JP2008172321A - 電気的画像回復処理を行う撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】画像回復処理方法を有効に利用することにより、変倍比や明るさを確保しつつも小型化に有利であり、かつ、得られる画像も良好な撮像装置。
【解決手段】複数のレンズ群G1〜G4を持ち、レンズ群に挟まれる間隔を変化させて広角端から望遠端までのズーミングを行うズームレンズ1と、ズームレンズ1により形成される像を撮像する撮像素子2と、撮像素子2で撮像した像の信号を元に画像回復を行う信号処理を行い画像回復した画像信号を生成する画像回復処理部11を有し、画像回復処理部11における画像回復を行う信号処理は、ズームレンズ1の結像性能に関する点像強度分布に基づく復元フィルタを用いて電気的に画像回復を行う処理を含み、かつ、ズームレンズ及び撮像素子との関係が画像回復処理部11による回復力とズームレンズ1全長のバランスをとるための条件式(1)を満たす。
【選択図】図1

Description

本発明は、電気的に画像回復処理を行う撮像装置に関するものである。
被写体となる物体をズームレンズ等の光学系により撮像素子の撮像面上に結像した場合、撮像素子で撮像した像は元の物体に比べて光学系の収差の影響によりボケが生じ、画質が劣化することが知られている。
このときの像による画像の強度分布gは、元の物体の輝度分布fと光学系の結像性能を表す点像強度分布(PSF:Point Spread Function )hの畳み込み(Convolution )にノイズnが加わった
g=f*h+n (*は畳み込み積分) ・・・(A)
で表される。g、h、nを既知として、式(A)から元の物体の輝度分布fを求めることができる。
このようにして、光学系のボケを信号処理により取り除き、理想的な像を得る技術は、像の「復元」あるいは「デコンボリューション(Deconvolution )」と呼ばれている。
このような画像回復をデジタルカメラに適用した従来例として、特許文献1のものが知られている。
特許文献1には、撮像装置で撮像した像の信号(例として、ブレ画像、ボケ画像)を元に、撮像時の画像の劣化に関する情報を考慮し、点像強度分布に基づく復元フィルタを用いて画像回復処理を行い、劣化の少ない画像に生成する画像処理の方法が開示されている。
具体的な復元フィルタとして、ウィーナフィルタ、一般逆フィルタ等が例示されている。
また、復元フィルタは、撮像時の画像の劣化に関する情報を考慮して生成する旨が開示されている。
考慮する情報として、撮影条件(露光時間、露光量、被写体までの距離、焦点距離等)や撮像装置の特性情報(レンズの光学特性、撮像装置の識別情報等)等の物理的要因から解析的に求める、又は、加速度センサ等の測定装置の出力にて推定する旨が開示されている。
上述のウィーナフィルタ、一般逆フィルタ(インバースフィルタ)については、非特許文献1にも記載がされている。
また、これらの復元フィルタを用いた例の他に、点像強度分布に基づく復元フィルタを用いて電気的な画像回復処理を行える演算方法として、最大エントロピー法(Maximum entropy method)が非特許文献2にて、また、Tikhonov-Miller 法、Richardson-Lucy 法、Van Cittert 法、Landweber 法が非特許文献3にて知られている。
このように、PSFに基づく復元フィルタを用いて電気的に画像回復処理を行う画像処理方法が種々知られている。
一方、デジタルカメラの分野においては、小型で薄型のタイプが好まれるようになっている。カメラの大きさの中、厚さ方向は主に光学系の大きさの影響が大きいことから、薄型化を達成するには光学系の構成がますます重要になっている。
また、光学系にズーム機能を持たせて撮影画角の変化を大きくさせる高ズーム比化へのニーズも高い。
また、受光量自体も多くできるようにFナンバーの小さい明るい光学系へのニーズも高い。
特開2000−20691号公報 「Image Processing」財団法人画像情報教育振興協会発行 「科学計測のためのデータ処理入門」南茂夫監修河田聡編著 「Fast Deblurring Algorithms」S.H.M. Allon, M.G. Debertrand and B.T.H.M. Sleutjes 編集、インターネット(http://www.bmi2.bmt.tue.nl/image-analysis/Education/OGO/0504-3.2bDeblur/OGO3.2b _2004_Deblur.pdf, 2004)
しかしながら、これらの光学系へのニーズを満足させようとすると、光学性能の確保のために、光学系が大型化しやすくなってくるという課題を有している。
なぜならば、高ズーム比化を行う場合、レンズ群の移動量を確保するために、撮像装置が大きくなりやすい。また、小Fナンバー化を行う場合、PSFを悪化させる収差の発生が大きくなる。このような収差を光学系自身で良好に補正しようとすると、収差補正のためにレンズ枚数を多く必要とする等、小型化に不利となるからである。
また、上述の画像回復の方法を開示した従来技術は、撮像装置で撮影した画像を一度記録媒体に書き込み、撮像装置の外部で信号処理を行うものであり、使用者の操作が煩雑となる。
また、上述の従来技術は、電気的な画像回復処理については開示するものの、このような画像処理を行うことを前提とした光学系の最適な構成についてはなんら開示されていない。
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、上述の画像回復処理方法を有効に利用することにより、変倍比や明るさを確保しつつも小型化に有利であり、かつ、得られる画像も良好な撮像装置を提供することである。
本発明の電気的画像回復処理を行う撮像装置は、複数のレンズ群を持ち、前記複数のレンズ群に挟まれる間隔を変化させて、広角端から望遠端までのズーミングを行うズームレンズと、
前記ズームレンズにより形成される像を受光する位置に配置された撮像面を持ち、前記像を撮像する撮像素子と、
前記撮像素子で撮像した像の信号を元に画像回復を行う信号処理を行い画像回復した画像信号を生成する画像回復処理部を有し、
前記画像回復処理部における前記画像回復を行う信号処理は、前記ズームレンズの結像性能に関する点像強度分布に基づく復元フィルタを用いて電気的に画像回復を行う処理を含み、かつ、
前記ズームレンズ及び前記撮像素子との関係が、以下の条件式(1)を満足することを特徴とするものである。
2<(L・fw ・√Fno)/(ft ・Ih)<7 ・・・(1)
ただし、Lは、光軸上におけるズームレンズの最も物体側の屈折面から撮像面まで長さの最大長、
w は、広角端におけるズームレンズ全系の焦点距離、
t は、望遠端におけるズームレンズ全系の焦点距離、
Fnoは、望遠端における最小Fナンバー、
Ihは、撮像面における有効撮像領域の対角長の半分、
であり、有効撮像領域は、前記像が形成される前記撮像面上の領域の中、画像表示に用いる最大領域であり、前記ズームレンズがフォーカシング機能を備える場合、各値は、光軸上の最遠距離物に合焦した状態での値である。
本発明のもう1つの電気的画像回復処理を行う撮像装置は、複数のレンズ群を持ち、前記複数のレンズ群に挟まれる間隔を変化させて、広角端から望遠端までのズーミングを行うズームレンズと、
前記ズームレンズにより形成される像を受光する位置に配置された撮像面を持ち、前記像を撮像する撮像素子と、
前記撮像素子で撮像した像の信号を元に画像回復を行う信号処理を行い画像回復した画像信号を生成する画像回復処理部を有し、
前記画像回復処理部における前記画像回復を行う信号処理は、前記ズームレンズの結像性能に関する点像強度分布に基づく復元フィルタを用いて電気的に画像回復を行う処理を含み、かつ、
前記ズームレンズ及び前記撮像素子との関係が、以下の条件式(2)を満足することを特徴とするものである。
5<fGPmax ・Fno/Ih<15 ・・・(2)
ただし、fGPmax は、ズームレンズ中の複数のレンズ群の中、正の屈折力が最も大きいレンズ群の焦点距離、
Fnoは、望遠端における最小Fナンバー、
Ihは、撮像面における有効撮像領域の対角長の半分、
であり、有効撮像領域は、前記像が形成される前記撮像面上の領域の中、画像表示に用いる最大領域であり、前記ズームレンズがフォーカシング機能を備える場合、各値は、光軸上の最遠距離物に合焦した状態での値である。
以下、本発明において上記構成をとる理由と作用を説明する。
本発明の撮像装置は、複数のレンズ群を持ち、それら複数のレンズ群に挟まれる間隔を変化させて、広角端から望遠端までのズーミングを行うズームレンズを備えている。
そして、ズームレンズにより形成される像を受光する位置に配置された撮像面を持ち、その像を撮像する撮像素子を備えている。
そして、その撮像素子で撮像した像を元に画像回復を行う信号処理を行い画像回復した画像信号を生成する画像回復処理部を備えている。
その画像回復処理部における画像回復を行う信号処理は、ズームレンズの結像性能に関する点像強度分布に基づく復元フィルタを用いて電気的に画像回復を行う処理を含んでいる。
このような構成とすることで、ズームレンズによる撮影画角の変更を行いやすくなる。このとき、撮影画角を変更させるためには、予めレンズ群の間の間隔を変化させるためにレンズ群同士の間隔を確保する必要が生じる。
このとき、ズームレンズのみで点像強度分布(PSF)を良好にしようとすると、レンズ枚数が増える、若しくは、レンズ群の間の間隔を長くしなければならず、小型化に不利となる。
本発明は、従来技術でも記載したような、点像強度分布に基づく復元フィルタを用いて電気的に画像回復処理を行うことで、ズームレンズの光学素子の構成枚数の低減、可変間隔の縮小化に有利となる。
このときの復元フィルタは、ズームレンズの結像性能に関する点像強度分布に基づくものとしたので、得られる画像も画質の回復した良好な像となり、撮像装置の小型化と高性能化の両立を達成できる。
このような基本構成から、さらに、ズームレンズと撮像素子との関係について、以下の条件式(1)を満足する構成としたのが、本発明の第1の側面である。
2<(L・fw ・√Fno)/(ft ・Ih)<7 ・・・(1)
ただし、Lは、光軸上におけるズームレンズの最も物体側の屈折面から撮像面まで長さの最大長、
w は、広角端におけるズームレンズ全系の焦点距離、
t は、望遠端におけるズームレンズ全系の焦点距離、
Fnoは、望遠端における最小Fナンバー、
Ihは、撮像面における有効撮像領域の対角長の半分、
であり、有効撮像領域は、前記像が形成される前記撮像面上の領域の中、画像表示に用いる最大領域であり、前記ズームレンズがフォーカシング機能を備える場合、各値は、光軸上の最遠距離物に合焦した状態での値である(後述する条件式についても同じ)。
次に、条件式(1)を満足することの作用効果を説明する。本発明の目的を達成するために第1の側面の発明では、まず、従来よりもズームレンズをさらに小型化して設計し、それにより発生しやすくなる残存収差を、ズームレンズの結像性能に関する点像強度分布に基づく復元フィルタを用いて電気的な画像回復処理により補う構成としている。
本発明の目的の中高性能化を達成するには、ズームレンズと撮像素子、画像処理部の構成を考慮する必要がある。
一般的に光学系の収差が発生してくると、物体の細かいもの、つまり、高周波成分の結像状態が悪くなる。このとき、余りに画像が劣化し解像できなくなると、この周波数情報は0となる。本発明に用いる画像回復の信号処理は、フーリエ変換上の除算計算に当たるので、画像回復前の周波数情報が0になってしまうと、画像回復が原理的に困難になってしまう。そのため、画像回復手段の回復力には限界がある。
一方、ズームレンズの全長を小さくすればする程、ズームレンズを構成する各レンズ群のパワーが強くなり残存収差が発生しやすくなり、画像の回復処理を行っても良好な画像への回復は期待できなくなる。
すなわち、周波数成分の情報量はズームレンズ全長と関連している。
この点を考慮し、第1の側面の発明では、画像回復処理部による回復力とズームレンズ全長のバランスをとるため、上述の条件式(1)を満たすことを特徴とするものである。
条件式(1)の分子におけるL、fw 、Fnoは、何れも小さくなるにつれて光学的な収差補正が難しくなる要素である。
一方、条件式(1)の分母におけるft 、Ihは、大きくなるにつれて光学的な収差補正が難しくなる要素である。
この条件式(1)の下限の2を下回らないようにすることで、画像回復前の元の画像の画質を確保しやすくなり、画像回復処理による画質向上の確保に有利となる。
一方、条件式(1)の上限の7を上回らないようにすることで、ズームレンズの性能(ズーム比、明るさ、画角)の確保をした上でのズームレンズ全長の短縮化と、画像回復処理による画質性能の確保の両立に有利となる。
さらに好ましくは、次の条件式(1’)を満たすのがよい。
3<(L・fw ・√Fno)/(ft ・Ih)<6 ・・・(1’)
条件式(1’)を満たすことで、装置の小型化と画質の確保の両立に一層有利となる。
条件式(1)にて、条件式(1' )の上限値若しくは下限値のみを限定してもよい。
また、上述の基本構成からさらに、ズームレンズと撮像素子との関係について、以下の条件式(2)を満足する構成としたのが、本発明の第2の側面である。
5<fGPmax ・Fno/Ih<15 ・・・(2)
ただし、fGPmax は、ズームレンズ中の複数のレンズ群の中、正の屈折力が最も大きいレンズ群の焦点距離、
Fnoは、望遠端における最小Fナンバー、
Ihは、撮像面における有効撮像領域の対角長の半分、
であり、有効撮像領域は、前記像が形成される前記撮像面上の領域の中、画像表示に用いる最大領域であり、前記ズームレンズがフォーカシング機能を備える場合、各値は、光軸上の最遠距離物に合焦した状態での値である。
条件式(2)を満足することの作用効果を説明する。第2の側面の発明も、第1の側面の発明と同様に、ズームレンズによる残存収差を、点像強度分布に基づく復元フィルタを用いて電気的に画像回復処理を行い補正する構成としている。
第2の側面の発明では、画像を劣化させる原因である収差に着目している。収差には種々のものが存在するが、これらの収差の中、倍率色収差やディストーションは、撮像素子上に形成される画像の幾何的な移動を行う画像処理により補正することが可能である。
ところが、画像の劣化に大きく影響している球面収差、コマ収差等は、上述の点像強度分布を考慮した画像回復手段を使わないと補正できない(エッジ強調による画像処理は、ズームレンズの点像強度分布を用いたものではなく、処理後の画像の一部を拡大して見ると不自然になりやすい。)。
この球面収差やコマ収差はレンズ群のパワー(屈折力)による影響が大きく、画像回復処理部の補正能力に応じたパワーに設定することで、画像回復の機能を得やすくなる。
また、本発明におけるズームレンズの全系の焦点距離の符号は正となるので、ズームレンズ全体の球面収差やコマ収差の発生は正のパワーを持つレンズ群のパワーと関連が高くなる。
この点を考慮し、第2の側面の発明では、画像回復処理部による画像回復力とズームレンズにおける収差とのバランスをとるため、上述の条件式(2)を満たすことを特徴とするものである。
条件式(2)の分子におけるfGPmax 、Fnoは、小さくなるにつれて光学的な収差補正が難しくなる要素である。
一方、条件式(2)の分母におけるIhは、分子の要素であるfGPmax を規格化する上での基準をなす要素である。
この条件式(2)の下限の5を下回らないようにして、正パワーのレンズ群のパワーを抑えることで、画像回復前の元の画像の画質を確保しやすくなり、画像回復処理による画質向上の確保に有利となる。
一方、条件式(2)の上限の15を上回らないようにすることで、明るさを確保した上での正パワーのレンズ群のパワー確保による小型化と、画像回復処理による画質性能の確保による画質性能の確保の両立に有利となる。
さらに好ましくは、次の条件式(2’)を満たすのがよい。
6<fGPmax ・Fno/Ih<12.5 ・・・(2’)
条件式(2’)を満たすことで、小型化と画質の確保の両立に一層有利となる。
条件式(2)にて条件式(2' )の上限値若しくは下限値のみを限定してもよい。
また、第1の側面の発明、第2の側面の発明における、画像回復処理部で行う画像回復は、背景技術の例示にて行った特許文献、非特許文献にて行った画像回復処理にて行うことができる。
つまり、ウィーナフィルタによる画像回復、一般的な逆フィルタによる画像回復、最大エントロピー法(Maximum entropy method)、Tikhonov-Miller 法、Richardson-Lucy 法、Van Cittert 法、Landweber 法を用いることで、ズームレンズの結像性能に関する点像強度分布に基づく復元フィルタを用いた画像回復を行う処理を行うことができる。
また、これらの例以外にも、ズームレンズの結像性能に関する点像強度分布に基づく復元フィルタを用いて電気的に画像回復を行う処理にて画像回復を行うものであれば、本発明の意図した画像回復となる。
画像回復処理部における画像回復を行う信号処理は、復元フィルタを用いたデコンボリューション演算により電気的に画像回復を行う処理を含むようにするとよい。これは、画像回復のための一演算方法である。
例として、一般的な逆フィルタの画像復元処理の方法を説明する。(x,y)を互いに直交するx軸、y軸を持つ平面画像上における変数x,yで表される2次元画像上の各点とし、f(x,y)を理想画像の関数、g(x,y)を劣化関数(画像回復前の画像)、h(x,y)をPSF、n(x、y)をノイズとしたとき、劣化関数は次の式で表される。
g(x,y)
=∬h(x−x’,y−y’)f(x’,y’)dx’dy’+n(x,y)
・・・(10)
また、f(x,y)、g(x,y)、h(x,y)、n(x,y)のフーリエ変換をそれぞれF(u,v)、G(u,v)、H(u,v)、N(u,v)とすると、
G(u,v)=H(u,v)*F(u,v)+N(u,v) ・・・(11)
の関係にある(*はコンボリューションである)。
画像回復処理部で用いる復元フィルタをB(u,v)としたとき、この式の両辺にPSFの逆フィルタ:
B(u,v)=1/H(u,v) ・・・(12)
を掛けることによって、ノイズがない場合は理想画像の復元が可能である。逆フィルタによる復元画像をF’(u,v)とすると、次の式で表される。
F’(u,v)=F(u,v)+N(u,v)/H(u,v) ・・・(13)
このような画像信号の処理により、画像回復を行うことが可能である。
また、現実にノイズの項が0となることはないので、H(u,v)が0又は0に近い値をとると、ノイズの項が拡大されて復元画像が乱れることがある。
ノイズが発生している場合については、ノイズを考慮した画像復元処理方法としてウィーナフィルタを用いてもよい。
この復元フィルタは、次の式で表される。
B(u,v)=H* (u,v)/{|H(u,v)|2
+Sn(u,v)/Sf(u,v)} ・・・(14)
ただし、H* (u,v)はH(u,v)の複素共役、Sn(u,v)はノイズのパワースペクトル、Sf(u,v)は現画像のパワースペクトルである。
この復元フィルタを用いれば、ノイズが増幅されて復元画像が極端に乱れることを少なくできる。
また、撮像素子上での結像性能が低めの場合は、フィルタ処理を反復演算で行う構成とすることが好ましい。
つまり、画像回復処理部における画像回復の処理は、上記復元フィルタを用いた反復演算を行う処理を含む構成とすることが好ましい。
本発明のメリットは、画像復元を行うことを前提にしたことで、ズームレンズの集光性能を許容できる点にある。そのため、複数回のフィルタ処理により画像回復させることで、より良好な画像を得やすくなる。
この反復演算処理に適した方法として、ノイズが少ない場合はVan Cittert 法が望ましく、また、ノイズが比較的多い場合はLandweber 法を用いるのが望ましい。
また、最大エントロピー法、Richardson-Lucy 法、Tikhonov-Miller 法等を用いてもかまわない。
また、第1の側面、第2の側面の発明について、同時に満足することが好ましい。
また、上述、後述の各発明の構成を複数を同時に満足することが好ましい。
以下のような構成とすることがより好ましい。
正屈折力のレンズ群で発生する残存収差は、負の屈折力のレンズ群で適切に補正することが良好な画像を得る上で有利となる。
したがって、ズームレンズが次の条件式(3)を満たすのが好ましい。
4<|fGNmax ・Fno/Ih|<25 ・・・(3)
ただし、fGNmax は、ズームレンズ中の複数のレンズ群の中、負の屈折力が最も大きいレンズ群の焦点距離、
である。
この条件式(3)の上限の25を上回らないようにすることで、負の屈折力のレンズ群のパワーを確保し、球面収差、コマ収差の補正を行いやすくなる。下限の4を下回らないようにすることで、パワーを抑え、補正過剰による画像劣化を抑えやすくなる。
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
5<|fGNmax ・Fno/Ih|<20 ・・・(3’)
また、ズームレンズの全長は、レンズ群の構成長だけでなくその群の移動量にも影響される。群の移動量が増えてしまうと、ズームレンズを移動させるカム部材が大型化してしまうので、鏡枠構造が大型化しやすくなる。
鏡枠の大型化を抑えるために、ズームレンズ及び撮像素子との関係が、以下の条件式(4)を満足することが好ましい。
0.5<(Dzmax・fw ・√Fno)/(ft ・Ih)<2 ・・・(4)
ただし、Dzmaxは、ズームレンズ中の複数のレンズ群の中、広角端から望遠端への変倍時の移動量が最大となるレンズ群の前記移動量、
w は、広角端におけるズームレンズ全系の焦点距離、
t は、望遠端におけるズームレンズ全系の焦点距離、
である。
この条件式(4)の上限の2を上回らないようにすることで、レンズ群の移動量の最大値を抑え、小型化に有利となる。下限の0.5を下回らないようにすることで、レンズ群の移動量を確保し、各レンズ群のパワーを小さくでき、収差補正上有利となる。
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
0.7<(Dzmax・fw ・√Fno)/(ft ・Ih)<1.7 ・・・(4’)
また、最もパワーの大きい正レンズが、以下の条件式(5)を満足するようにすることが好ましい。
0.3<fLPmax ・Fno/ft <2 ・・・(5)
ただし、fLPmax は、ズームレンズ中の正の屈折力が最も大きい正レンズの焦点距離、
t は、望遠端におけるズームレンズ全系の焦点距離、
である。
この条件式(5)の上限の2を上回らないようにすることで、正レンズのパワーを確保し、小型化に有利となる。下限の0.3を下回らないようにすることで、球面収差、コマ収差の発生を抑えやすくなる。
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
0.45<fLPmax ・Fno/ft <1.65 ・・・(5’)
また、ズームレンズが以下の条件式(6)を満足する負レンズを有することが好ましい。
0.15<|fLNmax ・Fno/ft |<1.65 ・・・(6)
ただし、fLNmax は、ズームレンズ中の負の屈折力が最も大きい負レンズの焦点距離、
t は、望遠端におけるズームレンズ全系の焦点距離、
である。
この条件式(6)の上限の1.65を上回らないようにすることで、負レンズのパワーを確保し球面収差、コマ収差の補正不足を抑えやすい。下限の0.15を下回らないようにすることで、負レンズのパワーを抑え、球面収差、コマ収差の補正過剰を抑えやすくなる。
なお好ましくは、次の条件式を満たすのがよい。
0.25<|fLNmax ・Fno/ft |<1.5 ・・・(6’)
また、ズームレンズの結像性能に関する点像強度分布の情報を保持する情報保持部を有し、画像回復処理部は、その情報保持部に保持された情報を考慮して画像回復を行うことが好ましい、
PSFの情報は画像処理装置に予め保持されていると、処理速度が速くなるので好ましい。なお、PSFに光学設計値を用いてもよいが、光学系の組立後に測定したPSFを用いてもよい。その際は、光学系の製造ばらつきをキャンセルできるので、さらに高性能を達成できる。
また、ズームレンズのズーム状態に応じて、異なった点像強度分布の情報を用いて画像回復を行うことが好ましい。
ズームレンズはズーミングによる収差変動が発生する。そのため、ズーム位置によりPSFは変化する。よって、画像復元処理時はズーム位置毎に異なったPSF情報を用いれば、さらに高性能が達成できるので好ましい。
また、ズームレンズのズーム状態に応じた異なった点像強度分布の情報を保持する情報保持部を有し、画像回復処理部は、その情報保持部に保持された情報を考慮して画像回復を行うことがより好ましい。
ズーム状態に応じて対応するPSFにて計算することで、良好な画像を少ない計算で生成できる。
また、撮像面上の位置に応じて、異なった点像強度分布の情報を用いて画像回復を行うことが好ましい。
画面の位置に応じて処理するPSFを変えてもよい。より良好に画像回復が行える。その際、一定の範囲は同じPSFで処理するのが処理速度を向上でき望ましい。なお、その範囲は、中心からの距離に応じた円弧で区切った範囲でもよいし、撮像素子の画素の並びに応じた矩形に分割した範囲でもよい。
また、撮像面上の位置に応じた異なった点像強度分布の情報を保持する情報保持部を有し、画像回復処理部は、その情報保持部に保持された情報を考慮して画像回復を行うようにしてもよい。
情報を予め保持することで、計算速度を速くできる。
また、ズームレンズのフォーカシング状態に応じて、異なった点像強度分布の情報を用いて画像回復を行うようにしてもよい。
フォーカシングによる収差変動が発生するが、フォーカシングに応じて処理するPSFを変えることで、フォーカシングによる収差変動を抑えられる。
また、ズームレンズのフォーカシング状態に応じた異なった点像強度分布の情報を保持する情報保持部を有し、画像回復処理部は、その情報保持部に保持された情報を考慮して画像回復を行うようにしてもよい。
予め情報を保持することで、処理速度が速くなる。
本発明は、次のように構成することもできる。
物体側から順に、正の屈折力を持つ第1レンズ群と、負の屈折力を持つ第2レンズ群と、正の屈折力を持つ第3レンズ群と、正の屈折力を持つ第4レンズ群を有し、広角端から望遠端までのズーミングの際に、それぞれのレンズ群に挟まれる間隔が変化するズームレンズと、
前記ズームレンズにより形成される像を受光する位置に配置された撮像面を持ち、前記像を撮像する撮像素子と、
前記撮像素子で撮像した像の信号を元に画像回復を行う信号処理を行い画像回復した画像信号を生成する画像回復処理部を有し、
前記画像回復処理部における前記画像回復を行う信号処理は、前記ズームレンズの結像性能に関する点像強度分布に基づく復元フィルタを用いて電気的に画像回復を行う処理を含む撮像装置。
上記のズームレンズは、高変倍比化に有利である。そして、上述の画像回復処理を行う処理部にて撮影画像を修正することにより、高変倍比を確保しつつ、良好な画質の画像を得られる撮像装置となる。
物体側から順に、負の屈折力を持つ第1レンズ群と、正の屈折力を持つ第2レンズ群と、正の屈折力を持つ第3レンズ群を有し、広角端から望遠端までのズーミングの際に、それぞれのレンズ群に挟まれる間隔が変化するズームレンズと、
前記ズームレンズにより形成される像を受光する位置に配置された撮像面を持ち、前記像を撮像する撮像素子と、
前記撮像素子で撮像した像の信号を元に画像回復を行う信号処理を行い画像回復した画像信号を生成する画像回復処理部を有し、
前記画像回復処理部における前記画像回復を行う信号処理は、前記ズームレンズの結像性能に関する点像強度分布に基づく復元フィルタを用いて電気的に画像回復を行う処理を含む撮像装置。
上記のズームレンズは、撮像装置の小型化に有利である。そして、上述の画像回復処理を行う処理部にて撮影画像を修正することにより、小型でありながら、良好な画質の画像を得られる撮像装置となる。
本発明によれば、画像回復処理方法を有効に利用することにより、変倍比や明るさを確保しつつも、小型化に有利であり、かつ、得られる画像も良好な撮像装置を提供することができる。
以下に、本発明の電気的画像回復処理を行う撮像装置を実施例に基づいて説明する。
図1は、本発明の1実施例の撮像装置の全体の概略構成を示す図であり、図中、ズームレンズ1は第1レンズ群G1、第2レンズ群G2、第3レンズ群G3、第4レンズ群G4からなる。第3レンズ群G3の物体側には、第3レンズ群G3と一体で光軸方向に移動する明るさ絞りSを配置してある。ズームレンズ1としては、後記の実施例1におけるズームレンズを使用している。もちろん、他のズームレンズ(例えば、反射面を用いて光路を反射するタイプのズームレンズ)を用いてもよい。
ズームレンズ1の後方には、赤外カットフィルター、ローパスフィルター等の光学フィルター類Fと電子撮像素子(ここではCCD。CMOS等でもよい)2が配置される。CCD2の入射面側には、カバーガラスCGが配置され、カバーガラスCGを透過した光線は、CCD2の複数の受光素子からなる撮像面Iへと導かれる。
ズームレンズ1の各レンズ群G1〜G4は、レンズ群駆動部3により光軸方向へ移動し、各レンズ群G1〜G4に挟まれる間隔を変化させて、広角端から望遠端までのズーミングを行う。
図1では簡略化して図示しているが、レンズ群駆動部3のレンズ群駆動機構としては、レンズ群の周辺に配置したヘリコイドの回動によりレンズ群を移動させる構成や、レンズ群を保持する保持枠に螺子穴を設け、それを貫通する螺旋ねじの回動によりレンズ群を前後移動させる構成等、公知のものが使用できる。
また、レンズ群を支持する鏡枠を多段沈胴させる構成とし、装置未使用時の小型化や、広角端撮影時の小型化を図っている。
この例では、第1レンズ群G1、第2レンズ群G2、第3レンズ群G3はヘリコイドの回転によりヘリコイドのガイド溝に沿ってレンズ移動するものとし、第4レンズ群G4は他のレンズ群とは個別に移動させることができるレンズ駆動部3に接続されているものとする。
第4レンズ群G4は、個別に光軸方向に移動することで、遠距離から近距離の合焦を行う構成となっている。
ズームレンズ1によりCCD2の撮像面I上に像を形成する。撮像面Iは、複数の受光素子から構成される。
ここで、有効撮像領域について説明しておく。図2は、電子撮像素子2の画素配列の1例を示す図であり、画素ピッチaでR(赤)、G(緑)、B(青)に対応した受光素子4、あるいは、シアン、マゼンダ、イエロー、グリーン(緑)の4色に対応した受光素子4がモザイク状に配置されている。
有効撮像領域5は、撮影した画像の再生(パソコン上での表示、プリンターによる印刷等)に用いる電子撮像素子2上の撮像面I内における領域を意味する。図2中に示す有効撮像領域5は、ズームレンズ1の性能が確保し得るイメージサークルに合わせて、撮像素子2の全受光素子が配置される領域よりも狭い領域に設定されている。
図2中、Ihは、撮像面Iにおける有効撮像領域5の対角長の半分をさす。
なお、例えば、撮像領域を変化させて擬似的にズーミングを行い、映像の再生に用いる撮像領域を種々変更可能としてもよい。
また、通常、有効撮像領域5の形状は長方形となるが、画像処理によりズームレンズ1による歪みを補正する場合等がある。そのような場合の有効撮像領域5の形状は、ズームレンズ1の歪みに近似した形状となる。その形状は、ズームレンズ1の焦点距離の状態に応じて変更させ、電気的に画像修正を行うことが考えられる。
このように、有効撮像領域5が変化する場合、本発明におけるIhは、取り得る値の中での最大値と定義する。
この電子撮像素子(CCDやCMOS等)2で撮像した像は、画像を表す電気信号に変換され、信号処理部6に導かれる。
信号処理部6では、撮像素子2で撮像した像の信号を元にガンマ補正やコントラスト調整、画像回復等の信号処理を行い画像回復した画像信号を生成する。
また、コントラスト検出部7において第4レンズ群G4の移動による画像のコントラストの変化を読み取り、合焦エリア内におけるコントラストを検出し、コントラストが最大と認識した位置に第4レンズ群G4を移動させ、合焦動作を行う信号を発生させる。
また、装置内には、装置の外側に位置するズーム操作レバーやフォーカシングボタン等のズーミング・フォーカシング操作部8からの信号を元にズーミングやフォーカシング動作を行わせるべく、レンズ群駆動部3に駆動信号を伝えると共に、ズーミングやフォーカシング動作に関する情報を保持するズーミング・フォーカシング指示・記憶部9が電気的にズーミング・フォーカシング操作部8とレンズ群駆動部3に接続されている。
また、このズーミング・フォーカシング指示・記憶部9は、信号処理部6とも電気的に接続され、信号処理部6のコントラスト検出部7でのコントラスト検出に基づく合焦動作信号を受け、上述のフォーカシング動作の指示も行っている。
また、装置内には、ズームレンズ1の焦点距離状態、フォーカシング状態に応じて異なる点像強度分布に関する画像回復フィルタのデータテーブルを保持する情報保持部10を備えている。
この例では、情報保持部10には概念的に以下の表のように割り振られたデータを保持している。
┌────────┬─────────────┬─────────────┐
│ │合焦点距離 a〜b │焦点距離 b〜c │
├────────┼─────────────┼─────────────┤
│焦点距離 A〜B│中心領域 B1(u,v) │中心領域 B9(u,v) │
│ │周辺領域 B2(u,v) │周辺領域 B10(u,v)│
├────────┼─────────────┼─────────────┤
│焦点距離 B〜C│中心領域 B3(u,v) │中心領域 B11(u,v)│
│ │周辺領域 B4(u,v) │周辺領域 B12(u,v)│
├────────┼─────────────┼─────────────┤
│焦点距離 C〜D│中心領域 B5(u,v) │中心領域 B13(u,v)│
│ │周辺領域 B6(u,v) │周辺領域 B14(u,v)│
├────────┼─────────────┼─────────────┤
│焦点距離 D〜E│中心領域 B7(u,v) │中心領域 B15(u,v)│
│ │周辺領域 B8(u,v) │周辺領域 B16(u,v)│
└────────┴─────────────┴─────────────┘
もちろん、ズーミング状態、フォーカシング状態、像面エリアをより細かく区分しデータを保持してもよい。
また、焦点距離、合焦距離、画面位置に応じて、保持されている複数のフィルタの相関から、より最適な画像回復フィルタを計算により求めるようにしてもよい。
この情報保持部10は、ズーミング・フォーカシング指示・記憶部9での情報を元に、対応する焦点距離、合焦点距離に応じた画像回復フィルタの情報を信号処理部6の画像回復処理部11へ送信する。
信号処理部6は、画像回復処理部11を含み、CCD2にて撮像した画像のデータ、若しくは、ガンマ補正等の事前処理を行った画像データを元データとし、上述の復元フィルタを用いてデコンボリューション演算を用いて画像回復処理を行う。
画像回復に使用する復元フィルタは、ズーミング・フォーカシング指示・記憶部9に送られる情報に基づき情報保持部10にて保持する復元フィルタから選択、若しくは、計算により復元フィルタを求める。
画像回復は、撮像面Iの撮像エリア毎に応じて行い、対応する復元フィルタを用いて画像回復の処理が行われる。
画像回復処理は、1回のデコンボリューション演算のみでなく、複数回の演算を行う処理を行う。
そして、エリア毎に回復した画像をつなぎ合わせる信号処理を行い、画像合成し、回復後の画像に明るさ調整、色調整等の処理を加える。
画像回復処理は、すでに説明したウィーナフィルタ、一般逆フィルタを用いた演算、最大エントロピー法(Maximum entropy method)、Tikhonov-Miller 法、Richardson-Lucy 法、Van Cittert 法、Landweber 法等により適宜行われる。
また、復元フィルタは、撮像時の画像の劣化に関する情報を考慮して生成してもよい。考慮する情報として、露光時間、露光量等を考慮して復元フィルターを補正してもよい。
また、装置に加速度センサを設け、ブレによる画像の劣化も電気的に補正する処理を行ってもよい。
また、ズームレンズ1の歪曲収差や、倍率色収差に基づく情報によって、R,G,Bの色毎に歪みを補正する画像処理を行ってもよい、
画像回復された画像信号は、装置背面に配置された液晶モニタ12に送信され視認できる画像化して表示される。
また、装置と一体若しくは取り外しが可能な記録媒体13へ画像データを送信し、回復後の画像データを記録可能となっている。
以下に、このような構成の撮像装置に好適に設計したズームレンズを例示する。
本発明のズームレンズの実施例1〜5について説明する。実施例1〜5の無限遠物点合焦時の広角端(a)、中間状態(b)、望遠端(c)でのレンズ断面図をそれぞれ図3〜図7に示す。各図中、第1レンズ群はG1、第2レンズ群はG2、明るさ絞りはS、第3レンズ群はG3、第4レンズ群はG4、赤外カットフィルター、ローパスフィルター等の光学フィルター類はF、電子撮像素子であるCCDのカバーガラスはCG、CCDの像面はIで示してある。なお、近赤外シャープカットコートについては、例えば光学的ローパスフィルターFに直接コートを施こしてもよく、また、別に赤外カット吸収フィルターを配置してもよく、あるいは、透明平板の入射面に近赤外シャープカットコートしたものを用いてもよい。
(実施例1)
実施例1のズームレンズは、図3に示すように、物体側から順に、正の第1レンズ群G1、負の第2レンズ群G2、明るさ絞りS、正の第3レンズ群G3、正の第4レンズ群G4を配置し、変倍時、広角端から望遠端にかけて、第1レンズ群G1は物体側に移動し、第2レンズ群G2は第1レンズ群G1との間隔を広げながら、一旦物体側に移動した後、中間焦点距離付近で移動方向が反転し像側に移動し、望遠端では広角端より若干像側に位置し、第3レンズ群G3は物体側に移動し、第4レンズ群G4は像側に移動する。明るさ絞りSは第3レンズ群G3と一体で移動する。
物体側から順に、第1レンズ群G1は、物体側に凸面を向けた第1負メニスカスレンズと像側の面が非球面の両凸の第2正レンズで構成され、第1レンズ、第2レンズは接合されており、第2レンズ群G2は、両面が非球面の両凹の第3負レンズ、物体側に凸面を向けた第4正メニスカスレンズで構成され、第3レンズ群G3は、両面が非球面の両凸の第5正レンズ、両凸の第6正レンズ、両凹の第7負レンズで構成され、第6レンズ、第7レンズは接合されており、第4レンズ群G4は、物体側の面が非球面の両凸の第8正レンズで構成されている。
本実施例の仕様は、像高が3.84mm、焦点距離は6.53〜14.29 〜31.35mm 、Fナンバーは3.48〜4.75〜5.05である。
(実施例2)
実施例2のズームレンズは、図4に示すように、物体側から順に、正の第1レンズ群G1、負の第2レンズ群G2、明るさ絞りS、正の第3レンズ群G3、正の第4レンズ群G4を配置し、変倍時、広角端から望遠端にかけて、第1レンズ群G1は物体側に移動し、第2レンズ群G2は一旦像側に移動した後、中間焦点距離付近で移動方向が反転し物体側に移動し、望遠端では広角端より物体側に位置し、第3レンズ群は第2レンズ群G2との間隔を縮めながら物体側に移動し、第4レンズ群G4は第3レンズ群G3との間隔を広げながら、一旦物体側に移動した後、中間焦点距離付近で移動方向が反転し像側に移動し、望遠端では広角端より像側に位置する。明るさ絞りSは第3レンズ群G3と一体で移動する。
物体側から順に、第1レンズ群G1は、両面共非球面の両凸の第1正レンズで構成され、第2レンズ群G2は、両面が非球面の両凹の第2負レンズ、物体側に凸面を向けた第3正メニスカスレンズで構成され、第3レンズ群G3は、両面が非球面の両凸の第4正レンズ、物体側に凸面を向けた第5正メニスカスレンズ、物体側に凸面を向けた第6負メニスカスレンズで構成され、第5レンズ、第6レンズは接合されており、第4レンズ群G4は、物体側の面が非球面の物体側に凸面を向けた第7正メニスカスレンズで構成されている。
本実施例の仕様は、像高が3.84mm、焦点距離は6.55〜14.29 〜31.34mm 、Fナンバーは3.25〜3.82〜5.05である。
(実施例3)
実施例3のズームレンズは、図5に示すように、物体側から順に、正の第1レンズ群G1、負の第2レンズ群G2、明るさ絞りS、正の第3レンズ群G3、正の第4レンズ群G4を配置し、変倍時、広角端から望遠端にかけて、第1レンズ群G1は一旦像側に移動した後、中間焦点距離付近で移動方向が反転し物体側に移動し、望遠端では広角端より若干物体側に位置し、第2レンズ群G2は第1レンズ群G1との間隔を広げながら像側に移動し、第3レンズ群G3は物体側に移動し、第4レンズ群G4は第3レンズ群G3との間隔を広げながら、一旦物体側に移動した後、中間焦点距離付近で移動方向が反転し像側に移動し、望遠端では広角端より像側に位置する。明るさ絞りSは第3レンズ群G3と一体で移動する。
物体側から順に、第1レンズ群G1は,物体側に凸を向けた第1負メニスカスレンズと両面共非球面の両凸の第2正レンズで構成され、第2レンズ群2は、両面が非球面の両凹の第3負レンズ、物体側に凸面を向けた第4正メニスカスレンズで構成され、第3レンズ群G3は,両面が非球面の両凸の第5正レンズ、物体側の面が非球面の両凸の第6正レンズ、両凹の第7負レンズで構成され、第6レンズ、第7レンズは接合されており、第4レンズ群G4は、物体側の面が非球面の物体側に凸面を向けた第8正メニスカスレンズで構成されている。
本実施例の仕様は、像高が3.84mm、焦点距離は6.53〜14.30 〜31.35mm 、Fナンバーは1.84〜2.16〜2.54である。
(実施例4)
実施例4のズームレンズは、図6に示すように、物体側から順に、負の第1レンズ群G1、明るさ絞りS、正の第2レンズ群G3、正の第3レンズ群G3を配置し、変倍時、広角端から望遠端にかけて、第1レンズ群G1は一旦像側に移動した後、中間焦点距離付近で移動方向が反転し物体側に移動し、望遠端では広角端より像側に位置し、第2レンズ群G2は第1レンズ群G1との間隔を縮めながら物体側に移動し、第3レンズ群G3は第2レンズ群G2との間隔を広げながら物体側に移動する。
物体側から順に、第1レンズ群G1は、像側の面が非球面の両凹の第1負レンズと物体側に凸面を向けた第2正メニスカスレンズとで構成され、第2レンズ群G2は、物体側の面が非球面で物体側に凸面を向けた第3正メニスカスレンズ、物体側に凸面を向けた第4負メニスカスレンズ、像側の面が非球面で物体側に凸面を向けた第5正メニスカスレンズで構成され、第3レンズ、第4レンズ、第5レンズは接合されており、第3レンズ群G3は、物体側の面が非球面の物体側に凸面を向けた第6正メニスカスレンズで構成されている。
この実施例においては、明るさ絞りSは第3レンズ群G3の最も物体側の凸面の面頂より像側に位置し、第3レンズ群G3の最も物体側の凸面が明るさ絞りSの開口内に一部入り込んで一体に移動する形態をとっている。
本実施例の仕様は、像高が4.55mm、焦点距離は7.53〜13.03 〜21.64mm 、Fナンバーは2.88〜3.65〜4.85である。
(実施例5)
実施例5のズームレンズは、図7に示すように、物体側から順に、負の第1レンズ群G1、明るさ絞りS、正の第2レンズ群G2、正の第3レンズ群G3、正の第4レンズ群G4を配置し、変倍時、広角端から望遠端にかけて、第1レンズ群G1は一旦像側に移動した後、中間焦点距離付近で移動方向が反転し物体側に移動し、望遠端では広角端より像側に位置し、第2レンズ群G2は第1レンズ群G1との間隔を縮めながら物体側に移動し、第3レンズ群G3は第2レンズ群G2との間隔を広げながら、一旦物体側に移動した後、中間焦点距離付近で移動方向が反転し像側に移動し、望遠端では広角端より像側に位置し、第4レンズ群G4は第3レンズ群G3との間隔を一旦広げ、次いで縮めながら像側に移動する。明るさ絞りSは第2レンズ群G2と一体で移動する。
物体側から順に、第1レンズ群G1は、両面共非球面の両凹の第1負レンズと物体側に凸面を向けた第2正メニスカスレンズとで構成され、第2レンズ群G2は,両面が非球面の両凸の第3正レンズ、両凸の第4正レンズ、両凹の第5負レンズで構成され、第4レンズ、第5レンズは接合されており、第3レンズ群G3は、像側の面が非球面の両凸の第6正レンズで構成され、第4レンズ群G4は,両面共非球面の像側に凸面を向けた第7正メニスカスレンズで構成されている。
本実施例の仕様は、像高が4.56mm、焦点距離は8.04〜13.59 〜23.24mm 、Fナンバーは1.84〜2.35〜3.51である。
以下に、上記各実施例の数値データを示すが、記号は上記の外、fは全系焦点距離、FNOはFナンバー、2ωは画角、WEは広角端、STは中間状態、TEは望遠端、r1 、r2 …は各レンズ面の曲率半径、d1 、d2 …は各レンズ面間の間隔、nd1、nd2…は各レンズのd線の屈折率、νd1、νd2…は各レンズのアッベ数である。なお、非球面形状は、xを光の進行方向を正とした光軸とし、yを光軸と直交する方向にとると、下記の式にて表される。
x=(y2 /r)/[1+{1−(K+1)(y/r)2 1/2
+A4 4 +A6 6 +A8 8 +A1010+A1212+A1414+A1616
ただし、rは近軸曲率半径、Kは円錐係数、A4 、A6 、A8 、A10、A12、A14、A16はそれぞれ4次、6次、8次、10次、12次、14次、16次の非球面係数である。

実施例1
1 = 13.941 d1 = 0.80 nd1 =1.92286 νd1 =20.88
2 = 10.260 d2 = 3.33 nd2 =1.58233 νd2 =59.40
3 = -45.370 (非球面) d3 = (可変)
4 = -13.175 (非球面) d4 = 0.90 nd3 =1.83481 νd3 =42.71
5 = 4.180 (非球面) d5 = 0.80
6 = 5.674 d6 = 2.07 nd4 =1.94595 νd4 =17.98
7 = 9.459 d7 = (可変)
8 = ∞(絞り) d8 = 0.00
9 = 4.390 (非球面) d9 = 1.60 nd5 =1.51573 νd5 =64.10
10= -10.248 (非球面) d10= 0.10
11= 7.016 d11= 2.00 nd6 =1.77250 νd6 =49.60
12= -4.424 d12= 0.40 nd7 =1.74950 νd7 =35.28
13= 3.071 d13= (可変)
14= 27.505 (非球面) d14= 1.87 nd8 =1.74330 νd8 =49.33
15= -21.289 d15= (可変)
16= ∞ d16= 0.50 nd9 =1.51633 νd9 =64.14
17= ∞ d17= 0.50
18= ∞ d18= 0.50 nd10=1.51633 νd10=64.14
19= ∞ d19= 0.36
20= ∞(像面)
非球面係数
第3面
K = 0.000
4 = 4.12725×10-5
6 = 6.93194×10-8
8 = -5.03992×10-9
10= 4.54452×10-11
第4面
K = 0.232
4 = 3.06592×10-4
6 = 2.98441×10-5
8 = -1.52860×10-6
10= 2.61101×10-8
第5面
K = -0.394
4 = -3.82320×10-4
6 = 7.70476×10-5
8 = -2.22263×10-6
10= 6.93214×10-8
第9面
K = -0.234
4 = -9.41013×10-4
6 = 4.11176×10-5
8 = 4.33798×10-6
10= 1.94113×10-6
第10面
K = 0.000
4 = 1.53267×10-3
6 = 3.70795×10-5
8 = 2.25354×10-6
10= 4.16624×10-6
第14面
K = -187.333
4 = 1.10703×10-3
6 = -7.60484×10-5
8 = 4.34536×10-6
10= -8.93179×10-8
12= 1.75310×10-11
14= -1.64580×10-10
16= 7.61748×10-12
ズームデータ(∞)
WE ST TE
f (mm) 6.53 14.29 31.35
NO 3.48 4.75 5.05
2ω(°) 65.09 29.75 13.53
3 0.83 4.62 9.44
7 7.76 4.82 1.68
13 3.33 8.67 9.94
15 3.57 3.05 2.74 。

実施例2
1 = 17.576 (非球面) d1 = 3.10 nd1 =1.49700 νd1 =81.54
2 = -34.901 (非球面) d2 = (可変)
3 = -12.242 (非球面) d3 = 0.80 nd2 =1.80610 νd2 =40.92
4 = 5.092 (非球面) d4 = 1.00
5 = 7.035 d5 = 1.76 nd3 =1.92286 νd3 =20.88
6 = 13.136 d6 = (可変)
7 = ∞(絞り) d7 = 0.06
8 = 7.206 (非球面) d8 = 1.80 nd4 =1.77250 νd4 =49.60
9 = -16.361 (非球面) d9 = 0.10
10= 7.946 d10= 1.60 nd5 =1.72916 νd5 =54.68
11= 72.753 d11= 0.70 nd6 =1.84666 νd6 =23.78
12= 3.957 d12= (可変)
13= 9.054 (非球面) d13= 1.80 nd7 =1.69895 νd7 =30.13
14= 60.902 (非球面) d14= (可変)
15= ∞ d15= 0.81 nd8 =1.54771 νd8 =62.84
16= ∞ d16= 0.57
17= ∞ d17= 0.47 nd9 =1.51633 νd9 =64.14
18= ∞ d18= 0.59
19= ∞(像面)
非球面係数
第1面
K = 0.000
4 = 5.04557×10-5
6 = 4.78766×10-8
8 = -3.29005×10-9
10= 7.61743×10-11
第2面
K = 0.000
4 = 1.02541×10-4
6 = -6.32316×10-7
8 = 4.94778×10-9
10= -4.47738×10-12
第3面
K = 0.000
4 = 4.38031×10-4
6 = 6.87497×10-6
8 = -5.54821×10-7
10= 1.06885×10-8
第4面
K = 0.000
4 = -2.46251×10-4
6 = 1.68652×10-5
8 = -1.46504×10-6
10= -2.60311×10-9
第8面
K = 0.519
4 = -1.40739×10-3
6 = -5.08831×10-5
8 = -9.03189×10-7
10= -1.12315×10-6
第9面
K = 0.000
4 = -7.27152×10-4
6 = -4.73951×10-5
8 = -7.52743×10-7
10= -8.73382×10-7
第13面
K = 0.000
4 = 5.21208×10-4
6 = -8.23673×10-6
8 = 0
10= 0
第14面
K = 0.000
4 = 1.01251×10-3
6 = -1.72933×10-5
8 = 8.01285×10-8
10= -3.51319×10-9
ズームデータ(∞)
WE ST TE
f (mm) 6.55 14.29 31.34
NO 3.25 3.82 5.05
2ω(°) 69.11 28.86 12.93
2 0.98 6.17 10.16
6 8.50 3.55 1.00
12 2.77 3.54 13.19
14 4.14 6.03 3.69 。

実施例3
1 = 325.405 d1 = 1.00 nd1 =2.00069 νd1 =25.46
2 = 27.199 d2 = 0.10
3 = 15.067 (非球面) d3 = 4.27 nd2 =1.77377 νd2 =47.17
4 = -38.403 (非球面) d4 = (可変)
5 = -16.420 (非球面) d5 = 0.80 nd3 =1.80610 νd3 =40.92
6 = 7.005 (非球面) d6 = 3.04
7 = 20.739 d7 = 1.78 nd4 =1.94595 νd4 =17.98
8 = 160.814 d8 = (可変)
9 = ∞(絞り) d9 = 0.10
10= 6.981 (非球面) d10= 3.81 nd5 =1.58913 νd5 =61.14
11= -36.565 (非球面) d11= 0.10
12= 7.062 (非球面) d12= 2.72 nd6 =1.80610 νd6 =40.92
13= -57.657 d13= 0.52 nd7 =2.00069 νd7 =25.46
14= 4.263 d14= (可変)
15= 11.540 (非球面) d15= 2.30 nd8 =1.74330 νd8 =49.33
16= 62.647 d16= (可変)
17= ∞ d17= 0.50 nd9 =1.54771 νd9 =62.84
18= ∞ d18= 0.60
19= ∞ d19= 0.60 nd10=1.51633 νd10=64.14
20= ∞ d20= 0.36
21= ∞(像面)
非球面係数
第3面
K = -0.413
4 = -1.62992×10-5
6 = -1.56441×10-7
8 = 2.11010×10-9
10= -8.78346×10-12
第4面
K = -9.142
4 = -5.96973×10-7
6 = -4.80555×10-8
8 = 1.47942×10-9
10= -6.75206×10-12
第5面
K = -0.720
4 = 2.01103×10-5
6 = 3.69048×10-6
8 = -5.35288×10-8
10= 2.68214×10-10
第6面
K = -0.713
4 = -2.86652×10-4
6 = 3.67021×10-6
8 = 6.89531×10-8
10= -1.37487×10-9
第10面
K = 0.199
4 = -2.13259×10-4
6 = -3.81513×10-6
8 = 2.31037×10-9
10= -1.84701×10-9
第11面
K = 0.000
4 = 2.99129×10-5
6 = 1.41415×10-5
8 = -6.42403×10-7
10= 1.38786×10-8
第12面
K = 0.000
4 = -2.40610×10-4
6 = 3.55181×10-6
8 = -2.99979×10-7
10= -1.20631×10-8
第15面
K = 0.000
4 = -3.62021×10-5
6 = 4.44206×10-6
8 = -7.43421×10-8
10= 2.82397×10-10
ズームデータ(∞)
WE ST TE
f (mm) 6.53 14.30 31.35
NO 1.84 2.16 2.54
2ω(°) 69.37 29.94 13.66
4 0.95 6.21 11.54
8 18.14 7.29 1.35
14 3.40 4.17 10.53
16 3.86 5.80 2.98 。

実施例4
1 = -161.991 d1 = 0.90 nd1 =1.80495 νd1 =40.82
2 = 6.913 (非球面) d2 = 0.99
3 = 8.642 d3 = 2.00 nd2 =2.00069 νd2 =25.46
4 = 16.041 d4 = (可変)
5 = ∞(絞り) d5 = -0.63
6 = 4.954 (非球面) d6 = 1.96 nd3 =1.80580 νd3 =40.70
7 = 1516.267 d7 = 1.23 nd4 =1.84666 νd4 =23.78
8 = 5.425 d8 = 1.82 nd5 =1.58233 νd5 =59.30
9 = 9.657 (非球面) d9 = (可変)
10= 7.546 (非球面) d10= 1.53 nd6 =1.53113 νd6 =55.80
11= 10.842 d11= (可変)
12= ∞ d12= 0.50 nd7 =1.51633 νd7 =64.14
13= ∞ d13= 0.50
14= ∞ d14= 0.50 nd8 =1.51633 νd8 =64.14
15= ∞ d15= 0.44
16= ∞(像面)
非球面係数
第2面
K = -3.870
4 = 1.41073×10-3
6 = -2.69982×10-5
8 = 5.40138×10-7
10= -3.54775×10-9
第6面
K = -4.078
4 = 4.18707×10-3
6 = -1.93051×10-4
8 = 1.49474×10-5
10= -5.15576×10-7
第9面
K = 0.544
4 = 3.86999×10-3
6 = 4.32859×10-5
8 = 4.91914×10-5
10= 1.74369×10-7
第10面
K = 0.000
4 = -1.91072×10-4
6 = 2.67762×10-5
8 = -2.37736×10-6
10= 9.64213×10-8
ズームデータ(∞)
WE ST TE
f (mm) 7.53 13.03 21.64
NO 2.88 3.65 4.85
2ω(°) 71.26 40.12 24.16
4 14.53 5.73 0.93
9 4.20 4.80 5.98
11 3.59 6.48 11.02 。

実施例5
1 = -29.489 (非球面) d1 = 0.85 nd1 =1.77250 νd1 =49.60
2 = 11.494 (非球面) d2 = 0.87
3 = 20.115 d3 = 2.00 nd2 =2.00330 νd2 =28.27
4 = 244.527 d4 = (可変)
5 = ∞(絞り) d5 = 0.95
6 = 8.020 (非球面) d6 = 2.47 nd3 =1.58233 νd3 =59.40
7 = -40.089 (非球面) d7 = 0.15
8 = 9.274 d8 = 2.80 nd4 =1.88300 νd4 =40.76
9 = -3028.174 d9 = 0.50 nd5 =1.78472 νd5 =25.68
10= 4.809 d10= (可変)
11= 22.283 d11= 1.68 nd6 =1.74330 νd6 =49.33
12= -65.895 (非球面) d12= (可変)
13= -24.255 (非球面) d13= 1.00 nd7 =1.52542 νd7 =55.78
14= -14.133 (非球面) d14= (可変)
15= ∞ d15= 0.50 nd8 =1.51633 νd8 =64.14
16= ∞ d16= 0.50
17= ∞ d17= 0.50 nd9 =1.51633 νd9 =64.14
18= ∞ d18= 0.44
19= ∞(像面)
非球面係数
第1面
K = 0.000
4 = -1.69022×10-4
6 = 3.81608×10-6
8 = -2.61953×10-8
10= -2.43105×10-12
12= 3.79084×10-14
第2面
K = -1.444
4 = -1.93476×10-4
6 = 4.60911×10-6
8 = -4.34788×10-8
10= 6.66389×10-10
12= -8.53759×10-12
第6面
K = -0.075
4 = -2.08260×10-4
6 = 1.87850×10-6
8 = -2.92497×10-7
10= 1.16787×10-8
第7面
K = 0.000
4 = 1.18030×10-4
6 = -9.91336×10-8
8 = -1.33341×10-7
10= 1.03182×10-8
第12面
K = 0.000
4 = -1.02018×10-4
6 = 6.11413×10-6
8 = -1.60498×10-7
10= 3.08977×10-10
第13面
K = 0.000
4 = 1.34327×10-3
6 = -2.38101×10-5
8 = 3.14569×10-6
10= -8.47907×10-8
第14面
K = 0.000
4 = 2.89973×10-3
6 = -1.11093×10-4
8 = 7.73839×10-6
10= -1.66208×10-7
ズームデータ(∞)
WE ST TE
f (mm) 8.04 13.59 23.24
NO 1.84 2.35 3.51
2ω(°) 61.20 36.31 21.48
4 15.41 5.04 0.74
10 4.35 7.69 18.75
12 1.20 4.08 1.83
14 2.80 1.05 0.80 。
以上の実施例1〜5の無限遠物点合焦時の収差図をそれぞれ図8〜図12に示す。これらの収差図において、(a)は広角端、(b)は中間状態、(c)は望遠端におけるの球面収差)、非点収差、歪曲収差、倍率色収差を示す。なお、各収差図中、“FIY”は像高(mm)を表す。
上記実施例1〜5の条件式(1)〜(6)の値は次の通りである。
条件式 実施例1 実施例2 実施例3 実施例4 実施例5
(1) 4.82 5.28 4.24 5.74 5.54
(2) 9.79 12.24 8.50 11.39 10.30
(3) -6.82 -8.42 -6.22 -17.41 -17.39
(4) 1.01 1.42 0.91 1.55 1.85
(5) 0.61 1.08 0.64 1.38 1.58
(6) -0.38 -0.70 -0.32 -1.44 -0.93 。
本発明の1実施例の撮像装置の全体の概略構成を示す図である。 電子撮像素子の画素配列の1例を示す図である。 本発明の実施例1のズームレンズの無限遠物点合焦時の広角端(a)、中間状態(b)、望遠端(c)でのレンズ断面図である。 本発明の実施例2のズームレンズの図3と同様のレンズ断面図である。 本発明の実施例3のズームレンズの図3と同様のレンズ断面図である。 本発明の実施例4のズームレンズの図3と同様のレンズ断面図である。 本発明の実施例5のズームレンズの図3と同様のレンズ断面図である。 実施例1のズームレンズの無限遠物点合焦時の収差図である。 実施例2のズームレンズの無限遠物点合焦時の収差図である。 実施例3のズームレンズの無限遠物点合焦時の収差図である。 実施例4のズームレンズの無限遠物点合焦時の収差図である。 実施例5のズームレンズの無限遠物点合焦時の収差図である。
符号の説明
1…ズームレンズ
2…電子撮像素子(CCD)
3…レンズ群駆動部
4…受光素子
5…有効撮像領域
6…信号処理部
7…コントラスト検出部
8…ズーミング・フォーカシング操作部
9…ズーミング・フォーカシング指示・記憶部
10…情報保持部
11…画像回復処理部
12…液晶モニタ
13…記録媒体
G1…第1レンズ群
G2…第2レンズ群
G3…第3レンズ群
G4…第4レンズ群
S…明るさ絞り
F…光学フィルター類
CG…カバーガラス
I…撮像面(像面)

Claims (16)

  1. 複数のレンズ群を持ち、前記複数のレンズ群に挟まれる間隔を変化させて、広角端から望遠端までのズーミングを行うズームレンズと、
    前記ズームレンズにより形成される像を受光する位置に配置された撮像面を持ち、前記像を撮像する撮像素子と、
    前記撮像素子で撮像した像の信号を元に画像回復を行う信号処理を行い画像回復した画像信号を生成する画像回復処理部を有し、
    前記画像回復処理部における前記画像回復を行う信号処理は、前記ズームレンズの結像性能に関する点像強度分布に基づく復元フィルタを用いて電気的に画像回復を行う処理を含み、かつ、
    前記ズームレンズ及び前記撮像素子との関係が、以下の条件式(1)を満足することを特徴とする電気的画像回復処理を行う撮像装置。
    2<(L・fw ・√Fno)/(ft ・Ih)<7 ・・・(1)
    ただし、Lは、光軸上におけるズームレンズの最も物体側の屈折面から撮像面まで長さの最大長、
    w は、広角端におけるズームレンズ全系の焦点距離、
    t は、望遠端におけるズームレンズ全系の焦点距離、
    Fnoは、望遠端における最小Fナンバー、
    Ihは、撮像面における有効撮像領域の対角長の半分、
    であり、有効撮像領域は、前記像が形成される前記撮像面上の領域の中、画像表示に用いる最大領域であり、前記ズームレンズがフォーカシング機能を備える場合、各値は、光軸上の最遠距離物に合焦した状態での値である。
  2. 複数のレンズ群を持ち、前記複数のレンズ群に挟まれる間隔を変化させて、広角端から望遠端までのズーミングを行うズームレンズと、
    前記ズームレンズにより形成される像を受光する位置に配置された撮像面を持ち、前記像を撮像する撮像素子と、
    前記撮像素子で撮像した像の信号を元に画像回復を行う信号処理を行い画像回復した画像信号を生成する画像回復処理部を有し、
    前記画像回復処理部における前記画像回復を行う信号処理は、前記ズームレンズの結像性能に関する点像強度分布に基づく復元フィルタを用いて電気的に画像回復を行う処理を含み、かつ、
    前記ズームレンズ及び前記撮像素子との関係が、以下の条件式(2)を満足することを特徴とする電気的画像回復処理を行う撮像装置。
    5<fGPmax ・Fno/Ih<15 ・・・(2)
    ただし、fGPmax は、ズームレンズ中の複数のレンズ群の中、正の屈折力が最も大きいレンズ群の焦点距離、
    Fnoは、望遠端における最小Fナンバー、
    Ihは、撮像面における有効撮像領域の対角長の半分、
    であり、有効撮像領域は、前記像が形成される前記撮像面上の領域の中、画像表示に用いる最大領域であり、前記ズームレンズがフォーカシング機能を備える場合、各値は、光軸上の最遠距離物に合焦した状態での値である。
  3. 前記ズームレンズ及び前記撮像素子との関係が、以下の条件式(2)を満足することを特徴とする請求項1記載の電気的画像回復処理を行う撮像装置。
    5<fGPmax ・Fno/Ih<15 ・・・(2)
    ただし、fGPmax は、ズームレンズ中の複数のレンズ群の中、正の屈折力が最も大きいレンズ群の焦点距離、
    である。
  4. 前記画像回復処理部における前記画像回復を行う信号処理は、前記復元フィルタを用いたデコンボリューション演算により電気的に画像回復を行う処理を含むことを特徴とする請求項1から3の何れか1項記載の電気的画像回復処理を行う撮像装置。
  5. 前記画像回復処理部における画像回復の処理は、前記復元フィルタを用いた反復演算を行う処理を含むことを特徴とする請求項4記載の電気的画像回復処理を行う撮像装置。
  6. 前記ズームレンズが以下の条件式(3)を満足する負レンズ群を有することを特徴とする請求項1から5の何れか1項記載の電気的画像回復処理を行う撮像装置。
    4<|fGNmax ・Fno/Ih|<25 ・・・(3)
    ただし、fGNmax は、ズームレンズ中の複数のレンズ群の中、負の屈折力が最も大きいレンズ群の焦点距離、
    である。
  7. 前記ズームレンズ及び前記撮像素子との関係が、以下の条件式(4)を満足することを特徴とする請求項1から6の何れか1項記載の電気的画像回復処理を行う撮像装置。
    0.5<(Dzmax・fw ・√Fno)/(ft ・Ih)<2 ・・・(4)
    ただし、Dzmaxは、ズームレンズ中の複数のレンズ群の中、広角端から望遠端への変倍時の移動量が最大となるレンズ群の前記移動量、
    w は、広角端におけるズームレンズ全系の焦点距離、
    t は、望遠端におけるズームレンズ全系の焦点距離、
    である。
  8. 前記ズームレンズが以下の条件式(5)を満足する正レンズを有することを特徴とする請求項1から7の何れか1項記載の電気的画像回復処理を行う撮像装置。
    0.3<fLPmax ・Fno/ft <2 ・・・(5)
    ただし、fLPmax は、ズームレンズ中の正の屈折力が最も大きい正レンズの焦点距離、
    t は、望遠端におけるズームレンズ全系の焦点距離、
    である。
  9. 前記ズームレンズが以下の条件式(6)を満足する負レンズを有することを特徴とする請求項1から8の何れか1項記載の電気的画像回復処理を行う撮像装置。
    0.15<|fLNmax ・Fno/ft |<1.65 ・・・(6)
    ただし、fLNmax は、ズームレンズ中の負の屈折力が最も大きい負レンズの焦点距離、
    t は、望遠端におけるズームレンズ全系の焦点距離、
    である。
  10. 前記ズームレンズの結像性能に関する前記点像強度分布の情報を保持する情報保持部を有し、前記画像回復処理部は、前記情報保持部に保持された前記情報を考慮して画像回復を行うことを特徴とする請求項1から9の何れか1項記載の電気的画像回復処理を行う撮像装置。
  11. 前記ズームレンズのズーム状態に応じて異なった点像強度分布の情報を用いて画像回復を行うことを特徴とする請求項1から10の何れか1項記載の電気的画像回復処理を行う撮像装置。
  12. 前記ズームレンズのズーム状態に応じた異なった点像強度分布の情報を保持する情報保持部を有し、前記画像回復処理部は、前記情報保持部に保持された前記情報を考慮して画像回復を行うことを特徴とする請求項11記載の電気的画像回復処理を行う撮像装置。
  13. 前記撮像面上の位置に応じて、異なった点像強度分布の情報を用いて画像回復を行うことを特徴とする請求項1から12の何れか1項記載の電気的画像回復処理を行う撮像装置。
  14. 前記撮像面上の位置に応じた異なった点像強度分布の情報を保持する情報保持部を有し、前記画像回復処理部は、前記情報保持部に保持された前記情報を考慮して画像回復を行うことを特徴とする請求項13記載の電気的画像回復処理を行う撮像装置。
  15. 前記ズームレンズのフォーカシング状態に応じて、異なった点像強度分布の情報を用いて画像回復を行うことを特徴とする請求項1から14の何れか1項記載の電気的画像回復処理を行う撮像装置。
  16. 前記ズームレンズのフォーカシング状態に応じた異なった点像強度分布の情報を保持する情報保持部を有し、前記画像回復処理部は、前記情報保持部に保持された前記情報を考慮して画像回復を行うことを特徴とする請求項15記載の電気的画像回復処理を行う撮像装置。
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