WO2006137355A1

WO2006137355A1 - 多焦点レンズおよび撮像システム

Info

Publication number: WO2006137355A1
Application number: PCT/JP2006/312227
Authority: WO
Inventors: Tsutomu Fujita; Masatomo Kanegae; Misa Sano; Masato Nisizawa; Takuya Imaoka
Original assignee: Riverbell Co., Ltd.; Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2005-06-20
Filing date: 2006-06-19
Publication date: 2006-12-28

Abstract

　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。　複数の焦点距離を持つ多焦点レンズ（例えば２つの焦点距離を持つ多焦点レンズ５２１）を構成するにあたり、第１の焦点距離を持つ複数の第１のレンズ部から、第Ｎ（Ｎは２以上の整数）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を一体化した。この際、例えば円形状や楕円形状の第１のレンズ部を中心として第１～第Ｎのレンズ部を同心状に複数回繰り返して配置した。なお、各レンズ部は、回折レンズにより形成してもよい。

Description

明細書

多焦点レンズおよび撮像システム

技術分野

[0001] 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。

背景技術

[0002] 一般に、電荷結合素子（CCD： Charge Coupled Device)等の画像入力機能を持つ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。

[0003] 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一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)力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。

[0004] 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、手間が力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次元バーコ一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。

[0005] 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力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。

[0006] 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つた画像と、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、ると考えられる。

[0007] 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、る (特許文献 2参照)。

[0008] 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、例えば液晶シャツタ等の光学シャツタをニ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、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。

[0009] 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力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、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。

[0010] 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ぐ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、ずれもにつヽ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ヽる (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。

[0011] 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ぐ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!/ヽる (特許文献 4参照)。

特許文献 1 :特開 2002— 27047号公報（図 1、要約）

特許文献 2 :特開 2002— 123825号公報（図 1、図 3、図 9、要約）

特許文献 3 :欄 2003— 309723号公報（図 1、図 2、図 4、図 7、要約）特許文献 4 :特開 2005— 63323号公報（図 1、図 2、図 5〜図 9、要約）発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0012] 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。

[0013] 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、すなわち光軸に沿う方向から見た面の形状である。以下同様である。）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。

[0014] 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、正面力も見ると、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 9 01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つた点状の像 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。

[0015] 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、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、正面力も見ると、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 91 1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、円形となつている。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 9 12とが重なった状態で、投射像 910が形成されている。

[0016] 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力、または例えばボタンを押したり、スィ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。

[0017] 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、装置の複雑ィ匕ゃ製造コストの増加を招来し、一方、使用者にボタンやスィ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。

[0018] 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。

[0019] 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。

課題を解決するための手段

[0020] 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のレンズ部についての、光軸に沿う方向から見た面の形状は、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のレンズ部についての、光軸に沿う方向力見た面の形状、および第 1のレンズ部以外のレンズ部についての、光軸に沿う方向から見た面の形状は、環状とされていることを特徴とするものである。

[0021] 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」とある力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ぐ例えば、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ぐ第 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ぐ第 1のレンズ部が最も外周側にきてもよい。

[0022] 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。

[0023] 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。

[0024] 従って、多焦点レンズ力も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との相違の如ぐ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)。

[0025] 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。

[0026] 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ヽ平坦面部分により形成されていることが望ましい。

[0027] ここで、「回折レンズを配置して形成される力、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ぐこの場合には、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ヽ。

[0028] 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、あた力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、軽量ィ匕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。

[0029] 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。

[0030] 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さる。

[0031] ここで、「回折レンズ」は、凹レンズによる回折レンズでもよぐ凸レンズによる回折レンズでもよい。

[0032] 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の多焦点レンズにぉヽて、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。

[0033] 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、 400〜4 80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、 X =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。

[0034] 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。

[0035] 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ヽる構成とすることができる。

[0036] 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ぐ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 (光軸力等距離にある位置）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ぐ曲率が一定でな、レンズであってもよ、。

[0037] 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。 [0038] 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。

[0039] 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。

[0040] 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力 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。

[0041] 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、ることが望ま、。

[0042] 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。

[0043] 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、ることが望ま U、。

[0044] 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 (光軸力等距離にある位置）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ぐ曲率が一定でな、レンズであってもよ、。

[0045] 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ー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。

[0046] 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。

[0047] 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ヽて、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点力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。

[0048] 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。

[0049] 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 X 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っ、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。

[0050] Q (x, y) = l/c- (W(0, 0) -c) /c^P°^wer

(x=0, y=0の場合）

= -W(x, y) /c^POWer

(x=0, y=0以外の場合）

(1)

A(s, t) =∑ ∑ Q (s-h, t-k) Z (h, k)

h k

(2)

ここで、 xおよび yは整数で、（l— M)≤x≤(M—l)、（1ー】）≤ ≤(1 1)でぁり、5 および tは自然数で、 l≤s≤M、 l≤t≤Jであり、 hおよび kは自然数で、 l≤h≤M、 l≤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 fonctio n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っヽ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つ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、∑ は、 h= 1〜Mの和であり、∑ は、 k= l〜Jの和で

h k

ある。

[0051] 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 XJ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!/、ての（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 (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。

[0052] Q (x, y) = l/W (0, 0)

m, ] m, ]

(x=0, y=0の場合） = -W ( - X, -y) /W (0, 0)^p

m, j m, j

(x=0, y=0以外の場合）

(1，）

A(m, j) =∑ ∑ Q (x, y) Z (m+x, j +y)

x y m, j

(2，）

ここで、 xおよび yは整数で、（l— M)≤x≤(M—l)、（1 J)≤y≤(j—1)であり、 mおよび jは自然数で、 l≤m≤M l≤j≤Jであり、 W (x, y)は、（2M—l f (2J

m, j

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

m, ] m, ]

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'フアンクシヨン行列であり、 W (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、 W ( - 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、 W (0, 0)のべき乗数となる実数で、 l≤power≤2であり、∑ は、x= (l— M)〜（M—l)の和でぁり、∑ は、 y= (l—J)〜(！—1)の和である。

y

[0053] また、畳み込み演算行列記憶手段には、各座標 (m, j)につ、ての畳み込み演算行列 Q のうち光軸位置力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 Q 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 Q の各要

m, ] m, j 素 Q (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 Q の各要素 Q (X, y)の値については、畳み込み演算行列回転算出手段を m, ] m, ]

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 Q の各要素 Q (X, y)の値の配置を光軸位置を中心として回転させ

m, ] m, ]

ることにより算出するようにしてもよい。

[0054] 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ぐ 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べるべィ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、。

[0055] 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。

[0056] ペ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!/、な!、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)を行つて算出される。）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、縦横の各方向にっ、て一個置きにし力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。

[0057] 前者のように、ペ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。

[0058] 後者のように、べィ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 W 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 W 'を作成した後、これらの W'または W '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で要素数力分の 1となる畳み込み演算行列 Q ，または Q ，の各要素の値を算出してもよぐあるいは欠落要素のないモノクロのポ m, j

イント 'スプレッド 'ファンクション行列 Wまたは W に基づき、式（1)または式（1，）を m, j

用いて、欠落要素のない畳み込み演算行列 Qまたは Q 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 Q から、行数および列数がそれぞれ 2分の 1で要素数力分の 1となる畳み込み演算行列 Q'または Q 'を作成してもよい。こ m, j

の際、いずれの手順で求めた畳み込み演算行列 Q'または Q '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 Q ' 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。

[0059] 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 W から、行数および列数がそれぞれ 2分の 1で要素数力分の 1となる W'または W m, ] m, ]

'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 XW(u- 1, v- l) +b XW(u- l, v) +a XW(u- l, v+ l) +b XW(u, v— 1) +W(u, v) + b XW(u, v+ l) +a XW(u+ l, v— 1) +b X W(u+ 1, v) +a XW(u+ l, v+ 1 )と、う式により、 W，（u，， v，）を求めること力できる。ここで、 f列えば、、 a=0. 25、b = 0 . 5等とすることができる力 a = b = 0として W，（u，， v' ) =W(u, v)としてもよい。また、W から W '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 Q から、行数および列数がそれぞれ 2分の 1で要素数力分の 1となる畳み込み演算行列 Q 'または Q 'を作成する場合も同様である。

[0060] 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!ヽて、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点力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。

[0061] 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 ZHに対し、逆フーリエ変換、あるいは逆 FFT等を行い、逆関数 1ZH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。 [0062] 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とした力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で要素数力分の 1となる畳み込み演算行列 Q，または Q '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 1ZHのフィルタ係数列を求める場合も同様である。

発明の効果

[0063] 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。

図面の簡単な説明

[0064] [図 1]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。

[図 2]第 1実施形態の多焦点レンズの詳細構成図。

[図 3]第 1実施形態にぉ、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。

[図 4]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。

[図 5]本発明の第 2実施形態の多焦点レンズの詳細構成図。

[図 6]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。

[図 7]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。

[図 8]本発明の第 3実施形態の多焦点レンズの詳細構成図。

[図 9]第 3実施形態の多焦点レンズによる撮影状態の説明図。

[図 10]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。

[図 11]本発明の第 4実施形態の多焦点レンズの詳細構成図。

[図 12]第 4実施形態の多焦点レンズによる撮影状態の説明図。

[図 13]第 4実施形態の多焦点レンズの製造方法の説明図。

[図 14]本発明の第 5実施形態の多焦点レンズの詳細構成図。

[図 15]第 5実施形態の多焦点レンズによる撮影状態の説明図。

[図 16]本発明の第 6実施形態の多焦点レンズの詳細構成図。

[図 17]第 6実施形態の多焦点レンズによる撮影状態の説明図。

[図 18]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。

符号の説明

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

発明を実施するための最良の形態 [0066] 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。

[0067] [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。

[0068] 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。

[0069] 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。

[0070] 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、すなわち光軸に沿う方向から見た面の形状)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, 23 B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

[0071] 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 V、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。

[0072] 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ぐ例えば、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。

[0073] 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)ゃ電 1可結合ナ (CCD： Chargeし oupl ed 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 X横方向 J画素であるものとする（図 3参照)。

[0074] 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。 [0075] Q (x, y) = l/c- (W(0, 0) -c) /c^P°^wer

(x=0, y=0の場合）

= -W(x, y) /c^POWer

(x=0, y=0以外の場合）

(1)

ここで、 xおよび yは整数で、（l— M)≤x≤(M—l)、（1ー】）≤ ≤(1 1)でぁり、5 および tは自然数で、 l≤s≤M、 l≤t≤Jであり、 hおよび kは自然数で、 l≤h≤M、 l≤k≤Jである。

[0076] 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 fonction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, 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〖こより構成されている。

[0077] 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 W 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 Q となるが、各座標 (m, j)についての畳み込み演算行列 Q 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、光軸位置カゝ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 Q 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。 [0078] 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、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、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、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。

[0079] 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、 pow er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。

[0080] 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、う仮定を置!ヽて、る。

[0081] 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。

[0082] 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。

[0083] 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力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。

[0084] 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。

[0085] 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。

[0086] A(s, t) =∑ ∑ Q (s-h, t k) Z (h, k)

h k

(2)

ここで、∑ は、 h= l〜Mの和であり、∑ は、 k= l〜Jの和である。 [0087] 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— RO M、 CD-R, CD-RW, DVD-ROM, DVD— RAMゝ FDゝ磁気テープ、あるいはこれらの組合せ等を採用することができる。

[0088] 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。

[0089] 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。

[0090] 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。

[0091] 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、る。

[0092] 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。

[0093] 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ヽる。 [0094] 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, 2 3B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。

[0095] 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。

[0096] 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 2 1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力多焦点レンズ 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。

[0097] 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さる。

[0098] [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、被写界深度の近点力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 2 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。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。

[0099] 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, 22 2C, 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ィ匕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, 223Diま、同'、状【こ酉己置されて！/、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。

[0100] 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, 222 C, 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。

[0101] 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ぐ例えば、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。

[0102] 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。

[0103] 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 2 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 228を配置した場合の光学結像系を示して、る。

[0104] 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 22 2A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, 2 23B, 223C, 223Dによる円環状の像 252, 253, 254, 255力 Sこの川頁に中、力ら外周方向に向力つて並ぶ状態でピントのぼけた像が投射される。

[0105] 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、る。

[0106] 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 22 3A, 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。

[0107] 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。

[0108] 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つ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 2 3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力 S同心状に複数個投影される。

[0109] 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。

[0110] 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'スブレッド '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。従つて、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。

[0111] 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。

[0112] 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、ピントの合つた点状の像 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【こお、て、近レンズ咅 223を構成する環状レンズ咅 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 2 1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 )、値が小さくなつ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。

[0113] 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 2 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 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力多焦点レンズ 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。

[0114] 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さる。

[0115] [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。

[0116] 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、被写界深度の近点力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とを備えてヽる。

[0117] 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、る。このうち、主レンズ 324は、図 8に示すように、あた力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。

[0118] 近接撮影用レンズ切出片 326A, 326B, 326C, 326Diま、図 8【こ示すよう【こ、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。

[0119] 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, 32 6D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= l . 5〜1. 8程度である。

[0120] 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 3 25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咅分 325B, 325C, 325D, 325Eとなって!/ヽる。

[0121] 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 325 B, 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力 S酉己置された咅分とにより、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。

[0122] 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, 32 5B, 325C, 325D, 325Eと、ネ甫助レンズ 328とにより、無限遠方力らの光（つまり、標準的な距離にある通常の被写体上の単一輝点力の光)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, 32 6B, 326C, 326Dおよびこれら力酉己置された基盤 325と、ネ ΐ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)。 [0123] 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。

[0124] 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〖こ入射したとすると、光路 L1〜L6のように、光は近接撮影用レンズ切出片 326A, 326B, 3 26C, 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ィ匕された基盤 325により、回折レンズが形成されている。

[0125] 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, 32 6D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, 3 26D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。

[0126] すなわち、空気中を通過する光の波長をえとし、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 Ζηとなり、短 <なる。この際、近接撮影用レンズ切出片 326Α, 326Β, 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。 [0127] m=d/ ( X /n) (3)

m- l = d/ (4)

ά= λ / (η- 1) (5)

ここで、 f列えば、 n= l . 5とすれば、 d= 2 となり、図 10〖こ示した f列となる。この (列では、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, 326 B, 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中の二点鎖線の如ぐ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中の力ゝっこ内）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。

[0128] なお、 f列免ば、、 n= l . 6とすれば、、 d= l . 67 λとなり、 η= 1. 8とすれば、、 d= l . 25 λとなり、 η= 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 326 A, 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ぐこの場合には、 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。

[0129] 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。

[0130] 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、あた力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、軽量ィ匕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。

[0131] [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。

[0132] 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、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。

[0133] 多焦点レンズ 421は、図 11に示すように、あた力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。

[0134] 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、球面レンズでもよぐ非球面レンズでもよい。

[0135] 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)力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よりも曲率が小さぐ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、球面レンズでもよぐ非球面レンズでもよい。

[0136] 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= l. 5〜1. 8程度である。

[0137] そして、近接撮影用レンズ切出片 426A, 426B, 426C, 426D, 426Eと、基盤 42 5のうち近接撮景用レンズ切出片 426A, 426B, 426C, 426D, 426Eカ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 4 27A, 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。

[0138] また、図 12に示すように、無限遠方力もの光 (つまり、標準的な距離にある通常の被写体上の単一輝点力もの光）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 426 A, 426B, 426C, 426D, 426Eおよびこれら力 S酉己置された基盤 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)。

[0139] 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。

[0140] 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、近接撮景用レンズ切出片 426A, 426B, 426C, 426D, 426Eを形成する。

[0141] 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ぐ近接撮影用レンズ 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, 427 Dの断面形状は、略三角形状ではなぐ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ぐ標準撮影用レンズ 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。

[0142] 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、近接撮景用レンズ切出片 426A, 426B, 426C, 426D, 426Eや標準撮景用レンズ切出片 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, 426 B, 426C, 426D, 426Eおよびこれらと一体ィ匕された基盤 425により、回折レンズ力 S 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ィ匕された基盤 425により、回折レンズが形成されている。

[0143] 但し、近接撮景用レンズ切出片 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力 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, 42 7D (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 (光軸カゝ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ぐこの場合には、標準撮影用レンズ切出片の厚み方向の最大寸法力仕切の間隔 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力仕切の間隔 dとなればよい。

[0144] 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ゃ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ぐこの場合には、 1つ置きに配置された近接撮影用レンズ切出片ゃ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。

[0145] 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。

[0146] 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, 4 27D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、あた力もフレネルレンズのような断面形状またはこれに近、断面形状になって、るので、多焦点レンズ 421を全体的に薄くすることができ、軽量ィ匕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さる。

[0147] [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 5 21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。

[0148] 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、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。

[0149] 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、あた力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!/、。

[0150] 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、球面レンズでもよぐ非球面レンズでもよい

[0151] 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、バーコ一ドゃ虹彩や文字等)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、球面レンズでもよぐ非球面レンズでもよい。

[0152] 標準撮景用レンズ切出片 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= l. 5〜1. 8程度である。

[0153] そして、標準撮景用レンズ切出片 526A, 526B, 526C, 526D, 526Eと、基盤 52 5のうち標準撮景用レンズ切出片 526A, 526B, 526C, 526D, 526Eカ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 5 27A, 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。

[0154] 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およびこれら力 S酉己置された基盤 525と、ネ甫助レンズ 52 8とにより、無限遠方力の光 (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)。

[0155] 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。

[0156] 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力ら、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。

[0157] 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 (光軸力ゝ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【こ述べるよう【こ、回折レンズの段差咅分となる。）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。

[0158] 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力 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、標準撮景用レンズ切出片 526A, 526B, 526C, 526D, 526Eのラ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 5 26A, 526B, 526C, 526D, 526Eおよびこれらと一体ィ匕された基盤 525により、回折レンズが形成されている。さら〖こ、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ゃ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ゃ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ぐこの場合には、 1つ置きに配置された標準撮影用レンズ切出片ゃ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。

[0159] 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。

[0160] また、標準撮景用レンズ切出片 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, 5 27D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、あた力もフレネルレンズのような断面形状またはこれに近、断面形状になって、るので、主レンズ 524を全体的に薄くすることができ、軽量ィ匕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。

[0161] 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、ての光軸に平行な面とを、向力、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。

[0162] [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 6 21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。

[0163] 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、 lm程度カゝ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、 50c m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、 7c m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ヽ焦点距離を持つ近レンズ部 623とを備えて、る。

[0164] 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、あた力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。

[0165] 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 lm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、球面レンズでもよぐ非球面レンズでもよい。

[0166] 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 6 27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 (光軸力も等距離にある位置）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、球面レンズでもよぐ非球面レンズでもよい。

[0167] 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= l. 5〜1. 8程度である。

[0168] 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 6 25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。

[0169] 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。

[0170] 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およびこれら力酉己置された基盤 625と、ネ ΐ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力の光）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 627Α, 627Β, 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のレンズ咅としての基盤 625の平坦面咅分 625Α, 625Β, 625Cと、ネ甫助レンズ 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)。

[0171] 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。

[0172] 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。

[0173] 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 (光軸力ゝ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〖こ述べるよう〖こ、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。

[0174] 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力 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〖こ、近接撮影用レンズ切出片 627A, 627B, 627Cのうち隣り合つ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ィ匕された基盤 625により、回折レンズ力 S 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ゃ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ゃ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ゃ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。

[0175] 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 6 21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。

[0176] 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ィ匕された基盤 625により、それぞれ回折レンズが形成され、あた力もフレネルレンズのような断面形状またはこれに近、断面形状になって、るので、主レンズ 624を全体的に薄くすることができ、軽量ィ匕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。

[0177] 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。

[0178] なお、本発明は前記各実施形態に限定されるものではなぐ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。

[0179] 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力それぞれ 2回、 4回であつたが、繰り返し数は、これに限定されるものではなぐ複数回であればよい。なお、図 7で説明した如ぐ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、これよりも近ヽ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。

[0180] 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。

[0181] 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力第 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、。

[0182] 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力第 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ぐ任意である。

[0183] 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ぐ 4以上の焦点距離を持つレンズ部により構成されて、てもよ、。

[0184] 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力は、同一の焦点距離を持つ複数のレンズ部の面積 (平面形状にっ、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ぐ例えば、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。

[0185] 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, 326 B, 326C, 326Dとを一体ィ匕して構成されていた力平板状の基盤と、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ィ匕して主レンズを構成してもよぐこの場合には、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。

[0186] 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）に凸レンズ切出片ゃ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）に凸レンズ切出片ゃ凹レンズ切出片を設けてもよぐあるいは基盤の表裏両面に凸レンズ切出片ゃ凹レンズ切出片を設けてもよい。

[0187] 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ゃ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。

[0188] 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ぐ複数のレンズからなる組合せレンズとしてもよ、。

[0189] 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

Q 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ょヽ。

産業上の利用可能性

[0190] 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、る。

Claims

請求の範囲

[1] 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のレンズ部についての、光軸に沿う方向から見た面の形状は、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のレンズ部についての、光軸に沿う方向から見た面の形状、および前記第 1のレンズ部以外のレンズ部ついての、光軸に沿う方向から見た面の形状は、環状とされている

ことを特徴とする多焦点レンズ。

[2] 請求項 1に記載の多焦点レンズにぉ、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カゝ、または回折レンズの配置されなヽ平坦面部分により形成されて!ヽることを特徴とする多焦点レンズ。

[3] 請求項 2に記載の多焦点レンズにぉ、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。

[4] 請求項 3に記載の多焦点レンズにぉ、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 V、ることを特徴とする多焦点レンズ。

[5] 請求項 2に記載の多焦点レンズにぉ、て、

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、ることを特徴とする多焦点レンズ。

[6] 請求項 5に記載の多焦点レンズにぉ、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。

[7] 請求項 2に記載の多焦点レンズにぉ、て、

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。

[8] 請求項 7に記載の多焦点レンズにぉ、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。

[9] 請求項 2に記載の多焦点レンズにぉ、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力 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。

[10] 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、ることを特徴とする多焦点レンズ。

[11] 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、ることを特徴とする多焦点レンズ。

[12] 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、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点力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っ、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。

[13] 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、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点力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。