JP2007147952A - Method for adjusting position of imaging optical system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、波面コーディング画像化システムに用いられ、波面コーディングされた画像を得るための光学系を有する波面コーディング画像形成装置に関するものである。 The present invention relates to a wavefront coding image forming apparatus that is used in a wavefront coding imaging system and has an optical system for obtaining a wavefront coded image.
従来より、被写体光を導くためのレンズ群と、このレンズ群を透過した被写体光を撮像素子により光電変換し、所定の処理を施してデジタル画像データとして被写体の画像を記録する撮像装置が知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a lens group for guiding subject light, and an imaging device that records the subject image as digital image data by photoelectrically converting subject light transmitted through the lens group by an image sensor and performing predetermined processing. ing.
上記の撮像装置においては、被写体距離に対応して搭載されたレンズ群を移動させ焦点調節を行うものと、所定の被写体距離に対応した位置にレンズ群を固定した固定焦点式のものがある。 There are two types of imaging devices, one that moves the lens group mounted in accordance with the subject distance and performs focus adjustment, and the other that has a fixed focus type in which the lens group is fixed at a position corresponding to a predetermined subject distance.
固定焦点式のものは、低コストであるが撮影距離範囲が被写界深度でカバーできる範囲に限られ、近接撮影等には不向きなものであり、レンズ群を移動させ焦点調節を行うものは、無限から至近距離まで良好な画質で撮影が可能であるが、また移動機構等を必要とし、大型化、コスト増となるものである。 The fixed focus type is low-cost, but the shooting distance range is limited to the range that can be covered by the depth of field, and is not suitable for close-up shooting etc. Although it is possible to shoot with good image quality from infinity to a close distance, it also requires a moving mechanism and the like, resulting in an increase in size and cost.
近年、このような問題を解決するものとして、結像のためのレンズ群と波面コーディング光学系とを用いて得られた被写体画像を、撮像素子等により光電変換し、A/D変換等の所定の処理を施して得られた画像データに対し、更に画像処理を行うことにより、固定焦点式でありながら、無限から至近距離まで良好な鮮鋭性を有した画像を得ることのできる、波面コーディング画像化システムが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
上記特許文献1の波面コーディング画像化システムは、結像のためのレンズ群の絞りが配置される位置に、光軸に対し回転非対称の面で構成される波面コーディング光学系を配置するものであり、これにより形成された被写体の画像から画像データを得て、更にこの画像データに所定の画像処理を施すことで、無限から至近距離まで良好な鮮鋭性を有した画像データを得るものである。これにより、固定焦点式でありながら、無限から至近距離まで良好な鮮鋭性を有した画像を得ることのできるものである。即ち、波面コーディング画像化システムにおいては、得られる最終画像が非常に深い被写界深度と焦点深度を有している。
The wavefront coding imaging system of the above-mentioned
このため、従来のピント調整のような、所定の距離に配置されたチャートに対し最も鮮鋭な像が得られる撮像光学系位置を求める方法では、撮像光学系位置の設定ばらつきが大きくなり、正確な位置設定ができない問題がある。 For this reason, in the conventional method of obtaining the imaging optical system position where the sharpest image can be obtained with respect to the chart arranged at a predetermined distance, such as focus adjustment, the setting variation of the imaging optical system position becomes large and accurate. There is a problem that position cannot be set.
本発明は上記問題に鑑み、波面コーディング画像化システムに用いられる撮像光学系の、撮像素子に対する位置設定のばらつきを抑え、被写界深度範囲がばらつかず安定した画像の得られる適切な撮像光学系位置調整方法を得ることを目的とするものである。 In view of the above problems, the present invention suppresses variation in position setting of the imaging optical system used in the wavefront coding imaging system with respect to the imaging element, and appropriate imaging optics that can obtain a stable image without variation in the depth of field range. The object is to obtain a system position adjustment method.
上記の目的は、下記に記載する発明により達成される。 The above object is achieved by the invention described below.
1.被写体光を導くためのレンズ群と波面コーディング光学系とで構成される撮像光学系の、前記撮像光学系の後方に配置された撮像素子に対する撮像光学系位置調整方法において、所定の距離にチャートを配置し、前記撮像光学系を、移動させて前記チャートの像鮮鋭度が低下する位置を求め、該像鮮鋭度が低下する位置に基づいて、前記撮像光学系の光軸方向の位置を設定することを特徴とする撮像光学系位置調整方法。 1. In an imaging optical system position adjustment method for an imaging optical system composed of a lens group for guiding subject light and a wavefront coding optical system with respect to an imaging element disposed behind the imaging optical system, a chart is provided at a predetermined distance. Arranging and moving the imaging optical system to obtain a position where the image sharpness of the chart is lowered, and setting the position of the imaging optical system in the optical axis direction based on the position where the image sharpness is lowered An imaging optical system position adjustment method characterized by the above.
2.前記チャートを配置する距離は、近距離側の被写界深度限界の距離であることを特徴とする1に記載の撮像光学系位置調整方法。 2. 2. The imaging optical system position adjusting method according to 1, wherein the distance at which the chart is arranged is a near-field depth limit distance.
3.被写体光を導くためのレンズ群と波面コーディング光学系とで構成される撮像光学系の、前記撮像光学系の後方に配置された撮像素子に対する撮像光学系位置調整方法において、所定の距離にチャートを配置し、前記撮像光学系を、繰り出し方向に移動させて前記チャートの像鮮鋭度が低下する第1の位置と、前記撮像光学系を、繰り込み方向に移動させて前記チャートの像鮮鋭度が低下する第2の位置に基づいて、前記撮像光学系の光軸方向の位置を設定することを特徴とする撮像光学系位置調整方法。 3. An imaging optical system position adjustment method for an imaging optical system configured of a lens group for guiding subject light and a wavefront coding optical system with respect to an imaging element disposed behind the imaging optical system, and a chart at a predetermined distance A first position where the imaging optical system is moved in the feeding direction to reduce the image sharpness of the chart, and the imaging optical system is moved in the feeding direction to reduce the image sharpness of the chart. An image pickup optical system position adjustment method comprising: setting a position of the image pickup optical system in the optical axis direction based on the second position.
4.前記チャートを配置する距離は、焦点深度の1/2に相当する距離であることを特徴とする3に記載の撮像光学系位置調整方法。 4). 4. The imaging optical system position adjustment method according to 3, wherein the distance at which the chart is arranged is a distance corresponding to ½ of the depth of focus.
本発明によれば、波面コーディング画像化システムに用いられる撮像光学系の撮像素子に対する位置設定のばらつきを抑え、被写界深度範囲がばらつかず安定した画像の得られる適切な撮像光学系位置調整方法を得ることが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the suitable imaging optical system position adjustment which suppresses the dispersion | variation in the position setting with respect to the image pick-up element of the image pick-up optical system used for a wavefront coding imaging system, and a stable image is obtained without the variation in depth of field range. It becomes possible to obtain a method.
以下、実施の形態により本発明を詳しく説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments, but the present invention is not limited thereto.
まず、波面コーディング画像化システムについて簡単に説明する。 First, the wavefront coding imaging system will be briefly described.
図1は、本実施の形態に係る撮像光学系を含む波面コーディング画像形成装置50を備えた波面コーディング画像化システム200のブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram of a wavefront
同図に示すように、波面コーディング画像形成装置50は、結像のためのレンズ群51と波面コーディング光学系52とで構成された撮像光学系と、この撮像光学系を透過した被写体光を光電変換する撮像素子53と、これら撮像光学系を保持する鏡胴で構成されている。被写体光は、この波面コーディング画像形成装置50に入射し、レンズ群51と波面コーディング光学系52で構成された撮像光学系を透過した後の画像(以下、この画像を一次画像と称す)が撮像素子53上に形成される。
As shown in the figure, the wavefront coding
波面コーディング画像形成装置50のレンズ群51は、結像性能を有する光学系である。波面コーディング光学系52は、レンズ群51の入射瞳位置である絞り面の位置に配置され、入射する被写体光の位相を変化させる機能を有している。撮像素子53は、波面コーディング光学系52により結像面の画像の状態が変化させられ、やや不鮮明な一次画像を得るものである。
The
撮像素子53には、CCD(Charge Coupled Device)型イメージセンサやCMOS(Complementary Metal−Oxide Semiconductor)型イメージセンサ等の固体撮像素子が使用される。
The
この波面コーディング画像形成装置50の撮像素子53からの出力は、所定のA/D変換等の処理が施され一次画像データ54とされる。
The output from the
この一次画像データ54に画像処理手段55による画像処理が行われ、最終画像データ56が得られる。画像処理手段55では、波面コーディング光学系52により波面コーディングを与えられ不鮮明な一次画像データ54から、画像を復元し、これにより深い被写界深度と焦点深度の最終画像56を得るものである。以上が、波面コーディング画像化システム200の概要である。
The
以下に、波面コーディング画像形成装置50の具体的構成の一例を説明する。
Hereinafter, an example of a specific configuration of the wavefront coding
図2は、本実施の形態に係る波面コーディング画像形成装置50の概略構成を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the wavefront coding
同図において、41はプリント基板であり、撮像素子53はこのプリント基板41にCOB(Chip On Board)実装されている。撮像素子53からの信号出力及び撮像素子53への信号入力は、このプリント基板41に電気的に接続された不図示の回路により行われるようになっている。
In the figure,
42は外枠部材であり、プリント基板41の撮像素子53の受光面に対し、所定の位置に位置決めされて接着固定されている。外枠部材42には、赤外光カットフィルタ43が接着固定されている。
外枠部材42の内側には鏡胴44が配置されている。鏡胴44は、レンズ群51と円盤状の波面コーディング光学系52で構成される撮像光学系を保持しており、波面コーディング光学系52は、レンズ群51の絞り位置に配置されている。本例では、波面コーディング光学系52の被写体側の面52aが相当する。
A
鏡胴44の波面コーディング光学系52が取り付けられる円周面の少なくとも1箇所にには、キー状の突起部44tが形成されている。一方、円盤状の波面コーディング光学系52には、この突起部44tに対応した位置にキー溝状の凹部52mが形成されており、この凹部52mと突起部44tを係合させて組み立てが行われる。これにより、鏡胴44に対し波面コーディング光学系52の回転方向の位置決めがなされる。
A key-
外枠部材42の円筒状の内周面にも同様にキー状の突起部42tが形成されている。一方、円筒状の鏡胴44には、この突起部42tに対応した位置にキー溝状の凹部44mが形成されており、この凹部44mと突起部42tを係合させて組み立てが行われる。これにより、鏡胴44は外枠部材42により回転係止されることになる。
Similarly, a key-shaped protrusion 42 t is formed on the cylindrical inner peripheral surface of the
また、外枠部材42と鏡胴44の間には、付勢部材である圧縮コイルバネ45が組み込まれ、この圧縮コイルバネ45により鏡胴44は被写体方向へ付勢されている。一方、外枠部材42の先端部には雌ネジ部42nが形成されており、この雌ネジ部42nに螺合する雄ネジ部46nが形成された押さえ部材46が組み付けられている。
A
この、押さえ部材46を回転させて外枠部材42に対し移動させることにより、この押さえ部材46に当接する回転係止された鏡胴44及び鏡胴44内のレンズ群51及び波面コーディング光学系52で構成される撮像光学系を光軸O方向に直進移動させることができ、撮像素子53に対する撮像光学系の光軸O方向の位置調整が可能となっている。
By rotating the holding
以上説明したように、本実施の形態の波面コーディング画像形成装置50は、撮像素子53に対し波面コーディング光学系52の光軸O周りの回転方向の位置決めが行われている。これにより、波面コーディング画像化システム200に用いる一次画像から最終画像を得るための画像処理ソフトウェアを簡便にでき、必要とされる記憶媒体の容量を低減すると共に、処理時間を短縮することが可能な、波面コーディング画像形成装置を得ることができる。
As described above, the wavefront coding
以上のような、波面コーディング画像形成装置50の撮像光学系の、撮像素子53に対する光軸O方向の位置調整(以下、ピント調整とも称す)方法について説明する。
A method of adjusting the position of the imaging optical system of the wavefront coding
波面コーディング画像化システムは、上述のように非常に深い被写界深度を有した最終画像が得られるシステムであるため、従来の様な方法では、適切な撮像光学系の位置設定を行うことは困難である。以下に説明する撮像光学系位置調整方法は、図1に示す波面コーディング画像化システム200を用いて、図2に示す波面コーディング画像形成装置50の撮像光学系の、撮像素子53に対する光軸O方向の位置調整方法を概念的に説明したものである。
Since the wavefront coding imaging system is a system that can obtain a final image having a very deep depth of field as described above, in the conventional method, it is not possible to appropriately set the position of the imaging optical system. Have difficulty. The imaging optical system position adjustment method described below uses the wavefront
図3は、波面コーディング画像形成装置の撮像光学系の、撮像素子に対する光軸O方向の位置調整方法の一例を説明するための図である。 FIG. 3 is a diagram for explaining an example of a method for adjusting the position of the imaging optical system of the wavefront coding image forming apparatus in the optical axis O direction with respect to the imaging element.
同図(a)は、波面コーディング画像化システムで得られる最終画像の被写界深度を示す図である。同図に示すように、例えば、鮮鋭度(コントラスト)の最高値に対し75%以上のコントラストの最終画像が得られる領域を被写界深度と仮定すると、同図に示す波面コーディング画像化システムの最終画像は、1/Rが0即ち無限遠から、1/Rが5即ち0.2mまでの被写界深度を有している。 FIG. 5A is a diagram showing the depth of field of the final image obtained by the wavefront coding imaging system. As shown in the figure, for example, assuming that a region where a final image having a contrast of 75% or more with respect to the maximum value of sharpness (contrast) is obtained is the depth of field, the wavefront coding imaging system shown in FIG. The final image has a depth of field from 1 / R of 0 or infinity to 1 / R of 5 or 0.2 m.
同図(b)は、撮像光学系の、撮像素子に対する光軸O方向の位置調整の方法を示している。 FIG. 5B shows a method for adjusting the position of the imaging optical system in the direction of the optical axis O with respect to the imaging device.
同図において、例えば、1/Rが5即ち0.2mの位置にチャートを配置し、このチャート像の最終画像の鮮鋭度(コントラスト)の最高値に対し75%以上になる位置(例えば同図の破線Aに示すような状態)まで、撮像光学系を繰り出す。この後、撮像光学系を繰り込み、チャート像の最終画像の鮮鋭度が略75%となる位置(同図の実線Bに示す状態)で繰り込みを停止する。これにより、同図(a)に示すような、最終画像が0.2mから無限遠までを被写界深度内となる位置に撮像光学系を設定することができる。 In the figure, for example, a chart is arranged at a position where 1 / R is 5 or 0.2 m, and the position where the chart image is 75% or more of the maximum sharpness (contrast) of the final image (for example, the figure). The state as shown by the broken line A in FIG. Thereafter, the imaging optical system is retracted, and the retraction is stopped at a position where the sharpness of the final image of the chart image is approximately 75% (a state indicated by a solid line B in the figure). As a result, the imaging optical system can be set at a position where the final image is within the depth of field from 0.2 m to infinity as shown in FIG.
なお、上記の説明では、被写界深度限界の位置にチャートを配置した例で説明したが、より近距離に配置し、同様に最終画像の鮮鋭度が75%となる位置を求め、所定量だけ撮像光学系を繰り込むようにしてもよいし、より遠距離に配置し、同様に最終画像の鮮鋭度が75%となる位置を求め、所定量だけ撮像光学系を繰り出すようにしてもよい。 In the above description, the example in which the chart is arranged at the position of the depth of field limit has been described. However, the chart is arranged at a closer distance, and similarly, the position where the sharpness of the final image is 75% is obtained, and a predetermined amount Alternatively, the imaging optical system may be retracted only, or the imaging optical system may be disposed at a longer distance, and similarly, a position where the sharpness of the final image is 75% is obtained, and the imaging optical system is advanced by a predetermined amount.
このように、所定の距離にチャートを配置し、撮像光学系を、移動させてチャートの最終画像の鮮鋭度が変化する位置に基づいて、撮像光学系の光軸方向の位置を設定することで、非常に広い被写界深度を有し、鮮鋭度のピークがなだらかな最終画像の得られる波面コーディング画像化システムの撮影光学系の、適切な位置設定を行うことができるようになる。 In this way, by arranging the chart at a predetermined distance and moving the imaging optical system to set the position in the optical axis direction of the imaging optical system based on the position where the sharpness of the final image of the chart changes. Therefore, it is possible to perform appropriate position setting of the photographing optical system of the wavefront coding imaging system that has a very wide depth of field and that can obtain a final image with a smooth sharpness peak.
また、チャートを配置する距離を、近距離側の被写界深度限界の距離とすることにより、複雑な計算を要せずに波面コーディング画像化システムの撮影光学系の、適切な位置設定を簡単に行うことが可能となる。 In addition, by setting the distance at which the chart is placed as the distance of the depth of field limit on the near side, it is easy to set the appropriate position of the imaging optical system of the wavefront coding imaging system without complicated calculations. Can be performed.
図4は、波面コーディング画像形成装置の撮像光学系の、撮像素子に対する光軸O方向の位置調整方法のその他の例を説明するための図である。 FIG. 4 is a diagram for explaining another example of the position adjustment method in the direction of the optical axis O with respect to the imaging element of the imaging optical system of the wavefront coding image forming apparatus.
同図(a)は、図3(a)と同じ、波面コーディング画像化システムで得られる最終画像の被写界深度を示す図である。 FIG. 6A is a diagram showing the depth of field of the final image obtained by the wavefront coding imaging system, which is the same as FIG.
同図(b)は、撮像光学系の、撮像素子に対する光軸O方向の位置調整の方法を示している。 FIG. 5B shows a method for adjusting the position of the imaging optical system in the direction of the optical axis O with respect to the imaging device.
同図において、例えば、1/Rが2.5即ち0.4mの位置にチャートを配置する。この距離は、無限遠から0.2mまでの焦点深度の中央、即ち1/2に相当する距離である。 In the figure, for example, a chart is arranged at a position where 1 / R is 2.5, that is, 0.4 m. This distance is the center of the depth of focus from infinity to 0.2 m, that is, a distance corresponding to ½.
まず、このチャート像の最終画像の鮮鋭度(コントラスト)が最高値に対し略75%になる位置(例えば同図の破線Cに示すような状態)まで、撮像光学系を繰り出し、この時の押さえ部材46(図2参照)の位置を記憶する。 First, the imaging optical system is extended to a position where the sharpness (contrast) of the final image of the chart image is approximately 75% of the maximum value (for example, the state shown by the broken line C in the figure), and the pressing at this time The position of the member 46 (see FIG. 2) is stored.
次いで、撮像光学系を繰り込み、チャート像の最終画像の鮮鋭度(コントラスト)が最高値に対し75%以上となった後、更に繰り込んで、チャート像の最終画像の鮮鋭度(コントラスト)が最高値に対し略75%になる位置(例えば同図の破線Dに示すような状態)で繰り込みを停止する。 Next, the imaging optical system is turned on, and after the sharpness (contrast) of the final image of the chart image reaches 75% or more with respect to the maximum value, the drawing optical system is further turned on to obtain the highest sharpness (contrast) of the final image of the chart image. Renormalization is stopped at a position where the value is approximately 75% (for example, a state shown by a broken line D in the figure).
この時の押さえ部材46の位置と、既に記憶してある押さえ部材46の位置から、押さえ部材46の回転量が割り出され、この回転量の1/2だけ戻すことで、最終画像が0.2mから無限遠までを被写界深度内となる位置に撮像光学系を設定することができる。
The amount of rotation of the pressing
このように、所定の距離にチャートを配置し、撮像光学系を、繰り出し方向に移動させてチャートの像鮮鋭度が低下する第1の位置と、撮像光学系を、繰り込み方向に移動させてチャートの像鮮鋭度が低下する第2の位置を求めることで、最終画像が高コントラストを維持している領域を求め、この領域の位置に基づいて、撮像光学系の光軸方向の位置を設定することで、非常に広い被写界深度を有し、鮮鋭度のピークがなだらかな最終画像の得られる波面コーディング画像化システムの撮影光学系の、適切な位置設定を行うことができるようになる。 As described above, the chart is arranged at a predetermined distance, the imaging optical system is moved in the feeding direction, the first position where the image sharpness of the chart is lowered, and the imaging optical system is moved in the feeding direction and the chart. By obtaining the second position where the image sharpness of the image is reduced, a region where the final image maintains high contrast is obtained, and the position of the imaging optical system in the optical axis direction is set based on the position of this region. As a result, it is possible to set an appropriate position of the photographing optical system of the wavefront coding imaging system that has a very wide depth of field and that can obtain a final image with a smooth sharpness peak.
即ち、図3或いは図4で説明した、撮像光学系の位置調整方法によれば、非常に広い被写界深度を有する波面コーディング画像化システムの撮像光学系の撮像素子に対するピント位置調整を1箇所に配置したチャートを用いるだけで、調整を行うことができ、調整に要する時間を短縮でき、低コストで適切な位置設定を行うことが可能となる。 That is, according to the position adjustment method of the imaging optical system described in FIG. 3 or FIG. 4, focus position adjustment with respect to the imaging element of the imaging optical system of the wavefront coding imaging system having a very wide depth of field is performed at one place. The adjustment can be performed simply by using the chart arranged in (1), the time required for the adjustment can be shortened, and appropriate position setting can be performed at low cost.
また、チャートを焦点深度の1/2の位置に配置することで、複雑な計算を要せずに波面コーディング画像化システムの撮影光学系の、適切な位置設定を簡単に行うことが可能となる。 In addition, by arranging the chart at a position at half the depth of focus, it is possible to easily set an appropriate position of the photographing optical system of the wavefront coding imaging system without requiring complicated calculation. .
なお、鮮鋭度(コントラスト)の最高値に対し75%以上のコントラストの最終画像が得られる領域を被写界深度と仮定して説明したが、この数値は説明のための一例であり、これに限るものでないのは勿論である。 In addition, although the region where a final image having a contrast of 75% or more with respect to the maximum value of sharpness (contrast) is obtained is described as the depth of field, this numerical value is an example for explanation, and Of course, it is not limited.
41 プリント基板
42 外枠部材
43 赤外光カットフィルタ
44 鏡胴
45 圧縮コイルバネ
46 押さえ部材
50 波面コーディング画像形成装置
51 レンズ群
52 波面コーディング光学系
53 撮像素子
200 波面コーディング画像化システム
DESCRIPTION OF
Claims (4)
所定の距離にチャートを配置し、
前記撮像光学系を、移動させて前記チャートの像鮮鋭度が低下する位置を求め、該像鮮鋭度が低下する位置に基づいて、前記撮像光学系の光軸方向の位置を設定することを特徴とする撮像光学系位置調整方法。 In an imaging optical system position adjustment method for an imaging element disposed behind the imaging optical system of an imaging optical system composed of a lens group for guiding subject light and a wavefront coding optical system,
Place the chart at a predetermined distance,
A position where the image sharpness of the chart decreases by moving the imaging optical system is determined, and a position in the optical axis direction of the imaging optical system is set based on the position where the image sharpness decreases. An imaging optical system position adjustment method.
所定の距離にチャートを配置し、
前記撮像光学系を、繰り出し方向に移動させて前記チャートの像鮮鋭度が低下する第1の位置と、前記撮像光学系を、繰り込み方向に移動させて前記チャートの像鮮鋭度が低下する第2の位置に基づいて、前記撮像光学系の光軸方向の位置を設定することを特徴とする撮像光学系位置調整方法。 In an imaging optical system position adjustment method for an imaging element disposed behind the imaging optical system of an imaging optical system composed of a lens group for guiding subject light and a wavefront coding optical system,
Place the chart at a predetermined distance,
A first position at which the image sharpness of the chart is lowered by moving the imaging optical system in the feeding direction; and a second position at which the image sharpness of the chart is lowered by moving the imaging optical system in the feeding direction. An image pickup optical system position adjusting method, wherein the position of the image pickup optical system in the optical axis direction is set based on the position of the image pickup optical system.
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