JP2012098569A - Position adjustment device for imaging and imaging device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は撮像位置調整装置に関し、詳しくは、撮像レンズを通して形成される光学像を撮像素子で撮像するときの撮像位置を定めるために用いられる撮像位置調整装置、およびこの撮像位置調整装置によって撮像位置が定められた撮像レンズと撮像素子とを配置した撮像装置に関するものである。 The present invention relates to an imaging position adjustment device, and more particularly, to an imaging position adjustment device used for determining an imaging position when an optical image formed through an imaging lens is imaged by an imaging device, and an imaging position by the imaging position adjustment device. The present invention relates to an imaging apparatus in which an imaging lens and an imaging element are defined.
従来より、被写体を撮影する撮像装置として、例えばオートフォーカス機能を有するデジカメが知られている。このような撮像装置は、撮像レンズを通してCCD等の撮像素子の撮像面上に形成される被写体の光学像を撮像するものであり、遠距離被写体にピントを合わせたときには近距離被写体の光学像にボケが生じ、これとは逆に、近距離被写体にピント合わせたときには遠距離被写体の光学像にボケが生じる。 Conventionally, for example, a digital camera having an autofocus function is known as an imaging device for photographing a subject. Such an imaging apparatus captures an optical image of a subject formed on an imaging surface of an image sensor such as a CCD through an imaging lens. When a long-distance subject is focused, an optical image of a short-distance subject is obtained. On the contrary, blurring occurs in an optical image of a long-distance subject when focusing on a short-distance subject.
そのため、遠距離被写体の撮影では、その撮影に用いる撮像レンズに関する高い空間周波数におけるデフォーカスMTFピーク位置に撮像面を位置させ、近距離被写体の撮影では低い空間周波数おけるデフォーカスMTFピーク位置に対して撮像面を位置させるように制御して、遠距離被写体の撮影では細かい構造がより高いコントラスで撮像されるように、近距離被写体の撮影では粗い構造がより高いコントラスで撮像されるように撮像位置を調整する方式が知られている(引用文献1参照)。 Therefore, when shooting a long-distance subject, the imaging surface is positioned at a defocus MTF peak position at a high spatial frequency related to the imaging lens used for the shooting, and when shooting a short-distance subject, the defocus MTF peak position at a low spatial frequency. The imaging position is controlled so that the imaging surface is positioned so that a fine structure is imaged with a higher contrast when shooting a long-distance subject, and a rough structure is imaged with a higher contrast when shooting a short-distance subject. There is known a method for adjusting the value (see cited document 1).
なお、デフォーカスMTFピーク位置は、デフォーカスMTF曲線においてMTF値が最大となるデフォーカス位置である。また、デフォーカスMTF曲線は、撮像レンズに対して撮像面をデフォーカスさせたときに得られる画像に関するMTF値の変化を表す曲線である。 The defocus MTF peak position is a defocus position where the MTF value is maximum in the defocus MTF curve. The defocus MTF curve is a curve representing a change in the MTF value related to an image obtained when the imaging surface is defocused with respect to the imaging lens.
また、被写界深度が拡大された撮像レンズを搭載することにより焦点合わせ機能を省いた撮像装置も知られている。このような撮像装置では、撮像レンズを通して撮像面上に形成される被写体の光学像は、全体的にコントラストが低くなる(デフォーカスMTFの値が全体的に低くなる)ものの、近距離から遠距離のいずれの位置についても、また高い空間周波数から低い空間周波数のいずれの周波数においても、一定以上のコントラストを持つように撮像位置を定めることができる。 There is also known an imaging apparatus in which the focusing function is omitted by mounting an imaging lens with an expanded depth of field. In such an imaging apparatus, the optical image of the subject formed on the imaging surface through the imaging lens has a low contrast as a whole (the value of the defocus MTF is low as a whole), but from a short distance to a long distance. The imaging position can be determined so as to have a certain level of contrast at any of the above positions and at any frequency from a high spatial frequency to a low spatial frequency.
このような被写界深度が拡大された撮像レンズは、デフォーカスによる、すなわち撮影距離の違いによるMTF値の変化(デフォーカスMTF曲線におけるMTF値の変化)が、被写界深度の拡大されていない通常のレンズよりも緩やかである。 In such an imaging lens with an increased depth of field, a change in MTF value due to defocusing, that is, a difference in shooting distance (change in MTF value in a defocused MTF curve) has an increased depth of field. Not more gradual than normal lenses.
被写界深度が拡大された撮像レンズは、互に異なる空間周波数における各デフォーカスMTFピーク位置のデフォーカス方向(撮像レンズの光軸方向)への位置ずれが通常の撮像レンズに比して大きくなっており、さらに、デフォーカスMTF曲線の形状が非対称になっている。 An imaging lens with an expanded depth of field has a larger positional shift in the defocus direction (optical axis direction of the imaging lens) of each defocus MTF peak position at different spatial frequencies compared to a normal imaging lens. Furthermore, the shape of the defocus MTF curve is asymmetric.
そのため、撮像レンズ、および、この撮像レンズを通して形成される光学像を撮像する撮像素子を組み合わせて撮像装置を製造するときの、撮像レンズに対する撮像素子の撮像面の位置決めは、例えば、実際に撮像レンズを通して撮像素子で撮像された解像力チャートを表す画像を目視しながら経験的な判断で行っている。 Therefore, when an imaging device is manufactured by combining an imaging lens and an imaging element that captures an optical image formed through the imaging lens, the positioning of the imaging surface of the imaging element with respect to the imaging lens is, for example, an actual imaging lens. Through an empirical judgment, an image representing a resolution chart captured by the image sensor is visually observed.
特開2003−66317号公報 JP 2003-66317 A
しかしながら、上記のように経験的な判断によって、撮像レンズに対する撮像面の位置(撮像位置)を定めたときに、実際に被写体を撮像して得られた画像において被写界深度不足やコントラスト不足が生じることが多々あり、画像品質に大きなばらつきが生じてしまうという問題がある。 However, when the position of the imaging surface (imaging position) with respect to the imaging lens is determined by empirical judgment as described above, there is insufficient depth of field or insufficient contrast in the image obtained by actually imaging the subject. There are many cases where this occurs, and there is a problem that large variations in image quality occur.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、被写界深度が拡大された撮像レンズを通した撮像素子の撮像で得られる画像の品質をより高い品質で安定させるように撮像位置を定めることができる撮像位置設定装置、およびこの撮像位置調整装置によって撮像位置が定められた撮像レンズと撮像素子とを配置した撮像装置を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and the imaging position is set so as to stabilize the quality of an image obtained by imaging with an imaging element through an imaging lens with an expanded depth of field at a higher quality. It is an object of the present invention to provide an imaging position setting device that can be determined, and an imaging device in which an imaging lens whose imaging position is determined by the imaging position adjustment device and an imaging element are arranged.
本発明の撮像位置設定装置は、被写界深度の拡大された撮像レンズを通して形成される光学像を多数の受光画素が配列された撮像素子で撮像する際の、撮像位置を定めるための撮像位置調整装置であって、その撮像レンズは、この撮像レンズのレンズナイキスト周波数がその撮像素子のセンサナイキスト周波数の1倍以上、4倍以下となるように形成されたものであり、この撮像レンズ関する無限遠被写体についてのデフォーカスMTFピーク位置を測定するピーク位置測定手段と、撮像レンズが、この撮像レンズにより光学像を形成するときの光の伝播方向を正方向としたときに条件式(1):F2≦Zp(1/4)−Zp(1/2)≦4×F2、(2):F2≦Zp(1/8)−Zp(1/4)≦4×F2、(3):ZH<ZLを全て満足するものであることを判定する判定手段と、上記条件式(1)、(2)、(3)を全て満足すると判定された撮像レンズについて、撮像位置を、条件式(4):Zp(1/2)<Zt<Zp(1/4)を満足するように定めるための位置設定手段とを備えたことを特徴とするものである。 The imaging position setting device of the present invention is an imaging position for determining an imaging position when an optical image formed through an imaging lens having an increased depth of field is imaged by an imaging element in which a large number of light receiving pixels are arranged. An adjusting device, the imaging lens is formed so that the lens Nyquist frequency of the imaging lens is 1 to 4 times the sensor Nyquist frequency of the imaging device, and the imaging lens is infinite. Conditional expression (1) when the peak position measuring means for measuring the defocus MTF peak position for a far object and the imaging lens form a light propagation direction when forming an optical image by this imaging lens: F 2 ≦ Zp (1/4) −Zp (1/2) ≦ 4 × F 2 , (2): F 2 ≦ Zp (1/8) −Zp (1/4) ≦ 4 × F 2 , (3 ): All ZH <ZL With respect to the determination unit that determines that the image is satisfied and the imaging lens that is determined to satisfy all of the conditional expressions (1), (2), and (3), the imaging position is expressed by conditional expression (4): Zp ( 1/2) <Zt <Zp (1/4) and position setting means for determining so as to be satisfied.
ただし、F:Fナンバー、Zp(1/2):1/2センサナイキスト周波数に関する無限遠被写体についてのデフォーカスMTFピーク位置、Zp(1/4):1/4センサナイキスト周波数に関する無限遠被写体についてのデフォーカスMTFピーク位置、Zp(1/8):1/8センサナイキスト周波数に関する無限遠被写体についてのデフォーカスMTFピーク位置、ZH:高い空間周波数に関する無限遠被写体についてのデフォーカスMTFピーク位置、ZL:前記高い空間周波数よりも低い空間周波数に関する無限遠被写体についてのデフォーカスMTFピーク位置、Zt:撮像位置である。 However, F: F number, Zp (1/2): Defocused MTF peak position for an infinite object related to 1/2 sensor Nyquist frequency, Zp (1/4): About an infinite object related to 1/4 sensor Nyquist frequency Defocus MTF peak position, Zp (1/8): 1/8 sensor defocus MTF peak position for an infinite object related to the Nyquist frequency, ZH: defocus MTF peak position for an infinite object related to a high spatial frequency, ZL : Defocused MTF peak position for an object at infinity with respect to a spatial frequency lower than the high spatial frequency, Zt: imaging position.
前記位置設定手段は、条件式(4)を満足する撮像位置を示す位置情報を出力するものとすることができる。 The position setting means may output position information indicating an imaging position that satisfies the conditional expression (4).
前記撮像レンズは、焦点距離が固定されたものとすることができる。 The imaging lens may have a fixed focal length.
前記撮像レンズは、絞りの開口が固定されたものとすることができる。 The imaging lens may have a diaphragm aperture fixed.
本発明の撮像装置は、前記撮像位置調整装置によって撮像位置が定められた撮像レンズと撮像素子とを配置したことを特徴とするものである。 The image pickup apparatus of the present invention is characterized in that an image pickup lens whose image pickup position is determined by the image pickup position adjusting device and an image pickup element are arranged.
前記撮像装置は、監視カメラとしたり、携帯電話としたり、携帯情報端末装置としたり、車載カメラとしたり、インターフォン用カメラとしたり、内視鏡としたりすることができる。 The imaging device can be a surveillance camera, a mobile phone, a portable information terminal device, an in-vehicle camera, an interphone camera, or an endoscope.
前記撮像位置は、撮像レンズに対する撮像素子の撮像面の相対的な位置である。 The imaging position is a relative position of the imaging surface of the imaging element with respect to the imaging lens.
前記被写界深度が拡大された撮像レンズとは、この撮像レンズを通して撮像面上に形成される遠距離から近距離に亘る被写体の光学像のコントラストが全体的低くなる(デフォーカスしたときのMTF値が全体的に低くなる)ものの、近距離から遠距離のいずれの位置の被写体についても、また高い周波数から低い周波数のいずれの空間周波数を持つ被写体についても、所定以上のコントラストを持つ光学像を撮像面上に形成することができる撮像レンズである。なお、所定以上のコントラストを持つ光学像は、MTF値が20%以上となる光学像を意味する。また、この被写界深度が拡大された撮像レンズは、焦点合わせを行うことなく被写体を撮影する撮影装置に使用されるものである。 The imaging lens with the expanded depth of field is such that the contrast of the optical image of the subject from a long distance to a short distance formed on the imaging surface through the imaging lens is reduced overall (the MTF when defocused). Although the value becomes lower overall, an optical image with a contrast higher than a predetermined value can be obtained for a subject at any position from a short distance to a long distance, and for a subject having any spatial frequency from a high frequency to a low frequency. An imaging lens that can be formed on an imaging surface. Note that an optical image having a predetermined or higher contrast means an optical image having an MTF value of 20% or higher. In addition, the imaging lens with an expanded depth of field is used in a photographing apparatus that photographs a subject without performing focusing.
この被写界深度が拡大された撮像レンズを用いた撮影により被写界深度の拡大された画像を得る手法について以下に説明する。 A method for obtaining an image with an expanded depth of field by photographing using an imaging lens with an expanded depth of field will be described below.
被写界深度が拡大された撮像レンズを通して、全距離に亘る撮影対象にボケの与えられた光学像を撮像し、それにより得られた原画像にコントラスト回復処理を施して、その原画像のボケをなくす手法、すなわち、その原画像のコントラストを高め、結果として被写界深度の非常に深いレンズで撮影したようなボケのない画像を得る手法が知られている。このような手法に用いられる被写界深度が拡大された撮像レンズは、EDOF(Extended/Extension of Depth of Field/Focus)レンズと呼ばれている。 Through an imaging lens with an expanded depth of field, an optical image that is blurred on the object to be photographed over the entire distance is imaged, and the resulting original image is subjected to contrast recovery processing, and the original image is blurred. Is known, that is, a method of increasing the contrast of the original image and, as a result, obtaining a blur-free image taken with a lens having a very deep depth of field. An imaging lens with an expanded depth of field used in such a method is called an EDOF (Extended / Extension of Depth of Field / Focus) lens.
上記コントラスト回復処理は、被写界深度が拡大された撮像レンズを通して得られた原画像に対し、この撮像レンズのボケ特性の逆特性を持つ復元フィルタを作用させて、近距離から遠距離に亘る広い撮影範囲に配された各被写体のコントラストを高めるように(例えば、明確な輪郭を持つように)補正するものである。 In the contrast recovery process, a restoration filter having an inverse characteristic of the blur characteristic of the imaging lens is applied to the original image obtained through the imaging lens with an expanded depth of field, thereby extending from a short distance to a long distance. The correction is performed so as to increase the contrast of each subject arranged in a wide photographing range (for example, to have a clear outline).
また、被写界深度が拡大された撮像レンズは、理想的には、撮影距離によらず一定のボケが与えられた被写体の光学像を撮像面上に形成するものである。 In addition, an imaging lens with an expanded depth of field ideally forms an optical image of a subject to which a constant blur is given regardless of the shooting distance on the imaging surface.
より詳しくは、この被写界深度が拡大された撮像レンズは、様々な撮影位置に配された被写体を表す各点像を、撮影距離によらず一定のボケが与えられた点像(一定の光強度分布を持つ劣化した点像)として撮像面上に形成するものである。一方、コントラスト回復処理は、上記一定の光強度分布を持つ劣化した各点像からなる光学像を撮像して得た画像を、その劣化した点像の復元目標値となる光強度分布を持つ目標点像(例えば、理想的な光強度分布を持つ点像)からなる画像に復元するものである。 More specifically, the imaging lens with an expanded depth of field is a point image (a constant image) that represents a point image representing a subject placed at various shooting positions. It is formed on the imaging surface as a deteriorated point image having a light intensity distribution. On the other hand, the contrast recovery processing is performed by using an optical image made up of each degraded point image having the above-mentioned constant light intensity distribution as a target having a light intensity distribution that is a restoration target value of the degraded point image. The image is restored to an image consisting of a point image (for example, a point image having an ideal light intensity distribution).
この手法によれば、撮像レンズの開口を絞ることなく、すなわち受光光量を減少させることなく、いずれの撮影距離の被写体についても全体的にコントラストの高い画像(被写界深度を拡大してなる画像)を得ることができる。上記手法については、特開2000−123168号公報、特開2009−124567号公報、特開2009−124569号公報、特許3275010号公報等を参照することができる。 According to this technique, an image having a high overall contrast (an image obtained by enlarging the depth of field) for a subject at any shooting distance without reducing the aperture of the imaging lens, that is, without reducing the amount of received light. ) Can be obtained. Regarding the above method, JP-A No. 2000-123168, JP-A No. 2009-124567, JP-A No. 2009-124568, JP-A No. 3275010 and the like can be referred to.
なお、コントラスト回復処理としては、例えばフーリエ変換による画像復元処理、エッジ強調処理、ガンマ補正処理、コントラス強調処理等を採用することができる。 As the contrast recovery process, for example, an image restoration process using Fourier transform, an edge enhancement process, a gamma correction process, a contrast enhancement process, or the like can be employed.
本発明の撮像位置調整装置によれば、撮像レンズのレンズナイキスト周波数が多数の受光画素が配列された撮像素子のセンサナイキスト周波数の1倍以上、4倍以下である、被写界深度の拡大された前記撮像レンズを通して形成される光学像を、前記撮像素子で撮像する際の撮像位置を決定するにあたり、その撮像レンズに関する無限遠被写体についてのデフォーカスMTFピーク位置を測定し、この撮像レンズにより光学像を形成するときの光の伝播方向を正方向としたときに、撮像レンズが、無限遠被写体について条件式(1)、(2)、(3)の全てを満足することを判定し、条件式(1)、(2)、(3)の全てを満足すると判定された前記撮像レンズについて、前記撮像位置を、条件式(4)を満足するように定めるようにしたので、従来のような目視による経験的な判断で撮像位置を定める場合に比して、より客観的に撮像位置を定めることができる。それにより、撮像レンズを通して形成された被写体の光学像を撮像素子で撮像して得られる画像の品質をより高い品質で安定させるように撮像位置を定めることができる。 According to the imaging position adjusting device of the present invention, the lens Nyquist frequency of the imaging lens is 1 to 4 times the sensor Nyquist frequency of the imaging device in which a large number of light receiving pixels are arranged, and the depth of field is expanded. In determining the imaging position when the optical image formed through the imaging lens is imaged by the imaging element, the defocus MTF peak position of the infinity subject with respect to the imaging lens is measured, and the optical image is obtained by the imaging lens. It is determined that the imaging lens satisfies all of the conditional expressions (1), (2), and (3) for an infinite object when the light propagation direction when forming an image is a positive direction. For the imaging lens determined to satisfy all of the expressions (1), (2), and (3), the imaging position is determined so as to satisfy the conditional expression (4). It can be compared with the case to determine the imaging position in empirical judgment by conventional such visually determined more objectively imaging position. Thereby, the imaging position can be determined so that the quality of the image obtained by imaging the optical image of the subject formed through the imaging lens with the imaging element is stabilized with higher quality.
これにより、撮像位置調整装置によって撮像位置が定められた撮像レンズと撮像素子とを配置した撮像装置を用い、撮像レンズを通して形成された被写体を表す光学像を撮像素子で撮像して得られる画像に生じる被写界深度不足やコントラスト不足の発生を抑制することができる。 Accordingly, an image obtained by imaging an optical image representing a subject formed through the imaging lens with the imaging device using an imaging device in which the imaging lens whose imaging position is determined by the imaging position adjusting device and the imaging device are arranged is obtained. It is possible to suppress the occurrence of insufficient depth of field and insufficient contrast.
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。図1は本発明の実施の形態による撮像位置調整装置の概略構成を示す図、図2は、上記撮像位置調整装置で位置が定められた撮像レンズと撮像素子とを備えた撮像装置を示す図、図3は、縦軸にMTF値、横軸にデフォーカス量を表す座標面上にデフォーカスMTF曲線およびデフォーカスMTFピーク位置を示す図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an imaging position adjustment device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram illustrating an imaging device including an imaging lens and an imaging element whose positions are determined by the imaging position adjustment device. FIG. 3 is a diagram showing a defocus MTF curve and a defocus MTF peak position on a coordinate plane in which the vertical axis represents the MTF value and the horizontal axis represents the defocus amount.
図1に示す本発明の撮像位置調整装置200は、撮像レンズ10を通して形成される光学像を撮像素子20で撮像する際の撮像位置を定めるためのものである。
An imaging
この撮像位置調整装置200によって定められる撮像位置は、撮像レンズ10の光軸Z1方向における撮像レンズ10に対する撮像素子20の撮像面20Mの相対的な位置である。また、撮像位置調整装置200によって撮像位置が定められた撮像レンズ10と撮像素子20とは、撮像装置100に配置されるものとすることができる。なお、撮像素子20は、CCD素子としたり、CMOS素子としたりすることができる。また、撮像装置100は、監視カメラとしたり、携帯電話としたり、携帯情報端末装置としたり、車載カメラとしたり、インターフォン用カメラとしたり、内視鏡としたりすることができる。
The imaging position determined by the imaging
上記撮像レンズ10は、被写界深度が拡大されるように構成されたものであり、かつ、この撮像レンズ10のレンズナイキスト周波数が、多数の受光画素の配列された撮像素子20のセンサナイキスト周波数の1倍以上、4倍以下となるように構成されたものである。
The
すなわち、撮像素子20は、この撮像素子20のセンサナイキスト周波数が撮像レンズ10のレンズナイキスト周波数の1倍以下、かつ、1/4倍以上となるように構成されたものである。
That is, the
なお、上記撮像位置調整装置200は、被写界深度の拡大された撮像レンズ10のレンズナイキスト周波数と、撮像素子20のセンサナイキスト周波数とが上記関係を満たす場合に、その撮像レンズ10と撮像素子20とを調整対象とするものである。
Note that the imaging
また、撮像レンズ10は、ここでは、焦点合わせ機構および絞り機構を持たず(絞りの開口が固定されており)、かつ、焦点距離が3.5mmで固定されたレンズとするが、この撮像レンズ10を、焦点合わせ機構は持たないが、絞り機構を持つレンズとしたり、焦点距離が可変のズームレンズとしたりすることもできる。
Here, the
この撮像位置調整装置200は、撮像素子20の1/2、1/4、および1/8センサナイキスト周波数それぞれに関し、撮像レンズ10の無限遠被写体についてのデフォーカスMTFピーク位置を測定するピーク位置測定手段であるピーク位置測定部210と、撮像レンズ10を通して光学像を形成するときの光の伝播方向を正方向(+Z方向)としたときに、この撮像レンズ10が、無限遠被写体について以下の条件式(1)、(2)、(3)の全てを満足することを判定する判定手段である判定部280と、条件式(1)、(2)、(3)を満足すると判定された撮像レンズ10について、ピーク位置測定部210で測定したデフォーカスMTFピーク位置を示すデータを入力し、上記撮像位置を、以下の条件式(4)を満足するように定めるための位置設定手段である位置設定部290とを備えている。
The imaging
上記ピーク位置測定部210は、MTF測定用チャート220、コリメータレンズ225、レンズマウント230、および測長機付きリニアスライド235と、上記各構成要素が配置されるベース台215とを備えている。
The peak
さらに、このピーク位置測定部210は、MTF測定用の撮像部240、およびデフォーカスMTFピーク位置算出部245を備えている。なお、撮像部240はCCD素子としたり、CMOS素子としたりすることができる。
Further, the peak
上記測長機付きリニアスライド235は、コリメータレンズ225の光軸Z2方向(図中矢印Z方向)へ移動可能なスライド部235Sを有しており、このスライド部235SにMTF測定用の上記撮像部240が配置されている。
The
また、位置設定部290は、ここでは、条件式(4)を満足する撮像位置を示す位置情報を出力するものである。
Here, the
以下に、条件式(1)〜(4)を示す。 The conditional expressions (1) to (4) are shown below.
条件式(1):F2≦[Zp(1/4)−Zp(1/2)]≦4×F2、条件式(2):F2≦[Zp(1/8)−Zp(1/4)]≦4×F2、条件式(3):ZH<ZL、条件式(4):Zp(1/2)<Zt<Zp(1/4)。 Conditional expression (1): F2 ≦ [Zp (1/4) −Zp (1/2)] ≦ 4 × F2, conditional expression (2): F2 ≦ [Zp (1/8) −Zp (1/4) ] ≦ 4 × F2, conditional expression (3): ZH <ZL, conditional expression (4): Zp (1/2) <Zt <Zp (1/4).
上記符号Fは、Fナンバーの値であり、ここでは、Fナンバーの値は3.0である。 The symbol F is a value of the F number. Here, the value of the F number is 3.0.
符号Zp(1/2)は、無限遠被写体に関する1/2センサナイキスト周波数についてのデフォーカスMTFピーク位置である。 The symbol Zp (1/2) is the defocus MTF peak position for the ½ sensor Nyquist frequency for an object at infinity.
符号Zp(1/4)は、無限遠被写体に関する1/4センサナイキスト周波数につてのデフォーカスMTFピーク位置である。 A symbol Zp (1/4) is a defocus MTF peak position with respect to a 1/4 sensor Nyquist frequency for a subject at infinity.
符号Zp(1/8)は、無限遠被写体に関する1/8センサナイキスト周波数についてのデフォーカスMTFピーク位置である。 A symbol Zp (1/8) is a defocus MTF peak position with respect to a 1/8 sensor Nyquist frequency for an object at infinity.
さらに、符号ZHは、特定の被写体距離に関する高い空間周波数についてのデフォーカスMTFピーク位置であり、符号ZLは、上記と同様の被写体距離に関する上記高い空間周波数よりも低い空間周波数についてのデフォーカスMTFピーク位置である。ここでは、特定の被写体距離は無限遠とする。 Further, symbol ZH is a defocus MTF peak position for a high spatial frequency related to a specific subject distance, and symbol ZL is a defocus MTF peak for a spatial frequency lower than the high spatial frequency related to the subject distance similar to the above. Position. Here, the specific subject distance is infinity.
符号Ztは、撮像位置、すなわち、撮像レンズ10の光軸Z1方向における撮像レンズ10に対する撮像素子20の撮像面20Mの相対的な位置である。
Reference sign Zt is an imaging position, that is, a relative position of the
なお、撮像レンズ10のレンズナイキスト周波数は、以下のようにして求められる値である。
The lens Nyquist frequency of the
すなわち、ここでは撮像レンズ10のFナンバーは3.0であり、撮像レンズ10を通した撮像素子20での撮像に用いられる波長の代表値(設計基準波長)が588nmなので、レンズナイキスト周波数は、1/3.0/0.000588≒567本/mmとなる。
That is, here, the F-number of the
また、撮像素子20の1/2、1/4、および1/8センサナイキスト周波数は、以下のようにして求められる値である。
Further, the 1/2, 1/4, and 1/8 sensor Nyquist frequencies of the
ここでは、撮像素子20に配列されている画素のピッチは0.0014mmなので、センサナイキスト周波数は、1/2/0.0014≒357本/mmの空間周波数となる。
Here, since the pitch of the pixels arranged in the
したがって、1/2センサナイキスト周波数は、357/2≒179本/mmの空間周波数、1/4センサナイキスト周波数は、357/4≒89本/mmの空間周波数、1/8センサナイキスト周波数は、357/8≒45本/mmの空間周波数となる。 Therefore, the 1/2 sensor Nyquist frequency is 357 / 2≈179 lines / mm, the 1/4 sensor Nyquist frequency is 357 / 4≈89 lines / mm, and the 1/8 sensor Nyquist frequency is The spatial frequency is 357 / 8≈45 lines / mm.
次に、上記のように構成された撮像位置調整装置200の作用について説明する。
Next, the operation of the imaging
はじめに、ピーク位置測定部210が、無限遠被写体に関する撮像レンズ10のデフォーカスMTFピーク位置を測定する。ここでは、デフォーカスMTFピーク位置を測定するときの空間周波数は、1/2センサナイキスト周波数である179本/mm、1/4センサナイキスト周波数である89本/mm、1/8センサナイキスト周波数である45本/mm、20本/mm、および10本/mmである。
First, the peak
はじめに、コリメータレンズ225の光軸Z2と撮像レンズ10の光軸Z1とが一致するように、この撮像レンズ10をレンズマウント230に配置する。
First, the
これにより、コリーメータ225および撮像レンズ10を通して、MTFチャート220を表す像がスライド部235Sに配された撮像部240の撮像面240M上に形成される。
Accordingly, an image representing the
この撮像部240は、MTFチャート220中の、上記1/2センサナイキスト周波数である179本/mmを示すチャート部分、1/4センサナイキスト周波数である89本/mmを示すチャート部分、および1/8センサナイキスト周波数である45本/mm示すチャート部分、20本/mm示すチャート部分、および10本/mm示すチャート部分それぞれを撮像しつつ、スライド部235Sの移動にともない上記光軸Z1、Z2と平行な方向である図中矢印Z方向に移送される。
The
撮像部240は、上記Z方向へ移送されながらMTFチャート220を撮像して得られた、上記各チャート部分を示す画像データD1をデフォーカスMTFピーク位置算出部245へ出力する。
The
また、測長機付きリニアスライド235が、それらの画像データの示す画像が撮像されたときの撮像部240の位置を示す位置データD2、すなわち撮像部240の撮像面240Mの上記Z方向における位置を示す位置データD2を出力する。
Further, the
撮像部240から出力された画像データD1と、測長機付きリニアスライド235から出力された位置データD2とはデフォーカスMTFピーク位置算出部245に入力される。
The image data D1 output from the
デフォーカスMTFピーク位置算出部245は、上記入力された画像データD1と位置データD2とを用いた演算により、上記1/2、1/4、1/8センサナイキスト周波数、20本/mm、および10本/mmの各空間周波数について、デフォーカスMTF曲線Mf(1/2)、Mf(1/4)、Mf(1/8)、Mf(20)、Mf(10)を求める(図3参照)。
The defocus MTF peak
さらに、図3に示すように、デフォーカスMTFピーク位置算出部245は、各デフォーカスMTF曲線上においてMTF値が最大となる各ピーク位置であるPm(1/2)、Pm(1/4)、Pm(1/8)、Pm(20)、Pm(10)に対応するデフォーカス方向(図1中矢印Z方向)の位置、すなわち、デフォーカスMTFピーク位置Zp(1/2)、Zp(1/4)、Zp(1/8)、Zp(20)、Zp(10)を求める。
Further, as shown in FIG. 3, the defocus MTF peak
このようにして、デフォーカスMTFピーク位置算出部245は、1/2センサナイキスト周波数に関する無限遠被写体についてのデフォーカスMTFピーク位置Zp(1/2)、1/4センサナイキスト周波数に関する無限遠被写体についてのデフォーカスMTFピーク位置Zp(1/4)、および1/8センサナイキスト周波数に関する無限遠被写体についてのデフォーカスMTFピーク位置Zp(1/8)、20本/mmに関する無限遠被写体についてのデフォーカスMTFピーク位置Zp(20)、および10本/mmに関する無限遠被写体についてのデフォーカスMTFピーク位置Zp(10)を得る。
In this way, the defocus MTF peak
図3からも読み取れるように、Zp(1/2)=0μm、Zp(1/4)=15μm、Zp(1/8)=27μm、Zp(20)=38μm、Zp(10)=51μmである。なお、上記各デフォーカスMTFピーク位置の値は、1/2センサナイキスト周波数における無限遠被写体についてのデフォーカスMTFピーク位置を基準位置0としたときの値である。
As can be seen from FIG. 3, Zp (1/2) = 0 μm, Zp (1/4) = 15 μm, Zp (1/8) = 27 μm, Zp (20) = 38 μm, Zp (10) = 51 μm. . The value of each defocus MTF peak position is a value when the defocus MTF peak position for an object at infinity at the 1/2 sensor Nyquist frequency is set to the
また、上記各デフォーカスMTF曲線上においてMTF値が最大となる各ピーク位置Pm(1/2)、Pm(1/4)、Pm(1/8)、Pm(20)、Pm(10)での各MTF値をM(1/2)、M(1/4)、M(1/8)、M(20)、M(10)とすると、各MTF値は、M(1/2)=30%、M(1/4)=46%、M(1/8)=65%、M(20)=80%、M(10)=95%である。 Further, at each peak position Pm (1/2), Pm (1/4), Pm (1/8), Pm (20), and Pm (10) at which the MTF value is maximum on each defocused MTF curve. Are M (1/2), M (1/4), M (1/8), M (20), and M (10), the MTF values are M (1/2) = 30%, M (1/4) = 46%, M (1/8) = 65%, M (20) = 80%, M (10) = 95%.
デフォーカスMTFピーク位置算出部245は、上記のようにして得られたデフォーカスMTFピーク位置に関する測定データD3を、判定部280へ出力する。
The defocus MTF peak
なお、ピーク位置測定部210による上記デフォーカスMTFピーク位置の測定は、従来より知られている手法を用いることができ、例えば、上述の特開2003−66317号公報等を参照することができる。
In addition, the measurement of the said defocus MTF peak position by the peak
次に、上記デフォーカスMTFピーク位置に関する測定データD3を入力した判定部280が、その測定データD3を用いて、撮像レンズ10が条件式(1)、(2)、(3)の全てを満足するか否かを判定する。
Next, the
条件式(1):F2≦[Zp(1/4)−Zp(1/2)]≦4×F2について、F2=3×3=9であり、[Zp(1/4)−Zp(1/2)]=15−0=15であり、4×F2=36なので、撮像レンズ10が、条件式(1)を満たすものであることがわかる。
Conditional expression (1): For F 2 ≦ [Zp (1/4) −Zp (1/2)] ≦ 4 × F 2 , F 2 = 3 × 3 = 9, and [Zp (1/4) − Since Zp (1/2)] = 15−0 = 15 and 4 × F 2 = 36, it can be seen that the
次に、条件式(2):F2≦[Zp(1/8)−Zp(1/4)]≦4×F2について、F2=3×3=9であり、[Zp(1/8)−Zp(1/4)]=27−15=12であり、4×F2=36なので、撮像レンズ10が、条件式(2)を満たすものであることがわかる。
Next, for conditional expression (2): F 2 ≦ [Zp (1/8) −Zp (1/4)] ≦ 4 × F 2 , F 2 = 3 × 3 = 9, and [Zp (1 / 8) −Zp (1/4)] = 27−15 = 12, and 4 × F 2 = 36, it can be seen that the
つづいて、条件式(3):ZH<ZLについて、空間周波数179本/mmにおけるデフォーカスMTFピーク位置Zp(1/2)=0、空間周波数89本/mmにおけるデフォーカスMTFピーク位置Zp(1/4)=15μm、空間周波数45本/mmにおけるデフォーカスMTFピーク位置Zp(1/8)=27μm、空間周波数20本/mmにおけるデフォーカスMTFピーク位置Zp(20)=38μm、空間周波数10本/mmにおけるデフォーカスMTFピーク位置Zp(10):51μmであり、空間周波数が低くなるほど無限遠被写体についてのデフォーカスMTFピーク位置の値が大きくなる。すなわち、空間周波数が低くなるほどデフォーカスMTFピーク位置が撮像レンズから離れることがわかる、より具体的には、図3に示すように、Zp(1/2)<Zp(1/4)<Zp(1/8)<Zp(20)<Zp(10)であることがわかる。したがって、判定部280は、撮像レンズ10が条件式(3):ZH<ZLを満たしていると判定する。
Subsequently, for conditional expression (3): ZH <ZL, defocus MTF peak position Zp (1/2) = 0 at a spatial frequency of 179 lines / mm = 0, defocus MTF peak position Zp (1 at a spatial frequency of 89 lines / mm) / 4) = 15 μm, defocus MTF peak position Zp (1/8) = 27 μm at a spatial frequency of 45 lines / mm, defocus MTF peak position Zp (20) = 38 μm, spatial frequency of 10 lines at a spatial frequency of 20 lines / mm Defocus MTF peak position Zp (10) at / mm: 51 μm, and the lower the spatial frequency, the larger the value of the defocus MTF peak position for an infinite subject. That is, it can be seen that the defocus MTF peak position is further away from the imaging lens as the spatial frequency is lower. More specifically, as shown in FIG. 3, Zp (1/2) <Zp (1/4) <Zp ( It can be seen that 1/8) <Zp (20) <Zp (10). Therefore, the
そして、判定部280は、判定結果を表す判定結果データD4および上記測定データD3を位置設定部290へ出力する。
Then, the
判定部280から出力された判定結果データD4および測定データD3を入力した位置設定部290は、上記条件式(1)、(2)、(3)を満足すると判定された撮像レンズ10について、撮像位置を、条件式(4):Zp(1/2)<Zt<Zp(1/4)を満足するように定める。
The
すなわち、位置設定部290は、1/2センサナイキスト周波数における無限遠被写体についての撮像レンズ10のデフォーカスMTFピーク位置Zp(1/2)と、1/4センサナイキスト周波数における無限遠被写体についての撮像レンズ10のデフォーカスMTFピーク位置Zp(1/4)との間に撮像素子20撮像面20Mの位置を定める。
That is, the
より具体的には、位置設定部290が、撮像レンズ10におけるデフォーカスMTFピーク位置Zp(1/2)であるこの撮像レンズ10の光軸Z1上の基準位置0と、デフォーカスMTFピーク位置Zp(1/4)である上記基準位置0から+Z方向へ15μm離れた位置との間に撮像面20Mの位置を定めるための位置情報である位置データD5を出力する。
More specifically, the
例えば、撮像レンズ10の光軸Z1上の基準位置0から+Z方向へ7.5μm離れた位置、すなわち、上記デフォーカスMTFピーク位置Zp(1/2)とデフォーカスMTFピーク位置Zp(1/4)位置との間の中間位置に撮像面20Mの位置を定めるための位置情報として位置データD5を出力する。
For example, a position that is 7.5 μm away from the
なお、撮像レンズ10に対する撮像面20Mの位置を定める場合に、上記基準位置0を基準にする場合に限らず、撮像レンズ10を撮像装置100に取り付けるときの取付け面となるこの撮像レンズ10のマウント面を基準にして撮像レンズ10に対する撮像面20Mの位置を定めるように、位置設定部290が位置データD5を作成するようにしてもよい。
Note that the position of the
なお、必ずしも上記中間位置に撮像位置を定める場合に限らず、上記のようにデフォーカスMTFピーク位置Zp(1/2)とデフォーカスMTFピーク位置Zp(1/4)位置との間であればどのような位置に撮像面20Mの位置を定めてもよい。
Note that the imaging position is not necessarily determined at the intermediate position, and as long as it is between the defocus MTF peak position Zp (1/2) and the defocus MTF peak position Zp (1/4) as described above. The position of the
なお、条件式(4)を満足するように撮像位置を定める作用は、位置設定部290により位置情報を出力する場合に限らず、実際に、撮像レンズ10に対する撮像素子20の撮像面20Mの位置を定めるようにしてもよい。
Note that the action of determining the imaging position so as to satisfy the conditional expression (4) is not limited to the case where the position information is output by the
そのような場合には、レンズマウント230に対して撮像レンズ10を取り付ける代わりに、撮像レンズ10が装着された撮像装置100をレンズマウント230に取り付ける。また、測長機付きリニアスライド235のスライド部235Sに対して撮像部240を配置する代わりに、撮像素子20をスライド部235Sに配置する。
In such a case, instead of attaching the
そして、位置設定部290が、上記と同様に求めた条件式(4)を満足する撮像位置を示す位置データD5を測長機付きリニアスライド235に出力する。そして、この位置データD5を入力した測長機付きリニアスライド235が、撮像素子20の配置されたスライド部235Sを移動させて、撮像素子20の撮像面20Mを位置データD5の示す撮像位置に位置させる。なお、このときに、撮像装置100は、カバー102が本体101から外された状態となっている。
Then, the
その後、上記撮像位置に位置させた撮像素子20を撮像装置100に固定する。これにより、撮像レンズ10に対する撮像素子20の位置が固定されるとともに、撮像レンズ10に対し撮像素子20の撮像面20Mを所定の撮像位置(位置データD5の示す撮像位置)に配置することができる。
Thereafter, the
最後に、本体101に対してカバー102を取り付けて、撮像装置100が撮影可能な状態となる。
Finally, the
このような場合には、ピーク位置測定手段である測長機付きリニアスライド235が、位置設定手段をも兼ねるものとなる。
In such a case, the
なお、ピーク位置測定部210は、例えば、1/2、1/4、および1/8センサナイキスト周波数に関する無限遠被写体についての各デフォーカスMTFピーク位置のみを測定するものとしてもよい。このような場合には、各デフォーカスMTFピーク位置についてZp(1/2)<Zp(1/4)<Zp(1/8)の不等式を満たせば、判定部280が、その撮像レンズ10は条件式(3):ZH<ZLを満たすものであると判定する。
Note that the peak
このように、撮像位置調整装置200によって撮像位置を定めることにより、従来のような目視による経験的な判断で撮像位置を定める場合に比して、より客観的にその撮像位置を定めることができ、撮像素子で撮像される画像の品質をより高い品質で安定させるように撮像位置を定めることができる。これにより、撮像レンズを通して形成された被写体の光学像を撮像素子で撮像して得られる画像の被写界深度不足やコントラスト不足の発生を抑制することができる。
In this way, by determining the imaging position by the imaging
なお、撮像装置100を、監視カメラや携帯電話とする他に、例えば、携帯情報端末装置、車載カメラ、インターフォン用カメラ、内視鏡等とすることもできる。
In addition to the monitoring camera and the mobile phone, the
以上、本発明による撮像位置調整装置の好ましい実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない限りにおいて、種々変更することが可能である。 The preferred embodiments of the imaging position adjusting apparatus according to the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without changing the gist of the invention. is there.
10 撮像レンズ
20 撮像素子
200 撮像位置調整装置
210 ピーク位置測定手段
280 判定手段
290 位置設定手段
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記撮像レンズは、該撮像レンズのレンズナイキスト周波数が前記撮像素子のセンサナイキスト周波数の1倍以上、4倍以下となるように形成されたものであり、
前記撮像レンズに関する無限遠被写体についてのデフォーカスMTFピーク位置を測定するピーク位置測定手段と、
前記撮像レンズが、前記光学像を形成するときの光の伝播方向を正方向としたときに以下の条件式(1)、(2)、(3)を全て満足するものであることを判定する判定手段と、
前記条件式(1)、(2)、(3)を全て満足すると判定された前記撮像レンズについて、前記撮像位置を、以下の条件式(4)を満足するように定めるための位置設定手段とを備えていることを特徴とする撮像位置調整装置。
F2≦Zp(1/4)−Zp(1/2)≦4×F2・・・条件式(1)
F2≦Zp(1/8)−Zp(1/4)≦4×F2・・・条件式(2)
ZH<ZL・・・条件式(3)
Zp(1/2)<Zt<Zp(1/4)・・・条件式(4)
ただし、
F:Fナンバー
Zp(1/2):1/2センサナイキスト周波数に関する無限遠被写体についてのデフォーカスMTFピーク位置
Zp(1/4):1/4センサナイキスト周波数に関する無限遠被写体についてのデフォーカスMTFピーク位置
Zp(1/8):1/8センサナイキスト周波数に関する無限遠被写体についてのデフォーカスMTFピーク位置
ZH:高い空間周波数に関する無限遠被写体についてのデフォーカスMTFピーク位置
ZL:前記高い空間周波数よりも低い空間周波数に関する無限遠被写体についてのデフォーカスMTFピーク位置
Zt:撮像位置 An imaging position adjustment device for determining an imaging position when an optical image formed through an imaging lens having an extended depth of field is imaged by an imaging element in which a large number of light receiving pixels are arranged,
The imaging lens is formed such that the lens Nyquist frequency of the imaging lens is 1 to 4 times the sensor Nyquist frequency of the imaging element,
Peak position measuring means for measuring a defocus MTF peak position for an infinitely distant subject relating to the imaging lens;
It is determined that the imaging lens satisfies all the following conditional expressions (1), (2), and (3) when the propagation direction of light when forming the optical image is a positive direction. A determination means;
Position setting means for determining the imaging position of the imaging lens determined to satisfy all of the conditional expressions (1), (2), and (3) so as to satisfy the following conditional expression (4): An imaging position adjusting device comprising:
F 2 ≦ Zp (1/4) −Zp (1/2) ≦ 4 × F 2 Conditional expression (1)
F 2 ≦ Zp (1/8) −Zp (1/4) ≦ 4 × F 2 Conditional expression (2)
ZH <ZL ... conditional expression (3)
Zp (1/2) <Zt <Zp (1/4) ... Conditional expression (4)
However,
F: F number Zp (1/2): Defocus MTF peak position for an infinite object with respect to 1/2 sensor Nyquist frequency Zp (1/4): Defocus MTF with respect to an infinite object for 1/4 sensor Nyquist frequency Peak position Zp (1/8): Defocused MTF peak position ZH for an infinite object related to 1/8 sensor Nyquist frequency: Defocused MTF peak position ZL for an infinite object related to a high spatial frequency: More than the high spatial frequency Defocus MTF peak position Zt for an object at infinity with a low spatial frequency: imaging position
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