[发明专利]相位滤波器、光学成像系统以及成像系统

说明书

一种相位滤波器(101)包括具有围绕光轴旋转对称的环形环结构，每个环形环都包括基本上抛物线形状的剖面，使得入射光束均匀地扩大在焦点平面上，并且相互叠加。

技术领域

本发明涉及一种相位滤波器、一种光学成像系统以及一种成像系统，尤其是涉及一种技术，该技术能够抑制像点的、响应于受到WFC图像处理的焦点深度扩展图像中的散焦而发生的平面内位移。

背景技术

本申请要求2013年3月29日提交的日本专利申请第2013-72388号的优先权，其全部内容通过引用被并入本文。

在成像相机的光学系统的光瞳平面内，称作“波前编码(Wavefront Coding)”、在下文中简称为“WFC”的技术用于扩展光学系统的场深度和/或焦点深度。WFC通过将三次函数给出的相位分布提供给光瞳平面上的坐标来均匀用于散焦的点的模糊，并且通过称作反卷积的图像处理来移除均匀后的模糊。

作为关于WFC的相关技术，例如，提出了一种技术，使得在成像相机的光学系统内，通过处理光瞳函数的相位调制所获取的图像来扩展光学系统的焦点深度，该光瞳函数的相位调制由实施三次相位函数所实现的相位滤波器进行，参见PTL1。此外，用于扩展焦点深度的技术使得在使用与光轴正交的x-y坐标系作为用于调制光学传递函数(opticaltransfer function)、在下文中简称为“OTF”的相位滤波器时，通过提供相位分布来处理所获取的图像，通过使得具有由一系列函数的任意次幂的乘积表示的一系列函数的三次函数规范化来获取该相位分布，参见PTL2。此外，虽然并非用于光学成像系统，但是也提出了一种技术，其用于使用称作“轴棱锥”的锥棱镜产生非衍射光束来尝试改进波长转换的效率，参见PTL3。

引用列表

专利文献

[PTL1]特许3275010号公报

[PTL2]特开2011-120309号公报

[PTL3]特开平H08-271942号公报

发明内容

技术问题

在上述背景技术中，相位滤波器的相位分布被给定为光瞳平面上的具有三次函数或类似函数的坐标系的x轴和y轴。当尝试使用并不围绕上述光轴旋转对称的相位过滤器来均匀用于散焦的点像时，具有点像的位置响应于散焦的量而发生位移的问题。

例如，通过用于规范化的光瞳平面坐标系x，y的下述公式使用系数α来表示相位分布：

W(x，y)＝α·(x³+y³)....公式1

当加入散焦的波前像差时，通过下述公式使用规范化的光瞳半径ρ来表示相位分布：

....公式2

此处，W₂₀是散焦，即，散焦的像差系数。第一项意指在光瞳平面中三次函数的相位分布在x方向和y方向分别被加入W₂₀/3α的位移。由于上述位移基本上对应于焦点平面上的相位位移，因此该位移并不影响点像强度分布。第二项表示对应于所谓的波前倾斜的x，y的线性函数的相位分布，并且意指与W₂₀²/3α成比例的、焦点平面上的像点位置的位移。第三项是常数项，其并不影响点像强度分布。因此，当存在三次相位分布时，散焦的波前像差自然地转换为横向偏差。如果允许该横向偏差，则即使存在散焦，点像分布也基本上不会改变，因此使得模糊方式均匀，与散焦无关。上述内容实现反卷积，并且这是WFC的原理。然而，另一方面，由于散焦，上述内容导致点像的位移。因此，在这种应用中出现了通过点像的位置测量物体的位置的问题。