以复原处理为前提的透镜的评价方法及装置、评价用补正光学系统的制作方法

专利名称：以复原处理为前提的透镜的评价方法及装置、评价用补正光学系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种以复原处理为前提的透镜的评价方法及装置、评价用 补正光学系统，更详细而言，涉及一种在以放大焦点深度为目的的复原处
理的前提下，为此反而不成像却按照在高频带降低MTF(Modulation Transfer Function)深度使得恰似具有模糊像的方式进行设计，且基于此
设计被制作的以复原处理为前提的透镜的评价方法及装置、此评价所使用 的评价用补正光学系统。
背景技术：
近年来，将光学系统所获得的光学像转换为电子图像并作为图像数据 取入且对此图像数据进行图像处理而得到所希望的像的技术发展显著。若 用此技术，即使由成像性能低的光学系统得到不鲜明的像，也可进行图像 处理而最终获得鲜明的像，所以，提出了以得到鲜明的像的复原处理为前 提的光学系统。
非专利文献1 2及专利文献1 5记载了利用上述技术形成图像的系 统。图8表示此系统20的概略构成。图8所示的系统20通过光学系统22 形成物体21的像23。此光学系统22不同于通常的成像光学系统，被构成 得在所谓的通常的光学系统的成像位置，也形成具有规定的模糊量的不鲜 明的像，像23为模糊像。即，如下述，光学系统22被构成为形成以由图 像处理部25的复原处理为前提的像，以下，将具有如光学系统22性质的
透镜系称作以复原处理为前提的透镜。
摄像元件24将此模糊像23摄像并转换为电信号且传送至进行图像处 理的图像处理部25。图像处理部25通过数字滤波器对此模糊像23实施复 原处理，使聚焦时的图像的强度分布得以复原，进而形成鲜明的像26。
非专利文献1 2及专利文献1 4记载了应用上述系统20放大景深 的景深放大系统，此系统中的以复原处理为前提的透镜被设计成放大景深。
非专利文献1 2及专利文献2 4记载了作为以这种复原处理为前提 的透镜，在通常的成像透镜的光瞳位置插入调制相位分布的模罩(以下称 作光瞳调制型)。
另一方面，专利文献5记载了作为以复原处理为前提的透镜，不使用 光瞳调制型模罩，故意发生形成模糊像的像差的透镜系(以下，称作像差 附加型)。
非专利文献1W. Thomas Cathey and Edward R. Dowski， "New paradigm for imaging systems", APPLIED OPTICS/Vol.41，No.29/10 October 200非专利文献2Edward R. Dowski, Jr. ， and W, Thomas Cathey， "Extended depth of field through wave-front coding，, ， APPLIED OPTICS/Vol. 34， No. 11/10 April 199专利文献1国际专利申请2004/090581号说明书专利文献2特许第3275010号公报专利文献3特开2000-275582号公报专利文献4特开2007-60647号公报专利文献5特表2006-519527号公报
然而，非专利文献l所记载的光瞳调制型，具有由于使用相对光轴为 旋转非对称构成的模罩使得性能相对围着光轴的旋转而敏感地变化的不 足。为得到鲜明的像，必须使相对围着光轴旋转的模罩的位置与对应的图 像处理方向绝对一致。另外，光瞳调制型因模罩部分、部件数的增加，成 本变高，所以不优选。
另一方面，像差附加型不需要使用模罩，也可构成得相对光轴为旋转 对称，由此，从这些点而言可认为是优选的。然而，像差附加型即使可按 照设计制作，但在任一位置中也只能得到模糊像，难以说是可特定成像位 置的成像光学系统，由此，存在在其评价工序中不能采用以用于通常的成 像光学系统的评价的成像位置为基础的评价方法或装置之问题。
为了评价像差附加型，使用如图8所示的构成，应当将模糊像暂时转 换成电信号而得到图像数据并对此图像数据进行图像处理且对图像处理 后的像进行评价。然而，此方法具有花费时间和成本，不能对应于大量生 产等问题。另外，因图像处理方法不同时，图像处理后的像也产生差异， 所以，具有不能只评价光学系统性能的问题。

发明内容
本发明是鉴于上述情况而提出的，其目的在于，提供一种对像差附加 型的以复原处理为前提的透镜，也可使用与通常的成像光学系统相同的通 用的手法，可只评价光学系统的性能的以复原处理为前提的透镜的评价方 法及装置、用于此评价的评价用补正光学系统。
本发明的以复原处理为前提的透镜的评价方法，上述以复原处理为前 提的透镜是在光学像转换为电子图像后以获得鲜明的图像而进行复原处 理的图像形成系统中使用的、基于以上述复原处理为前提的设计实际上所 制作的透镜，上述以复原处理为前提的透镜的评价方法，包括准备工序， 准备通过与按照上述设计的透镜组合来形成鲜明的光学像的评价用补正 光学系统；测定工序，测定由上述评价用补正光学系统和上述所制作的透 镜组合的合成光学系统的光学特性；和评价工序'基于上述测定工序的测 定结果，评价上述制作的透镜。
另外，本发明的以复原处理为前提的透镜的评价装置，上述以复原处 理为前提的透镜是在光学像转换为电子图像后以获得鲜明的图像而进行 复原处理的图像形成系统中使用的、基于以上述复原处理为前提的设计实 际上所制作的透镜，上述以复原处理为前提的透镜的评价装置，其特征在
于，包括评价用补正光学系统，通过与按照上述设计的透镜组合形成鲜
明的光学像；测定手段，测定由上述评价用补正光学系统和上述制作的透 镜组合后的合成光学系统的光学特性；评价手段，基于上述测定结果，评 价上述制作的透镜。
另外，本发明的评价用补正光学系统，是用于评价在光学像转换为电 子图像后以获得鲜明的图像而进行复原处理的图像形成系统中使用的、基
于以此复原处理为前提的设计实标上所制作的以复原处理为前提的透镜， 其特征在于，通过与按照上述设计的透镜组合来形成鲜明的光学像。
此处，本发明的"以复原处理为前提的透镜"并不限定于只由透镜构 成，也可以是透镜以外的光学元件，例如，也可包括衍射光学元件、反射
元件、相位分布调制元件例如液晶透镜(liquid crystal lens)等。
本发明的"评价用补正光学系统"不仅可使用通常的折射型透镜，而
且还可使用折射率分布型透镜或衍射光学元件，或不限定于透镜，还可使
用相位分布调制元件例如液晶透镜(liquid crystal lens)等，另外，
也可以是反射光学系统、偏芯光学系统、旋转非对称光学系统等形态，也
可以是它们的复合型构成。
需要说明的是，配置"评价用补正光学系统"的位置可以是以复原处
理为前提的透镜的物体侧、像侧的任一侧，也可以插入以复原处理为前提
的透镜中，或者还可以在多个位置配置。
另外，"评价用补正光学系统"只要通过与以按照设计的复原处理为
前提的透镜组合，形成鲜明的光学像即可，也可使以复原处理为前提的透
镜的焦距不同于由评价用补正光学系统和以复原处理为前提的透镜的组
合后的合成焦距。
需要说明的是，组合"按照设计的透镜"和"评价用补正光学系统"， 优选具有高的成像性能，而且，更优选对以复原处理为前提的透镜的误差 可敏感地产生性能变化。
此处，将组合"评价用补正光学系统"和"制作的透镜"时的配置与 组合"评价用补正光学系统"和"按照设计的透镜"时的配置设为相同。
此处，作为"复原处理"，例如，可使用维纳(々4于一)滤波器、 核心维纳(力一氺》，Y于一)滤波器等公知的手法。
此处，"光学特性"意味着光学定数或成像性能等，具体而言，例如 是焦距、F值、周边光量、畸变、色差、MTF、波像差等。
本发明的评价用补正光学系统通过组合以按照设计的复原处理为前 提的透镜，可形成鲜明的光学像，所以，可看作组合评价用补正光学系统 和以制作的复原处理为前提的透镜的合成光学系统形成大致鲜明的光学
像的成像光学系统。即，通过使用评价用补正光学系统，可构成包括以复 原处理为前提的透镜的成像光学系统。
而且，根据本发明的以复原处理为前提的透镜的评价方法及装置，即 使以复原处理为前提的透镜是像差附加型，也可通过使用上述合成光学系 统，以与通常的成像光学系统相同的测定方法或装置，基于成像位置测定 光学特性，不使用图像处理也可只评价光学系统的性能。


图1表示本发明的一实施方式所涉及的以复原处理为前提的透镜的评 价装置的概略构成的图。
图2是表示由以复原处理为前提的透镜聚光的状态的图。 图3是表示由通常的成像光学系统聚光的状态的图。 图4是示意表示以复原处理为前提的透镜的MTF和通常的成像光学系 统的MTF的图。
图5是表示由评价用补正光学系统和按照设计的以复原处理为前提的 透镜组合后的光学系统聚光的状态的图。
图6是由评价用补正光学系统和按照设计的以复原处理为前提的透镜 组合后的光学系统在成像位置的MTF的示意图。
图7是本发明的一实施方式所涉及的以复原处理为前提的透镜的评价 方法的流程图。
图8是表示包括复原处理的图像形成系统的概略构成的图。
图中1-以复原处理为前提的透镜，2-评价用补正光学系统，3-被检 透镜，4-合成光学系统，5-测定手段，6-评价手段，7-物体，8-光学像， 9一存储部，10-评价装置'21-物体，22-光学系统，23-像，24-摄像元件， 25-图像处理部，26-像，101-通常的成像光学系统。
具体实施例方式
以下参照附图详细说明本发明的实施方式。图l表示本发明的一实施 方式所涉及的评价装置10的概略构成的框图。评价装置10是用于评价在 光学像转换为电子图像后以获得鲜明的图像而进行复原处理的图像形成
系统中使用的、基于以此重构处理为前提的设计实际上所制作的以重构处 理为前提的透镜的评价装置。
首先， 一边参照图2 图4， 一边说明本实施方式的以重构处理为前
提的透镜的性质。图2示意表示向按照设计的以重构处理为前提的透镜1 所射入的平行光被聚光的状态。另外，图3示意表示向通常的成像光学系 统101所射入的平行光被聚光的状态。
如图3所示，通过通常的成像光学系统101，在焦点位置P1聚光为大 致一点且进行成像，相对于此，如图2所示，通过以重构处理为前提的透 镜l，在对应于焦点位置的位置P1也没有聚光为一点，在任一位置也没有 形成鲜明的像。需要说明的是，图2所示的位置Pl是连结聚光位置附近 的对角线方向的光束棱线的交点的位置。
另一方面，通过以重构处理为前提的透镜l，在图2的双向箭头所示 的宽范围、即在包括位置Pl且从其前后位置P2至位置P3的宽范围保持 大致固定的光束径。相对于此，通过图3所示的通常的成像光学系统101， 在位置P1和从位置P1隔开图2同距离的位置P2、 P3，光束径大不相同。
艮P，与通常的成像光学系统101相比，以重构处理为前提的透镜1虽 然没有成像鲜明的图像，但具有对散焦的性能变化几乎没有的特征。
图4表示以重构处理为前提的透镜1在位置Pl的MTF (符号1-Pl) 及在位置P2、 P3的MTF (符号1-P2、 P3)和通常的成像光学系统101在 位置P1中的MTF(符号101-Pl)及在位置P2、P3的MTF(符号101-P2、P3)。 图4中的横轴是被正规化的空间频率，纵轴是MTF。 '
如图4所示，在通常的成像光学系统101，虽然焦点位置的位置Pl 的MTF取高的值，但在散焦位置的位置P2、 P3的MTF变得极低，还存在 具有0及负值的部分。MTF取为负值的区域成为相位180度偏离的相位反 转的状态，引起伪解像等现象。伪解像是看似解像而实际表示假信息的， 例如是对于黑白物体而言看到了黑白反转后的像。
相对于此，如图4所示，在以重构处理为前提的透镜l，虽然位置P1 的MTF取低值，但在与通常的成像光学系统中散焦位置相对应的位置P2、 P3的MTF也和位置P1大致相同，因不产生伪解像，所以，虽得到模糊像， 但不表示假信息。
该以重构处理为前提的透镜1，是在对由以此重构处理为前提的透镜
1得到的不鲜明的像进行画像处理且形成鲜明的像的如图8所示的图像形
成系统中使用的透镜。另外，本实施方式中的以重构处理为前提的透镜1 是背景技术项中所述的像差附加型透镜。附加像差的种类及其值在还考虑 了处理模糊像的图像处理手法后被设计
然而，在一般的大量生产线，完全按照设计值的透镜要制作是困难的，
实际上制作了具有接近于设计值的性能的透镜。评价装置10是评价基于 上述设计实际所制作的以重构处理为前提的透镜(以下称作被检透镜3) 与设计值以何种程度接近的装置。
评价装置10具备评价用补正光学系统2;测定手段(单元)5，测
定由评价用补正光学系统2和被检透镜3组合后的合成光学系统4的光学 特性；和评价手段6，基于测定结果来评价被检透镜3。
评价用补正光学系统2具有消除按照设计的以重构处理为前提的透镜 所持有的剩余像差的像差，通过与按照设计的以重构处理为前提的透镜组 合，形成鲜明的光学像。
图5示意表示射入由评价用补正光学系统2和按照设计的以重构处理 为前提的透镜1组合后的光学系统的平行光被聚光的状态。透过的光在一 点聚光，形成鲜明的像。图6示意表示由评价用补正光学系统2和按照设 计的以重构处理为前提的透镜1组合后的光学系统在成像位置的MTF。图 6所示的MTF具有与通常的成像光学系统相同的高值。
如上所述，虽然通过以重构处理为前提的透镜不能单独地形成鲜明的 像，所以，不能测定基于成像位置的焦距等的基本定数或成像性能，但通 过组合评价用补正光学系统2和以重构处理为前提的透镜，可构成成像光 学系统，进而可测定基本定数或成像性能。另外，被检透镜3由于具有与 按照设计的以重构处理为前提的透镜l大致接近的特性值，所以，由被检 透镜3和评价用补正光学系统2组合后的合成光学系统4可看作是成像光 学系统，通过合成光学系统4可形成物体7的鲜明的光学像8。
就评价用补正光学系统2而言，在知道了以重构处理为前提的透镜1 的设计值的情况下，就可使用现有的光学设计软件通过公知的手法而容易
进行设计。然后，通过将构成评价用补正光学系统2的各部件以严格的公
差高精度地制作，可得到大致具有所希望的性能的评价用补正光学系统2。
需要说明的是，由按照设计的以重构处理为前提的透镜1和评价用补
正光学系统2组合后的光学系统，优选具有非常高的成像性能；在设计评
价用补正光学系统2时优选进行这样的最优化。在这样的情况下，当评价 多个被检透镜3时，可知构成成像性能最高的合成光学系统4的被检透镜 是最接近于设计值的透镜。另外，在构成合成光学系统4之后，调整被检 透镜3以使成像性能变高，由此，能够使被检透镜3接近于设计值。
评价用补正光学系统2可由一般的球面透镜构成、或也可为非球面透 镜、使用自由曲面的透镜，而且，还可不限定于透镜，由衍射光学元件、 相位调制元件等构成。
需要说明的是，图1中评价用补正光学系统2虽被配置在被检透镜3 的物体侧，但也可构成为配置在被检透镜3的像侧或被检透镜3中、或还 可构成为在多处位置配置。至于配置在哪一位置，可在设计评价用补正光 学系统2时设定。
测定手段5具备装置评价用补正光学系统2和被检透镜3的载置台(未 图示〉，使得设计时的评价用补正光学系统2和以重构处理为前提的透镜 1的位置关系与评价用补正光学系统2和被检透镜3的位置关系相同。装 置被检透镜3的载置台优选构成为可容易交换被检透镜3。
就测定手段5而言，关于载置台以外的构成，基本上可采用与以往的 成像光学系统的光学特性的测定装置相同的物件。作为由测定手段5测定 的光学特性是成像性能及光学定数，具体可举出MTF、焦距、后截距、F 值、周边光量、畸变、色差等。测定手段5所完成的测定通过目视进行也 可，或合成光学系统4所获得的光学像8由未图示的摄像元件进行摄像也 可。
评价手段6，例如可由个人用电脑等计算机系统构成。在评价手段6 内装或外部连接的存储部9中，预先保存有由按照设计的以重构处理为前 提的透镜1和评价用补正光学系统2组合后的光学系统的设计值所对应的 光学特性的数据(设计光学特性数据)，将此数据与由测定手段5测定的 合成光学系统4的光学特性的测定结果相比较，由此，评价被检透镜3也
可。另外，预先设定基于设计光学特性数据的容许误差范围，将此容许误 差范围保存在存储部9也可。
接下来， 一边参照图7， 一边说明使用上述构成的评价装置10的本发
明的实施方式所涉及的透镜的评价方法的一例。图7是表示本实施方式所
涉及的以重构处理为前提的透镜的评价方法的构成图。
首先，准备通过与按照设计的以重构处理为前提的透镜1的组合就可
形成鲜明的光学像的评价用补正光学系统2 (步骤S1)。其次，在测定手 段5的载置台载置被检透镜3和评价用补正光学系统2，形成由被检透镜 3和评价用补正光学系统2组合后的合成光学系统4 (步骤S2)。
然后，通过测定手段5测定合成光学系统4的光学特性(步骤S3)。 最后，基于步骤3的测定结果，评价被检透镜3 (步骤S4)。
步骤S4的评价工序，例如，参照被保存在存储部9的设计光学特性 数据，通过比较测定结果和设计光学特性数据，可评价被检透镜3为与何 种程度接近设计的透镜。另外，参照被保存在存储部9的容许误差范围， 通过判定测定结果是否在其范围内，判定被检透镜的好坏也可。
如从以上说明可清楚，根据本实施方式所涉及的透镜的评价装置及方 法，对像差附加型的以重构处理为前提的透镜，也可使用以往的成像光学 系统的评价装置及方法同样地进行性能评价，没有图像处理，也可评价光 学系统单体中的性能。
以上，虽说明了本发明一优选实施方式，但本发明不限于上述的实施 方式，只要不改变本发明的宗旨，可添加各种变化。
例如，上述实施方式，通过对测定结果和设计光学特性数据进行比较， 可评价被检透镜，但是，通过对存储部9预先保存评价用补正光学系统2 的数据，且进行演算处理从合成光学系统4的测定结果中扣除评价用补正 光学系统2贡献的部分，取得被检透镜3的光学特性，评价被检透镜也可。
另外，作为以重构处理为前提的透镜，虽举例说明了背景技术项所述 的像差附加型，但光瞳调制型的以重构处理为前提的透镜也可适用本发 明。
权利要求
1.一种以复原处理为前提的透镜的评价方法，上述以复原处理为前提的透镜是在光学像转换为电子图像后以获得鲜明的图像而进行复原处理的图像形成系统中使用的、基于以上述复原处理为前提的设计实际上所制作的透镜，上述以复原处理为前提的透镜的评价方法，包括准备工序，准备通过与按照上述设计的透镜的组合来形成鲜明的光学像的评价用补正光学系统；测定工序，测定由上述评价用补正光学系统和上述所制作的透镜组合后的合成光学系统的光学特性；和评价工序，基于上述测定工序的测定结果，评价上述所制作的透镜。
2. —种以复原处理为前提的透镜的评价装置，上述以复原处理为前提的透镜是在光学像转换为电子图像后以获得 鲜明的图像而进行复原处理的图像形成系统中使用的、基于以上述复原处 理为前提的设计实际上所制作的透镜，上述以复原处理为前提的透镜的评价装置，包括评价用补正光学系统，通过与按照上述设计的透镜的组合来形成鲜明 的光学像；测定单元，测定由上述评价用补正光学系统和上述所制作的透镜组合 后的合成光学系统的光学特性；和评价单元，基于上述测定结果，评价上述所制作的透镜。
3. —种评价用补正光学系统，是用于评价在光学像转换为电子图像 后以获得鲜明的图像而进行复原处理的图像形成系统中使用的、基于以此 复原处理为前提的设计实际上所制作的以复原处理为前提的透镜，其中， 通过与按照上述设计的透镜进行组合来形成鲜明的光学像。
全文摘要
本发明提供一种以复原处理为前提的透镜的评价方法及装置，即使对以像差附加型的复原处理为前提的透镜，也可使用与通常的成像光学系统相同的通用的手法，只进行光学系统的性能评价。是一种将光学像转换为电子图像后，在为获得鲜明的图像而进行复原处理的图像形成系统中使用的基于以此复原处理为前提的设计实际制作而成的以复原处理为前提的透镜的评价装置。此评价装置(10)包括评价用补正光学系统(2)，通过与按照设计的透镜组合形成鲜明的光学像；测定手段(5)，测定将评价用补正光学系统(2)和制作的透镜(被检透镜3)组合的合成光学系统(4)的光学特性；评价手段(6)，基于测定结果，评价制作的透镜。
文档编号G02B27/00GK101363968SQ20081013369
公开日2009年2月11日 申请日期2008年7月18日 优先权日2007年8月7日
发明者富冈领子 申请人:富士能株式会社