[發明專利]相位濾波器、光學成像系統以及成像系統

有效

• 申請號: 201380075190.7
• 申請日: 2013-10-16
• 公開（公告）號: CN105122092B
• 公開（公告）日: 2018-10-30
• 發明（設計）人: 島野健;崎田康一;太田光彥
• 申請（專利權）人: 麥克賽爾株式會社
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00;G02B3/00;G02B27/12;G02B27/46;G06K9/00;G08G1/16;H04N5/222;H04N5/225;H04N5/232
• 代理公司: 北京銀龍知識產權代理有限公司 11243
• 代理人: 張敬強;嚴星鐵

一種相位濾波器(101)包括具有圍繞光軸旋轉對稱的環形環結構，每個環形環都包括基本上拋物線形狀的剖面，使得入射光束均勻地擴大在焦點平面上，并且相互疊加。

技術領域

本發明涉及一種相位濾波器、一種光學成像系統以及一種成像系統，尤其是涉及一種技術，該技術能夠抑制像點的、響應于受到WFC圖像處理的焦點深度擴展圖像中的散焦而發生的平面內位移。

背景技術

本申請要求2013年3月29日提交的日本專利申請第2013-72388號的優先權，其全部內容通過引用被并入本文。

在成像相機的光學系統的光瞳平面內，稱作“波前編碼(Wavefront Coding)”、在下文中簡稱為“WFC”的技術用于擴展光學系統的場深度和/或焦點深度。WFC通過將三次函數給出的相位分布提供給光瞳平面上的坐標來均勻用于散焦的點的模糊，并且通過稱作反卷積的圖像處理來移除均勻后的模糊。

作為關于WFC的相關技術，例如，提出了一種技術，使得在成像相機的光學系統內，通過處理光瞳函數的相位調制所獲取的圖像來擴展光學系統的焦點深度，該光瞳函數的相位調制由實施三次相位函數所實現的相位濾波器進行，參見PTL1。此外，用于擴展焦點深度的技術使得在使用與光軸正交的x-y坐標系作為用于調制光學傳遞函數(opticaltransfer function)、在下文中簡稱為“OTF”的相位濾波器時，通過提供相位分布來處理所獲取的圖像，通過使得具有由一系列函數的任意次冪的乘積表示的一系列函數的三次函數規范化來獲取該相位分布，參見PTL2。此外，雖然并非用于光學成像系統，但是也提出了一種技術，其用于使用稱作“軸棱錐”的錐棱鏡產生非衍射光束來嘗試改進波長轉換的效率，參見PTL3。

引用列表

專利文獻

[PTL1]特許3275010號公報

[PTL2]特開2011-120309號公報

[PTL3]特開平H08-271942號公報

發明內容

技術問題

在上述背景技術中，相位濾波器的相位分布被給定為光瞳平面上的具有三次函數或類似函數的坐標系的x軸和y軸。當嘗試使用并不圍繞上述光軸旋轉對稱的相位過濾器來均勻用于散焦的點像時，具有點像的位置響應于散焦的量而發生位移的問題。

例如，通過用于規范化的光瞳平面坐標系x，y的下述公式使用系數α來表示相位分布：

W(x，y)＝α·(x³+y³)....公式1

當加入散焦的波前像差時，通過下述公式使用規范化的光瞳半徑ρ來表示相位分布：

....公式2

此處，W₂₀是散焦，即，散焦的像差系數。第一項意指在光瞳平面中三次函數的相位分布在x方向和y方向分別被加入W₂₀/3α的位移。由于上述位移基本上對應于焦點平面上的相位位移，因此該位移并不影響點像強度分布。第二項表示對應于所謂的波前傾斜的x，y的線性函數的相位分布，并且意指與W₂₀²/3α成比例的、焦點平面上的像點位置的位移。第三項是常數項，其并不影響點像強度分布。因此，當存在三次相位分布時，散焦的波前像差自然地轉換為橫向偏差。如果允許該橫向偏差，則即使存在散焦，點像分布也基本上不會改變，因此使得模糊方式均勻，與散焦無關。上述內容實現反卷積，并且這是WFC的原理。然而，另一方面，由于散焦，上述內容導致點像的位移。因此，在這種應用中出現了通過點像的位置測量物體的位置的問題。