
なく、ミラーの位置の変化に伴い、物体面位置を光軸方
向に動かことができ、これにより、各物体面における被
写体の高精度に回復処理された像を撮像することができ
る。

【０２３１】本発明の請求項２８記載の画像入力装置に
よれば、請求項２７に記載の画像入力装置の効果に加え
て、さらに中間像に対するテレセントリック系を保った
まま、最終像面の結像させる被写体の像倍率を変化させ
ることができ、倍率変化が要求される顕微鏡等にも応用
することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態である画像入力装置
のブロック構成図。

【図２】図１の画像入力装置に適用される撮像光学系の
光路図。

【図３】図２の光路図において、ミラー部を展開して示
した等価的な光路展開図。

【図４】図１の画像入力装置に適用されるＶＣＭの構造
を示す要部断面図。

【図５】図１の画像入力装置における被写体と撮像光学
系と可動ミラーの関係を示す図。

【図６】図１の画像入力装置に適用される可動ミラーの
振動波形を示す図。

【図７】図１の画像入力装置において、ある経過時間で
の被写体像の照度分布をｘ軸に対して示した図。

【図８】図１の画像入力装置において、次の経過時間で
の被写体像の照度分布をｘ軸に対して示した図。

【図９】図１の画像入力装置において、さらに、次の経
過時間での被写体像の照度分布をｘ軸に対して示した
図。

【図１０】図７，図８，図９で得られた被写体像の照度
分布値を加算したデータを示す図。

【図１１】図１０で得られた加算データを回復処理を施
して得られた被写体画像データを強度分布で示す図。

【図１２】本発明の第２の実施の形態の画像入力装置に
適用される撮像光学系の構成図。

【図１３】上記第１の実施の形態の画像入力装置の第１
の変形例のブロック構成図。

【図１４】上記第１の実施の形態の画像入力装置の第２
の変形例のブロック構成図。

【図１５】上記第１の実施の形態の装置等にも適用可能
である加算処理回路と回復処理回路とを内蔵したＣＣＵ
の例を示すブロック構成を示す図。

【図１６】上記第１の実施の形態の第１の変形例にも適
用可能な回復処理回路を有するＣＣＵの例を示すブロッ
ク構成を示す図。

【図１７】図１５の回復処理回路の一つの具体例を示す
ブロック構成図。

【図１８】図１５の回復処理回路の他の具体例を示すブ
ロック構成図。

【図１９】図１５の回復処理回路における回復フィルタ
の設計手順を示す図であって、光軸方向距離に対する波
面を示す図。

【図２０】図１５の回復処理回路における回復フィルタ
の設計手順を示す図であって、空間周波数に対するＯＴ
Ｆを示す。

【図２１】図１５の回復処理回路における回復フィルタ
の設計手順を示す図であって、（Ａ）は、合成ＯＴＦを
示し、（Ｂ）は、焦点が合っている場合のＯＴＦを示
し、（Ｃ）は、回復フィルタのＯＴＦを示す。

【図２２】本発明の第３の実施の形態の画像入力装置の
ブロック構成図。

【図２３】図２２の画像入力装置の撮影光学系の光路
図。

【図２４】図２２の画像入力装置における被写体と撮像
光学系と可動ミラーの関係を示す斜視図。

【図２５】図２２の画像入力装置の可動ミラーの振動波
形を示す図。

【図２６】図２２の画像入力装置における経過時間ｔ0
での被写体像の照度分布および点像の広がりのイメージ
を示す図。

【図２７】図２２の画像入力装置における経過時間ｔ1
での被写体像の照度分布および点像の広がりのイメージ
を示す図。

【図２８】図２２の画像入力装置における経過時間ｔ2
での被写体像の照度分布および点像の広がりのイメージ
を示す図。

【図２９】図２２の画像入力装置における経過時間ｔ3
での被写体像の照度分布および点像の広がりのイメージ
を示す図。

【図３０】図２２の画像入力装置における経過時間ｔ4
での被写体像の照度分布および点像の広がりのイメージ
を示す図。

【図３１】図２２の画像入力装置において、図２６〜３
０で得られた被写体像の光量を加算した状態での被写体
像の照度分布および点像の広がりのイメージを示す図。

【図３２】図２２の画像入力装置において、図３１で得
られた加算データを回復処理して得られた被写体画像デ
ータの照度分布および広がりのイメージを示す図。

【図３３】本発明の第４の実施の形態の画像入力装置に
おけるカメラヘッドのブロック構成図。

【図３４】図２２の画像入力装置における図３１の加算
像のボケパターンの拡大図。

【図３５】図２２の画像入力装置における図３１の加算
像のｒ方向の照度分布を示す図。

【図３６】図２２の画像入力装置における図３１の加算
像のパワースペクトル曲線を示す図。

【図３７】図２２の画像入力装置における回復フィルタ
のパワースペクトルを示す図。

【図３８】図２２の画像入力装置において回復処理され
た回復画像のＯＴＦを示す図。

【図３９】図２２の画像入力装置において回復処理され
た回復画像の照度分布を示す図。

【図４０】本発明の第５の実施の形態の画像入力装置の
カメラヘッドのブロック構成図。

【図４１】図４０の画像入力装置のミラー群による光線
の反射状態を示す図。

【図４２】図４０の画像入力装置のミラー群による光線
の３回反射の一例の反射状態を示す図。

【図４３】図４０の画像入力装置のミラー群による光線
の３回反射の他の一例の反射状態を示す図。

【図４４】図４０の画像入力装置におけるミラー群の各
ミラーの反射光の射出光線中の比率を示す図。

【図４５】本発明の第６の実施の形態の画像入力装置の
カメラヘッドの構成を示す図。

【図４６】図４５の画像入力装置の変形例の撮影光学系
の結像レンズ以降の構成を示す図。

【符号の説明】

３，３/1〜３/3……被写体４，４/1〜４/3……中間像５，５/1〜５/3……最終像，被写体像１１ａ，３１ａ……第１の光学系（第１の部分の光学
系，光学系）１１ｂ，３１ｂ……第２の光学系（第２の部分の光学
系，光学系）１２，１２′，５２……撮像素子（撮像装置）１３……ＶＣＭ（ミラー駆動手段）２０……可動ミラー（振動的に変位する平面鏡）２３，５４……加算回路（被写界深度調整要素，加算要
素）２４，５７……回復処理回路（被写界深度調整要素，回
復処理要素）３２……可動ダハミラー（振動的に変位する平面鏡）１０３，１０３/1〜１０３/3……物体（被写体）１０５，１０５/1-1〜１０５/3-3……像（最終像，被写
体像）１０８……結像レンズ（光学系）２０８，３０８，４０８……対物レンズ（光学系）２０９，３０９……中間結像レンズ（光学系）２１０，３１０，４０９……結像レンズ（光学系）３１２……ミラー群（複数のハーフミラー）ＨＭ2 ，ＨＭ3 ，ＨＭ4 ……ハーフミラー（複数のハー
フミラー）ＨＭ0 ，ＨＭ-1，ＨＭ-2……仮想反射面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０４Ｎ 5/225 Ｈ０４Ｎ 5/225 ＺＧ０２Ｂ 21/00 // Ｇ０２Ｂ 21/00 21/36 21/36 Ｇ０６Ｆ 15/64 ３２０Ｃ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】異なる焦点位置を順次的に又は同時的に
存在せしめるべく相互に並行な異なる反射面が順次的に
又は同時的に設定され得るように構成された光学系と、上記光学系の異なる焦点位置のうちの該当する数の、乃
至は、範囲の焦点位置に対応するものとして該光学系に
より形成される上記該当する数の、乃至は、範囲に相応
する被写体像を当該撮像面で撮像して該被写体像を表わ
す画像情報を得るための撮像装置と、上記撮像装置により得た上記該当する数の乃至は範囲に
相応する被写体像を表わす画像情報に依拠して上記光学
系の一の焦点位置における被写界深度よりも深い被写界
深度に相応する画像を再構成するための被写界深度調整
要素と、を備えてなることを特徴とする画像入力装置。
【請求項２】上記相互に並行な異なる反射面は、何れ
も上記光学系の光軸に直交するように設定されるもので
あることを特徴とする請求項１記載の画像入力装置。
【請求項３】上記光学系は当該被写体の中間像を形成
する第１の部分の光学系と該中間像に基づく最終像を形
成する第２の部分の光学系とを含んで構成され、上記中
間像が形成される位置、乃至、その近傍位置に上記反射
面が設定されるように構成されたことを特徴とする請求
項２記載の画像入力装置。
【請求項４】上記反射面は、振動的に変位する平面鏡
によって構成されることによりその位置が順次的に異な
って設定されるように構成されたものであることを特徴
とする請求項３記載の画像入力装置。
【請求項５】上記反射面は、複数のハーフミラーによ
るそれぞれの反射面を含んで構成されることによりその
位置が同時的に複数異なって設定されるように構成され
たものであることを特徴とする請求項３記載の画像入力
装置。
【請求項６】上記同時的に複数異なって設定される反
射面のうち少なくとも一のものは、上記複数のハーフミ
ラーの当該入射面への入射光線が上記複数のハーフミラ
ー中を透過および反射する過程で順次３回以上反射して
結果的に上記入射面から当該射出光線として射出すると
きの上記入射光線と射出光線との関係から規定される一
の実効的な反射面である仮想反射面であることを特徴と
する請求項５記載の画像入力装置。
【請求項７】上記光学系は、中間像を結ぶことなく当
該被写体の像を上記撮像面上に結像するように構成され
た一つの光学系をなすものであることを特徴とする請求
項２記載の画像入力装置。
【請求項８】上記反射面は、振動的に変位する平面鏡
によって構成されることによりその位置が順次的に異な
って設定されるように構成されたものであることを特徴
とする請求項７記載の画像入力装置。
【請求項９】上記反射面は、複数のハーフミラーによ
るそれぞれの反射面を含んで構成されることによりその
位置が同時的に複数異なって設定されるように構成され
たものであることを特徴とする請求項７記載の画像入力
装置。
【請求項１０】上記同時的に複数異なって設定される
反射面のうち少なくとも一のものは、上記複数のハーフ
ミラーの当該入射面への入射光線が上記複数のハーフミ
ラー中を透過および反射する過程で順次３回以上反射し
て結果的に上記入射面から当該射出光線として射出する
ときの上記入射光線と射出光線との関係から規定される
一の実効的な反射面である仮想反射面であることを特徴
とする請求項９記載の画像入力装置。
【請求項１１】上記反射面に入射する上記光学系の各
主光線は、ほぼ平行であることを特徴とする請求項７記
載の画像入力装置。
【請求項１２】上記相互に平行な異なる反射面は、何
れも上記光学系の光軸に直交しない姿勢に設定されるも
のであることを特徴とする請求項１記載の画像入力装
置。
【請求項１３】上記光学系は当該被写体の中間像を形
成する第１の部分の光学系と該中間像に基づく最終像を
形成する第２の部分の光学系とを含んで構成され、上記
中間像が形成される位置、乃至、その近傍位置に上記反
射面が設定されるように構成されたことを特徴とする請
求項１２記載の画像入力装置。
【請求項１４】上記反射面は、振動的に変位する平面
鏡によって構成されることによりその位置が順次的に異
なって設定されるように構成されたものであることを特
徴とする請求項１３記載の画像入力装置。
【請求項１５】上記反射面は、複数のハーフミラーに
よるそれぞれの反射面を含んで構成されることによりそ
の位置が同時的に複数異なって設定されるように構成さ
れたものであることを特徴とする請求項１３記載の画像
入力装置。
【請求項１６】上記同時的に複数異なって設定される
反射面のうち少なくとも一のものは、上記複数のハーフ
ミラーの当該入射面への入射光線が上記複数のハーフミ
ラー中を透過および反射する過程で順次３回以上反射し
て結果的に上記入射面から当該射出光線として射出する
ときの上記入射光線と射出光線との関係から規定される
一の実効的な反射面である仮想反射面であることを特徴
とする請求項１５記載の画像入力装置。
【請求項１７】上記光学系は中間像を結ぶことなく当
該被写体の像を上記撮像面上に結像するように構成され
た一つの光学系をなすものであることを特徴とする請求
項１２記載の画像入力装置。
【請求項１８】上記反射面は、振動的に変位する平面
鏡によって構成されることによりその位置が順次的に異
なって設定されるように構成されたものであることを特
徴とする請求項１７記載の画像入力装置。
【請求項１９】上記反射面は、複数のハーフミラーに
よるそれぞれの反射面を含んで構成されることによりそ
の位置が同時的に複数異なって設定されるように構成さ
れたものであることを特徴とする請求項１７記載の画像
入力装置。
【請求項２０】上記同時的に複数異なって設定される
反射面のうち少なくとも一のものは、上記複数のハーフ
ミラーの当該入射面への入射光線が上記複数のハーフミ
ラー中を透過および反射する過程で順次３回以上反射し
て結果的に上記入射面から当該射出光線として射出する
ときの上記入射光線と射出光線との関係から規定される
一の実効的な反射面である仮想反射面であることを特徴
とする請求項１９記載の画像入力装置。
【請求項２１】上記反射面に入射する上記光学系の各
主光線は、ほぼ平行であることを特徴とする請求項１７
記載の画像入力装置。
【請求項２２】上記被写界深度調整要素は、上記撮像
装置により得た上記該当する数の、乃至は、範囲に相応
する被写体像を表わす画像情報に依拠して一の画像を再
構成するに際して２次元空間周波数フィルタリングを施
すための回復処理要素を有し、且つ、この回復処理要素
の２次元空間周波数フィルタリング特性が空間周波数座
標の原点に対して回転非対称な特性を呈するようになさ
れたものであることを特徴とする請求項１２記載の画像
入力装置。
【請求項２３】観察する被写体近傍に設定した物体面
と光学的に共役な位置関係にある中間像面に中間像を結
像する第１の光学系と、上記中間像面に向かって上記第１の光学系から到達する
光線を第２の光学系の光軸方向に反射するミラーと、上記ミラーが反射した光線を入射させ、上記中間像面と
光学的に共役な位置関係にある最終像面に最終像を結像
する上記第２の光学系と、上記最終像面に自己の撮像面に位置するように配置され
た撮像手段と、上記ミラーの位置を上記第１の光学系の光軸方向に変化
させるミラー駆動手段と、を備えてなることを特徴とする画像入力装置。
【請求項２４】上記第１の光学系の光路中にハーフミ
ラーを配置し、上記ミラーで反射した光線をさらに上記
ハーフミラーで反射させ、その光軸上に上記第２の光学
系を配置することを特徴とする請求項２３記載の画像入
力装置。
【請求項２５】さらに上記ミラー駆動手段の駆動動作
に連携して、異なる物体面に焦点の合った複数の最終像
を上記撮像手段で撮像し、この撮像した最終像の情報を
用いて被写界深度の深い被写体像を再構成する被写界深
度調整要素を有することを特徴とする請求項２３記載の
画像入力装置。
【請求項２６】上記被写界深度調整要素は、上記撮像手段が撮像した複数の最終像を加え合わせる加
算要素と、上記加算要素が加え合わせた画像に対して空間周波数フ
ィルタリングによる回復処理を施す回復処理要素と、からなることを特徴とする請求項２５記載の画像入力装
置。
【請求項２７】上記第１の光学系、および、第２の光
学系のうち、少なくとも一方は、中間像面に対してテレ
セントリックであることを特徴とする請求項２３、また
は、２４記載の画像入力装置。
【請求項２８】上記最終像面に結像させる被写体の像
倍率を変化させる像倍率変化手段を中間像に対してテレ
セントリックになっていない方の上記第１の光学系、ま
たは、第２の光学系の何れかに有することを特徴とする
請求項２７記載の画像入力装置。