JP2020204786A - Phase filter, imaging optical system, and imaging system - Google Patents

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島野 健
Takeshi Shimano
健 島野
崎田 康一
Koichi Sakida
康一 崎田
太田 光彦
Mitsuhiko Ota
光彦 太田
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Abstract

To suppress the generation of in-plane positional deviation of an image point according to defocus in a focal depth enlarged image after image processing of wavefront coding (WFC).SOLUTION: An imaging optical system comprises: a phase filter including a plurality of rows of ring bands having a concave surface serving as a concave lens having a substantially parabolic cross-sectional shape concentrically circular about an optical axis; and an image formation lens as convex lens with one focal point. A light flux parallel to an optical axis entering each ring band of the phase filter passes through the focal position of the image formation lens, and each concave surface disperses the incident light flux locally. Each light flux is overlapped with one another in a range enlarged before and after the optical axis including the focal position of the image formation lens.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、位相フィルタ、撮像光学系、及び撮像システムに関するものであり、具体的には、WFCの画像処理後の焦点深度拡大画像において、焦点ずれに応じた像点の面内位置ずれの発生を抑制可能とする技術に関する。 The present invention relates to a phase filter, an imaging optical system, and an imaging system. Specifically, in a depth-of-focus enlarged image after image processing of WFC, in-plane position shift of an image point according to the focus shift occurs. Regarding the technology that makes it possible to suppress.

撮像カメラ光学系の瞳面において、瞳面内座標に対して3次関数で与えられる位相分布を与えることによって焦点ずれに対する点像のぼけを均一化し、均一なぼけをデコンボリューションと称される画像処理によって除去して光学系の被写界深度や焦点深度を拡大するWavefront Coding(以下WFCと略す)と呼ばれる技術が提案されている。 In the pupil plane of the imaging camera optical system, by giving a phase distribution given by a cubic function to the coordinates in the pupil plane, the blur of the point image with respect to the defocus is made uniform, and the uniform blur is called deconvolution. A technique called Wavefront Coding (hereinafter abbreviated as WFC), which is removed by processing to expand the depth of field and the depth of focus of the optical system, has been proposed.

こうしたWFCに関する従来技術として、例えば、撮像カメラの光学系に3次位相関数を実現した位相フィルタによって、瞳孔関数を位相変調し、撮像された画像に対して画像処理を施すことによって光学系の焦点深度を拡大する技術(特許文献1参照)などが提案されている。また、光学的伝達関数(OTF)を変調させる位相フィルタとして、光軸に直交するx、y座標とするとき、それらの任意のべき乗の積で表される関数の級数によって3次関数を一般化した形の位相分布を与え、撮像された画像に対して画像処理を施すことによって光学系の焦点深度を拡大する技術(特許文献2参照)なども提案されている。一方、撮像光学系ではないが、アキシコンと呼ばれる円錐プリズムを用いて非回折ビームを生成し、レーザーの波長変換の高効率化を図る技術(特許文献3参照)なども提案されている。 As a conventional technique related to such WFC, for example, the pupil function is phase-modulated by a phase filter that realizes a third-order phase function in the optical system of an imaging camera, and image processing is performed on the captured image to focus the optical system. A technique for increasing the depth (see Patent Document 1) has been proposed. In addition, as a phase filter that modulates the optical transfer function (OTF), when the x and y coordinates are orthogonal to the optical axis, the cubic function is generalized by the series of functions represented by the product of their arbitrary powers. A technique (see Patent Document 2) for expanding the focal depth of an optical system by giving a phase distribution in the shape of an orthogonal shape and performing image processing on the captured image has also been proposed. On the other hand, although it is not an imaging optical system, a technique (see Patent Document 3) has been proposed in which a non-diffraction beam is generated by using a conical prism called an axicon to improve the efficiency of laser wavelength conversion.

特許3275010号公報Japanese Patent No. 3275010 特開2011−120309号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-120309 特開平8−271942号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 8-271942

上述の従来技術においては、瞳面内座標のx軸やy軸に対して3次関数またはそれと類似した関数によって位相フィルタの位相分布を与えている。このように、光軸に対して回転対称でない位相フィルタを用いて焦点ずれに対する点像の均一化を図る場合、焦点ずれ量によって点像の位置がずれるという問題がある。 In the above-mentioned conventional technique, the phase distribution of the phase filter is given by a cubic function or a function similar thereto with respect to the x-axis and the y-axis of the coordinates in the pupil plane. As described above, when a phase filter that is not rotationally symmetric with respect to the optical axis is used to make the point image uniform with respect to the defocus, there is a problem that the position of the point image shifts depending on the amount of the defocus.

例えば3次関数では規格化瞳面座標x、yに対して、位相分布は係数αを用いて、
によって表される。ここに焦点ずれの波面収差が加わると、規格化瞳半径座標ρを用いて、
For example, in the cubic function, the coefficient α is used for the phase distribution for the normalized pupil plane coordinates x and y.
Represented by. When the defocused wave surface aberration is added here, the normalized pupil radius coordinates ρ are used.

ここでW20は焦点ずれ、すなわちデフォーカスの収差係数である。第1項は3次関数位相分布が瞳面内でx、y方向ともにW20/3αだけずれて加わることを意味している。これは、基本的には焦点面上では位相ずれに相当するため点像強度分布には影響しない。第2項はx、yの1次関数の位相分布であるため、いわゆる波面チルトに相当し、W20 /3αに比例して焦点面上の像点位置がずれることを意味する。第3項は定数項のため点像強度分布に影響しない。したがって3次関数位相分布があると、焦点ずれの波面収差は点像分布の横ずれに変換されることになる。したがってこの横ずれだけを許容すれば焦点ずれがあっても点像分布が実質的に変化しないことになり、ぼけ方が焦点ずれによらず一様になる。これによってデコンボリューションが可能となる。これがWFCの原理である。しかしそのため焦点ずれによって点像のずれが生じるため、点像の位置によって物体の位置の計測を行うような用途では問題となる。 Here, W 20 is the aberration coefficient of defocus, that is, defocus. The first term means that the cubic function phase distribution is added in the pupil plane with a deviation of W 20 / 3α in both the x and y directions. This basically corresponds to a phase shift on the focal plane and does not affect the point image intensity distribution. Since the second term x, a phase distribution of the primary function of y, corresponds to a so-called wavefront tilt, in proportion to W 20 2 / 3.alpha. Means that the shift is the image point position on the focal plane. Since the third term is a constant term, it does not affect the point image intensity distribution. Therefore, if there is a cubic function phase distribution, the wave surface aberration of the focus shift is converted into the lateral shift of the point image distribution. Therefore, if only this lateral shift is allowed, the point image distribution does not substantially change even if there is a focus shift, and the blurring becomes uniform regardless of the focus shift. This enables deconvolution. This is the principle of WFC. However, since the point image shifts due to the focus shift, it becomes a problem in applications such as measuring the position of an object based on the position of the point image.

また、3次関数分布のような、光軸に対して回転対称でない位相分布を発生させる光学面は、基本的に同様の非球面光学面が必要である。非球面はバイトによる回転旋盤加工によって加工される金型により、プラスチック射出成形や、ガラスモールドプレス成形などが広く普及している。しかし旋盤加工は軸対称な形状が必須であり、3次関数非球面のような非軸対称な形状では、回転研削バイトによる2次元の数値制御加工が必要となり、加工コストや加工時間が増すという問題がある。 Further, an optical surface that generates a phase distribution that is not rotationally symmetric with respect to the optical axis, such as a cubic function distribution, basically requires a similar aspherical optical surface. Plastic injection molding and glass mold press molding are widely used for aspherical surfaces because of the mold processed by rotary lathe processing with a cutting tool. However, axisymmetric shapes are indispensable for lathe machining, and non-axisymmetric shapes such as cubic function aspherical surfaces require two-dimensional numerical control machining with a rotary grinding tool, which increases machining costs and machining time. There's a problem.

また、3次関数分布のような連続関数で記述される位相フィルタでは、少なくとも数十波長以上の凹凸形状が必要であり、画角のある光線が入射する場合に、位相シフト量が所望のシフト量からずれるという問題がある。 Further, in a phase filter described by a continuous function such as a cubic function distribution, a concave-convex shape having at least several tens of wavelengths or more is required, and when a light beam having an angle of view is incident, the phase shift amount is a desired shift. There is a problem that it deviates from the amount.

またアキシコンを用いる光学系では、アキシコンの底面に入射する平行ビームが屈折されオーバーラップする範囲で、レーザビームが細いビームに集光されたまま回折せずに伝播する。しかしこのレンズは平行ビームに対して用いられるもので、撮像カメラのようたくさんの結像点を同時に得ることが必要な光学系に用いることはできない。 Further, in an optical system using an axicon, the laser beam propagates without being diffracted while being focused on a thin beam within a range in which the parallel beams incident on the bottom surface of the axicon are refracted and overlapped. However, this lens is used for parallel beams, and cannot be used for an optical system that requires simultaneous acquisition of many imaging points, such as an imaging camera.

そこで本発明の目的は、WFCの画像処理後の焦点深度拡大画像において、焦点ずれに応じた像点の面内位置ずれの発生を抑制可能とする技術を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a technique capable of suppressing the occurrence of in-plane position shift of the image point according to the focus shift in the depth of focus enlarged image after the image processing of WFC.

上記課題を解決する本発明の位相フィルタは、光軸に対して回転対称な輪帯構造を備え、各輪帯が入射光束を焦点面上で一様に拡大し相互にオーバーラップさせる略放物断面形状を有していることを特徴とする。これによれば、WFCの画像処理後の焦点深度拡大画像において、焦点ずれに応じた像点の面内位置ずれの発生を抑制できる。 The phase filter of the present invention that solves the above problems has a ring zone structure that is rotationally symmetric with respect to the optical axis, and each ring zone uniformly expands the incident luminous flux on the focal plane and overlaps each other. It is characterized by having a cross-sectional shape. According to this, it is possible to suppress the occurrence of in-plane position shift of the image point according to the focus shift in the depth of focus enlarged image after the image processing of WFC.

また、本発明の撮像光学系は、光軸に対して回転対称な輪帯構造を備え、各輪帯が入射光束を焦点面上で一様に拡大し相互にオーバーラップさせる略放物断面形状を有した位相フィルタを、結像光学系に搭載したことを特徴とする。これによれば、WFCの画像処理後の焦点深度拡大画像において、焦点ずれに応じた像点の面内位置ずれの発生を抑制できることとなり、当該撮像光学系を、点像の位置によって物体位置の計測を行う用途に用いることが可能となる。 Further, the imaging optical system of the present invention has a ring band structure that is rotationally symmetric with respect to the optical axis, and each ring band uniformly expands the incident luminous flux on the focal plane and overlaps each other. It is characterized in that the phase filter having the above is mounted on the imaging optical system. According to this, it is possible to suppress the occurrence of in-plane position shift of the image point according to the focus shift in the depth of focus enlarged image after the image processing of WFC, and the image pickup optical system can be set to the object position depending on the position of the point image. It can be used for measurement purposes.

また、本発明の撮像システムは、光軸に対して回転対称な輪帯構造を備え、各輪帯が入射光束を焦点面上で一様に拡大し相互にオーバーラップさせる略放物断面形状を有した位相フィルタを、結像光学系に搭載した撮像光学系にて撮像された画像に対し、デコンボリューション画像処理を行い、焦点深度拡大画像を得ることを特徴とする。これによれば、WFCの画像処理後の焦点深度拡大画像において、焦点ずれに応じた像点の面内位置ずれの発生を抑制できることとなり、当該撮像システムを、点像の位置によって物体位置の計測を行う用途に用いることが可能となる。 Further, the imaging system of the present invention has an annular structure that is rotationally symmetric with respect to the optical axis, and each annular has a substantially parabolic cross-sectional shape in which the incident light beam is uniformly enlarged on the focal plane and overlaps with each other. The feature is that the included phase filter is subjected to deconvolution image processing on the image captured by the imaging optical system mounted on the imaging optical system to obtain a depth of focus enlarged image. According to this, it is possible to suppress the occurrence of in-plane position shift of the image point according to the focus shift in the depth of focus enlarged image after the image processing of WFC, and the image pickup system can measure the object position according to the position of the point image. It becomes possible to use it for the purpose of performing.

また、本発明の車両走行支援装置は、光軸に対して回転対称な輪帯構造を備え、各輪帯が入射光束を焦点面上で一様に拡大し相互にオーバーラップさせる略放物断面形状を有した位相フィルタを結像光学系に搭載した撮像光学系にて撮像した、車両周囲物体の画像に対し、デコンボリューション画像処理を行って焦点深度拡大画像を取得し、当該焦点深度拡大画像に所定の画像認識アルゴリズムを適用して、車両から一定距離内にあって互い異なる距離に存在する複数物体を同時に検知することを特徴とする。これによれば、車両から近い位置にある障害物も遠い位置にある障害物も同時に検知することが可能となり、車両走行上の安全性向上の効果がある。 Further, the vehicle traveling support device of the present invention has a ring band structure that is rotationally symmetric with respect to the optical axis, and each ring band uniformly expands the incident light beam on the focal plane and overlaps each other. Depth of focus image processing is performed on the image of the object around the vehicle captured by the imaging optical system equipped with the phase filter having a shape in the imaging optical system to acquire the depth of focus enlarged image. It is characterized in that a predetermined image recognition algorithm is applied to simultaneously detect a plurality of objects within a certain distance from a vehicle and existing at different distances from each other. According to this, it is possible to simultaneously detect an obstacle located near the vehicle and an obstacle located far away from the vehicle, which has the effect of improving the safety of the vehicle running.

また、本発明の監視装置は、光軸に対して回転対称な輪帯構造を備え、各輪帯が入射光束を焦点面上で一様に拡大し相互にオーバーラップさせる略放物断面形状を有した位相フィルタを結像光学系に搭載した撮像光学系にて撮像した、監視対象領域の画像に対し、デコンボリューション画像処理を行って焦点深度拡大画像を取得し、当該焦点深度拡大画像に所定の画像認識アルゴリズムを適用して、監視対象領域において前記撮像光学系から異なる距離に存在する複数診療対象領域を同時に検知することを特徴とする。これによれば、撮像光学系からの所在距離によらず、監視対象領域に侵入した、あるいは所在する不審者や犯罪者等の認識率が向上する。 Further, the monitoring device of the present invention has a ring zone structure that is rotationally symmetric with respect to the optical axis, and each ring zone uniformly expands the incident light beam on the focal plane and overlaps with each other. Depth of focus image processing is performed on the image of the monitored area captured by the image pickup optical system equipped with the possessed phase filter in the imaging optical system to acquire a depth of focus enlarged image, which is predetermined to the depth of focus enlarged image. The image recognition algorithm of the above is applied to simultaneously detect a plurality of medical treatment target areas existing at different distances from the imaging optical system in the monitoring target area. According to this, the recognition rate of a suspicious person, a criminal, or the like who has invaded or is located in the monitored area is improved regardless of the location distance from the imaging optical system.

また、本発明の認証装置は、光軸に対して回転対称な輪帯構造を備え、各輪帯が入射光束を焦点面上で一様に拡大し相互にオーバーラップさせる略放物断面形状を有した位相フィルタを結像光学系に搭載した撮像光学系にて複数次撮像した、同一認証対象領域の各画像に対し、デコンボリューション画像処理を行って焦点深度拡大画像を取得し、当該焦点深度拡大画像に所定の画像認識アルゴリズムを適用して、前記撮像光学系からの撮影距離が異なる各画像から前記同一認証対象領域を認証することを特徴とする。これによれば、撮像光学系に対する認証対象(人の指紋、静脈、虹彩等)の距離が認証を行う毎に変化する状況があっても、そうした距離のばらつきを適宜吸収して、ひいては認証精度の向上が可能となる。 Further, the authentication device of the present invention has a ring band structure that is rotationally symmetric with respect to the optical axis, and each ring band uniformly expands the incident light beam on the focal plane and overlaps each other. Depth of focus magnified images are acquired by performing deconvolution image processing on each image in the same authentication target area, which was imaged multiple times by the imaging optical system equipped with the possessed phase filter in the imaging optical system, and the depth of focus is obtained. A predetermined image recognition algorithm is applied to the enlarged image to authenticate the same authentication target region from each image having a different shooting distance from the imaging optical system. According to this, even if the distance of the authentication target (human fingerprint, vein, iris, etc.) to the imaging optical system changes every time the authentication is performed, the variation in the distance is appropriately absorbed, and the authentication accuracy is increased. Can be improved.

また、本発明の医療装置は、光軸に対して回転対称な輪帯構造を備え、各輪帯が入射光束を焦点面上で一様に拡大し相互にオーバーラップさせる略放物断面形状を有した位相フィルタを結像光学系に搭載した撮像光学系にて撮像した、人体における診療対象領域の画像に対し、デコンボリューション画像処理を行って焦点深度拡大画像を取得し、当該焦点深度拡大画像に所定の画像認識アルゴリズムを適用して、診療対象領域において前記撮像光学系から異なる距離に存在する複数部位の画像を同時に出力することを特徴とする。これによれば、撮像光学系からの患部の遠近によらず、医療従事者における患部の同時視認性が高まることとなる。このことは医療用カメラ等における光学系の設計を容易化し、レンズ必要枚数の削減等も可能となり、製造コスト削減にもつながる。 Further, the medical device of the present invention has an annular structure that is rotationally symmetric with respect to the optical axis, and each annular has a substantially free-form cross-sectional shape that uniformly expands the incident light beam on the focal plane and overlaps each other. Depth of focus image processing is performed on the image of the medical treatment target area in the human body taken by the imaging optical system equipped with the phase filter provided in the imaging optical system to acquire the depth of focus enlarged image. It is characterized in that a predetermined image recognition algorithm is applied to the image, and images of a plurality of parts existing at different distances from the imaging optical system in a medical treatment target area are simultaneously output. According to this, the simultaneous visibility of the affected area in the medical staff is enhanced regardless of the perspective of the affected area from the imaging optical system. This facilitates the design of optical systems in medical cameras and the like, makes it possible to reduce the number of lenses required, and leads to a reduction in manufacturing costs.

なお、上述の車両走行支援装置、監視装置、認証装置、及び医療装置の、いずれの装置においても、レンズとセンサ面との調整精度が緩和され、製造コストの削減を図ることができる。 In any of the above-mentioned vehicle traveling support device, monitoring device, authentication device, and medical device, the adjustment accuracy between the lens and the sensor surface is relaxed, and the manufacturing cost can be reduced.

本発明によれば、WFCの画像処理後の焦点深度拡大画像において、焦点ずれに応じた像点の面内位置ずれの発生を抑制できる。 According to the present invention, it is possible to suppress the occurrence of in-plane position shift of the image point according to the focus shift in the depth of focus enlarged image after the image processing of WFC.

第1実施形態の位相フィルタを搭載した撮像光学系の模式図である。It is a schematic diagram of the image pickup optical system equipped with the phase filter of 1st Embodiment. 第1実施形態における位相フィルタの構造を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the phase filter in 1st Embodiment. 第1実施形態における位相フィルタの構造を示す側断面図である。It is a side sectional view which shows the structure of the phase filter in 1st Embodiment. アキシコンプリズムによる屈折光線を示す図である。It is a figure which shows the refracted ray by an axicon prism. 第1実施形態の位相フィルタを用いた撮像光学系と、撮像光学系で撮像される画像に対して画像処理を施す撮像システムの構成例を示す図である。It is a figure which shows the configuration example of the image pickup optical system which used the phase filter of 1st Embodiment, and the image pickup system which performs image processing on the image imaged by the image pickup optical system. 放物断面の形状を定式化するための模式図である。It is a schematic diagram for formulating the shape of a parabolic cross section. デコンボリューション演算の説明に伴う結像光学系の模式図である。It is a schematic diagram of the imaging optical system accompanying the explanation of the deconvolution operation. 第1実施例の位相フィルタの有無による撮像画像の処理結果比較例を示す図である。It is a figure which shows the processing result comparison example of the captured image with and without the phase filter of 1st Example. 第1実施例の位相フィルタによる瞳面の波面収差を示す図である。It is a figure which shows the wave surface aberration of the pupil surface by the phase filter of 1st Example. 第1実施例の位相フィルタによる点像分布の計算結果1を示す図である。It is a figure which shows the calculation result 1 of the point image distribution by the phase filter of 1st Example. 第1実施例の位相フィルタによる点像分布の計算結果2を示す図である。It is a figure which shows the calculation result 2 of the point image distribution by the phase filter of 1st Example. 第1実施例の位相フィルタによる点像分布の計算結果3を示す図である。It is a figure which shows the calculation result 3 of the point image distribution by the phase filter of 1st Example. 第1実施例の位相フィルタによる点像分布の計算結果4を示す図である。It is a figure which shows the calculation result 4 of the point image distribution by the phase filter of 1st Example. 第1実施例の位相フィルタによる点像分布の計算結果5を示す図である。It is a figure which shows the calculation result 5 of the point image distribution by the phase filter of 1st Example. 第2実施例の位相フィルタの構造を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the phase filter of 2nd Example. 第2実施例の位相フィルタの構造を示す側断面図である。It is a side sectional view which shows the structure of the phase filter of 2nd Example. 第2実施例の位相フィルタによる光路差分布の一例である。This is an example of the optical path difference distribution by the phase filter of the second embodiment. 第2実施例によるデコンボリューション結果画像である。It is a deconvolution result image by the 2nd Example. 第3実施例の位相フィルタの構造を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the phase filter of 3rd Example. 第3実施例の位相フィルタの構造を示す側断面図である。It is a side sectional view which shows the structure of the phase filter of 3rd Example. 第3実施例の位相フィルタによる光路差分布の一例である。This is an example of the optical path difference distribution by the phase filter of the third embodiment. 第3実施例によるデコンボリューション結果画像である。It is a deconvolution result image according to the 3rd Example. 第2実施形態における車両走行支援装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the configuration example of the vehicle running support device in 2nd Embodiment. 第2実施形態における車両走行支援装置が備える情報処理装置のハードウェア構成例を示す図である。It is a figure which shows the hardware configuration example of the information processing apparatus provided in the vehicle running support apparatus of 2nd Embodiment. 第2実施形態における車両走行支援装置が実行する処理フロー例を示す図である。It is a figure which shows the example of the processing flow executed by the vehicle running support device in 2nd Embodiment. 第3実施形態における監視装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the configuration example of the monitoring apparatus in 3rd Embodiment. 第3実施形態における監視装置が備える情報処理装置のハードウェア構成例を示す図である。It is a figure which shows the hardware configuration example of the information processing apparatus included in the monitoring apparatus in 3rd Embodiment. 第3実施形態における監視装置が実行する処理フロー例を示す図である。It is a figure which shows the example of the processing flow executed by the monitoring apparatus in 3rd Embodiment. 第4実施形態における認証装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the configuration example of the authentication apparatus in 4th Embodiment. 第4実施形態における認証装置が備える情報処理装置のハードウェア構成例を示す図である。It is a figure which shows the hardware configuration example of the information processing apparatus included in the authentication apparatus in 4th Embodiment. 第4実施形態における認証装置が実行する処理フロー例を示す図である。It is a figure which shows the example of the processing flow executed by the authentication apparatus in 4th Embodiment. 第5実施形態における医療装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the medical apparatus in 5th Embodiment. 第5実施形態における医療装置が備える情報処理装置のハードウェア構成例を示す図である。It is a figure which shows the hardware configuration example of the information processing apparatus provided in the medical apparatus of 5th Embodiment. 第5実施形態における医療装置が実行する処理フロー例を示す図である。It is a figure which shows the example of the processing flow executed by the medical apparatus in 5th Embodiment.

以下に本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図1は第1実施形態における位相フィルタ101とそれを搭載した撮像光学系150の模式図であり、図2は第1実施形態における位相フィルタ101の構造を示す平面図、図3は同じく側断面図である。なお、図1にて示す撮像光学系150が含む、位相フィルタ101及び結像レンズ102はいずれも側断面の形状を示したものとなっている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view of a phase filter 101 in the first embodiment and an imaging optical system 150 equipped with the phase filter 101, FIG. 2 is a plan view showing the structure of the phase filter 101 in the first embodiment, and FIG. 3 is a side cross section. It is a figure. The phase filter 101 and the imaging lens 102 included in the imaging optical system 150 shown in FIG. 1 both show the shape of the side cross section.

図1〜3にて示すように、位相フィルタ101は、外形が円盤状で光軸1を中心とした回転対称な形状となっている。また、この位相フィルタ101は、放物線状の断面形状を有する溝すなわち凹面112が、上述の光軸1を中心に同心円状に略等間隔で複数列形成されている。このように光軸1を中心に同心円状に形成された凹面112を輪帯111とし、輪帯111らを輪帯構造110と総称する。図1〜3にて示す位相フィルタ101の例では、2列の輪帯111からなる輪帯構造110を有している。輪帯111は当該輪帯111に入射する光線に対して瞳面の半径方向に凹レンズとして作用する凹面となる。なお、ここで示す位相フィルタ101における輪帯111の幅は各輪帯間で等しいものとなっている。 As shown in FIGS. 1 to 3, the phase filter 101 has a disk-shaped outer shape and a rotationally symmetric shape centered on the optical axis 1. Further, in the phase filter 101, a plurality of grooves, that is, concave surfaces 112 having a parabolic cross-sectional shape are formed concentrically around the optical axis 1 at substantially equal intervals. The concave surface 112 formed concentrically around the optical axis 1 in this way is referred to as a ring band 111, and the ring bands 111 and the like are collectively referred to as a ring band structure 110. The example of the phase filter 101 shown in FIGS. 1 to 3 has a ring band structure 110 composed of two rows of ring bands 111. The annular zone 111 is a concave surface that acts as a concave lens in the radial direction of the pupil surface with respect to the light rays incident on the annular zone 111. The width of the ring band 111 in the phase filter 101 shown here is the same between the ring bands.

撮像光学系150においては、上述の位相フィルタ101と光軸1を共通にするよう、結像レンズ102が配置されている。この結像レンズ102は位相フィルタ101がない場合、物体空間の像を光軸1上の所定位置に結像させることができるレンズである。こうした結像レンズ102に位相フィルタ101を組み合わせた構成で撮像光学系150をなすことで、位相フィルタ101に入射する光線103(入射光束)は、上述した凹面112によって屈折され、局所的に発散光となる。この発散光が結像レンズ102によって(紙面上)局所的に略平行な光束となるよう、位相フィルタ101における凹面112の曲率は設定されている。局所的に略平行とは、各凹面112を通過した凹面112毎の光線が、結像レンズ102の通過後に略平行となっている状態を指す。 In the imaging optical system 150, the imaging lens 102 is arranged so as to share the optical axis 1 with the phase filter 101 described above. The imaging lens 102 is a lens capable of forming an image of an object space at a predetermined position on the optical axis 1 without the phase filter 101. By forming the imaging optical system 150 in such a configuration that the phase filter 101 is combined with the imaging lens 102, the light ray 103 (incident light flux) incident on the phase filter 101 is refracted by the concave surface 112 described above and locally diverged light. It becomes. The curvature of the concave surface 112 in the phase filter 101 is set so that the divergent light becomes a luminous flux that is locally substantially parallel (on the paper surface) by the imaging lens 102. Locally substantially parallel refers to a state in which light rays for each concave surface 112 that have passed through each concave surface 112 are substantially parallel after passing through the imaging lens 102.

この局所的な略平行光束の伝播方向は輪帯111の中心を通る光線2の屈折方向に沿って元の焦点位置3に向かう。なぜなら輪帯111の中心での凹面112(放物断面)に対する仮想的な接平面は、結像レンズ102の光軸1に垂直であり、そこを通る光線は位相フィルタ101で屈折せずに結像レンズ102に入射するため、その光線は位相フィルタ101がない場合の焦点位置3を通ることが明らかであるからである。このように複数の輪帯111からの略平行光束が焦点3の近傍において光軸方向に範囲104でオーバーラップする。説明の便宜上、上記では各輪帯111からの、発散し結像レンズ102によって屈折された光束を、略平行光束と述べたが、実際には光軸1を中心に回転対称であるから、実際の伝播形態は円錐の側面に沿って伝播するような光束である。 The propagation direction of this local substantially parallel luminous flux is toward the original focal position 3 along the refraction direction of the light beam 2 passing through the center of the annular zone 111. This is because the virtual tangent plane with respect to the concave surface 112 (radial cross section) at the center of the ring zone 111 is perpendicular to the optical axis 1 of the imaging lens 102, and the light rays passing therethrough are connected without being refracted by the phase filter 101. This is because it is clear that the light beam passes through the focal position 3 in the absence of the phase filter 101 because it is incident on the image lens 102. In this way, the substantially parallel light fluxes from the plurality of ring zones 111 overlap in the optical axis direction in the range 104 in the vicinity of the focal point 3. For convenience of explanation, the luminous flux diverging from each ring zone 111 and refracted by the imaging lens 102 is referred to as a substantially parallel luminous flux, but it is actually rotationally symmetric with respect to the optical axis 1. The propagation form of is a luminous flux that propagates along the side surface of the cone.

このような光束は、図4に示すアキシコン201による屈折光線と同様の光束となる。アキシコン201は、第1面が平面たる底面202であり、第2面が円錐になっている円錐レンズ(conical lens)であり、アキシコンプリズムとも呼ばれている。図4では、こうしたアキシコン201の側断面と光軸1、入射する平行光束203の関係を模式的に示している。アキシコン201の底面202から入射する平行光束203は、傾斜するアキシコン201の側面204で屈折し、仮想的な円錐面に沿うような光路で一様に収束される。両側から角度を持って入射する光束203が、図中、ひし形状にオーバーラップする範囲202では、円錐を2つ、その底面を互いに対向させて貼り合わせたような領域205が形成される(図4では、該当領域を明示する意図で着色して示している)。この領域205内では光軸方向の範囲202において非回折ビームが形成される。上述した図1の位相フィルタ101における各輪帯111からの光束は、図4に例示するアキシコン201の光束が、異なる角度で複数オーバーラップすることに対応し、複数の非回折ビームが重なり合って点像分布の焦点方向への平滑化が達成される。 Such a luminous flux is the same as the luminous flux refracted by the Axicon 201 shown in FIG. The axicon 201 is a conical lens having a bottom surface 202 whose first surface is a flat surface and a conical second surface, and is also called an axicon prism. FIG. 4 schematically shows the relationship between the side cross section of the Axicon 201, the optical axis 1, and the incident parallel luminous flux 203. The parallel light flux 203 incident from the bottom surface 202 of the axicon 201 is refracted by the side surface 204 of the inclined axicon 201, and is uniformly converged by an optical path along a virtual conical surface. In the range 202 in which the luminous flux 203 incident from both sides at an angle overlaps in a rhombus shape, a region 205 is formed in which two cones are bonded to each other with their bottom surfaces facing each other (FIG. In 4, it is colored with the intention of clearly indicating the corresponding area). Within this region 205, a non-diffraction beam is formed in the range 202 in the optical axis direction. The luminous flux from each ring zone 111 in the phase filter 101 of FIG. 1 described above corresponds to a plurality of overlapping light fluxes of the Axicon 201 illustrated in FIG. 4 at different angles, and a plurality of non-diffraction beams overlap each other. Smoothing of the image distribution in the focal direction is achieved.

続いて、位相フィルタ101を用いた撮像光学系150と、当該撮像光学系150にて撮像される画像に対し画像処理を施す撮像システム300の構成について図5に基づき説明する。ここでは、撮像光学系150から比較的近い距離に物体301が存在し、遠い距離に物体302が存在している状況を想定する。 Subsequently, the configuration of the imaging optical system 150 using the phase filter 101 and the imaging system 300 that performs image processing on the image captured by the imaging optical system 150 will be described with reference to FIG. Here, it is assumed that the object 301 exists at a relatively short distance from the imaging optical system 150 and the object 302 exists at a long distance.

この場合、上述の物体301、物体302の反射光が、撮像光学系150における位相フィルタ101を介して結像レンズ102に入射し、光軸1の方向にぼけ方が均一(上述した点像分布の焦点方向への平滑化による)な像303、304を形成することになる。そこで撮像システム300においては、像303、304らが光軸方向にオーバーラップする位置に画像センサ305を配置した構成となっている。 In this case, the reflected light of the object 301 and the object 302 is incident on the imaging lens 102 via the phase filter 101 in the imaging optical system 150, and the blurring is uniform in the direction of the optical axis 1 (point image distribution described above). Images 303 and 304 (due to smoothing in the focal direction of) will be formed. Therefore, the image pickup system 300 has a configuration in which the image sensor 305 is arranged at a position where the images 303, 304 and the like overlap in the optical axis direction.

また、撮像システム300は、上述の画像センサ305からの出力信号を、画像センサ305で出力可能な最高解像度の情報を保ったまま、適宜な静止画または動画の画像フォーマットに変換し画像信号として出力する画像信号出力回路306を備えている。また、撮像システム300は、画像信号出力回路306で出力した画像信号を受けて、これをディスプレイ出力可能なフォーマットに変換し、モニタディスプレイ308で出力させるモニタ出力生成回路307を備えている。モニタディスプレイ308で表示される画像は、図5にて模式的に示す通り、近い物体301も、遠い物体302も一様にぼけた画像303、304が得られる。ただし、撮像システム300として、こうしたモニタ出力処理は必須ではないため、モニタディスプレイ308、及びモニタ出力生成回路307を含まない構成としても問題ない。 Further, the image pickup system 300 converts the output signal from the above-mentioned image sensor 305 into an appropriate image format of a still image or a moving image while maintaining the information of the highest resolution that can be output by the image sensor 305, and outputs it as an image signal. The image signal output circuit 306 is provided. Further, the image pickup system 300 includes a monitor output generation circuit 307 that receives an image signal output by the image signal output circuit 306, converts the image signal into a format capable of displaying the display, and outputs the image signal to the monitor display 308. As the image displayed on the monitor display 308, as schematically shown in FIG. 5, images 303 and 304 in which both the near object 301 and the distant object 302 are uniformly blurred can be obtained. However, since such monitor output processing is not essential for the image pickup system 300, there is no problem even if the configuration does not include the monitor display 308 and the monitor output generation circuit 307.

また、撮像システム300は、デコンボリューション前処理回路309、及びデコンボリューションフィルタ回路310を備えている。撮像システム300においては、上述の画像信号出力回路306からの出力信号を分岐して、デコンボリューション前処理回路309に入力する。これにより、デコンボリューション前処理回路309において、デコンボリューションフィルタ回路310でのフィルタ演算に適したデジタル画像データ形式に変換することとなる。また、このデコンボリューション前処理回路309の出力信号は、デコンボリューションフィルタ回路310にてフィルタ処理を行って第2のモニタ出力生成回路311に入力される。第2のモニタ出力生成回路311は、デコンボリューションフィルタ回路310からの入力信号を任意の一般の静止画、または動画の画像フォーマットに変換し 出力信号として第2のモニタディスプレイ312で出力表示させる。第2のモニタディスプレイ312で出力表示を行う場合、上述した、近い物体301にも遠い物体302にも焦点のあった画像が出力される。このとき、位相フィルタ101を用いているため、第2のモニタディスプレイ312での出力画像においては、撮像光学系150からの距離によって該当物体の画像位置がずれるようなことはなく、物体301、302の本来の位置を反映した位置に画像が形成される。 Further, the image pickup system 300 includes a deconvolution preprocessing circuit 309 and a deconvolution filter circuit 310. In the image pickup system 300, the output signal from the above-mentioned image signal output circuit 306 is branched and input to the deconvolution preprocessing circuit 309. As a result, the deconvolution preprocessing circuit 309 converts the digital image data format suitable for the filter calculation in the deconvolution filter circuit 310. Further, the output signal of the deconvolution preprocessing circuit 309 is filtered by the deconvolution filter circuit 310 and input to the second monitor output generation circuit 311. The second monitor output generation circuit 311 converts the input signal from the deconvolution filter circuit 310 into an image format of an arbitrary general still image or moving image, and outputs and displays it as an output signal on the second monitor display 312. When the output is displayed on the second monitor display 312, the image focused on both the near object 301 and the distant object 302 described above is output. At this time, since the phase filter 101 is used, in the output image on the second monitor display 312, the image position of the corresponding object does not shift depending on the distance from the imaging optical system 150, and the objects 301 and 302 do not shift. The image is formed at a position that reflects the original position of.

続いて、上述した位相フィルタ101を採用した際の焦点深度拡大効果を確認するシミュレーションについて説明する。図6は、位相フィルタ101における放物断面(すなわち凹面112)の形状を定式化するための模式図である。この図では、横軸が瞳面の半径座標、縦軸が位相フィルタ101の形状を示している。また、ここで表示しているのは1周期だけであり、半径0の光軸位置に先鋭な頂点を持つ場合をeven、放物線の底が光軸上になる場合をoddと表示している。放物断面の深さはdである。この形状が半径方向に周期pで反復される。 Subsequently, a simulation for confirming the effect of expanding the depth of focus when the above-mentioned phase filter 101 is adopted will be described. FIG. 6 is a schematic diagram for formulating the shape of the parabolic cross section (that is, the concave surface 112) in the phase filter 101. In this figure, the horizontal axis shows the radial coordinates of the pupil surface, and the vertical axis shows the shape of the phase filter 101. Further, only one cycle is displayed here, and the case where the optical axis position with a radius of 0 has a sharp apex is displayed as even, and the case where the bottom of the parabola is on the optical axis is displayed as odd. The depth of the parabolic cross section is d. This shape is repeated in the radial direction with a period p.

ここでrはn番目の輪帯111の半径であり、撮像光学系150の瞳半径に相当する。このような輪帯構造110は、輪帯111の幅と位相差がすべて等しい輪帯構造となる。なお、位相フィルタ101は撮像光学系150の瞳面に配置することを仮定する。これは実際の撮像光学系150では絞り位置に配置すればよいことになる。 Where r n is the radius of the n-th annular zone 111, which corresponds to a pupil radius of the imaging optical system 150. Such an annular structure 110 has an annular structure in which the width and the phase difference of the annular 111 are all equal. It is assumed that the phase filter 101 is arranged on the pupil surface of the imaging optical system 150. This may be arranged at the aperture position in the actual imaging optical system 150.

上述したように、位相フィルタ101において輪帯111の断面形状は放物断面形状であるが、これは必ずしも局所的な半径座標に対して2次関数で断面形状が記述されることに限定するものではない。例えば円形や楕円形の断面であってもよい。いずれも輪帯111の断面の頂点の近傍では半径に対する2次の展開項が支配的であることから放物断面と述べているものである。 As described above, in the phase filter 101, the cross-sectional shape of the ring band 111 is a parabolic cross-sectional shape, but this is not necessarily limited to the cross-sectional shape described by a quadratic function with respect to the local radial coordinates. is not. For example, it may have a circular or elliptical cross section. In each case, the parabolic cross section is described because the quadratic expansion term with respect to the radius is dominant in the vicinity of the apex of the cross section of the ring zone 111.

次にデコンボリューション画像処理について説明する。図7に示すように焦点距離fの結像光学系500により、距離dに光強度分布O(x0、y0)で与えられる物体があり、その光学像強度分布I(x、y)が、図中の結像公式に基づいて距離dの位置に結像されているとする。このとき、物体の光強度分布を点光源の集合と考えると、像I(x,y)を形成するのはその点光源の波動光学的な点像分布PSF(x、y)の重ね合わせである。この点像分布は結像光学系500の絞りの開口、すなわち瞳面の振幅透過率分布P(X,Y)としたとき、
Next, deconvolution image processing will be described. The focal length imaging optical system 500 of f as shown in FIG. 7, the distance d 0 to have an object given by the light intensity distribution O (x0, y0), the optical image intensity distribution I (x, y) is, It is assumed that the image is formed at a distance d based on the imaging formula in the figure. At this time, if the light intensity distribution of the object is considered as a set of point light sources, the image I (x, y) is formed by superimposing the wave-optical point image distribution PSF (x, y) of the point light source. is there. This point image distribution is based on the aperture of the aperture of the imaging optical system 500, that is, the amplitude transmittance distribution P (X, Y) of the pupil surface.

フーリエ変換は一般によく知られているように、物理量の時間や空間分布を、その周波数スペクトルに変換する演算である。この点像分布を、物体面の光強度分布の幾何学的写像O(x、y)に対して重畳して積分することにより、像面の強度分布は、
のように表せる。ここで*はコンボリューション積分の演算を意味する。さらにこの像面強度分布にフーリエ変換を施すことにより、
のように像面光強度分布の空間周波数スペクトルが物体面の空間周波数スペクトルと点像分布の空間周波数スペクトルの積であることが導ける。点像分布の空間周波数スペクトルは光学伝達関数OTFと呼ばれ、
のように表せる。この演算がデコンボリューションと呼ばれている。デコンボリューションは式の形からもわかるように、OTFがゼロにならないことが必要である。また像面内に異なる物体距離の像が混在する場合でも、それらの点像分布が焦点ずれによらず同一であれば、デコンボリューションで一様に理想光学像を得ることができる。
The Fourier transform, as is generally well known, is an operation that transforms a time or spatial distribution of a physical quantity into its frequency spectrum. By superimposing this point image distribution on the geometric map O (x, y) of the light intensity distribution of the object surface and integrating it, the intensity distribution of the image surface can be obtained.
It can be expressed as. Here, * means the operation of the convolution integral. Furthermore, by applying a Fourier transform to this image plane intensity distribution,
It can be derived that the spatial frequency spectrum of the image plane light intensity distribution is the product of the spatial frequency spectrum of the object surface and the spatial frequency spectrum of the point image distribution. The spatial frequency spectrum of the point image distribution is called the optical transfer function OTF.
It can be expressed as. This operation is called deconvolution. Deconvolution, as can be seen from the form of the equation, requires that the OTF not be zero. Further, even when images of different object distances are mixed in the image plane, if the point image distributions are the same regardless of the focus shift, an ideal optical image can be uniformly obtained by deconvolution.

図8に第1実施例の位相フィルタ101の有無による撮像画像の処理結果比較例を示す。図8にて示すシミュレーション結果510における、シミュレーション条件は、焦点距離50mm、有効径15.625mm、Fナンバー3.2、波長0.5μm、物体距離710mm、センササイズ15mm、輪帯ピッチ0.8mm、位相差4.24λ、Oddケース、近似次数8次、画像サイズ1024×1024である。デコンボリューションに用いたOTFはデフォーカス0mmと1mmのOTFの平均を用いている。カメラ(すなわち撮像光学系ないし撮像システム)で取得される画像の階調は12bitを仮定した。元画像は0と最大輝度のスポーク状のモノクロ画像であり、上段が位相フィルタ101なしの通常取得画像、中段が第1実施例の位相フィルタ101を適用した場合のカメラ取得画像、下段がデコンボリューション結果画像である。さらに列方向が、センサ面の焦点ずれ量で左から−2,−1,0,1,2mmである。この場合のマイナスは、センサがレンズに近く、プラスはセンサがレンズから遠いことを意味している。位相フィルタ101なしとデコンボリューション処理後の画像の左下には、白抜きの数字で、画像の評価指標値の計算結果を示している。画像の評価指標は、PSNR(Peak Signal to Noise Ratio)と呼ばれる数値であり、
で定義される。ここでMaxは最大輝度、m、nは横方向、縦方向の画像サイズ、I(i,j)は評価画像、O(i,j)は元画像である。この結果から、焦点ずれなしの通常画像には及ばないものの、±2mmの焦点ずれの範囲で目立った画像劣化もなく、焦点深度が拡大していることがわかる。図9に第1実施例の位相フィルタ101による瞳面の波面収差、すなわち位相分布520を示す。ただしここでは、焦点ずれの波面収差は含んでいない。各輪帯111で放物断面状の位相シフトが加わっていることがわかる。
FIG. 8 shows an example of comparing the processing results of the captured image with and without the phase filter 101 of the first embodiment. The simulation conditions in the simulation result 510 shown in FIG. 8 are focal length 50 mm, effective diameter 15.625 mm, F number 3.2, wavelength 0.5 μm, object distance 710 mm, sensor size 15 mm, ring band pitch 0.8 mm, and so on. The phase difference is 4.24λ, the odd case, the approximate order is 8th, and the image size is 1024 × 1024. The OTF used for the deconvolution uses the average of the defocus 0 mm and 1 mm OTF. The gradation of the image acquired by the camera (that is, the imaging optical system or the imaging system) is assumed to be 12 bits. The original image is a spoke-shaped monochrome image with 0 and maximum brightness, the upper row is the normal acquisition image without the phase filter 101, the middle row is the camera acquisition image when the phase filter 101 of the first embodiment is applied, and the lower row is the deconvolution. It is a result image. Further, the row direction is -2, -1,0,1,2 mm from the left in terms of the amount of defocus on the sensor surface. In this case, a minus means that the sensor is close to the lens, and a plus means that the sensor is far from the lens. At the lower left of the image without the phase filter 101 and after the deconvolution process, the calculation results of the evaluation index values of the image are shown by white numbers. The evaluation index of the image is a numerical value called PSNR (Peak Signal to Noise Radio).
Defined in. Here, Max is the maximum brightness, m and n are the image sizes in the horizontal and vertical directions, I (i, j) is the evaluation image, and O (i, j) is the original image. From this result, it can be seen that the depth of focus is expanded without any noticeable image deterioration in the range of ± 2 mm, although it is not as good as the normal image without defocus. FIG. 9 shows the wave surface aberration of the pupil surface by the phase filter 101 of the first embodiment, that is, the phase distribution 520. However, here, the wave surface aberration of defocus is not included. It can be seen that a parabolic cross-sectional phase shift is applied to each ring zone 111.

また、図10〜14にこのときの点像分布関数の計算結果を示す。各グラフにて、横軸は画像の画素位置、縦軸は輝度であり、計算領域範囲は0.938mmである。グラフは左上から右下にかけて焦点ずれ量を−2、−1、0、1、2mmとしたときの計算結果である。焦点ずれがない場合について集光スポットが絞られすぎている兆候があるが、その他は概ね同等のスポットサイズとなっていることがわかる。 Further, FIGS. 10 to 14 show the calculation results of the point image distribution function at this time. In each graph, the horizontal axis is the pixel position of the image, the vertical axis is the brightness, and the calculation area range is 0.938 mm. The graph is a calculation result when the amount of defocus is set to -2, -1, 0, 1, 2 mm from the upper left to the lower right. It can be seen that there is a sign that the focused spots are too narrowed when there is no defocus, but the spot sizes are almost the same in other cases.

上述した第1実施例では、輪帯幅(ピッチ)の等しい輪帯構造110の位相フィルタ101について説明したが、位相フィルタ101における輪帯111の幅が輪体間で等しい必要はない。図15は、第2実施例の位相フィルタ101の構造を示す平面図であり、図16は第2実施例の位相フィルタ101の構造を示す側断面図である。以下の第2実施例では、位相フィルタ101における輪帯111の幅が、光軸1から周縁部25に向けて狭くなっている例について説明する。図15、16に示す例では、周縁部25に一番近い、すなわち最外周の輪帯111の幅115は、その内周の輪帯111の幅116より狭くなっている。また、この位相フィルタ101は、入射光束に対して瞳面の半径方向に凹レンズとして作用する凹面112を含む輪帯111と、凸レンズとして作用する凸面113を含む輪帯114とを交互に備えた輪帯構造110を有している。 In the first embodiment described above, the phase filter 101 of the annular structure 110 having the same annular width (pitch) has been described, but the width of the annular 111 in the phase filter 101 does not have to be the same between the annular bodies. FIG. 15 is a plan view showing the structure of the phase filter 101 of the second embodiment, and FIG. 16 is a side sectional view showing the structure of the phase filter 101 of the second embodiment. In the second embodiment below, an example in which the width of the ring band 111 in the phase filter 101 is narrowed from the optical axis 1 toward the peripheral edge portion 25 will be described. In the examples shown in FIGS. 15 and 16, the width 115 of the outermost ring zone 111, which is closest to the peripheral edge 25, is narrower than the width 116 of the inner peripheral ring band 111. Further, the phase filter 101 alternately includes a ring band 111 including a concave surface 112 acting as a concave lens in the radial direction of the pupil surface with respect to an incident light flux, and a ring band 114 including a convex surface 113 acting as a convex lens. It has a band structure 110.

こうした構造の位相フィルタ101による瞳面の波面収差、すなわち位相分布580を図17に示す。この位相分布580において、横軸は瞳面の規格化半径であり、縦軸は光路差(μm)を示している。この位相分布580において、瞳面の規格化半径が大きいほど、すなわち位相フィルタ101の周縁部25ほど輪帯111の幅が狭くなっていることがわかる。このような構造を位相フィルタ101にて採用すると、各輪帯の寄与する面積を均一化することができ、製造ばらつきの影響を受けにくくなる。また第2実施例では位相差はすべての輪帯111で等しい輪帯構造である。 FIG. 17 shows the wave surface aberration of the pupil surface due to the phase filter 101 having such a structure, that is, the phase distribution 580. In this phase distribution 580, the horizontal axis represents the normalized radius of the pupil plane, and the vertical axis represents the optical path difference (μm). In this phase distribution 580, it can be seen that the larger the normalized radius of the pupil surface, that is, the narrower the width of the annular band 111 is as the peripheral portion 25 of the phase filter 101. When such a structure is adopted in the phase filter 101, the area contributed by each ring zone can be made uniform, and it is less likely to be affected by manufacturing variations. Further, in the second embodiment, the phase difference is the same for all the ring zones 111.

なお、第1実施例の位相フィルタ101における輪帯111(凹レンズとして作用する輪帯)間、すなわち急峻で鋭い凸状の部位に入射する光束には、輪帯111による屈折作用が作用しない。一方、上述したように凹レンズとして作用する輪帯111と凸レンズとして作用する輪帯114とが交互に配置された位相フィルタ101においては、輪帯111の凹面112のうち輪帯114直近の領域に入射する光束も、輪帯114の凸レンズ作用によって所望の屈折をさせることが可能となり、その位相分布580は第1実施例の位相分布520(図9)にあるような先鋭なピークを示さず、滑らかな形状となる。こうした構造の位相フィルタ101であれば、上述したような急峻で鋭い凸状の部位が輪帯間に存在しないため、当該位相フィルタ101でのチッピングの発生を抑えることができる。 It should be noted that the refraction action of the ring band 111 does not act on the light flux incident between the ring bands 111 (ring bands acting as a concave lens) in the phase filter 101 of the first embodiment, that is, on the steep and sharp convex portion. On the other hand, in the phase filter 101 in which the ring band 111 acting as a concave lens and the ring band 114 acting as a convex lens are alternately arranged as described above, the phase filter 101 is incident on the region of the concave surface 112 of the ring band 111 closest to the ring band 114. The light beam to be generated can also be refracted as desired by the convex lens action of the ring band 114, and its phase distribution 580 does not show a sharp peak as shown in the phase distribution 520 (FIG. 9) of the first embodiment and is smooth. Shape. With the phase filter 101 having such a structure, since the steep and sharp convex portion as described above does not exist between the ring bands, it is possible to suppress the occurrence of chipping in the phase filter 101.

なお上記では便宜上、凹レンズの輪帯111と凸レンズの輪帯114と説明したが、実際上は両方が一体となった領域を1つの輪帯として輪帯幅を定義している。 In the above description, for convenience, the concave lens ring band 111 and the convex lens ring band 114 have been described, but in practice, the ring band width is defined with a region in which both are integrated as one ring band.

図18は上述の第2実施例における位相フィルタ101を用いた場合のデコンボリューション後の画像を示す。ここで位相フィルタ以外の条件は第1実施例の場合と同じである。左側の画像590は焦点ずれなし(Just focus)、右側の画像600は焦点ずれ2mmの場合である。第1実施例と比べ、やや画質が劣るが、第1実施例同様の焦点深度拡大効果があることがわかる。 FIG. 18 shows an image after deconvolution when the phase filter 101 in the second embodiment described above is used. Here, the conditions other than the phase filter are the same as in the case of the first embodiment. The image 590 on the left is the case where there is no defocus (Just focus), and the image 600 on the right is the case where the defocus is 2 mm. Although the image quality is slightly inferior to that of the first embodiment, it can be seen that the depth of focus expansion effect is the same as that of the first embodiment.

ここで、位相フィルタ101の凹面112の傾斜が大きいほど屈折光線の傾斜角が大きくなるのに対して、光軸1の近傍でも周縁部25でも凹面112の深さが同じである場合、光軸1に近いほど光線が光軸1と交わる点の変化が大きくなる。これは焦点深度拡大に対する寄与が光軸1に近いほど大きく、周縁部25ほど小さくなることに相当すると考えることができる。そこで、以下に周縁部25ほど凹面112の深さが深くなる位相フィルタ101の例について説明する。なお、輪帯111における凹面112の深さは光軸1から周縁部25に向けて深くなるが、輪帯幅はすべての輪帯で一定であるものとする。 Here, the larger the inclination of the concave surface 112 of the phase filter 101, the larger the inclination angle of the refracted light beam, whereas when the depth of the concave surface 112 is the same in the vicinity of the optical axis 1 and in the peripheral portion 25, the optical axis The closer it is to 1, the greater the change in the point where the light beam intersects the optical axis 1. It can be considered that this corresponds to the fact that the contribution to the expansion of the depth of focus increases as the optical axis approaches 1 and decreases as the peripheral portion 25 decreases. Therefore, an example of the phase filter 101 in which the depth of the concave surface 112 becomes deeper toward the peripheral portion 25 will be described below. The depth of the concave surface 112 in the ring band 111 becomes deeper from the optical axis 1 toward the peripheral edge portion 25, but the ring band width is assumed to be constant in all the ring bands.

図19は第3実施例の位相フィルタの構造を示す平面図であり、図20は第3実施例の位相フィルタの構造を示す側断面図である。図19、20に示す例では、周縁部25に一番近い、すなわち最外周の輪帯111における凹面112の深さ117は、その内周の輪帯111における凹面112の深さ118より深くなっている。また、この位相フィルタ101は、入射光束に対して瞳面の半径方向に凹レンズとして作用する凹面112を含む輪帯111と、凸レンズとして作用する凸面113を含む輪帯114とを交互に備えた輪帯構造110を有している。 FIG. 19 is a plan view showing the structure of the phase filter of the third embodiment, and FIG. 20 is a side sectional view showing the structure of the phase filter of the third embodiment. In the examples shown in FIGS. 19 and 20, the depth 117 of the concave surface 112 in the outermost ring zone 111, which is the closest to the peripheral edge 25, is deeper than the depth 118 of the concave surface 112 in the inner peripheral ring zone 111. ing. Further, the phase filter 101 alternately includes a ring band 111 including a concave surface 112 acting as a concave lens in the radial direction of the pupil surface with respect to an incident light flux, and a ring band 114 including a convex surface 113 acting as a convex lens. It has a band structure 110.

こうした構造の位相フィルタ101による瞳面の波面収差、すなわち位相分布610を図21に示す。この位相分布610に示すように、位相フィルタ101における輪帯111の凹面112の深さが深いことに応じて光路差の変化が大きくなり、位相シフトの変化量も大きくなる。 FIG. 21 shows the wave surface aberration of the pupil surface due to the phase filter 101 having such a structure, that is, the phase distribution 610. As shown in the phase distribution 610, the change in the optical path difference increases and the amount of change in the phase shift also increases as the depth of the concave surface 112 of the ring zone 111 in the phase filter 101 becomes deeper.

図22は第3実施例における位相フィルタ101を用いた場合のデコンボリューション後の画像を示す。ここで位相フィルタ以外の条件は第1実施例の場合と同じである。紙面左側の画像620は焦点ずれ−2mm、中央の画像630は焦点ずれ−1mm、右側の画像640は焦点ずれ0mmの場合である。また、各画像下に示したdB値はPSNR(Peak Signal−to−Noise Ratio)である。第1実施例とほぼ同等の画像品質が得られていることがわかる。 FIG. 22 shows an image after deconvolution when the phase filter 101 in the third embodiment is used. Here, the conditions other than the phase filter are the same as in the case of the first embodiment. The image 620 on the left side of the paper is out of focus-2 mm, the image 630 in the center is out of focus -1 mm, and the image 640 on the right side is out of focus 0 mm. The dB value shown below each image is PSNR (Peak Signal-to-Noise Radio). It can be seen that almost the same image quality as that of the first embodiment is obtained.

上述してきたように、位相フィルタ101は撮像光学系150の実効的な焦点深度を拡大させる技術となり、種々の適用用途が考えられる。以下にその適用用途に即して、位相フィルタ101を用いた装置例について説明する。 As described above, the phase filter 101 is a technique for expanding the effective depth of focus of the imaging optical system 150, and various applications are conceivable. An example of an apparatus using the phase filter 101 will be described below according to the application.

図23は第2実施形態における車両走行支援装置700の構成例を示す図であり、図24は第2実施形態における車両走行支援装置700が備える情報処理装置710のハードウェア構成例を示す図である。例えば、位相フィルタ101を車載カメラに組み込んで車両周囲の障害物を撮影し、この車載カメラによる撮像画像に基づいて衝突防止のために障害物検知を行う装置、すなわち車両走行支援装置700が想定できる。 FIG. 23 is a diagram showing a configuration example of the vehicle travel support device 700 according to the second embodiment, and FIG. 24 is a diagram showing a hardware configuration example of the information processing device 710 included in the vehicle travel support device 700 according to the second embodiment. is there. For example, a device that incorporates a phase filter 101 into an in-vehicle camera to photograph an obstacle around the vehicle and detects an obstacle for collision prevention based on an image captured by the in-vehicle camera, that is, a vehicle traveling support device 700 can be assumed. ..

この車両走行支援装置700は、第1実施形態で示した撮像システム300と同様に、画像センサ305、画像信号出力回路306、デコンボリューション前処理回路309、及びデコンボリューションフィルタ回路310を備えている他、情報処理装置710を含んでいる。また、情報処理装置710での処理結果は車両が備えるカーナビゲーション装置730のモニタディスプレイにて表示されることとなる。 Similar to the imaging system 300 shown in the first embodiment, the vehicle traveling support device 700 includes an image sensor 305, an image signal output circuit 306, a deconvolution preprocessing circuit 309, and a deconvolution filter circuit 310. , Includes information processing device 710. Further, the processing result of the information processing device 710 will be displayed on the monitor display of the car navigation device 730 provided in the vehicle.

この場合、当該車両走行支援装置700を搭載した車両の周囲、例えば車両前方に存在する他車両701、702の反射光が、撮像光学系150における位相フィルタ101を介して結像レンズ102に入射し、光軸1の方向にぼけ方が均一な像703、704を形成することになる。そこで車両走行支援装置700においては、画像センサ305が像703、704らのセンシングデータを得て、これを画像信号出力回路306に提供する。また、デコンボリューション前処理回路309が画像信号出力回路306の出力たる画像信号を受けて、デコンボリューションフィルタ回路310でのフィルタ演算に適したデジタル画像データ形式に変換する。また、このデコンボリューション前処理回路309の出力信号は、デコンボリューションフィルタ回路310にてフィルタ処理を行って情報処理装置710に入力され、所定の処理を経て、上述した近い他車両701にも遠い他車両702にも焦点のあった画像の表示や、それに応じた警告通知等の音声出力がカーナビゲーション装置730にてなされる。 In this case, the reflected light of other vehicles 701 and 702 existing around the vehicle equipped with the vehicle traveling support device 700, for example, in front of the vehicle, enters the imaging lens 102 through the phase filter 101 in the imaging optical system 150. , Images 703 and 704 with uniform blurring in the direction of the optical axis 1 are formed. Therefore, in the vehicle traveling support device 700, the image sensor 305 obtains the sensing data of the images 703, 704 and the like, and provides the sensing data to the image signal output circuit 306. Further, the deconvolution preprocessing circuit 309 receives the image signal output from the image signal output circuit 306 and converts it into a digital image data format suitable for the filter calculation in the deconvolution filter circuit 310. Further, the output signal of the deconvolution preprocessing circuit 309 is filtered by the deconvolution filter circuit 310 and input to the information processing device 710. After a predetermined process, the output signal is far from the other nearby vehicle 701 described above. The car navigation device 730 displays an image focused on the vehicle 702 and outputs a voice such as a warning notification corresponding to the display.

こうした車両走行支援装置700の備える情報処理装置710のハードウェア構成は以下の如くとなる。情報処理装置710は、ハードディスクドライブなど適宜な不揮発性記憶装置で構成される記憶装置701、RAMなど揮発性記憶装置で構成されるメモリ703、記憶装置701に保持されるプログラム702をメモリ703に読み出すなどして実行し装置自体の統括制御を行うとともに各種判定、演算及び制御処理を行うCPU704、ユーザ入力受付や結果出力を行う705(ディスプレイやキーボード、マウス等)を備える。なお、プログラム702としては、車両走行支援装置700として必要な機能を実装するための画像認識アルゴリズム710と、接近判定プログラム711が少なくとも記憶されている。プログラム702の処理に関しては後述する。 The hardware configuration of the information processing device 710 included in the vehicle traveling support device 700 is as follows. The information processing device 710 reads the storage device 701 composed of an appropriate non-volatile storage device such as a hard disk drive, the memory 703 composed of a volatile storage device such as RAM, and the program 702 held in the storage device 701 into the memory 703. It is equipped with a CPU 704 that performs various determinations, calculations, and control processes while performing overall control of the device itself, and a 705 (display, keyboard, mouse, etc.) that accepts user input and outputs results. As the program 702, at least the image recognition algorithm 710 for implementing the functions required for the vehicle traveling support device 700 and the approach determination program 711 are stored. The processing of the program 702 will be described later.

次に、図25に基づいて、車両走行支援装置700が実行する処理フローについて説明する。車両走行支援装置700における、撮像光学系150は車両周囲物体である他車両701、702の撮像を行い(s100)、この撮像による像703、704を画像センサ305がセンシングして画像データを取得する(s101)。 Next, the processing flow executed by the vehicle traveling support device 700 will be described with reference to FIG. 25. The imaging optical system 150 in the vehicle traveling support device 700 images other vehicles 701 and 702, which are objects around the vehicle (s100), and the image sensor 305 senses the images 703 and 704 obtained by this imaging to acquire image data. (S101).

画像センサ305は、上述の画像データを画像信号出力回路306に画像信号として提供し、画像信号出力回路306では、画像センサ305で出力可能な最高解像度の情報を保ったまま、適宜な静止画または動画の画像フォーマットに変換し画像信号としてデコンボリューション前処理回路309に出力する(s102)。 The image sensor 305 provides the above-mentioned image data to the image signal output circuit 306 as an image signal, and the image signal output circuit 306 provides an appropriate still image or an appropriate still image while maintaining the maximum resolution information that can be output by the image sensor 305. It is converted into a moving image format and output as an image signal to the deconvolution preprocessing circuit 309 (s102).

デコンボリューション前処理回路309は、画像信号出力回路306の出力たる画像信号を受けて、デコンボリューションフィルタ回路310でのフィルタ演算に適したデジタル画像データ形式に変換する(s103)。また、このデコンボリューション前処理回路309の出力信号は、デコンボリューションフィルタ回路310にてフィルタ処理を行って情報処理装置710に入力される(s104)。 The deconvolution preprocessing circuit 309 receives the image signal output from the image signal output circuit 306 and converts it into a digital image data format suitable for the filter calculation in the deconvolution filter circuit 310 (s103). Further, the output signal of the deconvolution preprocessing circuit 309 is filtered by the deconvolution filter circuit 310 and input to the information processing apparatus 710 (s104).

情報処理装置710は、デコンボリューションフィルタ回路310の出力データ、すなわち、焦点深度拡大画像を取得し、当該焦点深度拡大画像に対して、車両認識用の画像認識アルゴリズム710を適用して、自車両から異なる距離に存在し、自車両から一定距離内にある他車両701、702ら複数の物体を同時に検知する(s105)。画像認識アルゴリズム710は、例えば、元画像を構成する画素について、予め定めた所定色彩の画素集合の形状やサイズの領域(車両形状に対応したもの)を特定し、強調表示する等の画像処理を行うアルゴリズムとなる。 The information processing device 710 acquires the output data of the deconvolution filter circuit 310, that is, the depth of focus enlarged image, and applies the image recognition algorithm 710 for vehicle recognition to the depth of focus enlarged image from the own vehicle. It simultaneously detects a plurality of objects such as other vehicles 701 and 702 that exist at different distances and are within a certain distance from the own vehicle (s105). The image recognition algorithm 710 performs image processing such as specifying and highlighting a region (corresponding to the vehicle shape) of a predetermined color set of pixels for the pixels constituting the original image. It becomes the algorithm to be performed.

情報処理装置710はステップs105で検知した他車両701、702の像703、704を、カーナビゲーション装置730にて表示させるとともに、これら他車両701、702と接近している旨を警告する通知メッセージをカーナビゲーション装置730にて表示ないし音声出力する(s106)。こうした車両走行支援装置700によれば、自車両から近い位置にある障害物も遠い位置にある障害物も同時に検知することが可能となり、車両走行に際しての安全性向上が図られる。 The information processing device 710 displays the images 703 and 704 of the other vehicles 701 and 702 detected in step s105 on the car navigation device 730, and sends a notification message warning that the vehicles are approaching the other vehicles 701 and 702. Display or audio output on the car navigation device 730 (s106). According to such a vehicle traveling support device 700, it is possible to simultaneously detect an obstacle located near the own vehicle and an obstacle located far away from the own vehicle, and the safety during vehicle traveling can be improved.

他にも、位相フィルタ101を監視カメラに組み込んで所定の監視対象領域に所在する不審者、侵入者を撮影し、この監視カメラによる撮像画像に基づいて所定の監視処理を行う装置、すなわち監視装置750が想定できる。図26は第3実施形態における監視装置750の構成例を示す図であり、図27は第3実施形態における監視装置750が備える情報処理装置760のハードウェア構成例を示す図である。 In addition, a device that incorporates a phase filter 101 into a surveillance camera to photograph a suspicious person or an intruder located in a predetermined surveillance target area and performs a predetermined surveillance process based on an image captured by the surveillance camera, that is, a surveillance device. 750 can be assumed. FIG. 26 is a diagram showing a configuration example of the monitoring device 750 according to the third embodiment, and FIG. 27 is a diagram showing a hardware configuration example of the information processing device 760 included in the monitoring device 750 according to the third embodiment.

この監視装置750は、第1実施形態で示した撮像システム300と同様に、画像センサ305、画像信号出力回路306、デコンボリューション前処理回路309、及びデコンボリューションフィルタ回路310を備えている他、情報処理装置760を含んでいる。また、情報処理装置760での処理結果はモニタディスプレイ780にて表示されることとなる。 Similar to the image pickup system 300 shown in the first embodiment, the monitoring device 750 includes an image sensor 305, an image signal output circuit 306, a deconvolution preprocessing circuit 309, and a deconvolution filter circuit 310, as well as information. It includes a processing device 760. Further, the processing result of the information processing apparatus 760 will be displayed on the monitor display 780.

この場合、当該監視装置750の周囲に広がる監視対象領域に存在する人物751、752の反射光が、撮像光学系150における位相フィルタ101を介して結像レンズ102に入射し、光軸1の方向にぼけ方が均一な像753、754を形成することになる。そこで監視装置750においては、画像センサ305が像753、754らのセンシングデータを得て、これを画像信号出力回路306に提供する。また、デコンボリューション前処理回路309が画像信号出力回路306の出力たる画像信号を受けて、デコンボリューションフィルタ回路310でのフィルタ演算に適したデジタル画像データ形式に変換する。また、このデコンボリューション前処理回路309の出力信号は、デコンボリューションフィルタ回路310にてフィルタ処理を行って情報処理装置760に入力され、所定の処理を経て、上述した近い人物751にも遠い人物752にも焦点のあった画像の表示や、それに応じた警告通知等の音声出力がモニタディスプレイ780にてなされる。 In this case, the reflected light of the persons 751 and 752 existing in the monitoring target area spreading around the monitoring device 750 enters the imaging lens 102 through the phase filter 101 in the imaging optical system 150, and the direction of the optical axis 1 Images 753 and 754 with uniform blurring will be formed. Therefore, in the monitoring device 750, the image sensor 305 obtains the sensing data of the images 753, 754 and the like, and provides the sensing data to the image signal output circuit 306. Further, the deconvolution preprocessing circuit 309 receives the image signal output from the image signal output circuit 306 and converts it into a digital image data format suitable for the filter calculation in the deconvolution filter circuit 310. Further, the output signal of the deconvolution preprocessing circuit 309 is filtered by the deconvolution filter circuit 310 and input to the information processing device 760. After a predetermined process, the person 752 far from the above-mentioned close person 751 The monitor display 780 displays an image that is also focused on, and outputs a sound such as a warning notification corresponding to the display.

こうした監視装置750の備える情報処理装置760のハードウェア構成は以下の如くとなる。監視装置750は、ハードディスクドライブなど適宜な不揮発性記憶装置で構成される記憶装置761、RAMなど揮発性記憶装置で構成されるメモリ763、記憶装置761に保持されるプログラム762をメモリ763に読み出すなどして実行し装置自体の統括制御を行うとともに各種判定、演算及び制御処理を行うCPU764、ユーザ入力受付や結果出力を行う765(ディスプレイやキーボード、マウス等)を備える。なお、プログラム762としては、監視装置750として必要な機能を実装するための画像認識アルゴリズム770が少なくとも記憶されている。プログラム702の処理に関しては後述する。 The hardware configuration of the information processing device 760 included in the monitoring device 750 is as follows. The monitoring device 750 reads into the memory 763 a storage device 761 composed of an appropriate non-volatile storage device such as a hard disk drive, a memory 763 composed of a volatile storage device such as RAM, and a program 762 held in the storage device 761. It is equipped with a CPU 764 that performs general control of the device itself and performs various determinations, calculations, and control processes, and a 765 (display, keyboard, mouse, etc.) that accepts user input and outputs results. The program 762 stores at least an image recognition algorithm 770 for implementing the functions required as the monitoring device 750. The processing of the program 702 will be described later.

次に、図28に基づいて、監視装置750が実行する処理フローについて説明する。監視装置750における、撮像光学系150は監視対象領域に所在する人物751、752の撮像を行い(s200)、この撮像による像753、754を画像センサ305がセンシングして画像データを取得する(s201)。 Next, the processing flow executed by the monitoring device 750 will be described with reference to FIG. 28. The imaging optical system 150 in the monitoring device 750 images the persons 751 and 752 located in the monitored area (s200), and the image sensor 305 senses the images 753 and 754 obtained by this imaging to acquire image data (s201). ).

画像センサ305は、上述の画像データを画像信号出力回路306に画像信号として提供し、画像信号出力回路306では、画像センサ305で出力可能な最高解像度の情報を保ったまま、適宜な静止画または動画の画像フォーマットに変換し画像信号としてデコンボリューション前処理回路309に出力する(s202)。 The image sensor 305 provides the above-mentioned image data to the image signal output circuit 306 as an image signal, and the image signal output circuit 306 provides an appropriate still image or an appropriate still image while maintaining the maximum resolution information that can be output by the image sensor 305. It is converted into a moving image format and output as an image signal to the deconvolution preprocessing circuit 309 (s202).

デコンボリューション前処理回路309は、画像信号出力回路306の出力たる画像信号を受けて、デコンボリューションフィルタ回路310でのフィルタ演算に適したデジタル画像データ形式に変換する(s203)。また、このデコンボリューション前処理回路309の出力信号は、デコンボリューションフィルタ回路310にてフィルタ処理を行って情報処理装置760に入力される(s204)。 The deconvolution preprocessing circuit 309 receives the image signal output from the image signal output circuit 306 and converts it into a digital image data format suitable for the filter calculation in the deconvolution filter circuit 310 (s203). Further, the output signal of the deconvolution preprocessing circuit 309 is filtered by the deconvolution filter circuit 310 and input to the information processing apparatus 760 (s204).

情報処理装置760は、デコンボリューションフィルタ回路310の出力データ、すなわち、焦点深度拡大画像を取得し、当該焦点深度拡大画像に対して、人物認識用の画像認識アルゴリズム770を適用して、監視装置750から異なる距離に存在し、当該監視装置750から一定距離内すなわち監視対象領域にある人物751、752ら複数人を同時に検知する(s205)。画像認識アルゴリズム770は、例えば、元画像を構成する画素について、予め定めた所定色彩の画素集合の形状やサイズの領域(人の外形に対応したもの)を特定し、強調表示する等の画像処理を行うアルゴリズムとなる。 The information processing device 760 acquires the output data of the deconvolution filter circuit 310, that is, the depth of focus enlarged image, and applies the image recognition algorithm 770 for person recognition to the depth of focus enlarged image to monitor the device 750. A plurality of people such as 751 and 752 who are present at different distances from the monitoring device 750 and are within a certain distance from the monitoring device 750, that is, in the monitoring target area, are simultaneously detected (s205). The image recognition algorithm 770 specifies, for example, a region (corresponding to the outer shape of a person) of the shape and size of a pixel set of predetermined colors for the pixels constituting the original image, and highlights the image processing. It becomes an algorithm to perform.

情報処理装置760はステップs205で検知した人物751、752の像753、754を、モニタディスプレイ780にて表示させるとともに、これら人物751、752が監視対象領域に侵入している旨を警告する通知メッセージをモニタディスプレイ780にて表示ないし音声出力する(s206)。こうした監視装置750によれば、撮像光学系からの所在距離によらず、監視対象領域に侵入した、あるいは所在する不審者や犯罪者等の認識率が向上する。 The information processing device 760 displays the images 753 and 754 of the persons 751 and 752 detected in step s205 on the monitor display 780, and warns that these persons 751 and 752 have invaded the monitored area. Is displayed or output as audio on the monitor display 780 (s206). According to such a monitoring device 750, the recognition rate of a suspicious person, a criminal, or the like who has invaded or is located in the monitored area is improved regardless of the distance from the imaging optical system.

また他にも、位相フィルタ101を認証装置における認証対象の撮像装置に組み込んで、所定の認証対象を撮影し、この撮像装置よる撮像画像に基づいて所定の認証処理を行う装置、すなわち認証装置800が想定できる。図29は第4実施形態における認証装置の構成例を示す図であり、図30は第4実施形態における認証装置が備える情報処理装置のハードウェア構成例を示す図である。 In addition, a device that incorporates the phase filter 101 into an image pickup device to be authenticated in an authentication device, photographs a predetermined authentication target, and performs a predetermined authentication process based on an image captured by the image pickup device, that is, an authentication device 800. Can be assumed. FIG. 29 is a diagram showing a configuration example of the authentication device according to the fourth embodiment, and FIG. 30 is a diagram showing a hardware configuration example of the information processing device included in the authentication device according to the fourth embodiment.

この認証装置800は、第1実施形態で示した撮像システム300と同様に、画像センサ305、画像信号出力回路306、デコンボリューション前処理回路309、及びデコンボリューションフィルタ回路310を備えている他、情報処理装置810を含んでいる。また、情報処理装置810での処理結果はモニタディスプレイ830にて表示されることとなる。 Similar to the imaging system 300 shown in the first embodiment, the authentication device 800 includes an image sensor 305, an image signal output circuit 306, a deconvolution preprocessing circuit 309, and a deconvolution filter circuit 310, as well as information. It includes a processing device 810. Further, the processing result of the information processing apparatus 810 will be displayed on the monitor display 830.

この場合、当該認証装置800にて認証対象(例:指紋認証や静脈認証の部位となる手指、手のひら、手首、虹彩認証の部位となる瞳など)となる指801、802の反射光が、撮像光学系150における位相フィルタ101を介して結像レンズ102に入射し、光軸1の方向にぼけ方が均一な像803、804を形成することになる。そこで認証装置800においては、画像センサ305が像803、804らのセンシングデータを得て、これを画像信号出力回路306に提供する。また、デコンボリューション前処理回路309が画像信号出力回路306の出力たる画像信号を受けて、デコンボリューションフィルタ回路310でのフィルタ演算に適したデジタル画像データ形式に変換する。また、このデコンボリューション前処理回路309の出力信号は、デコンボリューションフィルタ回路310にてフィルタ処理を行って情報処理装置810に入力され、所定の処理を経て、撮像光学系150からの撮影距離が近かった機会での指801にも、あるいは撮影距離が遠かった機会での指802にも焦点のあった画像の表示や、それに応じた認証処理結果の表示ないし音声出力がモニタディスプレイ830にてなされる。 In this case, the reflected light of the fingers 801 and 802 to be authenticated by the authentication device 800 (eg, fingers, palms, wrists, eyes to be the site of iris authentication, etc., which are the parts of fingerprint authentication and vein authentication) is imaged. It is incident on the imaging lens 102 through the phase filter 101 in the optical system 150, and forms images 803 and 804 with uniform blurring in the direction of the optical axis 1. Therefore, in the authentication device 800, the image sensor 305 obtains the sensing data of the images 803, 804 and the like, and provides the sensing data to the image signal output circuit 306. Further, the deconvolution preprocessing circuit 309 receives the image signal output from the image signal output circuit 306 and converts it into a digital image data format suitable for the filter calculation in the deconvolution filter circuit 310. Further, the output signal of the deconvolution preprocessing circuit 309 is filtered by the deconvolution filter circuit 310 and input to the information processing apparatus 810. After the predetermined processing, the shooting distance from the imaging optical system 150 is short. The monitor display 830 displays the image focused on the finger 801 at the occasion or the finger 802 at the time when the shooting distance is long, and displays the authentication processing result or the audio output accordingly. ..

こうした認証装置800の備える情報処理装置810のハードウェア構成は以下の如くとなる。情報処理装置810は、ハードディスクドライブなど適宜な不揮発性記憶装置で構成される記憶装置811、RAMなど揮発性記憶装置で構成されるメモリ813、記憶装置811に保持されるプログラム812をメモリ813に読み出すなどして実行し装置自体の統括制御を行うとともに各種判定、演算及び制御処理を行うCPU814、ユーザ入力受付や結果出力を行う815(ディスプレイやキーボード、マウス等)を備える。なお、プログラム812としては、認証装置800として必要な機能を実装するための画像認識アルゴリズム880、及び認証プログラム881が少なくとも記憶されている。プログラム812の処理に関しては後述する。 The hardware configuration of the information processing device 810 included in the authentication device 800 is as follows. The information processing device 810 reads into the memory 813 a storage device 811 composed of an appropriate non-volatile storage device such as a hard disk drive, a memory 813 composed of a volatile storage device such as RAM, and a program 812 held in the storage device 811. It is equipped with a CPU 814 that performs various determinations, calculations, and control processes, and 815 (display, keyboard, mouse, etc.) that accepts user inputs and outputs results. As the program 812, at least the image recognition algorithm 880 for implementing the functions required as the authentication device 800 and the authentication program 881 are stored. The processing of the program 812 will be described later.

次に、図31に基づいて、認証装置800が実行する処理フローについて説明する。認証装置800における、撮像光学系150は認証対象801、802の撮像を行い(s300)、この撮像による像803、804を画像センサ305がセンシングして画像データを取得する(s301)。 Next, the processing flow executed by the authentication device 800 will be described with reference to FIG. 31. The image pickup optical system 150 in the authentication device 800 takes an image of the authentication targets 801 and 802 (s300), and the image sensor 305 senses the images 803 and 804 obtained by this image pickup to acquire image data (s301).

画像センサ305は、上述の画像データを画像信号出力回路306に画像信号として提供し、画像信号出力回路306では、画像センサ305で出力可能な最高解像度の情報を保ったまま、適宜な静止画または動画の画像フォーマットに変換し画像信号としてデコンボリューション前処理回路309に出力する(s302)。 The image sensor 305 provides the above-mentioned image data to the image signal output circuit 306 as an image signal, and the image signal output circuit 306 provides an appropriate still image or an appropriate still image while maintaining the maximum resolution information that can be output by the image sensor 305. It is converted into a moving image format and output as an image signal to the deconvolution preprocessing circuit 309 (s302).

デコンボリューション前処理回路309は、画像信号出力回路306の出力たる画像信号を受けて、デコンボリューションフィルタ回路310でのフィルタ演算に適したデジタル画像データ形式に変換する(s303)。また、このデコンボリューション前処理回路309の出力信号は、デコンボリューションフィルタ回路310にてフィルタ処理を行って情報処理装置810に入力される(s304)。 The deconvolution preprocessing circuit 309 receives the image signal output from the image signal output circuit 306 and converts it into a digital image data format suitable for the filter calculation in the deconvolution filter circuit 310 (s303). Further, the output signal of the deconvolution preprocessing circuit 309 is filtered by the deconvolution filter circuit 310 and input to the information processing apparatus 810 (s304).

情報処理装置810は、デコンボリューションフィルタ回路310の出力データ、すなわち、焦点深度拡大画像を取得し、当該焦点深度拡大画像に対して、認証対象認識用の画像認識アルゴリズム770を適用して、認証機会毎に撮像光学系150からの距離が異なってしまったが同一人物に属する認証対象801、802らの認証用データを得る(s305)。認証用データとしては、指紋、静脈、虹彩等の像803、804に対応した画像データとなる。画像認識アルゴリズム770は、例えば、元画像を構成する画素について、予め定めた所定色彩の画素集合の形状やサイズの領域(指紋や静脈、虹彩等の形状に対応したもの)を特定し、強調表示する等の画像処理を行うアルゴリズムとなる。 The information processing device 810 acquires the output data of the deconvolution filter circuit 310, that is, the depth of focus enlarged image, and applies the image recognition algorithm 770 for recognition of the authentication target to the depth of focus enlarged image to provide an authentication opportunity. Although the distance from the image pickup optical system 150 is different for each case, the authentication data of the authentication targets 801 and 802 belonging to the same person are obtained (s305). The authentication data is image data corresponding to images 803 and 804 such as fingerprints, veins, and irises. The image recognition algorithm 770 specifies, for example, a region of the shape and size of a predetermined color set of pixels (corresponding to the shape of a fingerprint, vein, iris, etc.) of the pixels constituting the original image, and highlights the pixels. It is an algorithm that performs image processing such as

情報処理装置810は、ステップs305で得た認証対象801、802の画像データを認証プログラム881に入力し、当該認証プログラム881による特徴データの抽出と、当該抽出した特徴データと所定テンプレート(認証対象の人物毎に予め用意された認証基準のデータ)との照合、の各処理を実行して、一般的な認証処理を行う(s306)。 The information processing apparatus 810 inputs the image data of the authentication targets 801 and 802 obtained in step s305 into the authentication program 881, extracts the feature data by the authentication program 881, and extracts the extracted feature data and a predetermined template (authentication target). The general authentication process is performed by executing each process of collating with the authentication standard data prepared in advance for each person (s306).

情報処理装置810は、ステップs306で得た認証結果を、モニタディスプレイ830にて表示あるいは音声出力する(s307)。こうした認証装置800によれば、撮像光学系150に対する認証対象(人の指紋、静脈、虹彩等)の距離が認証を行う毎に変化する状況があっても、そうした距離のばらつきを適宜吸収して、ひいては認証精度の向上が可能となる。 The information processing device 810 displays or outputs the authentication result obtained in step s306 on the monitor display 830 (s307). According to such an authentication device 800, even if the distance of the authentication target (human fingerprint, vein, iris, etc.) to the image pickup optical system 150 changes every time the authentication is performed, the variation in the distance is appropriately absorbed. As a result, the authentication accuracy can be improved.

また他にも、位相フィルタ101を医療装置における診療対象領域の撮像装置に組み込んで、所定の診療対象領域を撮影し、この撮像装置よる撮像画像に基づいて所定処理を行う装置、すなわち医療装置850が想定できる。図32は第5実施形態における医療装置850の構成例を示す図であり、図33は第5実施形態における医療装置850が備える情報処理装置860のハードウェア構成例を示す図である。 In addition, a device that incorporates the phase filter 101 into an imaging device for a medical treatment target area in a medical device, photographs a predetermined medical treatment target area, and performs predetermined processing based on an image captured by the imaging device, that is, a medical device 850. Can be assumed. FIG. 32 is a diagram showing a configuration example of the medical device 850 according to the fifth embodiment, and FIG. 33 is a diagram showing a hardware configuration example of the information processing device 860 included in the medical device 850 according to the fifth embodiment.

この医療装置850は、第1実施形態で示した撮像システム300と同様に、画像センサ305、画像信号出力回路306、デコンボリューション前処理回路309、及びデコンボリューションフィルタ回路310を備えている他、情報処理装置860を含んでいる。また、情報処理装置860での処理結果はモニタディスプレイ880にて表示されることとなる。 Similar to the image pickup system 300 shown in the first embodiment, the medical device 850 includes an image sensor 305, an image signal output circuit 306, a deconvolution preprocessing circuit 309, and a deconvolution filter circuit 310, as well as information. It includes a processing device 860. Further, the processing result of the information processing apparatus 860 will be displayed on the monitor display 880.

この場合、当該医療装置850にて診療対象領域(例:診療、診察を行う臓器等)となる患部851、852の反射光が、撮像光学系150における位相フィルタ101を介して結像レンズ102に入射し、光軸1の方向にぼけ方が均一な像853、854を形成することになる。そこで医療装置850においては、画像センサ305が像853、854らのセンシングデータを得て、これを画像信号出力回路306に提供する。また、デコンボリューション前処理回路309が画像信号出力回路306の出力たる画像信号を受けて、デコンボリューションフィルタ回路310でのフィルタ演算に適したデジタル画像データ形式に変換する。また、このデコンボリューション前処理回路309の出力信号は、デコンボリューションフィルタ回路310にてフィルタ処理を行って情報処理装置860に入力され、所定の処理を経て、撮像光学系150から距離が近い患部851にも、あるいは距離が遠い患部852にも焦点のあった画像の表示がモニタディスプレイ880にてなされる。 In this case, the reflected light of the affected areas 851 and 852, which is the medical treatment target area (eg, the organ for medical treatment and examination) in the medical device 850, is transmitted to the imaging lens 102 via the phase filter 101 in the imaging optical system 150. Images 853 and 854 that are incident and have a uniform blur in the direction of the optical axis 1 are formed. Therefore, in the medical device 850, the image sensor 305 obtains the sensing data of the images 853 and 854 and provides the sensing data to the image signal output circuit 306. Further, the deconvolution preprocessing circuit 309 receives the image signal output from the image signal output circuit 306 and converts it into a digital image data format suitable for the filter calculation in the deconvolution filter circuit 310. Further, the output signal of the deconvolution preprocessing circuit 309 is filtered by the deconvolution filter circuit 310 and input to the information processing apparatus 860. After a predetermined process, the affected area 851 is close to the imaging optical system 150. The monitor display 880 displays the image focused on the affected area 852, which is far away from the device.

こうした医療装置850の備える情報処理装置860のハードウェア構成は以下の如くとなる。情報処理装置860は、ハードディスクドライブなど適宜な不揮発性記憶装置で構成される記憶装置861、RAMなど揮発性記憶装置で構成されるメモリ863、記憶装置861に保持されるプログラム862をメモリ863に読み出すなどして実行し装置自体の統括制御を行うとともに各種判定、演算及び制御処理を行うCPU864、ユーザ入力受付や結果出力を行う865(ディスプレイやキーボード、マウス等)を備える。なお、プログラム862としては、医療装置850として必要な機能を実装するための画像認識アルゴリズム870が少なくとも記憶されている。プログラム862の処理に関しては後述する。 The hardware configuration of the information processing device 860 included in the medical device 850 is as follows. The information processing device 860 reads into the memory 863 a storage device 861 composed of an appropriate non-volatile storage device such as a hard disk drive, a memory 863 composed of a volatile storage device such as RAM, and a program 862 held in the storage device 861. It is equipped with a CPU 864 that performs general control of the device itself and performs various determinations, calculations, and control processes, and an 865 (display, keyboard, mouse, etc.) that accepts user input and outputs results. The program 862 stores at least an image recognition algorithm 870 for implementing the functions required as the medical device 850. The processing of program 862 will be described later.

次に、図34に基づいて、医療装置850が実行する処理フローについて説明する。医療装置850における、撮像光学系150は診療対象領域にて患部851、852の撮像を行い(s400)、この撮像による像853、854を画像センサ305がセンシングして画像データを取得する(s401)。 Next, the processing flow executed by the medical device 850 will be described with reference to FIG. 34. The imaging optical system 150 in the medical device 850 captures images of the affected areas 851 and 852 in the medical treatment target area (s400), and the image sensor 305 senses the images 853 and 854 obtained by the imaging to acquire image data (s401). ..

画像センサ305は、上述の画像データを画像信号出力回路306に画像信号として提供し、画像信号出力回路306では、画像センサ305で出力可能な最高解像度の情報を保ったまま、適宜な静止画または動画の画像フォーマットに変換し画像信号としてデコンボリューション前処理回路309に出力する(s402)。 The image sensor 305 provides the above-mentioned image data to the image signal output circuit 306 as an image signal, and the image signal output circuit 306 provides an appropriate still image or an appropriate still image while maintaining the maximum resolution information that can be output by the image sensor 305. It is converted into a moving image format and output as an image signal to the deconvolution preprocessing circuit 309 (s402).

デコンボリューション前処理回路309は、画像信号出力回路306の出力たる画像信号を受けて、デコンボリューションフィルタ回路310でのフィルタ演算に適したデジタル画像データ形式に変換する(s403)。また、このデコンボリューション前処理回路309の出力信号は、デコンボリューションフィルタ回路310にてフィルタ処理を行って情報処理装置860に入力される(s404)。 The deconvolution preprocessing circuit 309 receives the image signal output from the image signal output circuit 306 and converts it into a digital image data format suitable for the filter calculation in the deconvolution filter circuit 310 (s403). Further, the output signal of the deconvolution preprocessing circuit 309 is filtered by the deconvolution filter circuit 310 and input to the information processing apparatus 860 (s404).

情報処理装置860は、デコンボリューションフィルタ回路310の出力データ、すなわち、焦点深度拡大画像を取得し、当該焦点深度拡大画像に対して、患部の画像認識アルゴリズム870を適用して、診療対象領域において撮像光学系150から異なる距離に存在する複数患部851、852らの画像データを得る(s405)。この画像認識アルゴリズム870は、例えば、元画像を構成する画素について、予め定めた所定色彩の画素集合の形状やサイズの領域(患部形状に対応したもの)を特定し、強調表示する等の画像処理を行うアルゴリズムとなる。 The information processing device 860 acquires the output data of the deconvolution filter circuit 310, that is, the depth of focus enlarged image, applies the image recognition algorithm 870 of the affected area to the depth of focus enlarged image, and images the image in the medical treatment target area. Image data of a plurality of affected areas 851, 852 and the like existing at different distances from the optical system 150 are obtained (s405). The image recognition algorithm 870 specifies, for example, a region of the shape and size of a pixel set of predetermined colors (corresponding to the shape of the affected area) of the pixels constituting the original image, and highlights the image processing. It becomes an algorithm to perform.

情報処理装置860は、ステップs405で得た患部851、852の画像データを、モニタディスプレイ880にて表示する(s406)。こうした医療装置850によれば、撮像光学系150からの患部の遠近によらず、医療従事者における患部の同時視認性が高まることとなる。このことは医療用カメラ等における光学系の設計を容易化し、レンズ必要枚数の削減等も可能となり、製造コスト削減にもつながる。 The information processing apparatus 860 displays the image data of the affected areas 851 and 852 obtained in step s405 on the monitor display 880 (s406). According to such a medical device 850, the simultaneous visibility of the affected area by the medical staff is enhanced regardless of the perspective of the affected area from the imaging optical system 150. This facilitates the design of optical systems in medical cameras and the like, makes it possible to reduce the number of lenses required, and leads to a reduction in manufacturing costs.

以上、本発明を実施するための最良の形態などについて具体的に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。 Although the best mode for carrying out the present invention has been specifically described above, the present invention is not limited to this, and various modifications can be made without departing from the gist thereof.

こうした本実施形態によれば、WFCの画像処理後の焦点深度拡大画像において、焦点ずれに応じた像点の面内位置ずれがなくなり、本実施形態の位相フィルタや当該位相フィルタを用いた光学系、及び撮像システムを、点像の位置によって物体位置の計測を行う用途に用いることが可能となる。さらに、位相フィルタとなる光学非球面は回転対称形状をなし、その成形に用いる金型も回転対称形状となり、金型製作に際して回転旋盤加工が可能となる。そのため、位相フィルタ用金型の製作時間の短縮や、製造コストの削減が可能となる。また、位相フィルタにおいて輪帯構造を導入することにより、大きな凹凸形状が不要すなわち素子の凹凸が少なくなり、画角のある光線に対する位相シフト量のずれなども緩和できる。また本実施形態の光学系において、アキシコンを輪帯状に構成することと等価な光学系が実現でき、撮像光学系への適用が可能となる。 According to the present embodiment, in the depth of focus enlarged image after the image processing of WFC, the in-plane position shift of the image point according to the focus shift is eliminated, and the phase filter of the present embodiment and the optical system using the phase filter are used. , And the imaging system can be used for measuring the position of an object according to the position of a point image. Further, the optical aspherical surface serving as the phase filter has a rotationally symmetric shape, and the mold used for forming the optical aspherical surface also has a rotationally symmetric shape, so that rotary lathe processing is possible when manufacturing the mold. Therefore, it is possible to shorten the manufacturing time of the phase filter mold and reduce the manufacturing cost. Further, by introducing the annular structure in the phase filter, a large uneven shape is unnecessary, that is, the unevenness of the element is reduced, and the deviation of the phase shift amount with respect to the light beam having an angle of view can be alleviated. Further, in the optical system of the present embodiment, an optical system equivalent to forming an axicon in a ring shape can be realized, and it can be applied to an imaging optical system.

したがって、WFCの画像処理後の焦点深度拡大画像において、焦点ずれに応じた像点の面内位置ずれの発生を抑制できる。 Therefore, it is possible to suppress the occurrence of in-plane position shift of the image point according to the focus shift in the depth of focus enlarged image after the image processing of WFC.

本明細書の記載により、少なくとも次のことが明らかにされる。すなわち、本実施形態の位相フィルタにおいて、輪帯は、入射光束に対して瞳面の半径方向に凹レンズとして作用する凹面を備えるとしてもよい。これによれば、位相フィルタとなる光学非球面が輪形の凹面が同心円状に配置された回転対称形状をなすこととなり、その成形に用いる金型も回転対称形状となり、金型製作に際して回転旋盤加工が可能となる。そのため、位相フィルタ用金型の製作時間の短縮や、製造コストの削減が可能となる。また、位相フィルタにおいてこうした輪帯構造を導入することにより、大きな凹凸形状が不要すなわち素子の凹凸が少なくなり、画角のある光線に対する位相シフト量のずれなども緩和できる。 The description herein reveals at least the following: That is, in the phase filter of the present embodiment, the annular band may include a concave surface that acts as a concave lens in the radial direction of the pupil surface with respect to the incident light flux. According to this, the optical aspherical surface serving as the phase filter has a rotationally symmetric shape in which the ring-shaped concave surfaces are arranged concentrically, and the mold used for the molding also has a rotationally symmetric shape, and the rotary lathe is processed when manufacturing the mold. Is possible. Therefore, it is possible to shorten the manufacturing time of the phase filter mold and reduce the manufacturing cost. Further, by introducing such an annular structure in the phase filter, a large uneven shape is unnecessary, that is, the unevenness of the element is reduced, and the deviation of the phase shift amount with respect to the light beam having an angle of view can be alleviated.

また、本実施形態の位相フィルタにおいて、輪帯は、入射光束に対して瞳面の半径方向に凹レンズとして作用する凹面と凸レンズとして作用する凸面とを交互に備えるとしてもよい。これによれば、凹レンズとして作用する輪帯のみで輪帯構造を形成する場合と比較して、位相分布による瞳面の波面収差すなわち位相分布における先鋭なピークが解消され、位相分布が滑らかな形状となるため、製造する位相フィルタでチッピングの発生を抑えることができる。 Further, in the phase filter of the present embodiment, the annular band may alternately include a concave surface acting as a concave lens and a convex surface acting as a convex lens in the radial direction of the pupil surface with respect to the incident light flux. According to this, as compared with the case where the ring band structure is formed only by the ring band acting as a concave lens, the wave surface aberration of the pupil surface due to the phase distribution, that is, the sharp peak in the phase distribution is eliminated, and the phase distribution is smooth. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of chipping in the manufactured phase filter.

また、本実施形態の位相フィルタにおいて、輪帯の幅が各輪帯間で等しいとしてもよい。これによれば、位相フィルタにおける輪帯構造が簡潔なものとなるため、その成形に用いる金型の製作時間の短縮や製造コストの削減が可能となる。 Further, in the phase filter of the present embodiment, the width of the ring zones may be equal between the ring zones. According to this, since the annular structure in the phase filter is simplified, it is possible to shorten the manufacturing time and the manufacturing cost of the mold used for the molding.

また、本実施形態の位相フィルタにおいて、輪帯によって加わる位相差が各輪帯間で等しいとしてもよい。これによれば、位相フィルタにおける各輪帯間で同様の位相シフトを加えることができる。 Further, in the phase filter of the present embodiment, the phase difference applied by the ring zones may be equal between the ring zones. According to this, a similar phase shift can be applied between each ring zone in the phase filter.

また、本実施形態の位相フィルタにおいて、各輪帯の幅が、光軸から当該位相フィルタにおける周縁部に向けて狭くなっている、としてもよい。これによれば、各輪帯の寄与する面積を均一化して、製造ばらつきの影響を受けにくくできる。 Further, in the phase filter of the present embodiment, the width of each ring band may be narrowed from the optical axis toward the peripheral edge portion of the phase filter. According to this, it is possible to make the area where each ring zone contributes uniform and to make it less susceptible to manufacturing variations.

また、本実施形態の位相フィルタにおいて、輪帯によって加わる位相差が、光軸近傍より当該位相フィルタにおける周縁部の方が大きいとしてもよい。これによれば、位相フィルタの各輪帯における焦点深度拡大に対する寄与を光軸からの遠近に関わらず平準化することができる。 Further, in the phase filter of the present embodiment, the phase difference applied by the ring zone may be larger in the peripheral portion of the phase filter than in the vicinity of the optical axis. According to this, the contribution of the phase filter to the expansion of the depth of focus in each ring zone can be leveled regardless of the distance from the optical axis.

なお、図1、5、23、26、29、32のいずれも片面平面、片面位相構造を持った位相板が挿入された構成になっているが、絞り、またはその結像位置である瞳面に近いレンズ面に位相構造を直接形成しても効果は同様になるので、位相フィルタはそのようなレンズ面上に一体に直接形成してもよい。 Although all of FIGS. 1, 5, 23, 26, 29, and 32 have a configuration in which a phase plate having a single-sided plane and a single-sided phase structure is inserted, the diaphragm or the pupil plane which is the imaging position thereof. Since the effect is the same even if the phase structure is directly formed on the lens surface close to, the phase filter may be integrally formed directly on such a lens surface.

本発明を適用するレンズ光学系としては、固定焦点距離のレンズだけでなく、焦点距離が可変なズームレンズ光学系でも適用できる。絞りまたは瞳面近傍に位相フィルタが配置されていれば、焦点深度拡大効果に多少の変化はあるが、基本的には適用可能である。撮影できる被写界深度の拡大とともに、像とセンサ面の焦点調整も容易となり、焦点調整機構が排除できる。 As the lens optical system to which the present invention is applied, not only a lens having a fixed focal length but also a zoom lens optical system having a variable focal length can be applied. If the phase filter is arranged near the aperture or the pupil surface, the effect of expanding the depth of focus may change slightly, but it is basically applicable. As the depth of field that can be photographed is expanded, the focus adjustment between the image and the sensor surface becomes easier, and the focus adjustment mechanism can be eliminated.

1 光軸
2 輪帯中心を通る光線
25 位相フィルタ周縁部
101 位相フィルタ
102 結像レンズ
103 光線
104 光束オーバーラップ範囲
110 輪帯構造
111 輪帯(凹レンズ)
112 凹面
113 凸面
114 輪帯(凸レンズ)
115 周縁部輪帯幅
116 光軸付近輪帯幅
150 撮像光学系
201 アキシコン
202 光束オーバーラップ範囲
300 撮像システム
301 近い距離にある物体
302 遠い距離にある物体
303 近い距離にある物体の像
304 遠い距離にある物体の像
305 画像センサ
306 画像信号出力回路
307 モニタ出力生成回路
308 モニタディスプレイ
309 デコンボリューション前処理回路
310 デコンボリューションフィルタ回路
311 第2のモニタ出力生成回路
312 第2のモニタディスプレイ
700 車両走行支援装置
710、760、810、860 情報処理装置
750 監視装置
800 認証装置
850 医療装置
1 Optical axis 2 Rays passing through the center of the ring 25 Phase filter peripheral edge 101 Phase filter 102 Imaging lens 103 Ray 104 Luminous flux overlap range 110 Ring structure 111 Ring (concave lens)
112 Concave surface 113 Convex surface 114 Ring band (convex lens)
115 Peripheral ring band width 116 Near optical axis Ring band width 150 Imaging optical system 201 Axicon 202 Light beam overlap range 300 Imaging system 301 Object at a short distance 302 Object at a long distance 303 Image of an object at a short distance 304 Far distance Image of an object in 305 Image sensor 306 Image signal output circuit 307 Monitor output generation circuit 308 Monitor display 309 Deconvolution preprocessing circuit 310 Deconvolution filter circuit 311 Second monitor output generation circuit 312 Second monitor display 700 Vehicle driving support Device 710, 760, 810, 860 Information processing device 750 Monitoring device 800 Authentication device 850 Medical device

Claims (10)

焦点を有する結像光学系と光軸を中心に同心円状に複数列の輪帯が形成された位相フィルタとからなる光学系であって、
前記結像光学系に前記光軸に平行な光束を入射させたときに、前記平行な光束は前記位相フィルタの各前記輪帯に入射し、前記位相フィルタの各前記輪帯を通過した各前記光束は前記位相フィルタの各前記輪帯によりそれぞれ局所的に各発散光とされ、
前記位相フィルタの各前記輪帯と前記結像光学系とを透過した各前記光束は異なる角度で光軸方向の所定範囲でオーバーラップする
ことを特徴とする光学系。
It is an optical system consisting of an imaging optical system having a focal point and a phase filter in which a plurality of rows of rings are formed concentrically around the optical axis.
When a luminous flux parallel to the optical axis is incident on the imaging optical system, the parallel luminous flux is incident on each of the ring zones of the phase filter and has passed through each of the ring zones of the phase filter. The luminous flux is locally made into each divergent light by each of the ring zones of the phase filter.
An optical system characterized in that each of the luminous fluxes transmitted through each of the ring bands of the phase filter and the imaging optical system overlaps in a predetermined range in the optical axis direction at different angles.
前記位相フィルタの各前記輪帯の幅が等しいことを特徴とする請求項1に記載の光学系。 The optical system according to claim 1, wherein the widths of the annular bands of the phase filter are equal. 前記位相フィルタの各前記輪帯の幅が、前記光軸から当該位相フィルタにおける周縁部に向けて狭くなっていることを特徴とする請求項1に記載の光学系。 The optical system according to claim 1, wherein the width of each ring band of the phase filter is narrowed from the optical axis toward the peripheral edge portion of the phase filter. 前記輪帯によって加わる位相差が各前記輪帯間で等しいことを特徴とする請求項1に記載の光学系。 The optical system according to claim 1, wherein the phase difference applied by the ring zones is equal between the ring zones. 前記輪帯によって加わる位相差が、前記光軸近傍より前記位相フィルタにおける周縁部
の方が大きいことを特徴とする請求項1に記載の光学系。
The optical system according to claim 1, wherein the phase difference applied by the annular band is larger in the peripheral portion of the phase filter than in the vicinity of the optical axis.
前記位相フィルタの各前記輪帯は、断面形状が略放物線状の凹レンズとして作用する凹
面を有していることを特徴とする請求項1記載の光学系。
The optical system according to claim 1, wherein each of the annular bands of the phase filter has a concave surface having a cross-sectional shape that acts as a concave lens having a substantially parabolic shape.
前記位相フィルタの凹面を有する各前記輪帯の間には、凸レンズとして作用する凸面を
有する凸輪帯が設けられていることを特徴とする請求項6に記載の光学系。
The optical system according to claim 6, wherein a convex ring band having a convex surface acting as a convex lens is provided between the ring bands having a concave surface of the phase filter.
前記位相フィルタは前記結像光学系を構成するレンズ面上に一体に直接形成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の光学系。
The optical system according to claim 1, wherein the phase filter is integrally and directly formed on a lens surface constituting the imaging optical system.
請求項1に記載の光学系と、前記結像光学系における前記光軸の前後に拡大された
範囲でオーバーラップした位置に配置された画像センサとを備えることを特徴とする撮像
光学系。
An imaging optical system comprising the optical system according to claim 1 and an image sensor arranged at a position where the imaging optical system overlaps in an enlarged range before and after the optical axis.
請求項9に記載の前記画像センサにより撮像された画像に対し、デコンボリューション
画像処理を行い、焦点深度拡大画像を得ることを特徴とする撮像システム。
An imaging system characterized by performing deconvolution image processing on an image captured by the image sensor according to claim 9 to obtain a depth-of-focus enlarged image.
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006139246A (en) * 2004-10-15 2006-06-01 Riverbell Kk Multifocal lens and imaging system
CN101118315A (en) * 2007-08-01 2008-02-06 哈尔滨工业大学 Achromatization method of refraction/diffraction mixed long focal image-forming lens
EP2110702A1 (en) * 2008-04-16 2009-10-21 STMicroelectronics (Research & Development) Limited Compact optical zoom with extended depth of field through wavefront coding using a phase mask
US20100118419A1 (en) * 2008-11-10 2010-05-13 Samsung Electronics Co., Ltd. Method of constructing physical lens based on depth-of-focus characteristics, and lens with extended depth of focus constructed by the method
JP2010271689A (en) * 2009-04-21 2010-12-02 Fujifilm Corp Phase correction plate, imaging system and apparatus, mobile phone, onboard device, monitor camera, endoscopic apparatus, digital camera, digital video camera, and lens unit
JP2012217090A (en) * 2011-04-01 2012-11-08 Kyocera Corp Imaging apparatus, imaging lens unit, and imaging unit
JP2014197115A (en) * 2013-03-29 2014-10-16 日立マクセル株式会社 Phase filter, imaging optical system, and imaging system

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006139246A (en) * 2004-10-15 2006-06-01 Riverbell Kk Multifocal lens and imaging system
CN101118315A (en) * 2007-08-01 2008-02-06 哈尔滨工业大学 Achromatization method of refraction/diffraction mixed long focal image-forming lens
EP2110702A1 (en) * 2008-04-16 2009-10-21 STMicroelectronics (Research & Development) Limited Compact optical zoom with extended depth of field through wavefront coding using a phase mask
US20100118419A1 (en) * 2008-11-10 2010-05-13 Samsung Electronics Co., Ltd. Method of constructing physical lens based on depth-of-focus characteristics, and lens with extended depth of focus constructed by the method
JP2010271689A (en) * 2009-04-21 2010-12-02 Fujifilm Corp Phase correction plate, imaging system and apparatus, mobile phone, onboard device, monitor camera, endoscopic apparatus, digital camera, digital video camera, and lens unit
JP2012217090A (en) * 2011-04-01 2012-11-08 Kyocera Corp Imaging apparatus, imaging lens unit, and imaging unit
JP2014197115A (en) * 2013-03-29 2014-10-16 日立マクセル株式会社 Phase filter, imaging optical system, and imaging system

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