JP2001111870A - Image pickup device - Google Patents

Image pickup device

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JP2001111870A
JP2001111870A JP28730399A JP28730399A JP2001111870A JP 2001111870 A JP2001111870 A JP 2001111870A JP 28730399 A JP28730399 A JP 28730399A JP 28730399 A JP28730399 A JP 28730399A JP 2001111870 A JP2001111870 A JP 2001111870A
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JP
Japan
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spherical
lens
light receiving
image
receiving element
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JP28730399A
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Japanese (ja)
Inventor
Fumio Nihei
文雄 仁平
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Victor Company of Japan Ltd
Original Assignee
Victor Company of Japan Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an image pickup device that can effectively eliminate the spatial frequency component in the vicinity of a half of a sampling frequency without the need for a crystal low pass filter. SOLUTION: This image pickup device is provided with an image pickup lens system 10, a light receiving element array 12 that has a plurality of light receiving elements placed at a prescribed element interval, and a signal processing circuit 14 that processes a signal supplied from the light receiving element array. The image pickup lens system 10 includes an aperture 11 and a composite planar lens 21 that is placed in the vicinity of the aperture 11 and has a lens plane consisting of a plurality of spherical surfaces whose spherical centers are placed at positions symmetrical to an optical axis or a plurality of rotary aspherical planes whose rotation axes are placed at positions symmetrical to the optical axis. The distance between the spherical centers or the rotary axes of the composite planar lens 21 is selected so that the interval of split images formed on the light receiving element array 12 with lights passing through a plurality of the spherical surfaces or the rotational aspherical surfaces is nearly equal to the element interval of the light receiving element array 12.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ビデオカメラ、電
子スチルカメラ等の撮像装置に関し、特に、効果的にモ
アレを除去することのできる小型化された撮像装置に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an imaging device such as a video camera and an electronic still camera, and more particularly to a miniaturized imaging device capable of effectively removing moiré.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、CCD等の周期的な受光素子の
配列を用いた受光素子アレイを用いた撮象装置では、被
写体像を受光素子アレイ上に結像させ、それを所定の空
間周波数でサンプリングして画像情報を出力する。この
とき、被写体像に受光素子のサンプリング周波数の1/
2以上の空間周波数成分が含まれると、モアレや偽色が
発生する。換言すると、サンプリング周波数の1/2ま
での空間周波数を有する物体に関しては、画像情報を正
しく再生することができるが、サンプリング周波数の1
/2以上の周波数成分は偽情報として再生され、モアレ
や偽色の原因となる。この現象は、サンプリング定理の
折り返し歪みとして一般に知られている。
2. Description of the Related Art Generally, in an imaging apparatus using a light receiving element array using a periodic array of light receiving elements such as a CCD, a subject image is formed on the light receiving element array and the image is formed at a predetermined spatial frequency. Sampling and outputting image information. At this time, the sampling frequency of the light receiving element is 1 /
When two or more spatial frequency components are included, moiré and false colors occur. In other words, with respect to an object having a spatial frequency up to 1/2 of the sampling frequency, the image information can be correctly reproduced.
A frequency component of / 2 or more is reproduced as false information, which causes moire and false colors. This phenomenon is generally known as aliasing distortion of the sampling theorem.

【0003】このようなモアレや偽色を防止するため
に、従来の撮像装置は、水晶で作られた光学的ローパス
フィルタ(以下において、水晶ローパスフィルタとい
う)を受光素子の直前に配置している。この水晶ローパ
スフィルタを通すことによって、被写体像に含まれるサ
ンプリング周波数の1/2以上の空間周波数成分を取り
除くわけである。
[0003] In order to prevent such moiré and false colors, in a conventional imaging apparatus, an optical low-pass filter made of quartz (hereinafter, referred to as a quartz low-pass filter) is disposed immediately before a light receiving element. . By passing through the quartz low-pass filter, a spatial frequency component of サ ン プ リ ン グ or more of the sampling frequency included in the subject image is removed.

【0004】図14は、水晶ローパスフィルタ82を用
いた従来の撮像装置の光学系を示す図である。水晶ロー
パスフィルタ82は受光素子アレイ(撮像面)12の手
前、より正確には、受光素子を覆うカバーガラス13の
手前に挿入される。通常、水晶ローパスフィルタ82は
第1および第2の水晶(不図示)の2枚を組み合わせて
使用する。第1の水晶は、結晶の持つ複屈折を利用して
像を受光素子の画素間隔Dだけ離れた位置に分離させ
る。これによって、サンプリング周波数の1/2近傍で
レスポンスをゼロにする。第2の水晶は、像の分離幅が
D/2になるように像を分離して、サンプリング周波数
の1倍の空間周波数でレスポンスをゼロにする。
FIG. 14 is a diagram showing an optical system of a conventional image pickup apparatus using a crystal low-pass filter 82. The crystal low-pass filter 82 is inserted before the light receiving element array (imaging surface) 12, more precisely, before the cover glass 13 that covers the light receiving element. Normally, the crystal low-pass filter 82 is a combination of two first and second crystals (not shown). The first crystal uses the birefringence of the crystal to separate the image at a position separated by the pixel interval D of the light receiving element. As a result, the response is reduced to zero near half the sampling frequency. The second crystal separates the image so that the separation width of the image becomes D / 2, and makes the response zero at a spatial frequency of one time the sampling frequency.

【0005】この原理を図15および16を用いて説明
する。図15(a)は、サンプリング周波数の1/2の
空間周波数の像を、図15(b)は1/4の空間周波数
(2倍の波長)の像を2つに分離させてCCD上に結像
させた場合を説明するための図である。
The principle will be described with reference to FIGS. FIG. 15A shows an image with a spatial frequency of サ ン プ リ ン グ of the sampling frequency, and FIG. 15B shows an image with a spatial frequency of 4 (double the wavelength) divided into two images on a CCD. It is a figure for explaining the case where it formed an image.

【0006】たとえばCCDアレイの画素間隔をDとす
ると、サンプリング周波数fsは1/D(mm−1)と
なる。図15の例では、単位長さあたり10画素配置さ
れるので、サンプリング周波数fsは10である。今、
空間周波数が(1/2)fs、すなわち周波数5の像
を、画素間隔に等しい分離幅Dで2つに分離して結像さ
せる。すると、2つの像は、ちょうど1画素分ずれた位
置に結像される。これらの像を合成すると、コントラス
トがゼロになり、最もモアレが目立つサンプリング周波
数の1/2近傍の空間周波数成分の出力が消去される。
For example, if the pixel interval of the CCD array is D, the sampling frequency fs is 1 / D (mm -1 ). In the example of FIG. 15, since 10 pixels are arranged per unit length, the sampling frequency fs is 10. now,
An image having a spatial frequency of (1/2) fs, that is, a frequency of 5 is separated into two images with a separation width D equal to the pixel interval and formed. Then, the two images are formed at positions shifted by exactly one pixel. When these images are combined, the contrast becomes zero, and the output of the spatial frequency component near 1/2 of the sampling frequency at which the moiré is most noticeable is eliminated.

【0007】一方、空間周波数が2.5(サンプリング
周波数の1/4)の像を、同じく画素間隔Dに相当する
分離幅Dで2つに分離させても、図15(b)に示すよ
うに、2つの像の合成出力はその像が本来持つ空間周波
数2.5を維持している。すなわち、空間周波数がサン
プリング周波数の1/2より低い像に関しては、分離像
を合成したとしても、正しい画像情報を維持し、出力す
ることができる。
On the other hand, even if an image having a spatial frequency of 2.5 (1/4 of the sampling frequency) is separated into two with a separation width D corresponding to the pixel interval D, as shown in FIG. In addition, the combined output of the two images maintains the spatial frequency 2.5 originally possessed by the images. That is, for an image whose spatial frequency is lower than 1 / of the sampling frequency, correct image information can be maintained and output even if the separated images are combined.

【0008】図16は、空間周波数の関数としての、水
晶ローパスフィルタ82のMTF(変調伝達関数)特性
を示すグラフである。水晶ローパスフィルタ82を構成
する水晶1および水晶2のMTF特性をそれぞれ破線で
示し、これらを合成した水晶ローパスフィルタ82のM
TF特性を実線で示す。水晶1のMTF特性は空間周波
数がfS/2、すなわちモアレが最も目立つサンプリン
グ周波数の1/2でゼロになる。一方、サンプリング周
波数の1/2よりさらに高い空間周波数成分を低減する
ために、水晶2は像の分離幅がD/2になるように分離
像を結像する。これにより、サンプリング周波数の1倍
でレスポンスがゼロになる。水晶1、2を合成すると、
実線3で示すように、モアレや偽色の原因となる高い周
波数成分を効果的に低減することができる。
FIG. 16 is a graph showing the MTF (modulation transfer function) characteristics of the quartz low-pass filter 82 as a function of the spatial frequency. The MTF characteristics of the crystal 1 and the crystal 2 constituting the crystal low-pass filter 82 are indicated by broken lines, respectively.
The TF characteristic is shown by a solid line. The MTF characteristic of the crystal 1 becomes zero when the spatial frequency is fS / 2, that is, 1/2 of the sampling frequency at which moire is most noticeable. On the other hand, in order to reduce a spatial frequency component higher than 1/2 of the sampling frequency, the quartz crystal 2 forms a separated image so that the separation width of the image becomes D / 2. As a result, the response becomes zero at one time the sampling frequency. When crystal 1 and 2 are synthesized,
As indicated by the solid line 3, high frequency components that cause moiré and false colors can be effectively reduced.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかし、水晶で作られ
たローパスフィルタは高価なうえ、配置する空間を結像
光学系の光路中に設けなければならず、撮像装置の小型
化の大きな制約になっていた。
However, a low-pass filter made of quartz is expensive and requires a space to be provided in the optical path of an image forming optical system, which is a major constraint on miniaturization of an image pickup apparatus. Had become.

【0010】水晶で作られたローパスフィルタを用いる
以外にも、被写体像に含まれる受光素子のサンプリング
周波数の1/2以上の周波数成分を低減する方法とし
て、結像光学系の途中に回析格子やレンチキュラを挿入
する方法が知られている。回析格子を用いる方法は、回
析により多重像を結像させるものであるが、小絞り時な
どに撮像面に縞が現れるなどの欠点がある。レンチキュ
ラを用いる方法は、屈折により像を分離するものである
が、構造上多くの稜線が存在し、稜線部のダレが画質に
影響するという問題がある。また、これらの方法のいず
れも、水晶のローパスフィルタと同様に、撮像装置の小
型化を制約するものである。
In addition to using a low-pass filter made of quartz, a method of reducing a frequency component equal to or more than 1/2 of the sampling frequency of the light-receiving element included in the subject image is as follows. And a method of inserting a lenticular are known. The method using a diffraction grating forms a multiple image by diffraction, but has a drawback such that fringes appear on an imaging surface when a small aperture is used. The method using a lenticular separates an image by refraction. However, there is a problem in that many ridge lines are present in the structure, and sagging of the ridge line affects image quality. In addition, any of these methods restricts miniaturization of the imaging device, similarly to a low-pass filter made of quartz.

【0011】別のアプローチとして、特開平7―325
269号公報は、結像光学系の途中に互いに傾き方向の
異なるくさび状のプリズムを配置し、屈折により像を分
離させる技術を開示している。この方法では、互いに傾
き方向の異なるくさび状のプリズム面同士の境界線で面
の高さが食い違うために段差が生じ、高コントラストの
被写体では回析光が目立つ。
Another approach is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-325.
Japanese Patent Publication No. 269 discloses a technique in which wedge-shaped prisms having different inclination directions are arranged in the middle of an imaging optical system to separate an image by refraction. In this method, a step occurs because the height of the wedge-shaped prism surfaces having different inclination directions is different from each other at the boundary line, and diffraction light is conspicuous in a high-contrast subject.

【0012】さらに別の方法として、特開平10―21
0371号公報は、結像光学系に故意に収差を残して、
被写体像に含まれる受光素子のサンプリング周波数の1
/2以上の周波数成分を低減する方法を開示している。
しかしこの方法は、絞りやピント位置により効果が変化
するために利用範囲が狭い。
As still another method, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-21 / 1998
No. 0371 discloses that an aberration is intentionally left in an imaging optical system,
1 of sampling frequency of light receiving element included in subject image
Disclosed is a method of reducing frequency components equal to or higher than / 2.
However, this method has a narrow range of use because the effect varies depending on the aperture and the focus position.

【0013】そこで本発明の目的は、装置を小型化する
とともに、画質低下の原因となるモアレを効果的に除去
することのできる撮像装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an image pickup apparatus capable of reducing the size of the apparatus and effectively removing moiré which causes deterioration in image quality.

【0014】本発明の別の目的は、絞りの開閉に影響さ
れず、どのような撮影条件でも安定してモアレを除去す
ることのできる撮像装置を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide an image pickup apparatus capable of removing moiré stably under any photographing conditions without being affected by opening and closing of the aperture.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明は、光軸に関して
所定の関係でそれぞれの球心が位置する複数の球面で構
成されるレンズ面を有する複合面レンズ、または光軸に
関して所定の関係でそれぞれの回転軸が位置する複数の
回転非球面で構成されるレンズ面を有する複合面レンズ
を用いる。これら複数の球面または回転非球面の曲面形
状はすべて等しい。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a compound surface lens having a lens surface composed of a plurality of spherical surfaces on which respective spherical centers are located in a predetermined relationship with respect to the optical axis, or in a predetermined relationship with respect to the optical axis. A compound surface lens having a lens surface composed of a plurality of rotating aspherical surfaces where respective rotation axes are located is used. The curved surfaces of the plurality of spherical or rotating aspheric surfaces are all equal.

【0016】すなわち、上記目的を達成するために、本
発明の撮像装置は、撮像レンズ系と、一定の素子間隔で
配置された複数の受光素子で構成される受光素子アレイ
と、受光素子アレイから供給される信号を処理する信号
処理回路とを備え、撮像レンズ系は、絞りと、絞りの近
傍に位置する上記複合面レンズとを含む。複合面レンズ
を構成する複数の球面の球心間の距離、または複数の回
転非球面の回転軸間の距離は、複数の球面または回転非
球面の各々を通過した光が撮像面上に形成する像の分離
間隔が、受光素子アレイの受光素子間隔とほぼ等しくな
るように設定される。
That is, in order to achieve the above object, an image pickup apparatus according to the present invention comprises an image pickup lens system, a light receiving element array composed of a plurality of light receiving elements arranged at a constant element interval, and a light receiving element array. The imaging lens system includes a signal processing circuit that processes the supplied signal, and the imaging lens system includes a stop and the complex surface lens positioned near the stop. The distance between the sphere centers of the plurality of spherical surfaces or the distance between the rotation axes of the plurality of rotating aspheric surfaces constituting the complex surface lens is formed on the imaging surface by light passing through each of the plurality of spherical surfaces or the rotating aspheric surfaces. The image separation interval is set so as to be substantially equal to the light receiving element interval of the light receiving element array.

【0017】撮像レンズ系中のレンズのひとつのレンズ
面を2以上の球面または回転非球面で構成することによ
り、撮像レンズ系と受光素子アレイとの間に余分な光学
要素を挿入しなくても、容易に撮像アレイ上に分離像を
結像させることができる。したがって、従来結像光学系
の途中に挿入されていた光学要素を省略することがで
き、撮像装置を十分に小型化することができる。
By forming one lens surface of the lens in the imaging lens system with two or more spherical surfaces or rotating aspheric surfaces, an extra optical element can be inserted between the imaging lens system and the light receiving element array. The separated image can be easily formed on the imaging array. Therefore, it is possible to omit the optical element that has been conventionally inserted in the middle of the imaging optical system, and it is possible to sufficiently reduce the size of the imaging device.

【0018】複数の球面の球心間の距離、または回転非
球面の回転軸間の距離を、分離像の間隔が受光素子アレ
イの受光素子間隔にほぼ一致するように設定したので、
サンプリング周波数の1/2近傍の空間周波数成分を効
果的に低減することが可能になる。
Since the distance between the spherical centers of the plurality of spherical surfaces or the distance between the rotation axes of the rotating aspherical surfaces is set so that the interval between the separated images substantially matches the interval between the light receiving elements of the light receiving element array.
It is possible to effectively reduce a spatial frequency component near 1/2 of the sampling frequency.

【0019】また、複数の球面または回転非球面で構成
されるレンズ面を絞りに近い位置に配置したので、絞り
を絞り込んだ状態でも、複数の球面または回転非球面の
各々に均等に光を入射させることができ、分離像を確実
に素子間隔と等しい距離だけ分離して受光素子アレイ上
に結像することができる。すなわち、どのような撮影条
件でも安定してサンプリング周波数の1/2近傍の周波
数成分を低減することが可能になる。
Further, since the lens surface composed of a plurality of spherical surfaces or rotating aspheric surfaces is arranged at a position close to the stop, even when the stop is stopped down, light is uniformly incident on each of the plurality of spherical surfaces or rotating aspheric surfaces. Thus, the separated image can be surely separated by a distance equal to the element interval and formed on the light receiving element array. That is, it becomes possible to stably reduce the frequency components near 1/2 of the sampling frequency under any photographing conditions.

【0020】上記複合面レンズを構成する球面または回
転非球面の数は、たとえば2、4、8などである。いず
れの場合も、同一の曲面形状を有する。
The number of spherical or rotating aspherical surfaces constituting the complex surface lens is, for example, 2, 4, 8, or the like. In either case, the curved surfaces have the same shape.

【0021】本発明の特徴において、「光軸に関し所定
の関係で」とは、たとえば光軸に対して対称な位置関係
とする。
In the features of the present invention, "in a predetermined relationship with respect to the optical axis" means, for example, a positional relationship symmetrical with respect to the optical axis.

【0022】複合レンズ面を構成する球面または回転非
球面の数が2つの場合、球心または回転軸が光学軸に対
して対称に水平方向または垂直方向に離れて位置するよ
うに、レンズを設定する。この場合は、水平方向または
垂直方向のいずれかでサンプリング周波数の1/2近傍
の空間周波数成分を低減することができる。
When the number of spherical surfaces or rotating aspherical surfaces constituting the compound lens surface is two, the lens is set such that the spherical center or the rotating axis is symmetrically separated from the optical axis in the horizontal or vertical direction. I do. In this case, it is possible to reduce a spatial frequency component near 1/2 of the sampling frequency in either the horizontal direction or the vertical direction.

【0023】このレンズを45°回転させて用いること
もできる。この場合は、形成される分離像が斜め方向の
位置で対称となるので、分離像の距離が受光素子間隔の
√2倍となるように球心間距離または回転軸間距離を設
定する。これにより、水平方向、垂直方向ともにサンプ
リング周波数の1/2近傍の空間周波数成分を効果的に
低減することができる。
This lens can be used by rotating it by 45 °. In this case, since the separated image to be formed is symmetrical at an oblique position, the distance between the spherical centers or the distance between the rotation axes is set so that the distance between the separated images is √2 times the distance between the light receiving elements. This makes it possible to effectively reduce the spatial frequency components near half the sampling frequency in both the horizontal and vertical directions.

【0024】球面または回転非球面の数を4にした場合
は、図16で実線で示すように、2つの水晶から成る水
晶ローパスフィルタ82と同様に、サンプリング周波数
の1/2以上の高周波成分を除去する効果を、単一のレ
ンズ面で達成することができる。
When the number of spherical or rotating aspheric surfaces is set to 4, as shown by the solid line in FIG. The removing effect can be achieved with a single lens surface.

【0025】本発明の複合面レンズは、たとえば金型を
用いたモルディングによって量産することができる。ま
た、カーブジェネレータなどの切削機械を用いて、単品
で製造してもよい。
The compound surface lens of the present invention can be mass-produced by, for example, molding using a mold. Further, the cutting machine such as a curve generator may be used to manufacture a single product.

【0026】本発明のその他の特徴および効果は、以下
で図面を参照して述べる詳細な説明によって、より明確
になるものである。
Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description given below with reference to the drawings.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0028】<第1実施形態>図1は、本発明の第1実
施形態に係る撮像装置100の構成を示す概略ブロック
図である。
<First Embodiment> FIG. 1 is a schematic block diagram showing a configuration of an imaging apparatus 100 according to a first embodiment of the present invention.

【0029】撮像装置100は、撮像レンズ系10と、
受光素子アレイ12と、信号処理回路14を備えてい
る。撮像レンズ系10は、図2に示すように、絞り11
と、絞り11の最も近傍に位置し、光軸に関し対称な位
置にそれぞれの球心を有する2つの球面から成る複合面
レンズ21を含み、被写体像を受光素子アレイ12上に
結像させる。受光素子アレイ12は一定の素子間隔に配
置された複数の受光素子(不図示)で構成され、撮像レ
ンズ系によって形成された光像を光電変換によって電気
信号に変換する。電気信号は信号処理回路14に供給さ
れ、たとえばディジタル処理を施され、映像信号として
出力される。本発明の第1実施形態に係る撮像装置10
0はさらに、駆動回路18と、コントローラ16とを備
える。コントローラ16は、受光素子アレイを駆動し、
信号処理回路14へ電気信号を供給するタイミングなど
を制御するとともに、信号処理回路14が信号処理を行
うタイミング等を制御する。駆動回路18は、コントロ
ーラ16の制御命令に応じて受光素子アレイ12を駆動
すべく、クロックパルス等を受光素子アレイ12に供給
する。
The imaging apparatus 100 includes an imaging lens system 10 and
A light receiving element array 12 and a signal processing circuit 14 are provided. As shown in FIG. 2, the imaging lens system 10 includes an aperture 11
And a composite surface lens 21 including two spherical surfaces each having a spherical center at a position symmetrical with respect to the optical axis, which is located closest to the stop 11, and forms a subject image on the light receiving element array 12. The light receiving element array 12 is composed of a plurality of light receiving elements (not shown) arranged at a constant element interval, and converts a light image formed by the imaging lens system into an electric signal by photoelectric conversion. The electric signal is supplied to the signal processing circuit 14, where the electric signal is subjected to digital processing, for example, and output as a video signal. Imaging device 10 according to the first embodiment of the present invention
0 further includes a drive circuit 18 and a controller 16. The controller 16 drives the light receiving element array,
In addition to controlling the timing of supplying an electric signal to the signal processing circuit 14, the timing of performing signal processing by the signal processing circuit 14 and the like are controlled. The drive circuit 18 supplies a clock pulse or the like to the light receiving element array 12 to drive the light receiving element array 12 according to a control command of the controller 16.

【0030】図2は図1の撮像レンズ系10から受光素
子アレイ12に至る光学系の光路図である。図2に示す
撮像レンズ系10は、いわゆるテッサータイプと呼ばれ
るレンズ構成を有し、絞り11を含む。本発明では、絞
り11に最も近いレンズ面、すなわち図2の例では、絞
りの撮像面側に位置する接合レンズの最も被写体側のレ
ンズ面を2つの球面で構成する。本発明の第1実施形態
では、この2つの球面から構成されるレンズ面を有する
レンズを複合面レンズと呼ぶ。受光素子アレイ12は、
その表面を保護するためにカバーガラス13で覆われて
いる。アレイの画素間隔Dは、たとえば0.005mm
であり、この場合サンプリング周波数は1/0.005
(mm−1)である。
FIG. 2 is an optical path diagram of an optical system from the imaging lens system 10 to the light receiving element array 12 in FIG. The imaging lens system 10 shown in FIG. 2 has a so-called Tessar type lens configuration, and includes an aperture 11. In the present invention, the lens surface closest to the stop 11, that is, in the example of FIG. 2, the lens surface closest to the subject of the cemented lens positioned on the imaging surface side of the stop is formed of two spherical surfaces. In the first embodiment of the present invention, a lens having a lens surface composed of these two spherical surfaces is called a compound surface lens. The light receiving element array 12
It is covered with a cover glass 13 to protect its surface. The pixel interval D of the array is, for example, 0.005 mm.
In this case, the sampling frequency is 1 / 0.005
(Mm −1 ).

【0031】図2から明らかなように、本発明の第1実
施形態に係る撮像装置は、撮像レンズ系10と、受光素
子アレイ12(およびカバーガラス13)との間に、余
分な光学要素を一切含まない。これによって、図14に
示す従来の撮像装置に比較して光路長を短縮することが
でき、撮像装置全体の小型化を図ることが可能になる。
さらに、撮像レンズ系最後面から結像面までの距離、い
わゆるバックフォーカスを大きく取る制約がないので撮
像レンズ系を小型に設計でき、撮像装置全体のいっそう
の小型化が可能になる。
As apparent from FIG. 2, the imaging apparatus according to the first embodiment of the present invention includes an extra optical element between the imaging lens system 10 and the light receiving element array 12 (and the cover glass 13). Not at all. As a result, the optical path length can be reduced as compared with the conventional imaging device shown in FIG. 14, and the overall size of the imaging device can be reduced.
Furthermore, since there is no restriction to take a large distance from the last surface of the imaging lens system to the imaging plane, that is, so-called back focus, the imaging lens system can be designed to be small, and the entire imaging apparatus can be further downsized.

【0032】図3は、本発明の第1実施形態に係る複合
面レンズ21の形状を等高線によって示した図である。
第1実施形態に係るレンズ21は、球面1および球面2
を有する。それぞれの球面の球心は、光軸に関して所定
の関係、すなわち光軸から対称な位置で互いに距離dだ
け離れて位置する。レンズ21により形成される像は、
撮像面12上で画素間隔Dと一致する距離Dだけ離れて
結像する。この様子を図4で詳細に示す。
FIG. 3 is a diagram showing the shape of the compound surface lens 21 according to the first embodiment of the present invention by contour lines.
The lens 21 according to the first embodiment includes a spherical surface 1 and a spherical surface 2
Having. The spherical centers of the respective spherical surfaces are located at a predetermined relationship with respect to the optical axis, that is, at positions symmetrical from the optical axis and separated from each other by a distance d. The image formed by the lens 21 is
An image is formed on the imaging surface 12 at a distance D that matches the pixel interval D. This is shown in detail in FIG.

【0033】図4では、説明の便宜上、図2に示す撮像
レンズ系10のその他のレンズ要素を省略してある。ま
た、複合面レンズ21を平凸レンズとして示している。
レンズ21の球面1の球心は光軸に対して球面1と同じ
側に位置し、球面2の球心は球面2と同じ側に位置す
る。2つの球心は光軸に対して対称な位置に距離dだけ
離れている。球面1に入射した光は、光軸に対して球面
1と同じ側の撮像面12上に被写体像を形成する。球面
2に入射した光は、光軸に対して球面2と同じ側の撮像
面12上に、同じく被写体像を形成する。2つの被写体
像は、受光素子アレイ12の画素間隔D(第1実施形態
の場合、0.005mm)だけ離れて結像する。
In FIG. 4, for convenience of explanation, other lens elements of the imaging lens system 10 shown in FIG. 2 are omitted. Further, the composite surface lens 21 is shown as a plano-convex lens.
The spherical center of the spherical surface 1 of the lens 21 is located on the same side as the spherical surface 1 with respect to the optical axis, and the spherical center of the spherical surface 2 is located on the same side as the spherical surface 2. The two spherical centers are separated by a distance d at positions symmetrical with respect to the optical axis. Light incident on the spherical surface 1 forms a subject image on the imaging surface 12 on the same side as the spherical surface 1 with respect to the optical axis. The light incident on the spherical surface 2 forms an object image on the imaging surface 12 on the same side as the spherical surface 2 with respect to the optical axis. The two subject images are formed at a pixel interval D of the light receiving element array 12 (0.005 mm in the first embodiment).

【0034】2つの球面の球心間の距離は、どのような
レンズ形状が採用されても、受光素子アレイ12に形成
される分離像の間隔が画素間隔Dに一致するような値に
設定される。たとえば図4に示すように平凸レンズを用
いる場合は、球心間距離dは分離像の間隔Dと等しくな
る(d=D)ので、d=0.005mmに設定される。
その他の形状の場合は、dはレンズ系全体、すなわちす
べての面の曲率半径、面間隔、屈折率等によって、分離
像間隔が画素間隔Dに一致するように決定される。な
お、球面1と球面2は複合面レンズのタイプにかかわら
ず、同一の曲率半径rを有する。
The distance between the spherical centers of the two spherical surfaces is set to a value such that the interval between separated images formed on the light receiving element array 12 matches the pixel interval D, regardless of the lens shape employed. You. For example, when a plano-convex lens is used as shown in FIG. 4, the distance d between the spheres is equal to the interval D between the separated images (d = D), so that d = 0.005 mm.
In the case of other shapes, d is determined by the entire lens system, that is, the radius of curvature, the surface interval, the refractive index, and the like of all surfaces so that the separation image interval matches the pixel interval D. Note that the spherical surface 1 and the spherical surface 2 have the same radius of curvature r regardless of the type of the compound lens.

【0035】複合面レンズ21の複合レンズ面は、絞り
11に最も近い位置に位置する。たとえば第1実施形態
に係る複合面レンズを家庭用ビデオカメラに適用する場
合は、複合面レンズ21の各球面の頂点から絞り面まで
の距離は0.5mm〜1mm程度である。このように絞
りの近傍に複合レンズ面を配置することによって、絞り
が最も絞られた状態でも、2つの球面に入射する光量を
均等にして、正確な分離像を撮像面上に形成することが
可能になる。この様子を図5に示す。
The compound lens surface of the compound lens 21 is located closest to the stop 11. For example, when the complex surface lens according to the first embodiment is applied to a home video camera, the distance from the apex of each spherical surface of the complex surface lens 21 to the stop surface is about 0.5 mm to 1 mm. By arranging the compound lens surface in the vicinity of the aperture in this manner, even when the aperture is most narrowed, the amount of light incident on the two spherical surfaces can be made uniform and an accurate separated image can be formed on the imaging surface. Will be possible. This is shown in FIG.

【0036】図5は、絞り11の口径以外は図4と同じ
構成である。上述したように、2つの球面は光軸に対し
て対称な形状である。絞りの口径が最小にされた場合、
レンズ21への入射光は、レンズ中央部に集中する。光
軸に対して対称な2つの球面が絞りのすぐ近傍に位置す
るので、球面1と球面2とにほぼ等しい光量の光が導か
れ、撮像面に画素間隔Dだけ離れて形成される像もほぼ
等しい光強度を有する。ほぼ等しい光強度の2つの分離
像を合成した結果、サンプリング周波数の1/2近傍の
空間周波数成分を確実に打ち消しあって、モアレの原因
を確実に除去することができる。このように、本発明の
第1実施形態に係る構成によれば、撮影条件の変化にか
かわらず、確実にモアレの原因を除去できるので、画像
形成において安定した効果を達成することができる。
FIG. 5 has the same configuration as FIG. 4 except for the aperture of the diaphragm 11. As described above, the two spherical surfaces are symmetrical with respect to the optical axis. If the aperture diameter is minimized,
Light incident on the lens 21 is concentrated at the center of the lens. Since two spherical surfaces symmetrical with respect to the optical axis are located in the immediate vicinity of the stop, light having substantially the same amount of light as the spherical surface 1 and the spherical surface 2 is guided, and an image formed on the imaging surface at a pixel interval D is also provided. It has approximately equal light intensity. As a result of synthesizing the two separated images having substantially equal light intensities, spatial frequency components in the vicinity of 1/2 of the sampling frequency can be surely canceled out, and the cause of moire can be reliably removed. As described above, according to the configuration of the first embodiment of the present invention, the cause of moiré can be reliably removed regardless of a change in imaging conditions, so that a stable effect in image formation can be achieved.

【0037】図6は図3に示した2球面レンズの変形で
ある複合面レンズ31を示す。図3のレンズ21では、
2つの球面の球心が光軸から対称な位置に離れて、すな
わち、それぞれ対応する球面と同じ側に位置していた。
これに対し、図6に示すレンズ31の2つの球面の球心
は、光軸に対してクロスした位置、すなわち2つの球面
を重ね合せる方向にシフトさせた対称位置に位置する。
このため、球面1の球心1は球面2側に位置に、球面2
の球心2は球面1側に位置する。
FIG. 6 shows a composite surface lens 31 which is a modification of the bispherical lens shown in FIG. In the lens 21 of FIG.
The spherical centers of the two spherical surfaces were located at positions symmetrical from the optical axis, that is, on the same side as the corresponding spherical surfaces.
On the other hand, the spherical centers of the two spherical surfaces of the lens 31 shown in FIG. 6 are located at a position crossing the optical axis, that is, a symmetrical position shifted in the direction in which the two spherical surfaces are overlapped.
For this reason, the spherical center 1 of the spherical surface 1 is located on the spherical surface 2 side,
Is located on the spherical surface 1 side.

【0038】図7および8は、複合面レンズ31を用い
た場合の分離像の結像状態を示す。図7は通常の絞り位
置で、図8は絞りを最小に絞った状態の光路図である。
絞り11の状態にかかわらず、球面1を通る光によって
形成される像は、撮像面上で球面2側に結像され、球面
2を通る光によって形成される像は、撮像面上で球面1
側に結像される。2つの像の間隔は画素間隔Dに等し
い。レンズ21の説明と関連して述べたように、複合レ
ンズ面が絞り11のすぐ近傍に位置するので、球面1お
よび2への入射量が均等になり、分離像を合成した場合
に、サンプリング周波数の1/2近傍の周波数成分を正
確に打ち消すことができる。このように、2つの球面の
球心をクロスさせた複合面レンズ31も、図3のように
2つの球面の球心を光軸から離れる方向に配置した場合
と同様の効果を達成することができる。
FIGS. 7 and 8 show the state of image formation of a separated image when the complex surface lens 31 is used. FIG. 7 is an optical path diagram in a state where a normal aperture position is set, and FIG. 8 is a state where the aperture is reduced to a minimum.
Regardless of the state of the diaphragm 11, an image formed by light passing through the spherical surface 1 is formed on the imaging surface on the spherical surface 2 side, and an image formed by light passing through the spherical surface 2 is formed on the imaging surface by the spherical surface 1
Imaged on the side. The interval between the two images is equal to the pixel interval D. As described in connection with the description of the lens 21, since the compound lens surface is located immediately near the stop 11, the amounts of incidence on the spherical surfaces 1 and 2 become uniform, and when the separated images are combined, the sampling frequency Can be accurately canceled out. Thus, the composite surface lens 31 in which the spherical centers of the two spherical surfaces are crossed can also achieve the same effect as the case where the spherical centers of the two spherical surfaces are arranged away from the optical axis as shown in FIG. it can.

【0039】図3に示す複合面レンズ21も、図6に示
す複合面レンズ31も、複合レンズ面を構成する球面の
球心の位置は光軸に対して対称である。球心位置が光軸
に対して非対称な場合、たとえば図9に示すレンズ面の
形状を採用した場合も、画素間隔Dだけ離れた位置に分
離像を形成することはできる。分離像の間隔は球心の間
隔によって決定されるからである。しかし、図9に示す
非対称な複合面レンズであは、小絞り時に2つの球面に
入射する光量が不均等になり、分離像の光強度が異なっ
てしまう。このため、分離像を合成した場合にいずれか
の像の光強度が勝り、サンプリング周波数の1/2の成
分を効果的に打ち消し合うことができない。また、収差
の発生も非対称になり、サンプリング周波数の1/2近
傍の空間周波数成分を低減する効果も非対称となり、レ
ンズ全体としてみた場合に、十分なモアレ低減効果を得
ることができない。そこで、本発明の撮像装置に用いる
複合面レンズは、その複合面を構成する球面の球心が光
軸に対して対称となるように構成する方が好ましい。
In both the compound surface lens 21 shown in FIG. 3 and the compound surface lens 31 shown in FIG. 6, the position of the spherical center of the spherical surface constituting the compound lens surface is symmetric with respect to the optical axis. When the spherical center position is asymmetrical with respect to the optical axis, for example, when the shape of the lens surface shown in FIG. 9 is adopted, a separated image can be formed at a position separated by the pixel interval D. This is because the interval between the separated images is determined by the interval between the spherical centers. However, in the case of the asymmetric compound surface lens shown in FIG. 9, the amount of light incident on the two spherical surfaces at the time of the small aperture becomes uneven, and the light intensity of the separated image differs. For this reason, when the separated images are combined, the light intensity of one of the images is superior, and the component of サ ン プ リ ン グ of the sampling frequency cannot be effectively canceled. In addition, the occurrence of aberration becomes asymmetric, and the effect of reducing the spatial frequency component in the vicinity of 1 / of the sampling frequency becomes asymmetric, so that a sufficient moiré reduction effect cannot be obtained as a whole lens. Therefore, it is preferable that the composite surface lens used in the imaging apparatus of the present invention is configured such that the spherical center of the spherical surface constituting the composite surface is symmetric with respect to the optical axis.

【0040】球心の位置は、光軸に対して対称であるな
らば、必ずしも画素の配列方向(すなわち、水平あるい
は垂直方向)に限定されない。たとえば、図10に示す
ように、図3の複合面レンズ21を45°回転させて、
その球心位置が光軸に対して斜め方向に対称になるよう
に配置してもよい。この場合は、2つの球面によって、
水平方向と垂直方向の双方で同時に、サンプリング周波
数の1/2近傍の空間周波数成分をカットすることが可
能になる。ただし、水平方向(x方向)と垂直方向(y
方向)とで画素間隔Dだけ分離するように分離像を形成
しなければならないので、分離像自体の間隔は√2Dに
なるように、球心間隔を設定する。
The position of the spherical center is not necessarily limited to the pixel arrangement direction (ie, the horizontal or vertical direction) as long as it is symmetric with respect to the optical axis. For example, as shown in FIG. 10, by rotating the compound surface lens 21 of FIG.
The spherical centers may be arranged so as to be symmetrical in the oblique direction with respect to the optical axis. In this case, by two spherical surfaces,
It is possible to cut a spatial frequency component in the vicinity of 1/2 of the sampling frequency simultaneously in both the horizontal direction and the vertical direction. However, the horizontal direction (x direction) and the vertical direction (y
Direction), a separated image must be formed so as to be separated by a pixel interval D, so that the distance between spherical centers is set so that the separated image itself has an interval of √2D.

【0041】上述のような複合面レンズを製造する場
合、複合面を構成する球面の球心を離す(図3)か重ねる
(図6)かは、加工方法によって選択される。すなわ
ち、レンズを直接カーブジェネレータなどによって研削
する場合は、研削する面以外の面に砥石が干渉しないよ
うにレンズ面の形状を選択しなければならない。具体的
には、複合面が凸面のレンズを研削により製作する場合
は、図6のように球心を重ねるのが好ましく、複合面が
凹面のレンズを研削により作成する場合は、球心を離す
のが好ましい。
When manufacturing the above-described composite surface lens, whether the spherical centers constituting the composite surface are separated (FIG. 3) or overlapped (FIG. 6) is selected depending on the processing method. That is, when the lens is directly ground by a curve generator or the like, the shape of the lens surface must be selected so that the grindstone does not interfere with the surface other than the surface to be ground. Specifically, in the case of manufacturing a lens having a composite surface by grinding, it is preferable to overlap the spheres as shown in FIG. 6, and in the case of forming a lens having a concave composite surface by grinding, separate the spheres. Is preferred.

【0042】また、レンズを成形により製作する場合
は、金型の面を加工する際に、一方の球面型の加工時に
他方の面に砥石が干渉しないようにレンズ面の形状を選
ぶのが好ましい。
When the lens is manufactured by molding, it is preferable to select the shape of the lens surface when processing the mold surface so that the grindstone does not interfere with the other surface when processing one spherical mold. .

【0043】いずれの製作方法の場合も、2以上の球面
の球心が、レンズの中心点に対して対称になるように配
置し、かつ、すべての球面の曲率半径を等しく設定す
る。
In any of the manufacturing methods, the spherical centers of two or more spherical surfaces are arranged so as to be symmetric with respect to the center point of the lens, and the radii of curvature of all spherical surfaces are set to be equal.

【0044】本発明の第1実施形態に係る複合面レンズ
によれば、補助的な光学要素を必要とせずに、単独でモ
アレの原因を除去することができる。すなわち、複合レ
ンズ面を2つの球面で構成し、画素間隔Dに等しい距離
で分離像を形成することにより、モアレの影響が最も出
やすいサンプリング周波数の1/2近傍の空間周波数成
分をカットすることができる。
According to the compound surface lens according to the first embodiment of the present invention, the cause of moiré can be eliminated by itself without the need for an auxiliary optical element. That is, by forming a composite lens surface with two spherical surfaces and forming a separated image at a distance equal to the pixel interval D, a spatial frequency component near 1/2 of the sampling frequency at which the influence of moire is most likely to occur is cut. Can be.

【0045】このような構成の複合面レンズの複合レン
ズ面を絞りの最も近傍に配置することによって、絞りの
位置、すなわち撮影条件に左右されず、安定してモアレ
を低減することができ、高画質の画像を達成することが
できる。
By arranging the compound lens surface of the compound surface lens having such a configuration in the vicinity of the stop, moiré can be stably reduced irrespective of the position of the stop, that is, photographic conditions. High quality images can be achieved.

【0046】<第2実施形態>本発明の第2の実施形態
では、4つの球面から構成される複合面レンズを用いる
場合について説明する。第2実施形態において、複合面
レンズを4球面レンズとも称する。
<Second Embodiment> In a second embodiment of the present invention, a case will be described in which a compound surface lens composed of four spherical surfaces is used. In the second embodiment, the compound surface lens is also called a four spherical lens.

【0047】すなわち、第2実施形態にかかる撮像装置
に用いられるレンズ系は、絞り11と、絞り11の最も
近傍に位置し、光軸に関し所定の関係(対称関係)でそ
れぞれの球心が位置する4つの球面で構成されるレンズ
面を有する複合面レンズとを含む。
That is, the lens system used in the image pickup apparatus according to the second embodiment is located in the vicinity of the stop 11 and the stop 11, and the respective ball centers are positioned in a predetermined relationship (symmetric relationship) with respect to the optical axis. And a compound surface lens having a lens surface composed of four spherical surfaces.

【0048】図11は、第2実施形態で用いられる4球
面レンズ41を示す。各球面の球心は、光軸に関してそ
れぞれ対応する球面と同じ側に位置し、互いに対称であ
る。この場合、隣接する球面の球心間の距離dは、撮像
面に形成される分離像の間隔が、画素間隔Dに一致する
ように決定される。
FIG. 11 shows a four spherical lens 41 used in the second embodiment. The spherical centers of the respective spherical surfaces are located on the same side as the corresponding spherical surfaces with respect to the optical axis, and are symmetrical to each other. In this case, the distance d between the centers of the adjacent spherical surfaces is determined so that the interval between separated images formed on the imaging surface matches the pixel interval D.

【0049】4球面レンズ41を用いた場合、撮像面の
水平方向および垂直方向の双方に関して、サンプリング
周波数の1/2近傍の空間周波数成分を除去することが
できる。したがって、より効果的にモアレを防止するこ
とができ、高画質の画像を生成することが可能になる。
When the four spherical lens 41 is used, it is possible to remove a spatial frequency component near 1/2 of the sampling frequency in both the horizontal direction and the vertical direction of the imaging surface. Therefore, moire can be prevented more effectively, and a high-quality image can be generated.

【0050】図12は、図11に示す4球面レンズの変
形例である複合面レンズ51の図である。このレンズ構
成は図6に対応し、4つの球面の球心が、互いに重なり
合う方向にシフトされて、光軸に対してクロスする位置
にある。具体的には、球面1の球心はその対角面である
球面3側に位置し、球面2の求心はその対角面である球
面4側に位置する。同様に、球面3の求心はその対角面
である球面1側に位置し、球面4の求心はその対角面で
ある球面2側に位置する。この構成によっても、図11
のレンズと同様の効果が達成できる。すなわち、撮像面
の水平方向および垂直方向の双方向に、画素間隔Dに等
しい距離だけ離れた分離像を結像し、サンプリング周波
数の1/2近傍の空間周波数成分を除去することができ
る。
FIG. 12 is a diagram of a compound surface lens 51 which is a modification of the tetraspherical lens shown in FIG. This lens configuration corresponds to FIG. 6, and the spherical centers of the four spherical surfaces are shifted in the direction in which they overlap each other, and are located at positions that cross the optical axis. More specifically, the spherical center of the spherical surface 1 is located on the diagonal surface of the spherical surface 3, and the centripetal of the spherical surface 2 is located on the diagonal surface of the spherical surface 4. Similarly, the center of the spherical surface 3 is located on the diagonal surface of the spherical surface 1, and the center of the spherical surface 4 is located on the diagonal surface of the spherical surface 2. With this configuration, FIG.
The same effect as that of the lens can be achieved. That is, it is possible to form separated images separated by a distance equal to the pixel interval D in both the horizontal direction and the vertical direction of the imaging surface, and remove a spatial frequency component near 1/2 of the sampling frequency.

【0051】図13は、図11に示す4球面レンズのさ
らに別の変形例である複合面レンズ61を示す図であ
る。この変形例では、4つの球面の球心が光軸と直交す
る同一直線上に並ぶ構成となっている。
FIG. 13 is a view showing a composite surface lens 61 which is still another modification of the tetraspherical lens shown in FIG. In this modification, four spherical centers are arranged on the same straight line orthogonal to the optical axis.

【0052】具体的には、レンズ61を構成する球面を
反時計周り方向に第1球面、第2球面、第3球面、第4
球面とすると、これらの球面の球心は図13の縦方向
に、第1球面の球心、第4球面の球心、第2球面の球
心、第3球面の球心の順に並び、ちょうど第1の球心と
第2球心との間に第3球心、第4球心が交互に挿入され
ている状態である。第1球面の球心とそれに隣接する第
2球面の球心との間隔はdである。第3球面の球心とそ
れに隣接する第4球面の球心との間隔もdであるが、光
軸に直交する直線上で、第1および第2の球心間隔から
ちょうどd/2だけずれて位置する。
More specifically, the spherical surface forming the lens 61 is rotated in a counterclockwise direction by a first spherical surface, a second spherical surface, a third spherical surface, and a fourth spherical surface.
Assuming spherical surfaces, the spherical centers of these spherical surfaces are arranged in the longitudinal direction of FIG. 13 in the order of the spherical center of the first spherical surface, the spherical center of the fourth spherical surface, the spherical center of the second spherical surface, and the spherical center of the third spherical surface. In this state, the third and fourth ball centers are alternately inserted between the first and second ball centers. The distance between the spherical center of the first spherical surface and the spherical center of the second spherical surface adjacent thereto is d. The distance between the spherical center of the third spherical surface and the spherical center of the fourth spherical surface adjacent thereto is also d, but deviates by exactly d / 2 from the distance between the first and second spherical centers on a straight line perpendicular to the optical axis. Position.

【0053】この4球面レンズによって形成される分離
像は、図13の例では受光素子アレイの縦方向にならん
で結像される。すなわち、上から順に第1球面による
像、第4球面による像、第2球面による像、第3球面に
よる像が形成される。第1球面像と第2球面像との間隔
は、画素間隔Dに一致し、第4球面像と第3球面像との
間隔も画素間隔Dに一致する。したがって、隣接し合う
分離像の間隔は画素間隔の1/2、すなわちD/2にな
る。
In the example of FIG. 13, the separated image formed by the four spherical lenses is formed along the vertical direction of the light receiving element array. That is, an image by the first spherical surface, an image by the fourth spherical surface, an image by the second spherical surface, and an image by the third spherical surface are formed in order from the top. The interval between the first spherical image and the second spherical image matches the pixel interval D, and the interval between the fourth spherical image and the third spherical image also matches the pixel interval D. Therefore, the interval between adjacent separated images is の of the pixel interval, that is, D / 2.

【0054】これらの像を合成した場合、サンプリング
周波数の1倍の空間周波数成分と、サンプリング周波数
の1/2倍の空間周波数成分とがほぼゼロになり、その
間(サンプリング周波数の1/2以上、1以下)の空間
周波数成分はかなりの程度まで低減される。これは、図
16と関連して説明した2枚の水晶を使用したローパス
フィルタと同様の効果であり、半周期がDよりも細かい
像のコントラストを低減できる構成である。したがっ
て、モアレや偽色をより効果的に防止して、鮮明な画像
を生成することができる。
When these images are combined, the spatial frequency component that is one time the sampling frequency and the spatial frequency component that is one half the sampling frequency become almost zero. 1) are reduced to a considerable extent. This is the same effect as the low-pass filter using two crystals described in connection with FIG. 16, and has a configuration in which the contrast of an image whose half cycle is finer than D can be reduced. Therefore, a clear image can be generated by more effectively preventing moire and false colors.

【0055】本発明の第2実施形態の場合、結像光学系
の光路に光学フィルタなどの余分な要素を挿入すること
なく、撮像レンズ系のひとつのレンズのレンズ面の形状
を変えることにより、2枚の水晶を用いたローパスフィ
ルタと同様の効果を達成できる。すなわち、複合レンズ
面を球心が互い違いに位置する4つの球面で構成した場
合は、サンプリング周波数の1/2近傍の成分に加え、
1/2以上の高周波成分を大幅に低減することができる
ので、より高画質の画像を生成することが可能になる。
In the case of the second embodiment of the present invention, by changing the shape of the lens surface of one lens of the imaging lens system without inserting an extra element such as an optical filter into the optical path of the imaging optical system, An effect similar to that of a low-pass filter using two crystals can be achieved. That is, when the compound lens surface is constituted by four spherical surfaces whose spherical centers are staggered, in addition to a component near 1/2 of the sampling frequency,
Since the high frequency component of 1/2 or more can be greatly reduced, it is possible to generate a higher quality image.

【0056】第2実施形態においても、第1実施形態と
同様に複合レンズ面を絞りの最も近傍に位置させる。小
絞り時にも各球面へ均等に光を入射させるためである。
また、4つの球面の曲率半径は同一である。
Also in the second embodiment, similarly to the first embodiment, the compound lens surface is located closest to the stop. This is because light is evenly incident on each spherical surface even when the aperture is small.
The radii of curvature of the four spherical surfaces are the same.

【0057】以上、第1および第2の実施形態に基づき
本発明を説明してきたが、本発明はこれらの実施形態に
制限されない。たとえば、複合面レンズは必ずしも絞り
の撮像面側に配置する必要はない。複合面レンズを絞り
の物体側に位置させる場合は、2以上の球面からなるレ
ンズ面を絞りの近傍に配置する。これによって小絞り時
にも、それぞれの球面を通った光を絞りを介して均等に
次のレンズへ導くことができ、受光素子アレイ上に均等
な光強度の分離像を形成することが可能になる。
Although the present invention has been described based on the first and second embodiments, the present invention is not limited to these embodiments. For example, the compound surface lens does not necessarily need to be arranged on the imaging surface side of the stop. When the multi-surface lens is located on the object side of the stop, a lens surface composed of two or more spherical surfaces is arranged near the stop. Accordingly, even at the time of a small aperture, light passing through each spherical surface can be uniformly guided to the next lens through the aperture, and a separated image with uniform light intensity can be formed on the light receiving element array. .

【0058】また、本発明の複合面レンズのレンズ面を
構成する球面の数は2、および4に限定されない。たと
えば3つの球面で構成してもよく、また、8つの球面
等、種々の構成を採用することが可能である。
The number of spherical surfaces constituting the lens surface of the compound surface lens of the present invention is not limited to two or four. For example, three spherical surfaces may be used, and various configurations such as eight spherical surfaces can be adopted.

【0059】本発明の複合面レンズは、回転軸を光軸と
並行に配置した回転非球面によっても、球面で構成した
場合と同様の効果を得られる。
The composite surface lens of the present invention can provide the same effect as the case of a spherical surface even by a rotating aspherical surface having a rotating axis arranged in parallel with the optical axis.

【0060】[0060]

【発明の効果】以上述べたように、本発明の撮像装置に
よれば、水晶ローパスフィルタを必要とせず、ローパス
フィルタおよびその取り付け部品が削除できる。したが
って、撮像装置の組み立てが容易になるとともに、製造
コストを低減することができる。
As described above, according to the image pickup apparatus of the present invention, the low-pass filter and its mounting parts can be eliminated without the need for a quartz low-pass filter. Therefore, assembling of the imaging device is facilitated, and the manufacturing cost can be reduced.

【0061】また、本発明の撮像装置によれば、撮像光
学系の光路中にローパスフィルタを挿入するための空間
を必要とせず、装置の小型化が可能となる。
Further, according to the imaging apparatus of the present invention, a space for inserting a low-pass filter in the optical path of the imaging optical system is not required, and the apparatus can be downsized.

【0062】本発明の撮像装置によれば、ローパスフィ
ルタを取り除くことができるので、ローパスフィルタ自
身の表面反射がなくなる。このため、撮像光学系全体で
の反射が低減され、ゴーストやフレアが減少し、より良
好な撮像結果を得ることができる。通常、受光素子直前
におかれるローパスフィルタにゴミが付着しているとそ
の影が映り込み、画質を悪化させるが、本発明の撮像装
置ではその可能性を排除できる。
According to the imaging device of the present invention, since the low-pass filter can be removed, the surface reflection of the low-pass filter itself is eliminated. Therefore, reflection in the entire image pickup optical system is reduced, ghost and flare are reduced, and a better image pickup result can be obtained. Normally, if dust adheres to the low-pass filter placed immediately before the light receiving element, the shadow appears and deteriorates the image quality. However, the imaging apparatus according to the present invention can eliminate the possibility.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施形態に係る撮像装置の構成を
示す概略ブロック図である。
FIG. 1 is a schematic block diagram illustrating a configuration of an imaging device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1に示した撮像レンズから受光素子に至る光
路を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an optical path from an imaging lens shown in FIG. 1 to a light receiving element.

【図3】図2の撮像レンズ系に使用される本発明の第1
実施形態にかかる複合面レンズの構成と、受光面での像
の分離パターンを示す図である。
FIG. 3 is a first view of the present invention used in the imaging lens system of FIG. 2;
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a complex surface lens according to the embodiment and an image separation pattern on a light receiving surface.

【図4】図3に示すレンズを用いたときの分離像の結像
状態を示す光路図である。
FIG. 4 is an optical path diagram showing an image forming state of a separated image when the lens shown in FIG. 3 is used.

【図5】図3に示すレンズを用い、絞りを絞った状態で
の分離像の結像状態を示す光路図である。
FIG. 5 is an optical path diagram showing an image formation state of a separated image in a state where the aperture is stopped down using the lens shown in FIG. 3;

【図6】図3に示すレンズの変形例において2つの球面
の頂点を交差させた構成と、対応の像分離パターンを示
す図である。
6 is a diagram showing a configuration in which vertices of two spherical surfaces are crossed in a modification of the lens shown in FIG. 3, and a corresponding image separation pattern.

【図7】図6のレンズを用いた場合の分離像の結像状態
を示す光路図である。
FIG. 7 is an optical path diagram showing an image forming state of a separated image when the lens of FIG. 6 is used.

【図8】図6のレンズを用い、絞りを絞った状態での結
像状態を示す光路図である。
FIG. 8 is an optical path diagram showing an image forming state in a state where the aperture is stopped down using the lens of FIG. 6;

【図9】図3に示すレンズのさらに別の変形例と、その
分離パターンを示す図である。
FIG. 9 is a view showing still another modified example of the lens shown in FIG. 3 and its separation pattern.

【図10】図3に示すレンズを45°回転させて用い、
像を斜め方向に分離させた場合の分離パターン図であ
る。
10 uses the lens shown in FIG. 3 rotated by 45 °,
FIG. 4 is a separation pattern diagram when an image is separated in an oblique direction.

【図11】本発明の第2実施形態にかかる4球面レンズ
の構成と、その像分離パターンを示す図である。
FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of a tetraspherical lens according to a second embodiment of the present invention and an image separation pattern thereof.

【図12】図11に示す複合面レンズの変形例と、その
像分離パターンを示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a modification of the complex surface lens shown in FIG. 11 and an image separation pattern thereof.

【図13】図11に示す複合面レンズの別の変形例と、
その像分離パターンを示す図である。
FIG. 13 shows another modification of the complex surface lens shown in FIG.
It is a figure showing the image separation pattern.

【図14】従来の撮像装置に用いられていた撮像光学系
の図である。
FIG. 14 is a diagram of an imaging optical system used in a conventional imaging device.

【図15】分離象を重ねることで特定の周波数成分が低
減されることを説明するための図である。
FIG. 15 is a diagram for explaining that a specific frequency component is reduced by overlapping a separation elephant;

【図16】水晶ローパスフィルタによる高周波成分低減
効果を説明するためのグラフである。
FIG. 16 is a graph for explaining a high-frequency component reduction effect by a crystal low-pass filter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

80 撮像レンズ 11 絞り 12 受光素子アレイ(撮像面) 13 カバーガラス 14 信号処理回路 16 コントローラ 18 駆動回路 21、31、41、51、61 複合面レンズ 82 水晶ローパスフィルタ 100撮像装置 Reference Signs List 80 imaging lens 11 aperture 12 light receiving element array (imaging surface) 13 cover glass 14 signal processing circuit 16 controller 18 drive circuit 21, 31, 41, 51, 61 composite surface lens 82 quartz low-pass filter 100 imaging device

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】絞りと、絞りの近傍に位置し、光軸に関し
所定の関係でそれぞれの球心が位置する複数の球面で構
成される複合面レンズ、又は絞りの近傍に位置し、光軸
に関し所定の関係でそれぞれの回転軸が位置する複数の
回転非球面で構成される複合面レンズ、とを含む撮像レ
ンズ系と、 一定の素子間隔で配置された複数の受光素子を有する受
光素子アレイと、 前記受光素子アレイから供給される信号を処理する信号
処理回路とを備え、前記複数の球面ないし非回転非球面
の各々を通過した光によって受光素子アレイ上に形成さ
れる分離像の間隔が、前記素子間隔とほぼ等しいことを
特徴とする撮像装置。
A composite surface lens comprising a stop and a plurality of spherical surfaces located in the vicinity of the stop and having respective spherical centers located in a predetermined relationship with respect to the optical axis, or an optical axis located in the vicinity of the stop; An imaging lens system including a plurality of rotating aspheric surfaces each having a rotation axis positioned in a predetermined relationship with respect to the imaging lens system, and a light receiving element array having a plurality of light receiving elements arranged at regular element intervals And a signal processing circuit for processing a signal supplied from the light receiving element array, wherein the distance between separated images formed on the light receiving element array by light passing through each of the plurality of spherical or non-rotating aspherical surfaces is , The image pickup device being substantially equal to the element spacing.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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