[发明专利]相位滤波片和使用该相位滤波片的摄像机系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于扩大摄像机系统的景深（depth of field）和焦深（depth of focus）的相位滤波片，和使用该相位滤波片的摄像机系统。

背景技术

作为本技术领域的背景技术，有日本特表2002-513951号公报（专利文献1）。该公报中记载了这样的技术，即，为了增大非干涉光学系统的景深、降低波长依赖性，在系统中添加特定目的的光学掩膜（optical mask）。光学掩膜被设计成，使得光学传递函数在聚焦位置附近一定程度的范围内实质上固定。对于所得到的中间图像，通过信号处理抵消掩膜的光学传递调制效果，其结果是，获得在增大的景深范围内均能聚焦的图像。掩膜主要配置在光学系统的孔径光阑、孔径光阑的像的位置或其附近。掩膜优选仅对相位进行调制，虽然不调制光的振幅，但可通过与振幅关联的滤波片等来改变振幅。该掩膜能够用于增大被动测距系统的有效范围（参考摘要）。

专利文献1：日本特表2002-513951号公报

发明内容

上述现有技术中所用的相位滤波片的形状为特殊的非球面形状，当前生产这样的非球面形状广泛采用注塑成型法。注塑成型法所使用的模具，通过在具有数控机械的非球面成型机上利用金刚石车刀对金属板进行切削加工而成型。通过向成型的模具中注入高温融化的塑料使其凝固，可形成相位滤波片。此时，非球面中的凹凸越大，模具的切削加工所需的时间、材料费和运行电力等消耗越大，废弃物也越多，环境负担也会增大。因此，人们希望能够找到凹凸较少的形状。并且，成型物的厚度也会因凹凸越大而相对地增大，从而存在使用了该相位滤波片的光学系统的大小和重量也增大的问题。

为了解决上述问题，例如采用以下技术方案。

本申请包括了多个解决上述问题的技术手段，举其一例说明该相位滤波片和使用该相位滤波片的摄像机系统。即，一种摄像机系统，包括使摄像对象物在图像传感器的面上成像的摄像光学系统，和对检测图像进行图像处理的系统，其中，在上述光学系统的光阑位置附近插入有相位滤波片，上述相位滤波片的至少一面为在有效直径的范围内具有三个凸部和三个凹部的非旋转对称的非球面形状，上述三个凸部中的一个凸部在有效直径内具有极大值，并且三个凹部中的一个凹部在有效直径内具有极小值，上述三个凸部中的另外两个凸部和上述三个凹部中的另外两个凹部都呈随着朝向有效直径外而倾斜的形状。

根据本发明，用于扩大焦深的相位滤波片的非球面的凹凸减小了一半，模具的切削加工所需的时间也减半，因而能够减少材料费、运行电力等成本，也能够减少废弃物，减轻环境负担。进一步地，能够使相位滤波片的厚度变薄，能够减小使用该相位滤波片的光学系统的大小和重量。

附图说明

图1是本发明的相位滤波片的实施例。

图2是使用了本发明的相位滤波片的摄像系统的概要结构图。

图3是与本发明实施例的相位滤波片具有同等效果的现有的相位滤波片。

图4是用于确认本发明的相位滤波片带来的焦深扩大效果的模拟结果。

附图标记说明：

1……相位滤波片

2……成像透镜

3……成像对象物平面（物平面）

4……传感器

5……焦点偏离

6……图像处理部

7……再现图像

具体实施方式

实施例1

本实施例中，说明本发明的相位滤波片的实施例。

图1是由本实施例的相位滤波片所产生的波前像差的俯视图。关于相位滤波片的表面形状，在将z轴定为光轴方向，作为以滤波片面内瞳半径归一化后的光瞳面归一化坐标x、y的函数表示为z=f(x,y)时，令形成滤波片的光学材料的折射率为n，波前像差由w(x,y)=(n-1)·f(x,y)给出，所以该俯视图为原样反映其表面形状的形状。本实施例中该形状在由f(x,y)=α[x³+y³–(x+y)/2]表示时，α=69λ（λ：成像的光的中心波长）。该波前像差可由如下泽尼克多项式表示。

z(ρ)=A₇(3ρ³-2ρ)cosθ+A₈(3ρ³-2ρ)sinθ+A₁₀ρ³cos3θ+A₁₁ρ³sin3θ