JP2011180514A - 撮像レンズおよび撮像システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】撮像して得られた原画像データにコントラスト回復処理を施して画像のボケを補正する撮像装置に用いる撮像レンズを、条件式(1);0.015<Zw×Fa/f2<0.030を満足するように構成する。ただし、Zwは共通拡大焦点深度、Faは撮像レンズの実効Fナンバー、fは撮像レンズの焦点距離である。
【選択図】図3
Description
1/2ナイキスト空間周波数(サイクル/mm)は、撮像レンズを通して形成された光学像を撮像する撮像素子の画素ピッチに応じて定められる空間周波数である。
ピークレスポンスは、深度MTFのピーク値、すなわち、デフォーカスしたときに得られるMTFのピーク値である。
次に、撮像レンズのデフォーカスMTF(深度MTF)を示す図2を参照し、基準レスポンスについて説明する。なお、図2中の縦軸(MTF軸)と横軸(光軸Z1に対応するZ軸)との交わる位置(0)は、デフォーカス量が±0の位置であり、この位置が像面基準位置である。
1/4ナイキスト拡大焦点深度Zv4は、1/4ナイキスト空間周波数における撮像レンズの基準レスポンスに対応する深度(拡大焦点深度)である。
1/4ナイキスト正規化拡大焦点深度は、1/4ナイキスト拡大焦点深度Zv4を、Fナンバーの値と焦点深度fの値を用いて正規化したものであり、1/4ナイキスト正規化拡大焦点深度=Zv4×(Fa/f2)の式によって求めることができる。
共通拡大焦点深度Zwは、図3に示すように、1/4ナイキスト拡大焦点深度Zv4と1/2ナイキスト拡大焦点深度Zv2とが光軸方向(図中Z方向)にオーバラップする焦点深度(拡大焦点深度)として求めることができる。なお、図3中の縦軸(MTF軸)と横軸(光軸Z1に対応するZ軸)との交わる位置(0)は、デフォーカス量が±0の位置であり、この位置が像面基準位置である。
正規化共通拡大焦点深度は、共通拡大焦点深度Zwを、Fナンバーの値と焦点深度fの値を用いて正規化したものであり、正規化共通拡大焦点深度=Zw×(Fa/f2)の式によって求めることができる。
像面基準位置Zoは、撮像レンズ100を通して形成される光学像Qのコントラストが最も高くなる位置である。
基準点像直径(psfφ)は、撮像レンズにおいて予め定められた近点から遠点に亘る光軸上の全ての位置から発せられた光線をこの撮像レンズに通して、像面基準位置と交わる光軸直交平面上に形成される点像(基準点像)の直径(mm)である。
次に、図5(図5A〜5N)〜図23(図23A〜23N)、図24、および表1(表1A〜1B)〜表19(表19A〜19B)、表20A、表20Bを参照し、事例1〜事例19の各撮像レンズについて説明する。
表1A〜表19Aに示す事例1〜事例23の撮像レンズのレンズデータにおいて、レンズ等の光学部材の面番号を物体側から像側に向かうに従い順次増加するi番目(i=1、2、3、・・・)の面番号として示す。なお、これらのレンズデータには、開口絞りの面番号(i=1)、平行平面板であるカバーガラスの物体側の面と像側の面の面番号(i=10、11)、および撮像面の面番号(i=12)等も含めて記載している。
表1B〜表19Bに、事例1〜19の各撮像レンズを構成する非球面Riを表す非球面式の各係数K、A3、A4、A5、・・・の値を示す。
図5A〜図23Aは、事例1〜事例23の撮像レンズそれぞれの概略構成を示す断面図である。なお、各図中には、3種類の入射高で撮像面へ入射する光線の軌跡等が示されている。
図5B〜図23Bは、事例1〜19の各撮像レンズの球面収差を示す図である。
図5C〜図23Cは、事例1〜19の各撮像レンズの設計基準波長(546.1nm)における収差を示すものであり、左側に非点収差、右側に歪曲収差を示す図である。
図5D〜図23Dは、事例1〜19の各撮像レンズの設計基準波長におけるコマ収差を示す図である。
図5E〜図23Eは、事例1〜19の各撮像レンズの設計基準波長におけるスポットダイアグラムを示すものであり、各撮像レンズを通して撮像面上の各位置に形成された(3種類の入射高で撮像面に入射して形成された)各スポットのデフォーカス時の変化を示すものである。ここでは、デフォーカス量として、撮像面を光軸Z1方向に−100μm、−50μm、±0μm、+50μm、+100μm平行移動させたときにこの撮像面に形成されるスポットの形状を示している。
図5F〜図23Fは、事例1〜19の各撮像レンズの設計基準波長における空間周波数MTF特性を示すものであり、各撮像レンズを通り光軸上(像高0)に形成される光学像における空間周波数MTF特性を示す図である。
図5G〜図23Gは、事例1〜19の各撮像レンズの設計基準波長における深度(デフォーカス)MTF特性を示すものであり、各撮像レンズを通り光軸上(像高0)に形成される光学像について、デフォーカスさせたときの、90本/mmにおける深度(デフォーカス)MTF特性を示す図である。
図5H〜図23Hは、事例1〜19の各撮像レンズの設計基準波長における深度(デフォーカス)MTF特性を示すものであり、各通り光軸上(像高0)に形成される光学像について、デフォーカスさせたときの、179本/mmにおける深度(デフォーカス)MTF特性を示す図である。
図5I〜図23Iは、事例1〜19の各撮像レンズの設計基準波長における空間周波数MTF特性を示すものであり、(3種類の入射高で撮像面に入射して形成された)像についての空間周波数MTF特性を示す図である。
図5J〜図23Jは、事例1〜19の各撮像レンズの設計基準波長における深度(デフォーカス)MTF特性を示すものであり、各撮像レンズを通して撮像面上の各位置に形成された(3種類の入射高で撮像面に入射して形成された)像について、デフォーカスさせたときの、90本/mmにおける深度(デフォーカス)MTF特性を示す図である。
図5K〜図23Kは、事例1〜19の各撮像レンズの設計基準波長における深度(デフォーカス)MTF特性を示すものであり、各撮像レンズを通して撮像面上の各位置に形成された(3種類の入射高で撮像面に入射して形成された)像について、デフォーカスさせたときの、179本/mmにおける深度(デフォーカス)MTF特性を示す図である。
図5L〜図23Lは、事例1〜19の各撮像レンズを通して形成される設計基準波長における点像の強度分布を示す図である。各図の上側に撮像面上に形成された点像の強度分布の全体を示し、各図の下側に上記点像の強度分布を拡大して基準点像直径(psfφ)を示す図である。
図5M〜図23Mは、事例1〜19の各撮像レンズの設計基準波長における球面収差曲線を示す図である。瞳に入る入射高が変化しても球面収差が一定となる範囲である球面収差最小領域cを破線で示し、瞳に入る入射高の変化に応じて球面収差が変化する球面収差最小領域cではない範囲を実線で示す図である。
図5N〜図23Nは、事例1〜19の各撮像レンズの設計基準波長での、90本/mmにおける深度(デフォーカス)MTF特性と、180本/mmにおける深度(デフォーカス)MTF特性とを比較して示す図である。実線で示す曲線が90本/mmにおける深度(デフォーカス)MTF特性を示し、破線で示す曲線が180本/mmにおける深度(デフォーカス)MTF特性を示している。
表20Aは、事例1〜事例19の撮像レンズそれぞれの焦点距離、Fナンバー、点像、球面収差、球面収差最小領域それぞれ関するデータについてまとめて示す表である。
表20Bは、事例1〜事例19の撮像レンズそれぞれについて、説明済みの説明済の深度(デフォーカス)MTFに関するデータについてまとめて示す図である。
210 撮像素子
211 撮像面
310 画像処理部
Z1 光軸
Zo 像面基準位置
Sm 結像光学系の深度MTF曲線
Sh 被写界深度拡大光学系の深度MTF曲線
Sh4 1/4ナイキスト空間周波数における深度MTF曲線
Sh2 1/2ナイキスト空間周波数における深度MTF曲線
Zv2 1/2ナイキスト拡大焦点深度
Zv4 1/4ナイキスト拡大焦点深度
Zw 共通拡大焦点深度、
Claims (9)
- 撮像して得られた原画像データにコントラスト回復処理を施して画像のボケを補正する撮像装置に用いる撮像レンズであって、
以下の条件式(1)を満足するように構成されたものであることを特徴とする撮像レンズ。
0.015<Zw×Fa/f2<0.030 ・・・(1)
ただし、
Zw:共通拡大焦点深度
Fa:撮像レンズの実効Fナンバー
f:撮像レンズの焦点距離 - 以下の条件式(2)を満足することを特徴とする請求項1記載の撮像レンズ。
0.015<Zv4×Fa/f2<0.035 ・・・(2)
ただし、
Zv4:1/4ナイキスト拡大焦点深度 - 以下の条件式(3)を満足することを特徴とする請求項1または2記載の撮像レンズ。
0.011<Zv2×Fa/f2<0.030 ・・・(3)
ただし、
Zv2:1/2ナイキスト拡大焦点深度 - 以下の条件式(4)を満足することを特徴とする請求項8記載の撮像レンズ。
Pi×7≦psfφ≦Pi×30 ・・・(4)
ただし、
psfφ:基準点像直径
Pi:撮像装置に適用する撮像素子の画素ピッチ - 前記撮像レンズが、物体側から順に1枚以上のレンズからなる正のパワーを持つ第1レンズ群と、1枚以上のレンズからなる第2レンズ群とを備え、
前記第2レンズ群の最も像側のレンズが、光軸上において負のパワーを持ち、光軸側から周辺側に向かうにしたがって負のパワーの弱くなる領域を有すのものであることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項記載の撮像レンズ。 - 前記撮像レンズが、物体側から順に正のパワーを持つ第1レンズ、負のパワーを持つ第2レンズ、正のパワーを持つ第3レンズ、負のパワーを持つ第4レンズを配してなるものであることを特徴とする請求項5記載の撮像レンズ。
- 前記第4レンズは、該第4レンズの像面側のレンズ面が非球面形状をなし、かつ、前記レンズ面が変曲点を有するものであることを特徴とする請求項6記載の撮像レンズ。
- 前記第4レンズは、該第4レンズの像面側のレンズ面が非球面形状をなし、かつ、前記レンズ面が光軸中心以外の領域に極点を有するものであることを特徴とする請求項6記載の撮像レンズ。
- 請求項1から8のいずれか1項記載の撮像レンズと、該撮像レンズを通して形成された光学像を撮像する撮像素子と、該撮像素子による前記光学像の撮像で得られた原画像データにコントラスト回復処理を施す画像処理手段とを備えた撮像システムであって、
前記画像処理手段が、前記コントラスト回復処理としてフーリエ変換を用いた画像復元処理を実施するものであることを特徴とする撮像システム。
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