JP2000098302A

JP2000098302A - 空間周波数変換手段とそれを備えた光学系

Info

Publication number: JP2000098302A
Application number: JP10272868A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Suga; 武志菅
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1998-09-28
Filing date: 1998-09-28
Publication date: 2000-04-07
Also published as: US6295155B1

Abstract

(57)【要約】【課題】空間周波数特性変換量が可変の空間周波数変
換手段とこれを用いた光学系を提供する。また、一定の
信号処理で焦点深度の拡大ができる可変焦点光学系を提
供する。【解決手段】固定焦点光学系Ｌ１中に設けられた瞳変
調素子３は複数の素子４、５からなり、少なくとも１つ
の素子５を光軸Ｏを中心に回転させる。また、可変焦点
光学系Ｌ３において、瞳変調素子９よりも物体側に配置
された可動レンズ８を光軸に沿って移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空間周波数変換手
段とそれを備えた光学系に関し、例えば、瞳変調素子の
ような光学系の空間周波数特性を変換する手段を有する
光学系に関するものであり、特に、内視鏡光学系のよう
にピント調整機構を持たない固定焦点光学系や可変焦点
光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＰＣＴ／ＵＳ９６／０１５１４等
に示されているように、瞳変調素子を用いて光学系の空
間周波数特性を変換し、光学系の被写界深度を拡大する
技術が知られている。このような光学系においては、瞳
変調素子により、通常の被写界深度よりも広い領域にわ
たって光学系の空間周波数特性が一定となる。しかし、
光学系空間周波数特性の高周波数から中周波数の領域で
レスポンスが低下したり、各周波数での位相にズレが生
じるという問題点が生じる。

【０００３】そのため、ＰＣＴ／ＵＳ９６／０１５１４
では、光学系の空間周波数特性の高周波数領域から中周
波数領域におけるレスポンスを増加させたり、各周波数
での位相のズレを回復するための信号処理が行われてい
る。

【０００４】広い被写界深度にわたって光学系の空間周
波数特性は一定であるため、被写体までの距離に関係な
く一定の信号処理により、広い被写界深度にわたって高
画質の画像が得られるようになっている。

【０００５】図１６にこの従来技術の光学系の断面図を
示し、後記の表１にレンズデータを示す。図１６はＰＣ
Ｔ／ＵＳ９６／０１５１４に開示されている瞳変調素子
１を固定焦点光学系に適用したものである。

【０００６】この光学系の焦点距離は１．６０３ｍｍ、
Ｆナンバーは４．４２６５である。瞳変調素子１の片面
（第６面）はｚ＝−０．０８（ｘ³＋ｙ³）の自由曲面
形状をしている。ただし、光軸をｚ軸とし、それに直交
する座標をｘ，ｙとしている。単位はｍｍである。開口
絞り２（第７面）は一辺０．９ｍｍの正方形開口であ
り、各辺の方向は瞳変調素子１のｘ，ｙ方向と同じであ
る。

【０００７】図１６の光学系の光軸上（（ｘ，ｙ）＝
（０，０））と像高１．５ｍｍ（（ｘ，ｙ）＝（０，
１．５））での空間周波数特性をシュミレーションソフ
トＣｏｄｅ−Ｖ（商品名）で計算をした結果を以下に示
す。ここで、図１８〜図２０のＡ，Ｂは光軸上でのｙ方
向及びｘ方向の空間周波数特性、Ｃ，Ｄは像高１．５ｍ
ｍでのｙ方向、ｘ方向の空間周波数特性である。また、
ｘ，ｙ方向は瞳変調素子１の座標と一致させてある。

【０００８】被写体までの距離が７ｍｍの場合の図１６
の光学系の空間周波数のレスポンスを図１８に、位相成
分を後記の表２に示す。

【０００９】被写体までの距離が１３．５ｍｍの場合の
図１６の光学系の空間周波数のレスポンスを図１９に、
位相成分を後記の表３に示す。

【００１０】被写体までの距離が２５ｍｍの場合の図１
６の光学系の空間周波数のレスポンスを図２０に、位相
成分を後記の表４に示す。

【００１１】比較のために、瞳変調素子を使用していな
い場合の光学系の断面図を図１７に示す。ただし、レン
ズデータは表１に示す。なお、図１６の光学系の第６面
の面形状を平面とした状態である。

【００１２】被写体までの距離が７ｍｍの場合の図１７
の光学系の空間周波数のレスポンスを図２１に、位相成
分を後記の表５に示す。

【００１３】被写体までの距離が１３．５ｍｍの場合の
図１７の光学系の空間周波数のレスポンスを図２２に、
位相成分を後記の表６に示す。

【００１４】被写体までの距離が２５ｍｍの場合の図１
７の光学系の空間周波数のレスポンスを図２３に、位相
成分を後記の表７に示す。

【００１５】図１８〜図２０と表２〜表４を比較するこ
とで、被写体までの距離に関係なく、光学系の空間周波
数特性が略一定であることが分かる。また、レスポンス
が０になっていない。

【００１６】図２１〜図２３と表５〜表７を比較する
と、被写体までの距離に依存して、空間周波数特性が変
化している。また、図２１と図２３とではレスポンスが
０になっている。したがって、図１７の通常の光学系で
は、被写界深度は７ｍｍ〜２５ｍｍよりも小さくなる。

【００１７】このように、瞳変調素子１により、通常の
光学系の被写界深度よりも広い範囲にわたって空間周波
数が一定となっている。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】このような従来技術の
瞳変調素子は、常に空間周波数の特性の変換を行う状態
になっている。したがって、常に一定の被写界深度にな
り、ユーザーが任意に被写界深度を切り替えることがで
きないという問題点がある。また、その瞳変調素子は固
定焦点の光学系に用いることを想定したものである。そ
のため、可変焦点光学系では焦点距離の変動と共に空間
周波数特性の変換量が変化し、一定の空間周波数特性復
元手段（信号処理）では被写界深度を拡大できないとい
う問題がある。

【００１９】本発明は従来技術のこのような問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的は、空間周波数特性
変換量が可変の空間周波数変換手段とこれを用いた光学
系を提供することである。また、一定の空間周波数特性
復元手段（信号処理）で被写界深度を拡大できる可変焦
点光学系を提供することである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の空間周波数変換手段は、光学系の空間周波数特性を
変換する空間周波数変換手段において、空間周波数特性
の変換を行う状態と行わない状態とを切り替え可能に構
成したことを特徴とするものである。

【００２１】このような可変型の空間周波数変換手段
は、複数の変換手段で構成され、少なくとも１つの変換
手段を光軸を中心に回転させることにより、変換量を可
変とすることが望ましい。

【００２２】例えば、開口絞りに対して対称に２つの瞳
変調素子を配置し、一方の瞳変調素子を光軸を中心に回
転させ、互いに空間周波数特性の変換量を打ち消す配置
にする。１つの瞳変調素子を光軸を中心に回転させるこ
とにより、空間周波数特性を変換する状態、又は、変換
しない状態に切り替えることが可能となる。空問周波数
特性を変換する場合には、瞳変調素子により劣化した空
間周波数特性を信号処理手段（画像処理手段）により復
元し、拡大された被写界深度で観察を行う。空間周波数
特性を変換しない場合には、信号処理手段を使用せず、
通常の被写界深度で観察を行う。以上のように、このよ
うな空間周波数変換手段を用いて、被写界深度の切り替
えが可能となる。

【００２３】本発明の光学系は、光学系の空間周波数特
性を変換する空間周波数変換手段を持つ光学系におい
て、前記光学系は大きさが一定の開口絞りを有する可変
焦点光学系であることを特徴とするものである。

【００２４】このような本発明の可変焦点光学系は、焦
点距離の変動によらず、全系のＦナンバーが変わらない
ような光学系であることが望ましい。焦点距離の変動に
関係なくＦナンバーが一定であれば、空間周波数変換手
段で受ける変換量が一定となる。そのため、焦点距離の
変動に関係なく、一定の信号処理手段（画像処理手段）
で被写界深度が拡大した観察ができる。したがって、信
号処理手段の簡略化が可能となり、低コスト化できる。

【００２５】このような全系のＦナンバーが変化しない
可変焦点光学系には、開口絞りより物体側にあるレンズ
又はレンズ群の焦点距離を変化させる光学系が望まし
い。例えば、開口絞りより物体側にあるレンズ又はレン
ズ群の一部を光軸に沿って移動させればよい。又は、液
晶等を用いた可変焦点レンズを開口絞りより物体側に配
置してもよい。また、全系のＦナンバーが変化しない可
変焦点光学系には、開口絞りより像側にあるレンズ又は
レンズ群の焦点距離を変化させ、その変化量に応じて開
口絞りと空間周波数特性変換手段を光軸に沿って移動さ
せる光学系でもよい。例えば、開口絞りより像側にある
レンズ又はレンズ群の焦点距離を変化させるには、レン
ズを光軸に沿って移動させてもよいし、液晶等を用いた
可変焦点レンズを配置していおいてもよい。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の空間周波数変換手
段とそれを備えた光学系の実施例について説明する。図
１に固定焦点光学系Ｌ１に本発明の瞳変調素子３を適用
した実施例の断面図を示す。固定焦点光学系Ｌ１のレン
ズデータは後記の表１の通りである。本発明の瞳変調素
子３は、素子４と素子５から構成されており、素子４と
素子５は光学系Ｌ１中の開口絞り２に対して対称に配置
されている。素子５は、光学系Ｌ１の光軸Ｏを中心に回
転できるように構成されている。なお、図中、Ｉは像面
である。

【００２７】図１（ａ）では、素子４の片面（第６面）
はｚ＝−０．０４（ｘ³＋ｙ³）の形状をしている。ま
た、素子５の片面（第８面）はｚ＝０．０４（ｘ³＋ｙ
³）の形状をしている。

【００２８】図１（ｂ）は、素子５を光軸Ｏを中心に１
８０°回転させた状態である。ｘ軸、ｙ軸は固定とする
と、素子５の片面（第８面）はｚ＝−０．０４（ｘ³＋
ｙ³）の形状をしていることになる。ただし、光軸Ｏを
ｚ軸とし、それに直交する座標をｘ，ｙとしている。単
位はｍｍである。

【００２９】図１（ａ）の状態と図１（ｂ）の状態の光
学系Ｌ１それぞれについて、光軸上と像高１．５ｍｍで
の空間周波数特性をシュミレーションソフトＣｏｄｅ−
Ｖ（商品名）で計算をした結果を以下に示す。図２から
図７のＡ，Ｂは光軸上でのｙ方向及びｘ方向の空間周波
数特性、Ｃ，Ｄは像高１．５ｍｍでのｙ方向、ｘ方向の
空間周波数特性である。また、ｘ，ｙ方向は瞳変調素子
１の座標と一致させてある。

【００３０】被写体までの距離が７ｍｍの場合の図１
（ａ）の光学系の空間周波数のレスポンスを図２に、位
相成分を後記の表８に示す。

【００３１】被写体までの距離が１３．５ｍｍの場合の
図１（ａ）の光学系の空間周波数のレスポンスを図３
に、位相成分を後記の表９に示す。

【００３２】被写体までの距離が２５ｍｍの場合の図１
（ａ）の光学系の空間周波数のレスポンスを図４に、位
相成分を後記の表１０に示す。

【００３３】図２〜図４と図１８〜図２０、表８〜表１
０と表２〜表４を比較すると、略同じ空間周波数特性で
あることが分かる。したがって、図１（ａ）の状態では
図１６で示した従来の瞳変調素子１と同じ効果が得られ
ることが分かる。

【００３４】被写体までの距離が７ｍｍの場合の図１
（ｂ）の状態の光学系の空間周波数のレスポンスを図５
に、位相成分を後記の表１１に示す。

【００３５】被写体までの距離が１３．５ｍｍの場合の
図１（ｂ）の状態の光学系の空間周波数のレスポンスを
図６に、位相成分を後記の表１２に示す。

【００３６】被写体までの距離が２５ｍｍの場合の図１
（ｂ）の状態の光学系の空間周波数のレスポンスを図７
に、位相成分を後記の表１３に示す。

【００３７】図５〜図７と図２１〜図２３、表１１〜表
１３と表５〜表７を比較すると、略同じ空間周波数特性
であることが分かる。したがって、図１（ｂ）の状態で
は図１７で示した瞳変調素子を用いない状態と同じ効果
が得られる。

【００３８】以上説明したように、本実施例の瞳変調素
子３によれば、空間周波数特性の変換を行う状態と行わ
ない状態を切り替えることが可能となる。すなわち、従
来の瞳変調素子の有する状態と、瞳変調素子が存在しな
い状態を切り替えることが可能となっている。したがっ
て、被写界深度の切り替えが可能となる。また、光路中
への瞳変調素子の挿脱がないため、光学系をコンパクト
に構成することができる。

【００３９】次に、瞳変調素子を可変焦点光学系Ｌ２に
用いた場合について説明する。図８（ａ）、（ｂ）は可
変焦点光学系Ｌ２の焦点距離の変化に伴ってＦナンバー
が変化する場合で、光学系Ｌ２中の可動レンズ６が移動
しても瞳変調素子７が動いていない。この可変焦点光学
系Ｌ２のレンズデータを後記の表１４に示す。

【００４０】図８（ｂ）は図８（ａ）の状態を基準にし
て可動レンズ６を光軸Ｏに沿って０．８７７６ｍｍ像面
Ｉ側に移動させた状態である。図８（ａ）の光学系Ｌ２
は、焦点距離２．２４６７ｍｍ、被写体までのベスト距
離は１５．６１３８ｍｍであり、Ｆナンバーは９．２６
４５である。

【００４１】図８（ｂ）の光学系Ｌ２は、焦点距離２．
８３０６ｍｍ、被写体までのベスト距離は８．２７２９
ｍｍであり、Ｆナンバーは１１．７２９８である。瞳変
調素子７は、片面（第１２面）の形状がｚ＝０．１（ｘ
³＋ｙ³）の自由曲面表面形状をしている。

【００４２】開口絞りは、一辺０．７８ｍｍの正方形の
開口形状をしており、瞳変調素子７の曲面（第１２面）
上に配置してある。ただし、正方形の辺の方向は瞳変調
素子７のｘ，ｙ方向と同一にしてある。

【００４３】図８（ａ）と図８（ｂ）の空間周波数特性
を計算した結果を図１０、図１１に示す。光軸上
（（ｘ，ｙ）＝（０，０））と像高０．８ｍｍ（（ｘ，
ｙ）＝（０，０．８））での結果である。ただし、図１
０〜図１１のＡ，Ｂは光軸上でのｙ方向及びｘ方向の空
間周波数特性、Ｃ，Ｄは像高０．８ｍｍでのｙ方向、ｘ
方向の空間周波数特性である。

【００４４】被写体までの距離が１５．６１３８ｍｍの
場合の図８（ａ）の光学系の空間周波数のレスポンスを
図１０に、位相成分を後記の表１５に示す。

【００４５】被写体までの距離が８．２７２９ｍｍの場
合の図８（ｂ）の上記光学系の空間周波数のレスポンス
を図１１に、位相成分を後記の表１６に示す。

【００４６】図１０と図１１、表１５と表１６を比較す
ることで、光学系の焦点距離に依存して、光学系の空間
周波数特性が変化していることが分かる。特に位相ズレ
の変化が大きいことが分かる。これは、焦点距離の変動
と共に、光学系のＦナンバーが変化しているため、光学
系の空間周波数特性が変化することによるもので、瞳変
調素子７で受ける変調量も変化するからである。したが
って、このような可変焦点光学系Ｌ２では、一定の信号
処理手段で空間周波数特性の復元をすることは難しい。

【００４７】そこで、このような場合は、可動レンズ６
の移動量から光学系Ｌ２の焦点距離を求める手段を設
け、その情報を基に信号処理手段を切り替えれば、各焦
点距離で被写界深度の拡大が可能となる。上述のような
一般的な光学系では、焦点距離が長くなると、Ｆナンバ
ーは増大する。そのため、焦点距離の長い状態では、Ｆ
ナンバー増大による被写界深度拡大と、瞳変調素子７に
よる被写界深度拡大の両方の効果が得られるというメリ
ットがある。しかし、焦点距離を求める手段が必要であ
り、また、信号処理手段の複雑化により、コストアップ
の課題が残る。

【００４８】これに対して、図９においては、本発明の
可変焦点光学系Ｌ２であってＦナンバーを一定にした場
合である。この状態は可動レンズ６の位置が図８（ｂ）
と同じで、図８（ａ）の状態を基準にして可動レンズ６
を光軸Ｏに沿って０．８７７６ｍｍ像面Ｉ側に移動させ
た状態であるが、開口絞りと瞳変調素子７を光軸Ｏに沿
って１．８ｍｍ像面Ｉ側に移動させたものである。

【００４９】図９の光学系Ｌ２は、焦点距離２．８３０
６ｍｍ、被写体までのベスト距離は８．２７２９ｍｍで
あり、Ｆナンバーは９．２６２８である。図８（ａ）の
状態と比較すると、焦点距離は変化しているが、Ｆナン
バーは変化していないことが分かる。

【００５０】被写体までの距離が８．２７２９ｍｍの場
合の図９の光学系の空間周波数のレスポンスを図１２
に、位相成分を後記の表１７に示す。ただし、図１２の
Ａ〜Ｄの記号は図１０〜図１１と同じである。

【００５１】図１２と図１０、表１７と表１５を比べる
と、空間周波数特性が略一定であることが分かる。すな
わち、図８（ａ）の状態から、可動レンズ６を像面Ｉ側
に０．８７７６ｍｍ動かし、開口絞りと瞳変調素子７を
像面側に１．８ｍｍ動かすことで、焦点距離の変化によ
らず光学系のＦナンバーが変化しない。したがって、瞳
変調素子７で受ける変調量も一定となる。

【００５２】光学系Ｌ２の空間周波数特性は、光学系の
Ｆナンバーと瞳変調素子７で決定される。光学系のＦナ
ンバーは、射出瞳の径と、像面Ｉからの射出瞳位置の比
で決まる。射出瞳は、開口絞りより像側にあるレンズに
よる開口絞りの像である。そのため、開口絞りより像側
にあるレンズの焦点距離が変化しても、開口絞りの位置
を最適化することで、射出瞳の径と、像面Ｉからの射出
瞳位置の比を一定にすることができる。例えば、開口絞
りの位置はシュミレーションで求めておけばよい。

【００５３】本実施例によれば、可動レンズ６を移動さ
せるのに対応して、開口絞りと瞳変調素子７を光軸Ｏに
沿って移動させている。そのため、焦点距離の変動によ
らず、光学系Ｌ２のＦナンバーが一定となり、光学系の
空間周波数特性も一定となる。したがって、一定の信号
処理で空間周波数特性の復元が可能となる。そのため、
信号処理手段の簡略化による低コスト化が可能となる。

【００５４】なお、図１に示した本発明の可変型瞳変調
素子７を図８に適用してもよい。被写界深度を拡大した
い特定の焦点距離のみで空間周波数の変換を行い、それ
以外の焦点距離では空間周波数特性の変換を行わない状
態にしておけば、信号処理手段の簡略化が可能となる。

【００５５】次に、図１３に本発明の可変焦点光学系に
関する第２の実施例を示す。この実施例の可変焦点光学
系Ｌ３のレンズデータを後記の表１８に示す。

【００５６】図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の状態を基
準にして開口絞りよりも物体側にある可動レンズ８を光
軸Ｏに沿って０．８４ｍｍ像面Ｉ側に移動させた状態で
ある。図１３（ａ）の光学系Ｌ３は、焦点距離２．５９
７６ｍｍ、被写体までのベスト距離は５．７５ｍｍであ
り、Ｆナンバーは１０．１６９９である。

【００５７】図１３（ｂ）の光学系Ｌ３は、焦点距離
１．８６８４ｍｍ、被写体までのベスト距離は１．９２
ｍｍであり、Ｆナンバーは１０．１６５６である。瞳変
調素子９は、片面（第１２面）の形状がｚ＝−０．５２
（ｘ³＋ｙ³）の自由曲面表面形状をしている。

【００５８】開口絞りは、一辺０．４５ｍｍの正方形の
開口形状をしており、瞳変調素子９の曲面（第１２面）
上に配置してある。ただし、正方形の辺の方向は瞳変調
素子９のｘ，ｙ方向と同一にしてある。

【００５９】図１３（ａ）と図１３（ｂ）の空間周波数
特性を計算した結果を図１４、図１５に示す。光軸上
（（ｘ，ｙ）＝（０，０））と像高１．０７８ｍｍ
（（ｘ，ｙ）＝（０，１．０７８））での結果である。
ただし、図１４〜図１５のＡ，Ｂは光軸上でのｙ方向及
びｘ方向の空間周波数特性、Ｃ，Ｄは像高１．０７８ｍ
ｍでのｙ方向、ｘ方向の空間周波数特性である。

【００６０】被写体までの距離が５．７５ｍｍの場合の
図１３（ａ）の光学系の空間周波数のレスポンスを図１
４に、位相成分を後記の表１９に示す。

【００６１】被写体までの距離が１．９２ｍｍの場合の
図１３（ｂ）の光学系の空間周波数のレスポンスを図１
５に、位相成分を後記の表２０に示す。

【００６２】図１４と図１５、表１９と表２０を比べる
と、焦点距離の変動によらず空間周波数特性が一定であ
ることが分かる。

【００６３】前述のように、光学系のＦナンバーは、射
出瞳の径と、像面Ｉからの位置で決まる。射出瞳は、開
口絞りより像面Ｉ側にあるレンズによる開口絞りの像で
ある。そのため、開口絞りよりも物体側にあるレンズの
焦点距離を変化させても、Ｆナンバーは変化しない。本
実施例によれば、開口絞りよりも物体側に配置された可
動レンズ８を移動させることで、光学系Ｌ３のＦナンバ
ーを一定としている。焦点距離の変動によらず、光学系
Ｌ３のＦナンバーが一定となり、光学系Ｌ３の空間周波
数特性も一定となる。したがって、一定の信号処理で空
間周波数特性の復元が可能となる。そのため、信号処理
手段の簡略化による低コスト化が可能となる。また、開
口絞りを移動させる必要がないため、低コスト化が可能
となる。以下に表１〜表２０を示す。

【００６４】（表１）面番曲率半径面間隔屈折率アッベ数１ ∞ 0.4600 1.88300 40.76 ２ 1.0090 0.7500 ３ 5.9080 2.1200 1.77250 49.60 ４ -2.0000 0.0000 ５ ∞ 0.2000 1.51633 64.14 ６ ∞ 0.0300 ７ ∞（絞り） 0.0300 ８ ∞ 0.2000 1.51633 64.14 ９ ∞ 0.6100 １０ ∞ 0.6200 1.51400 75.00 １１ ∞ 0.1600 １２ 5.7720 1.3000 1.69680 55.53 １３ -1.4440 0.2800 1.84666 23.78 １４ -5.0200 0.1000 １５ ∞ 0.4000 1.52287 59.90 １６ ∞ 0.8300 １７ ∞ 1.0000 1.51633 64.14 １８ ∞ 1.2500 1.52287 59.90 １９ ∞ 。

【００６５】（表２）空間周波数位相ズレ量(deg) (L/MM) 軸上(x,y)=(0,0) 軸外像高(x,y)=(0,1.5) ｘ方向ｙ方向ｘ方向ｙ方向 0 0 0 0 0 5 52 -51 55 -56 10 35 -34 33 -39 15 44 -43 50 -56 20 44 -44 40 -52 25 34 -32 41 -53 30 44 -41 50 -66 35 41 -42 41 -59 40 38 -38 42 -63 45 44 -42 52 -76 50 43 -42 54 -78 55 47 -47 52 -82 60 52 -52 55 -89 65 49 -47 61 -98 70 52 -50 64 -107 75 61 -61 73 -114 80 62 -62 78 -124 85 73 -72 85 -134 90 78 -78 95 -147 95 86 -85 104 -162 100 96 -95 116 -175 。

【００６６】（表３）空間周波数位相ズレ量(deg) (L/MM) 軸上(x,y)=(0,0) 軸外像高(x,y)=(0,1.5) ｘ方向ｙ方向ｘ方向ｙ方向 0 0 0 0 0 5 53 -52 55 -57 10 40 -39 36 -39 15 44 -43 48 -59 20 47 -46 45 -50 25 46 -45 42 -56 30 44 -43 48 -64 35 52 -51 56 -61 40 48 -47 47 -73 45 49 -48 47 -76 50 54 -53 58 -78 55 59 -58 62 -88 60 59 -58 59 -94 65 64 -63 66 -100 70 68 -68 72 -109 75 72 -71 76 -119 80 82 -81 85 -130 85 88 -87 93 -141 90 95 -95 102 -152 95 107 -106 112 -165 100 113 -112 121 -178 。

【００６７】（表４）空間周波数位相ズレ量(deg) (L/MM) 軸上(x,y)=(0,0) 軸外像高(x,y)=(0,1.5) ｘ方向ｙ方向ｘ方向ｙ方向 0 0 0 0 0 5 51 -50 55 -57 10 45 -44 38 -39 15 37 -36 45 -59 20 45 -44 47 -51 25 50 -49 42 -56 30 40 -39 46 -65 35 40 -39 54 -61 40 47 -46 45 -73 45 51 -50 48 -78 50 46 -45 54 -79 55 48 -47 57 -89 60 54 -53 61 -95 65 58 -57 67 -102 70 61 -60 68 -112 75 69 -68 76 -121 80 70 -69 83 -131 85 80 -79 89 -141 90 83 -82 98 -155 95 93 -92 108 -170 100 101 -100 120 174 。

【００６８】（表５）空間周波数位相ズレ量(deg) (L/MM) 軸上(x,y)=(0,0) 軸外像高(x,y)=(0,1.5) ｘ方向ｙ方向ｘ方向ｙ方向 0 0 0 0 0 5 0 0 0 -1 10 0 0 0 -2 15 0 0 0 -4 20 0 0 0 -5 25 0 0 0 -7 30 0 0 0 -9 35 0 0 0 -11 40 0 0 0 -13 45 2 -1 0 -15 50 180 -179 0 -17 55 180 -179 0 -20 60 180 -179 1 -22 65 -179 180 0 -24 70 -179 180 2 -27 75 -179 180 171 -29 80 -179 180 179 -32 85 -179 180 180 -34 90 -179 180 180 -37 95 -179 180 179 -40 100 -179 180 180 -43 。

【００６９】（表６）空間周波数位相ズレ量(deg) (L/MM) 軸上(x,y)=(0,0) 軸外像高(x,y)=(0,1.5) ｘ方向ｙ方向ｘ方向ｙ方向 0 0 0 0 0 5 0 0 0 -1 10 0 0 0 -2 15 0 0 0 -4 20 0 0 0 -6 25 0 0 0 -8 30 0 0 0 -10 35 0 0 0 -12 40 0 0 0 -14 45 0 0 0 -15 50 0 0 0 -18 55 0 0 0 -20 60 0 0 0 -22 65 0 0 0 -24 70 0 0 0 -26 75 0 0 0 -28 80 0 0 0 -30 85 0 0 0 -33 90 0 0 0 -35 95 0 0 0 -38 100 0 0 0 -40 。

【００７０】（表７）空間周波数位相ズレ量(deg) (L/MM) 軸上(x,y)=(0,0) 軸外像高(x,y)=(0,1.5) ｘ方向ｙ方向ｘ方向ｙ方向 0 0 0 0 0 5 0 0 0 -1 10 0 0 0 -3 15 0 0 0 -5 20 0 0 0 -7 25 0 0 0 -9 30 0 1 0 -11 35 0 0 0 -13 40 0 1 0 -15 45 -49 50 0 -17 50 178 -177 0 -19 55 178 -177 0 -21 60 178 -177 0 -24 65 167 -166 0 -26 70 6 -5 0 -28 75 10 -9 0 -30 80 15 -14 -1 -32 85 3 -2 0 -35 90 6 -5 -2 -37 95 1 0 0 -40 100 3 -2 -7 -42 。

【００７１】（表８）空間周波数位相ズレ量(deg) (L/MM) 軸上(x,y)=(0,0) 軸外像高(x,y)=(0,1.5) ｘ方向ｙ方向ｘ方向ｙ方向 0 0 0 0 0 5 52 -51 54 -57 10 35 -34 33 -38 15 44 -43 50 -58 20 43 -43 41 -49 25 35 -34 41 -56 30 44 -43 50 -64 35 40 -40 41 -61 40 39 -39 42 -69 45 43 -42 52 -73 50 42 -40 53 -78 55 47 -47 53 -85 60 52 -51 57 -88 65 49 -47 61 -99 70 54 -53 64 -107 75 60 -59 74 -116 80 60 -58 79 -125 85 74 -73 85 -136 90 77 -76 95 -150 95 86 -85 104 -163 100 96 -95 116 -178 。

【００７２】（表９）空間周波数位相ズレ量(deg) (L/MM) 軸上(x,y)=(0,0) 軸外像高(x,y)=(0,1.5) ｘ方向ｙ方向ｘ方向ｙ方向 0 0 0 0 0 5 53 -52 55 -57 10 41 -40 36 -38 15 43 -43 48 -58 20 47 -46 45 -50 25 47 -46 42 -54 30 44 -43 48 -63 35 52 -50 55 -68 40 49 -48 47 -70 45 49 -48 47 -71 50 54 -53 58 -80 55 58 -57 62 -89 60 60 -58 59 -91 65 64 -63 66 -100 70 68 -67 72 -108 75 72 -71 76 -120 80 81 -80 84 -128 85 87 -86 92 -139 90 95 -94 102 -151 95 106 -105 112 -165 100 113 -112 122 -178 。

【００７３】（表１０）空間周波数位相ズレ量(deg) (L/MM) 軸上(x,y)=(0,0) 軸外像高(x,y)=(0,1.5) ｘ方向ｙ方向ｘ方向ｙ方向 0 0 0 0 0 5 50 -49 55 -57 10 45 -44 38 -38 15 38 -37 45 -59 20 44 -43 47 -50 25 51 -50 43 -56 30 39 -38 45 -62 35 40 -39 54 -69 40 47 -46 46 -69 45 51 -49 48 -72 50 46 -45 54 -82 55 48 -47 56 -88 60 53 -52 61 -92 65 57 -56 68 -102 70 61 -60 67 -110 75 68 -67 76 -120 80 70 -69 83 -128 85 80 -79 90 -140 90 83 -82 98 -154 95 93 -93 107 -168 100 100 -99 119 -177 。

【００７４】（表１１）空間周波数位相ズレ量(deg) (L/MM) 軸上(x,y)=(0,0) 軸外像高(x,y)=(0,1.5) ｘ方向ｙ方向ｘ方向ｙ方向 0 0 0 0 0 5 1 0 1 -1 10 1 0 1 -4 15 2 -1 2 -6 20 2 -1 2 -8 25 2 -1 2 -10 30 1 0 2 -13 35 0 1 2 -15 40 -5 6 2 -17 45 -43 44 1 -21 50 -147 148 0 -23 55 -159 160 -3 -27 60 -163 164 -7 -32 65 -164 165 -16 -35 70 -165 166 -36 -41 75 -165 166 -79 -44 80 -166 167 -118 -53 85 -167 168 -134 -58 90 -167 168 -143 -70 95 -168 169 -148 -89 100 -170 171 -150 -94 。

【００７５】（表１２）空間周波数位相ズレ量(deg) (L/MM) 軸上(x,y)=(0,0) 軸外像高(x,y)=(0,1.5) ｘ方向ｙ方向ｘ方向ｙ方向 0 0 0 0 0 5 0 0 1 -2 10 1 0 1 -4 15 2 -1 2 -6 20 2 -1 2 -9 25 2 -1 3 -11 30 2 -1 3 -14 35 2 -1 4 -16 40 2 -1 4 -19 45 2 -1 4 -21 50 2 -1 5 -24 55 1 0 5 -27 60 1 0 5 -29 65 1 0 5 -32 70 1 0 6 -35 75 0 0 6 -38 80 0 0 6 -42 85 0 0 6 -45 90 0 1 6 -49 95 0 1 6 -52 100 0 1 7 -56 。

【００７６】（表１３）空間周波数位相ズレ量(deg) (L/MM) 軸上(x,y)=(0,0) 軸外像高(x,y)=(0,1.5) ｘ方向ｙ方向ｘ方向ｙ方向 0 0 0 0 0 5 0 0 1 -2 10 1 0 1 -4 15 1 0 2 -7 20 0 0 2 -9 25 0 1 2 -12 30 -5 6 2 -14 35 -14 15 2 -17 40 -36 37 2 -20 45 -81 82 1 -22 50 -107 108 0 -25 55 -121 122 0 -28 60 -116 117 -2 -30 65 -110 111 -4 -34 70 -59 60 -8 -36 75 -8 9 -12 -40 80 3 -2 -19 -43 85 12 -11 -27 -46 90 20 -19 -38 -50 95 16 -15 -50 -53 100 20 -19 -66 -57 。

【００７７】（表１４）面番曲率半径面間隔屈折率アッベ数１ ∞ 0.5200 1.88300 40.76 ２ 1.6670 0.8758 ３ ∞ 0.6200 1.51400 75.00 ４ ∞ 0.0300 ５ ∞ 0.4000 1.51633 64.14 ６ ∞ 0.9026 ７ -6.4000 0.9000 1.84666 23.78 ８ 6.4000 0.7700 1.51742 52.43 ９ -2.6650 0.1515 １０ 4.4510 0.9000 1.51633 64.14 １１ -4.4510 0.0438 １２ ∞（絞り） 0.2000 1.51633 64.14 １３ ∞ 1.1638 １４ -4.9210 0.3000 1.69680 55.53 １５ 2.2800 0.7200 1.80518 25.42 １６ 4.5180 3.4946 １７ ∞ 1.3700 1.72916 54.68 １８ -5.3530 2.3792 １９ 5.3530 1.3700 1.72916 54.68 ２０ ∞ 0.3343 ２１ -14.8440 0.5000 1.84666 23.78 ２２ 3.5700 2.1000 1.62280 57.05 ２３ -22.3490 2.3441 ２４ ∞ 2.6000 1.51633 ６４．１４２５ ∞ １．２５００ 1.51633 64.14
。

【００７８】（表１５）空間周波数位相ズレ量(deg) (L/MM) 軸上(x,y)=(0,0) 軸外像高(x,y)=(0,0.8) ｘ方向ｙ方向ｘ方向ｙ方向 0 0 0 0 0 5 47 -46 47 -47 10 46 -45 46 -48 15 44 -43 44 -47 20 49 -48 49 -52 25 51 -50 52 -57 30 58 -57 58 -65 35 66 -65 67 -74 40 77 -76 78 -87 45 89 -88 91 -102 50 107 -106 109 -122 55 129 -128 131 -146 60 155 -154 157 -175 65 -175 176 -172 151 70 -140 141 -137 111 75 -100 101 -97 66 80 -56 57 -52 14 85 -6 7 -1 -43 90 50 -49 54 -111 95 114 -113 119 169 100 -174 175 -167 81 。

【００７９】（表１６）空間周波数位相ズレ量(deg) (L/MM) 軸上(x,y)=(0,0) 軸外像高(x,y)=(0,0.8) ｘ方向ｙ方向ｘ方向ｙ方向 0 0 0 0 0 5 36 -35 35 -35 10 45 -44 45 -45 15 52 -51 52 -52 20 52 -51 52 -50 25 60 -59 61 -64 30 75 -74 74 -73 35 88 -87 87 -91 40 108 -107 110 -116 45 137 -136 141 -148 50 174 -173 178 173 55 -143 144 -138 127 60 -93 94 -87 71 65 -36 37 -29 5 70 31 -30 37 -71 75 119 -118 122 -163 80 -142 143 -128 75 85 -63 64 -37 -40 90 -130 131 -110 168 95 -40 41 -16 -4 100 127 -126 137 -169 。

【００８０】（表１７）空間周波数位相ズレ量(deg) (L/MM) 軸上(x,y)=(0,0) 軸外像高(x,y)=(0,0.8) ｘ方向ｙ方向ｘ方向ｙ方向 0 0 0 0 0 5 51 -50 51 -53 10 53 -52 53 -51 15 42 -41 43 -42 20 49 -48 49 -53 25 54 -53 54 -53 30 58 -57 57 -63 35 67 -66 68 -70 40 80 -79 79 -80 45 90 -89 90 -97 50 108 -107 109 -116 55 131 -130 133 -137 60 158 -157 159 -162 65 -171 172 -169 166 70 -136 137 -134 130 75 -96 97 -94 88 80 -51 52 -49 40 85 -1 2 0 -11 90 55 -54 57 -69 95 121 -120 123 -133 100 -165 166 -160 152 。

【００８１】（表１８）面番曲率半径面間隔屈折率アッベ数１ ∞ 0.4800 1.88300 40.76 ２ 1.7990 0.7700 ３ ∞ 0.6200 1.51633 64.14 ４ ∞ 0.0300 ５ ∞ 0.3700 1.51633 ６４．１４６ ∞ 0.4800 ７ 4.6000 0.4000 1.84666 23.78 ８ 1.9990 0.8000 1.72000 43.69 ９ ∞ 0.1000 １０ 5.2280 0.5800 1.79952 42.22 １１ -5.2280 1.3400 １２ ∞（絞り） 0.2000 1.51633 64.14 １３ ∞ 0.2000 １４ -4.3990 0.4000 1.75520 27.51 １５ 4.3990 0.4500 １６ 70.6760 1.0600 1.78800 47.37 １７ -4.2000 0.0998 １８ 3.4470 1.8400 1.65160 58.55 １９ -3.4470 0.4000 1.84666 23.78 ２０ 11.1730 0.2075 ２１ 62.3150 0.3600 1.88300 40.76 ２２ 8.5940 1.0800 1.62374 47.05 ２３ -8.5940 0.9000 ２４ ∞ 2.1000 1.51633 64.14 。

【００８２】（表１９）空間周波数位相ズレ量(deg) (L/MM) 軸上(x,y)=(0,0) 軸外像高(x,y)=(0,1.078) ｘ方向ｙ方向ｘ方向ｙ方向 0 0 0 0 0 5 48 -47 45 -47 10 52 -51 50 -49 15 47 -46 47 -44 20 47 -46 47 -46 25 57 -56 57 -54 30 61 -60 61 -58 35 73 -72 73 -69 40 89 -88 89 -85 45 105 -104 105 -101 50 127 -126 127 -122 55 155 -154 155 -148 60 -171 172 -171 178 65 -131 132 -132 139 70 -85 86 -86 94 75 -32 33 -33 41 80 26 -25 27 -19 85 88 -87 91 -84 90 154 -153 157 -155 95 -118 119 -124 85 100 67 -66 97 -74 。

【００８３】（表２０）空間周波数位相ズレ量(deg) (L/MM) 軸上(x,y)=(0,0) 軸外像高(x,y)=(0,1.078) ｘ方向ｙ方向ｘ方向ｙ方向 0 0 0 0 0 5 48 -47 46 -46 10 52 -51 49 -49 15 47 -46 47 -49 20 47 -46 47 -49 25 57 -56 57 -59 30 61 -60 61 -64 35 73 -72 73 -77 40 89 -88 89 -90 45 106 -105 105 -109 50 127 -126 127 -133 55 155 -154 155 -162 60 -171 172 -170 164 65 -132 133 -131 124 70 -86 87 -86 79 75 -33 34 -33 27 80 25 -24 25 -31 85 87 -86 89 -101 90 154 -153 157 177 95 -121 122 -118 94 100 61 -60 81 0 。

【００８４】以上の本発明の空間周波数変換手段とそれ
を備えた光学系は例えば次のように構成することができ
る。〔１〕光学系の空間周波数特性を変換する空間周波数
変換手段において、空間周波数特性の変換を行う状態と
行わない状態とを切り替え可能に構成したことを特徴と
する空間周波数変換手段。

【００８５】〔２〕前記空間周波数変換手段は複数の
変換手段からなり、少なくとも１つの変換手段を光軸を
中心に回転させることにより空間周波数特性の変換を行
う状態と行わない状態に切り替えるようにしたことを特
徴とする上記１記載の空間周波数変換手段。

【００８６】〔３〕光学系の空間周波数特性を変換す
る空間周波数変換手段を持つ光学系において、前記光学
系は大きさが一定の開口絞りを有する可変焦点光学系で
あることを特徴とする光学系。

【００８７】〔４〕焦点距離の変化によらず、Ｆナン
バーが変わらぬことを特徴とする上記３記載の光学系。

【００８８】〔５〕開口絞りよりも物体側に配置され
たレンズ又はレンズ群の焦点距離を変えることを特徴と
する上記４記載の光学系。

【００８９】〔６〕開口絞りよりも物体側に配置され
たレンズ又はレンズ群を光軸に沿って移動させることに
より焦点距離を変えることを特徴とする上記５記載の光
学系。

【００９０】〔７〕開口絞りよりも像側に配置された
レンズ又はレンズ群の焦点距離を変え、それに応じて開
口絞りと前記空間周波数変換手段を光軸に沿って移動さ
せることを特徴とする上記４記載の光学系。

【００９１】〔８〕開口絞りよりも像側に配置された
レンズ又はレンズ群を光軸に沿って移動させることによ
り焦点距離を変えることを特徴とする上記７記載の光学
系。

【００９２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によると変換量が可変の空間周波数変換手段を得ること
ができ、このような空間周波数変換手段を用いて被写界
深度の切り替えが可能となる。また、可変焦点焦点光学
系においては、焦点距離の変動に関係なく、一定の信号
処理手段で被写界深度が拡大した観察ができる。したが
って、信号処理手段の簡略化が可能となり、低コスト化
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】固定焦点光学系に本発明の瞳変調素子を適用し
た実施例の２つの状態を示す断面図である。

【図２】被写体までの距離が７ｍｍの場合の図１（ａ）
の光学系の空間周波数のレスポンスを示す図である。

【図３】被写体までの距離が１３．５ｍｍの場合の図１
（ａ）の光学系の空間周波数のレスポンスを示す図であ
る。

【図４】被写体までの距離が２５ｍｍの場合の図１
（ａ）の光学系の空間周波数のレスポンスを示す図であ
る。

【図５】被写体までの距離が７ｍｍの場合の図１（ｂ）
の状態の光学系の空間周波数のレスポンスを示す図であ
る。

【図６】被写体までの距離が１３．５ｍｍの場合の図１
（ｂ）の光学系の空間周波数のレスポンスを示す図であ
る。

【図７】被写体までの距離が２５ｍｍの場合の図１
（ｂ）の光学系の空間周波数のレスポンスを示す図であ
る。

【図８】固定の瞳変調素子を有する可変焦点光学系の例
の２つの状態を示す断面図である。

【図９】図８（ａ）を基準として、本発明の可変焦点光
学系の第１の実施例の状態を示す断面図である。

【図１０】被写体までの距離が１５．６１３８ｍｍの場
合の図８（ａ）の光学系の空間周波数のレスポンスを示
す図である。

【図１１】被写体までの距離が８．２７２９ｍｍの場合
の図８（ｂ）の光学系の空間周波数のレスポンスを示す
図である。

【図１２】被写体までの距離が８．２７２９ｍｍの場合
の図９の光学系の空間周波数のレスポンスを示す図であ
る。

【図１３】本発明の可変焦点光学系に関する第２の実施
例の２つの状態を示す断面図である。

【図１４】被写体までの距離が５．７５ｍｍの場合の図
１３（ａ）の光学系の空間周波数のレスポンスを示す図
である。

【図１５】被写体までの距離が１．９２ｍｍの場合の図
１３（ｂ）の光学系の空間周波数のレスポンスを示す図
である。

【図１６】瞳変調素子を使用した従来技術の光学系の断
面図である。

【図１７】図１６の光学系において瞳変調素子を使用し
ていない場合の断面図である。

【図１８】被写体までの距離が７ｍｍの場合の図１６の
光学系の空間周波数のレスポンスを示す図である。

【図１９】被写体までの距離が１３．５ｍｍの場合の図
１６の光学系の空間周波数のレスポンスを示す図であ
る。

【図２０】被写体までの距離が２５ｍｍの場合の図１６
の光学系の空間周波数のレスポンスを示す図である。

【図２１】被写体までの距離が７ｍｍの場合の図１７の
光学系の空間周波数のレスポンスを示す図である。

【図２２】被写体までの距離が１３．５ｍｍの場合の図
１７の光学系の空間周波数のレスポンスを示す図であ
る。

【図２３】被写体までの距離が２５ｍｍの場合の図１７
の光学系の空間周波数のレスポンスを示す図である。

【符号の説明】

Ｏ…光軸Ｉ…像面Ｌ１…固定焦点光学系Ｌ２、Ｌ３…可変焦点光学系２…開口絞り３…瞳変調素子４、５…素子６…可動レンズ７…瞳変調素子８…可動レンズ９…瞳変調素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光学系の空間周波数特性を変換する空間
周波数変換手段において、空間周波数特性の変換を行う
状態と行わない状態とを切り替え可能に構成したことを
特徴とする空間周波数変換手段。
【請求項２】光学系の空間周波数特性を変換する空間
周波数変換手段を持つ光学系において、前記光学系は大
きさが一定の開口絞りを有する可変焦点光学系であるこ
とを特徴とする光学系。
【請求項３】焦点距離の変化によらず、Ｆナンバーが
変わらぬことを特徴とする請求項２記載の光学系。