專利名稱：攝像裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及照相機等攝像裝置。
背景技術：
攝像裝置中，在被拍攝體的位置包含于被攝界深度的范圍內的情況下，可以攝像聚焦好的鮮艷的圖像。為取得擴展了被攝界深度的圖像，通過增大攝像光學系的F值(f > 〃一)來應對，但當增大F值時，光量降低。專利文獻1中公開有如下技術，通過設為將被拍攝體及鏡筒的至少一方在曝光時間中動作的構成，不增大F值而擴展被攝界深度。專利文獻1中公開的構成為對于顯微鏡等物體側遠心光學系有效的方法?，F(xiàn)有技術文獻專利文獻專利文獻1 特開昭60-68312號公報

發(fā)明內容
發(fā)明所要解決的課題本申請發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，在對攝像寬視野的照相機應用專利文獻1所示的方法的情況下，存在如下課題。在像側遠心(〒 > 七 > 卜U ^夕)光學系中，如果采用曝光時間中使透鏡鏡筒及攝像面的至少一方動作的構成，則可以使后焦點變化，得到擴展了被攝界深度的效果。但是，如果將攝像寬視野的照相機的光學系設為像側遠心，則因透鏡片數(shù)的增加而光學長度變長，因此，導致攝像裝置的大型化及高成本化。另一方面，在使用不是像側遠心的光學系的情況下，如果在曝光時間中使鏡筒及攝像面的至少一方動作，則在曝光的圖像的周邊部發(fā)現(xiàn)以光軸為中心放射狀地流散。就這種放射狀的流散而言，其原因為曝光時間中攝于攝像面的像的位置(像的大小)發(fā)生變化。 即使使用維納濾光器(々41一7 O夕)那種圖像復原濾光器對放射狀的流散進行處理，也難以將圖像充分復原。本發(fā)明是為解決上述課題而創(chuàng)立的，其主要目的在于，提供一種被攝界深度大且可以抑制在圖像的周邊部產生放射狀的流散(流Λ)的攝像裝置及攝像方法。用于解決課題的手段本發(fā)明提供一種攝像裝置，其具備像側非遠心攝像光學系，其具有第一透鏡、通過了所述第一透鏡的光入射的第二透鏡、檢測通過了所述第二透鏡的光的具有攝像面的攝像元件；位置變化部，其在曝光時間中使所述第一透鏡和所述第二透鏡之間的第一距離、及所述第二透鏡和所述攝像元件之間的第二距離分別變化；信號處理部，其使用從所述攝像元件輸出的電信號生成圖像，所述攝像元件在所述第一距離及所述第二距離變化的所述曝光時間中將到達所述攝像面的光變換成所述電信號。
本發(fā)明提供一種攝像裝置的攝像方法，攝像裝置具備像側非遠心攝像光學系，其具有第一透鏡、通過了所述第一透鏡的光入射的第二透鏡、檢測通過了所述第二透鏡的光的具有攝像面的攝像元件；信號處理部，其使用從所述攝像元件輸出的電信號生成圖像，其中，包括第一步驟，在曝光時間中使所述第一透鏡和所述第二透鏡之間的第一距離、及所述第二透鏡和所述攝像元件之間的第二距離一邊分別變化一邊取得到達所述攝像元件的攝像面的光；第二步驟，所述信號處理部基于在所述第一步驟取得的光的電信號生成圖像。發(fā)明效果 根據(jù)本發(fā)明，通過一邊使第二透鏡和攝像元件之間的第二距離變化邊取得到達了攝像面的光，可以增大被攝界深度。進而，通過一邊使第一透鏡和第二透鏡之間的第一距離變化一邊取得到達了攝像面的光，可以降低曝光時間中攝于攝像面的像的位置變化。這樣， 可以降低所生成的圖像的周邊部的劣化，因此，即使在具有像側非遠心的攝像光學系的攝像裝置中，也能夠增大被攝界深度，并且能夠遍及圖像全域得到清晰度高的圖像。


圖1是示意性表示本發(fā)明實施方式1的攝像裝置的剖面圖。圖2是本發(fā)明實施方式1的攝像裝置的凸輪機構的構造圖。圖3是本發(fā)明實施方式1的攝像裝置的攝像光學系的剖面圖。圖4中，(1)是表示光學系的球面像差的圖表，(2)是表示光學系的像散的圖表， (3)是表示光學系的畸變像差的圖表。圖5中，(1) (3)是表示在圖1的攝像裝置中將第一透鏡和第二透鏡固定而進行攝像的情況下的每被拍攝體距離每的PSF的圖。圖6中，(1) (3)是表示在圖1的攝像裝置中將第一透鏡和第二透鏡固定進行攝像的情況下的每被拍攝體距離的坐標圖像的圖。圖7中，(1) (3)是表示在圖1的攝像裝置中將第一透鏡第二透鏡移動而進行攝像的情況下的每被拍攝體距離的PSF圖。圖8中，(a) (e)是對MTF的導出進行說明的圖。圖9中，(1) (3)是在圖1的攝像裝置中將第一透鏡和第二透鏡固定進行攝像的情況下的每被拍攝體距離的MTF的圖表。圖10中，(1) (3)是表示在圖1的攝像裝置中將第一透鏡和第二透鏡移動而進行攝像的情況下的每被拍攝體距離的MTF的圖表。圖11中，⑴ (3)是表示通過圖1的攝像裝置取得的每被拍攝體距離的復原前的坐標圖像的圖。圖12中，(1) (3)是基于點擴展函數(shù)復原的情況下的MTF的圖表。圖13中，(1) (3)是表示由圖1的攝像裝置取得的每被拍攝體距離的復原后的坐標圖像的圖。圖14中，(a)及(b)是示意性表示圖1的攝像裝置的不同的形態(tài)的圖。圖15是示意性表示本發(fā)明實施方式2的攝像裝置的剖面圖。圖16是本發(fā)明實施方式2的攝像裝置的攝像光學系的剖面圖。圖17中，(1) (3)是分別表示圖16的光學系的球面像差、像散及畸變像差的圖表。 圖18是示意性表示比較例的攝像裝置的圖。圖19是比較例的攝像裝置的攝像光學系的剖面圖。圖20中，(1) (3)是分別表示圖19的光學系的球面像差、像散及畸變像差的圖表。圖21中，(1) (3)是表示圖18的攝像裝置的每被拍攝體距離的PSF圖表。圖22中，(1) (3)是表示圖18的攝像裝置的每被拍攝體距離的MTF的圖表。圖23中，⑴ (3)是表示圖18的攝像裝置的每被拍攝體距離的復原前的坐標圖像的圖。圖24中，(1) (3)是表示圖18的攝像裝置的每被拍攝體距離的復原后的MTF的圖表。圖25中，⑴ (3)是表示圖18的攝像裝置的每被拍攝體距離的復原后的坐標圖像的圖。
具體實施例方式下面，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。

(實施方式1)圖1是表示本發(fā)明實施方式1的攝像裝置100的構成的示意圖。攝像裝置100具備由第一透鏡1、第二透鏡2、光圈3、和具有攝像面4i的攝像元件4構成的非遠心攝像光學系；快門機構5 ；包含凸輪筒及固定筒的凸輪機構6 ；控制部7 ；電動機8 ；以及信號處理部 9。第一透鏡1被配置于比第二透鏡2更靠被拍攝體側。來自被拍攝體的光在通過第一透鏡1后向第二透鏡2入射。第二透鏡2被配置于第一透鏡1和攝像元件4之間。通過了第二透鏡2的光在攝像元件4的攝像面4i被檢測出。凸輪機構6及電動機8構成位置變化部。電動機8基于來自控制部7的控制信號使凸輪機構6動作。凸輪機構6使第一透鏡1和第二透鏡2之間的距離(相對位置)、及第二透鏡2和攝像元件4之間的距離(相對位置)分別變化。具體而言，在開放光圈3的期間(期間)，使第二透鏡2從初始位置(實線)2A移動至最終位置(虛線)2B,由此使第二透鏡2和攝像元件4的攝像面之間的距離發(fā)生變化。且，通過使第一透鏡1從初始位置 (實線)IA移動至最終位置(虛線)1B，使其與第二透鏡2和攝像元件4的攝像面的距離的變化連動，使第一透鏡1和第二透鏡2之間的距離發(fā)生變化。另外，在本實施方式中，也可以使光圈3作為快門起作用。攝像元件4在使光圈3的期間將到達攝像面4i的光變換為電信號。更具體而言，在使光圈3開放的期間，攝像元件4連續(xù)地取得入射到攝像面4i的光，將該光持續(xù)變換為電荷。在經(jīng)過曝光時間后，快門機構5將光圈3關閉。之后，攝像元件4將在曝光時間內所蓄積的電荷作為電信號輸出向信號處理部9。信號處理部9基于電信號生成圖像。根據(jù)本實施方式，通過一邊使第二透鏡和攝像元件之間的距離變化一邊進行攝像，可增大被攝界深度。
第二透鏡2向接近被拍攝體的方向(從初始位置2A朝向最終位置2B的方向)動作。與該動作連動，第一透鏡1向遠離被拍攝體的方向(從初始位置IA朝向最終位置IB 的方向)動作。通過第一透鏡1向這樣的方向動作，相比第一透鏡1和第二透鏡2之間的距離為一定的情況，在攝像面4i的圖像的位置的變化變小。但是，該比較是以在第一透鏡 1和第二透鏡2之間的距離發(fā)生變化的情況和一定的情況兩情況下第二透鏡2和攝像元件 4之間的距離的變化相同為前提。本實施方式中，優(yōu)選的是，在使光圈3開放的期間，使第一透鏡1和第二透鏡2之間的距離、及第二透鏡2和攝像元件4之間的距離發(fā)生變化，由此，使攝像元件4的攝像面 4i的圖像的位置成為一定(大致一定)。“圖像的位置為一定”具體而言是指圖像的位置變化在其規(guī)定的時間總是取大約1 2像素的范圍內的值。第一 透鏡1和第二透鏡2可以分別由單透鏡構成，也可以為由多個透鏡構成的透鏡組。另外，在上述的說明中，使光圈3開放的時間和第一透鏡1及第二透鏡2移動的時間大致一致。在本實施方式中，它們也可以不一致。即，可以僅在使光圈3開放的時間中的一部分時間使第一透鏡1及第二透鏡2移動，也可以僅在使第一透鏡1及第二透鏡2移動的時間的一部分時間將光圈3開放。另外，第一透鏡1及第二透鏡2的動作自身可以不連續(xù)也可以暫時停止。例如，第一、第二透鏡1、2在0. 01秒 0. 1秒程度的時間內連續(xù)移動。本實施方式中，光圈3也實現(xiàn)作為快門的作用。該情況下，“曝光時間”是指通過將光圈3開放而向攝像面4i入射光的時間。在本實施方式中，除光圈3之外，也可以另外設置快門。該情況下，作為快門，例如只要將隔板等部件設于光圈3和攝像元件4之間即可。該情況下，“曝光時間”是指通過將隔板等部件開放而向攝像面4i入射光的時間。另外，本實施方式中，也可以通過攝像元件4的電子快門而切換是否檢測向攝像面4i入射的光。該情況下，“曝光時間”是指攝像元件的電子快門處于開放狀態(tài)，檢測向攝像面4i入射的光的時間。圖2是凸輪機構6的構成圖，由保持第一透鏡的第一透鏡鏡筒A、保持第二透鏡的第二透鏡鏡筒B、保持第一透鏡鏡筒A及第二透鏡鏡筒B的凸輪筒C、保持凸輪筒C的固定筒D構成。在第一透鏡鏡筒A的周圍，沿從透鏡的中心朝向透鏡的外側的方向設有凸狀的第一凸輪隨動件Al，在第二透鏡鏡筒B的周圍，沿從透鏡的中心朝向透鏡的外側的方向也設有凸狀的第二凸輪隨動件Bl。另外，在凸輪筒C上設有貫通凸輪筒C的第一凸輪槽Cl和第二凸輪槽C2。在第一凸輪槽Cl內配置有第一凸輪隨動件Al，在第二凸輪槽C2內配置有第二凸輪隨動件Bi。第一凸輪槽Cl及第二凸輪槽C2在凸輪筒C的表面分別具有細長的孔，它們的長度方向分別從攝像面4i傾斜。通過使凸輪筒C旋轉，第一凸輪槽Cl、第二凸輪槽C2也旋轉移動。因此，在第一凸輪槽Cl內的第一凸輪隨動件Al的相對的位置發(fā)生變化，第二凸輪槽 C2內的第二凸輪隨動件Bl的相對的位置發(fā)生變化。如上述，由于第一凸輪槽Cl及第二凸輪槽C2的長度方向從攝像面4i傾斜，所以當使凸輪筒C旋轉時，第一透鏡鏡筒A及第二透鏡鏡筒B的光軸方向的位置發(fā)生變化。通過第一凸輪槽Cl及第二凸輪槽C2的長度方向的傾斜的大小決定第一透鏡鏡筒A和第二透鏡鏡筒B的相對的位置關系。在凸輪筒C的端部設有傳遞來自電動機的旋轉的第一齒輪CG。
另外，在固定筒D的內側設有第一導向槽Dl及第二導向槽D2。在第一導向槽Dl 及第二導向槽D2內配置有第一凸輪隨動件Al及第二凸輪隨動件Bi。第一導向槽Dl在第一凸輪隨動件Al的光軸方向的移動范圍設置，第二導向槽D2在第二凸輪隨動件Bl的光軸方向的移動范圍設置。即，第一導向槽Dl及第二導向槽D2的長度方向朝向與光軸平行的方向。當使凸輪槽C旋 轉時，第一凸輪隨動件Al在第一導向槽Dl內移動，第二凸輪隨動件 Bl在第二導向槽D2移動。這樣，第一導向槽Dl及第二導向槽D2可以將第一透鏡鏡筒A和第二透鏡鏡筒B分別沿光軸方向進行導向。在電動機8上設有用于向設于凸輪筒C的第一齒輪CG傳遞電動機的旋轉的第二齒輪8G。通過這樣的構成，在圖1的光圈3的開放時即曝光時間中通過使電動機8，凸輪筒 C進行旋轉，伴隨凸輪筒C的旋轉，第一透鏡鏡筒A和第二透鏡鏡筒B分別沿光軸方向移動。 通過第一透鏡鏡筒A和第二透鏡鏡筒B的移動，與第二透鏡2和攝像元件4的攝像面的距離的變化連動，第一透鏡1和第二透鏡2的距離發(fā)生變化。對攝像裝置100的圖像取得流程之一例進行說明。首先，通過來自控制部7的控制信號控制快門機構5，將光圈3設為開放狀態(tài)。第一透鏡1和第二透鏡2分別處于初始位置1A、1B。與光圈3的開放大致同時，通過控制部7驅動電動機8，經(jīng)由凸輪機構6，使第一透鏡1和第二透鏡2動作至最終位置1B、2B。此時，第二透鏡2及光圈3 —體移動。第一透鏡1和第二透鏡2的移動量分別以成為a、b的方式，換言之第一透鏡1和第二透鏡2的距離的變化量為a+b、第二透鏡2和攝像元件4的攝像面的距離的變化量為b 的方式進行設計。第一透鏡1和第二透鏡2之間的距離在移動后縮短a+b，第二透鏡2和攝像元件4的攝像面之間的距離縮短b。通過適當?shù)卦O定攝像光學系的設計參數(shù)和a、b的值，曝光時間中可以使攝像面4i 的圖像的大小總是一定。詳細后述。其次，在第一透鏡1和第二透鏡2的停止的大致同時， 通過來自控制部7的控制信號控制快門機構5，將光圈3關閉。攝像元件4將在曝光時間中檢測到的光變換成電信號向信號處理部9輸出。信號處理部9對從攝像元件4取得的數(shù)據(jù)進行處理。生成單一的圖像并輸出。在此，第二透鏡2的初始位置2A為存在于最長攝影距離的被拍攝體的像在攝像面合焦的位置，最終位置2B為存在于最短攝影距離的被拍攝體的像在攝像面合焦的位置。最長攝影距離為期望通過攝像裝置100進行焦點對合的攝像的被拍攝體距離的范圍中最大的距離，最短攝影距離為同樣的被拍攝體距離的范圍中最小的距離。它們根據(jù)攝像裝置100 的規(guī)格預先設定。本實施方式中，初始位置2A對應于最長攝影距離，最終位置2A對應于最短攝影距離，但它們也可以顛倒。該情況下，第一透鏡1的初始位置IA及最終位置IB也可以相反。另外，從最長攝影距離到最短攝影距離的范圍(攝影距離范圍)也可以預先根據(jù)模式設定多個。如上，通過在曝光時間中使第二透鏡2移動(使后焦點變化)，預先設定的攝影距離范圍內的任意的距離的被拍攝體的合焦位置在攝像面4i存在。由此，可以擴展被攝界深度。另外，如圖1所示，通過與第二透鏡2的移動連動的第一透鏡1的移動，可以降低因第二透鏡2的移動而產生的圖像的位置的變化。由此，即使為圖像側具有非遠心的攝像光學系的攝像裝置，也能夠遍及圖像全域得到被攝界深度擴展的效果。以下對實際的設計例進行說明。
圖3為通過以1組1片設計圖1的攝像光學系的第一透鏡，以3組3片透鏡設計第二透鏡2的例。透鏡組2A、2B、2C相當于圖1中說明的第二透鏡2。圖3中，攝像光學系具備濾光器10。表1、表2及表3分別表示圖3所示的攝像光學系的設計數(shù)據(jù)。表1和表2中，Ri 表示各面的近軸曲率半徑(mm)，di表示各面的與鄰接面的面中心間隔(mm)，nd表示透鏡或濾光器的d線的折射率，vd表示透鏡或濾光器的d線的阿貝數(shù)。另外，就非球面形狀而言， 在設距面頂點的接平面的光軸方向的距離為x(mm)、距光軸的高度為h(mm)，且以r為近軸曲率半徑，以k為圓錐常數(shù)，以Am(m = 4、6、8、10)為第m次的非球面系數(shù)時，通過(數(shù)學式 1)表示?！矓?shù)學式1〕
1 L·2 ftX =— ....... ................................r + A4h4 + A^h6 + J1A8 + Amkm
1 + Jl - (1 + /tX-1-)2 h2另外，表3表示變動部位的面間隔和半視場角24°的像高。表3中，位置1與圖1 的第一透鏡1和第二透鏡2的初始位置1A、2A相對應，位置3同樣與最終位置1B、2B相對應，位置2與初始位置1A、2A和最終位置1B、2B的中間位置相對應。另外，本設計例中，位置1表示處于大致IOOOOmm的被拍攝體距離的被拍攝體的像最合焦的位置，位置2表示處于大致600mm的被拍攝體距離的被拍攝體的像最合焦的位置，位置3表示處于大致300mm 的被拍攝體距離的被拍攝體的像最合焦的位置。表1焦距=5.2mm，F(xiàn) 值=2. 8，波長 450mm 550nm 650nm = 1 1 1視場角2ω =48°，有效攝像圓徑=Φ4. 66mm
面序號Ridindvd
物體600~~
Rl 面200 41. 52535θΓθ
R2 面0.445~~
光圈02~~
R3 面4.4382472Λ 1. 52535θΓθ
R4 面-1. 7896803~~
R5 面-0.9101938ΙΛ81. 585529 9
R6 面-5.90732026~~
權利要求
1.一種攝像裝置，其特征在于， 具備像側非遠心攝像光學系，其包括第一透鏡、通過所述第一透鏡后的光所入射的第二透鏡、具有對通過所述第二透鏡后的光進行檢測的攝像面的攝像元件；位置變化部，其在曝光時間中使所述第一透鏡和所述第二透鏡之間的第一距離、及所述第二透鏡和所述攝像元件之間的第二距離分別變化；以及信號處理部，其使用從所述攝像元件輸出的電信號而生成圖像， 所述攝像元件在所述第一距離及所述第二距離變化的所述曝光時間中將到達所述攝像面的光變換成所述電信號。
2.如權利要求1所述的攝像裝置，其特征在于，在所述曝光時間中所述第二距離變化規(guī)定量的情況下，以相比所述第一距離不變化的情況，所述攝像面的像的位置的變化減小的方式使所述第一距離變化。
3.如權利要求1或2所述的攝像裝置，其特征在于，所述位置變化部使所述第一距離及所述第二距離變化，從而使得在所述曝光時間中所述攝像面的像的位置為一定。
4.如權利要求1 3中任一項所述的攝像裝置，其特征在于，所述信號處理部在所述曝光時間中根據(jù)到達所述攝像面的光的電信號生成單一的所述圖像。
5.如權利要求1 4中任一項所述的攝像裝置，其特征在于， 所述信號處理部使用預先存儲的點擴展函數(shù)提高所述圖像的清晰度。
6.如權利要求5所述的攝像裝置，其特征在于，通過一邊使所述第一距離及所述第二距離分別變化一邊對點光源進行攝像而取得所述點擴展函數(shù)。
7.如權利要求5或6所述的攝像裝置，其特征在于，所述信號處理部使用單一的所述點擴展函數(shù)而復原所述圖像的全區(qū)域。
8.如權利要求1 7中任一項所述的攝像裝置，其特征在于， 所述位置變化部具備具有第一凸輪槽及第二凸輪槽的凸輪筒，通過使所述凸輪筒繞光軸旋轉，利用第一凸輪槽使所述第二透鏡或所述攝像元件移動，利用所述第二凸輪槽使所述第一透鏡或所述第二透鏡移動。
9.如權利要求1 7中任一項所述的攝像裝置，其特征在于， 所述第一距離的變化量和所述第二距離的變化量為同量。
10.如權利要求9所述的攝像裝置，其特征在于， 還具備保持所述第二透鏡的第一鏡筒；以及保持所述第一透鏡和所述攝像元件的第二鏡筒，所述位置變化部使所述第一鏡筒和所述第二鏡筒的任一方移動。
11.一種攝像裝置的攝像方法，其特征在于， 所述攝像裝置具備像側非遠心攝像光學系，其包括第一透鏡、通過所述第一透鏡后的光所入射的第二透鏡、和具有檢測通過所述第二透鏡后的光的攝像面的攝像元件；以及信號處理部，其使用從所述攝像元件輸出的電信號生成圖像， 所述攝像裝置的攝像方法，包括第一步驟，其中在曝光時間中一邊使所述第一透鏡和所述第二透鏡之間的第一距離、 及所述第二透鏡和所述攝像元件之間的第二距離分別變化，一邊取得到達所述攝像元件的攝像面的光；第二步驟，其中所述信號處理部基于在所述第一步驟取得的光的電信號而生成圖像。
12.如權利要求11所述的攝像方法，其特征在于，在所述第一步驟中，在所述第二距離變化規(guī)定量的情況下，以相比于所述第一距離不發(fā)生變化的情況，所述攝像面的像的位置的變化減小的方式使所述第一距離變化。
13.如權利要求11或12所述的攝像方法，其特征在于，在所述曝光時間中使所述第一距離及所述第二距離變化，從而所述攝像面的像的位置一定。
14.如權利要求11 13中任一項所述的攝像方法，其特征在于，在所述第二步驟中，所述信號處理部根據(jù)所述曝光時間中到達所述攝像面的光的電信號生成單一的所述圖像。
15.如權利要求11 14中任一項所述的攝像方法，其特征在于，還包含對于在所述第二步驟生成的所述圖像，使用預先存儲的點擴展函數(shù)提高所述圖像的清晰度的第三步驟。
全文摘要
本發(fā)明提供一種攝像裝置，其具備像側非遠心攝像光學系，其具有第一透鏡(1)、通過了第一透鏡的光入射的第二透鏡(2)、檢測通過了第二透鏡(2)的光的具有攝像面(4i)的攝像元件(4)；位置變化部(凸輪機構6及電動機8)，其在曝光時間中使第一透鏡(1)和第二透鏡(2)之間的第一距離、及、第二透鏡(2)和攝像元件(4)之間的第二距離分別變化；信號處理部(9)，其使用從攝像元件(4)輸出的電信號生成圖像，攝像元件(4)在第一距離及第二距離變化的曝光時間中將到達攝像面(4i)的光變換成電信號。
文檔編號H04N5/232GK102396216SQ20118000176
公開日2012年3月28日 申請日期2011年2月8日 優(yōu)先權日2010年2月8日
發(fā)明者今村典廣 申請人:松下電器產業(yè)株式會社