CN101472046B - 摄像系统、摄像装置、移动终端设备、车载设备及医疗设备 - Google Patents

摄像系统、摄像装置、移动终端设备、车载设备及医疗设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种摄像系统，对投影到受光面上的光学像进行拍摄而获得的图像数据的质量能够得以提高。准备由摄像透镜(10)和摄像元件(20)构成的摄像系统，对于从任意的位置通过摄像透镜(10)投影到受光面(21)上的点像(P1)，也使得该点像(P1)的有效区域的最大直径成为涉及受光像素的3像素以上的大小。信号处理部(40)对通过摄像透镜(10)拍摄被摄体的光学像的从摄像透镜(20)输出的第1图像数据实施复原处理，以在摄像透镜(10)的分辨率高时生成与从摄像元件(20)输出的第1图像数据同等的第2图像数据。摄像透镜从物侧起依次具有：至少由1片透镜构成的、具有正的光焦度的第1透镜组；以及至少由1片透镜构成的、位于最靠近像侧的透镜具有负的光焦度的第2透镜组。

Description

摄像系统、摄像装置、移动终端设备、车载设备及医疗设备
技术领域
本发明涉及拍摄被摄体的光学像得到的图像数据的质量由复原处理提高的摄像系统、以及具有该摄像系统的摄像装置、移动终端设备、车载设备及医疗设备。
背景技术
众所周知，利用具有二维状配置多个受光像素构成的受光面的CCD元件或CMOS元件等的摄像元件来对通过摄像透镜成像在受光面上的被摄体的光学像进行拍摄的摄像系统。
此外，作为这种摄像系统的一例，已知在电路基板上直接安装具有设计成景深变深的摄像透镜的摄像系统的车载用摄像机或便携电话用摄像机等(参照专利文献1)。这种直接安装在电路基板上的摄像系统的大小被限制，所以将装置尺寸设计为较小。
而且，在搭载于高性能的车载用摄像机或便携电话用摄像机的摄像系统中，已知摄像透镜的分辨率接近衍射极限的性能的摄像系统。
专利文献1：(日本)特表2007—147951号公报
但是，对利用这种摄像系统得到的图像要求进一步提高分辨率。
要提高由摄像系统得到的图像的分辨率，需要增大受光像素的数量的同时提高摄像透镜的分辨率。即，例如使排列在摄像元件的受光面上的受光像素的像素密度提高的同时，提高摄像透镜的分辨率以使得通过摄像透镜投影到该受光面上的点像收敛为1个受光像素的范围内，从而可以使得利用摄像系统获得的图像的分辨率得以提高。
这里，随着近年来技术的提高，能够比较容易地实现在不增大装置尺寸的状态下提高构成摄像元件的受光像素的像素密度。
另一方面，提高摄像透镜的分辨率非常困难。即，为了不增大摄像透镜的尺寸或使景深变浅而提高该摄像透镜的分辨率，需要抑制构成摄像透镜的各透镜的形状误差或组装误差。但是，有时这种摄像透镜的分辨率已经提高到接近衍射极限，存在进一步提高制作精度(加工、组装、调节精度等)来提高分辨率非常困难的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而做出的，其目的在于，提供对投影到受面上的光学像进行拍摄而获得的图像数据的质量能够得以提高的摄像系统、以及具有该摄像系统的摄像装置、移动终端设备、车载设备及医疗设备。
本发明的摄像系统的特征在于，具有：摄像透镜；摄像元件，具有二维状排列多个受光像素而构成的受光面，且对通过摄像透镜投影到受光面上的被摄体的光学像进行拍摄而输出表示该被摄体的第1图像数据；及信号处理单元，对第1图像数据实施生成与在摄像透镜的分辨率高时从摄像元件输出的第1图像数据同等的第2图像数据的复原处理；摄像透镜从物侧起依次具有：由至少1片透镜构成的、具有正的光焦度的第1透镜组，以及由至少1片透镜构成的、且位于最靠近像侧的透镜具有负的光焦度的第2透镜组；摄像透镜和摄像元件构成为：对于从X、Y、Z方向的任意位置通过该摄像透镜投影到受光面上的点像，也使得该点像的有效区域的最大直径成为涉及受光像素的3像素以上的大小，上述信号处理单元利用与第1图像数据表示的点像的状态对应的复原系数来执行上述复原处理。
上述摄像透镜可以构成为：对于从离开该摄像透镜的焦距的10倍以上的X、Y、Z方向的任意位置通过该摄像透镜投影到受光面上的被摄体的光学像，也使得与该光学像有关的MTF特性的值成为正。
上述信号处理单元可以将由受光面上的纵向3像素以上及横向3像以上构成的涉及合计9像素以上的像素区域作为最小单位进行复原处理；将 包含投影到受光面上的点像的全部有效区域的最小像素区域作为最小单位执行复原处理。
上述信号处理单元可以执行复原处理，使得表示第2图像数据所示的图像中的点像的有效区域的大小小于表示第1图像数据所示的图像中的点像的有效区域的大小。
上述复原系数可以是按每个摄像系统对该摄像系统单独求出的；或者是从与分为多个种类的点像的各状态对应的各复原系数的候补中按照第1图像数据表示的点像的状态所选择出的；或者是从与分为多个种类的该点像的各状态对应的多种复原系数的候补中按照第1图像数据表示的点像的状态所选择出的复原系数进一步根据点像的状态进行了校正的复原系数。
上述摄像系统还可以具有取得复原系数的复原系数取得单元。
上述第2透镜组中的位于最靠近像侧的透镜面，可以具有轴外曲点，或在该透镜面的中心部向像侧呈凹面而在周边部向像侧呈凸面，满足下述条件式(1)。
0.5H＜h＜H……(1)
其中，
H：第2透镜组中的位于最靠近像侧的透镜面的有效半径，
h：第2透镜组中的位于最靠近像侧的透镜面的从轴外曲点到光轴的距离。
这里，曲点是透镜面上的点，该点的切面与光轴C(Z轴)垂直时，将该点称为曲点。而且，将与透镜面上的光轴相交的点以外的曲点称为轴外曲点。
上述摄像透镜可以由3片单透镜构成。
上述第1透镜组可以由2片单透镜构成，第2透镜组由1片单透镜构成，构成第1透镜组的2片单透镜中的位于物侧的单透镜具有正的光焦度、且该单透镜的物侧的透镜面在物侧呈凸面，另外能够将2片单透镜中的位于像侧的单透镜形成为该单透镜的像侧的透镜面在像侧呈凸面。
上述摄像透镜可以由4片单透镜构成。
上述第1透镜组可以由3片单透镜构成，第2透镜组可以由1片单透镜构成，构成第1透镜组的3片单透镜中的位于最靠近物侧的第1片单透镜具有正的光焦度、且该单透镜的物侧的透镜面在物侧呈凸面，3片单透镜中的与上述第1片单透镜相邻的第2片单透镜具有负的光焦度、且该第2片单透镜的像侧的透镜面在像侧呈凸面，3片单透镜中的位于最靠近像侧的第3片单透镜具有正的光焦度。
本发明的摄像装置的特征在于，具有上述摄像系统。
本发明的移动终端设备的特征在于，具有上述摄像系统。
本发明的车载设备的特征在于，具有上述摄像系统。
本发明的医疗设备的特征在于，具有上述摄像系统。
投影到上述受光面上的点像的有效区域的最大直径可以是投影到受光面上的点像的有效区域包含最多的受光像素的方向上的该有效区域的直径，上述“点像的有效区域的最大直径成为涉及3像素以上的大小那样的结构”可以是“在点像的有效区域包含最多的受光像素的方向上，该有效区域成为涉及受光像素的3像素以上的大小的结构”。
上述“点像的有效区域”意味着具有表示点像的光强分布中的峰值强度的1/e2(大约13.5％)以上的光强的区域。
此外，上述“复原处理”可以采用(日本)特开2000—123168号报、0002～0016段中介绍的图像复原处理等。并且，在复原处理的实施中，可以应用后述的非专利文献[鷲沢嘉一、山下幸彦著，题目“KernelWiener Filter”，2003 Workshop on Information-Based InductionSciences，(IBIS2003)，Kyoto，Japan，Nov 11-12，2003]的技术等。
此外，上述“离开摄像透镜的焦距的10倍以上的位置”表示“将构成摄像透镜的透镜面中的最靠近被摄体侧(物侧)的面和该摄像透镜的光轴相交的位置作为基准位置，从该基准位置沿着该摄像透镜的光轴方向(Z轴方向)向被摄体侧离开焦距的10倍以上的位置”。
本发明的摄像系统，将摄像透镜形成为从物侧起依次具有：由至少1片透镜构成的、具有正的光焦度的第1透镜组，以及由至少1片透镜构成的、位于最靠近像侧的透镜具有负的光焦度的第2透镜组；将摄像透镜和 摄像元件构成为：对于从任意位置通过摄像透镜投影到受光面上的点像，也使得该点像的有效区域的最大直径成为涉及受光像素的3像素以上的大小，对于从摄像元件输出的第1图像数据实施在该摄像透镜的分辨率高时生成与从摄像元件输出的第1图像数据同等的第2图像数据那样的复原处理，所以能够容易地提高对投影到受光面上的光学像进行拍摄得到的图像数据的质量。
即，在本发明的摄像系统中，可以利用分辨率低的摄像透镜，得到与拍摄通过具有高于该摄像透镜的分辨率的摄像透镜投影的光学像而得到的图像同等的图像。例如，可以使通过摄像透镜投影的点像的有效区域涉及受光面上的纵向3像素及横向3像素的合计9像素。并且，对于拍摄该涉及合计9像素的点像而从摄像元件输出的第1图像数据实施复原处理，使得在例如点像的有效区域收敛于受光面上的1像素的区域内时，生成与从摄像元件输出的第1图像数据(即，在摄像透镜的分辨率高时从摄像元件输出的第1图像数据)同等的第2图像数据，因此，能够得到以比第1图像数据表示的图像的分辨率高的分辨率表示相同的图像的第2图像数据。
而且，在该摄像系统中，也可以对从任意位置通过摄像透镜投影到受光面上的光学像实施上述复原处理，所以可以提高第1图像数据表示的图像整体的分辨率。即，第2图像数据表示的图像中的任意区域的分辨率也可以高于第1图像数据表示的图像的分辨率。
这样，与如过去那样提高摄像系统的制作精度(加工、组装、调节精度等)来提高摄像透镜的分辨率等的情况相比，可以更容易提高图像数据的质量。
此外，将摄像透镜构成为，若对于从离开该摄像透镜的焦距的10倍以上的X、Y、Z方向的任意位置通过该摄像透镜投影到受光面上的被摄体的光学像，也使得与该光学像有关的MTF特性的值成为正，则对于表示离开摄像透镜的焦距的10倍以上的位置的被摄体的第1图像数据也可以进一步可靠地提高其质量。
此外，若信号处理单元将由受光面上的纵向3像素以上及横向3像以上构成的涉及合计9像素以上的像素区域作为最小单位进行上述复原处理；则可以更可靠地实施复原处理。
而且，若信号处理单元将包含投影到受光面上的点像的全部有效区域的最小像素区域作为最小单位执行复原处理，则能够抑制复原处理的运算量的增大，可以高效地实施复原处理。
此外，若信号处理单元执行复原处理，使得表示第2图像数据所示的图像中的点像的有效区域的大小小于表示第1图像数据所示的图像中的上述点像的有效区域的大小，则可以更可靠地提高图像数据的质量。
这里，若信号处理单元利用与第1图像数据表示的点像的状态(以下还称为点像的模糊状态)对应的复原系数来执行复原处理，则能够得到通过对上述点像的模糊状态进行准确校正而成的第2图像数据，所以可以更可靠地提高图像数据的质量。
而且，还将“点像的状态”称为“点像的模糊状态”，其理由在于，通过摄像透镜投影到受光面上的点像、及拍摄该点像而得到的第1图像数据表示的点像，因图像透镜像差的影响等，而其质量与对应于该点像的物点即被摄体相比有些劣化。即，在例如被摄体为分辨率图表时，通过摄像透镜投影到受光面上的分辨率图表的像、及拍摄该分辨率图表的像而得到的第1图像数据表示的分辨率图表的图像的分辨率，低于作为被摄体的分辨率图表的分辨率。并且，该“点像的状态”或“点像的模糊状态”主要表示点像的分辨率的劣化状态。
此外，若复原系数按每个摄像系统对该摄像系统单独求出，则可以更准确地求出可提高图像数据的质量的复原系数。
此外，若复原系数是从与分为多个种类的点像的各模糊状态对应的各复原系数的候补中按照第1图像数据表示的点像的模糊状态所选择出的，则与对每个摄像系统单独求出复原系数的情况相比，可以更容易取得复原系数。
而且，若复原系数是从与分为多个种类的该点像的各模糊状态对应的多种复原系数的候补中按照第1图像数据表示的点像的模糊状态所选择出 的复原系数进一步根据点像的模糊状态进行了校正的复原系数，则与对每个摄像系统单独求出复原系数的情况相比，可以抑制求出复原系数时的精度下降的同时更容易取得该复原系数。
此外，若摄像系统具有取得复原系数的复原系数取得单元，则可以更可靠地取得复原系数。
另外，若第2透镜组中的位于最靠近像侧的透镜面具有轴外曲点，或在中心部向像侧呈凹面而在周边部向像侧呈凸面，或满足下述条件式(1)即式0.5H<h<H，则可以更可靠地提高摄像透镜的焦阑性，所以可以更可靠地提高表示被摄体的第1图像数据的质量。
此外，若摄像透镜仅由3片单透镜构成，而且，第1透镜组由2片单透镜构成，第2透镜组由1片单透镜构成，构成第1透镜组的2片单透镜中的位于物侧的单透镜具有正的光焦度、且该单透镜的物侧的透镜面在物侧呈凸面，并且2片单透镜中的位于像侧的单透镜是该单透镜的像侧的透镜面在像侧呈凸面，则可以更可靠地提高摄像透镜的焦阑性，所以能够更可靠地提高表示被摄体的第1图像数据的质量。
这里，若摄像透镜仅由4片单透镜构成，而且，第1透镜组由3片单透镜构成，第2透镜组由1片单透镜构成，构成第1透镜组的3片单透镜中的位于最靠近物侧的第1片单透镜具有正的光焦度、且该单透镜的物侧的透镜面在物侧呈凸面，3片单透镜中的与上述第1片单透镜相邻的第2片单透镜具有负的光焦度、且该第2片单透镜的像侧的透镜面在像侧呈凸面，3片单透镜中的位于最靠近像侧的第3片单透镜具有正的光焦度，则与上述同样地可以更可靠地提高摄像透镜的焦阑性，所以能够可靠地提高表示被摄体的第1图像数据的质量。
本发明的各摄像装置、移动终端设备、车载设备、医疗设备具有上述摄像系统，因此，如上所述，可以容易提高对投影到受光面的光学像进行拍摄得到的图像数据的质量。
附图说明
图1是表示本发明的摄像系统的简要结构的框图。
图2(a)是表示点像的光强分布的图，图2(b)是表示投影到受光面的点像的图。
图3(a)是在第1图像数据表示的图像中所示的点像的图像的图，图3(b)是在第2图像数据表示的图像中所示的点像的图像的图。
图4(a)是表示在摄像透镜的分辨率高时投影到受光面上的点像的光强分布的图，图4(b)是在摄像透镜的分辨率高时会投影到受光面的点像的图。
图5是表示在沿光轴方向移动物点时投影到受光面上的该物点的光学像即点像的有效区域的最大直径的变化的图。
图6是表示在沿光轴方向移动物点时投影到受光面上的与该物点的光学像有关的MTF特性的值(％)的变化的图。
图7是表示第2例的复原系数取得装置的图。
图8是表示第3例的复原系数取得装置的图。
图9是表示在内部具有复原系数取得装置的摄像系统的图。
图10是表示在信号处理部的内部具备复原系数取得装置的摄像系统的图。
图11是表示配置在实施例1的摄像系统中的摄像透镜的概略结构的截面图。
图12是表示实施例1中在使受光面散焦时的MTF特性的值的变化的图，图12(a)是表示20根/mm的空间频率的MTF特性的值的变化的图，图12(b)是表示30根/mm的空间频率的MTF特性的值的变化的图，图12(c)是表示40根/mm的空间频率的MTF特性的值的变化的图，图12(d)是表示50根/mm的空间频率的MTF特性的值的变化的图。
图13是表示配置在实施例2的摄像系统中的摄像透镜的简要结构的截面图。
图14是表示实施例2中在使受光面散焦时的MTF特性的值的变化的图，图14(a)是表示20根/mm的空间频率的MTF特性的值的变化的图，图14(b)是表示30根/mm的空间频率的MTF特性的值的变化的图，图14(c)是表示40根/mm的空间频率的MTF特性的值的变化的 图，图14(d)是表示50根/mm的空间频率的MTF特性的值的变化的图。
图15是表示配置在实施例3的摄像系统中的摄像透镜的简要结构的截面图。
图16是表示实施例3中在使受光面散焦时的MTF特性的值的变化的图，图16(a)是表示20根/mm的空间频率的MTF特性的值的变化的图，图16(b)是表示30根/mm的空间频率的MTF特性的值的变化的图，图16(c)是表示40根/mm的空间频率的MTF特性的值的变化的图，图16(d)是表示50根/mm的空间频率的MTF特性的值的变化的图。
图17是涉及实施例1的摄像透镜的像差的图。
图18是涉及实施例2的摄像透镜的像差的图。
图19是涉及实施例3的摄像透镜的像差的图。
图20是表示配置在比较例的摄像系统中的摄像透镜的简要结构的截面图。
图21是表示在使受光面散焦时的MTF特性的值的变化的图，图21(a)是表示20根/mm的空间频率的MTF特性的值的变化的图，图21(b)是表示30根/mm的空间频率的MTF特性的值的变化的图，图21(c)是表示40根/mm的空间频率的MTF特性的值的变化的图，图21(d)是表示50根/mm的空间频率的MTF特性的值的变化的图。
图22是表示搭载了具有摄像系统的车载设备的汽车的图。
图23是表示具有摄像系统的移动终端设备即移动电话机的图。
图24是表示具有摄像系统的医疗设备即内窥镜装置的图。
图中：10-摄像透镜，20-摄像元件，21-受光面，30-系数存储部，40-信号处理部，70A-第1例的复原系数取得装置，70B-第2例的复原系数取得装置，70C-第3例的复原系数取得装置，72-理想点像存储部，76-判断部，78-复原系数取得部，79-候补系数存储部，100-摄像系统，G1-第1图像数据，G2-第2图像数据，F-复原处理，P1-点像，K-复原系数，Dr-设计数据、理想点像状态数据，Dk-系数数据。
具体实施方式
下面，利用附图对本发明的实施方式进行说明。图1是表示本发明的摄像系统的简要结构的框图。
[关于摄像系统的结构]
以下对摄像系统的结构进行说明。
图1所示的本发明的摄像系统100是具有：摄像透镜10；摄像元件20，具有二维状排列多个受光像素而构成的受光面21，且对通过摄像透镜10投影到受光面21上的被摄体的光学像P1进行拍摄，并输出表示该被摄体的第1图像数据G1；及信号处理部40，对第1图像数据G1实施在摄像透镜10的分辨率高时生成与从摄像元件20输出的第1图像数据G1同等的第2图像数据G2的复原处理。
摄像透镜10从被摄体侧(物侧)起依次具有：至少由1片透镜构成的、具有正的光焦度的第1透镜组；及至少由1片透镜构成的、且位于最靠近像侧的透镜具有负的光焦度的第2透镜组。
摄像透镜10和摄像透镜元件20构成为，关于从X、Y、Z方向的任意的位置通过摄像透镜10投影到受光面21上的点像(P1)，也使得该点像(P1)的有效区域的最大直径成为涉及受光像素的3像素以上的大小。
这里，投影到受光面21上的点像的有效区域的最大直径是投影到受光面21上的点像P1的有效区域在包含最多的受光像素的方向上的该点像P1的有效区域的直径。
而且，在图1中用箭头Z表示的方向是摄像透镜10的光轴方向，用箭头X、Y表示的方向是与受光面21平行的方向。
在摄像系统100的外部设有复原系数取得装置70A，该复原系数取得装置70A取得与由从摄像元件20输出的第1图像数据G1表示的点像P1的模糊状态对应的复原系数K。上述信号处理部40利用复原系数取得装置70A取得的复原系数K实施复原处理F。
这里，摄像系统100可以具有存储复原系数取得装置70A取得的复原系数K的系数存储部30，但是该系数存储部30可以内置在信号处理部40中。而且，在摄像系统100并不一定需要设置系数存储部30。
上述复原系数取得装置70A具有：理想点像存储部72，预先存储有在包含摄像透镜10的光学系统中完全没有误差时的与点像有关的设计数据或与优越于它的理想点像状态有关的理想点像状态数据中的任一个数据Dr；点像模糊状态取得部73，用于取得由从摄像元件20输出的第1图像数据G1表示的点像P1的模糊状态的模糊点像状态数据Db；以及复原系数取得部78A，输入由该点像模糊状态取得部73得到的表示上述点像P1的模糊状态的模糊点像状态数据Db及存储在理想点像存储部72中的设计数据或理想点像状态数据即数据Dr，并通过利用两者的运算而取得表示与上述第1图像数据G1表示的点像P1的模糊状态对应的复原系数K的系数数据Dk，且将该系数数据Dk表示的复原系数K存储在系数存储部30中。
此外，用于本发明的摄像系统的摄像透镜不限于必定通过该摄像透镜将光学像“准确”成像在受光面上的摄像透镜，即使是通过摄像透镜将光学像“未准确”成像在受光面上的摄像透镜也可以采用，因此在本发明中采用通过摄像透镜而将光学像“投影”在受光面上的摄像系统并对其进行说明。“未成像”状态虽然可以解释为所谓模糊的像，但是包括例如由制造误差引起的生成比本来的点像更扩散的点像的状态、或由于设计性的制约条件(光学系统的大小或成本)只能提供比设计值自身本来想得到的点像大的点像的状况。
此外，如上所述，主要表示点像的分辨率的劣化状态的模糊点像状态数据Db，例如可以表示点像P1的有效区域的大小或点像P1的受光面上的亮度分布(在图像中的浓度分布)等。
[关于摄像系统的作用]
接着，对上述摄像系统的作用进行说明。
首先，对由复原系数取得装置求出复原系数而将该复原系数存储在系数存储部时的一例进行说明。
通过摄像透镜10投影到受光面21上的被摄体的光学像由摄像元件20拍摄，从摄像元件20输出的表示上述被摄体的第1图像数据G1被输入到点像模糊状态取得部73。
输入了第1图像数据G1的点像模糊状态取得部73对第1图像数据G1表示的点像的模糊状态进行分析并输出表示其分析结果的模糊点像状态数据Db。
复原系数取得部78A，输入从点像模糊状态取得部73输出的模糊点像状态数据Db及预先存储在理想点像存储部72中的设计数据或作为理想点像状态数据的数据Dr，并通过利用两者的运算而取得与点像P1的模糊状态对应的复原系数K，且输出表示该复原系数K的系数数据Dk。
从复原系数取得部78A输出的表示复原系数K的系数数据Dk被输入到系数存储部30，且在该系数存储部30存储系数数据Dk表示的复原系数K。
并且，作为实现点像模糊状态取得部73的功能的例子，举出后述的D×O Labs公司(法国)制造的D×O分析仪(analyser)。若采用该D×O分析仪，可以通过对摄像元件20所输出的第1图像数据G1进行分析来求出投影受光面21上的点像P1的模糊状态。
[关于复原处理]
接着，说明利用存储在系数存储部30的复原系数K对从摄像元件20输出的第1图像数据进行复原处理F而取得分辨率比由第1图像数据表示的图像更高的图像的第2图像数据的情况。而且，在下面的说明中，主要说明对表示点像的第1图像数据实施复原处理F的情况。
图2(a)是在纵轴表示光强E、横轴表示受光面上的X方向的位置的坐标上表示点像的光强分布的图。图2(b)是在纵轴表示受光面上的Y方向的位置、横轴表示受光面上的X方向的位置的坐标上，表示构成受光面的受光像素的各像素区域(图中用符号Rg表示)和投影到该受光面的点像的图；图3(a)是在第1图像数据表示的图像中所示的点像的图像的图；图3(b)是在第2图像数据表示的图像中所示的点像的图像的图。并且，图3(a)和图3(b)分别表示的图像中的像素区域(图中用符号Rg′表示)各自的大小相互一致。并且，构成受光面21的受光像素的各像素区域Rg与第1图像数据G1或第2图像数据G2表示的图像中的图像区域Rg′成为相互对应的区域。
此外，图4(a)是在纵轴表示光强E、横轴表示受光面上的X方向的位置的坐标上，表示在摄像透镜10的分辨率高时会投影到受光面21上的点像的光强分布的图。此外，这还可以考虑为与光学系统无关地表示理想的点像状态。图4(b)是在纵轴表示受光面上的Y方向的位置、横轴表示受光面上的X方向的位置的坐标上，表示构成受光面的受光像素的各像素区域(图中用符号Rg表示)及在摄像透镜10的分辨率高时会投影到受光面21上的点像P2的图。
通过摄像透镜10被投影到受光面21上的光学像即点像P1的有效区域R1的最大直径M1，如图2(b)所示那样是涉及构成受光面21的受光像素的连续的3像素的大小。此外，该有效区域R1是由受光面21上的纵向3像素及横向3像素构成的涉及合计9像素的区域。即，有效区域R1是占有构成受光面21的受光像素的9像素部分(3像素×3像素)的区域。
此外，如图2(a)所示，点像P1的有效区域R1是具有表示点像P1的光强分布H1中的峰值强度Ep1的1/e2以上的光强的区域。
投影到上述受光面21上的点像P1由摄像元件20拍摄，表示该点像P1的第1图像数据G1从摄像元件20输出。
如图3(a)所示，与该第1图像数据G1表示的图像Zg1中所示的上述点像P1对应的图像P1′仍表示为该有效区域R1′在图像中涉及9像素部分(3像素×3像素)的图像。
接着，输入了该图像数据G1的信号处理部40对第1图像数据G1执行利用复原系数K1的复原处理F而得到第2图像数据G2。
如图3(a)、(b)所示，与上述第1图像数据G1表示的点像的图像P1′对应的第2图像数据G2表示的图像Zg2中的点像的图像P2′，该图像P2′的有效区域R2′与上述第1图像数据G1表示的图像Zg1中的点像的图像P1′的有效区域R1′相比而减小。因此，在图像Zg2中表示的点像图像P2′的最大直径M2′(图像区域Rg′的3像素部分的区域)与图像Zg1中表示的点像的图像P1′的最大直径M1′(图像区域Rg′的1像素部分的区域)相比也减小。
即，该图3(b)所示的第2图像数据G2表示的点像的图像P2′，与对在摄像透镜10的分辨率高时会投影到受光面21上的点像P2(参照图4)进行拍摄的、且从摄像元件20输出的第1图像数据所表示的点像的图像成为同等的图像。
更具体地，对拍摄通过摄像透镜10投影到受光面21上的有效区域R1涉及9像素部分的点像P1(参照图2(a)、(b))的、且从摄像元件20输出的第1图像数据G1实施利用上述复原系数K的复原处理F而得到的第2图像数据G2所表示的点像的图像P2′(参照图3(b))，与对摄像透镜10的分辨率提高时预计投影到受光面21上的点像P2(有效区域R2的最大直径M2包含在一个像素区域Rg中，参照图4(a)、(b))进行拍摄的、且从摄像元件20输出的第1图像数据G1所表示的点像的图像成为同等的图像。
而且，图4(a)、(b)所示的受光面21上的一个像素区域Rg所包含的点像P2的有效区域R2，与上述点像P1的情况同样，是具有点像P2表示的光强分布H2中的峰值强度Ep2的1/e2以上的光强的区域。这里，点像P2的有效区域R2是包含在一个像素区域Rg中的大小。
这样，对第1图像数据实施复原处理而得到的第2图像数据所表示的图像的分辨率，可以高于第1图像数据表示的图像的分辨率。
此外，通过该复原处理F，可以得到与扩大摄像透镜10的景深时得到的图像相同的图像，所以上述复原处理还称为实质上放大摄像透镜10的景深的处理。
并且，在基于信号处理部40的、利用与第1图像数据G1表示的点像P1的状态对应的复原系数K的复原处理F中，可以采用上述的特开2000—123168号公报中第0002～0016段所介绍的图像复原处理等。
在上述说明中对拍摄点像的情况进行了说明，但是，通过摄像透镜10投影到受光面21上的被摄体的光学像被考虑为表示被摄体的点像的集合，所以无论拍摄的被摄体是哪种物体，也可以对上述第1图像数据实施复原处理而生成以高于该第1图像数据表示的图像的分辨率表示图像的第2图像数据。
[关于摄像系统的性能]
接着，对上述摄像系统100所使用的由摄像透镜10和摄像元件20构成的摄像系统的性能进行说明。
图5是在横轴以对数刻度(m)表示从摄像透镜到物点的光轴方向的距离U、纵轴表示与在受光面上连续排列的像素区域的数量(N)对应的长度的坐标上，示意地示出沿光轴方向移动物点时与投影到受光面上的该物点对应的点像的有效区域的最大直径的变化的图。
这里，将物点从大致与摄像透镜接触的近点的位置(接近到大约0.01m的位置)移动到相对于摄像透镜大致无限远的远点的位置(大约相距10m的位置)。
由图5中的系列A—1、A—2、A—3表示的3种曲线(实线)，示意地示出通过本发明的摄像系统的摄像透镜10投影到受光面21上的互不相同的特定区域(相互之间像高不相同的受光面上的特定区域)的各点像的有效区域的最大直径的变化。此外，图5中的系列Aw所表示的曲线(虚线)，表示通过现有的摄像系统(例如车载用照相机、移动电话机用照相机、医疗设备用照相机等)所使用的摄像透镜投影到受光面上的点像的有效区域的最大直径的一般变化。
根据图5可知，在现有的摄像系统中，通过将物点投影在受光面21上而成的点像的有效区域的最大直径，随着物点沿光轴方向的移动，从涉及1像素部分的大小到30像素部分的大小为止而变化很大。
另一方面，通过本发明的摄像系统100具备的摄像透镜10而将物点投影到受光面21上形成的点像的有效区域的最大直径，对于系列A—1、A—2、A—3中的任一个均是涉及3像素部分以上、10像素部分以下的大小。即，与从摄像透镜10到物点的距离无关、且与所投影的点像在受光面上的位置(例如受光面上的像高)无关，该受光面上的点像的有效区域的大小的变动较少。而且，对于从X、Y、Z方向的任一位置即从三维空间的任一位置通过摄像透镜10投影到受光面上的点像，也可以说成其点像的有效区域的大小变动较少。
图6是在横轴以对数刻度(m)表示从摄像透镜到物点为止的光轴方向的距离U、纵轴表示MTF特性的值(％)的坐标上，示意地示出沿光轴方向 移动物点时与投影到受光面上的上述物点的光学像有关的MTF特性的值(％)的变化的图。
这里，将物点从大致与摄像透镜接触的近点的位置(接近到大约0.01m的位置)移动到相对于摄像透镜大致无限远的远点的位置(大约相距10m的位置)。
由图6中的系列B—1、B—2、B—3表示的有关本发明的摄像系统的3种曲线(实线)，示意地示出通过摄像透镜10投影到受光面上的互不相同的特定区域(像高互不相同的特定区域)的有关光学像的MTF特性的值(％)的变化。此外，图6中的系列Bw所表示的曲线(虚线)，是表示有关现有的摄像系统与投影到受光面上的光学像有关的MTF特性的值(％)的一般变化。
由图6可知，在现有的摄像系统中，与投影到受光面21上的光学像有关的MTF特性的值(％)从0％到超过80％的值为止而变化很大。而且，在摄像透镜10和物点接近的近点，关于位于比MTF特性的值成为0％的位置更接近摄像透镜10的区域(MTF特性的值从0％折反的区域)的物点，产生伪分辨。此外，在摄像透镜10和物点分离的远点，关于位于比MTF特性的值成为0％的位置更远的区域(MTF特性的值从0％折反的区域)的物点，也产生伪分辨。
另一方面，通过本发明的摄像系统100具备的摄像透镜10投影到受光面21上的光学像有关的MTF特性的值(％)，对于系列B—1、B—2、B—3均为10％以上60％以下的大小，不产生伪分辨。即，与从摄像透镜10到物点为止的距离无关、且与所投影的光学像的受光面上的位置(像高)无关，与投影到受光面上的光学像有关的MTF特性的值的变动减少，也不产生伪分辨。而且，关于从X、Y、Z方向的任意的位置即三维空间的任意位置通过摄像透镜10投影到受光面上的光学像有关的MTF特性也可以说变动较少。
而且，摄像透镜10构成为，关于从离开该摄像透镜10的焦距(例如4～5mm)的10倍以上的X、Y、Z方向的任意的位置通过该摄像透镜10投影到受光面21上的被摄体的光学像，也使得与该光学像有关的MTF特性的值成为正。
此外，就该摄像系统10而言，摄像透镜和摄像元件构成为，例如在关于Z方向被限制在10f以上、关于X、Y方向也限制到某个物体高度的范围内，对于从物空间的X、Y、Z方向的任意位置投影到受光面上的点像，该点像的有效区域的最大直径成为形成涉及摄像元件的受光面的受光像素的3像素以上的大小。
但是，摄像透镜10不限于必须满足该条件的情况，若摄像透镜10和摄像元件20构成为，对于从X、Y、Z方向的任意位置通过该摄像透镜10投影到受光面21上的点像，也使得该点像的有效区域的最大直径成为涉及受光面上的受光像素的3像素以上的大小，就能够得到提高从摄像元件20输出的图像数据的质量的效果。
如上所述，根据本发明的摄像系统，如过去那样在摄像系统所输出的第1图像数据表示的图像的分辨率不足能够单纯地仅对该第1图像数据实施复原处理(图像处理)而得以补偿。也就是，通过对第1图像数据的复原处理能够获得表示具有预定的分辨率的图像的第2图像数据，所以对投影到受光面上的光学像进行拍摄而得到的图像数据的质量就容易得到提高。
[关于复原系数取得装置的作用]
下面，对复原系数取得装置70A的作用详细地进行说明。
作为复原系数取得装置70A的功能需要：
(1)点像测量、判断画面内均匀性
(2)导出提供最佳的复原处理的系数组(复原系数)
(3)记录最佳的系数组
对各功能进行更详细的说明。
(1)是在各摄像透镜和摄像元件的组合中，实际测量、判断成像性能(分辨率)的功能。作为基于从摄像元件得到的电信号(第1图像数据)测量光学点像的机构，有市售的法国D×O公司的D×O分析仪。其是利用了D×O公司提倡的表示所谓B×U的模糊的概念的机构，所以可以根据来自数字照相机的输出信号求出点像(光学点像、图像处理后点像均可求出)。
具体地，该D×O分析仪通过对拍摄某个指定的图表(在白底上排列无数个黑圆点的图表)而得到的图像数据(第1图像数据)进行分析，来计算摄像元件的受光面上的任意的点处的点像大小(http://www.dxo.com/jp/image_quality/dxo_analyzer)。
而且，测量光学点像的机构只要是可以根据来自数字照相机(即传感器)的输出信号计算点像的测量机构即可，不问其形式。
另一方面，在按照光学设计值的情况下的点像的大小可以由设计该光学系统的工具计算，所以通过比较由该计算得到的“设计值点像”和由D×O分析仪等的测量器测量的“测量点像”的大小，可以判断测量点像从设计值偏移何种程度。例如，在光学部件有组装误差情况下的测量点像的大小，多半与设计值点像相比变大。此外，投影到摄像元件的受光面上的点像的有效区域的形状或亮度分布本来形成点对称的形状或分布，但是若摄像透镜倾斜或其轴偏移，则局部地产生前模糊、后模糊，成为所谓的“单模糊状态”。通过比较上述“设计值点像”和“测量点像”求出这种距设计值的偏离，进而可以判断是否能说是正如设计值。此外，即使不拘泥于设计值点像，也可以任意地定义理想状态，比较其理想状态(“理想点像”)和“测量点像”来判断其差异。
(2)是执行以核维纳滤波器(Kernel Wiener Filter)为基本的复原处理，且通过计算求出使上述“测量点像”接近“设计值点像”或“理想点像”的系数组(复原系数)的阶段。核维纳波滤器如文献(鷲沢嘉一、山下幸彦著，题目“Kernel Wiener Filter”，2003 Workshop onInformation-Based Induction Sciences，(IBIS2003)，Kyoto，Japan，Nov 11-12，2003)所示，作为在原信号经过某些滤波而与噪声一起被观测时从包含噪声的观测信号中推算原信号的技术方法，被广泛使用。这里，若将原信号设为“被拍摄的物体”，作为滤波系统设为“摄像透镜+摄像元件”，将观测信号设为“图像信号(第1图像数据)”，并且将噪声设为“设计值点像(或者理想点像)和测量点像的差异”，则可以应用核维纳滤波器推算“被拍摄的物体”。
若实物的“摄像透镜+摄像元件”没有一切误差原因，则所拍摄的物体就应当是图像信号，在经过该复原处理之后原理上得到理想的“图像信号(第2图像数据)”。实际上，还存在基于原来的(1)的测量误差等，噪声成分未被全部除去而残留一部分，但是测量点像接近设计值点像或理想的点像的事实是可靠的，作为最终的图像的品质得到提高。
具体地，在由于某种误差原因而光学点像大于设计值、或者在成像面内不均匀的情况下，也可以通过复原处理将该点像校正为较小、或者在成像面内均匀化，从而可以确保经得起实用的性能。此外，在不仅是基于制造的误差原因、不得不具有设计上较低的性能(光学点像大于元件间距)的光学系统中，也可以通过校正点像提高外观上光学性能。若追求该外观上的光学性能提高，则有可能超越理论上所示的极限分辨率，所以在考虑到近年来的像素尺寸的小型化的倾向时非常有用。
这里，极限分辨率由爱里斑的大小给出，无像差透镜的点像强度的有效区域(峰值强度×(1/e2))的半径Re、及成为强度零的半径Rc由以下式规定。作为摄像元件所使用的最近的CMOS元件的像素间距为2.2微米、1.75微米，今后预计1.4微米、1.0微米成为主流。作为例子，若以F2.8、波长550nm计算Re及Rc，则分别为：
Re(点像强度的有效区域的半径)＝0.82λF＝0.82×2.8×550×0.001＝1.26微米(点像强度的有效区域的直径2.52微米)
Rc(点像强度成为零的半径)＝1.22λF＝1.22×2.8×550×0.001＝1.88微米(点像强度成为零的直径3.76微米)，
而像素间距已经超过衍射极限。
衍射极限以无像差为前提，但是现实的光学系统没有无像差的情况，特别是鉴于谋求小型化、低成本化，像差反而残留，不得已具有妥协的性能。基于核维纳滤波器的复原处理，在这种状况下，也可以将作为最终的图像的品质提高到实用性的程度。
上述的复原处理设想在某个特定的像面上或其很近处(前模糊后模糊的范围)执行，但是在与摄影距离的变动对应的散焦方向的无数的像面组 中，若考虑消除测量点像和设计值点像的差的复原处理，则可以扩大焦点深度。
在复原处理的执行中，应消除的噪声成分根据各“摄像透镜+摄像元件”各式各样，希望对每个“摄像透镜+摄像元件”的组合进行最佳的复原处理。但是，复原处理自身的算法相同即可，因此参照的“系数组”最佳即可。
(3)是实际上使“摄像透镜+摄像元件”的组组合“最佳的系数组”的阶段。为此，应当在某个记录介质中存储用于执行最佳的复原处理的系数组且将它加到“摄像透镜+摄像元件”的组中。因此，需要记录过程。
这样，通过将摄像系统作为“摄像透镜+摄像元件+记录介质”的组而使用，从而光学性的点像(也称光学点像)被校正为适合用途的形式，最终可以得到良好的品质的图像。具体地，提供一种即使因某种理由(制造公差、原来的设计值低)而分辨率不满足但作为处理后的图像也可实现满足的分辨率的机构。此外，还可以提供与各摄像透镜和摄像元件的组的特性一致的焦点深度扩大机构。
[关于复原系数取得装置的变形例]
下面，对复元系数取得装置的变形例进行说明。
在系数存储部30中存储有与由从摄像元件输出的第1图像数据表示的点像的模糊状态对应的复原系数K1的复元系数取得装置可以构成为：与上述第1例的复元系数取得装置70A不同的、下面说明的第2例的复元系数取得装置70B或第3例的复原系数取得装置70C。
图7是表示第2例的复原系数取得装置70B的图，该复原系数取得装置70B在系数存储部存储从与分为多个种类的点像的各模糊状态对应的各复原系数的候补中按照第1图像数据表示的点像的模糊状态所选择出的复原系数。
如图7所示，该复原系数取得装置70B具有：候补系数存储部79，存储有与预先分为多个种类的点像的各模糊状态对应的各复原系数的候补K1、K2…；点像模糊状态取得部73，取得通过摄像透镜10投影到受光面21上的 点像P1的模糊状态；及复原系数取得部78B，在上述复原系数的候补K1、K2…之中选择与上述第1图像数据G1表示的点像P1的模糊状态对应的复原系数(例如K1)，将该复原系数K1存储在系数存储部30中。
该复原系数取得装置70B由点像模糊状态取得部73取得表示点像的模糊状态的模糊点像状态数据Db，复原系数取得部78B从存储在候补系数存储部79中的复原系数的候补K1、K2…中选择与模糊点像状态数据Db表示的点像P1的模糊状态对应的复原系数(例如K1)，将表示该复原系数K1的系数数据Dk输出到系数存储部30中进行存储。
即，在系数存储部30中存储从与分为多个种类的点像的各模糊状态对应的各复原系数的候补K1、K2…中按照第1图像数据G1表示的点像的模糊状态所选择出的复原系数。
图8是表示第3例的复原系数取得装置70C的图，该复原系数取得装置70C在系数存储部存储：从与分为多个种类的点像的各模糊状态对应的多种复原系数的候补中按照第1图像数据表示的该点像的模糊状态所选择出的复原系数进一步根据点像的模糊状态进行了校正的已校正的复原系数。
如图8所示，该复原系数取得装置70C具有：候补系数存储部79，存储有与预先分为多个种类的点像的各模糊状态对应的各复原系数的候补K1、K2…；理想点像存储部72，预先存储有在摄像透镜10的分辨率高时与通过该分辨率高的摄像透镜投影到受光面21上的理想的点像P1有关的设计数据或理想点像状态数据即数据Dr；点像模糊状态取得部73，取得通过摄像透镜10投影到受光面21上的点像P1的模糊状态；及复原系数取得部78C，从上述复原系数的候补K1、K2…中选择与上述点像P1的模糊状态对应的复原系数(例如K1)，并取得表示通过利用上述点像P1的模糊状态及预先存储在理想点像存储部72中的点像的设计数据或理想点像状态数据即数据Dr的运算对该复原系数K1进行校正而成的已校正的复原系数K1′的系数数据Dk(K1′)，将该系数数据Dk(K1′)表示的已校正的复原系数K1′存储在系数存储部30中。
该复原系数取得装置70C由点像模糊状态取得部73取得表示通过摄像透镜10投影到受光面21上的点像P1的模糊状态的模糊状态数据。复原系数 取得部78B从候补系数存储部79中存储的复原系数的候补K1、K2…中选择与上述点像P1的模糊状态对应的复原系数(例如K1)。而且，取得通过利用上述点像P1的模糊状态及预先存储在理想点像存储部72中的点像的设计数据或理想点像状态数据即数据Dr的运算对该复原系数K1进行校正而成的已校正的复原系数K1′，并将该已校正的复原系数K1′存储在系数存储部30中。
即，在系数存储部30中存储：从与分为多个种类的点像的各模糊状态对应的多种复原系数的候补中按照第1图像数据G1表示的点像P1的模糊状态所选择出的复原系数(例如K1)进一步实施对应于上述模糊状态的校正的已校正的复原系数K1′。
而且，如图9所示，本发明的摄像系统可以是将与复原系数取得装置70A、70B或70C等具有相同的功能的复原系数取得装置70或系数存储部30设置在上述摄像系统的壳体内的摄像系统100′。
而且，如图10所示，本发明的摄像系统也可以是设有内置上述复原系数取得装置70或系数存储部30的信号处理部40′的摄像系统100″。即，可以使信号处理部40′兼作复原系数取得装置70。
[关于各构成因素的变形例]
下面，对摄像系统的构成因素的变形例进行说明。
此外，不限于信号处理单元将受光面上的由纵向3像素以上及横向3像素以上的涉及合计9像素以上的像素区域作为最小单位进行复原处理的情况，也可以将由纵向小于3像素或横向小于3像素构成的涉及小于合计9像素的像素区域作为最小单位进行复原处理。
此外，不限于信号处理部通过利用表示点像的模糊状态的第1图像数据的运算求出复原系数的情况，也可以通过其它方式求出复原系数。
此外，不限于信号处理部将包含投影到受光面上的点像的全部有效区域的最小的像素区域作为最小单位执行复原处理的情况，也可以将包含全部有效区域但不是最小的像素区域作为最小单位执行复原处理。
而且，不限于信号处理部执行复原处理以使得第2图像数据表示的图像中的点像的有效区域的大小小于第1图像数据表示的图像中的点像的有 效区域的大小的的情况，还可以是执行复原处理以使第1图像数据表示的图像中的点像的有效区域的大小大于等于第2图像数据表示的图像中的点像的有效区域的大小的情况。
而且，具有上述摄像系统的本发明的摄像装置、移动终端设备、车载设备、及医疗设备等的要求景深深的装置，各装置中设置的摄像系统对投影到受光面的光学像进行拍摄而获得的图像数据的质量就能够与上述同样地容易得以提高。
图22是表示搭载了具有摄像系统的车载设备的汽车的图。
如图22所示，具有本发明的摄像系统的车载设备502～504可以搭载于汽车501等上使用。该汽车501具有用于拍摄助手席侧的侧面的死角范围的车外摄像机即车载设备502、用于拍摄汽车1的后侧的死角范围的车外摄像机即车载设备503、及安装在内视镜的背面而用于拍摄与驾驶员相同的视野范围的车内摄像机即车载设备504。
图23是表示具有摄像系统的移动终端设备即移动电话机的图。
如图所示，该移动电话机510在移动电话机的壳体511中配置有摄像系统512。
图24是表示具有摄像系统的医疗设备即内窥镜装置的图。
如图所示，观察生物组织525的该内窥镜装置520，在内窥镜装置520的前端部521配置有用于拍摄用照明光La照亮的生物组织525的摄像系统522。
这样，如上所述的具有摄像系统的本发明的摄像装置、移动终端设备、车载设备、及医疗设备，容易与以往公知的摄像装置、移动终端设备、车载设备、及医疗设备具有的现有摄像系统进行更换。即，以往公知的摄像装置、移动终端设备、车载设备、及医疗设备的装置尺寸或形状等不变更，而将这些装置具有的现有摄像系统更换为本发明的摄像系统，也可以构成本申请发明的摄像装置、移动终端设备、车载设备、及医疗设备。
此外，本发明的摄像系统可以构成为仅通过由轴对称形状构成的光学部件将被摄体的光学像投影到受光面上，或者可以构成为通过由非轴对称 形状构成的光学部件而将被摄体的光学像投影到受光面上。而且，上述摄像透镜优选景深深的透镜。即，即使由于被摄体的移动、或摄像透镜的焦点调节等，被摄体的光学像投影到受光面上的状态产生变化，也优选将摄像透镜和摄像元件构成为投影到受光面上的点像的模糊状态的变化减少。更具体地，优选将摄像透镜和摄像元件构成为投影到受光面上的点像的有效区域的大小及对比度的变化减少。但是，摄像系统不限于具备景深深的摄像透镜的情况，也可以具备景深浅的摄像透镜。
此外，用于上述摄像系统的摄像元件可以做成CCD元件、或CMOS元件。
[摄像透镜的透镜结构及作用]
接着，对用于上述摄像系统100的实施例1～3的各摄像系统的结构及作用具体地进行说明。用于上述实施例1～3的各摄像系统的后述的各摄像透镜10A～10C成为上述摄像透镜10的实施例。
而且，上述摄像系统10从被摄体侧(物侧)起依次具有：由至少1片透镜构成的、具有正的光焦度的第1透镜组；及至少由1片透镜构成的、且位于最靠像侧的透镜具有负的光焦度的第2透镜组。
《关于实施例1的摄像系统》
图11是表示实施例1的由4片单透镜构成的摄像透镜10A的简要结构的截面图，图12(a)～(d)是在横轴表示通过摄像透镜10A投影有被摄体的像的受光面的光轴方向(Z轴方向)的散焦量Ud(μm)、纵轴表示MTF特性的值(％)的坐标上，表示在相对于上述摄像透镜使受光面散焦时投影到该受光面上的光学像的MTF特性的值(％)的变化的图。这里，受光面21A的散焦范围是400μm。
更详细地，上述图12(a)～(d)是表示在固定被摄体相对于摄像透镜10A的位置的状态下使受光面21A散焦时的、与投影为各种像高的光学像有关的MTF特性的值(％)的变化的图。图12(a)是表示20根/mm的空间频率的MTF特性的值的变化的图，图12(b)是表示30根/mm的空间频率的MTF特性的值的变化的图，图12(c)是表示40根/mm、图12(d)是表示50根/mm的空间频率的MTF特性的值的变化的图。
而且，就图12所示的表示散焦量的横轴Ud而言，其值增大的方向(Ud的值接近400μm的方向)表示摄像透镜和受光面分离开的方向，其值减小的方向(Ud的值接近0的方向)表示受光面和摄像透镜接近的方向。
如图11所示，摄像透镜10A沿着光轴C(Z轴)从被摄体侧(图中箭头—Z方向侧)依次排列有孔径光阑Sat、第1单透镜La1、第2单透镜La2、第3单透镜La3、第4单透镜La4、光学部件GLa1。而且，图11所示的透镜面R1、R3、R5、R7表示各单透镜La1～La4的入射侧的面，透镜面R2、R4、R6、R8表示各单透镜La1～La4的射出侧的面。通过上述摄像透镜10A将被摄体的光学像投影到受光面21A上。
而且，在受光面21A的被摄体侧，根据摄像系统的结构优选配置盖玻璃、低通滤波器或红外线截止滤波器等，在图11中示出配置这些在设想下的呈平行平板形状的不具有光焦度的光学部件GLa1的例子。此外，孔径光阑Sat不表示其形状或大小，而表示其在光轴Z上的位置。
此外，在图11中，从轴上光线Ja1到以最大视场角入射的轴外光线Ja5，从像高低的一侧起依次示出5个光线Ja1、Ja2、Ja3、Ja4、Ja5。
而且，图12(a)中记载的5条MTF曲线Mta20表示在上述5个光线投影到受光面21A上的各位置处的20根/mm的空间频率的MTF特性的值的变化。图12(b)中记载的5条MTF曲线Mta30表示在与上述相同的各位置处的30根/mm的空间频率的MTF特性的值的变化，图12(c)中记载的5条MTF曲线Mta40也表示在与上述相同的各位置处的40根/mm的空间频率的MTF特性的值的变化，图12(d)中记载的5条MTF曲线Mta50也表示在与上述相同的各位置处的50根/mm的空间频率的MTF特性的值的变化。
此外，在图11所示的构成例子中，示出在第4单透镜La4和受光面21A之间配置光学部件GLa1的例子，但是在各透镜之间也可以配置低通滤波器或截止特定波段的各种滤波器。或者，在从第1单透镜La1到第4单透镜La4的任意透镜的透镜面上施以具有与各种滤波器同样的作用的表面处理(涂敷)。
该摄像透镜10A从物侧起依次具有：由3片单透镜La1、La2、La3构成的、具有正的光焦度的第1透镜组GFa；及由1片单透镜La4构成的、具有负 的光焦度的第2透镜组GRa，第2透镜组GRa中的位于最靠像侧的透镜面R8具有轴外曲点Qa。
而且，如上所述，曲点是透镜面上的点，该点的切平面与光轴C(Z轴)垂直的情况下，将该点称为曲点。而且，将透镜面上的与光轴相交的点以外的曲点称为轴外曲点。
就该摄像透镜10A而言，透镜面R8是在该透镜面R8的中心部向像侧呈凹面而在周边部向像侧呈凸面的透镜面。而且，该透镜面R8满足下述条件式(1)。
0.5H<h<H……(1)
其中，
H：透镜面R8的有效半径
h：从透镜面R8的轴外曲点Qa到光轴的距离。
此外，从透镜面R8的轴外曲点Qa到光轴的距离h还称为：切平面相对于非球面顶点的切平面(与光轴垂直的平面)的倾斜度成为0的非球面上的点距光轴的高度。
而且，构成该摄像透镜10A的第1透镜组GFa的3片单透镜La1、La2、La3中的位于最靠近被摄体侧(图中箭头—Z方向的侧)的第1片单透镜La1具有正的光焦度，而且该单透镜La1的被摄体侧的透镜面R1在被摄体侧呈凸面。第1透镜组GFa中的与第1片单透镜La1相邻的第2片单透镜La2具有负的光焦度，而且该第2片单透镜La2的像侧(图中箭头+Z方向的侧)的透镜面R4在像侧呈凸面。第1透镜组GFa中的位于最靠像侧的第3片单透镜La3具有正的光焦度。
以下，对实施例1涉及的摄像透镜10A的设计数据进行说明。
表1示出透镜数据及各种数据，表2示出各非球面上的非球面式的各系数，表3示出摄像透镜10A的简要规格。
[表1]
实施例1(4片透镜)
面号码 Ri Di Ndj vdj
孔径光阑 ∞ 0.119
1* 2.070 1.110 1.47136 76.6
2* -15.959 0.800
3* -2.162 0.679 1.60595 27.0
4* -9.117 0.100
5* 6.048 1.000 1.51007 56.2
6* 29.492 0.314
7* 2.160 1.100 1.51007 56.2
8* 1.782 0.700
9 ∞ 0.300 1.51633 64.1
10 ∞ 0.376
像面 ∞ 0.000
焦距  5.277
F值   2.8
[表2]
实施例1(4片透镜)
面号码 K A3 A4 A5 A6
12345678 1.21129740-10.003432501.55127390-9.27863960-50.0896329010.02612250-10.06977900-4.22653160 -0.02464958-0.00475970-0.00118810-0.10122820-0.13043949-0.017176480.034128230.03095479 0.05275897-0.02553074-0.13263220-0.114471780.06749931-0.00600583-0.07001306-0.07589071 -0.12023671-0.013798990.108380460.126659600.00339300-0.00521320-0.006636540.02710552 0.05100521-0.011982240.002061480.00449924-0.01076773-0.000906160.00200906-0.00354984
面号码 A7 A8 A9 A10
12345678 0.041761130.00539686-0.04216384-0.02944682-0.00966040-0.001628710.00239877-0.00120134 -0.010109160.011241390.00198517-0.00473446-0.00019870-0.00057243-0.000644280.00045058 -0.04612620-0.016133980.047830410.009207990.002844380.00043875-0.000070060.00008157 0.019531890.00437339-0.020091100.00141127-0.00122221-0.000046030.00007089-0.00003850
[表3]
实施例1  F值2.8/焦距5.277mm 4片结构
如表1的透镜数据的下方所示，摄像透镜10A的焦距f是5.277mm，F值是2.8。
在表1的透镜数据中，面号码表示以最靠近被摄体侧的透镜面为第1个、随着朝向像侧依次增加的第i个(i＝1、2、3、…)的面号码。而且，表1还包含记载开口光阑Sat和光学部件GLa1，还记载了光学部件GLa1的面号码(i＝9、10)。
表1的Ri表示第i个(i＝1、2、3、…)的面的近轴曲率半径，Di表示第i(i＝1、2、3、…)个面和第i+1个面的光轴Z上的面间隔。表1的Ri与图1的符号Ri(i＝1、2、3、…)对应。
表1的Ndj表示以最靠近被摄体侧的光学因素为第1个、随着朝向像侧依次增加的第j个(j＝1、2、3、…)的光学因素对d线(波长587.6nm)的折射率，vdj表示第j个光学因素对d线的阿贝数。在表1中，近轴曲率半径及面间隔的单位是mm，就近轴曲率半径而言其在被摄体侧为凸的情况设为正、在像侧为凸的情况设为负。而且，对于表1中的记号的含义在后述的实施例中也相同。
在表1的透镜数据中，非球面在面号码附加*记号。各非球面由下述非球面式定义。
[数学式1]
Z = Y 2 / R 1 + ( 1 - K &CenterDot; Y 2 / R 2 ) 1 / 2 + &Sigma; i = 3 20 Ai Y i
Z：非球面深度(从高度Y的非球面上的点下垂到非球面顶点相切的与光轴垂直的平面的垂线的长度)
Y：高度(距光轴的距离)
R：近轴曲率半径
K、Ai：非球面系数(i＝3～20)
表2表示非球面式中的各非球面的各系数K、A3、A4、A5…的值。
构成摄像透镜10A的各单透镜La1～La4都是入射侧及出射侧的透镜面两者同时呈非球面形状。
此外，在表3中示出实施例1的摄像系统中的点像的有效区域的最大直径Dmax、与点像的有效区域的最大直径Dmax对应的像素数量(像素区域的数量)Ngs、最短摄影距离Sk、焦点深度Sd的关系。
而且，就表3中的“h：H/2”的栏而言，“h”表示从光轴到透镜面R8的轴外曲点的距离。此外，“H/2”示出透镜面R8的有效半径H的1/2的大小(0.5H的大小)。这里，可知透镜面R8满足“0.5H<h<H”的条件式(1)。
此外，就表3中的像素数量Ngs而言，按受光面上的像素区域的每个像素间距Pg(2.2μm、1.85μm、1.4μm)示出与点像的有效区域的最大直径对 应的像素区域的数量。这里，像素数量Ngs的值根据像素数量Ngs＝最大直径Dmax/像素间距Pg的式求出。
上述点像的有效区域的最大直径Dmax是该点像的有效区域包含最多的像素的方向上的点像的有效区域的直径，像素间距Pg是上述方向上的像素区域(受光像素)的间距。
最短摄影距离Sk是将摄像透镜供于实用时的推荐值，表示能够以期望的分辨率将被摄体的像投影到受光面上的摄像透镜到被摄体为止的最短距离。该最短距离由摄像透镜的最靠近被摄体侧的透镜面(这里是透镜面R1)到被摄体为止的距离(摄影距离)表示。
该最短摄影距离包含在拍摄投影到受光面的光学像所获得的图像数据的质量由复原处理提高的效果能够得到的摄影距离的范围内。
而且，从实施例1到3的摄像系统中，得到通过复原处理提高图像数据的质量的效果的摄影距离的范围，是摄影距离0到∞(无限远)的范围，是可拍摄被摄体的整个范围。
焦点深度Sd示出在固定被摄体对摄像透镜的位置的状态下使受光面散焦时，能够以规定以上的分辨率将被摄体的像投影到受光面上的散焦的范围。该焦点深度Sd是在预定位置固定受光面对摄像透镜的位置的状态下，被考虑为某种程度上与能够以预定分辨率将被摄体投影到受光面上的摄影距离的范围对应的值。即，若焦点深度Sd的值增大，则可认为以预定分辨率将被摄体投影到受光面上的摄影距离的范围也扩大。
而且，上述非球面式的定义、及表1、表2、表3中的透镜数据、各种数据、非球面式的各系数、有关摄像透镜的简要规格的式、数值、用语等的含义对于后述的实施例也相同。
根据表3可知，实施例1的摄像系统构成为：在投影到受光面21A上的点像的有效区域是7μm以上、且构成受光面21A的受光像素的像素间距是2.2μm以下时，点像的有效区域的最大直径涉及3像素(3.2像素)以上。
此外，最短摄影距离Sk的值在设点像的有效区域的最大直径Dmax为10μm时是26f(大约137mm)，在设点像的有效区域的最大直径Dmax为7μm时为22f(大约116mm)。
摄像透镜10A的焦点深度Sd的值在设点像的有效区域的最大直径Dmax为10μm时是250μm，在设点像的有效区域的最大直径Dmax为7μm时为300μm。
关于与上述实施例1的摄像系统有关的MTF特性的值，在使受光面21A与摄像透镜10A最接近时，即，在图12(a)～(d)中散焦量Ud的值为0时，空间频率20～50Line/mm(也称：根/mm)的所有MTF特性的值为正。
此外，将受光面21A远离摄像透镜10A时，即，在图12(a)～(d)中设散焦量的值为300μm时，空间频率20～50Line/mm的所有MTF特性的值为正。
即，在散焦量的值为0～300μm的范围内时，空间频率在20～50Line/mm的所有MTF特性的值为正。
在散焦量的值是300μm到400μm的范围时，空间频率在30～50Line/mm的MTF特性的值从0％反转并产生伪分辨。用图中箭头Gik表示产生伪分辨的范围。
这里，在与投影到受光面上的被摄体的像有关的MTF特性的值大于0％时，拍摄该像得到的图像数据可以说持有有光学意义的信息，所以该图像数据成为具有实施复原处理而可以提高分辨率的可能性的数据。但是，与投影到受光面上的被摄体的像有关的MTF特性的值为0％或从0％折反而产生伪分辨时，拍摄该像得到的图像数据不持有有光学意义的信息，因此，即使对这种图像数据实施复原处理，也不能提高图像数据的质量(图像数据表示的图像的分辨率)。
根据上述事实，若采用该摄像系统，在受光面21A和摄像透镜10A的位置关系得到固定的预定的状态下，使摄影距离变化到22f～∞的范围时，能够使通过将被摄体投影到受光面21A上而成的像的MTF特性成为始终比0％大的值(可以使其不产生伪分辨)。
即，在摄影距离为0～∞的范围，可以使投影到受光面21A上的被摄体的像成为有意义的像。
而且，在0～∞的范围内改变摄影距离时，投影到该受光面21A上的点像的有效区域成为涉及受光面21A上的3像素以上的大小，所以可以通过对 该范围存在的被摄体进行拍摄得到的图像数据实施复原处理来提高图像的分辨率。
即，通过实施例1的摄像系统对投影到受光面21A上的包含摄影距离在22f～∞的范围的各种被摄体的像进行拍摄得到的图像数据，可以说满足用于实施复原处理的前提条件(提高分辨率的条件)。
而且，通过将投影到受光面21A上的点像的大小变动抑制为较少，可以更容易执行复原处理。即，例如，即使投影到受光面上的像是包含置于互不相同的各种摄影距离的被摄体的像，若构成各被摄体的像的点像的模糊状态相同，则对于表示位于任何位置的被摄体的图像数据来说，也可以不变更参数而执行复原处理。由此，可以减轻进行复原处理的运算的信号处理部的负担。
另一方面，在以始终利用相同的参数执行复原处理为前提的情况下，若投影到受光面上的构成位于互不相同的各种摄影距离的被摄体的像的点像的模糊状态相同，则通过实施复原处理，从而对表示位于任何位置的被摄体的图像数据也可以将表示其被摄体的图像的分辨率同样地提高。即，通过复原处理的实施，可以关于图像整体均匀地提高图像的分辨率。
这样，通过实施增大摄像透镜10A的焦点深度的设计，从而由对通过摄像透镜10A投影到受光面21A上的包含摄影距离位于22f～∞的范围的各种被摄体的像进行拍摄得到的图像数据所表示的图像整体的分辨率可以利用复原处理得到提高。
此外，根据如上那样设计的摄像透镜10A，可以减少入射到受光面21A的光相对于该受光面21A的入射角，即，可以得到焦阑性良好的摄像透镜。
以下，对实施例2及实施例3的摄像系统进行说明。而且，对于实施例2及实施例3的摄像系统的光学特性等，与上述实施例1的摄像系统的光学特性类似，所以省略详细的说明。
《关于实施例2的摄像系统》
图13是表示实施例2的由3片单透镜构成的摄像透镜10B的简要结构的截面图，图14(a)～(d)是在横轴表示受光面的光轴方向(Z轴方 向)的散焦量Ud(μm)、纵轴表示MTF特性的值(％)的坐标上，表示在相对于上述摄像透镜使受光面散焦时投影到该受光面上的光学像的MTF特性的值(％)的变化的图。这里，受光面的散焦范围是400μm。
此外，表示与摄像透镜10B有关的摄像系统的MTF特性的图14(a)～(d)对应于表示与上述摄像透镜10A有关的MTF特性的图12(a)～(d)。
如图13所示，摄像透镜10B沿着光轴C(Z轴)从被摄体侧(图中箭头—Z方向侧)起依次分别排列有孔径光阑Sbt、第1单透镜Lb1、第2单透镜Lb2、第3单透镜Lb3、第1光学部件GLb1、及第2光学部件GLb2。而且，图13所示的透镜面R1、R3、R5表示各单透镜Lb1～Lb3的入射侧的面，透镜面R2、R4、R6表示各单透镜Lb1～Lb3的射出侧的面。通过上述摄像透镜10B将被摄体的光学像投影到受光面21B上。
而且，各第1光学部件GLb1、第2光学部件GLb2是由平行平板构成的不具有光焦度的光学部件。
在第3单透镜Lb3和受光面21B之间配置有不具有光焦度的第1光学部件GLb1、及第2光学部件GLb2。
此外，在图13中，从轴上光线Jb1到以最大视场角入射的轴外光线Jb5，从像高低的一侧起依次示出5个光线Jb1、Jb2、Jb3、Jb4、Jb5。
而且，图14(a)中记载的5条MTF曲线Mtb20表示上述5个光线投影到受光面21B上的各位置处的20根/mm的空间频率的MTF特性的值的变化。图14(b)中记载的5条MTF曲线Mtb30表示与上述相同的各位置处的30根/mm的空间频率的MTF特性的值的变化，图14(c)中记载的5条MTF曲线Mtb40也表示与上述相同的各位置处的40根/mm的空间频率的MTF特性的值的变化，图14(d)中记载的5条MTF曲线Mtb50也表示与上述相同的各位置处的50根/mm的空间频率的MTF特性的值的变化。
该摄像透镜10B从被摄体侧起依次具有：由2片单透镜Lb1、Lb2构成的、具有正的光焦度的第1透镜组GFb；及由1片单透镜Lb3构成的、具有负的光焦度的第2透镜组GRb，第2透镜组GRb中的位于最靠像侧(图中箭头Z+方向)的透镜面R6具有轴外曲点Qb。
就上述摄像透镜10B而言，第2透镜组GRb的位于最靠像侧的透镜面R6，是在该透镜面R6的中心部向像侧呈凹面而在周边部向像侧呈凸面的透镜面。而且，该透镜面R6满足上述条件式(1)“0.5H<h<H”。
而且，构成第1透镜组GFb的2片单透镜Lb1、Lb2中的位于被摄体侧(图中箭头—Z方向的一侧)的第1片单透镜Lb1具有正的光焦度，而且该单透镜Lb1的被摄体侧的透镜面R1在被摄体侧呈凸面。第1透镜组GFb中的位于像侧的第2片单透镜Lb2，该单透镜Lb2的像侧的透镜面R4在像侧呈凸面。
以下，对实施例2涉及的摄像透镜10B的设计数据进行说明。
表4示出透镜数据及各种数据，表5示出各非球面上的非球面式的各系数，表6示出摄像透镜10B的简要规格。而且，表4的Ri和图13中的符号Ri相对应。
[表4]
实施例2(3片透镜)
面号码 Ri Di Ndj vdj
孔径光阑 ∞ -0.120
1* 1.445 0.791 1.53114 55.4
2* -3.395 0.223
3* -1.560 0.764 1.63178 23.2
4* -11.065 0.234
5* 1.703 0.960 1.53114 55.4
6* 1.334 0.396
7 ∞ 0.495 1.52000 55.0
8 ∞ 0.244
像面 ∞ 0.000
焦距 3.312
F值  2.7
[表5]
实施例2(3片透镜)
面号码 K A3 A4 A5 A6
345678 0.128529900.099999900.100630600.099999500.030616700.04380360 0.00976249-0.030232950.07041734-0.05637836-0.14017100-0.03479559 -0.03207688-0.20760347-0.65685088-0.77217239-0.88195617-0.36508266 -0.16317950-0.060721930.002824850.032114320.01064477-0.01863131 0.33466830-0.213003701.805280902.389626300.957192110.26961061
面号 码 A7 A8 A9 A10 A11
345678 0.072783520.052534070.280107940.003395390.017265700.03974424 -1.007406800.02422838-7.67023220-5.71596040-0.802972130.14562228 0.47470325-0.031406560.161905990.08306921-0.00067235-4.22996350 3.415290500.0913044719.8637670010.353357000.4031445324.18613900 -3.16337050-0.23804840-0.503370090.033863290.00388345-82.26362800
面号码 A12 A13 A14 A15 A16
345678 -14.253361000.36479431-26.23953800-11.67464600-0.02324472187.43373000 5.619407900.92530303-0.07354199-0.054499950.00733302-300.18131000 64.116708000.1633803414.720314006.27414510-0.02721805345.61445000 3.138697501.318746602.25487560-0.119307840.00632184-287.81496000 -154.71176000-1.099668700.409027612.16706530-0.00035338171.95004000
面号码 A17 A18 A19 A20
345678 -1.583856500.078208942.07996040-0.090717250.00058318-71.87173800 210.542420002.68233770-5.56428710-4.49242640-0.0005425319.95655700 -49.25468100-16.16748300-8.637045200.05916245-0.00431963-3.30686960 -105.146580008.802907204.821745601.59162020-0.001387950.24744736
[表6]
实施例2  F值2.7/焦距3.312mm 3片结构
Figure G2008101734806D00361
构成各摄像透镜10B的所有单透镜中的每个单透镜都是入射侧及出射侧的透镜面两者同时呈非球面形状。
而且，如表4的透镜数据的下方所示，摄像透镜10B的焦距f是3.312mm，F值是2.7。
而且，表4、表5、表6中的透镜数据、各种数据、非球面式的各系数、有关摄像透镜的简要规格的式、数值、用语等的含义与实施例1的各表1、2、3相同，所以省略其说明。
根据表6可知，实施例2的摄像系统构成为：在投影到受光面21B上的点像的有效区域是7μm以上、且构成受光面21B的受光像素的像素节距是2.2μm以下时，点像的有效区域的最大直径涉及3像素(3.2像素)以上。
此外，最短摄影距离Sk的值在设点像的有效区域的最大直径Dmax为7μm时是16f(大约53mm)。
该最短摄影距离是在对投影到受光面的光学像进行拍摄获得的图像数据的质量由复原处理提高的效果能获得的摄影距离的范围内所包含的距离。
摄像透镜10B的焦点深度Sd的值在设点像的有效区域的最大直径Dmax为7μm时是250μm。
此外，与该实施例2的摄像系统有关的MTF特性的值，在使受光面21B与摄像透镜10B最接近时，即，在设图14(a)～(d)中散焦量Ud的值为0μm时，空间频率20～50Line/mm的所有MTF特性的值为正。
此外，将受光面21B远离摄像透镜10B时，即，在图14(a)～(d)中设散焦量的值为250μm时，空间频率20～50Line/mm的所有MTF特性的值为5％以上，在散焦量的值为250μm到400μm的范围内，空间频率20～50Line/mm的所有MTF特性的值从0％反转并产生伪分辨。用图中箭头Gik表示产生伪分辨的范围。
而且，在散焦量Ud的值为0μm和250μm之间(上述焦点深度的范围内)时，空间频率20～50Line/mm的所有MTF特性的值为正。
如上所述，根据实施例2的摄像系统，在比较宽的散焦范围(大约250μm)，MTF特性的值成为正。
根据如上述的事实，若采用实施例2的摄像系统，在受光面21B和摄像透镜10B的位置关系得到固定的预定的状态下，使摄影距离变化到0～∞的范围时，能够使通过将被摄体投影到受光面21B上而成的像的MTF特性成为始终比0％大的值(可以使其不产生伪分辨)。
即，在摄影距离为16f～∞的范围，可以使投影到受光面21B上的被摄体的像成为有意义的像。
而且，在16f～∞的范围内改变摄影距离时，投影到该受光面21B上的点像的有效区域成为涉及受光面21B上的3像素以上的大小，所以对拍摄该范围存在的被摄体得到的图像数据实施复原处理，从而可以提高图像的分辨率。即，通过实施例2的摄像系统得到的表示位于摄影距离0～∞的范围 的各种被摄体的图像数据可以说满足用于实施复原处理的前提条件(提高分辨率的条件)。
这样，通过实施增大摄像透镜10B的焦点深度那样的设计，从而由对摄影距离位于16f～∞的范围的各种被摄体的像同时进行拍摄得到的图像数据表示的图像整体的分辨率可以利用复原处理得到提高。
而且，在将实施例2的摄像系统供于实用时，优选将摄影距离限定在焦距的10倍(大约33mm(10f))以上，更优选如上那样限定为53mm(16f)以上。
这样，若将摄影距离限定为33mm～∞的范围，则可以得到对拍摄被摄体的像得到的图像数据实施复原处理而提高图像的分辨率的较大的效果。而且，若将摄影距离限定为53mm～∞的范围，则可以期待对拍摄被摄体的像得到的图像数据实施复原处理而提高图像的分辨率的更大的效果。
此外，根据如上那样设计的实施例2的摄像透镜10B，可以与上述实施例1的情况同样地减少入射到受光面21B的光相对于该受光面21B的入射角，即，可以得到焦阑性良好的摄像透镜。
《关于实施例3的摄像系统)》
图15是表示实施例3的由3片单透镜构成的摄像透镜10C的简要结构的截面图，图16(a)～(d)是在横轴表示受光面的光轴方向(Z轴方向)的散焦量Ud(μm)、纵轴表示MTF特性的值(％)的坐标上，表示在相对于上述摄像透镜使受光面散焦时投影到该受光面上的光学像的MTF特性的值(％)的变化的图。这里，受光面的散焦范围是400μm。
此外，表示与摄像透镜10C有关的MTF特性的图16(a)～(d)对应于表示与上述摄像透镜10A有关的MTF特性的图12(a)～(d)。
如图15所示，摄像透镜10C沿着光轴C(Z轴)从被摄体侧(图中箭头—Z方向侧)起依次分别排列有孔径光阑Sct、第1单透镜Lc1、第2单透镜Lc2、第3单透镜Lc3、光学部件GLc1。
而且，图15所示的透镜面R1、R3、R5表示各单透镜Lc1～Lc3的入射侧的面，透镜面R2、R4、R6表示各单透镜Lc1～Lc3的射出侧的面。通过上述摄像透镜10C将被摄体的光学像投影到受光面21C上。
光学部件GLc1是由平行平板构成的不具有光焦度的光学部件。
此外，在图15中，从轴上光线Jc1到以最大视场角入射的轴外光线Jc5，从像高低的一侧起依次示出5个光线Jc1、Jc2、Jc3、Jc4、Jc5。
而且，图16(a)中记载的5条MTF曲线Mtc20表示在上述5个光线投影到受光面21C上的各位置处的20根/mm的空间频率的MTF特性的值的变化。图16(b)中记载的5条MTF曲线Mtc30表示在与上述相同的各位置处的30根/mm的空间频率的MTF特性的值的变化，图16(c)中记载的5条MTF曲线Mtc40也表示在与上述相同的各位置处的40根/mm的空间频率的MTF特性的值的变化，图16(d)中记载的5条MTF曲线Mtc50也表示在与上述相同的各位置处的50根/mm的空间频率的MTF特性的值的变化。
该摄像透镜10C从被摄体侧起依次具有：由2片单透镜Lc1、Lc2构成的、具有正的光焦度的第1透镜组GFc；及由1片单透镜Lc3构成的、具有负的光焦度的第2透镜组GRc，第2透镜组GRc中的位于最靠像侧的透镜面R6具有轴外曲点Qc。
就上述摄像透镜10C而言，第2透镜组GRc的位于最靠像侧的透镜面R6是在该透镜面R6的中心部向像侧呈凹面而在周边部向像侧呈凸面的透镜面。而且，该透镜面R6满足述述条件式(1)“0.5H<h<H”。
而且，构成第1透镜组GFc的2片单透镜Lc1、Lc2中的位于被摄体侧的第1片单透镜Lc1具有正的光焦度，而且该单透镜Lc1的被摄体侧的透镜面R1在被摄体侧呈凸面。就第1透镜组GFc中的位于像侧的第2片单透镜Lc2而言，该单透镜Lc2的像侧的透镜面R4在像侧呈凸面。
以下，对实施例3涉及的摄像透镜10C的设计数据进行说明。
表7示出透镜数据及各种数据，表8示出各非球面上的非球面式的各系数，表9示出摄像透镜10C的简要规格。而且，表7的Ri和图15中的符号Ri相对应。
[表7]
实施例3(3片透镜)
面号码 Ri Di Ndj vdj
孔径光阑 ∞ -0.120
1* 1.445 0.791 1.53114 55.4
2* -3.395 0.223
3* -1.560 0.764 1.63178 23.2
4* -11.065 0.234
5* 1.703 0.960 1.53114 55.4
6* 1.334 0.396
7 ∞ 0.495 1.52000 55.0
8 ∞ 0.244
像面 ∞ 0.000
焦距  4.043
F值   3.5
[表8]
面号码 K A3 A4 A5 A6
123456 1.468211605.912461402.68478870-22.94585750-4.05769940-3.33611150 -0.020067500.03858523-0.01203839-0.26256773-0.31290897-0.11799765 -0.01716269-0.00390848-0.037690860.06660669-0.02907510-0.09043585 -0.074882720.00521844-0.00672518-0.053081080.057145520.08521950 -0.008073290.42149785-0.100031120.039344650.02834143-0.00370655
面号码 A7 A8 A9 A10
123456 0.209270580.16034238-0.04142547-0.01863391-0.01023398-0.01246110 -0.00396025-0.775117540.121372910.01654903-0.00261078-0.00340986 -0.39769240-1.939118200.161172610.024539730.005530290.00410789 0.037598493.57739830-0.24036373-0.01496812-0.00251202-0.00065698
[表9]
实施例3  F值3.5/焦距4.043mm 3片结构
构成各摄像透镜10C的所有单透镜中的每个单透镜都是入射侧及出射侧的透镜面两者同时呈非球面形状。
而且，如表7的透镜数据的下方所示，摄像透镜10C的焦距f是4.043mm，F值是3.5。
而且，表7、表8、表9中的透镜数据、各种数据、非球面式的各系数、有关摄像透镜的简要规格的式、数值、用语等的含义与上述实施例1的各表1、2、3相同，所以省略其说明。
根据表9可知，实施例3的摄像系统构成为：在投影到受光面21C上的点像的有效区域是10μm以上、且构成受光面21C的受光像素的像素节距是2.2μm以下时，点像的有效区域的最大直径涉及3像素(4.5像素)以上。
此外，最短摄影距离Sk的值在设点像的有效区域的最大直径Dmax为10μm时是15f(大约60mm)。
该最短摄影距离是在对投影到受光面的光学像进行拍摄获得的图像数据的质量由复原处理提高的效果能获得的摄影距离的范围内所包含的距离。
摄像透镜10C的焦点深度Sd的值在设点像的有效区域的最大直径Dmax为10μm时是350μm。
此外，与该实施例3的摄像系统有关的MTF特性的值，在使受光面21C与摄像透镜10C最接近时，即，在图16(a)～(d)中散焦量Ud的值为0μm时，空间频率20～50Line/mm的所有MTF特性的值为正。
此外，将受光面21C远离摄像透镜10C时，即，在图16(a)～(d)中设散焦量的值为300μm时，空间频率为20～50Line/mm的所有MTF特性的值为数％以上，在散焦量的值为300μm到400μm的范围内，空间频率30～50Line/mm的MTF特性的值从0％反转并产生伪分辨。
根据如上所述的事实，若采用该摄像系统，在受光面21C和摄像透镜10C的位置关系得到固定的预定的状态下，使摄影距离在15f～∞的范围变化时，能够使通过将被摄体投影到受光面21C上而成的像的MTF特性成为始终比0％大的值(可以使其不产生伪分辨)。
而且，在15f～∞的范围内改变摄影距离时，投影到该受光面21C上的点像的有效区域成为涉及受光面21C上的3像素以上的大小，所以无论对位于任何位置的被摄体进行拍摄得到的图像数据，都可以通过实施复原处理来提高图像的分辨率。即，通过实施例3的摄像系统得到的所有图像数据可以说满足用于实施复原处理的前提条件(提高分辨率的条件)。
这样，通过实施增大摄像透镜10C的焦点深度那样的设计，从而由对摄影距离位于15f～∞的范围的各种被摄体的像同时进行拍摄得到的图像数据表示的图像整体的分辨率可以通过复原处理得到提高。
而且，通过如上所述地将摄影距离限定为60mm～∞的范围，则可以得到对拍摄被摄体的像获得的图像数据实施复原处理而提高图像的分辨率的更大的效果。
此外，如上那样设计的实施例3的摄像透镜10C是可以与上述实施例1的情况同样地减少入射到受光面21C的光相对于该受光面21C的入射角的摄像透镜，即，是焦阑性良好的摄像透镜。
《关于实施例1～3涉及的摄像透镜的像差》
图17是表示与摄像透镜10A有关的像差的图，图18是表示与摄像透镜10B有关的像差的图，图19是表示与摄像透镜10C有关的像差的图。在各图17～19中分别从上依次按照球面像差(也称球差)、散光像差(也称像散)、畸变像差(歪曲像差)、倍率色像差的顺序示出实施例1～3涉及的摄像透镜的各像差图。
各像差图示出以e线(波长546.07nm)为基准波长的像差，但是在球面像差图及倍率色像差图中还表示关于F线(波长486.1nm)、C线(波长656.3nm)的像差。畸变像差的图利用整个系统的焦距f、半视场角θ(变数处理、0≤θ≤ω)，设理想像高为f×tanθ，表示与它的偏差量。
《关于比较例的摄像系统》
下面，作为比较例说明移动电话机所使用的照相机等的现有的摄像透镜。
图20是表示比较例的由4片单透镜构成的摄像透镜的简要结构的截面图，图21(a)～(d)是在横轴表示受光面的光轴方向(Z轴方向)的散焦量Ud(μm)、纵轴表示MTF特性的值(％)的坐标上，表示在相对于上述摄像透镜使受光面散焦时投影到该受光面上的光学像的MTF特性的值(％)的变化的图。这里，受光面的散焦范围是400μm。
此外，表示MTF特性的图21(a)～(d)对应于表示与上述摄像透镜10A有关的MTF特性的图12(a)～(d)等。
如图20所示，比较例的摄像透镜10H沿着光轴C(Z轴)从被摄体侧(图中箭头—Z方向侧)起依次分别排列有第1单透镜Lh1、第2单透镜 Lh2、第3单透镜Lh3、第4单透镜Lh4、及光学部件GLh1。具有这4片单透镜的摄像透镜10H被设计成景深变深。
通过上述摄像透镜10H，将被摄体的光学像投影到受光面21H上。
光学部件GLh1是由平行平板构成的不具有光焦度的光学部件。
此外，在图20中，从轴上光线Jh1到以最大视场角入射的轴外光线Jh5，从像高低的一侧起依次示出5个光线Jh1、Jh2、Jh3、Jh4、Jh5。
而且，图21(a)中记载的5条MTF曲线Mth20表示上述5个光线投影到受光面21H上的各位置处的20根/mm的空间频率的MTF特性的值的变化。图21(b)中记载的5条MTF曲线Mth30表示与上述相同的各位置处的30根/mm的空间频率的MTF特性的值的变化，图21(c)中记载的5条MTF曲线Mth40也表示与上述相同的各位置处的40根/mm的空间频率的MTF特性的值的变化，图21(d)中记载的5条MTF曲线Mth50也表示与上述相同的各位置处的50根/mm的空间频率的MTF特性的值的变化。
此外，与上述比较例的摄像系统有关的MTF特性的值，在使受光面与摄像透镜接近时，即，针对在图21(a)～(d)中散焦量的值涉及大约从0到120μm的范围，关于空间频率30～50Line/mm的MTF特性成为其值从0％反转并产生伪分辨的状态。用图中箭头Gik表示产生伪分辨的范围。
此外，在将受光面远离摄像透镜时，即，针对在图21(a)～(d)中散焦量的值涉及280μm到400μm的范围，关于空间频率30～50Line/mm的MTF特性成为其值从0％反转并产生伪分辨的状态。用图中箭头Gik表示产生伪分辨的范围。
这里，散焦量Ud的值在120μm和280μm之间(焦点深度的范围)时，MTF特性的值为正，各空间频率的MTF特性的值的变动幅度成为85％(50Line/mm)、90％(40Line/mm)、70％(30Line/mm)、45％(20Line/mm)左右。
如上所述，若采用比较例的摄像系统，则仅在比较窄的散焦范围(大约160μm的范围)，MTF特性的值成为正，MTF特性的值的变动量大。
关于MTF特性的值从0％反转的散焦的范围(用图中箭头Gik表示)，点像是被伪分辨的像，得不到有效区域涉及3像素以上的可特定的具有光学意义的像。
即，仅在非常限定的摄影距离的范围，MTF特性的值为正，即可以使投影到受光面上的被摄体的像形成有意义的像。此外，投影到受光面上的点像的大小的变动量较大。
此外，该比较例的摄像系统不是构成为在0～∞的范围改变摄影距离时投影到受光面上的点像的有效区域为涉及该受光面上的3像素以上的大小，因此，通过这种摄像系统得到的图像数据不满足用于实施复原处理的前提条件(提高分辨率的条件)。
因此，即使对将通过比较例的摄像系统投影到受光面21H上的被摄体的像进行拍摄得到的图像数据实施复原处理，也不能得到提高表示该被摄体的图像的分辨率的效果。
而且，在上述实施例中示出以各种条件限制摄像透镜的例子，但是用于本发明的摄像系统的摄像透镜是使用从物侧起依次具有由至少1片透镜构成的具有正的光焦度的第1透镜组、以及由至少1片透镜构成的且位于最靠像侧的透镜具有负的光焦度的第2透镜组的透镜，不限定构成各组的透镜片数或形状等。

Claims (20)

1.一种摄像系统，其特征在于，具有：
摄像透镜；
摄像元件，具有二维状排列多个受光像素而构成的受光面，对通过上述摄像透镜投影到上述受光面上的被摄体的光学像进行拍摄而输出表示该被摄体的第1图像数据；及
信号处理单元，对上述第1图像数据实施生成与在上述摄像透镜的分辨率高时从上述摄像元件输出的第1图像数据同等的第2图像数据的复原处理；
上述摄像透镜从物侧起依次具有：由至少1片透镜构成的、具有正的光焦度的第1透镜组；以及由至少1片透镜构成的、位于最靠近像侧的透镜具有负的光焦度的第2透镜组；
上述摄像透镜和摄像元件构成为：对于从X、Y、Z方向的任意位置通过上述摄像透镜投影到上述受光面上的点像，也使得该点像的有效区域的最大直径成为涉及上述受光像素的3像素以上的大小，
上述信号处理单元利用与上述第1图像数据表示的点像的状态对应的复原系数来执行上述复原处理。
2.根据权利要求1所述的摄像系统，其特征在于，上述摄像透镜构成为：对于从离开该摄像透镜的焦距的10倍以上的X、Y、Z方向的任意位置通过上述摄像透镜投影到上述受光面上的被摄体的光学像，也使得该光学像有关的MTF特性的值成为正。
3.如权利要求1所述的摄像系统，其特征在于，上述信号处理单元将由受光面上的纵向3像素以上及横向3像以上构成的涉及合计9像素以上的像素区域作为最小单位进行上述复原处理。
4.根据权利要求1所述的摄像系统，其特征在于，上述信号处理单元将包含投影到上述受光面上的点像的全部有效区域的最小像素区域作为最小单位执行上述复原处理。
5.根据权利要求1所述的摄像系统，其特征在于，上述信号处理单元执行上述复原处理，使得表示上述第2图像数据所示的图像中的上述点像的有效区域的大小小于表示上述第1图像数据所示的图像中的点像的有效区域的大小。
6.根据权利要求1所述的摄像系统，其特征在于，上述复原系数按每个摄像系统对该摄像系统单独求出。
7.根据权利要求1所述的摄像系统，其特征在于，上述复原系数是从与分为多个种类的点像的各状态对应的各复原系数的候补中按照上述第1图像数据表示的点像的状态所选择出的复原系数。
8.根据权利要求1所述的摄像系统，其特征在于，上述复原系数是从与分为多个种类的该点像的各状态对应的多种复原系数的候补中按照上述第1图像数据表示的点像的状态所选择出的复原系数进一步根据点像的状态进行了校正的复原系数。
9.根据权利要求1所述的摄像系统，其特征在于，还具有取得上述复原系数的复原系数取得单元。
10.根据权利要求1所述的摄像系统，其特征在于，上述第2透镜组中的位于最靠近像侧的透镜面具有轴外曲点。
11.根据权利要求1所述的摄像系统，其特征在于，上述第2透镜组中的位于最靠近像侧的透镜面是在该透镜面的中心部向像侧呈凹面而在周边部向像侧呈凸面的透镜面。
12.根据权利要求11所述的摄像系统，其特征在于，上述第2透镜组中的位于最靠近像侧的透镜的透镜面满足下述条件式(1)：
0.5H＜h＜H    ……(1)
式中，
H是第2透镜组中的位于最靠近像侧的透镜面的有效半径，
h是第2透镜组中的位于最靠近像侧的透镜面的从轴外曲点到光轴的距离。
13.根据权利要求1所述的摄像系统，其特征在于，上述摄像透镜由3片单透镜构成。
14.根据权利要求13所述的摄像系统，其特征在于，上述第1透镜组由2片单透镜构成，上述第2透镜组由1片单透镜构成，构成上述第1透镜组的2片单透镜中的位于物侧的单透镜具有正的光焦度、且该单透镜的物侧的透镜面在物侧呈凸面，上述2片单透镜中的位于像侧的单透镜是该单透镜的像侧的透镜面在像侧呈凸面。
15.根据权利要求1所述的摄像系统，其特征在于，上述摄像透镜由4片单透镜构成。
16.根据权利要求15所述的摄像系统，其特征在于，上述第1透镜组由3片单透镜构成，上述第2透镜组由1片单透镜构成，构成上述第1透镜组的3片单透镜中的位于最靠近物侧的第1片单透镜具有正的光焦度、且该单透镜的物侧的透镜面在物侧呈凸面，上述3片单透镜中的与上述第1片单透镜相邻的第2片单透镜具有负的光焦度、且该第2片单透镜的像侧的透镜面在像侧呈凸面，上述3片单透镜中的位于最靠近像侧的第3片单透镜具有正的光焦度。
17.一种摄像装置，其特征在于，具有如权利要求1所述的摄像系统。
18.一种移动终端设备，其特征在于，具有如权利要求1所述的摄像系统。
19.一种车载设备，其特征在于，具有如权利要求1所述的摄像系统。
20.一种医疗设备，其特征在于，具有如权利要求1所述的摄像系统。
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