JP2009169093A - 光学系および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被写界深度が拡大された取り扱いが容易な光学系を提供すること。
【解決手段】光を結像する光学系であって、像面における所定の部分領域に入射する光が通過する領域に、像面における所定の部分領域以外の領域に入射する光が通過する領域より結像性が低い低結像部を有し、低結像部は、低結像部を通過して像面における所定の部分領域に入射する物点からの光に対する光学系の光学伝達関数を、物点までの距離によらず略同一にする結像特性を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学系および撮像装置に関する。本発明は、特に、撮像用の光学系および当該光学系を有する撮像装置に関する。

位相マスクを使用することによって光学システムの光伝達関数を焦点位置から或るレンジ内で実質的に一定に留める技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、波面の位相を変更する光学素子により焦点関係の収差に対して光学結像の光学伝達関数を実質的に不変とする技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特表平１１−５００２３５号公報 特表２００６−５２３３３０号公報

特許文献１および特許文献２に記載の技術では、レンズの光伝達関数を位相マスクによって変更することで、物体距離にわたって光伝達関数が保たれるとされる。しかしながら、位相マスクおよびレンズを有する光学系の光学特性はレンズの光軸に関して非対称であるので、レンズ、位相マスク、および受光素子をきちんとアライメントしなければ適切に復元された画像を得ることができない。このため、位相マスクの取り扱いが複雑になってしまう。

上記課題を解決するために、本発明の第１の形態によると、光を結像する光学系であって、像面における所定の部分領域に入射する光が通過する領域に、像面における所定の部分領域以外の領域に入射する光が通過する領域より結像性が低い低結像部を有し、低結像部は、低結像部を通過して像面における所定の部分領域に入射する物点からの光に対する光学系の光学伝達関数を、物点までの距離によらず略同一にする結像特性を有する。

本発明の第２の形態によると、撮像装置であって、請求項１の光学系と、光学系を通過した光を受光する受光部とを備える。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、一実施形態に係わる撮像装置１００のブロック構成の一例を示す。撮像装置１００は、光を結像する光学系１０５、光学系１０５を通過した光を受光する受光部１２０、補正部１４０、画像処理部１４５、および出力部１５０を備える。光学系１０５は、光を結像するレンズ系１１０およびこの発明における光透過部の一例としての光学フィルタ１１５を有する。

物点からの光に対する光学系１０５の光学伝達関数は、物点までの距離によらず略同一となっている。なお、光学系１０５が有するレンズ系１１０の光学特性については、図２に関連して定性的に説明する。

光学フィルタ１１５は、一例として、レンズ系を通過した光を通過して受光部に受光させる光学ローパスフィルタであってよい。受光部１２０は、２次元的に配置された複数の受光素子を有する。複数の受光素子のそれぞれは、レンズ系１１０および光学フィルタ１１５を通過した光を受光する。

補正部１４０は、複数の受光素子がそれぞれ受光した受光量がＡ／Ｄ変換されて得られた画像を補正する。例えば、補正部１４０は、Ａ／Ｄ変換された受光量の値、各受光素子の位置、及びレンズ系１１０の光学的伝達関数に基づいて、画像を補正する。このように、補正部１４０は、レンズ系１１０の光学伝達関数に基づいて、受光部１２０が受光した光により得られた画像を補正する。なお、Ａ／Ｄ変換された受光量の値は、受光量に実質的に線形な値といえる。

画像処理部１４５は、補正部１４０によって補正された画像に画像処理を施す。画像処理部１４５が施す画像処理としては、カラーバランス処理、γ変換、色同時化処理、輪郭補正処理、色補正処理等を例示することができる。このように、画像処理部１４５は、補正部１４０によって補正された画像の画素値を、受光素子の受光量に非線形な値に変換する。

そして、出力部１５０は、画像補正部１４０および画像処理部１４５によって処理されて得られた出力画像を出力する。例えば、出力部１５０は、出力画像を表示してよい。また、出力部１５０は、記録媒体に出力画像を記録してよい。他にも、出力部１５０は、通信回線に出力を送出してよい。なお、出力部１５０は、出力画像を圧縮してから出力してもよい。

図２は、レンズ系１１０の光学特性の一例を模式的に示す。本図には、光軸上の物点からレンズ系１１０に入射した光線のうち、入射瞳２５０において光軸から異なる位置に入射した３の光線２１０、光線２２０、光線２３０の軌跡が模式的に示されている。図示されるように、光線２１０、光線２２０、および光線２３０は、この順で入射瞳２５０において光軸に近い位置に入射する。

図示されるように、光線２１０は、レンズ系１１０により、近軸焦点の位置２５０より光軸方向にレンズ系１１０より離れた位置２１５で光軸と交差する。また、光線２３０は、レンズ系１１０により、位置２１５より光軸方向にレンズ系１１０より離れた位置２３５で光軸と交差する。そして、光線２２０は、最も光軸から離れた位置に入射する光線２３０は、レンズ系１１０により、位置２１５と位置２３５との間の位置２２５で光軸と交差する。

図示されるように、レンズ系１１０による光の拡がりの大きさは、例えば位置２１５から位置２３５の間では略同一の大きさになることが期待される。このように、レンズ系１１０は過剰補正された球面収差を有しており、光を近軸焦点の位置２５０より実質的に遠くに結像する。このため、レンズ系１１０によると、光軸方向の像面位置によらず物点からの光の拡がりの大きさが実質的に略同一となる光軸方向の距離を、球面収差が過剰補正されていない場合に比べて長くすることができる。

このように、当該光軸方向の距離が長くなると、レンズ系１１０からより広い距離範囲に存在する物点からの光について、光の拡がりの大きさが実質的に略同一となる像面位置が存在し得る。このような像面位置に受光部１２０を設けると、物点までの距離によらず、受光部１２０が設けられた位置における光学伝達関数が実質的に略同一となる。このように、レンズ系１１０は、上述したような収差特性によって、物点からの光に対する光学的伝達関数は物点までの距離によらず略同一となる。

なお、像高が高い領域に結像する光は、レンズ系１１０の非対称収差によって像面における光軸近傍の領域に結像する光に比べて拡がり易い。したがって、像面における光軸近傍の領域に結像する光を、他の領域に結像する光と同じように拡げるべくレンズ系１１０を設計すると、像高が高い領域に結像する光はさらに拡がってしまい易い。このため、図３から図５に示すように、レンズ系１１０の収差により光の拡がりをほぼ同一とすることができたとしても、実際には多少の拡がりの差が生じ得る。本実施形態における光学系１０５では、レンズ系１１０または光学フィルタ１１５における光軸近傍領域の表面が加工される等されており、それにより光軸近傍に結像する光を拡げることができる。これにより、光学系１０５全体の光学伝達関数は、レンズ系１１０の非対称収差を含めると、像面にわたって略同一とされる。

以上、図２を用いてレンズ系１１０の光学特性を定性的に説明した。なお、図２に示したレンズ系１１０の模式図は、レンズ系１１０の光学特性を定性的に理解することを目的として作図したものであり、実スケールに従って作図されたものではないことに注意すべきである。

図３は、レンズ系１１０の構成の一例を示す。レンズ系１１０は、絞り１３００、レンズ１３１０、レンズ１３２０、レンズ１３３０、およびレンズ１３４０を有する。また、像面は符号１３８０で示されている。なお、本図には、複数の光線がレンズ系１１０に重ねて描かれている。以下、レンズ１３１０、レンズ１３２０、レンズ１３３０、およびレンズ１３４０の配置およびそれらの光学特性を説明する。

レンズ１３１０の屈折率は、波長４８６．１００ｎｍ、波長５８７．６００ｎｍ、および波長６５６．３００ｎｍの光に対して、それぞれ１．７８２３０２２０、１．７６１８１４４０、および１．７５３５７１６３である。また、レンズ１３２０の屈折率は、波長４８６．１００ｎｍ、波長５８７．６００ｎｍ、および波長６５６．３００ｎｍの光に対して、それぞれ１．５６５５２０１１，１．５５８３５８９８、および１．５５５２０５９６である。また、レンズ１３３０の屈折率は、波長４８６．１００ｎｍ、波長５８７．６００ｎｍ、および波長６５６．３００ｎｍの光に対して、それぞれ１．７６８２６３２８、１．７５７１８７８８、および１．７５２４１９９６である。また、レンズ１３４０の屈折率は、波長４８６．１００ｎｍ、波長５８７．６００ｎｍ、および波長６５６．３００ｎｍの光に対して、それぞれ１．５２９２９９１、１．５２３０７８２６、および１．５２０３６５６７である。

絞り１３００は、レンズ１３１０より物体側に０．０２５ｍｍ離れて設けられる。レンズ１３１０の厚さは０．５８２８５２２ｍｍである。なお、本図の説明における厚さとは、レンズの光軸方向の長さを示す。また、レンズ１３１０の物体側表面の曲率半径は１．７５４７４５ｍｍであり、物体側の断面半径は１．９１３８１７ｍｍであり、物体側表面の円錐定数は−１５．４５２７５である。また、レンズ１３１０の像側表面の曲率半径は１．０３４３５９ｍｍであり、像側の断面半径は１．８８３２８５ｍｍであり、物体側表面の円錐定数は０である。なお、本図の説明において、曲率半径が負である場合は、その表面形状が光に対して凹面であることを示す。

レンズ１３２０は、レンズ１３１０と接して設けられ、レンズ１３２０の厚さは０．６９５５４１７ｍｍである。なお、レンズ１０２０の物体側表面は、レンズ１０１０の像側表面と全面において接している。そして、レンズ１３２０の像側表面の曲率半径は３．８７４９４１ｍｍであり、像側の断面半径は２．０４７６７４ｍｍであり、像側表面の円錐定数は−１８．５１２８７である。

レンズ１３３０は、レンズ１３２０から像面方向に距離１．０９４１１８ｍｍ離れて設けられる。レンズ１３３０の厚さは０．５０４６０２１ｍｍである。また、レンズ１３３０の物体側表面の曲率半径は−４．３６７５４４ｍｍであり、物体側表面の断面半径は２．６７０３８ｍｍであり、物体側表面の円錐定数は９．５０３７８９である。また、レンズ１３３０の像側表面の曲率は−１．４４７３０１ｍｍであり、像側の断面半径は２．８００３１１ｍｍであり、像側表面の円錐定数は−１．３００１１５である。

レンズ１３３０は、レンズ１３２０から像面方向に距離０．９０８３１６７ｍｍ離れて設けられる。レンズ１３３０の厚さは０．７７５３９９９ｍｍである。また、レンズ１３３０の物体側表面の曲率半径は−０．７９５１５７８ｍｍであり、物体側表面の断面半径は３．３４１０４６ｍｍであり、物体側表面の円錐定数は−１．９７４９８２である。また、レンズ１３３０の像側表面の曲率は−１．８３５４３８ｍｍであり、像側の断面半径は４．１４９７７６ｍｍであり、像側表面の円錐定数は−４．３２１９である。そして、像面は、レンズ１３３０から距離０．９９７０４８９ｍｍ離れた位置に設定されている。

このように、複数のレンズ１３１０、レンズ１３２０、レンズ１３３０、およびレンズ１３４０は、各レンズの中心軸をそろえて同軸に配列されている。したがって、レンズ系１１０は、光軸に関して回転対称である。

また、像面の法線の角度と主光線が像面に入射する角度との差の絶対値は、レンズ系１１０の光学伝達関数の算出誤差を予め定められた値より小さくすべく、予め定められた値より小さい。このように、レンズ系１１０のテレセントリック性をより大きくすることによって、光学伝達関数の算出誤差を低減することができる。例えば、ＭＴＦを算出する場合に、ＦＦＴによっても十分小さい誤差でＭＴＦを算出することができる。このため、レンズ系１１０による画像のボケを高速に復元することが可能になる。

図４は、図３に示したレンズ系１１０の収差特性を示す。本図には、上から順に球面収差図、非点収差および歪曲収差図、および横収差図が示されている。最上段の球面収差図に示されるように、図３に示したレンズ系１１０の球面収差は過剰補正されている。なお、本図においても、本球面収差図の横軸は設定された像面に対する位置を示しており、近軸焦点に対する位置を示していないことに注意すべきである。

球面収差図に示されるように、像面の全面にわたって縦収差は正の値となっている。また、本図の最下段には、複数の像高における横収差を示すグラフが示されている。最左上のグラフは光軸上の横収差図を示しており、最右上のグラフは像高０．６７５０ｍｍにおける横収差図を示す。また、中央のグラフは像高１．１２５０ｍｍにおける横収差図、最左下のグラフは像高１．５７５０ｍｍにおける横収差図、最右下のグラフは像高２．２５００ｍｍにおける横収差図を示す。このように、レンズ系１１０の横収差は、各像高において略同一の形状を示している。

図５は、図３に示したレンズ系１１０の光学伝達特性を示す。本図には、上から順にスポットダイアグラムの像高およびデフォーカス依存性を示すスポットダイアグラム図、ＭＴＦのデフォーカス依存性、およびＭＴＦの空間周波数特性が示されている。

最上段のスポットダイアグラム図には、異なる複数の像高および異なる複数のデフォーカス量におけるスポットダイアグラムが示されている。本スポットダイアグラム図では、同一像高における、異なる複数のデフォーカス量での複数のスポットダイアグラムが横方向に並べられている。また、同一デフォーカス量における、異なる複数の像高における複数のスポットダイアグラムが縦方向に並べられている。

各スポットダイアグラムの左に数値で示された像高が示すように、本スポットダイアグラム図には、光軸上、光軸から０．６７５０ｍｍ、１．１２５０ｍｍ、光軸から１．５７５０ｍｍ、および光軸から２．２５００ｍｍの位置の像高におけるスポットダイアグラムが含まれている。また、各スポットダイアグラムの下に数値で示されたデフォーカス量が示すように、本スポットダイアグラム図には、設定した像面から−７５μｍの位置、像面から−３７．５μｍの位置、像面の位置、像面から３７．５μｍの位置、および像面から７５μｍの位置におけるスポットダイアグラムが含まれている。

本スポットダイアグラム図が示すように、レンズ系１１０による物点からの光の拡がりは、予め定められた範囲の光軸方向の像面位置にわたって略同一となっている。なお、光の拡がりとは、本図に示すようにスポットダイアグラムが示す拡がりであってよく、点像分布関数が示す光の拡がりであってもよい。また、スポットダイアグラム図に示されるように、スポットダイアグラムが示す光の拡がりは異なる像高にわたって略同一であるということもできるが、細かく見ると、拡がりの大きさおよび形状に違いがある。この光の拡がりの像高依存性は、後に説明するように、レンズ系１１０または光学フィルタ１１５に形成された低結像部により低減される。

また、本図中段に示されるＭＴＦのデフォーカス依存性のグラフが示すように、サジタル光線及びメリジオナル光線についても、略同一のＭＴＦ値の分布を持つことが分かる。また、少なくとも同じ像高において、ＭＴＦは少なくともグラフに示されるデフォーカスの範囲内では、略同一の値を示している。このように、広いデフォーカス範囲にわたってレンズ系１１０のＭＴＦは略同一の値をとる。

また、本図最下段のＭＴＦの空間周波数特性のグラフが示すように、レンズ系１１０はサジタル光線及びメリジオナル光線についても、略同一のＭＴＦ周波数特性を持つことが分かる。このように、レンズ系１１０のＭＴＦは、予め定められた範囲の光軸方向の像面位置にわたって略同一となっているといえる。

図６は、光学フィルタ１１５の一例を示す。光学フィルタ１１５の受光部１２０側の表面には、低結像部６００が形成されている。光学フィルタ１１５は、受光部１２０の受光面近傍に設けられた光学ローパスフィルタであってよい。受光部１２０の受光面近傍に低結像部６００が形成されているので、受光部１２０の光軸近傍領域に入射する光は低結像部６００により拡がる。一方で、光軸近傍領域以外の領域に入射する光は、低結像部６００によっては拡がらないが、レンズ系１１０の軸外収差によって拡がる。この結果、受光部１２０において、光軸近傍領域に入射する光の拡がりと、光軸近傍領域以外の領域に入射する光の拡がりとは、結果的に略同一にされる。

このように、レンズ系１１０は、軸外光束を近軸光束より拡げて像面に結像させる。一方で、低結像部６００によって近軸光束が拡げられるので、所定の部分領域において生じる物点からの光の拡がりを、レンズ系１１０の収差によって所定の部分以外の領域において生じるレンズへの軸外光束の拡がりと略同一とすることができる。

また、光学フィルタ１１５は、像面近傍に設けられ、像面に最も近い光学素子の一例としての光学ローパスフィルタであってよい。そして、低結像部６００は、光学フィルタ１１５における像面側の面に形成されている。このように、光学系１０５は、他の領域に入射する光が通過しない位置、一例として像面近傍に、低結像部６００を有する。このように、低結像部６００は、光学フィルタ１１５において所定の部分領域に入射する光が通過する領域に形成される。所定の部分領域は、本図に示されるように、光学系の光軸と像面との交点を含む部分領域であってよい。そして、低結像部６００を通過することによる像面における光の拡がりは、光学フィルタ１１５における当該領域以外の領域を通過することによる像面における光の拡がりより大きくてよい。

なお、低結像部６００は、回折光学素子により形成されてよい。他にも、低結像部６００における面精度は、光学フィルタ１１５における他の面の面精度より低くてもよい。このように、光学系１０５に含まれる複数の光学素子のうちの少なくとも２つの光学素子は、光を結像するレンズ系１１０およびレンズ系を通過した光を透過する光学フィルタ１１５であり、光学フィルタ１１５が低結像部６００を有している。

図７は、レンズ１３４０の一例を示す。図示されるように、レンズ１３４０の受光部１２０側の表面上における光軸近傍の領域に、低結像部７００が形成されている。なお、レンズ１３４０は、光学系１０５が有するレンズの中で、受光部１２０に最も近い位置に設けられている。このように、低結像部７００は、像面に最も近いレンズ１３４０に形成されている。

図８は、光学系１０５の他の構成例を示す。絞り１３００、レンズ１３１０、レンズ１３２０、およびレンズ１３３０は、図３−５に関連して説明した構成のレンズ系１１０を形成する。このように、光学素子の一例としての複数のレンズから、レンズ系１１０が形成される。そして、本図に示されるように、波面変調素子８００はレンズ系１１０と受光部１２０の間に設けられている。なお、波面変調素子８００も、この発明における光学素子の一例であってよい。なお、波面変調素子８００を通過しない光は、レンズ系１１０の収差によって拡がって受光部１２０に入射される。

波面変調素子８００は、レンズ系１１０を通過した光の波面を変形することで、通過する光を拡げる光学素子であってよい。なお、上述した低結像部６００、低結像部７００、および低結像部８００は、波面を変調する光学素子であればよい。例えば、低結像部６００、低結像部７００、および低結像部８００は、厚みが変化する光学素子（例えば３次の表面形状を有する位相板）、屈折率が変化する光学素子（例えば屈折率分布型波面変調レンズ）、レンズ表面へのコーディングにより厚み、屈折率が変化する光学素子（例えば波面変調ハイブリッドレンズ）、光の位相分布を変調可能な液晶素子（例えば液晶空間位相変調素子）等の光波面変調素子であってよい。

図９は、受光部１２０が有する受光素子の配列の一例を示す。受光部１２０は、Ｇ成分の光を受光する複数の受光素子６１０ａおよび６１０ｂ、Ｒ成分の光を受光する受光素子６２０、およびＢ成分の光を受光する受光素子６３０から形成される受光素子ユニット６５０ａを有する。また、受光部１２０は、受光素子ユニット６５０ａと同様の受光素子配列を有する複数の受光素子ユニット（例えば、受光素子ユニット６５０ｂ）が２次元的に配列されて形成される。

このように、受光部１２０は、複数の受光素子によって略平面状の受光面が形成されている。また、受光部１２０の受光面は、レンズ系１１０の光軸に略垂直に設けられる。なお、受光素子はＣＣＤ撮像素子であってよいし及びＭＯＳ型撮像素子であってもよい。

なお、受光部１２０が設けられた位置におけるレンズ系１１０による物点からの光の拡がりは、受光部１２０が有する複数の受光素子のピッチより大きい。なお、ここでいう受光素子のピッチとは、同じ色成分を示す波長領域の光を受光する受光素子のピッチを示す。例えば、受光素子のピッチとは、受光素子６２０が設けられた位置と受光素子６２１が設けられた位置との間の距離であってよい。

この場合、物点からの光は、レンズ系１１０を通過することによって複数の受光素子によって受光される。このため被写体像はボケてしまうが、レンズ系１１０の光学伝達関数が既知であれば、光学伝達関数が示すレンズ系１１０による拡がりを補正する画像処理によって、被写体像を復元することができる。

例えば、受光部１２０が設けられた位置におけるレンズ系１１０による物点からの光は、予め定められた数の受光素子が設けられた範囲の拡がりを有しているとするとすれば、補正部１４０は、予め定められた数の受光素子が受光した光量およびレンズ系１１０の光学伝達関数に基づいて、画像を補正することができる。より具体的には、補正部１４０は、予め定められた数の受光素子（例えば、３×３あるいは７×７等の受光素子配列に含まれる受光素子）が受光した受光量を使用して、レンズ系１１０による光学応答を補正する逆フィルタを用いたデコンボリューション処理により、被写体像を鮮明なものに復元することができる。

図１０は、補正部１４０が画像を補正する部分領域の一例を示す。補正部１４０は、所定の部分領域の画像を、光学系の光学伝達関数に基づいて補正する。なお、ここでいう所定の部分領域は、低結像部６００、低結像部７００、または低結像部８００を通過した光が入射する像面上の領域に対応する、画像上の部分領域であってよい。本図では、低結像部６００、低結像部７００、または低結像部８００を通過した光が入射する像面上の領域に対応する画像１０００上の部分領域の一例として、領域１０１０を例示している。

また、補正部１４０は、画像１０００における当該所定の部分領域以外の領域（例えば、領域１０１０以外の領域）の画像については、光学系の光学伝達関数に基づいて補正しなくてよい。このように、補正部１４０は、所定の部分領域の画像を補正するが、全画像領域を補正しなくてよいので、補正処理に要する演算時間を低減することができる。このため、撮像装置１００によると、補正された画像を速やかに出力することができる。

また、撮像装置１００をバーコードリーダとして使用したり、撮像装置１００が内視鏡である場合のように、撮像装置１００が近い被写体を撮像する場合には、画像の中央領域が注目領域となることが多い。このような場合、周辺領域と中央領域とで被写体までの距離差が非常に大きくなる。したがって、光学系１０５の光学伝達関数は、周辺領域と中央領域とで異なってしまう場合が多い。このような場合に、中央領域を補正するために中央領域における光学伝達関数に基づく逆フィルタで画像全体を補正すると、周辺領域にアーチファクトが生じやすい。

しかしながら、撮像装置１００によると、補正部１４０が画像における中央の領域１０１０を、中央の領域１０１０における光学伝達関数に基づいて補正するので、注目領域の被写体像を適切に復元することができる。また、補正部１４０は中央領域１０１０以外の領域については補正しないので、中央の領域１０１０以外の領域におけるアーチファクトの発生を抑制することができる。

以上説明したように、光学系１０５は、像面における所定の部分領域に入射する光が通過する領域に、像面における所定の部分領域以外の領域に入射する光が通過する領域より結像性が低い低結像部を有している。そして、低結像部は、低結像部を通過して像面における前記所定の部分領域に入射する物点からの光に対する前記光学系の光学伝達関数を、物点までの距離によらず略同一にする結像特性を有する。具体的には、低結像部は、物点からの光を、物点までの距離によらず略同一の大きさに拡げることにより、光学伝達関数を物点までの距離によらず略同一にする。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

一実施形態に係わる撮像装置１００のブロック構成の一例を示す図である。 レンズ系１１０の光学特性の一例を模式的に示す図である。 レンズ系１１０の構成の一例を示す図である。 図３に示したレンズ系１１０の収差特性を示す図である。 図３に示したレンズ系１１０の光学伝達特性を示す図である。 光学フィルタ１１５の一例を示す図である。 レンズ１３４０の一例を示す図である。 光学系１０５の他の構成例を示す図である。 受光部１２０が有する受光素子の配列の一例を示す図である。 補正部１４０が画像を補正する部分領域の一例を示す図である。

符号の説明

１００ 撮像装置
１０５ 光学系
１１０ レンズ系
１１５ 光学フィルタ
１２０ 受光部
１４０ 補正部
１４５ 画像処理部
１５０ 出力部

Claims (19)

1. 光を結像する光学系であって、
   像面における所定の部分領域に入射する光が通過する領域に、像面における前記所定の部分領域以外の領域に入射する光が通過する領域より結像性が低い低結像部を有し、
   前記低結像部は、前記低結像部を通過して像面における前記所定の部分領域に入射する物点からの光に対する前記光学系の光学伝達関数を、物点までの距離によらず略同一にする結像特性を有する
   光学系。
2. 前記低結像部は、前記光学系による物点からの光の拡がりが、物点までの距離によらず略同一の大きさにすることにより、前記光学伝達関数を物点までの距離によらず略同一にする
   請求項１に記載の光学系。
3. 前記所定の部分領域は、前記光学系の光軸と像面との交点を含む部分領域である
   請求項２に記載の光学系。
4. 前記光学系は、前記所定の部分領域以外の領域に入射する光が通過しない位置に前記低結像部を有する
   請求項３に記載の光学系。
5. 前記光学系は、像面近傍に前記低結像部を有する
   請求項４に記載の光学系。
6. 複数の光学素子を備え、
   前記複数の光学素子のうち像面に最も近い光学素子が、前記低結像部を有する
   請求項４に記載の光学系。
7. 前記低結像部は、前記像面に最も近い光学素子における像面側の面に形成される
   請求項６に記載の光学系。
8. 前記複数の光学素子の少なくとも一部からレンズ系が形成され、
   前記低結像部は、前記レンズ系を通過した光の波面を変形する波面変調素子により形成される
   請求項７に記載の光学系。
9. 前記低結像部は、回折光学素子により形成される
   請求項７に記載の光学系。
10. 前記低結像部における面精度は、他の面の面精度より低い
    請求項７に記載の光学系。
11. 前記複数の光学素子はレンズであり、
    像面に最も近いレンズが前記低結像部を有する
    請求項６に記載の光学系。
12. 前記複数の光学素子のうちの少なくとも２つの光学素子は、光を結像するレンズ系および前記レンズ系を通過した光を透過する光透過部であり、
    前記光透過部が前記低結像部を有する
    請求項６に記載の光学系。
13. 前記光透過部は、像面近傍に設けられた光学ローパスフィルタである
    請求項１２に記載の光学系。
14. 前記光学系はレンズ系を有し、
    前記レンズ系は、収差により軸外光束を拡げて像面に結像させ、
    前記低結像部によって前記所定の部分領域において生じる前記物点からの光の拡がりは、前記レンズ系の収差によって前記所定の部分以外の領域において生じる前記レンズへの軸外光束の拡がりと略同一である
    請求項４に記載の光学系。
15. 光を結像する光学系と、
    前記光学系を通過した光を受光する受光部と
    を備え、
    前記光学系は、像面における所定の部分領域に入射する光が通過する領域に、像面における前記所定の部分領域以外の領域に入射する光が通過する領域より結像性が低い低結像部を有し、
    前記低結像部は、前記低結像部を通過して像面における前記所定の部分領域に入射する物点からの光に対する前記光学系の光学伝達関数を、物点までの距離によらず略同一にする結像特性を有する
    撮像装置。
16. 前記光学系の光学伝達関数に基づいて、前記受光部が受光した光により得られた画像を補正する補正部
    をさらに備える請求項１５に記載の撮像装置。
17. 前記補正部は、前記所定の部分領域の画像を、前記光学系の光学伝達関数に基づいて補正する
    請求項１６に記載の撮像装置。
18. 前記所定の部分領域は、前記光学系の光軸と像面との交点を含む部分領域である
    請求項１７に記載の撮像装置。
19. 前記光学系は、
    光を結像するレンズ系と、
    前記レンズ系を通過した光を通過して前記受光部に受光させる光学ローパスフィルタと
    を備え、
    前記低結像部は、前記光学ローパスフィルタにおいて前記所定の部分領域に入射する光が通過する領域に形成され、前記低結像部を通過することによる像面における光の拡がりは、前記光学ローパスフィルタにおける当該領域以外の領域を通過することによる像面における光の拡がりより大きい
    請求項１８に記載の撮像装置。

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