(57)【要約】【課題】ＷＦＣの画像処理後の焦点深度拡大画像において、焦点ずれに応じた像点の面内位置ずれの発生を抑制可能とする。【解決手段】  光軸を中心に同心円状に断面形状が略放物線状の凹レンズとして作用する凹面を有する複数列の輪帯が形成された位相フィルタと、一つの焦点を有する凸レンズである結像レンズとからなり、前記位相フィルタの各輪帯に入射する光軸に平行な光束は、それぞれ前記結像レンズの前記焦点位置を通るとともに、前記各凹面は入射光束をそれぞれ局所的に発散し、それぞれの光束を、前記結像レンズの前記焦点位置を含む光軸の前後に拡大された範囲でオーバーラップさせることを特徴とする撮像光学系である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
焦点を有する結像光学系と光軸を中心に同心円状に複数列の輪帯が形成された位相フィルタとからなる光学系であって、
前記結像光学系に前記光軸に平行な光束を入射させたときに、前記平行な光束は前記位相フィルタの各前記輪帯に入射し、前記位相フィルタの各前記輪帯を通過した各前記光束は前記位相フィルタの各前記輪帯によりそれぞれ局所的に各発散光とされ、
前記位相フィルタの各前記輪帯と前記結像光学系とを透過した各前記光束は異なる角度で光軸方向の所定範囲でオーバーラップする
ことを特徴とする光学系。
【請求項２】
前記位相フィルタの各前記輪帯の幅が等しいことを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
前記位相フィルタの各前記輪帯の幅が、前記光軸から当該位相フィルタにおける周縁部に向けて狭くなっていることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項４】
前記輪帯によって加わる位相差が各前記輪帯間で等しいことを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項５】
前記輪帯によって加わる位相差が、前記光軸近傍より前記位相フィルタにおける周縁部
の方が大きいことを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項６】
前記位相フィルタの各前記輪帯は、断面形状が略放物線状の凹レンズとして作用する凹
面を有していることを特徴とする請求項１記載の光学系。
【請求項７】
前記位相フィルタの凹面を有する各前記輪帯の間には、凸レンズとして作用する凸面を
有する凸輪帯が設けられていることを特徴とする請求項６に記載の光学系。
【請求項８】
前記位相フィルタは前記結像光学系を構成するレンズ面上に一体に直接形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項９】
請求項１に記載の光学系と、前記結像光学系における前記光軸の前後に拡大された
範囲でオーバーラップした位置に配置された画像センサとを備えることを特徴とする撮像
光学系。
【請求項１０】
請求項９に記載の前記画像センサにより撮像された画像に対し、デコンボリューション
画像処理を行い、焦点深度拡大画像を得ることを特徴とする撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相フィルタ、撮像光学系、及び撮像システムに関するものであり、具体的には、ＷＦＣの画像処理後の焦点深度拡大画像において、焦点ずれに応じた像点の面内位置ずれの発生を抑制可能とする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像カメラ光学系の瞳面において、瞳面内座標に対して３次関数で与えられる位相分布を与えることによって焦点ずれに対する点像のぼけを均一化し、均一なぼけをデコンボリューションと称される画像処理によって除去して光学系の被写界深度や焦点深度を拡大するＷａｖｅｆｒｏｎｔ  Ｃｏｄｉｎｇ（以下ＷＦＣと略す）と呼ばれる技術が提案されている。
【０００３】
こうしたＷＦＣに関する従来技術として、例えば、撮像カメラの光学系に３次位相関数を実現した位相フィルタによって、瞳孔関数を位相変調し、撮像された画像に対して画像処理を施すことによって光学系の焦点深度を拡大する技術（特許文献１参照）などが提案されている。また、光学的伝達関数（ＯＴＦ）を変調させる位相フィルタとして、光軸に直交するｘ、ｙ座標とするとき、それらの任意のべき乗の積で表される関数の級数によって３次関数を一般化した形の位相分布を与え、撮像された画像に対して画像処理を施すことによって光学系の焦点深度を拡大する技術（特許文献２参照）なども提案されている。一方、撮像光学系ではないが、アキシコンと呼ばれる円錐プリズムを用いて非回折ビームを生成し、レーザーの波長変換の高効率化を図る技術（特許文献３参照）なども提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許３２７５０１０号公報
【特許文献２】特開２０１１−１２０３０９号公報
【特許文献３】特開平８−２７１９４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の従来技術においては、瞳面内座標のｘ軸やｙ軸に対して３次関数またはそれと類似した関数によって位相フィルタの位相分布を与えている。このように、光軸に対して回転対称でない位相フィルタを用いて焦点ずれに対する点像の均一化を図る場合、焦点ずれ量によって点像の位置がずれるという問題がある。
【０００６】
例えば３次関数では規格化瞳面座標ｘ、ｙに対して、位相分布は係数αを用いて、
2020204786.tif 000003
によって表される。ここに焦点ずれの波面収差が加わると、規格化瞳半径座標ρを用いて、
2020204786.tif 000004
【０００７】
ここでＷ２０は焦点ずれ、すなわちデフォーカスの収差係数である。第１項は３次関数位相分布が瞳面内でｘ、ｙ方向ともにＷ２０／３αだけずれて加わることを意味している。これは、基本的には焦点面上では位相ずれに相当するため点像強度分布には影響しない。第２項はｘ、ｙの１次関数の位相分布であるため、いわゆる波面チルトに相当し、Ｗ２０２／３αに比例して焦点面上の像点位置がずれることを意味する。第３項は定数項のため点像強度分布に影響しない。したがって３次関数位相分布があると、焦点ずれの波面収差は点像分布の横ずれに変換されることになる。したがってこの横ずれだけを許容すれば焦点ずれがあっても点像分布が実質的に変化しないことになり、ぼけ方が焦点ずれによらず一様になる。これによってデコンボリューションが可能となる。これがＷＦＣの原理である。しかしそのため焦点ずれによって点像のずれが生じるため、点像の位置によって物体の位置の計測を行うような用途では問題となる。
【０００８】
また、３次関数分布のような、光軸に対して回転対称でない位相分布を発生させる光学面は、基本的に同様の非球面光学面が必要である。非球面はバイトによる回転旋盤加工によって加工される金型により、プラスチック射出成形や、ガラスモールドプレス成形などが広く普及している。しかし旋盤加工は軸対称な形状が必須であり、３次関数非球面のような非軸対称な形状では、回転研削バイトによる２次元の数値制御加工が必要となり、加工コストや加工時間が増すという問題がある。
【０００９】
また、３次関数分布のような連続関数で記述される位相フィルタでは、少なくとも数十波長以上の凹凸形状が必要であり、画角のある光線が入射する場合に、位相シフト量が所望のシフト量からずれるという問題がある。
【００１０】
またアキシコンを用いる光学系では、アキシコンの底面に入射する平行ビームが屈折されオーバーラップする範囲で、レーザビームが細いビームに集光されたまま回折せずに伝播する。しかしこのレンズは平行ビームに対して用いられるもので、撮像カメラのようたくさんの結像点を同時に得ることが必要な光学系に用いることはできない。
【００１１】
そこで本発明の目的は、ＷＦＣの画像処理後の焦点深度拡大画像において、焦点ずれに応じた像点の面内位置ずれの発生を抑制可能とする技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決する本発明の位相フィルタは、光軸に対して回転対称な輪帯構造を備え、各輪帯が入射光束を焦点面上で一様に拡大し相互にオーバーラップさせる略放物断面形状を有していることを特徴とする。これによれば、ＷＦＣの画像処理後の焦点深度拡大画像において、焦点ずれに応じた像点の面内位置ずれの発生を抑制できる。
【００１３】
また、本発明の撮像光学系は、光軸に対して回転対称な輪帯構造を備え、各輪帯が入射光束を焦点面上で一様に拡大し相互にオーバーラップさせる略放物断面形状を有した位相フィルタを、結像光学系に搭載したことを特徴とする。これによれば、ＷＦＣの画像処理後の焦点深度拡大画像において、焦点ずれに応じた像点の面内位置ずれの発生を抑制できることとなり、当該撮像光学系を、点像の位置によって物体位置の計測を行う用途に用いることが可能となる。
【００１４】
また、本発明の撮像システムは、光軸に対して回転対称な輪帯構造を備え、各輪帯が入射光束を焦点面上で一様に拡大し相互にオーバーラップさせる略放物断面形状を有した位相フィルタを、結像光学系に搭載した撮像光学系にて撮像された画像に対し、デコンボリューション画像処理を行い、焦点深度拡大画像を得ることを特徴とする。これによれば、ＷＦＣの画像処理後の焦点深度拡大画像において、焦点ずれに応じた像点の面内位置ずれの発生を抑制できることとなり、当該撮像システムを、点像の位置によって物体位置の計測を行う用途に用いることが可能となる。
【００１５】
また、本発明の車両走行支援装置は、光軸に対して回転対称な輪帯構造を備え、各輪帯が入射光束を焦点面上で一様に拡大し相互にオーバーラップさせる略放物断面形状を有した位相フィルタを結像光学系に搭載した撮像光学系にて撮像した、車両周囲物体の画像に対し、デコンボリューション画像処理を行って焦点深度拡大画像を取得し、当該焦点深度拡大画像に所定の画像認識アルゴリズムを適用して、車両から一定距離内にあって互い異なる距離に存在する複数物体を同時に検知することを特徴とする。これによれば、車両から近い位置にある障害物も遠い位置にある障害物も同時に検知することが可能となり、車両走行上の安全性向上の効果がある。
【００１６】
また、本発明の監視装置は、光軸に対して回転対称な輪帯構造を備え、各輪帯が入射光束を焦点面上で一様に拡大し相互にオーバーラップさせる略放物断面形状を有した位相フィルタを結像光学系に搭載した撮像光学系にて撮像した、監視対象領域の画像に対し、デコンボリューション画像処理を行って焦点深度拡大画像を取得し、当該焦点深度拡大画像に所定の画像認識アルゴリズムを適用して、監視対象領域において前記撮像光学系から異なる距離に存在する複数診療対象領域を同時に検知することを特徴とする。これによれば、撮像光学系からの所在距離によらず、監視対象領域に侵入した、あるいは所在する不審者や犯罪者等の認識率が向上する。
【００１７】
また、本発明の認証装置は、光軸に対して回転対称な輪帯構造を備え、各輪帯が入射光束を焦点面上で一様に拡大し相互にオーバーラップさせる略放物断面形状を有した位相フィルタを結像光学系に搭載した撮像光学系にて複数次撮像した、同一認証対象領域の各画像に対し、デコンボリューション画像処理を行って焦点深度拡大画像を取得し、当該焦点深度拡大画像に所定の画像認識アルゴリズムを適用して、前記撮像光学系からの撮影距離が異なる各画像から前記同一認証対象領域を認証することを特徴とする。これによれば、撮像光学系に対する認証対象（人の指紋、静脈、虹彩等）の距離が認証を行う毎に変化する状況があっても、そうした距離のばらつきを適宜吸収して、ひいては認証精度の向上が可能となる。
【００１８】
また、本発明の医療装置は、光軸に対して回転対称な輪帯構造を備え、各輪帯が入射光束を焦点面上で一様に拡大し相互にオーバーラップさせる略放物断面形状を有した位相フィルタを結像光学系に搭載した撮像光学系にて撮像した、人体における診療対象領域の画像に対し、デコンボリューション画像処理を行って焦点深度拡大画像を取得し、当該焦点深度拡大画像に所定の画像認識アルゴリズムを適用して、診療対象領域において前記撮像光学系から異なる距離に存在する複数部位の画像を同時に出力することを特徴とする。これによれば、撮像光学系からの患部の遠近によらず、医療従事者における患部の同時視認性が高まることとなる。このことは医療用カメラ等における光学系の設計を容易化し、レンズ必要枚数の削減等も可能となり、製造コスト削減にもつながる。
【００１９】
なお、上述の車両走行支援装置、監視装置、認証装置、及び医療装置の、いずれの装置においても、レンズとセンサ面との調整精度が緩和され、製造コストの削減を図ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ＷＦＣの画像処理後の焦点深度拡大画像において、焦点ずれに応じた像点の面内位置ずれの発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態の位相フィルタを搭載した撮像光学系の模式図である。
【図２】第１実施形態における位相フィルタの構造を示す平面図である。
【図３】第１実施形態における位相フィルタの構造を示す側断面図である。
【図４】アキシコンプリズムによる屈折光線を示す図である。
【図５】第１実施形態の位相フィルタを用いた撮像光学系と、撮像光学系で撮像される画像に対して画像処理を施す撮像システムの構成例を示す図である。
【図６】放物断面の形状を定式化するための模式図である。
【図７】デコンボリューション演算の説明に伴う結像光学系の模式図である。
【図８】第１実施例の位相フィルタの有無による撮像画像の処理結果比較例を示す図である。
【図９】第１実施例の位相フィルタによる瞳面の波面収差を示す図である。
【図１０】第１実施例の位相フィルタによる点像分布の計算結果１を示す図である。
【図１１】第１実施例の位相フィルタによる点像分布の計算結果２を示す図である。
【図１２】第１実施例の位相フィルタによる点像分布の計算結果３を示す図である。
【図１３】第１実施例の位相フィルタによる点像分布の計算結果４を示す図である。
【図１４】第１実施例の位相フィルタによる点像分布の計算結果５を示す図である。
【図１５】第２実施例の位相フィルタの構造を示す平面図である。
【図１６】第２実施例の位相フィルタの構造を示す側断面図である。
【図１７】第２実施例の位相フィルタによる光路差分布の一例である。
【図１８】第２実施例によるデコンボリューション結果画像である。
【図１９】第３実施例の位相フィルタの構造を示す平面図である。
【図２０】第３実施例の位相フィルタの構造を示す側断面図である。
【図２１】第３実施例の位相フィルタによる光路差分布の一例である。
【図２２】第３実施例によるデコンボリューション結果画像である。
【図２３】第２実施形態における車両走行支援装置の構成例を示す図である。
【図２４】第２実施形態における車両走行支援装置が備える情報処理装置のハードウェア構成例を示す図である。
【図２５】第２実施形態における車両走行支援装置が実行する処理フロー例を示す図である。
【図２６】第３実施形態における監視装置の構成例を示す図である。
【図２７】第３実施形態における監視装置が備える情報処理装置のハードウェア構成例を示す図である。
【図２８】第３実施形態における監視装置が実行する処理フロー例を示す図である。
【図２９】第４実施形態における認証装置の構成例を示す図である。
【図３０】第４実施形態における認証装置が備える情報処理装置のハードウェア構成例を示す図である。
【図３１】第４実施形態における認証装置が実行する処理フロー例を示す図である。
【図３２】第５実施形態における医療装置の構成例を示す図である。
【図３３】第５実施形態における医療装置が備える情報処理装置のハードウェア構成例を示す図である。
【図３４】第５実施形態における医療装置が実行する処理フロー例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は第１実施形態における位相フィルタ１０１とそれを搭載した撮像光学系１５０の模式図であり、図２は第１実施形態における位相フィルタ１０１の構造を示す平面図、図３は同じく側断面図である。なお、図１にて示す撮像光学系１５０が含む、位相フィルタ１０１及び結像レンズ１０２はいずれも側断面の形状を示したものとなっている。
【００２３】
図１〜３にて示すように、位相フィルタ１０１は、外形が円盤状で光軸１を中心とした回転対称な形状となっている。また、この位相フィルタ１０１は、放物線状の断面形状を有する溝すなわち凹面１１２が、上述の光軸１を中心に同心円状に略等間隔で複数列形成されている。このように光軸１を中心に同心円状に形成された凹面１１２を輪帯１１１とし、輪帯１１１らを輪帯構造１１０と総称する。図１〜３にて示す位相フィルタ１０１の例では、２列の輪帯１１１からなる輪帯構造１１０を有している。輪帯１１１は当該輪帯１１１に入射する光線に対して瞳面の半径方向に凹レンズとして作用する凹面となる。なお、ここで示す位相フィルタ１０１における輪帯１１１の幅は各輪帯間で等しいものとなっている。
【００２４】
撮像光学系１５０においては、上述の位相フィルタ１０１と光軸１を共通にするよう、結像レンズ１０２が配置されている。この結像レンズ１０２は位相フィルタ１０１がない場合、物体空間の像を光軸１上の所定位置に結像させることができるレンズである。こうした結像レンズ１０２に位相フィルタ１０１を組み合わせた構成で撮像光学系１５０をなすことで、位相フィルタ１０１に入射する光線１０３（入射光束）は、上述した凹面１１２によって屈折され、局所的に発散光となる。この発散光が結像レンズ１０２によって（紙面上）局所的に略平行な光束となるよう、位相フィルタ１０１における凹面１１２の曲率は設定されている。局所的に略平行とは、各凹面１１２を通過した凹面１１２毎の光線が、結像レンズ１０２の通過後に略平行となっている状態を指す。
【００２５】
この局所的な略平行光束の伝播方向は輪帯１１１の中心を通る光線２の屈折方向に沿って元の焦点位置３に向かう。なぜなら輪帯１１１の中心での凹面１１２（放物断面）に対する仮想的な接平面は、結像レンズ１０２の光軸１に垂直であり、そこを通る光線は位相フィルタ１０１で屈折せずに結像レンズ１０２に入射するため、その光線は位相フィルタ１０１がない場合の焦点位置３を通ることが明らかであるからである。このように複数の輪帯１１１からの略平行光束が焦点３の近傍において光軸方向に範囲１０４でオーバーラップする。説明の便宜上、上記では各輪帯１１１からの、発散し結像レンズ１０２によって屈折された光束を、略平行光束と述べたが、実際には光軸１を中心に回転対称であるから、実際の伝播形態は円錐の側面に沿って伝播するような光束である。
【００２６】
このような光束は、図４に示すアキシコン２０１による屈折光線と同様の光束となる。アキシコン２０１は、第１面が平面たる底面２０２であり、第２面が円錐になっている円錐レンズ（ｃｏｎｉｃａｌ  ｌｅｎｓ）であり、アキシコンプリズムとも呼ばれている。図４では、こうしたアキシコン２０１の側断面と光軸１、入射する平行光束２０３の関係を模式的に示している。アキシコン２０１の底面２０２から入射する平行光束２０３は、傾斜するアキシコン２０１の側面２０４で屈折し、仮想的な円錐面に沿うような光路で一様に収束される。両側から角度を持って入射する光束２０３が、図中、ひし形状にオーバーラップする範囲２０２では、円錐を２つ、その底面を互いに対向させて貼り合わせたような領域２０５が形成される（図４では、該当領域を明示する意図で着色して示している）。この領域２０５内では光軸方向の範囲２０２において非回折ビームが形成される。上述した図１の位相フィルタ１０１における各輪帯１１１からの光束は、図４に例示するアキシコン２０１の光束が、異なる角度で複数オーバーラップすることに対応し、複数の非回折ビームが重なり合って点像分布の焦点方向への平滑化が達成される。
【００２７】
続いて、位相フィルタ１０１を用いた撮像光学系１５０と、当該撮像光学系１５０にて撮像される画像に対し画像処理を施す撮像システム３００の構成について図５に基づき説明する。ここでは、撮像光学系１５０から比較的近い距離に物体３０１が存在し、遠い距離に物体３０２が存在している状況を想定する。
【００２８】
この場合、上述の物体３０１、物体３０２の反射光が、撮像光学系１５０における位相フィルタ１０１を介して結像レンズ１０２に入射し、光軸１の方向にぼけ方が均一（上述した点像分布の焦点方向への平滑化による）な像３０３、３０４を形成することになる。そこで撮像システム３００においては、像３０３、３０４らが光軸方向にオーバーラップする位置に画像センサ３０５を配置した構成となっている。
【００２９】
また、撮像システム３００は、上述の画像センサ３０５からの出力信号を、画像センサ３０５で出力可能な最高解像度の情報を保ったまま、適宜な静止画または動画の画像フォーマットに変換し画像信号として出力する画像信号出力回路３０６を備えている。また、撮像システム３００は、画像信号出力回路３０６で出力した画像信号を受けて、これをディスプレイ出力可能なフォーマットに変換し、モニタディスプレイ３０８で出力させるモニタ出力生成回路３０７を備えている。モニタディスプレイ３０８で表示される画像は、図５にて模式的に示す通り、近い物体３０１も、遠い物体３０２も一様にぼけた画像３０３、３０４が得られる。ただし、撮像システム３００として、こうしたモニタ出力処理は必須ではないため、モニタディスプレイ３０８、及びモニタ出力生成回路３０７を含まない構成としても問題ない。
【００３０】
また、撮像システム３００は、デコンボリューション前処理回路３０９、及びデコンボリューションフィルタ回路３１０を備えている。撮像システム３００においては、上述の画像信号出力回路３０６からの出力信号を分岐して、デコンボリューション前処理回路３０９に入力する。これにより、デコンボリューション前処理回路３０９において、デコンボリューションフィルタ回路３１０でのフィルタ演算に適したデジタル画像データ形式に変換することとなる。また、このデコンボリューション前処理回路３０９の出力信号は、デコンボリューションフィルタ回路３１０にてフィルタ処理を行って第２のモニタ出力生成回路３１１に入力される。第２のモニタ出力生成回路３１１は、デコンボリューションフィルタ回路３１０からの入力信号を任意の一般の静止画、または動画の画像フォーマットに変換し  出力信号として第２のモニタディスプレイ３１２で出力表示させる。第２のモニタディスプレイ３１２で出力表示を行う場合、上述した、近い物体３０１にも遠い物体３０２にも焦点のあった画像が出力される。このとき、位相フィルタ１０１を用いているため、第２のモニタディスプレイ３１２での出力画像においては、撮像光学系１５０からの距離によって該当物体の画像位置がずれるようなことはなく、物体３０１、３０２の本来の位置を反映した位置に画像が形成される。
【００３１】
続いて、上述した位相フィルタ１０１を採用した際の焦点深度拡大効果を確認するシミュレーションについて説明する。図６は、位相フィルタ１０１における放物断面（すなわち凹面１１２）の形状を定式化するための模式図である。この図では、横軸が瞳面の半径座標、縦軸が位相フィルタ１０１の形状を示している。また、ここで表示しているのは１周期だけであり、半径０の光軸位置に先鋭な頂点を持つ場合をｅｖｅｎ、放物線の底が光軸上になる場合をｏｄｄと表示している。放物断面の深さはｄである。この形状が半径方向に周期ｐで反復される。
【００３２】
2020204786.tif 000005
【００３３】
ここでｒｎはｎ番目の輪帯１１１の半径であり、撮像光学系１５０の瞳半径に相当する。このような輪帯構造１１０は、輪帯１１１の幅と位相差がすべて等しい輪帯構造となる。なお、位相フィルタ１０１は撮像光学系１５０の瞳面に配置することを仮定する。これは実際の撮像光学系１５０では絞り位置に配置すればよいことになる。
【００３４】
上述したように、位相フィルタ１０１において輪帯１１１の断面形状は放物断面形状であるが、これは必ずしも局所的な半径座標に対して２次関数で断面形状が記述されることに限定するものではない。例えば円形や楕円形の断面であってもよい。いずれも輪帯１１１の断面の頂点の近傍では半径に対する２次の展開項が支配的であることから放物断面と述べているものである。
【００３５】
次にデコンボリューション画像処理について説明する。図７に示すように焦点距離ｆの結像光学系５００により、距離ｄ０に光強度分布Ｏ（ｘ０、ｙ０）で与えられる物体があり、その光学像強度分布Ｉ（ｘ、ｙ）が、図中の結像公式に基づいて距離ｄの位置に結像されているとする。このとき、物体の光強度分布を点光源の集合と考えると、像Ｉ（ｘ，ｙ）を形成するのはその点光源の波動光学的な点像分布ＰＳＦ（ｘ、ｙ）の重ね合わせである。この点像分布は結像光学系５００の絞りの開口、すなわち瞳面の振幅透過率分布Ｐ（Ｘ，Ｙ）としたとき、
2020204786.tif 000006
【００３６】
フーリエ変換は一般によく知られているように、物理量の時間や空間分布を、その周波数スペクトルに変換する演算である。この点像分布を、物体面の光強度分布の幾何学的写像Ｏ（ｘ、ｙ）に対して重畳して積分することにより、像面の強度分布は、
2020204786.tif 000007
のように表せる。ここで＊はコンボリューション積分の演算を意味する。さらにこの像面強度分布にフーリエ変換を施すことにより、
2020204786.tif 000008
のように像面光強度分布の空間周波数スペクトルが物体面の空間周波数スペクトルと点像分布の空間周波数スペクトルの積であることが導ける。点像分布の空間周波数スペクトルは光学伝達関数ＯＴＦと呼ばれ、
2020204786.tif 000009
のように表せる。この演算がデコンボリューションと呼ばれている。デコンボリューションは式の形からもわかるように、ＯＴＦがゼロにならないことが必要である。また像面内に異なる物体距離の像が混在する場合でも、それらの点像分布が焦点ずれによらず同一であれば、デコンボリューションで一様に理想光学像を得ることができる。
【００３７】
図８に第１実施例の位相フィルタ１０１の有無による撮像画像の処理結果比較例を示す。図８にて示すシミュレーション結果５１０における、シミュレーション条件は、焦点距離５０ｍｍ、有効径１５．６２５ｍｍ、Ｆナンバー３．２、波長０．５μｍ、物体距離７１０ｍｍ、センササイズ１５ｍｍ、輪帯ピッチ０．８ｍｍ、位相差４．２４λ、Ｏｄｄケース、近似次数８次、画像サイズ１０２４×１０２４である。デコンボリューションに用いたＯＴＦはデフォーカス０ｍｍと１ｍｍのＯＴＦの平均を用いている。カメラ（すなわち撮像光学系ないし撮像システム）で取得される画像の階調は１２ｂｉｔを仮定した。元画像は０と最大輝度のスポーク状のモノクロ画像であり、上段が位相フィルタ１０１なしの通常取得画像、中段が第１実施例の位相フィルタ１０１を適用した場合のカメラ取得画像、下段がデコンボリューション結果画像である。さらに列方向が、センサ面の焦点ずれ量で左から−２，−１，０，１，２ｍｍである。この場合のマイナスは、センサがレンズに近く、プラスはセンサがレンズから遠いことを意味している。位相フィルタ１０１なしとデコンボリューション処理後の画像の左下には、白抜きの数字で、画像の評価指標値の計算結果を示している。画像の評価指標は、ＰＳＮＲ（Ｐｅａｋ  Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）と呼ばれる数値であり、
2020204786.tif 000010
で定義される。ここでＭａｘは最大輝度、ｍ、ｎは横方向、縦方向の画像サイズ、Ｉ（ｉ，ｊ）は評価画像、Ｏ（ｉ，ｊ）は元画像である。この結果から、焦点ずれなしの通常画像には及ばないものの、±２ｍｍの焦点ずれの範囲で目立った画像劣化もなく、焦点深度が拡大していることがわかる。図９に第１実施例の位相フィルタ１０１による瞳面の波面収差、すなわち位相分布５２０を示す。ただしここでは、焦点ずれの波面収差は含んでいない。各輪帯１１１で放物断面状の位相シフトが加わっていることがわかる。
【００３８】
また、図１０〜１４にこのときの点像分布関数の計算結果を示す。各グラフにて、横軸は画像の画素位置、縦軸は輝度であり、計算領域範囲は０．９３８ｍｍである。グラフは左上から右下にかけて焦点ずれ量を−２、−１、０、１、２ｍｍとしたときの計算結果である。焦点ずれがない場合について集光スポットが絞られすぎている兆候があるが、その他は概ね同等のスポットサイズとなっていることがわかる。
【００３９】
上述した第１実施例では、輪帯幅（ピッチ）の等しい輪帯構造１１０の位相フィルタ１０１について説明したが、位相フィルタ１０１における輪帯１１１の幅が輪体間で等しい必要はない。図１５は、第２実施例の位相フィルタ１０１の構造を示す平面図であり、図１６は第２実施例の位相フィルタ１０１の構造を示す側断面図である。以下の第２実施例では、位相フィルタ１０１における輪帯１１１の幅が、光軸１から周縁部２５に向けて狭くなっている例について説明する。図１５、１６に示す例では、周縁部２５に一番近い、すなわち最外周の輪帯１１１の幅１１５は、その内周の輪帯１１１の幅１１６より狭くなっている。また、この位相フィルタ１０１は、入射光束に対して瞳面の半径方向に凹レンズとして作用する凹面１１２を含む輪帯１１１と、凸レンズとして作用する凸面１１３を含む輪帯１１４とを交互に備えた輪帯構造１１０を有している。
【００４０】
こうした構造の位相フィルタ１０１による瞳面の波面収差、すなわち位相分布５８０を図１７に示す。この位相分布５８０において、横軸は瞳面の規格化半径であり、縦軸は光路差（μｍ）を示している。この位相分布５８０において、瞳面の規格化半径が大きいほど、すなわち位相フィルタ１０１の周縁部２５ほど輪帯１１１の幅が狭くなっていることがわかる。このような構造を位相フィルタ１０１にて採用すると、各輪帯の寄与する面積を均一化することができ、製造ばらつきの影響を受けにくくなる。また第２実施例では位相差はすべての輪帯１１１で等しい輪帯構造である。
【００４１】
なお、第１実施例の位相フィルタ１０１における輪帯１１１（凹レンズとして作用する輪帯）間、すなわち急峻で鋭い凸状の部位に入射する光束には、輪帯１１１による屈折作用が作用しない。一方、上述したように凹レンズとして作用する輪帯１１１と凸レンズとして作用する輪帯１１４とが交互に配置された位相フィルタ１０１においては、輪帯１１１の凹面１１２のうち輪帯１１４直近の領域に入射する光束も、輪帯１１４の凸レンズ作用によって所望の屈折をさせることが可能となり、その位相分布５８０は第１実施例の位相分布５２０（図９）にあるような先鋭なピークを示さず、滑らかな形状となる。こうした構造の位相フィルタ１０１であれば、上述したような急峻で鋭い凸状の部位が輪帯間に存在しないため、当該位相フィルタ１０１でのチッピングの発生を抑えることができる。
【００４２】
なお上記では便宜上、凹レンズの輪帯１１１と凸レンズの輪帯１１４と説明したが、実際上は両方が一体となった領域を１つの輪帯として輪帯幅を定義している。
【００４３】
図１８は上述の第２実施例における位相フィルタ１０１を用いた場合のデコンボリューション後の画像を示す。ここで位相フィルタ以外の条件は第１実施例の場合と同じである。左側の画像５９０は焦点ずれなし（Ｊｕｓｔ  ｆｏｃｕｓ）、右側の画像６００は焦点ずれ２ｍｍの場合である。第１実施例と比べ、やや画質が劣るが、第１実施例同様の焦点深度拡大効果があることがわかる。
【００４４】
ここで、位相フィルタ１０１の凹面１１２の傾斜が大きいほど屈折光線の傾斜角が大きくなるのに対して、光軸１の近傍でも周縁部２５でも凹面１１２の深さが同じである場合、光軸１に近いほど光線が光軸１と交わる点の変化が大きくなる。これは焦点深度拡大に対する寄与が光軸１に近いほど大きく、周縁部２５ほど小さくなることに相当すると考えることができる。そこで、以下に周縁部２５ほど凹面１１２の深さが深くなる位相フィルタ１０１の例について説明する。なお、輪帯１１１における凹面１１２の深さは光軸１から周縁部２５に向けて深くなるが、輪帯幅はすべての輪帯で一定であるものとする。
【００４５】
図１９は第３実施例の位相フィルタの構造を示す平面図であり、図２０は第３実施例の位相フィルタの構造を示す側断面図である。図１９、２０に示す例では、周縁部２５に一番近い、すなわち最外周の輪帯１１１における凹面１１２の深さ１１７は、その内周の輪帯１１１における凹面１１２の深さ１１８より深くなっている。また、この位相フィルタ１０１は、入射光束に対して瞳面の半径方向に凹レンズとして作用する凹面１１２を含む輪帯１１１と、凸レンズとして作用する凸面１１３を含む輪帯１１４とを交互に備えた輪帯構造１１０を有している。
【００４６】
こうした構造の位相フィルタ１０１による瞳面の波面収差、すなわち位相分布６１０を図２１に示す。この位相分布６１０に示すように、位相フィルタ１０１における輪帯１１１の凹面１１２の深さが深いことに応じて光路差の変化が大きくなり、位相シフトの変化量も大きくなる。
【００４７】
図２２は第３実施例における位相フィルタ１０１を用いた場合のデコンボリューション後の画像を示す。ここで位相フィルタ以外の条件は第１実施例の場合と同じである。紙面左側の画像６２０は焦点ずれ−２ｍｍ、中央の画像６３０は焦点ずれ−１ｍｍ、右側の画像６４０は焦点ずれ０ｍｍの場合である。また、各画像下に示したｄＢ値はＰＳＮＲ（Ｐｅａｋ  Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）である。第１実施例とほぼ同等の画像品質が得られていることがわかる。
【００４８】
上述してきたように、位相フィルタ１０１は撮像光学系１５０の実効的な焦点深度を拡大させる技術となり、種々の適用用途が考えられる。以下にその適用用途に即して、位相フィルタ１０１を用いた装置例について説明する。
【００４９】
図２３は第２実施形態における車両走行支援装置７００の構成例を示す図であり、図２４は第２実施形態における車両走行支援装置７００が備える情報処理装置７１０のハードウェア構成例を示す図である。例えば、位相フィルタ１０１を車載カメラに組み込んで車両周囲の障害物を撮影し、この車載カメラによる撮像画像に基づいて衝突防止のために障害物検知を行う装置、すなわち車両走行支援装置７００が想定できる。
【００５０】
この車両走行支援装置７００は、第１実施形態で示した撮像システム３００と同様に、画像センサ３０５、画像信号出力回路３０６、デコンボリューション前処理回路３０９、及びデコンボリューションフィルタ回路３１０を備えている他、情報処理装置７１０を含んでいる。また、情報処理装置７１０での処理結果は車両が備えるカーナビゲーション装置７３０のモニタディスプレイにて表示されることとなる。
【００５１】
この場合、当該車両走行支援装置７００を搭載した車両の周囲、例えば車両前方に存在する他車両７０１、７０２の反射光が、撮像光学系１５０における位相フィルタ１０１を介して結像レンズ１０２に入射し、光軸１の方向にぼけ方が均一な像７０３、７０４を形成することになる。そこで車両走行支援装置７００においては、画像センサ３０５が像７０３、７０４らのセンシングデータを得て、これを画像信号出力回路３０６に提供する。また、デコンボリューション前処理回路３０９が画像信号出力回路３０６の出力たる画像信号を受けて、デコンボリューションフィルタ回路３１０でのフィルタ演算に適したデジタル画像データ形式に変換する。また、このデコンボリューション前処理回路３０９の出力信号は、デコンボリューションフィルタ回路３１０にてフィルタ処理を行って情報処理装置７１０に入力され、所定の処理を経て、上述した近い他車両７０１にも遠い他車両７０２にも焦点のあった画像の表示や、それに応じた警告通知等の音声出力がカーナビゲーション装置７３０にてなされる。
【００５２】
こうした車両走行支援装置７００の備える情報処理装置７１０のハードウェア構成は以下の如くとなる。情報処理装置７１０は、ハードディスクドライブなど適宜な不揮発性記憶装置で構成される記憶装置７０１、ＲＡＭなど揮発性記憶装置で構成されるメモリ７０３、記憶装置７０１に保持されるプログラム７０２をメモリ７０３に読み出すなどして実行し装置自体の統括制御を行うとともに各種判定、演算及び制御処理を行うＣＰＵ７０４、ユーザ入力受付や結果出力を行う７０５（ディスプレイやキーボード、マウス等）を備える。なお、プログラム７０２としては、車両走行支援装置７００として必要な機能を実装するための画像認識アルゴリズム７１０と、接近判定プログラム７１１が少なくとも記憶されている。プログラム７０２の処理に関しては後述する。
【００５３】
次に、図２５に基づいて、車両走行支援装置７００が実行する処理フローについて説明する。車両走行支援装置７００における、撮像光学系１５０は車両周囲物体である他車両７０１、７０２の撮像を行い（ｓ１００）、この撮像による像７０３、７０４を画像センサ３０５がセンシングして画像データを取得する（ｓ１０１）。
【００５４】
画像センサ３０５は、上述の画像データを画像信号出力回路３０６に画像信号として提供し、画像信号出力回路３０６では、画像センサ３０５で出力可能な最高解像度の情報を保ったまま、適宜な静止画または動画の画像フォーマットに変換し画像信号としてデコンボリューション前処理回路３０９に出力する（ｓ１０２）。
【００５５】
デコンボリューション前処理回路３０９は、画像信号出力回路３０６の出力たる画像信号を受けて、デコンボリューションフィルタ回路３１０でのフィルタ演算に適したデジタル画像データ形式に変換する（ｓ１０３）。また、このデコンボリューション前処理回路３０９の出力信号は、デコンボリューションフィルタ回路３１０にてフィルタ処理を行って情報処理装置７１０に入力される（ｓ１０４）。
【００５６】
情報処理装置７１０は、デコンボリューションフィルタ回路３１０の出力データ、すなわち、焦点深度拡大画像を取得し、当該焦点深度拡大画像に対して、車両認識用の画像認識アルゴリズム７１０を適用して、自車両から異なる距離に存在し、自車両から一定距離内にある他車両７０１、７０２ら複数の物体を同時に検知する（ｓ１０５）。画像認識アルゴリズム７１０は、例えば、元画像を構成する画素について、予め定めた所定色彩の画素集合の形状やサイズの領域（車両形状に対応したもの）を特定し、強調表示する等の画像処理を行うアルゴリズムとなる。
【００５７】
情報処理装置７１０はステップｓ１０５で検知した他車両７０１、７０２の像７０３、７０４を、カーナビゲーション装置７３０にて表示させるとともに、これら他車両７０１、７０２と接近している旨を警告する通知メッセージをカーナビゲーション装置７３０にて表示ないし音声出力する（ｓ１０６）。こうした車両走行支援装置７００によれば、自車両から近い位置にある障害物も遠い位置にある障害物も同時に検知することが可能となり、車両走行に際しての安全性向上が図られる。
【００５８】
他にも、位相フィルタ１０１を監視カメラに組み込んで所定の監視対象領域に所在する不審者、侵入者を撮影し、この監視カメラによる撮像画像に基づいて所定の監視処理を行う装置、すなわち監視装置７５０が想定できる。図２６は第３実施形態における監視装置７５０の構成例を示す図であり、図２７は第３実施形態における監視装置７５０が備える情報処理装置７６０のハードウェア構成例を示す図である。
【００５９】
この監視装置７５０は、第１実施形態で示した撮像システム３００と同様に、画像センサ３０５、画像信号出力回路３０６、デコンボリューション前処理回路３０９、及びデコンボリューションフィルタ回路３１０を備えている他、情報処理装置７６０を含んでいる。また、情報処理装置７６０での処理結果はモニタディスプレイ７８０にて表示されることとなる。
【００６０】
この場合、当該監視装置７５０の周囲に広がる監視対象領域に存在する人物７５１、７５２の反射光が、撮像光学系１５０における位相フィルタ１０１を介して結像レンズ１０２に入射し、光軸１の方向にぼけ方が均一な像７５３、７５４を形成することになる。そこで監視装置７５０においては、画像センサ３０５が像７５３、７５４らのセンシングデータを得て、これを画像信号出力回路３０６に提供する。また、デコンボリューション前処理回路３０９が画像信号出力回路３０６の出力たる画像信号を受けて、デコンボリューションフィルタ回路３１０でのフィルタ演算に適したデジタル画像データ形式に変換する。また、このデコンボリューション前処理回路３０９の出力信号は、デコンボリューションフィルタ回路３１０にてフィルタ処理を行って情報処理装置７６０に入力され、所定の処理を経て、上述した近い人物７５１にも遠い人物７５２にも焦点のあった画像の表示や、それに応じた警告通知等の音声出力がモニタディスプレイ７８０にてなされる。
【００６１】
こうした監視装置７５０の備える情報処理装置７６０のハードウェア構成は以下の如くとなる。監視装置７５０は、ハードディスクドライブなど適宜な不揮発性記憶装置で構成される記憶装置７６１、ＲＡＭなど揮発性記憶装置で構成されるメモリ７６３、記憶装置７６１に保持されるプログラム７６２をメモリ７６３に読み出すなどして実行し装置自体の統括制御を行うとともに各種判定、演算及び制御処理を行うＣＰＵ７６４、ユーザ入力受付や結果出力を行う７６５（ディスプレイやキーボード、マウス等）を備える。なお、プログラム７６２としては、監視装置７５０として必要な機能を実装するための画像認識アルゴリズム７７０が少なくとも記憶されている。プログラム７０２の処理に関しては後述する。
【００６２】
次に、図２８に基づいて、監視装置７５０が実行する処理フローについて説明する。監視装置７５０における、撮像光学系１５０は監視対象領域に所在する人物７５１、７５２の撮像を行い（ｓ２００）、この撮像による像７５３、７５４を画像センサ３０５がセンシングして画像データを取得する（ｓ２０１）。
【００６３】
画像センサ３０５は、上述の画像データを画像信号出力回路３０６に画像信号として提供し、画像信号出力回路３０６では、画像センサ３０５で出力可能な最高解像度の情報を保ったまま、適宜な静止画または動画の画像フォーマットに変換し画像信号としてデコンボリューション前処理回路３０９に出力する（ｓ２０２）。
【００６４】
デコンボリューション前処理回路３０９は、画像信号出力回路３０６の出力たる画像信号を受けて、デコンボリューションフィルタ回路３１０でのフィルタ演算に適したデジタル画像データ形式に変換する（ｓ２０３）。また、このデコンボリューション前処理回路３０９の出力信号は、デコンボリューションフィルタ回路３１０にてフィルタ処理を行って情報処理装置７６０に入力される（ｓ２０４）。
【００６５】
情報処理装置７６０は、デコンボリューションフィルタ回路３１０の出力データ、すなわち、焦点深度拡大画像を取得し、当該焦点深度拡大画像に対して、人物認識用の画像認識アルゴリズム７７０を適用して、監視装置７５０から異なる距離に存在し、当該監視装置７５０から一定距離内すなわち監視対象領域にある人物７５１、７５２ら複数人を同時に検知する（ｓ２０５）。画像認識アルゴリズム７７０は、例えば、元画像を構成する画素について、予め定めた所定色彩の画素集合の形状やサイズの領域（人の外形に対応したもの）を特定し、強調表示する等の画像処理を行うアルゴリズムとなる。
【００６６】
情報処理装置７６０はステップｓ２０５で検知した人物７５１、７５２の像７５３、７５４を、モニタディスプレイ７８０にて表示させるとともに、これら人物７５１、７５２が監視対象領域に侵入している旨を警告する通知メッセージをモニタディスプレイ７８０にて表示ないし音声出力する（ｓ２０６）。こうした監視装置７５０によれば、撮像光学系からの所在距離によらず、監視対象領域に侵入した、あるいは所在する不審者や犯罪者等の認識率が向上する。
【００６７】
また他にも、位相フィルタ１０１を認証装置における認証対象の撮像装置に組み込んで、所定の認証対象を撮影し、この撮像装置よる撮像画像に基づいて所定の認証処理を行う装置、すなわち認証装置８００が想定できる。図２９は第４実施形態における認証装置の構成例を示す図であり、図３０は第４実施形態における認証装置が備える情報処理装置のハードウェア構成例を示す図である。
【００６８】
この認証装置８００は、第１実施形態で示した撮像システム３００と同様に、画像センサ３０５、画像信号出力回路３０６、デコンボリューション前処理回路３０９、及びデコンボリューションフィルタ回路３１０を備えている他、情報処理装置８１０を含んでいる。また、情報処理装置８１０での処理結果はモニタディスプレイ８３０にて表示されることとなる。
【００６９】
この場合、当該認証装置８００にて認証対象（例：指紋認証や静脈認証の部位となる手指、手のひら、手首、虹彩認証の部位となる瞳など）となる指８０１、８０２の反射光が、撮像光学系１５０における位相フィルタ１０１を介して結像レンズ１０２に入射し、光軸１の方向にぼけ方が均一な像８０３、８０４を形成することになる。そこで認証装置８００においては、画像センサ３０５が像８０３、８０４らのセンシングデータを得て、これを画像信号出力回路３０６に提供する。また、デコンボリューション前処理回路３０９が画像信号出力回路３０６の出力たる画像信号を受けて、デコンボリューションフィルタ回路３１０でのフィルタ演算に適したデジタル画像データ形式に変換する。また、このデコンボリューション前処理回路３０９の出力信号は、デコンボリューションフィルタ回路３１０にてフィルタ処理を行って情報処理装置８１０に入力され、所定の処理を経て、撮像光学系１５０からの撮影距離が近かった機会での指８０１にも、あるいは撮影距離が遠かった機会での指８０２にも焦点のあった画像の表示や、それに応じた認証処理結果の表示ないし音声出力がモニタディスプレイ８３０にてなされる。
【００７０】
こうした認証装置８００の備える情報処理装置８１０のハードウェア構成は以下の如くとなる。情報処理装置８１０は、ハードディスクドライブなど適宜な不揮発性記憶装置で構成される記憶装置８１１、ＲＡＭなど揮発性記憶装置で構成されるメモリ８１３、記憶装置８１１に保持されるプログラム８１２をメモリ８１３に読み出すなどして実行し装置自体の統括制御を行うとともに各種判定、演算及び制御処理を行うＣＰＵ８１４、ユーザ入力受付や結果出力を行う８１５（ディスプレイやキーボード、マウス等）を備える。なお、プログラム８１２としては、認証装置８００として必要な機能を実装するための画像認識アルゴリズム８８０、及び認証プログラム８８１が少なくとも記憶されている。プログラム８１２の処理に関しては後述する。
【００７１】
次に、図３１に基づいて、認証装置８００が実行する処理フローについて説明する。認証装置８００における、撮像光学系１５０は認証対象８０１、８０２の撮像を行い（ｓ３００）、この撮像による像８０３、８０４を画像センサ３０５がセンシングして画像データを取得する（ｓ３０１）。
【００７２】
画像センサ３０５は、上述の画像データを画像信号出力回路３０６に画像信号として提供し、画像信号出力回路３０６では、画像センサ３０５で出力可能な最高解像度の情報を保ったまま、適宜な静止画または動画の画像フォーマットに変換し画像信号としてデコンボリューション前処理回路３０９に出力する（ｓ３０２）。
【００７３】
デコンボリューション前処理回路３０９は、画像信号出力回路３０６の出力たる画像信号を受けて、デコンボリューションフィルタ回路３１０でのフィルタ演算に適したデジタル画像データ形式に変換する（ｓ３０３）。また、このデコンボリューション前処理回路３０９の出力信号は、デコンボリューションフィルタ回路３１０にてフィルタ処理を行って情報処理装置８１０に入力される（ｓ３０４）。
【００７４】
情報処理装置８１０は、デコンボリューションフィルタ回路３１０の出力データ、すなわち、焦点深度拡大画像を取得し、当該焦点深度拡大画像に対して、認証対象認識用の画像認識アルゴリズム７７０を適用して、認証機会毎に撮像光学系１５０からの距離が異なってしまったが同一人物に属する認証対象８０１、８０２らの認証用データを得る（ｓ３０５）。認証用データとしては、指紋、静脈、虹彩等の像８０３、８０４に対応した画像データとなる。画像認識アルゴリズム７７０は、例えば、元画像を構成する画素について、予め定めた所定色彩の画素集合の形状やサイズの領域（指紋や静脈、虹彩等の形状に対応したもの）を特定し、強調表示する等の画像処理を行うアルゴリズムとなる。
【００７５】
情報処理装置８１０は、ステップｓ３０５で得た認証対象８０１、８０２の画像データを認証プログラム８８１に入力し、当該認証プログラム８８１による特徴データの抽出と、当該抽出した特徴データと所定テンプレート（認証対象の人物毎に予め用意された認証基準のデータ）との照合、の各処理を実行して、一般的な認証処理を行う（ｓ３０６）。
【００７６】
情報処理装置８１０は、ステップｓ３０６で得た認証結果を、モニタディスプレイ８３０にて表示あるいは音声出力する（ｓ３０７）。こうした認証装置８００によれば、撮像光学系１５０に対する認証対象（人の指紋、静脈、虹彩等）の距離が認証を行う毎に変化する状況があっても、そうした距離のばらつきを適宜吸収して、ひいては認証精度の向上が可能となる。
【００７７】
また他にも、位相フィルタ１０１を医療装置における診療対象領域の撮像装置に組み込んで、所定の診療対象領域を撮影し、この撮像装置よる撮像画像に基づいて所定処理を行う装置、すなわち医療装置８５０が想定できる。図３２は第５実施形態における医療装置８５０の構成例を示す図であり、図３３は第５実施形態における医療装置８５０が備える情報処理装置８６０のハードウェア構成例を示す図である。
【００７８】
この医療装置８５０は、第１実施形態で示した撮像システム３００と同様に、画像センサ３０５、画像信号出力回路３０６、デコンボリューション前処理回路３０９、及びデコンボリューションフィルタ回路３１０を備えている他、情報処理装置８６０を含んでいる。また、情報処理装置８６０での処理結果はモニタディスプレイ８８０にて表示されることとなる。
【００７９】
この場合、当該医療装置８５０にて診療対象領域（例：診療、診察を行う臓器等）となる患部８５１、８５２の反射光が、撮像光学系１５０における位相フィルタ１０１を介して結像レンズ１０２に入射し、光軸１の方向にぼけ方が均一な像８５３、８５４を形成することになる。そこで医療装置８５０においては、画像センサ３０５が像８５３、８５４らのセンシングデータを得て、これを画像信号出力回路３０６に提供する。また、デコンボリューション前処理回路３０９が画像信号出力回路３０６の出力たる画像信号を受けて、デコンボリューションフィルタ回路３１０でのフィルタ演算に適したデジタル画像データ形式に変換する。また、このデコンボリューション前処理回路３０９の出力信号は、デコンボリューションフィルタ回路３１０にてフィルタ処理を行って情報処理装置８６０に入力され、所定の処理を経て、撮像光学系１５０から距離が近い患部８５１にも、あるいは距離が遠い患部８５２にも焦点のあった画像の表示がモニタディスプレイ８８０にてなされる。
【００８０】
こうした医療装置８５０の備える情報処理装置８６０のハードウェア構成は以下の如くとなる。情報処理装置８６０は、ハードディスクドライブなど適宜な不揮発性記憶装置で構成される記憶装置８６１、ＲＡＭなど揮発性記憶装置で構成されるメモリ８６３、記憶装置８６１に保持されるプログラム８６２をメモリ８６３に読み出すなどして実行し装置自体の統括制御を行うとともに各種判定、演算及び制御処理を行うＣＰＵ８６４、ユーザ入力受付や結果出力を行う８６５（ディスプレイやキーボード、マウス等）を備える。なお、プログラム８６２としては、医療装置８５０として必要な機能を実装するための画像認識アルゴリズム８７０が少なくとも記憶されている。プログラム８６２の処理に関しては後述する。
【００８１】
次に、図３４に基づいて、医療装置８５０が実行する処理フローについて説明する。医療装置８５０における、撮像光学系１５０は診療対象領域にて患部８５１、８５２の撮像を行い（ｓ４００）、この撮像による像８５３、８５４を画像センサ３０５がセンシングして画像データを取得する（ｓ４０１）。
【００８２】
画像センサ３０５は、上述の画像データを画像信号出力回路３０６に画像信号として提供し、画像信号出力回路３０６では、画像センサ３０５で出力可能な最高解像度の情報を保ったまま、適宜な静止画または動画の画像フォーマットに変換し画像信号としてデコンボリューション前処理回路３０９に出力する（ｓ４０２）。
【００８３】
デコンボリューション前処理回路３０９は、画像信号出力回路３０６の出力たる画像信号を受けて、デコンボリューションフィルタ回路３１０でのフィルタ演算に適したデジタル画像データ形式に変換する（ｓ４０３）。また、このデコンボリューション前処理回路３０９の出力信号は、デコンボリューションフィルタ回路３１０にてフィルタ処理を行って情報処理装置８６０に入力される（ｓ４０４）。
【００８４】
情報処理装置８６０は、デコンボリューションフィルタ回路３１０の出力データ、すなわち、焦点深度拡大画像を取得し、当該焦点深度拡大画像に対して、患部の画像認識アルゴリズム８７０を適用して、診療対象領域において撮像光学系１５０から異なる距離に存在する複数患部８５１、８５２らの画像データを得る（ｓ４０５）。この画像認識アルゴリズム８７０は、例えば、元画像を構成する画素について、予め定めた所定色彩の画素集合の形状やサイズの領域（患部形状に対応したもの）を特定し、強調表示する等の画像処理を行うアルゴリズムとなる。
【００８５】
情報処理装置８６０は、ステップｓ４０５で得た患部８５１、８５２の画像データを、モニタディスプレイ８８０にて表示する（ｓ４０６）。こうした医療装置８５０によれば、撮像光学系１５０からの患部の遠近によらず、医療従事者における患部の同時視認性が高まることとなる。このことは医療用カメラ等における光学系の設計を容易化し、レンズ必要枚数の削減等も可能となり、製造コスト削減にもつながる。
【００８６】
以上、本発明を実施するための最良の形態などについて具体的に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【００８７】
こうした本実施形態によれば、ＷＦＣの画像処理後の焦点深度拡大画像において、焦点ずれに応じた像点の面内位置ずれがなくなり、本実施形態の位相フィルタや当該位相フィルタを用いた光学系、及び撮像システムを、点像の位置によって物体位置の計測を行う用途に用いることが可能となる。さらに、位相フィルタとなる光学非球面は回転対称形状をなし、その成形に用いる金型も回転対称形状となり、金型製作に際して回転旋盤加工が可能となる。そのため、位相フィルタ用金型の製作時間の短縮や、製造コストの削減が可能となる。また、位相フィルタにおいて輪帯構造を導入することにより、大きな凹凸形状が不要すなわち素子の凹凸が少なくなり、画角のある光線に対する位相シフト量のずれなども緩和できる。また本実施形態の光学系において、アキシコンを輪帯状に構成することと等価な光学系が実現でき、撮像光学系への適用が可能となる。
【００８８】
したがって、ＷＦＣの画像処理後の焦点深度拡大画像において、焦点ずれに応じた像点の面内位置ずれの発生を抑制できる。
【００８９】
本明細書の記載により、少なくとも次のことが明らかにされる。すなわち、本実施形態の位相フィルタにおいて、輪帯は、入射光束に対して瞳面の半径方向に凹レンズとして作用する凹面を備えるとしてもよい。これによれば、位相フィルタとなる光学非球面が輪形の凹面が同心円状に配置された回転対称形状をなすこととなり、その成形に用いる金型も回転対称形状となり、金型製作に際して回転旋盤加工が可能となる。そのため、位相フィルタ用金型の製作時間の短縮や、製造コストの削減が可能となる。また、位相フィルタにおいてこうした輪帯構造を導入することにより、大きな凹凸形状が不要すなわち素子の凹凸が少なくなり、画角のある光線に対する位相シフト量のずれなども緩和できる。
【００９０】
また、本実施形態の位相フィルタにおいて、輪帯は、入射光束に対して瞳面の半径方向に凹レンズとして作用する凹面と凸レンズとして作用する凸面とを交互に備えるとしてもよい。これによれば、凹レンズとして作用する輪帯のみで輪帯構造を形成する場合と比較して、位相分布による瞳面の波面収差すなわち位相分布における先鋭なピークが解消され、位相分布が滑らかな形状となるため、製造する位相フィルタでチッピングの発生を抑えることができる。
【００９１】
また、本実施形態の位相フィルタにおいて、輪帯の幅が各輪帯間で等しいとしてもよい。これによれば、位相フィルタにおける輪帯構造が簡潔なものとなるため、その成形に用いる金型の製作時間の短縮や製造コストの削減が可能となる。
【００９２】
また、本実施形態の位相フィルタにおいて、輪帯によって加わる位相差が各輪帯間で等しいとしてもよい。これによれば、位相フィルタにおける各輪帯間で同様の位相シフトを加えることができる。
【００９３】
また、本実施形態の位相フィルタにおいて、各輪帯の幅が、光軸から当該位相フィルタにおける周縁部に向けて狭くなっている、としてもよい。これによれば、各輪帯の寄与する面積を均一化して、製造ばらつきの影響を受けにくくできる。
【００９４】
また、本実施形態の位相フィルタにおいて、輪帯によって加わる位相差が、光軸近傍より当該位相フィルタにおける周縁部の方が大きいとしてもよい。これによれば、位相フィルタの各輪帯における焦点深度拡大に対する寄与を光軸からの遠近に関わらず平準化することができる。
【００９５】
なお、図１、５、２３、２６、２９、３２のいずれも片面平面、片面位相構造を持った位相板が挿入された構成になっているが、絞り、またはその結像位置である瞳面に近いレンズ面に位相構造を直接形成しても効果は同様になるので、位相フィルタはそのようなレンズ面上に一体に直接形成してもよい。
【００９６】
本発明を適用するレンズ光学系としては、固定焦点距離のレンズだけでなく、焦点距離が可変なズームレンズ光学系でも適用できる。絞りまたは瞳面近傍に位相フィルタが配置されていれば、焦点深度拡大効果に多少の変化はあるが、基本的には適用可能である。撮影できる被写界深度の拡大とともに、像とセンサ面の焦点調整も容易となり、焦点調整機構が排除できる。
【符号の説明】
【００９７】
１  光軸
２  輪帯中心を通る光線
２５  位相フィルタ周縁部
１０１  位相フィルタ
１０２  結像レンズ
１０３  光線
１０４  光束オーバーラップ範囲
１１０  輪帯構造
１１１  輪帯（凹レンズ）
１１２  凹面
１１３  凸面
１１４  輪帯（凸レンズ）
１１５  周縁部輪帯幅
１１６  光軸付近輪帯幅
１５０  撮像光学系
２０１  アキシコン
２０２  光束オーバーラップ範囲
３００  撮像システム
３０１  近い距離にある物体
３０２  遠い距離にある物体
３０３  近い距離にある物体の像
３０４  遠い距離にある物体の像
３０５  画像センサ
３０６  画像信号出力回路
３０７  モニタ出力生成回路
３０８  モニタディスプレイ
３０９  デコンボリューション前処理回路
３１０  デコンボリューションフィルタ回路
３１１  第２のモニタ出力生成回路
３１２  第２のモニタディスプレイ
７００  車両走行支援装置
７１０、７６０、８１０、８６０  情報処理装置
７５０  監視装置
８００  認証装置
８５０  医療装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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