[发明专利]摄像装置以及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及摄像装置以及其控制方法，尤其涉及在曝光期间使对焦位置发生变化的摄像装置。

背景技术

一般而言，对于实现景深扩展(以下，称为EDOF)的方式，可以主要示出以下的三个方式。第一方式是指，将所谓相位板的光学元件插入在光学系统，从而使深度方向的模糊均匀。而且，该方式，针对得到的图像，利用预先测定的模糊模式、或通过模拟而计算出的模糊模式，进行图像复原处理。据此，该方式，生成EDOF图像。该方式被称为，Wavefront Coding(以下，称为WFC)(参照非专利文献1)。

第二方式是指，通过设法光圈形状，从而对图像的每个部分区域高精度地进行距离测定。而且，该方式，针对各个部分区域，利用与预先测定的各个距离相对应的模糊模式，进行图像复原处理。据此，该方式，生成EDOF图像。该方式被称为，Coded Aperture(以下，称为CA)(参照非专利文献2)。

第三方式是指，在曝光期间使聚焦透镜或摄像元件变动，从而折叠一律对焦于深度方向的图像(即，与在各个深度使模糊均匀同义)。而且，该方式，针对得到的图像，利用预先测定的模糊模式、或通过模拟而计算出的模糊模式，进行图像复原处理。据此，该方式，生成EDOF图像。该方式被称为，Flexible DOF(以下，称为F-DOF)(参照非专利文献3)。

除了上述的方式以外，还存在以下的方式等：利用透镜的轴上色差来进行深度推定或图像的清晰度检测，并且通过图像处理来生成整体清晰的图像(非专利文献4)；以及使用多重聚焦透镜来使深度方向的模糊均匀，利用预先测定的模糊模式、或通过模拟而计算出的模糊模式，进行图像复原处理(非专利文献5)。但是，在原理上这样的方式所具有的缺点是，与上述的三个方式相比EDOF效果小。

进而，从前还存在所谓Focal Stack的方式。该方式是指，拍摄对焦位置(焦点位置)不同的多幅图像，从各个图像中提取被认为对焦的区域。而且，该方式，通过合成提取的图像，从而生成EDOF图像。在该方式的情况下，由于需要拍摄多幅图像，因此存在的问题是，拍摄所需要的时间较长，以及消耗存储量多。

在所述的三个方式中的第一方式的WFC中，提出了各种各样的种类的相位板。其中，最能够得到EDOF效果的方式有，Cubic Phase Mask(以下，称为CPM)、以及Free-Form Phase Mask(以下，称为FPM)。从复原后的画质(伪影少)的观点来看，FPM被视为有希望(非专利文献6)。但是，WFC共同的缺点是具有这样的性质，即，通过插入相位板，从而导致透镜的光轴外的特性恶化(非专利文献7)。具体而言，与来自正面的入射光相比，针对来自正面以外的入射光，不能得到相等的模糊均匀效果。据此，在图像复原时，若以轴上的模糊模式来进行复原处理，则导致复原后的光轴外的画质劣化。

所述的三个方式中的第二方式的CA，通过利用独特的光圈形状，从而提高距离测定精度。根据该方式本身具有的这样的特性，拍摄后的图像以及复原处理后得到的图像的特定频率成分被丢失。也就是说，该方式具有导致画质劣化的缺点。并且，该方式，一般而言，由于与光圈形状无关而与通常的拍摄方法相比光量少，因此对黑暗的地方进行的拍摄不合适。

所述的三个方式中的第三方式的F-DOF是，其中能够得到最良好的画质的方式，EDOF效果也高。并且，由于轴外特性也依赖于透镜特性本身，因此能够容易提高性能。但是，由于即使在曝光中使对焦位置变动，也需要同一被摄体被折叠在同一图像位置上，因此需要利用像方远心透镜，以作为光学上的条件。

对于所述EDOF技术的应用目的，历史最长的是显微镜用途。在本用途的情况下，由于能够踏踏实实地拍摄静物体，因此从前采用了Focal Stack方式。但是，在该方式的情况下，由于如上所述需要劳力和时间，因此与F-DOF方式的想法一起，被公开在几个文献(专利文献1至4)。对于在显微镜用途上利用F-DOF的方法，公开在曝光中使作为被摄体的试料方变动的情况、以及使透镜镜筒变动的情况。而且，周知的是，在以曝光后的图像复原处理为前提的情况下，若控制变动方法，以总是使图像的模糊均匀，则能够适用使用了单一的模糊模式的图像复原处理方法，因此合理的(专利文献5)。为此，在要变动的对象是摄像元件的情况下，需要以等速度来变动它。并且，在使聚焦透镜变动的情况下，也需要进行与摄像面以等速度变动相当的焦点位移(非专利文献3)。对于变动模式，周知的是，可以是从远方对焦端位置到近方对焦端位置，或与此相反。