JP2021128321A - 被写界深度拡張フイルター及び製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ピンホールカメラのパンフォーカスと言われる遠近のピントの合う範囲が広い原理を生かし、開発済みのアポダイゼーションフイルター（高解像力ガラス乾板を使用写真製法により製造した光透過率を中心から周辺に段階的に減らすフイルター）を改良、改善し、レンズの被写界深度に影響を及ぼす球面収差、色収差など修正、撮影カメラの被写界深度を拡張するフイルターを製作することを課題とする。【解決手段】ピンホールカメラの仕組みは像に反射した光が針孔を通り一点に集中し像を形成する事がパンフォーカスを実現することを参考に、開発したアポダイゼーションフイルターをピンホールカメラの構造に近づける改良により効果を引き出す事で被写界深度を拡張する手段とした。【選択図】図３

Description

発明に属する技術分野

本発明は被写界深度の拡張に関するものである。被写界深度とは目的の被写体のピントが合う焦点距離の範囲の事でこの被写界深度を拡張して遠近のピントの合う距離を広げ、監視、防犯カメラ、ドライブレコーダーなど撮影カメラ等の撮影効果を上げる技術分野である。

絞りを絞り込む（Ｆ値を大きく）ことで被写界深度は深まるがレンズの回折現象、球面収差等によりコントラストも悪くなり綺麗な画像が難しくなる、また遠方撮影に望遠レンズを使うと前後にボケが出てフォーカスを合わせ直す必要が有る。
被写界深度を広げる事が解決手段になるがレンズの球面収差、また回折現象等の要因も重なり困難である。球面収差を補正すにはレンズ有効径を小さくする事が有効である。像が暗くなるので絞りを開く必要があるが限界も有る。画像修整ソフト等を利用し修正する手段も有るが事後処理に成る、また遠近のフォーカスを合わせる機構を備えたレンズも開発されているが、コスト高と処理時間も掛かる。

現在監視カメラ等に使用されているレンズはバリフォーカルレンズやパンフォーカスレンズがあるが、バリフォーカルレンズは画角変更のたびにフォーカス合わせが必要である、またパンフォーカスレンズは広角レンズでフォーカスの合う範囲は広いが目的以外の画像も写る事と画像が小さく遠方は判別しにくい。

文献

被写界深度拡大文献
リコーの被写界深度拡大カメラは専用のレンズとＩＣによる画像処理内臓の専用カメラがある。（株式会社 リコー）

被写界深度延長文献
複数のカメラを組み合わせ３次位相板と呼ばれるフイルターを組み合わせて被写界深度を延長する。（伊藤光学工業株式会社）

色収差を利用した被写界深度拡大技術
江川 佳孝 氏 ＣｉＮｉｉ 収録論文

発明が解決しようとする課題

開発済みのアポダイゼーションフイルター（光透過率を中心から周辺に段階的に減少する事でボケを綺麗にする）をもとにフイルターの改良、またレンズの球面収差、色収差等を改善し被写界深度を拡張することで、撮影カメラのレンズのフォーカスを変えることなく遠近のピントの合う範囲を広げる事で監視カメラ、ドライブレコーダー等に有益な画像形成を可能にし，且つ撮影カメラ前面に取付け可能なフイルターを提供する事にある。

課題を解決するための手段

ピンホールカメラの仕組みは像に反射した光が針孔を通り一点に集中し像を形成する事で遠近とも鮮明な画像が撮れる理論を現存フイルター改良によりピンホールカメラの構造に近づける事で被写界深度拡張を可能にする手段とした。球面収差の補正には絞りを小さくする事が有効であることから、レンズの小絞り状態を作る目的でフイルター中心部（光透過率９０％以上）の光入射口径を小さくしたフイルターを作成する。小絞りによる撮影における光量不足はアポダイゼーションフイルターの効果で支障は無いと考える。

発明実施の形態

実施例 １
フイルター中心部の光入射口径のサイズ設定は使用する既存のフイルターを参考にした。

実施例 ２
上記３点より監視カメラ用に５８ｍｍ望遠レンズを選択、このレンズに使用するフイルターを、光透過率９０％以上の中心部口径７ｍｍ、（レンズ径比率１２％）中心から周辺に段階的に光透過率を減少する設定でサンプルを試作した。（以後試作フイルターをＡフイルターと称す）

実施例 ３
試作したフイルターの効果を検証するため、テスト撮影に２００ｍｍ望遠レンズを使用、距離４００ｍ道路上にてピント位置を撮影カメラから４００ｍ先方ポイントと手前３０ｍポイントと双方をＡフイルター、既存のアポダイゼーションフイルター（以後Ｂフイルターと称す）を装着し撮影した。

実施例 ４
上記の仕様でＡフイルターと既存Ｂフイルターを装着した撮影写真を３００ｍ、２００ｍ、１００ｍ位置での解像度を比較検証した結果、Ａフイルターの各ポイントでのフォーカスが良好であることから被写界深度範囲の拡張が確認された。

これらのテスト撮影の結果、フイルターの中心入射口径を小径にすることがピンホールカメラの原理に近づき被写界深度を拡張出来る事が実証出来た。

発明の利用効果

被写界深度の拡張により既存の監視カメラ、防犯カメラの前面フイルターを装着するだけで改造等の必要もなくフォーカスの合う距離が拡大され理想的な画像形成が可能になる。

絞り値を開放で使用可能で、入射光量調整に絞り値変更の必要が無く操作も簡易化される。

被写界深度と焦点深度（レンズを多少ずらしても像がボケない範囲）も深まり普通撮影に於いてまたオートフォーカス使用時でもコントラストが深まりフォーカス精度が向上する。

野鳥観察など動きのある撮影においてフォーカス安定に効果がある。

中心部口径：７ｍｍの光透過率９０％以上〜周辺部にかけ順次段階的に０％の設定で試作した被写界深度拡張Ａフイルター。 中心部口径：１８ｍｍの比較テストに使用した既存のアポダイゼーションフイルター，Ｂフイルター。 この図面はＡ，Ｂのフイルターを装着した時の光軸を示し、錯乱円（ピントのズレ）の大きさを示します。Ａ又はＢのフイルターは、図３に示すようにレンズの前面にあり被写体側に装着している。

Claims (3)

1. フイルターの中心部から周辺部にかけて光透過量を順次減少するアポダイゼーションフイルターで、中心部光透過率９０％以上周辺部１０％以下となる用に作画したグラデーション原画を用いて高解像力ガラス乾板を使用した写真方法にて製作することを特徴とする被写界深度拡張フイルター。
2. 請求項１の光透過率９０％以上の中心部口径は、使用レンズ径に対するサイズ比率を１５％以下に設定したことを特徴とする請求項１記載のフイルター。
3. このフイルターはレンズ前面に装着可能にした事を特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかのフイルター。

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