CN106993118B - 光学系统及摄像装置 - Google Patents

光学系统及摄像装置 Download PDF

Info

Publication number
CN106993118B
CN106993118B CN201611175309.XA CN201611175309A CN106993118B CN 106993118 B CN106993118 B CN 106993118B CN 201611175309 A CN201611175309 A CN 201611175309A CN 106993118 B CN106993118 B CN 106993118B
Authority
CN
China
Prior art keywords
lens
diaphragm
distance
optical system
photographing element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201611175309.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN106993118A (zh
Inventor
松本慎也
庄沱
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Europa Corp
Original Assignee
Europa Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Europa Corp filed Critical Europa Corp
Publication of CN106993118A publication Critical patent/CN106993118A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106993118B publication Critical patent/CN106993118B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/001—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras
    • G02B13/0055—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras employing a special optical element
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/80—Camera processing pipelines; Components thereof
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0075—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 with means for altering, e.g. increasing, the depth of field or depth of focus
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/005—Diaphragms
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/02—Diffusing elements; Afocal elements
    • G02B5/0273—Diffusing elements; Afocal elements characterized by the use
    • G02B5/0278—Diffusing elements; Afocal elements characterized by the use used in transmission
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G02B7/021—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses for more than one lens
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T5/00—Image enhancement or restoration
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T5/00—Image enhancement or restoration
    • G06T5/20—Image enhancement or restoration using local operators
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/55—Optical parts specially adapted for electronic image sensors; Mounting thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/60—Control of cameras or camera modules

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Lenses (AREA)
  • Camera Bodies And Camera Details Or Accessories (AREA)
  • Studio Devices (AREA)
  • Blocking Light For Cameras (AREA)
  • Lens Barrels (AREA)

Abstract

本发明涉及一种通过在已有的透镜光学系统中设置可拆卸的光扩散板，可廉价而简单地扩大景深的固定焦点型的光学系统及摄像装置。摄像装置(100)包括：光学系统(110)，包含两块以上的透镜(112a)～透镜(112c)、配置于这些透镜之中相邻的任两块之间的光阑(113)、以及配置于比最前方的第1透镜(112a)更前方的位置的光扩散板(115)；以及摄像元件(120)，配置于比最后方的最终透镜(112c)更后方的位置；并且光扩散板(115)包含光扩散面(115b)，从第1透镜(112a)的前面到光阑(113)为止的距离a小于从光阑(113)到摄像元件(120)为止的距离b。

Description

光学系统及摄像装置
技术领域
本发明涉及一种光学系统及摄像装置，特别是涉及一种适合于读取条形码或二维码等信息码的信息码读取装置的光学系统及摄像装置。
背景技术
先前，为了读取条形码或二维码等信息码，已知有如下方法：通过使光学系统的聚焦透镜移动至聚焦位置而对焦的方法；或通过缩小孔径光阑而增大F值，使光学上的景深扩大，由此扩大聚焦范围的方法(例如，参照专利文献2的说明书的背景技术部分)。
而且，还存在有意增大光学系统的球面像差而增大景深的方法。具体而言，还有通过将相位板插入至光学系统内部而有意增大球面像差的方法等(例如，参照专利文献1、专利文献2)。
另一方面，也已经提出了用于利用光学漫射器(光扩散板)记录图像的系统、方法及介质，光学漫射器配置于相机镜头的光圈(光阑)上(例如，参照专利文献3)。
在这里，预先对景深、以及表示光线的方向的弧矢(sagittal)及切线(tangential)进行说明。
图21是景深的概略说明图。
如图21所示，通过F值为F且焦距为f的透镜而与透镜中心相距物体距离s的被摄体面O上的点在与透镜中心相距像距离s′的像面O′上是以点的形式而成像，但是如果与像面O′在前后产生偏离，则以圆的形式而成像。将所述圆称为弥散圆，将被视为对焦的最大直径ε的圆称为容许弥散圆(permissible circle of confusion)。对于与所述容许弥散圆相对应的像面O′侧的范围，将α′1及α′2合称为焦深α′。而且，对于与所述焦深α′相对应的被摄体面O侧的范围，将α1及α2合称为景深α。
而且，所谓弧矢面是包含光轴与主光线的平面，与从面中心呈放射状的方向相对应。所谓切线面是包含主光线且与弧矢面垂直的平面，与同心圆的切线方向相对应。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2003-235794号公报
[专利文献2]国际公开第2009/119838号公报
[专利文献3]日本专利第5567692号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
但是，在如专利文献1或专利文献2所揭示的现有技术中，需要将光学系统自身有意设为像差大的设计，从而此处所承载的光学设计的负荷大。而且，无法作为通常的透镜来使用，需要将其设为无通用性的特殊的光学系统。
而且，在使用相位板的装置中，虽然使光斑直径在光轴方向(焦深附近)上大致均匀，但是无法使图像的中心与周边的光斑差完全一致，特别是在设计上，使弧矢(sagittal)/切线(tangential)光线在各距离上相一致也非常困难。
此外，随着F值相对于打开而增大，视场内的弧矢及切线会产生大的差异，在进行信号处理中的复原时，摄像范围内的包含周边在内的图像状态不成为均匀的状态，从而在整个画面区域内需要读码的场景(scene)中存在性能上的不利。
鉴于现有技术的如上所述的问题，本发明的目的在于提供一种通过在作为摄像装置而预先设计好的透镜光学系统中设置可拆卸的光扩散板，而不使用花费大量开发时间的特殊的光学设计，便可以廉价而简单地扩大景深的固定焦点型的摄像装置、以及这种摄像装置的光学系统。
[解决问题的手段]
为了达成所述目的，本发明的摄像装置包括：光学系统，包括两块以上的透镜、配置于这些透镜之中相邻的任两块之间的光阑、以及配置于比所述透镜之中最前方的第1透镜更前方的位置的光学元件；以及摄像元件，配置于比所述透镜之中最后方的最终透镜更后方的位置；并且所述光学元件包含光扩散面，从所述第1透镜的前面到所述光阑为止的第1距离小于从所述光阑到所述摄像元件为止的第2距离。此外，也可以设为从所述光扩散面到所述光阑为止的第3距离与所述第1距离满足0≤所述第1距离≤所述第3距离的关系。
或者，本发明的摄像装置包括：光学系统，包括两块以上的透镜、配置于这些透镜之中相邻的任两块之间的光阑、以及配置于比所述透镜之中最后方的最终透镜更后方的位置的光学元件；以及摄像元件，配置于比所述光学元件更后方的位置；并且所述光学元件包含光扩散面，从所述透镜之中最前方的第1透镜的前面到所述光阑为止的第1距离大于从所述光阑到所述摄像元件为止的第2距离。此外，也可以设为从所述光扩散面到所述光阑为止的第3距离与所述第2距离满足0≤所述第3距离≤所述第2距离的关系。
在这里，所谓“前面”是指光线向光学系统入射之侧(被摄体侧)，所谓“后面”是指光线从光学系统射出之侧(摄像元件侧)。
根据这种构成的摄像装置，通过在已有的透镜光学系统中设置可拆卸的光扩散板，能够实现可廉价而简单地扩大景深的固定焦点型的摄像装置。
在本发明的摄像装置中，也可以还包括：图像复原处理部，对由所述摄像元件获取的图像数据进行图像处理及复原处理；以及复原图像输出部，输出经所述图像复原处理部复原的图像。
在这里，所述图像复原处理部也可以包含由经扩散而入射至所述摄像元件的点像函数的图案制成的维纳(Wiener)滤波器或者有限脉冲响应(Finite Impulse Response，FIR)滤波器，但是并不限定于这些滤波器。而且，所述光扩散面例如也可以是点对称的圆环构造，并且是不连续的高度间距形状或者透镜形状，但是并不限于这些形状。
本发明的光学系统包括：两块以上的透镜；光阑，配置于这些透镜之中相邻的任两块之间；以及光学元件，配置于比所述透镜之中最前方的第1透镜更前方的位置；并且所述光学元件包含光扩散面，从所述第1透镜的前面到所述光阑为止的第1距离小于从配置于比所述透镜之中最后方的最终透镜更后方的位置的摄像元件到所述光阑为止的第2距离。
或者，本发明的光学系统包括：两块以上的透镜；光阑，配置于这些透镜之中相邻的任两块之间；以及光学元件，配置于比所述透镜之中最后方的最终透镜更后方的位置；并且所述光学元件包含光扩散面，从所述透镜之中最前方的第1透镜的前面到所述光阑为止的第1距离大于从配置于比所述光学元件更后方的位置的摄像元件到所述光阑为止的第2距离。
根据这种构成的光学系统，可以实现适合于如上所述的摄像装置的光学系统。
[发明的效果]
根据本发明的摄像装置，通过在已有的透镜光学系统中设置可拆卸的光扩散板，能够实现可廉价而简单地扩大景深的固定焦点型的摄像装置。
而且，根据本发明的光学系统，可以实现适合于如上所述的摄像装置的光学系统。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1的摄像装置100的概略构成的框图。
图2是将摄像装置100的光学系统110加以放大的剖面图。
图3是用于说明扩大景深的原理的光学系统110的概略构成图。
图4(a)是光扩散板115的立体图。图4(b)是光扩散板115的前视图。图4(c)是光扩散板115的局部剖面图。图4(d)是作为光扩散板115的变形例的光扩散板115A的局部剖面立体图。
图5(a)、图5(b)是分别表示在光学系统110中没有光扩散板115时及有光扩散板115时，距离与点扩散函数(PSF：Point spread function)的关系的图。
图6(a)是光扩散板115的扩散角度σ的概略说明图。图6(b)是表示摄像元件120上的PSF的角度分布的曲线图。
图7是图像复原处理部150中所使用的图像复原滤波器的概略说明图。
图8(a)是用于说明在光阑113打开时，光学系统110的因画面内像高而产生的性能劣化的光学系统110的概略构成图。图8(b)是例示调制传递函数(modulation transferfunction，MTF)的空间频率特性的曲线图。图8(c)是针对每个弧矢及切线分别例示因像高而产生的MTF的变化的曲线图。图8(d)是针对每个弧矢及切线分别例示MTF的空间频率特性的曲线图。
图9(a)是用于说明当F值大时，光学系统110的因画面内像高而产生的性能劣化的光学系统110的概略构成图。图9(b)是切线的性能劣化大于弧矢的情况的意象图。图9(c)是针对每个弧矢及切线分别例示因像高而产生的MTF的变化的曲线图。图9(d)是针对每个弧矢及切线分别例示MTF的空间频率特性的曲线图。
图10是表示光学系统110的具体设计例的概略图。
图11(a)、图11(b)是分别例示没有光扩散板115时与有光扩散板115时的光学特性的曲线图。
图12是有光扩散板115时的光学模拟结果。
图13(a)是在光学系统110为a＞b的关系(不符合实施方式1)时，针对摄像元件120上的周边的每个弧矢及切线通过模拟而分别求出因像高而产生的MTF的变化的曲线图。图13(b)是在相同的情况下，针对摄像元件120上的轴中心及周边的每个弧矢及切线通过模拟而分别求出MTF的空间频率特性的曲线图。
图14(a)是在光学系统110为a＜b的关系(符合实施方式1)时，针对摄像元件120上的周边的每个弧矢及切线通过模拟而分别求出因像高而产生的MTF的变化的曲线图。图14(b)是在相同的情况下，针对摄像元件120上的轴中心及周边的每个弧矢及切线通过模拟而分别求出MTF的空间频率特性的曲线图。
图15(a)是在光学系统110为a＞b的关系(不符合实施方式1)并且F值大(F8.0)的情况下，针对摄像元件120上的周边的每个弧矢及切线通过模拟而分别求出因像高而产生的MTF的变化的曲线图。图15(b)是在相同的情况下，针对摄像元件120上的轴中心及周边的每个弧矢及切线通过模拟而分别求出MTF的空间频率特性的曲线图。
图16(a)是在光学系统110为a＜b的关系(符合实施方式1)并且F值大(F8.0)的情况下，针对摄像元件120上的周边的每个弧矢及切线通过模拟而分别求出因像高而产生的MTF的变化的曲线图。图16(b)是在相同的情况下，针对摄像元件120上的轴中心及周边的每个弧矢及切线通过模拟而分别求出MTF的空间频率特性的曲线图。
图17是本发明的实施方式2的摄像装置的光学系统210的剖面图。
图18(a)是在光学系统210为a＜b的关系(不符合实施方式2)时，针对摄像元件120的周边的每个弧矢及切线通过模拟而分别求出因像高而产生的MTF的变化的曲线图。图18(b)是在相同的情况下，针对摄像元件120的轴中心及周边的每个弧矢及切线通过模拟而分别求出MTF的空间频率特性的曲线图。
图19(a)是在光学系统210为a＞b的关系(符合实施方式2)时，针对摄像元件120上的周边的每个弧矢及切线通过模拟而分别求出因像高而产生的MTF的变化的曲线图。图19(b)是在相同的情况下，针对摄像元件120上的轴中心及周边的每个弧矢及切线通过模拟而分别求出MTF的空间频率特性的曲线图。
图20(a)是作为本发明的实施方式1的摄像装置100的光学系统110的变形例的光学系统110A的剖面图。图20(b)是本发明的实施方式2的摄像装置的光学系统210的剖面图。
图21是景深的概略说明图。
附图标记说明：
100：摄像装置
110、110A：光学系统
111、211：透镜镜筒
111a、211a：接环部
111b、211b：滤波槽
112a、212a：第1透镜
112b、212b：第2透镜
112c：第3透镜(最终透镜)
113：光阑
114：固持器
115、115A：光扩散板
115a：光扩散板的前面
115b：光扩散面
120：摄像元件
130：A/D转换器
140：图像处理部
141：RAW图像存储器
142：卷积运算部
150：图像复原处理部
151：反卷积运算部
160：复原图像输出部
210：光学系统
212c：第3透镜
212d：第4透镜(最终透镜)
a：从最前方的第1透镜112a的前面(第1面)到光阑113为止的距离
b：从光阑113到摄像元件120(的摄像面)为止的距离
c：从光扩散板115的光扩散面115b到光阑113为止的距离
f：焦距
F：F值
O：被摄体面
O′：像面
s：物体距离
s′：像距离
W：扩散宽度
Z：从透镜的射出光瞳面到摄像元件120为止的距离
α：景深
α′：焦深
σ：扩散角度
2σ：光线扩散角
ε：对焦的最大直径
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的若干实施方式进行说明。
<实施方式1>
图1是表示本发明的实施方式1的摄像装置100的概略构成的框图。图2是将摄像装置100的光学系统110加以放大的剖面图。再者，在以下的说明中，将光线向光学系统110入射之侧(也是被摄体侧)称作“前面”(图中为左边)，将光线从光学系统110射出之侧称作“后面”(图中为右边)。
如图1所示，摄像装置100包括：光学系统110，包含两块以上的透镜；摄像元件120，配置于所述光学系统110的后方；模拟到数字(analog to digital，A/D)转换器130，将从所述摄像元件120输出的模拟信号转换成数字信号；图像处理部140，包含原始(RAW)图像存储器141及卷积运算部142，并且对从A/D转换器130输出的数字信号的图像数据进行图像处理；图像复原处理部150，包含反卷积运算部151，并且对经图像处理部140进行图像处理后的图像数据进行复原处理；以及复原图像输出部160，输出经所述图像复原处理部150复原的图像。
作为摄像元件120，可举出电荷耦合器件(charge coupled device，CCD)传感器、互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor，CMOS)传感器、金属氧化物半导体(metal oxide semiconductor，MOS)传感器等，但是并不限定于这些。当摄像元件120能够直接输出数字信号而非模拟信号时，可以省略A/D转换器130。
图像处理部140与图像复原处理部150也不一定需要独立，也可以合并为一个。
而且，如图2所示，光学系统110包括：圆筒状的透镜镜筒111，在后端具有接环部111a，在前端部内面具有滤波槽111b，并且能够更换；第1透镜112a、第2透镜112b及第3透镜(最终透镜)112c，从前方起依次配置于所述透镜镜筒111内；光阑113，配置于第2透镜112b的正前方；以及光扩散板115，保持于被拧入至滤波槽111b的固持器114上。
在这里，关于在所述光学系统110中如下规定的距离a及距离b，其中a＜b。
a：从最前方的第1透镜112a的前面(第1面)到光阑113为止的距离
b：从光阑113到摄像元件120(的摄像面)为止的距离
作为透镜镜筒111的接环部111a，例如可举出C支架，但是并不限于此。
将第1透镜112a及第3透镜112c设为凸透镜，将第2透镜112b设为凹透镜，但是并不限于这种组合，全部的透镜块数也不限于三块。
光阑113是孔径光阑，其配置不一定限于所图示的位置。
保持于固持器114上的光扩散板115可以通过沿着使向滤波槽111b的拧入松开的方向旋转而拆卸，所以也容易更换为其它的光扩散板或光学元件等。
图3是用于说明扩大景深的原理的光学系统110的概略构成图。图4(a)是光扩散板115的立体图。图4(b)是光扩散板115的前视图。图4(c)是光扩散板115的局部剖面图。图4(d)是作为光扩散板115的变形例的光扩散板115A的局部剖面立体图。图5(a)、图5(b)是分别表示在光学系统110中没有光扩散板115时以及有光扩散板115时距离与点扩散函数(PSF：Point spread function)的关系的图。
如图3所示，在配置于光学系统110的最前面的光扩散板115中，其前面115a为平面，其后面形成为使光扩散的光扩散面115b。如图4(a)～图4(c)所示，光扩散面115b的剖面是具有不连续的高度间距且呈锯齿状的连续形状，而且是点对称的圆环构造。但是，并不限于这种剖面形状，例如，也可以是像图4(d)所示的光扩散板115A那样的透镜形状。而且，虽然没有图示，但是也可以是二值形状或绕射光栅形状等形状。作为光扩散板115或光扩散板115A的材料，优选的是树脂或玻璃等能够利用模具等而成型的材料。
如果没有光扩散板115，则如图5(a)所示，只要稍微偏离对焦距离，摄像元件120上的光斑直径就会大幅扩大。另一方面，如果有光扩散板115，则如图5(b)所示，即使偏离对焦距离，摄像元件120上的光斑直径也几乎不会扩大。即，通过包含光扩散面115b的光扩散板115，可以使摄像元件120上的光线扩散(模糊特性)在距离方向上大致固定。
图6(a)是光扩散板115的扩散角度σ的概略说明图。图6(b)是表示摄像元件120上的PSF的角度分布的曲线图。
如图6(a)所示，光扩散板115的扩散角度σ定义为从透镜的射出光瞳面起在摄像元件120上的光线扩散角。基于从透镜的射出光瞳面到摄像元件120为止的距离Z、光线扩散角2σ、以及摄像元件120上的扩散宽度W，扩散角度σ(模糊幅度)可以通过下式来计算。
σ＝tan-1(W/Z)
在这里，摄像元件120上的PSF的角度分布如图6(b)所示，设为近似高斯分布(Gaussian distribution)。
图7是图像复原处理部150中所使用的图像复原滤波器的概略说明图。是表示Wiener滤波器作为复原滤波器的一例的式子，其中K*(u，v)是光学系统的频率特性(MFT)，S(u，v)是观测系统的信噪比(SNR)。
如图7所示，通过在原图像fo上乘以作为模糊特性PSF(k)，并且加上噪音(n)，而获得观测图像f。所述关系在空间区域内可以用下式表示。
fo*k+n＝f
而且，在频域内可以用下式表示。
Fo·K+N＝F
在这里，Fo、K、N、F分别对应于原图像、PSF、噪音、观测图像。
因此，可以通过追溯所述相反过程而利用观测图像f生成复原图像fr。具体而言，通过预先算出追溯所述相反过程的频域的复原滤波器(H)，并对观测图像F乘以复原滤波器(H)，可以生成复原图像Fr。再者，这是对本领域技术人员而言一般的内容，所以省略详细说明。
如果模糊特性在画面内(摄像元件120的像高内)均匀，那么经复原的图像也会成为聚焦的均匀的图像。
作为复原滤波器(H)，例如，可以应用如上述式子所示的Wiener滤波器，但是并不限于此。如果取而代之使用FIR滤波器，则通过对Wiener滤波器中的空间运算进行近似，而不需要快速傅立叶变换(fast Fourier transform，FFT)的运算，所以具有缩短处理时间的效果。
图8(a)是用于说明在光阑113打开时，光学系统110的因画面内像高而产生的性能劣化的光学系统110的概略构成图。图8(b)是例示MTF的空间频率特性的曲线图。图8(c)是针对每个弧矢及切线分别例示因像高而产生的MTF的变化的曲线图。图8(d)是针对每个弧矢及切线分别例示MTF的空间频率特性的曲线图。
如图8(a)所示，当将光扩散板115或相位板等元件插入至光学系统110时，如图8(b)所示，会产生因画面内像高而引起的性能劣化。特别是如图8(c)及图8(d)所示，视场内的弧矢与切线的差异成为问题。
图9(a)是用于说明当F值大时，光学系统110的因画面内像高而产生的性能劣化的光学系统110的概略构成图。图9(b)是切线的性能劣化大于弧矢的情况的意象图。图9(c)是针对每个弧矢及切线分别例示因像高而产生的MTF的变化的曲线图。图9(d)是针对每个弧矢及切线分别例示MTF的空间频率特性的曲线图。
在图8(a)所示的光学系统110中，如图9(a)所示增大F值时，因画面内像高而产生的性能劣化进一步增大。例如，当原图像fo为十字时，如图9(b)所示，只在横杆的上下出现模糊。而且，如图9(c)及图9(d)所示，视场内的弧矢与切线的差异与图8(c)及图8(d)的相比分别扩大。
图10是表示光学系统110的具体设计例的概略图。表1是所述设计例的光学数据。图11(a)、图11(b)是分别例示没有光扩散板115时及有光扩散板115时的光学特性的曲线图。图12是有光扩散板115时的光学模拟结果
表1
# 曲率半径 厚度 玻璃 半径
0 无限大 300.00 38.4
1 无限大 1.00 丙烯酸树脂 5.38
2 无限大 1.00 5.31
3 7.00 3.00 S-LAM59 4.97
4 -348.80 0.50 4.58
5 无限大 0.70 4.09
6 -18.74 2.50 S-TIH14 3.79
7 5.28 0.90 2.74
8 8.90 3.50 S-LAM7 2.70
9 -31.00 1.00 2.17
10 无限大 10.89 1.77
11 无限大 0.00 2.70
如图10及图表1所示，所述设计例是焦距f＝20mm，F值＝3.0的三合透镜(tripletlens)，到被摄体为止的距离为300mm时视场半径为38.4mm。光扩散板的扩散角度为0.1°。
光学数据的第二列以后的项目依次分别表示曲率半径、间隔、材料、面半径。再者，所谓曲率半径无限大，是指这里为平面。
光学数据的第二行以后的#0对应于被摄体，#1对应于光扩散板115的前面，#2对应于光扩散板115的扩散面，#3、#4对应于第1透镜112a的两面，#5对应于光阑113，#6、#7对应于第2透镜112b的两面，#8、#9对应于第3透镜112c的两面，#10对应于从第3透镜112c到摄像元件120为止的距离(空间)，#11对应于摄像元件120。
图11(a)是没有光扩散板115时的光学特性，图11(b)是有光扩散板115时的光学特性。
而且，图12中表示光轴方向上的散焦范围内的摄像元件120上的轴中心及周边的光斑直径，可知在轴中心及周边，光斑直径为大致均匀。
图13(a)是在光学系统110为a＞b的关系(不符合实施方式1)时，针对摄像元件120上的周边的每个弧矢及切线通过模拟而分别求出因像高而产生的MTF的变化的曲线图。图13(b)是在相同情况下，针对摄像元件120上的轴中心及周边的每个弧矢及切线通过模拟而分别求出MTF的空间频率特性的曲线图。
而且，图14(a)是在光学系统110为a＜b的关系(符合实施方式1)时，针对摄像元件120上的周边的每个弧矢及切线通过模拟而分别求出因像高而产生的MTF的变化的曲线图。图14(b)是在相同情况下，针对摄像元件120上的轴中心及周边的每个弧矢及切线通过模拟而分别求出MTF的空间频率特性的曲线图。
以上已经参照图8(c)及图8(d)进行描述，在光学系统110为a＞b的关系时，如图13(a)所示，视场内的弧矢与切线的差异增大。特别是当在视场周边，切线的MTF大幅下降时，有可能对二维码的正常读取造成障碍。
另一方面，当如实施方式1所述光学系统110为a＜b的关系时，如图14(a)所示，到视场周边为止弧矢及切线的MTF维持得较高，并且两者的差也极少，所以不可能对二维码的读取造成障碍。
图15(a)是在光学系统110为a＞b的关系(不符合实施方式1)并且F值大(F8.0)时，针对摄像元件120上的周边的每个弧矢及切线通过模拟而分别求出因像高而产生的MTF的变化的曲线图。图15(b)是在相同情况下，针对摄像元件120上的轴中心及周边的每个弧矢及切线通过模拟而分别求出MTF的空间频率特性的曲线图。
而且，图16(a)是在光学系统110为a＜b的关系(符合实施方式1)并且F值大(F8.0)时，针对摄像元件120上的周边的每个弧矢及切线通过模拟而分别求出因像高而产生的MTF的变化的曲线图。图16(b)是在相同情况下，针对摄像元件120上的轴中心及周边的每个弧矢及切线通过模拟而分别求出MTF的空间频率特性的曲线图。
以上已经参照图9(c)及图9(d)进行描述，在光学系统110为a＞b的关系时，如图15(a)所示，视场内的弧矢与切线的差异进一步增大，特别是由于在视场周边的切线的MTF大幅降低，对二维码的正常读取造成障碍的可能性升高。
另一方面，在如实施方式1所述光学系统110为a＜b的关系时，如图16(a)所示，到视场周边为止弧矢及切线的MTF维持得较高，并且两者的差也极少，所以不可能对二维码的读取造成障碍。
根据以上说明的实施方式1，可以使图像的包含周边在内的整个像高区域内的光斑尺寸大致均匀，所以在复原图像中也可以获得扩大了景深的良好的图像。
由于利用已有的光学系统，所以可以进一步简化光学系统的构成，能够使整个图像中的光斑尺寸大致均匀，可以提供使信号处理中的复原图像更好的图像。而且，不需要重新进行景深扩大专用的透镜设计及成型，也不需要进行花费初期成本(initial cost)的模具等的成型，能够对现成的透镜使用扩散板作为追加零件，所以可以非常廉价地构建系统。
当设置于工厂等的检查设备中时，在如背景技术部分中所说到的现有文献所述将相位板组装至光学系统内部的装置中，则由于景深预先加深，所以难以进行向最佳位置(景深的中心)的调焦，与此相对，根据本发明的实施方式1，可以在已拆卸光扩散板115的状态下进行聚焦位置的初始调整，即使没有详细的光学知识，也能够容易地进行设定(setting)。
而且，在使用检查用相机时，在工厂内常规的振动多，从而考虑增大F值而扩大景深，或者加快快门速度。但是，如果增大F值，则亮度不够，难以实现能够抑制振动的影响的高速的快门速度(shutter speed)。根据本发明的实施方式1，不改变F值(亮度)便可以扩大景深。
<实施方式2>
以下，说明将所述实施方式1的摄像装置100的光学系统110替换为不同构成的光学系统210的摄像装置，以作为本发明的实施方式2。再者，对相同构成构件等标注相同参照附图标记，主要对不同点进行说明。
图17是本发明的实施方式2的摄像装置的光学系统210的剖面图。
如图17所示，光学系统210包括：圆筒状的透镜镜筒211，在后端具有接环部211a，在其附近内面具有滤波槽211b，并且能够更换；第1透镜212a、第2透镜212b、第3透镜212c及第4透镜(最终透镜)212d，从前方起依次配置于所述透镜镜筒211内；光阑113，配置于第4透镜212d的正前方；以及光扩散板115，保持于拧入至滤波槽211b的固持器114上。
在这里，关于在所述光学系统210中如下规定的距离a及距离b，其中a＞b。
a：从最前方的第1透镜212a的前面(第1面)到光阑113为止的距离
b：从光阑113到摄像元件120(的摄像面)为止的距离
图18(a)是在光学系统210为a＜b的关系(不符合实施方式2)时，针对摄像元件120上的周边的每个弧矢及切线通过模拟而分别求出因像高而产生的MTF的变化的曲线图。图18(b)是在相同情况下，针对摄像元件120上的轴中心及周边的每个弧矢及切线通过模拟而分别求出MTF的空间频率特性的曲线图。
而且，图19(a)是在光学系统210为a＞b的关系(符合实施方式2)时，针对摄像元件120上的周边的每个弧矢及切线通过模拟而分别求出因像高而产生的MTF的变化的曲线图。图19(b)是在相同情况下，针对摄像元件120上的轴中心及周边的每个弧矢及切线通过模拟而分别求出MTF的空间频率特性的曲线图。
当光学系统210为a＜b的关系时，如图18(a)所示，视场内的弧矢与切线的差异增大。特别是当在视场周边，切线的MTF大幅降低时，有可能对二维码的正常读取造成障碍。
另一方面，当如实施方式2所述光学系统210为a＞b的关系时，如图19(a)所示，到视场周边为止弧矢及切线的MTF维持得高，并且两者的差也极少，所以不可能对二维码的读取造成障碍。
根据以上说明的实施方式2，也可以获得与实施方式1同样的效果。
<关于各实施方式的变形例及光扩散板115的位置>
图20(a)是作为本发明的实施方式1的摄像装置100的光学系统110的变形例的光学系统110A的剖面图。图20(b)是本发明的实施方式2的摄像装置的光学系统210的剖面图。再者，光学系统110A在光阑113配置于正后方而非第2透镜112b的正前方的方面与光学系统110不同。
如所述实施方式1或图20(a)所示，在距离a及距离b满足a＜b的关系的情况下，特别是距离a与距离b没有太大的差时，也包含如下规定的距离c在内，设为满足0≤a≤c的关系。此外，优选的是一方面满足所述关系，一方面尽可能减小c。
c：从光扩散板115的光扩散面115b到光阑113为止的距离
如所述实施方式2或图20(b)所示，当距离a及距离b满足a＞b的关系时，特别是距离a及距离b没有太大的差时，也包含所述距离c在内，设为满足0≤c≤b的关系。此外，优选的是一方面满足所述关系，一方面尽可能减小c。
再者，本发明在不脱离其主旨或者主要特征的条件下，可以通过其它各种形式来实施。因此，所述各实施方式或各实施例在所有方面只是例示，不可限定性地进行解释。本发明的范围是通过权利要求书来揭示，丝毫不束缚于说明书正文。此外，属于权利要求书的同等范围内的变形或变更全部是本发明的范围内的内容。

Claims (9)

1.一种摄像装置，其特征在于包括：
光学系统，包括两块以上的透镜、配置于这些透镜之中相邻的任两块之间的光阑、以及配置于比所述透镜之中最前方的第1透镜更前方的位置的光学元件；以及
摄像元件，配置于比所述透镜之中最后方的最终透镜更后方的位置；并且
所述光学元件包含光扩散面，从所述第1透镜的前面到所述光阑为止的第1距离小于从所述光阑到所述摄像元件为止的第2距离。
2.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于：
从所述光扩散面到所述光阑为止的第3距离与所述第1距离满足0≦所述第1距离≦所述第3距离的关系。
3.一种摄像装置，其特征在于包括：
光学系统，包括两块以上的透镜、配置于这些透镜之中相邻的任两块之间的光阑、以及配置于比所述透镜之中最后方的最终透镜更后方的位置的光学元件；以及
摄像元件，配置于比所述光学元件更后方的位置；并且
所述光学元件包含光扩散面，
从所述透镜之中最前方的第1透镜的前面到所述光阑为止的第1距离大于从所述光阑到所述摄像元件为止的第2距离。
4.根据权利要求3所述的摄像装置，其特征在于：
从所述光扩散面到所述光阑为止的第3距离与所述第2距离满足0≦所述第3距离≦所述第2距离的关系。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的摄像装置，其特征在于还包括：
图像复原处理部，对由所述摄像元件获取的图像数据进行图像处理及复原处理；以及
复原图像输出部，输出经所述图像复原处理部复原的图像。
6.根据权利要求5所述的摄像装置，其特征在于：
所述图像复原处理部包括由经扩散而入射至所述摄像元件的点像函数的图案所制成的维纳滤波器或者有限脉冲响应滤波器。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的摄像装置，其特征在于：
所述光扩散面是点对称的圆环构造，并且是不连续的高度间距形状或者透镜形状。
8.一种光学系统，其特征在于包括：
两块以上的透镜；
光阑，配置于这些透镜之中相邻的任两块之间；以及
光学元件，配置于比所述透镜之中最前方的第1透镜更前方的位置；并且
所述光学元件包含光扩散面，
从所述第1透镜的前面到所述光阑为止的第1距离小于从配置于比所述透镜之中最后方的最终透镜更后方的位置的摄像元件到所述光阑为止的第2距离。
9.一种光学系统，其特征在于包括：
两块以上的透镜；
光阑，配置于这些透镜之中相邻的任两块之间；以及
光学元件，配置于比所述透镜之中最后方的最终透镜更后方的位置；并且
所述光学元件包含光扩散面，
从所述透镜之中最前方的第1透镜的前面到所述光阑为止的第1距离大于从配置于比所述光学元件更后方的位置的摄像元件到所述光阑为止的第2距离。
CN201611175309.XA 2016-01-21 2016-12-16 光学系统及摄像装置 Active CN106993118B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016-010086 2016-01-21
JP2016010086A JP6834134B2 (ja) 2016-01-21 2016-01-21 撮像装置および情報コード読取装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106993118A CN106993118A (zh) 2017-07-28
CN106993118B true CN106993118B (zh) 2019-10-25

Family

ID=57569995

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611175309.XA Active CN106993118B (zh) 2016-01-21 2016-12-16 光学系统及摄像装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10194076B2 (zh)
EP (1) EP3196686B1 (zh)
JP (1) JP6834134B2 (zh)
CN (1) CN106993118B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108983336B (zh) * 2018-08-22 2022-12-27 张家港康得新光电材料有限公司 一种朗伯体扩散片及应用
JP7292848B2 (ja) 2018-10-16 2023-06-19 キヤノン株式会社 光学装置及びそれを備える撮像システム
CN113655601B (zh) * 2021-08-13 2023-08-15 Oppo广东移动通信有限公司 光学镜头、图像采集装置及电子设备
CN113721346B (zh) * 2021-08-25 2023-02-03 齐鲁中科电工先进电磁驱动技术研究院 一种透镜组件及具有其的激光位移传感器
WO2023171358A1 (ja) * 2022-03-07 2023-09-14 ソニーグループ株式会社 マスクユニット、並びに撮像装置および撮像装置の作動方法
CN114911036A (zh) * 2022-05-18 2022-08-16 Oppo广东移动通信有限公司 镜头及电子设备

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03287215A (ja) * 1990-04-03 1991-12-17 Canon Inc 可変ソフトフォーカスフィルター
CN101681123A (zh) * 2007-10-16 2010-03-24 株式会社尼康 照明光学系统、曝光装置以及元件制造方法
WO2015146506A1 (ja) * 2014-03-27 2015-10-01 日立マクセル株式会社 位相フィルタ、撮像光学系、及び撮像システム
CN105209965A (zh) * 2013-06-24 2015-12-30 住友化学株式会社 光学显示设备的生产系统

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1370885A (en) * 1919-11-14 1921-03-08 Eastman Kodak Co Diffusing element
JPS5722323Y2 (zh) * 1977-03-31 1982-05-14
JPH0384514A (ja) * 1989-08-29 1991-04-10 Canon Inc 照明装置
US6072634A (en) * 1997-12-01 2000-06-06 Intel Corporation Compact digital camera objective with interdigitated element alignment, stray light suppression, and anti-aliasing features
JP4172898B2 (ja) * 2000-05-31 2008-10-29 Ｈｏｙａ株式会社 電子内視鏡装置
JP3958603B2 (ja) * 2002-02-21 2007-08-15 オリンパス株式会社 電子内視鏡システム及び電子内視鏡システム用の信号処理装置
JP2008241999A (ja) * 2007-03-27 2008-10-09 Fujinon Corp 撮像レンズ
JP5076650B2 (ja) * 2007-06-01 2012-11-21 株式会社ニコン 撮像装置および画像処理プログラム
JP2009031696A (ja) * 2007-07-30 2009-02-12 Sanyo Electric Co Ltd 撮影レンズユニット、撮影装置および携帯端末
US8462213B2 (en) * 2008-03-27 2013-06-11 Kyocera Corporation Optical system, image pickup apparatus and information code reading device
US9407833B2 (en) * 2010-01-22 2016-08-02 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Systems, methods, and media for recording an image using an optical diffuser
EP2503364A1 (en) * 2011-03-22 2012-09-26 Koninklijke Philips Electronics N.V. Camera system comprising a camera, camera, method of operating a camera and method for deconvoluting a recorded image
US8593564B2 (en) * 2011-09-22 2013-11-26 Apple Inc. Digital camera including refocusable imaging mode adaptor
US9843740B2 (en) * 2013-02-13 2017-12-12 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Multispectral imaging device and multispectral imaging method
EP2957099B1 (en) * 2013-02-13 2018-08-29 Universität des Saarlandes Plenoptic imaging device
EP3011287A4 (en) * 2013-06-18 2017-03-01 Ramot at Tel-Aviv University Ltd. Apparatus and method for snapshot spectral imaging
JP2015004717A (ja) * 2013-06-19 2015-01-08 リコーイメージング株式会社 単焦点レンズ系
US9131159B2 (en) * 2013-06-28 2015-09-08 Nokia Technologies Oy Optical field communication
JP6260354B2 (ja) * 2014-03-04 2018-01-17 株式会社リコー 撮像装置、調整装置および調整方法
EP3125527A4 (en) * 2014-03-28 2017-05-03 FUJIFILM Corporation Image processing device, photography device, image processing method, and image processing program
JP2015228641A (ja) * 2014-05-07 2015-12-17 株式会社リコー 撮像装置、露光調整方法およびプログラム

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03287215A (ja) * 1990-04-03 1991-12-17 Canon Inc 可変ソフトフォーカスフィルター
CN101681123A (zh) * 2007-10-16 2010-03-24 株式会社尼康 照明光学系统、曝光装置以及元件制造方法
CN105209965A (zh) * 2013-06-24 2015-12-30 住友化学株式会社 光学显示设备的生产系统
WO2015146506A1 (ja) * 2014-03-27 2015-10-01 日立マクセル株式会社 位相フィルタ、撮像光学系、及び撮像システム

Also Published As

Publication number Publication date
EP3196686A2 (en) 2017-07-26
US10194076B2 (en) 2019-01-29
JP2017129790A (ja) 2017-07-27
US20170214851A1 (en) 2017-07-27
JP6834134B2 (ja) 2021-02-24
CN106993118A (zh) 2017-07-28
EP3196686A3 (en) 2017-08-30
EP3196686B1 (en) 2021-08-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106993118B (zh) 光学系统及摄像装置
CN101861599B (zh) 图像处理装置、摄像装置、评价装置、图像处理方法以及光学系统评价方法
CN100594398C (zh) 使用具有受控球面像差范围和中心遮拦孔径的多焦点透镜的扩展景深
US9025073B2 (en) Compact camera optics
US9471728B2 (en) Metrics for designing a plenoptic imaging system
US7215493B2 (en) Imaging system with a lens having increased light collection efficiency and a deblurring equalizer
CN106199956B (zh) 一种基于波前编码的扩大红外光学系统视场的方法
JP2007304525A (ja) 画像入力装置および電子機器および画像入力方法
JP5359608B2 (ja) デジタル画像処理により補償される収差トリプレットレンズをもつ電気光学画像形成システム
CN104880808A (zh) 一种小透视畸变、超广角光学系统
JP4818957B2 (ja) 撮像装置およびその方法
WO2004063989A3 (en) Camera with image enhancement functions
JP2008102493A (ja) 広角対物レンズ系および広角カメラ
JP2014222893A (ja) 光学ディフューザを用いて画像を記録するためのシステム、方法、及びメディア
CN107077722A (zh) 图像捕获装置及图像捕获方法
CN103460108B (zh) 焦点扩展光学系统以及EDoF摄像系统
JP6033673B2 (ja) 撮像装置
CN103608713A (zh) 物镜光学系统、拍摄装置以及内窥镜
CN101833160B (zh) 摄像光学透镜组
JP6115350B2 (ja) 撮像装置および撮像方法および撮像装置用の結像光学系
CN101373271A (zh) 一种摄像系统和摄像方法
JP4818956B2 (ja) 撮像装置およびその方法
JP2016039471A (ja) コンバージョンレンズユニットおよび撮像システム
JP7103448B2 (ja) 撮像装置および情報コード読取装置
CN102156350A (zh) 摄像装置及其设计方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant