具有光路反射型变焦镜头的摄像装置
技术领域
本发明涉及具有光路反射型变焦镜头的摄像装置。
背景技术
例如,在日本特开2008-96559号公报中公开了如下的变焦镜头:该变焦镜头配置了具有反射面的物体侧透镜组、以及与该物体侧透镜组相比配置在像侧并且在从广角端向望远端变倍时向光轴方向移动的透镜组。
进而,在日本特开2008-96559号公报中公开了如下的摄像装置:为了同时实现变焦镜头的薄型化以及重影等的减少,使反射后的透镜形状成为长圆(小)形,使亮度光圈的开口部成为椭圆形。
作为影响摄像装置主体厚度的部件,不仅有光学系统,还有摄像元件、显示监视器以及缓和冲击的干涉部件等。而且,在要使变焦镜头成为高变倍比时,具有变倍功能的透镜组容易大型化。因此,为了确保摄像装置较薄,优选采用考虑了各部件的布局的变焦镜头的结构。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成的,其目的在于,提供一种摄像装置,该摄像装置具有即使成为高变倍比也有利于薄型化的光路反射型变焦镜头,并且降低了该变焦镜头的非对称阴影的影响。
为了解决上述课题并实现目的,本发明的摄像装置具有:
变焦镜头;以及
摄像元件,其具有接受所述变焦镜头所形成的像并将其转换为电信号的摄像面,
所述变焦镜头具有:
物体侧透镜组,其具有棱镜和物体侧副透镜组,所述棱镜具有反射光路的反射面,所述物体侧副透镜组与所述棱镜相比配置在物体侧并具有负屈光力;
亮度光圈,其与所述物体侧透镜组相比配置在像侧,限制轴上光束;以及
第1变倍透镜组,其与所述亮度光圈相比配置在像侧,具有正屈光力,以与广角端相比在望远端更接近所述亮度光圈的方式移动来进行变倍,
在从所述广角端向望远端变倍时,所述物体侧透镜组的位置被固定,并且,
所述物体侧透镜组是配置在最靠近物体侧的透镜组,
在将包含入射到所述反射面的入射光轴和由所述反射面反射后的反射光轴的面定义为基准面、相对于所述反射光轴将所述入射光轴所在的一侧定义为正面侧、相对于所述反射后的光轴将所述正面侧的相反侧定义为背面侧时,
所述摄像元件具有矩形的有效摄像区域,该有效摄像区域具有短边和长边,
所述有效摄像区域的短边与所述基准面平行,
所述第1变倍透镜组具有在所述第1变倍透镜组中最接近所述亮度光圈配置的物体侧透镜,
所述第1变倍透镜组中的所述物体侧透镜具有所述正面侧和所述背面侧的一部分欠缺的非圆形的外形形状,并且,
所述物体侧透镜中的从光轴到所述正面侧方向的外形尺寸比从光轴到所述背面侧方向的外形尺寸小,
在对亮度相同的被摄体进行了摄影时,在从广角端到望远端的任意一种状态下,所述变焦镜头满足以下的条件式(A),
所述摄像装置还具有:
阴影校正参数存储部,其保持相对于图像中心在正面侧和背面侧不同的阴影校正参数,以便校正所述变焦镜头的正面侧和背面侧的非对称的阴影;以及
阴影校正部,其根据所述阴影校正参数存储部的阴影校正参数,对所述摄像元件所摄像的图像进行校正运算,
0.02<EVr-EVf<2.0 (A)
其中,
EVf是从轴上的EV值中减去广角端的沿着基准面的正面侧的最大像高处的EV值所得到的值,
EVr是从轴上的EV值中减去广角端的沿着基准面的背面侧的最大像高处的EV值所得到的值。
附图说明
图1A是第1实施方式的摄像装置所具有的变焦镜头的广角端的带光路的剖面图。图1B是第1实施方式的摄像装置所具有的变焦镜头的中间焦距状态下的带光路的剖面图。
图2是第1实施方式的摄像装置所具有的变焦镜头的望远端的带光路的剖面图。
图3A、3B、3C、3D是示出第1实施方式的摄像装置所具有的变焦镜头的第1透镜组(物体侧透镜组)中的物体侧副透镜组的形状和有效区域的图。
图4A、4B是示出第1实施方式的摄像装置所具有的变焦镜头的第1透镜组(物体侧透镜组)中的棱镜的形状和有效区域的图。
图5A、5B是示出第1实施方式的摄像装置所具有的变焦镜头的第1透镜组(物体侧透镜组)中的像侧副透镜组的形状和有效区域的图。
图6A、6B、6C是示出第1实施方式的摄像装置所具有的变焦镜头的第3透镜组(第1变倍透镜组)中的物体侧透镜的形状和有效区域的图。
图7A、7B、7C是示出第1实施方式的摄像装置所具有的变焦镜头的第4透镜组的形状和有效区域的图。
图8A是第2实施方式的摄像装置所具有的变焦镜头的广角端的带光路的剖面图。图8B是第2实施方式的摄像装置所具有的变焦镜头的中间焦距状态下的带光路的剖面图。
图9是第2实施方式的摄像装置所具有的变焦镜头的望远端的带光路的剖面图。
图10A是第3实施方式的摄像装置所具有的变焦镜头的广角端的带光路的剖面图。图10B是第3实施方式的摄像装置所具有的变焦镜头的中间焦距状态下的带光路的剖面图。
图11是第3实施方式的摄像装置所具有的变焦镜头的望远端的带光路的剖面图。
图12是摄像装置的概略剖面结构图。
图13A、13B是摄像装置的外观图。
图14是摄像装置的电路图。
图15是示出本摄像装置的功能块的图。
图16是示出对阴影、噪声、畸变进行校正的顺序的流程图。
图17是标注圆点示出与作为数据而存储的阴影校正参数对应的位置的图。
图18A、18B是分别示出X轴上和Y轴上的校正参数的插值的图。
图19A、19B是分别示出在摄像元件中配置了R、G、B滤波器时的X轴上和Y轴上的校正参数的图。
图20是示出校正参数的表的内容的图。
图21A~21G是说明阴影校正的图。
图22是示出变形例的摄像装置的功能块的图。
图23是示出对变形例的阴影、噪声、畸变进行校正的顺序的流程图。
图24是说明旋转对称的校正参数分布的图。
图25A~25P是示意性地示出校正参数的计算过程的图。
具体实施方式
本发明的摄像装置的特征在于,该摄像装置具有:
变焦镜头,其将物体侧透镜组作为配置在最靠近物体侧的透镜组;以及
摄像元件,其具有接受变焦镜头所形成的像并将其转换为电信号的摄像面,
所述变焦镜头具有:
物体侧透镜组,其具有棱镜和物体侧副透镜组,并且在从广角端向望远端变倍时位置被固定,所述棱镜具有反射光路的反射面,所述物体侧副透镜组与棱镜相比配置在物体侧并具有负屈光力;
亮度光圈,其与物体侧透镜组相比配置在像侧,限制轴上光束;以及
第1变倍透镜组,其与亮度光圈相比配置在像侧,具有正屈光力,以与广角端相比在望远端更接近亮度光圈的方式移动来进行变倍,
在将包含入射到反射面的入射光轴和由反射面反射后的反射光轴的面定义为基准面、相对于反射光轴将入射光轴所在的一侧定义为正面侧、相对于反射后的光轴将正面侧的相反侧定义为背面侧时,
摄像元件具有矩形的有效摄像区域,该有效摄像区域具有短边和长边,
有效摄像区域的短边与基准面平行,
第1变倍透镜组具有在第1变倍透镜组中以最接近亮度光圈的方式配置的物体侧透镜,
第1变倍透镜组中的物体侧透镜具有正面侧和背面侧的一部分欠缺的非圆形的外形形状,并且,从光轴到正面侧方向的外形尺寸比从光轴到背面侧方向的外形尺寸小,
在对亮度相同的被摄体进行了摄影时,在从广角端到望远端的任意一种状态下,变焦镜头满足以下的条件(A),
摄像装置具有:
阴影校正参数存储部,其保持相对于图像中心在正面侧和背面侧不同的阴影校正参数,以便校正变焦镜头的正面侧和背面侧的非对称的阴影;以及
阴影校正部,其根据阴影校正参数存储部的阴影校正参数,对由摄像元件摄像的图像进行校正运算,
0.02<EVr-EVf<2.0 (A)
其中,
EVf是从轴上的EV值中减去广角端的沿着基准面的正面侧的最大像高处的EV值所得到的值,
EVr是从轴上的EV值中减去广角端的沿着基准面的背面侧的最大像高处的EV值所得到的值。
反射光路的类型的变焦镜头有利于摄像装置的薄型化。与反射面相比在物体侧配置负屈光力的副透镜组,由此,有利于确保广角端的视场角。通过使用棱镜作为反射部件,能够通过折射作用减小光路,有利于薄型化。
通过与亮度光圈相比配置在像侧的正屈光力的变倍透镜组(第1变倍透镜组)的移动来进行变倍。这里,当要确保变倍比时,在广角端,变倍透镜组远离亮度光圈。因此,轴外的主光线通过的位置远离光轴。
因此,在本发明中,通过使有效摄像区域的短边方向与基准面平行,能够减小从正面侧到背面侧的方向即前后方向的主光线的入射高度。另一方面,通过使变倍透镜组远离亮度光圈,轴外的光束容易变粗。
因此,即使使变倍透镜组的最靠近物体侧的透镜的形状成为透镜外形的正面侧和背面侧欠缺的形状,也很少完全遮住光束。
因此,在本发明中,如上所述构成变倍透镜组,成为有利于薄型化的结构。
这里,例如配置保持透镜的框、遮光部件和干涉部件等。因此,确保了变倍透镜组的正面侧的空间,在实现摄像装置整体的小型化的方面是优选的。
另一方面,当使光学系统薄型化时,在从广角端到望远端的整体或中途的状态下,在摄像元件的短边方向容易产生非对称的阴影。
关于这种非对称的阴影,能够使用相对于图像中心在正面侧和背面侧不同的阴影校正参数,通过信号处理对由于光束的缺角而产生的曝光差进行校正,能够得到良好的图像。
此时,关于变焦镜头的非对称的阴影,优选调整为满足条件(A)。
优选不低于条件式(A)的下限值,实现变焦镜头的正面侧的薄型化。另一方面,优选不超过条件式(A)的上限值,容易抑制对阴影进行电气校正时的噪声。
通过这样构成,能够提供具有确保光学性能且容易实现薄型化的使光路弯曲的变焦镜头的摄像装置。
进而,在上述发明中,优选满足以下各结构中的任意一个,更优选同时满足多个。
优选第1变倍透镜组中的物体侧透镜具有满足以下条件的物体侧透镜面,
Lv1Er/Lv1EL<0.49 (1)
0.93<Lv1Ef/IHs (2)
Lv1Ef/Lv1Er<0.99 (3)
其中,
Lv1Er是第1变倍透镜组中的物体侧透镜的物体侧透镜面的有效区域中的、从光轴沿着基准面测量的背面侧的区域的长度,
Lv1EL是第1变倍透镜组中的物体侧透镜的物体侧透镜面的有效区域中的、沿着包含光轴且与基准面垂直的方向测量的区域的长度,
Lv1Ef是第1变倍透镜组中的物体侧透镜的物体侧透镜面的有效区域中的、从光轴沿着基准面测量的正面侧的区域的长度,
IHs是有效摄像区域中沿着基准面的方向的最大像高。
条件式(1)是确定优选的Lv1Er的条件式。
并且,条件式(2)、(3)是确定优选的Lv1Ef的条件式,作为同时满足双方的式子,改写为下式。
0.93×IHs<Lv1Ef<0.99×Lv1Er (2·3)
当超过条件式(1)、条件式(2·3)的上限值时,空间确保的效率降低,薄型化的优点减小。
当低于条件式(2·3)的下限值时,虽然有利于小型化,但是难以确保短边方向的最大像高附近的光量。而且,容易产生由于透镜端部的内面反射而导致的重影。
并且,根据本发明的优选方式,优选棱镜具有背面侧的一部分欠缺的外形形状。
棱镜的轴外光束在广角端附近变细,另一方面,在望远端附近变粗。另一方面,为了在广角端附近确保视场角,优选增大棱镜的入射侧的面。并且,射出侧的面的有效面容易比入射侧的有效面小。
因此,即使成为棱镜的背面侧的一部分欠缺的外形形状,也能够抑制针对图像的影响,能够减小棱镜的厚度方向。
进而,优选采用以下结构。
优选物体侧透镜组具有与棱镜相比配置在像侧的正屈光力的像侧副透镜组,棱镜和像侧副透镜组均具有背面侧的一部分欠缺的外形形状。
通过这样配置正屈光力的像侧副透镜组,容易减小棱镜内的光束,并且,还有利于减少物体侧透镜组的像差。
此时,按照棱镜的背面侧的欠缺形状,使像侧副透镜组也同样成为背面侧欠缺的形状,由此,有利于薄型化。
进而,优选满足以下条件,
Pe0<PEr<PEf (4-1)
其中,
PEr是物体侧透镜组中的棱镜的出射面的有效区域中的、从光轴沿着基准面测量的背面侧的区域的长度,
Pe0是在广角端入射到基准面上的正面侧的最大像高处的光线中的、在棱镜的出射面中通过最接近光轴的位置的光线距离光轴的长度,
PEf是物体侧透镜组中的棱镜的出射面的有效区域中的、从光轴沿着基准面测量的正面侧的区域的长度。
条件式(4-1)是确定优选的PEr的条件式。
当低于条件式(4-1)的下限值时,不利于确保要成像的图像面积。并且,由于光量降低,图像再现时的噪声容易变得明显。
当超过条件式(4-1)的上限值时,薄型化的效果减小。
并且,根据本发明的优选方式,优选满足以下条件,
Pec≤PEr (4-2)
其中,
PEr是物体侧透镜组中的棱镜的出射面的有效区域中的、从光轴沿着基准面测量的背面侧的区域的长度,
Pec是在广角端入射到基准面上的正面侧的最大像高处的主光线在棱镜的出射面中通过的位置距离光轴的长度。
条件式(4-2)是确定更优选的PEr的条件式。
通过使PEr不低于Pec,有利于确保入射到短边方向端部的光束的光量。而且,能够确保变更亮度光圈的开口尺寸时的像高。
并且,根据本发明的优选方式,优选满足以下条件式,
Pem≤PEr (4-3)
其中,
PEr是物体侧透镜组中的棱镜的出射面的有效区域中的、从光轴沿着基准面测量的背面侧的区域的长度,
Pem是在广角端棱镜的出射面的有效区域中的、从光轴沿着基准面测量的正面侧的区域的长度。
通过不低于条件式(4-3)的下限值,更有利于确保广角端的入射到短边方向端部的光束的光量。
并且,根据本发明的优选方式,优选满足以下条件,
0.90<L1rEr/PEr<1.1 (6)
其中,
L1rEr是物体侧透镜组中的像侧副透镜组的物体侧透镜面的有效区域中的、从光轴沿着基准面测量的背面侧的区域的长度,
PEr是物体侧透镜组中的棱镜的出射面的有效区域中的、从光轴沿着基准面测量的背面侧的区域的长度。
通过不低于条件式(6)的下限值,容易减少由于像侧副透镜组而导致的缺角。
通过不超过上限值,有利于厚度方向的薄型化。
并且,根据本发明的优选方式,优选物体侧透镜组中的像侧副透镜组具有正面侧和背面侧的一部分欠缺的非圆形的外形形状,并且,从光轴到正面侧方向的外形尺寸比从光轴到背面侧方向的外形尺寸大。
通过使像侧副透镜组的背面侧的一部分欠缺,有利于薄型化。另一方面,由于像侧副透镜组的正面侧的一部分欠缺,容易进行负透镜组的配置。这里,过度欠缺也不会带来薄型化。因此,为了容易确保光量,优选为前侧方向的外形尺寸比背面侧方向的尺寸大的形状。
并且,根据本发明的优选方式,优选第1变倍透镜组中的物体侧透镜具有满足以下条件的物体侧透镜面,
0.70<Lv1Er/PEr<0.98 (7)
其中,
PEr是物体侧透镜组中的棱镜的出射面的有效区域中的、从光轴沿着基准面测量的背面侧的区域的长度,
Lv1Er是第1变倍透镜组中的物体侧透镜的物体侧透镜面的有效区域中的、从光轴沿着基准面测量的背面侧的区域的长度。
通过不低于条件式(7)的下限值,容易抑制由于第1变倍透镜组的缺角而导致的短边方向端部的光量降低。
另一方面,考虑配置保持变倍透镜组进行移动的框和变焦镜头整体的保持框,优选不超过条件式(7)的上限值,使背面侧的变倍透镜组的有效区域小于棱镜的有效区域。
并且,根据本发明的优选方式,优选物体侧透镜组具有正屈光力,
变焦镜头具有:第2变倍透镜组,其配置在物体侧透镜组和亮度光圈之间,具有负屈光力,以与广角端相比在望远端更接近亮度光圈的方式移动来进行变倍;以及正屈光力的透镜组,其配置在第1变倍透镜组的像侧,
在第2变倍透镜组和第1变倍透镜组之间不设置其他透镜组。
通过配置第2变倍透镜组,抑制了第1变倍透镜组的移动范围,并且,有利于进一步成为高变倍比。
通过在第1变倍透镜组的像侧配置正屈光力的透镜组,容易使射出光瞳远离像面,容易抑制摄影图像内的周边部分的阴影等。
与在亮度光圈附近配置固定的正透镜的情况相比,抑制了透镜组数量,并且,容易抑制由于偏心而导致的影响,成品率提高。
并且,根据本发明的优选方式,优选第1变倍透镜组具有:并列配置在物体侧的物体侧面为凸面的多个正透镜成分;以及与多个正透镜成分相比配置在像侧的像侧面为凹面的负透镜成分。
在第1变倍透镜组中,光束发散入射,但是,通过物体侧的多个正透镜成分使光束收敛,与这些正透镜成分相比将像侧面为凹面的负透镜成分配置在像侧,使轴外光束向远离光轴的方向折射,由此,实现变倍透镜组的小型化。
另外,透镜成分是与空气接触的有效面仅为物体侧面和像侧面这两个面的透镜体,指单透镜或接合透镜。
并且,根据本发明的优选方式,优选上述变焦镜头满足以下条件,
3.4<fT/fW (8)
其中,
fT是望远端的变焦镜头的焦距,
fW是广角端的变焦镜头的焦距。
优选不低于条件式(8)的下限值,从而确保变倍比。使用本申请发明的形状的透镜,容易发挥小型化的优点。
进而,优选上述变焦镜头满足以下条件,
50°>ωW>38.0° (8-1)
其中,
ωW是广角端的变焦镜头的最大半视场角。
不低于条件式(8-1)的下限值,可以确保视场角。
不超过条件式(8-1)的上限值,可以减少缺角。
并且,根据本发明的优选方式,优选摄像元件的摄像面的中心相对于有效摄像区域的中心位于正面侧,摄像装置具有配置在变焦镜头的背面侧的显示监视器。
与变焦镜头的光轴相比通过使摄像元件的摄像面的中心偏向正面侧,确保了背面侧的空间,即使在背面侧配置大型的显示监视器,也能够抑制摄像装置的厚度。
并且,根据本发明的优选方式,优选校正参数存储部考虑根据变焦镜头的变倍和亮度光圈的开口面积的变更而变化的非对称曝光差,保持与各个状态对应的在正面侧和背面侧不同的校正参数。
由此,能够结合根据变焦镜头的状态而变化的非对称曝光差来进行校正,是优选的。
而且,为了校正由于非对称缺角而产生的非对称的图像变化,优选通过图像处理来校正周边部的被摄场深度差异、图像畸变差异、阴影差异等。
并且,优选根据测光区域或对焦区域进行考虑了缺角的校正。
并且,也可以事先进行图像处理以降低由于缺角的非对称性而导致的影响,然后,进行基于图像处理的滤波效果的图像转换。
并且,根据本发明的优选方式,优选在广角端中亮度光圈打开时,变焦镜头满足以下条件,
-3.5<EVc-f<-0.7 (9)
其中,
EVc-f是从广角端的轴上的EV值中减去广角端的沿着基准面的正面侧的最大像高处的EV值所得到的值。
通过不低于条件式(9)的下限值,容易减少由于信号处理的曝光量校正而导致的噪声的产生。
通过不超过条件式(9)的上限值,有利于确保第1变倍透镜组的正面侧的空间。
另外,在变焦镜头具有对焦机构的情况下,上述各结构成为对焦到最远距离的状态下的结构。
优选满足单个或同时满足多个上述各结构要件。
进而,当各数值数据如下所述时,能够使其效果更加可靠,是优选的。
关于条件式(A),设下限值为0.05、乃至0.10时,在小型化方面是优选的。设上限值为1.0、乃至0.5时,能够减小摄影画面的上端和下端的噪声差,是优选的。
关于条件式(1),优选设上限值为0.46。
关于条件式(2),优选设下限值为0.95、0.97、乃至1.00。
关于条件式(3),优选设上限值为0.975。
关于条件式(6),优选设下限值为0.95、乃至0.99。优选设上限值为1.05、乃至1.01。
关于条件式(7),优选设下限值为0.73、乃至0.85。优选设上限值为0.95、乃至0.92。
关于条件式(8),优选设下限值为4.5。也可以设置上限值为15.0,使其不超过15.0。
容易抑制变焦镜头的沿着光轴的尺寸的增大,有利于摄像装置的厚度方向以外的尺寸的小型化。进而,也可以设上限值为10.0。
关于条件式(9),优选设下限值为-2.5、乃至-2.0。优选设上限值为-1.0、乃至-1.5。
接着,关于非对称阴影的校正,说明更加优选的结构。
优选摄像装置具有阴影校正参数计算部,该阴影校正参数计算部根据阴影校正参数存储部的阴影校正参数,进行分别与二维配置在摄像元件的平面上的各像素对应的阴影校正参数的计算,
通过对与未预先存储的像素对应的阴影校正参数进行插值的运算,来进行计算,
阴影校正部针对从摄像元件的各像素分别取出的亮度数据,从阴影校正参数计算部所计算出的阴影校正参数中提取与对应像素有关的阴影校正系数,进行校正运算。
不按照各像素预先存储校正系数,根据与不具有校正系数的像素的周边像素对应的校正系数,通过线性插值或非线性插值来计算与该不具有校正系数的像素对应的校正系数,由此,能够节约阴影校正参数存储部的存储容量。
将阴影校正参数在摄像元件的短边方向运算成非对称连续的分布。在校正系数的计算中,也可以设为考虑了基于缺角的阴影倾向的多次的校正参数分布。
例如,在设长边方向为X轴、短边方向为Y轴、摄像面的中心为原点时,能够使校正参数z的分布如下所述。
z=Cj
+C2X+C3Y
+C4X2+C5XY+C6Y2
+C7X3+C8X2Y+C9XY2+C10Y3
+C11X4+C12X3Y+C13X2Y2+C14XY3+C15Y4
+C16X5+C17X4Y+C18X3Y2+C19X2Y3+C20XY4+C21Y5
+C22X6+C23X5Y+C24X4Y2+C25X3Y3+C26X2Y4+C27XY5+C28Y6
+C29X7+C30X6Y+C31X5Y2+C32X4Y3+C33X3Y4+C34X2Y5+C35XY6+C36Y7
其中,Cj(j为1以上的整数)是系数。
在上述系数分布中,一般地,X-Z面、Y-Z面均不具有对称面,但是,通过使X的奇数次项全部为0,成为仅将Y-Z面作为对照面的校正参数分布。例如,在上述式(b)中,能够通过使C2、C5、C7、C9、C12、C14、C16、C18、C20、C23、C25、C27、C29、C31、C33、C35…的各项的系数为0来实现。
另外,关于插值,除了上述以外,例如还可以根据由于焦距、对焦点物点距离、F值等的变更而变化的阴影特性,对校正系数进行插值。
并且,根据本发明的优选方式,优选关于摄像元件的短边方向的阴影校正参数分布,与基准面上的短边方向的背面侧端附近的阴影校正参数相比,正面侧端附近的阴影校正参数与光轴附近的阴影校正系数之差较大。
并且,根据本发明的优选方式,优选阴影校正部将亮度数据乘以阴影校正参数来进行校正。
并且,根据本发明的优选方式,优选阴影校正参数计算部具有阴影校正参数修正部,该阴影校正参数修正部根据阴影校正参数,按照变焦镜头的变焦状态、对焦状态以及光圈量中的至少一方进行修正,并传送给阴影校正部。
由此,通过对校正参数进行插值,能够节约阴影校正参数存储部的存储容量,是优选的。
例如,根据在阴影校正参数存储部中存储的广角端的阴影校正参数,计算广角端的校正参数分布,根据中间焦距状态下的阴影校正参数,计算中间焦距状态下的校正参数分布。
而且,通过设广角端与中间焦距状态的中间的校正参数分布为两个分布的平均值等、对校正数据进行插值,能够节约阴影校正参数存储部的存储容量,所以是优选的。
这里,在计算上述平均值时,严格地讲,更加优选考虑缺角的影响来进行校正。
作为一例,存储无限远对焦时的广角端、中间焦距状态、望远端、极近距离对焦时的广角端、中间焦距状态、望远端中的各个光圈打开时和最小光圈时的合计12个状态下的校正参数。而且,优选根据任意的变焦状态、对焦状态、光圈量来进行运算插值。
并且,根据本发明的优选方式,优选摄像装置具有畸变校正部,该畸变校正部在阴影校正部进行校正运算后,进行畸变的运算校正。
首先对轴旋转对称地产生的现象进行校正时,非旋转对称地产生的阴影的校正变得复杂。因此,通过首先对相对于光轴非旋转对称地产生的现象进行校正,图像处理的精度提高。能够允许变焦镜头的畸变,有利于小型化。
并且,根据本发明的优选方式,优选阴影校正参数存储部保持与摄像元件的R(红)、G(绿)、B(蓝)的各色对应的阴影校正参数,阴影校正部根据R(红)、G(绿)、B(蓝)的各色的亮度数据,进行阴影校正运算。
由此,通过具有与摄像元件的各色对应的校正系数,有利于抑制颜色阴影。
并且,根据本发明的优选方式,优选阴影校正参数计算部计算阴影特性的反函数作为阴影校正参数,阴影校正部将从摄像元件的各像素分别取出的亮度数据乘以阴影校正参数来进行校正。
由此,通过根据阴影的程度来放大产生阴影的区域的亮度,能够进行阴影的校正。
并且,阴影校正参数存储部的校正参数也可以如下所述。
并且,根据本发明的优选方式,优选阴影校正参数存储部保持以光轴为中心呈现旋转对称分布的阴影校正参数、以及相对于光轴中心呈现非旋转对称分布的阴影校正参数,阴影校正参数计算部具有阴影校正参数合算部,该阴影校正参数合算部对旋转对称分布的阴影校正参数和非旋转对称分布的阴影校正参数进行合算,计算阴影校正参数,阴影校正部将从摄像元件的各像素分别取出的亮度数据乘以阴影校正参数计算部所计算出的阴影校正参数,来进行校正。
由此,关于光学系统中的周边光量的降低,基于余弦四次方定律的阴影倾向以光轴为中心大致旋转对称。
另一方面,基于摄像元件的阴影倾向不限于旋转对称,并且,在上述变焦镜头中,在短边方向的端部区域中成为非旋转对称的阴影特性。能够通过计算来算出旋转对称的阴影的校正系数,所以能够减少存储校正系数的存储部的存储容量,有利于低成本化和处理速度的提高。
并且,根据本发明的优选方式,优选阴影校正参数存储部的呈现旋转对称分布的阴影校正参数是与像高对应的阴影校正参数,阴影校正参数计算部根据从摄像面的中心到对象像素的距离,计算旋转对称分布的阴影校正参数,并且,对旋转对称分布的阴影校正参数和非旋转对称分布的阴影校正参数进行合算,计算阴影校正参数。
由此,能够使旋转对称的阴影校正参数的分布成为距离摄像面中心的像高的函数,所以能够减少存储校正系数的存储部的存储容量,有利于低成本化和处理速度的提高。
并且,根据本发明的优选方式,优选摄像装置具有:噪声校正参数计算部,其根据阴影校正参数,生成在摄像元件的短边方向上非对称的校正参数分布的噪声校正参数;以及噪声校正部,其使用噪声校正参数进行噪声校正处理。
进行阴影校正时,亮度的放大率越大的区域,越容易产生噪声。在产生非对称阴影的情况下,伴随阴影校正而产生非对称噪声分布。此时,同样进行噪声校正时,残留有非对称噪声分布。因此,通过根据阴影分布进行噪声校正,能够提高所摄影的图像的画质。
并且,根据本发明的优选方式,优选在变焦镜头的正面侧配置有干涉部件。
由此,能够实现摄像装置的小型化以及冲击的吸收。
下面,根据附图详细说明本发明的摄像装置的实施例。另外,本发明不被该实施例限定。
下面,说明本申请发明的实施方式。
图1A、1B、2示出本发明的第1实施方式中的带光路的变焦镜头的剖面结构。
图3A-3D、4A、4B、5A、5B、6A-6C、7A-7C示出第1实施方式的代表性的透镜的外形和有效区域。
并且,设包含棱镜的入射光轴和反射光轴的面为纸面。纸面成为摄像元件的短边方向。
在后述的实施例中,第1透镜组G1对应于本发明的物体侧透镜组,第3透镜组G3对应于本发明的第1变倍透镜组。
并且,如各图所示,第1透镜组G1的物体侧副透镜组在图1A、1B、2的纸面上为对称形状。对由棱镜反射后光轴朝向摄影装置下方的摄影装置的情况进行说明。
图3示出第1透镜组G1中的物体侧副透镜组的剖面结构。物体侧副透镜组在摄影装置(参照图12)的左右方向上对称。并且,在摄影装置的上下方向上为不对称形状。换言之,图3A示出物体侧副透镜组的与如上所述定义的纸面平行的面中的剖面结构。图3B示出从光束入射的一侧观察物体侧副透镜组的图。图3C示出物体侧副透镜组的包含光轴并与纸面垂直的面中的剖面结构。图3D示出从光束射出的一侧观察物体侧副透镜组的结构。
如果设外形的上下方向中的较短的一方为上侧,则有利于摄影装置的高度方向的小型化,使透镜下侧的面远离有效面,由此,有利于减少重影。
如果设较短的一方为上侧,则配置第1透镜组中的像侧透镜组的空间具有余量。
并且,利用斜线示出物体侧副透镜组的物体侧面的有效区域。上下方向、左右方向均为大致对称的长圆形状。
图4A示出棱镜与纸面平行的面中的剖面结构。图4B示出从摄像装置的像侧观察棱镜的结构。如图4A所示,棱镜的外形为出射面的背面侧欠缺的形状。
在图4B中,利用斜线示出棱镜的出射面中的有效区域。背面侧的有效区域比正面侧的有效区域小。并且,在图中一并示出条件式中的参数PEL、PEf、PEr。
如上所述,以轴外光束的主光线没有缺角的方式决定棱镜的背面侧的有效区域和尺寸。
图5A示出从光束入射的一侧观察第1透镜组G1中的像侧副透镜组的结构。图5B示出第1透镜组G1中的像侧副透镜组的包含光轴并与纸面垂直的面中的剖面结构。如图5A所示,像侧副透镜组的外形为左右方向对称且正面侧和背面侧的一部分欠缺的形状。欠缺的情况为:在以圆形形状为基础时,相比于圆形形状,在像侧副透镜组中欠缺的区域的大小,其背面侧比正面侧大。
像侧副透镜组的背面侧尺寸与棱镜的尺寸大致相同。并且,在图5A中,像侧副透镜组的物体侧面中的有效范围是由斜线示出的范围。
背面侧的有效区域比正面侧的有效区域小。进而,在图中一并示出条件式的参数L1rE。
在图中没有特别示出第2透镜组G2。第2透镜组G2是容易小型化的透镜组。因此,与第1透镜组G1或第3透镜组G3相比,正面侧和背面侧均为不大的形状。第2透镜组G2的形状优选为圆形或长圆形状的外形。
亮度光圈S是具有圆形开口的光圈。亮度光圈S的开口面积可以构成为以光轴为中心可变。并且,亮度光圈S不限于圆形,也可以是在与纸面垂直的方向上延伸的椭圆形。
图6A示出第3透镜组G3中的物体侧透镜的从与纸面垂直的方向观察的结构(俯视图)。图6B示出从光束入射的一侧观察物体侧透镜的结构(主视图)。图6C示出物体侧透镜的包含光轴并与纸面垂直的面中的剖面结构(侧视图)。物体侧透镜具有正面侧和背面侧的一部分欠缺的外形形状。正面侧的欠缺程度比背面侧的欠缺程度大。
根据第1透镜组中的棱镜或像侧副透镜组的背面侧的大小,并且,也考虑是可动组,将物体侧透镜的背面侧的长度设定为比棱镜等稍小。
在图6B中,利用斜线示出物体侧透镜的物体侧面的有效区域。正面侧的有效区域比背面侧的有效区域小。
并且,虽然没有图示,但是,第3透镜组的其他透镜也根据物体侧透镜组的尺寸而成为正面侧和背面侧欠缺的形状。在图6B中,还一并示出条件式的参数Lv1Er、Lv1Ef、Lv1EL。
作为确定有效范围的部件,考虑了保持透镜的框、将透镜面周边部涂黑的部件以及具有开口部的光圈部件等。一般进行涂黑,也能够较小地抑制成本。
图7A示出构成第4透镜组G4的透镜的从与纸面垂直的方向观察的结构(俯视图)。图7B示出从光束入射的一侧观察构成第4透镜组G4的透镜的结构(主视图)。图7C示出构成第4透镜组G4的透镜的包含光轴并与纸面垂直的面中的剖面结构(侧视图)。
如图7B所示,构成第4透镜组G4的透镜具有大致矩形的外形形状。图7B(主视图)中的突出部位(图中上端)侧与用于使第4透镜组G4移动来进行对焦的电动机(未图示)连接。
并且,在图7B中,利用斜线示出构成第4透镜组G4的透镜物体侧面的有效区域。由于第4透镜组G4配置在接近摄像元件的位置,所以为近似摄像面形状的大致矩形。
下面,说明本发明的变焦镜头的实施例1~3。在图1A、图1B、图2中分别示出实施例1的无限远物点对焦时的广角端、中间焦距状态、望远端的透镜剖面图。在图1A、图1B、图2中,第1透镜组用G1表示,第2透镜组用G2表示,亮度(开口)光圈用S表示,第3透镜组用G3表示,第4透镜组用G4表示,构成实施了限制红外光的波段限制涂层的低通滤波器的平行平板用F表示,电子摄像元件的罩玻璃的平行平板用C表示,像面用I表示。另外,也可以对罩玻璃C的表面实施波段限制用的多层膜。并且,还可以使该罩玻璃C具有低通滤波器的作用。
数值数据均为对焦到无限远的被摄体的状态下的数据。各数值的长度单位是mm,角度单位是°(度)。在任意实施例中,通过移动最靠近像侧的透镜组来进行对焦。
实施例1的变焦镜头如图1A、图1B、图2所示,从物体侧起依次配置正屈光力的第1透镜组G1、负屈光力的第2透镜组G2、亮度光圈S、正屈光力的第3透镜组G3和正屈光力的第4透镜组G4。
在从广角端向望远端变倍时,第1透镜组G1固定,第2透镜组G2向像侧移动,亮度光圈S固定,第3透镜组G3向物体侧移动。并且,第4透镜组G4为了进行像面位置校正而移动,在近距离物体的对焦时向物体侧移动。
第1透镜组G1从物体侧起依次由凸面朝向物体侧的负弯月透镜、光路弯折棱镜和双凸正透镜构成。第2透镜组G2由双凹负透镜、以及凸面朝向像侧的正弯月透镜与双凹负透镜的接合透镜构成。第3透镜组G3由双凸正透镜、双凸正透镜与双凹负透镜的接合透镜、以及凹面朝向像面侧的负弯月透镜与凹面朝向像面侧的正弯月透镜的接合透镜构成。第4透镜组G4由双凸正透镜构成。
非球面用于以下8个面:第1透镜组G1的双凸正透镜的两面、第2透镜组G2的双凹负透镜的两面、第3透镜组G3的物体侧的双凸正透镜的两面以及第4透镜组G4的双凸正透镜的两面。
并且,在第2实施方式、第3实施方式及其例子中,各透镜的外形形状与上述图4A、4B、5A、5B、6A-6C、7A-7C、8A、8B大致相同,所以图中仅示出透镜剖面图,与本发明关联的数值用表示出。
实施例2的变焦镜头如图8A、图8B、图9所示,从物体侧起依次配置正屈光力的第1透镜组G1、负屈光力的第2透镜组G2、亮度光圈S、正屈光力的第3透镜组G3和正屈光力的第4透镜组G4。
在从广角端向望远端变倍时,第1透镜组G1固定,第2透镜组G2向像侧移动,亮度光圈S固定,第3透镜组G3向物体侧移动。并且,第4透镜组G4为了进行像面位置校正而移动,在近距离物体的对焦时向物体侧移动。
第1透镜组G1从物体侧起依次由凸面朝向物体侧的负弯月透镜、光路弯折棱镜和双凸正透镜构成。第2透镜组G2由双凹负透镜、以及双凹负透镜与双凸正透镜的接合透镜构成。第3透镜组G3由双凸正透镜、双凸正透镜、凹面朝向像面侧的正弯月透镜、以及凹面朝向像面侧的负弯月透镜构成。第4透镜组G4由双凸正透镜构成。
非球面用于以下7个面:第1透镜组G1的负弯月透镜的像侧面、双凸正透镜的两面、第3透镜组G3的物体侧的双凸正透镜的两面以及第4透镜组G4的双凸正透镜的两面。
实施例3的变焦镜头如图10A、图10B、图11所示,从物体侧起依次配置正屈光力的第1透镜组G1、负屈光力的第2透镜组G2、亮度光圈S、正屈光力的第3透镜组G3和正屈光力的第4透镜组G4。
在从广角端向望远端变倍时,第1透镜组G1固定,第2透镜组G2向像侧移动,亮度光圈S固定,第3透镜组G3向物体侧移动。并且,第4透镜组G4为了进行像面位置校正而移动,在近距离物体的对焦时向物体侧移动。
第1透镜组G1从物体侧起依次由凸面朝向物体侧的负弯月透镜、光路弯折棱镜和双凸正透镜构成。第2透镜组G2由双凹负透镜、以及凸面朝向像侧的正弯月透镜与凸面朝向像侧的负弯月透镜的接合透镜构成。第3透镜组G3由双凸正透镜、双凸正透镜、以及凹面朝向像面侧的正弯月透镜与凹面朝向像侧的负弯月透镜的接合透镜构成。第4透镜组G4由凸面朝向像面侧的正弯月透镜构成。
非球面用于以下7个面:第1透镜组G1的负弯月透镜的像侧面和双凸正透镜的两面、第3透镜组G3的物体侧的双凸正透镜的两面以及第4透镜组G4的双凸正透镜的两面。
下面,示出上述各实施例的数值数据。除了上述记号以外,FL为全系统焦距,FN0为F值,ω为半视场角,r1、r2…为各透镜面的曲率半径,d1、d2…为各透镜面之间的间隔,nd1、nd2…为各透镜的d线的折射率,vd1、vd2…为各透镜的阿贝数。
另外,如果将以光的行进方向为正的光轴设为x,将与光轴垂直的方向设为y,则非球面形状用下式表示。
x=(y2/r)/[1+{1-(K+1)(y/r)2}1/2]+A4y4+A6y6+A8y8+A10y10+A12y12
其中,r为近轴曲率半径,K为圆锥系数,A4、A6、A8、A10、A12分别为4次、6次、8次、10次、12次的非球面系数。并且,在非球面系数中,“E-n”(n为整数)表示“10-n”。
数值实施例1
并且,第1实施方式中的透镜剖面通用,作为与条件式有关的有效尺寸等的数值,在以下的表中示出2个例子,作为实施例1-1、1-2。
数值实施例2
并且,第2实施方式中的透镜剖面通用,作为与条件式有关的有效尺寸等的数值,在以下的表中示出2个例子,作为实施例2-1、2-2。
数值实施例3
实施例3
接着,示出各实施例中的光量降低的数据。
这里,EVf由将正面侧最大像高(被摄体下端的像位置)处的光量下降量(落ち量)与图像中心进行了比较的EV值表示,EVr由将背面侧最大像高(被摄体上端的像位置)处的光量下降量与图像中心进行了比较的EV值表示。
进而,能够用于利用上述变焦镜头形成物体像并使CCD等电子摄像元件接受该像来进行摄影的电子摄影装置、特别是数字照相机或摄像机等。下面,例示该实施方式。
图12是具有上述各实施例的光路反射型变焦镜头的摄像装置即数字照相机40的概略剖面结构图。
这里,对使用了第1实施方式的变焦镜头的结构进行说明。变焦镜头中的各透镜组被保持在保持框上,并收纳于使它们一体化的镜框单元51中。
摄像元件49的摄像面的中心偏向照相机的正面A侧配置,变焦镜头的光轴中心偏离摄像面的中心配置。
在镜框单元51的正面A侧,在从第2透镜组到第4透镜组的范围内,具有用于吸收来自外部的冲击的缓冲垫52。在比缓冲垫52更靠近正面侧配置有前板53。
在镜框单元51的背面B侧,在从第1透镜组到摄像元件的背面侧的范围内,配置有液晶显示元件54和覆盖该液晶显示元件54的罩玻璃55。
图13A是示出数字照相机40的外观的前方立体图,图13B是其后方立体图。在该例子的情况下,数字照相机40包含具有摄影用光路42的摄影光学系统41、快门按钮45、闪光灯46和液晶显示监视器47等,当按压配置在照相机40上部的快门按钮45时,与其联动地,通过摄影光学系统41、例如实施例1的光路弯折变焦镜头进行摄影。由摄影光学系统41形成的物体像经由近红外截止滤波器和光学低通滤波器F形成在CCD 149(图14)的摄像面上。由该CCD 149接受的物体像经由处理单元,作为电子图像显示在设于照相机背面的液晶显示监视器47上。并且,在该处理单元上连接有记录单元,能够记录所摄影的电子图像。另外,该记录单元可以与处理单元分开设置,还可以构成为通过软盘、存储卡、MO等以电子方式进行记录写入。并且,也可以构成为代替CCD 149而配置了银盐胶片的银盐照相机。
在这样构成的数字照相机40中,摄影光学系统41是具有高变倍比、高光学性能的变焦镜头,所以能够实现高性能、进深方向极薄的价廉的数字照相机。
(内部电路结构)
图14是上述数字照相机40的主要部分的内部电路的结构框图。另外,在以下的说明中,上述处理单元例如由CDS/ADC部124、临时存储器117和图像处理部118等构成,存储单元例如由存储介质部119等构成。
如图14所示,数字照相机40具有:操作部112;与该操作部112连接的控制部113;以及经由总线114和115与该控制部113的控制信号输出端口连接的摄像驱动电路116、临时存储器117、图像处理部118、存储介质部119、显示部120以及设定信息存储器部121。
上述临时存储器117、图像处理部118、存储介质部119、显示部120以及设定信息存储器部121构成为能够经由总线122相互进行数据的输入或输出,并且,在摄像驱动电路116上连接有CCD 149和CDS/ADC部124。
操作部112是如下的电路:具有各种输入按钮和开关,经由这些输入按钮和开关向控制部通知从外部(照相机使用者)输入的事件信息。
控制部113例如是由CPU等构成的中央运算处理装置,是如下的电路:内置有未图示的程序存储器,按照在该程序存储器中存储的程序,经由操作部112接收由照相机使用者输入的指示命令,对数字照相机140整体进行控制。
CCD 149对经由本发明的摄影光学系统141形成的物体像进行接受。CCD 149是如下的摄像元件:通过摄像驱动电路116进行驱动控制,将该物体像的每个像素的光量转换为电信号并输出到CDS/ADC部124。
CDS/ADC部124是如下的电路:放大从CCD 149输入的电信号并进行模拟/数字转换,将仅进行了该放大和数字转换的影像原始数据(拜耳数据,以下称为RAW数据。)输出到临时存储器117。
临时存储器117例如是由SDRAM等构成的缓存器,是临时存储从CDS/ADC部124输出的上述RAW数据的存储器装置。图像处理部118是如下的电路:读出在临时存储器117中存储的RAW数据或在存储介质部119中存储的RAW数据,根据由控制部113指定的画质参数,以电气方式进行包含畸变像差校正在内的各种图像处理。
存储介质部119例如是如下装置的控制电路:装卸自如地装配由闪存等构成的卡型或棒型的记录介质,在这些卡型或棒型的闪存中记录并保持从临时存储器117转送的RAW数据或由图像处理部118进行图像处理后的图像数据。
显示部120具有液晶显示监视器,是在该液晶显示监视器上显示图像和操作菜单等的电路。设定信息存储器部121具有:ROM部,其预先存储有各种画质参数;以及RAM部,其存储通过操作部112的输入操作从自该ROM部读出的画质参数中选择出的画质参数。设定信息存储器部121是控制针对这些存储器的输入输出的电路。
在这样构成的数字照相机140中,根据本发明,摄影光学系统141具有充分的广角域,成为紧凑的结构且是高变倍的,在整个变倍范围内成像性能极其稳定,所以能够实现高性能、小型化、广角化。而且,能够在广角侧和望远侧进行快速对焦动作。
数字照相机140具有对摄像元件(CCD)149所摄像的图像进行电气校正的校正电路125(对应于阴影校正部、畸变校正部、后述的噪声校正部)。
校正电路125具有校正参数存储单元126(对应于阴影校正参数存储部和阴影校正参数计算部),该校正参数存储单元126保持在图像中心的正面侧和背面侧不同的亮度校正的参数,以便校正变焦镜头的前侧(正面侧)和后侧(背面侧)的非对称的亮度降低率。
由此,能够通过信号处理来校正由于光束的缺角而产生的正面侧和背面侧的曝光差,能够得到良好的图像。
进而,校正参数存储单元126考虑根据变焦镜头的变倍以及亮度光圈的开口面积的变更而变化的非对称曝光差,保持与各个状态对应的在正面侧和背面侧不同的校正参数。
由此,能够按照根据变焦镜头的状态而变化的非对称曝光差来进行校正,是优选的。
而且,为了校正由于非对称缺角而产生的非对称的图像变化,优选通过图像处理来校正周边部的被摄场深度差异、阴影校正时的非对称噪声等。
并且,优选根据测光区域或对焦区域进行考虑了缺角的校正。
并且,也可以事先进行图像处理以降低由于缺角的非对称性而导致的影响,然后,进行基于图像处理的滤波效果的图像转换。
作为阴影校正参数的生成方法,能够对亮度均匀的白色平面进行摄影,对所产生的阴影分布进行逆运算,并将其存储为校正参数。
例如,在设摄影图像中对应像素的亮度相对于中心亮度的比的倒数为校正参数的情况下,针对与摄影图像的中心像素对应的亮度,如果在任意像素A中为二分之一(与中心之差为-1EV)的亮度、在任意像素B中为四分之一(与中心之差为-2EV)的亮度,则校正参数在中心为1(+0EV),相对于像素A为2(+1EV),相对于像素B为4(+2EV)。
而且,在各像素的亮度值中乘以与各像素对应的校正参数,由此,能够高精度地进行阴影校正。
如果对亮度均匀的红(R)、绿(G)、蓝(B)的平面进行摄影并生成对摄像元件的各色成分的阴影倾向进行校正的校正参数,则还能够高精度地进行颜色阴影的校正。
在阴影校正参数的计算方法和校正运算中能够进行各种变化。
例如,为了校正非对称阴影而增多参数的数量。因此,如果在变焦镜头的各种状态下存储校正参数表,则存储校正参数的存储容量过大。
因此,将阴影校正参数分解成3个以上的种类,通过乘法、加法等运算来求出某个摄影状态下的校正参数。由此,能够减少存储器的容量,所以是优选的。
例如,划分为旋转对称的参数数据(依赖于像高的校正参数)和非旋转对称的参数数据(依赖于摄像面的短边方向位置的参数、依赖于长边方向位置的参数),来保持参数。也可以通过各个参数数据的加法或乘法来求出各像素的校正参数。
并且,为了对依赖于变焦镜头的焦距、F值、对焦状态而变化的阴影倾向进行电气校正,存储与有限的多个状态对应的校正参数分布(或者能够运算分布的校正参数)。
而且,也可以通过存储或运算出的参数分布中的多个参数分布的插值,计算任意状态下的校正参数。
并且,当对非对称阴影进行电气校正时,产生非对称分布的噪声。因此,也可以具有非对称的噪声校正参数,来校正非对称地产生的噪声。
并且,还能够欣赏产生了阴影的摄影。例如,设置用于切换阴影校正的接通/断开的开关。然后,在阴影校正接通时,对摄影画面的上端和下端的阴影进行校正。在断开时,在上端和下端中的光量降低率较少的一方中加上校正值来进行校正,以使非对称阴影不明显。
例如,在摄像面的下端相对于中心具有-1.7EV的光量降低、上端具有-1.6EV的光量降低的情况下,在接通时,以分别成为-0.3EV的方式进行校正,在断开时,以与上端一致而分别成为-1.6EV的方式进行校正。
并且,相对于静态图像摄影,在动态图像摄影的情况下,图像处理的负担增大。因此,关于非对称的需要校正的摄像区域,在动态图像摄影时,优选极力从动态图像摄影区域中去除。
例如,在静态图像摄影时,以4∶3的纵横比进行摄影,在动态图像摄影时,优选在比静态图像摄影时的摄像区域小的区域中以16∶9的纵横比进行摄影。或者,在纵横比4∶3的摄影和纵横比16∶9的摄影中,也可以以视场角恒定的方式设定摄像区域。
并且,当进行闪光灯摄影时,由于闪光灯的配光特性的影响,非对称阴影容易变得明显。
因此,也可以将闪光灯发光时的阴影校正参数存储为其他表,在光学系统的阴影校正参数中乘以闪光灯发光时的阴影校正参数,来运算要与各像素相乘的校正参数。
或者,为了校正基于变焦镜头的阴影,也可以设为下侧较亮的闪光灯配光特性。
(阴影校正的实施例)
下面,对使用了阴影校正参数存储部、阴影校正参数计算部、阴影校正部、噪声校正参数计算部、噪声校正部、畸变校正部的例子进行说明。
参照图15~图25A-25P说明进行阴影校正等的装置。
图15是示出本摄像装置的功能块的图。
阴影校正参数存储部101作为对阴影进行电气校正的结构,保持相对于图像中心在正面侧和背面侧不同的阴影校正参数,以便校正变焦镜头的正面侧和背面侧的非对称的阴影。
阴影校正部103根据在阴影校正参数存储部101中存储的阴影校正参数,对由摄像元件摄像的图像进行校正运算。
阴影校正参数计算部102从阴影校正参数存储部101中读出校正参数。
对阴影校正参数计算部102输入图像信号、变焦镜头状态信号。
计算阴影校正参数分布,以便成为根据变焦镜头状态而变化的阴影特性的反函数。
而且,阴影校正参数计算部102对阴影校正部103发送所计算出的阴影校正参数分布。
并且,阴影校正参数计算部102具有阴影校正参数修正部106。
阴影校正参数修正部106进行插值运算(最小二乘法等),以便计算未存储在阴影校正参数存储部101内的校正参数中的变焦镜头状态下的校正参数分布。
由阴影校正参数计算部102计算出的校正参数分布被发送到阴影校正部103,并且,还发送到噪声参数计算部107。
阴影校正部103针对摄影图像的各像素乘以亮度和校正参数。由此,阴影校正部103生成进行了阴影校正后的图像。
噪声参数计算部107根据阴影校正参数的分布,计算噪声校正参数分布。
由阴影校正部103校正后的图像信号被发送到噪声校正部104。噪声校正部104针对来自阴影校正部103的图像信号,根据具有来自噪声校正参数计算部107的噪声校正参数分布的参数,关于阴影校正参数越大的区域,越增大噪声校正值。
由噪声校正部104进行噪声校正后的图像信号被发送到畸变校正部105。畸变校正部105进行校正畸变的图像处理。
此时,畸变校正部105使用与变焦镜头状态对应的畸变校正参数,对图像信号进行运算处理,以便校正畸变。其结果,畸变校正部105输出校正了畸变后的图像信号。
畸变校正参数存储部108存储基于表示变焦镜头状态的信号的基础校正参数。
畸变校正参数计算部109从畸变校正参数存储部108中读出多个与对应的变焦镜头状态相近的校正参数。
然后,畸变校正参数计算部109通过多个参数的相互插值等的运算,计算与变焦镜头状态对应的畸变校正参数。来自畸变校正参数计算部109的信号被发送到上述畸变校正部105。
畸变校正部105根据校正参数来校正图像的畸变。虽然没有特别图示,但是,作为进一步的图像处理,也可以进行彩度强调处理和旋转对称的周边光量降低处理等图像处理。关于转换后的图像信号,在显示部120、47上显示图像,或者记录在记录介质中。
图16是示出对阴影、噪声、畸变进行校正的顺序的流程图。
在步骤S201中,阴影校正参数计算部102读出在阴影校正参数存储部101中存储的阴影校正参数。
在步骤S202中,阴影校正参数计算部102判断是否需要补充校正参数。在步骤S202的判断结果为真(“是”)时,进入步骤S203。
在步骤S203中,阴影校正参数修正部106进行插值运算(最小二乘法等),以便计算未存储在阴影校正参数存储部101内的校正参数中的变焦镜头状态下的校正参数分布。然后,进入步骤S204。
在步骤S202的判断结果为伪(“否”)时,也进入步骤S204。在步骤S204中,阴影校正参数计算部102根据图像信号和变焦镜头状态信号,计算校正参数分布。
在步骤S205中,阴影校正部103进行阴影的校正。并且,在步骤S206中,噪声参数计算部107根据所计算出的校正参数分布,计算噪声校正参数分布。
在步骤S208中,噪声校正部104针对来自阴影校正部103的图像信号,根据具有来自噪声校正参数计算部107的噪声校正参数分布的参数,关于阴影校正参数越大的区域,越增大噪声校正值。然后,由噪声校正部104对图像进行噪声校正。
并且,在步骤S207中,畸变校正参数计算部109从畸变校正参数存储部108中读出多个与对应的变焦镜头状态相近的校正参数。然后,畸变校正参数计算部109通过多个参数的相互插值等运算,计算与变焦镜头状态对应的畸变校正参数。
在步骤S209中,畸变校正部105使用与变焦镜头状态对应的畸变校正参数,对图像信号进行运算处理,以便校正畸变。其结果,畸变校正部105输出校正了畸变后的图像信号。
接着,详细说明阴影校正参数。
阴影校正参数存储部101存储在短边方向上成为非对称分布的阴影校正参数,其对应于变焦镜头产生的在摄像元件的短边方向上非对称的阴影。
图17是标注圆点示出与作为数据而存储的阴影校正参数对应的位置的图。另外,在以下的说明中,设Y轴为摄像区域的短边方向,X轴为长边方向,与变焦镜头的光轴相交的位置为原点(中心)。
作为存储为阴影校正参数的校正参数,保持与通过原点从Y轴方向的上端到下端的7点像素对应的参数。并且,保持与从X轴方向的左端到原点的5点像素对应的参数。
而且,在图17所示的坐标的第2象限和第3象限中,阴影校正参数存储部101存储与配置在等间隔的正方网格上的各点位置对应的校正参数。
校正参数的值可以是如上所述根据亮度均匀的被摄体的摄影像求出的值,但是,也可以是通过计算机模拟等而预先计算出的值。
在阴影校正参数存储部101中存储的校正参数不与全部像素对应。利用阴影校正参数计算部102对各个校正参数进行插值。由此,计算与全部像素对应的校正参数的分布。
图18A、18B分别示出X轴上和Y轴上的校正参数的插值。
第1象限和第2象限中的校正参数与使第3象限和第4象限中的校正参数相对于Y轴对称移动后的参数的值相同。由此,减少了在阴影校正参数存储部101中存储的参数的数量。
图19A、19B分别示出在摄像元件中配置了R、G、B滤波器时的X轴上和Y轴上的校正参数。校正参数可以与摄像元件的R、G、B滤波器的各个颜色对应。
根据图18B、图19B可知,在阴影校正参数存储部101中存储的阴影校正参数与变焦镜头产生的在摄像元件的短边方向上非对称的阴影对应,在短边方向上成为非对称分布。
下面,将与变焦镜头的一个状态对应的校正参数的集合称为表。
图20是示出校正参数的表的内容的图。在阴影校正参数存储部101中存储的表是如下的组合:变焦状态为广角端、中间焦距状态、望远端这3个状态,对焦状态为无限远对焦时和极近距离对焦时这2个状态,光圈状态为光圈打开时和最小光圈时这2个状态。
因此,阴影校正参数存储部101在全部状态的组合中,存储3个状态×2个状态×2个状态=12个状态的表。另外,还可以根据变焦镜头的变倍比来增加表的数量。
阴影校正参数计算部102根据阴影校正参数存储部101的阴影校正参数,进行分别与二维配置在摄像元件的平面上的各像素对应的阴影校正参数的计算。
在阴影校正参数的计算中,对与未预先存储的像素对应的阴影校正系数进行线性插值、非线性插值或基于最小二乘法的插值等。
在预先存储的表中不存在变焦镜头状态的情况下,阴影校正参数计算部102读出多个与该变焦镜头状态相近的表。然后,阴影校正参数修正部106进行与变焦镜头状态对应的加权来进行运算。由此,计算出与摄影时的变焦镜头状态对应的阴影校正参数。
列举计算出的阴影校正参数的一例时,在转换为上述多项式的情况下,根据各像素的X、Y坐标的值,求出各像素的校正参数。
阴影校正部103从由阴影校正参数计算部102计算出的阴影校正参数中,提取与对应像素有关的阴影校正系数。然后,阴影校正部103针对从摄像元件的各像素分别取出的亮度数据,使用阴影校正系数进行校正运算。
图21A~21G是说明阴影校正的图。
关于阴影,混合存在有依赖于针对光学系统的入射角的旋转对称的光量降低以及光学系统中的渐晕(缺角)所导致的非对称光量降低。
图21A是示意性地示出所摄影的图像的光量分布的图。
图21B、21C分别示出通过摄像元件的原点沿着长边方向的方向的亮度电平、通过摄像元件的原点沿着短边方向的方向的亮度电平。
图21D、21E分别示出通过摄像元件的原点沿着长边方向的方向的校正参数的电平、通过摄像元件的原点沿着短边方向的方向的校正参数的电平。
图21F、21G分别示出通过摄像元件的原点沿着长边方向的方向的校正后的电平、通过摄像元件的原点沿着短边方向的方向的校正后的电平。
关于摄像元件的短边方向的阴影校正参数分布,与基准面上的短边方向(Y轴)的背面侧端附近的阴影校正参数相比,正面侧端附近的阴影校正参数与光轴附近的阴影校正系数之差较大。
阴影校正部103将图像信号的亮度数据乘以阴影校正参数来进行校正。与非对称光量降低率对应地进行非对称阴影恢复处理。由此,光量降低率较大的区域中的亮度电平恢复,能够补偿光量降低的非对称性。
(噪声校正)
接着,对噪声校正进行说明。噪声校正参数计算部107根据阴影校正参数,生成在摄像元件的短边方向上非对称的校正参数分布的噪声校正参数。
噪声校正部104使用噪声校正参数进行噪声校正处理。由此,能够进行伴随非对称阴影校正的与非对称噪声分布对应的噪声校正。其结果,能够提高所摄影的图像的画质。
(畸变校正)
接着,对畸变校正进行说明。畸变校正部105在阴影校正部103和噪声校正部104进行校正运算后,进行畸变的运算校正。首先,最初,通过校正相对于光轴非旋转对称地产生的现象,来提高图像处理的精度。
在将存储于阴影校正参数存储部101中的阴影校正参数设为与各像素的滤波器的R(红)、G(绿)、B(蓝)的各色对应的阴影校正参数的情况下,阴影校正部103根据R(红)、G(绿)、B(蓝)的各色的亮度数据,进行阴影校正运算。
由此,关于畸变运算校正,也通过利用各色单独进行校正,来校正倍率的颜色像差。
(变形例)
接着,说明变形例。变形例涉及在阴影校正参数存储部101中存储的阴影校正参数和阴影校正参数计算部102。
图22是示出变形例的摄像装置的功能块的图。
在阴影校正参数存储部101中存储以光轴为中心旋转对称分布的阴影校正参数,以便校正基于光学系统的余弦四次方定律等的光量降低。
并且,在阴影校正参数存储部101中,与上述阴影校正参数分开存储有相对于光轴中心非旋转对称分布的阴影校正参数。
而且,阴影校正参数计算部102具有阴影校正参数合算部110(图中示出为“合算部”)。
阴影校正参数合算部110对旋转对称分布的阴影校正参数和非旋转对称分布的阴影校正参数进行合算,计算阴影校正参数。
如上所述,阴影校正部103将从摄像元件的各像素分别取出的亮度数据乘以由阴影校正参数计算部102计算出的阴影校正参数,来进行校正。
以光轴为中心旋转对称分布的阴影校正参数被存储为仅将像高H作为变量的函数。例如,用校正参数=D1H6+D2H5+D3H4+D4H3+D5H2(D1、D2、D3…为参数)示出。
如图24所示,关于旋转对称的校正参数分布,在阴影校正参数计算部102中的运算时,根据作为校正对象的像素的X-Y坐标,利用(X2+Y2)1/2求出像高(H)。然后,在作为函数存储的校正参数中,求出符合该像高H的值并进行运算。
然后,与作为参数分布存储的非旋转对称的阴影校正参数或根据所存储的校正参数求出的参数分布进行合算,计算与各像素对应的校正参数分布。
能够通过基于像高的计算来算出旋转对称的阴影的校正系数。因此,能够减少存储校正系数的存储部的存储容量,有利于低成本化和处理速度的提高。
进而,还能够按照以下顺序来计算校正参数。
首先,进一步将非旋转对称的参数划分为2个成分。一个成分是(1)仅将短边方向的位置(Y)作为变量的函数参数。例如,校正参数=E1Y6+E2Y5+E3Y4+E4Y3+E5Y2(E1、E2、E3…为参数)。
另一个成分被存储为(2)用于对在周边的一部分残存的阴影进行校正的校正系数。
然后,在参数分布的计算中,对旋转对称的校正参数、(1)依赖于短边方向位置的校正参数、(2)残存的辅助校正参数分别进行相乘和相加,求出校正系数。
图23是示出对变形例的阴影、噪声、畸变进行校正的顺序的流程图。这里,对与上述图16所示的流程图内容相同的顺序标注相同步骤编号,并省略重复说明。
在步骤S201中,阴影校正参数计算部102读出在阴影校正参数存储部101中存储的阴影校正参数。
在步骤S210中,阴影校正参数计算部102判断是否需要对校正参数的旋转对称成分和非旋转对称成分进行合算。
在步骤S210的判断结果为真(“是”)时,进入步骤S211。
在步骤S211中,阴影校正参数计算部102读出在阴影校正参数存储部101中存储的相对于光轴中心旋转对称分布的阴影校正参数和相对于光轴中心非旋转对称分布的阴影校正参数。
并且,在步骤S210的判断结果为伪(“否”)时,也进入步骤S204。
在步骤S204中,阴影校正参数计算部102内的阴影校正参数合算部110对旋转对称分布的阴影校正参数和非旋转对称分布的阴影校正参数进行合算,计算阴影校正参数。
下面,按照与图16基本相同的顺序进行阴影校正、噪声校正、畸变校正。
图25A~25P是示意性地示出这种校正参数的计算过程的图。
图25A示出旋转对称的阴影的成分。图25B示出依赖于摄像元件的短边方向位置而变化的阴影的成分。图25C示出残存的辅助阴影的成分。图25D示出对图25A、25B、25C的所有阴影成分进行合算的状态。
图25E、25F、25G、25H分别针对图25A、25B、25C、25D示出通过摄像元件的原点沿着长边方向的线上的校正参数。
图25I、25J、25K、25L分别针对图25A、25B、25C、25D示出通过摄像元件的原点沿着短边方向的线上的校正参数。
图25M、25N、25O、25P分别针对图25A、25B、25C、25D示出通过摄像元件的原点沿着短边方向的Y轴上的校正参数。
并且,上述实施例可以适当变更。
例如,在上述变焦镜头的实施例中,有时IR截止涂层的反射光成为重影的主要原因。为了解决该问题,利用红外吸收部件来构成具有反射面的棱镜,由此不需要IR截止涂层。或者,即使在使用了IR截止涂层的情况下,也能够减小其反射光量。由此,容易减少重影。
另一方面,该情况下,R、G、B的各色中的R的透射率容易降低。
透射率由于棱镜内的光路长度等而变化。在本发明的变焦镜头的情况下,从广角端到望远端,入射光瞳面积和形状变化。因此,严格地讲,其透射率的变化也不是旋转对称。
因此,优选校正参数为与颜色不均对应的校正参数,该颜色不均是由于按照R、G、B的各色而不同的棱镜的吸收作用导致的。当然,如上所述,优选保持与变焦状态、对焦状态等对应的参数。
如上所述,本发明对于光路弯折照相机是有用的。
根据本发明,能够提供具有有利于薄型化的光路反射型变焦镜头的摄像装置。