JP2014021313A - Optical system and image capturing device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical system suitable for enhancing image quality over an entire range of object distance and for reducing size.SOLUTION: When image recovery processing is applied to an image, produced by having an image sensor capture an object image formed by an optical system, by using an image recovery filter having filter values corresponding to aberration of the optical system, the optical system satisfies: 1<|Δyum+Δylm|/|Δyui+Δyli|<12 and 2<|(Δyum+Δylm)|/2 p<6. Δyum represents an amount of lateral aberration of the d-ray in a 70% upper light flux that reaches an 80% image height when focused at an intermediate object distance, Δylm represents an amount of lateral aberration of the d-ray in a 70% lower light flux that reaches the 80% image height when focused at the intermediate object distance, Δyui represents an amount of lateral aberration of the d-ray in the 70% upper light flux that reaches the 80% image height when focused at an infinite object distance, Δyli represents an amount of lateral aberration of the d-ray in the 70% lower light flux that reaches the 80% image height when focused at the infinite object distance, and P represents a pixel pitch of the image sensor.

Description

本発明は、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置に用いられる光学系に関し、特に撮像により生成された画像に対して画像回復処理が行われる場合に好適な光学系に関する。   The present invention relates to an optical system used in an imaging apparatus such as a digital still camera or a video camera, and more particularly to an optical system suitable for an image restoration process performed on an image generated by imaging.

デジタルカメラ等の撮像装置により被写体を撮像して得られた画像には、撮影光学系(以下、単に光学系という)の球面収差、コマ収差、像面湾曲、非点収差等に起因する画像劣化成分としてのぼけ成分が含まれる。このようなぼけ成分は、無収差で回折の影響もない場合に被写体の一点から出た光束が撮像面上で再度一点に集まるべきものが、ある広がりをもって像を結ぶことで発生する。   An image obtained by imaging a subject with an imaging device such as a digital camera has image degradation caused by spherical aberration, coma aberration, field curvature, astigmatism, etc. of the photographing optical system (hereinafter simply referred to as an optical system). A blur component is included as a component. Such a blur component is generated when a light beam emitted from one point of a subject to be collected again at one point on the imaging surface when an aberration is not caused and there is no influence of diffraction is formed by forming an image with a certain spread.

ここにいうぼけ成分は、光学的には、点像分布関数(Point Spread Function:PSF)により表され、ピントのずれによるぼけとは異なる。また、カラー画像での色にじみも、光学系の軸上色収差、色の球面収差、色のコマ収差が原因であるものに関しては、光の波長ごとのぼけ方の相違と言うことができる。さらに、横方向の色ずれも、光学系の倍率色収差が原因であるものに関しては、光の波長ごとの撮像倍率の相違による位置ずれ又は位相ずれと言うことができる。   The blur component here is optically represented by a point spread function (PSF), and is different from blur due to focus shift. In addition, color bleeding in a color image can also be said to be a difference in blurring for each wavelength of light with respect to axial chromatic aberration, chromatic spherical aberration, and chromatic coma aberration of the optical system. Further, the lateral color misregistration can be said to be a positional misalignment or a phase misalignment due to a difference in imaging magnification for each wavelength of light when the lateral chromatic aberration is caused by the optical system.

点像分布関数(PSF)をフーリエ変換して得られる光学伝達関数(OpticalTransferFunction:OTF)は、収差の周波数成分情報であり、複素数で表される。光学伝達関数(OTF)の絶対値、すなわち振幅成分を、MTF(Modulation Transfer Function)といい、位相成分をPTF(Phase Transfer Function)という。MTFおよびPTFはそれぞれ、収差による画像劣化の振幅成分および位相成分の周波数特性である。ここでは、位相成分を位相角として以下の式で表す。Re(OTF)およびIm(OTF)はそれぞれ、OTFの実部および虚部を表す。
PTF=tan-1(Im(OTF)/Re(OTF))
このように、光学系の光学伝達関数(OTF)は、画像の振幅成分と位相成分に対して劣化を与えるため、劣化画像は被写体の各点がコマ収差のように非対称にぼけた状態になる。
An optical transfer function (OTF) obtained by Fourier transforming the point spread function (PSF) is frequency component information of aberration and is represented by a complex number. The absolute value of the optical transfer function (OTF), that is, the amplitude component is called MTF (Modulation Transfer Function), and the phase component is called PTF (Phase Transfer Function). MTF and PTF are frequency characteristics of an amplitude component and a phase component of image degradation due to aberration, respectively. Here, the phase component is expressed as the phase angle by the following formula. Re (OTF) and Im (OTF) represent the real part and the imaginary part of the OTF, respectively.
PTF = tan −1 (Im (OTF) / Re (OTF))
As described above, since the optical transfer function (OTF) of the optical system deteriorates the amplitude component and the phase component of the image, each point of the subject becomes asymmetrically blurred like coma aberration in the deteriorated image. .

また、倍率色収差は、光の波長ごとの結像倍率の相違によって結像位置がずれた色成分ごとの像を、撮像装置の分光特性に応じて色成分ごとに取得することで発生する。このとき、RGB等の色成分間で結像位置がずれるだけでなく、各色成分内でも波長ごとの結像位置のずれ、すなわち位相ずれによる像の広がりが発生する。このため、正確には倍率色収差は単なる平行シフトの色ずれではないが、本明細書では、色ずれを倍率色収差と同じものとして記載する。   In addition, lateral chromatic aberration is generated by acquiring, for each color component, an image for each color component whose imaging position is shifted due to a difference in imaging magnification for each wavelength of light, according to the spectral characteristics of the imaging device. At this time, not only the image formation position is shifted between the color components such as RGB, but also the image formation position shift for each wavelength, that is, the spread of the image due to the phase shift occurs in each color component. For this reason, the chromatic aberration of magnification is not simply a color shift of a parallel shift, but in this specification, the color shift is described as being the same as the chromatic aberration of magnification.

劣化画像(入力画像)における振幅成分(MTF)の劣化と位相成分(PTF)の劣化を補正する方法として、光学系の光学伝達関数の情報を用いるものが知られている。この方法は、画像回復や画像復元とも呼ばれており、以下、この光学系の光学伝達関数の情報を用いて劣化画像を補正(低減)する処理を画像回復処理(または単に回復処理)と称する。そして、詳細は後述するが、画像回復処理の方法の1つとして、光学伝達関数の逆特性を有する実空間の画像回復フィルタを入力画像に対して畳み込む(コンボリューション)方法が知られている(特許文献1参照)。また、特許文献2には、画像の劣化を補正するためのフィルタ係数を保持して画像処理(画像回復)を行う方法が開示されている。   As a method for correcting the deterioration of the amplitude component (MTF) and the deterioration of the phase component (PTF) in the deteriorated image (input image), a method using information on the optical transfer function of the optical system is known. This method is also called image restoration or image restoration. Hereinafter, processing for correcting (reducing) a deteriorated image using information of the optical transfer function of the optical system is referred to as image restoration processing (or simply restoration processing). . As will be described in detail later, as one of image restoration processing methods, a convolution method is known in which a real-space image restoration filter having an inverse characteristic of the optical transfer function is convoluted with an input image (convolution). Patent Document 1). Patent Document 2 discloses a method for performing image processing (image restoration) while retaining a filter coefficient for correcting image degradation.

さらに、特許文献3には、物体距離が異なる被写体を撮像して得られた画像に対しても良好な画像回復を行うために、球面収差を発生させて所望の解像(MTF幅)を得る方法が開示されている。   Further, in Patent Document 3, spherical aberration is generated to obtain a desired resolution (MTF width) in order to perform good image recovery even for images obtained by imaging subjects with different object distances. A method is disclosed.

特表2005−509333号公報JP 2005-509333 A 特開2010−56992号公報JP 2010-56992 A 特開2011−028166号公報JP 2011-028166 A

光学系の収差の物体距離による変動を少なくすることは、一般に困難である。このため無限遠物体距離に対して合焦した状態での性能を重視すると、最至近物体距離に対して合焦した状態での収差は悪化する傾向がある。   In general, it is difficult to reduce the variation of the aberration of the optical system due to the object distance. For this reason, if importance is placed on the performance in a state in which the object distance is infinite, the aberration in the state in which the object distance is in focus tends to deteriorate.

一方、画像回復を行うことを前提とすれば、光学系のある程度の収差を許容することができ、その結果、該光学系の物体距離全域での高画質化を容易とすることが可能である。また、光学系の小型化のために該光学系を構成する各レンズ群の屈折力を強めることで発生した収差による画像の劣化を画像回復によって補正することで、光学系の小型化を実現することもできる。   On the other hand, if it is assumed that image restoration is performed, a certain amount of aberration of the optical system can be allowed, and as a result, it is possible to easily improve the image quality over the entire object distance of the optical system. . In addition, in order to reduce the size of the optical system, it is possible to reduce the size of the optical system by correcting image degradation due to aberration caused by increasing the refractive power of each lens group constituting the optical system by image restoration. You can also

しかしながら、画像回復の強度を高くしすぎると劣化画像に含まれていたノイズ成分が強調される。また、光学系の収差の許容量が大きすぎると、画像回復を行っても画像の劣化を十分に補正できない。例えば、収差のうち像面湾曲が大きすぎると、光学系を構成するレンズの製造誤差や撮像素子の倒れによって、撮像素子上で像面が倒れてしまい、解像力の非対称性である「片ぼけ」が顕著となる。この場合、画像回復を行っても片ぼけを良好に補正できない。   However, if the image restoration strength is too high, the noise component contained in the deteriorated image is emphasized. Further, if the allowable amount of aberration of the optical system is too large, image deterioration cannot be sufficiently corrected even if image restoration is performed. For example, if the curvature of field is too large among the aberrations, the image plane will fall on the image sensor due to manufacturing errors of the lenses that make up the optical system or the image sensor will fall, and the "single blur" is an asymmetry in resolution Becomes prominent. In this case, even if image restoration is performed, blurring cannot be corrected satisfactorily.

したがって、画像回復を前提として光学系の物体距離全域での高画質化や小型化を実現するためには、画像回復に適した収差の発生のさせ方を考慮する必要がある。特許文献1〜3では、このような画像回復に適した光学系の収差については何ら説明されていない。このうち特許文献3では、球面収差を発生させて所望のMTF幅を得る一方、MTFピーク像面にてメリジオナル方向およびサジタル方向ともに解像力が大きく劣化している。このため、画像回復のゲインを大きくする必要があり、その結果、ノイズが増大して、良好な画質を得ることが困難である。   Therefore, in order to realize high image quality and miniaturization over the entire object distance of the optical system on the premise of image restoration, it is necessary to consider how to generate aberrations suitable for image restoration. Patent Documents 1 to 3 do not describe any aberration of the optical system suitable for such image restoration. In Patent Document 3, spherical aberration is generated to obtain a desired MTF width, while the resolution is greatly deteriorated in the meridional direction and the sagittal direction on the MTF peak image plane. For this reason, it is necessary to increase the gain of image restoration. As a result, noise increases and it is difficult to obtain good image quality.

本発明は、画像回復を行うことを前提として、物体距離全域での高画質化や小型化に適した光学系および該光学系を用いた撮像により得られた画像に対して画像回復を行う撮像装置を提供する。   The present invention is based on the premise of performing image restoration, an optical system suitable for high image quality and miniaturization over the entire object distance, and imaging that performs image restoration on an image obtained by imaging using the optical system Providing equipment.

本発明の一側面としての光学系は、焦点調節が可能であり、該光学系により形成された物体像を撮像素子により撮像することで生成された画像に対して、該光学系の収差に応じたフィルタ値を有する画像回復フィルタを用いて画像回復処理が行われる場合に、以下の条件を満足することを特徴とする。
1<|Δyum+Δylm|/|Δyui+Δyli|<12
2<|(Δyum+Δylm)|/2p<6
ただし、該光学系の最大像高の8割の像高を8割像高とし、該光学系を通過するメリジオナル光線のうち有効光束径の7割の位置を通る上線および下線をそれぞれ、7割上線および7割下線とするとき、
Δyumは、中間物体距離に対する合焦状態において、8割像高に到達する7割上線のうちd線の横収差量であり、
Δylmは、中間物体距離に対する合焦状態において、8割像高に到達する7割下線のうちd線の横収差量であり、
Δyuiは、無限遠物体距離に対する合焦状態において、8割像高に到達する7割上線のうちd線の横収差量であり、
Δyliは、無限遠物体距離に対する合焦状態において、8割像高に到達する7割下線のうちd線の横収差量であり、
Pは撮像素子の画素ピッチであり、
上記中間物体距離は、
(光学系全体の焦点距離/撮像素子の対角長)×520
である。
The optical system according to one aspect of the present invention is capable of focus adjustment, and according to the aberration of the optical system with respect to an image generated by imaging an object image formed by the optical system with an imaging device. When image restoration processing is performed using an image restoration filter having a filter value, the following condition is satisfied.
1 <| Δyum + Δylm | / | Δyui + Δyli | <12
2 <| (Δyum + Δylm) | / 2p <6
However, an image height of 80% of the maximum image height of the optical system is set to 80% image height, and an upper line and an underline passing through a position of 70% of the effective light beam diameter among meridional rays passing through the optical system are 70% respectively. When overline and 70% underline,
Δyum is the amount of lateral aberration of the d-line in the 70% upper line that reaches 80% image height in the focused state with respect to the intermediate object distance.
Δylm is the amount of lateral aberration of the d-line among the 70% underline that reaches 80% image height in the focused state with respect to the intermediate object distance.
Δyui is the amount of lateral aberration of the d-line among the 70% upper line that reaches 80% image height in the focused state with respect to the object distance at infinity,
Δyli is the lateral aberration amount of the d-line among the 70% underline that reaches 80% image height in the focused state with respect to the object distance at infinity,
P is the pixel pitch of the image sensor,
The intermediate object distance is
(Focal distance of the entire optical system / diagonal length of the image sensor) × 520
It is.

なお、上記光学系により形成された物体像を撮像する撮像素子と、該撮像素子からの出力を用いて画像を生成し、該画像に対して、該光学系の収差に応じたフィルタ値を有する画像回復フィルタを用いて画像回復処理を行う画像処理部とを有する撮像装置も、本発明の他の一側面を構成する。   An image sensor that captures an object image formed by the optical system and an output from the image sensor are generated, and the image has a filter value corresponding to the aberration of the optical system. An imaging apparatus having an image processing unit that performs image restoration processing using an image restoration filter also constitutes another aspect of the present invention.

本発明によれば、画像回復に適した収差を発生させつつ、物体距離全域での高画質化や小型化が可能な光学系を実現することができる。また、この光学系を用いた撮像および画像回復処理を行うことで高画質の画像が得られる小型の撮像装置を実現することができる。   According to the present invention, it is possible to realize an optical system capable of improving image quality and downsizing over the entire object distance while generating aberrations suitable for image restoration. In addition, a small-sized imaging device capable of obtaining a high-quality image can be realized by performing imaging and image restoration processing using this optical system.

本発明の実施例1(数値例1)である光学系の広角端での断面図。1 is a cross-sectional view at the wide-angle end of an optical system that is Embodiment 1 (Numerical Example 1) of the present invention. 実施例1の光学系の広角端および中間焦点距離での無限遠物体距離に対する合焦状態での縦収差図。FIG. 4 is a longitudinal aberration diagram in a focused state with respect to an infinite object distance at the wide-angle end and an intermediate focal length of the optical system of Example 1. 実施例1の光学系の望遠端での無限遠物体距離に対する合焦状態での縦収差図および横収差図。FIG. 6 is a longitudinal aberration diagram and a lateral aberration diagram in a focused state with respect to an infinite object distance at the telephoto end of the optical system of Example 1. 実施例1の光学系の望遠端での最至近物体距離に対する合焦状態での縦収差図および横収差図。FIG. 6 is a longitudinal aberration diagram and a lateral aberration diagram in a focused state with respect to the closest object distance at the telephoto end of the optical system of Example 1. 実施例1の光学系の望遠端での中間物体距離に対する合焦状態での縦収差図および横収差図。FIG. 6 is a longitudinal aberration diagram and a lateral aberration diagram in a focused state with respect to an intermediate object distance at the telephoto end of the optical system of Example 1. 本発明の実施例2(数値例2)である光学系の広角端での断面図。Sectional drawing in the wide angle end of the optical system which is Example 2 (numerical example 2) of this invention. 実施例2の光学系の広角端および望遠端での無限遠物体距離に対する合焦状態での縦収差図。FIG. 7 is a longitudinal aberration diagram in a focused state with respect to an infinite object distance at the wide-angle end and the telephoto end of the optical system according to Example 2. 実施例2の光学系の中間焦点距離での無限遠物体距離に対する合焦状態での縦収差図および横収差図。FIG. 10 is a longitudinal aberration diagram and a lateral aberration diagram in a focused state with respect to an infinite object distance at an intermediate focal length of the optical system of Example 2. 実施例2の光学系の中間焦点距離での最至近物体距離に対する合焦状態での縦収差図および横収差図。FIG. 6 is a longitudinal aberration diagram and a lateral aberration diagram in a focused state with respect to the closest object distance at an intermediate focal length of the optical system of Example 2. 実施例2の光学系の中間焦点距離での中間物体距離に対する合焦状態での縦収差図および横収差図。FIG. 10 is a longitudinal aberration diagram and a lateral aberration diagram in a focused state with respect to an intermediate object distance at an intermediate focal length of the optical system of Example 2. 本発明の実施例3(数値例3)である光学系の広角端での断面図。Sectional drawing in the wide angle end of the optical system which is Example 3 (numerical example 3) of this invention. 実施例3の光学系の広角端および中間焦点距離での無限遠物体距離に対する合焦状態の縦収差図。FIG. 10 is a longitudinal aberration diagram in a focused state with respect to an infinite object distance at the wide-angle end and intermediate focal length of the optical system according to Example 3. 実施例3の光学系の望遠端での無限遠物体距離に対する合焦状態での縦収差図および横収差図。FIG. 10 is a longitudinal aberration diagram and a lateral aberration diagram in a focused state with respect to an infinite object distance at the telephoto end of the optical system of Example 3. 実施例3の光学系の望遠端での最至近物体距離に対する合焦状態での縦収差図および横収差図。FIG. 10 is a longitudinal aberration diagram and a lateral aberration diagram in a focused state with respect to the closest object distance at the telephoto end of the optical system of Example 3. 実施例3の光学系の望遠端での中間物体距離に対する合焦状態での縦収差図および横収差図。FIG. 7 is a longitudinal aberration diagram and a lateral aberration diagram in a focused state with respect to an intermediate object distance at the telephoto end of the optical system of Example 3. 各実施例の光学系が前提とする画像回復処理にて用いられる画像回復フィルタを説明する図。The figure explaining the image restoration filter used in the image restoration process which the optical system of each Example presupposes. 上記画像回復処理による点像の補正を説明する図。The figure explaining correction | amendment of the point image by the said image restoration process. 上記画像回復処理による振幅と位相の補正を説明する図。The figure explaining the correction | amendment of the amplitude and phase by the said image restoration process. 各実施例における画像回復処理を前提とした収差の発生のさせ方を示す横収差図。The lateral aberration figure which shows how to generate the aberration on the assumption of the image restoration process in each example. 各実施例の光学系を備えた撮像装置の構成を示すブロック図。FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of an imaging apparatus including an optical system according to each embodiment.

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

まず、具体的な実施例の説明に先立って、各実施例で用いる用語の定義と画像回復処理について説明する。
「入力画像」
入力画像は、撮像装置において撮影光学系により形成された被写体像を光電変換した撮像素子からの出力を用いて生成されたデジタル画像である。このデジタル画像は、レンズや光学フィルタ等の光学素子により構成された撮影光学系の収差の情報を含む光学伝達関数(OTF)に応じて劣化した画像である。撮像素子は、CMOSやCCD等の光電変換素子により構成される。撮影光学系は、曲率を有するミラー(反射面)を含んでもよい。また、撮影光学系は、撮像装置に対して着脱(交換)が可能であってもよい。撮像装置において、撮像素子および該撮像素子の出力を用いてデジタル画像(入力画像)を生成する信号処理回路により撮像系が構成される。
First, prior to description of specific embodiments, definitions of terms used in each embodiment and image restoration processing will be described.
"Input image"
The input image is a digital image generated by using an output from an imaging element obtained by photoelectrically converting a subject image formed by a photographing optical system in the imaging apparatus. This digital image is an image deteriorated in accordance with an optical transfer function (OTF) including aberration information of a photographing optical system constituted by an optical element such as a lens or an optical filter. The imaging element is configured by a photoelectric conversion element such as a CMOS or CCD. The photographing optical system may include a mirror (reflection surface) having a curvature. Further, the photographing optical system may be detachable (exchangeable) with respect to the imaging device. In the imaging apparatus, an imaging system is configured by an imaging device and a signal processing circuit that generates a digital image (input image) using an output of the imaging device.

入力画像の色成分は、例えばRGB色成分の情報を有している。色成分の扱いとしては、これ以外にもLCHで表現される明度、色相および彩度や、YCbCrで表現される輝度および色差信号等、一般に用いられている色空間を選択して用いることができる。その他の色空間としては、例えば、XYZ,Lab,Yuv,JChを用いることが可能であり、さらに色温度を用いることも可能である。   The color component of the input image has, for example, information on RGB color components. For handling color components, other commonly used color spaces such as brightness, hue and saturation expressed in LCH, and luminance and color difference signals expressed in YCbCr can be selected and used. . As other color spaces, for example, XYZ, Lab, Yuv, JCh can be used, and color temperature can also be used.

入力画像や回復画像(出力画像)には、入力画像を生成した撮像時における撮影光学系の焦点距離、絞り値、合焦した被写体距離(物体距離)等の状態である撮影状態(言い換えれば、撮影条件)を示す情報としての撮影状態情報を付帯することができる。また、入力画像を補正するための各種補正情報も付帯することができる。撮像装置から、これとは別に設けられた画像処理装置に入力画像を出力し、該画像処理装置にて画像回復処理を行う場合には、入力画像に撮影状態情報や補正情報を付帯することが好ましい。撮影状態情報や補正情報は、入力画像に付帯する以外に、撮像装置から画像処理装置に直接または間接的に通信により受け渡すこともできる。
「画像回復処理」
撮像装置による撮像によって生成された入力画像(劣化画像)をg(x,y)とし、元の劣化していない画像をf(x,y)とし、光学伝達関数(OTF)のフーリエペアである点像分布関数(PSF)をh(x,y)とする場合、以下の式が成り立つ。*はコンボリューション(畳み込み積分または積和)を示し、(x,y)は入力画像上の座標(位置)を示す。
g(x,y)=h(x,y)*f(x,y)
この式をフーリエ変換して周波数面での表示形式に変換すると、以下の式のように周波数ごとの積の形式になる。Hは点像分布関数(PSF)hをフーリエ変換したものであり、光学伝達関数(OTF)に相当する。G,Fはそれぞれ、g,fをフーリエ変換したものである。(u,v)は2次元周波数面での座標、すなわち周波数を示す。
G(u,v)=H(u,v)・F(u,v)
撮像により生成された劣化画像から元の画像を得るためには、以下のように、上記式の両辺をHで除算すればよい。
G(u,v)/H(u,v)=F(u,v)
F(u,v)、すなわちG(u,v)/H(u,v)を逆フーリエ変換して実面に戻すことで、元の画像f(x,y)である回復画像が得られる。
The input image or the recovered image (output image) includes a shooting state (in other words, a state of a focal length, an aperture value, a focused subject distance (object distance), etc., at the time of shooting that generated the input image. Shooting state information as information indicating (shooting conditions) can be attached. Various correction information for correcting the input image can also be attached. When an input image is output from an imaging device to an image processing device provided separately and image restoration processing is performed by the image processing device, shooting state information and correction information may be attached to the input image. preferable. In addition to being attached to the input image, the shooting state information and the correction information can be directly or indirectly transferred from the imaging apparatus to the image processing apparatus by communication.
"Image recovery processing"
An input image (degraded image) generated by imaging by an imaging device is g (x, y), an original undegraded image is f (x, y), and is a Fourier pair of an optical transfer function (OTF). When the point spread function (PSF) is h (x, y), the following equation is established. * Indicates convolution (convolution integration or sum of products), and (x, y) indicates coordinates (position) on the input image.
g (x, y) = h (x, y) * f (x, y)
When this equation is Fourier transformed into a display format on the frequency plane, it becomes a product format for each frequency as shown in the following equation. H is a Fourier transform of the point spread function (PSF) h and corresponds to the optical transfer function (OTF). G and F are Fourier transforms of g and f, respectively. (U, v) indicates the coordinates on the two-dimensional frequency plane, that is, the frequency.
G (u, v) = H (u, v) · F (u, v)
In order to obtain the original image from the deteriorated image generated by imaging, both sides of the above equation may be divided by H as follows.
G (u, v) / H (u, v) = F (u, v)
F (u, v), that is, G (u, v) / H (u, v) is subjected to inverse Fourier transform to return to the actual surface, whereby a restored image that is the original image f (x, y) is obtained. .

ここで、H−1を逆フーリエ変換したものをRとすると、以下の式のように実面での画像に対するコンボリューション処理を行うことで、同様に元の画像f(x,y)である回復画像を得ることができる。
g(x,y)*R(x,y)=f(x,y)
このR(x,y)が画像回復フィルタである。入力画像が2次元であるとき、一般に画像回復フィルタも該2次元画像の各画素に対応したタップ(セル)を有する2次元フィルタとなる。また、一般に画像回復フィルタのタップ数(セル数)が多いほど画像回復精度が向上するため、出力画像としての要求画質、画像処理装置としての画像処理能力、撮影光学系の収差の特性等に応じて実現可能なタップ数を設定する。
Here, when R is a result of inverse Fourier transform of H −1 , the original image f (x, y) is similarly obtained by performing convolution processing on the actual image as in the following equation. A recovered image can be obtained.
g (x, y) * R (x, y) = f (x, y)
This R (x, y) is an image restoration filter. When the input image is two-dimensional, generally the image restoration filter is also a two-dimensional filter having taps (cells) corresponding to the respective pixels of the two-dimensional image. In general, as the number of taps (cells) of the image restoration filter increases, the image restoration accuracy improves. Therefore, depending on the required image quality as an output image, image processing capability as an image processing device, aberration characteristics of the photographing optical system, etc. Set the number of taps that can be realized.

画像回復フィルタは、少なくとも収差の特性を反映している必要があるため、従来の水平垂直各3タップ程度のエッジ強調フィルタ(ハイパスフィルタ)等とは全く異なる。また、画像回復フィルタは、撮影光学系の収差の情報を含む光学伝達関数(OTF)に基づいて生成されるため、劣化画像(入力画像)における振幅成分と位相成分の劣化をともに高精度に補正することができる。   Since the image restoration filter needs to reflect at least aberration characteristics, the image restoration filter is completely different from a conventional edge enhancement filter (high-pass filter) of about 3 taps each in horizontal and vertical directions. In addition, the image restoration filter is generated based on the optical transfer function (OTF) including aberration information of the photographing optical system, so that both the amplitude component and the phase component in the deteriorated image (input image) are accurately corrected. can do.

また、実際の入力画像にはノイズ成分が含まれる。このため、上記のように光学伝達関数(OTF)の完全な逆数をとって作成した画像回復フィルタを用いると、劣化画像が回復されるだけでなくノイズ成分が大幅に増幅されてしまう。これは、入力画像の振幅成分にノイズの振幅が付加されている状態に対して撮影光学系のMTF(振幅成分)を全周波数にわたって1に戻すようにMTFを持ち上げるためである。撮影光学系による振幅劣化であるMTFは1に戻るが、同時にノイズ成分のパワースペクトルも持ち上がってしまい、結果的にMTFを持ち上げる度合い、すなわち回復ゲインに応じてノイズが増幅されてしまう。   In addition, the actual input image includes a noise component. For this reason, when an image restoration filter created by taking the perfect reciprocal of the optical transfer function (OTF) as described above is used, not only the degraded image is restored, but also the noise component is greatly amplified. This is because the MTF is raised so that the MTF (amplitude component) of the imaging optical system is returned to 1 over the entire frequency when the amplitude of noise is added to the amplitude component of the input image. MTF, which is amplitude degradation due to the photographing optical system, returns to 1, but the power spectrum of the noise component also rises at the same time. As a result, noise is amplified according to the degree to which the MTF is raised, that is, the recovery gain.

したがって、ノイズがある場合には鑑賞用画像としては良好な画像は得られない。これを式で示すと以下のように表せる。Nはノイズ成分を表している。
G(u,v)=H(u,v)・F(u,v)+N(u,v)
G(u,v)/H(u,v)=F(u,v)+N(u,v)/H(u,v)
この点については、例えば、式(1)に示すウィナーフィルタのように画像信号とノイズ信号の強度比(SNR)に応じて回復度合いを制御する方法が知られている。
Therefore, when there is noise, a good image cannot be obtained as a viewing image. This can be expressed as follows: N represents a noise component.
G (u, v) = H (u, v) .F (u, v) + N (u, v)
G (u, v) / H (u, v) = F (u, v) + N (u, v) / H (u, v)
With respect to this point, for example, a method of controlling the degree of recovery according to the intensity ratio (SNR) of the image signal and the noise signal as in the Wiener filter shown in Expression (1) is known.

M(u,v)はウィナーフィルタの周波数特性を示し、|H(u,v)|は光学伝達関数(OTF)の絶対値(MTF)を示す。この方法は、周波数ごとに、MTFが小さいほど回復ゲインを抑制し、MTFが大きいほど回復ゲインを強くするものである。一般に、撮影光学系のMTFは、低周波数側が高く、高周波数側が低くなるため、実質的に画像信号の高周波数側の回復ゲインを抑制する方法となる。   M (u, v) represents the frequency characteristic of the Wiener filter, and | H (u, v) | represents the absolute value (MTF) of the optical transfer function (OTF). In this method, for each frequency, the recovery gain is suppressed as the MTF is small, and the recovery gain is increased as the MTF is large. In general, since the MTF of the photographing optical system is high on the low frequency side and low on the high frequency side, this is a method of substantially suppressing the recovery gain on the high frequency side of the image signal.

画像回復フィルタを、図16を用いて説明する。画像回復フィルタは、撮影光学系の収差特性や要求される画像回復精度に応じてタップ数が決められる。   The image restoration filter will be described with reference to FIG. The number of taps of the image restoration filter is determined according to the aberration characteristics of the photographing optical system and the required image restoration accuracy.

図16(A)では、例として、11×11タップの2次元画像回復フィルタを示している。図16(A)では、各タップ内の値(係数値)を省略しているが、この画像回復フィルタの1つの断面を図16(B)に示す。図16(B)に示す画像回復フィルタの各タップ内の値は、上述した撮影光学系の様々な収差の情報に基づいて設定される。この画像回復フィルタのタップ値の分布が、収差によって空間的に広がった信号値(PSF)を、理想的には元の1点に戻す役割を果たす。   In FIG. 16A, an 11 × 11 tap two-dimensional image restoration filter is shown as an example. In FIG. 16A, values (coefficient values) in each tap are omitted, but one cross section of this image restoration filter is shown in FIG. A value in each tap of the image restoration filter shown in FIG. 16B is set based on information on various aberrations of the photographing optical system described above. The distribution of the tap values of the image restoration filter serves to return the signal value (PSF) spatially spread by the aberration to an original one point ideally.

画像回復処理では、画像回復フィルタの各タップの値が、入力画像における各タップに対応する各画素に対してコンボリューション(畳み込み積分や積和ともいう)される。コンボリューションの処理では、ある画素の信号値を改善するために、その画素を画像回復フィルタの中心と一致させる。そして、入力画像と画像回復フィルタの対応画素ごとに入力画像の信号値と画像回復フィルタのタップの値(係数値)との積をとり、その総和を中心画素の信号値として置き換える。   In the image restoration process, the value of each tap of the image restoration filter is convolved (also referred to as convolution integration or product sum) with respect to each pixel corresponding to each tap in the input image. In the convolution process, in order to improve the signal value of a certain pixel, the pixel is matched with the center of the image restoration filter. Then, the product of the signal value of the input image and the tap value (coefficient value) of the image restoration filter is taken for each corresponding pixel of the input image and the image restoration filter, and the sum is replaced with the signal value of the central pixel.

画像回復処理の実空間と周波数空間での特性を図17および図18を用いて説明する。図17における(a)は画像回復前のPSFを示し、(b)は画像回復後のPSFを示している。また、図18の(M)における(a)は画像回復前のMTFを示し、(M)における(b)は画像回復後のMTFを示している。さらに、図18の(P)における(a)は画像回復前のPTFを示し、(P)における(b)は画像回復後のPTFを示している。画像回復前のPSFは非対称な広がりを持っており、この非対称性によりPTFは周波数に対して非直線的な値を持つ。画像回復処理は、MTFを増幅し、PTFを零に補正するため画像回復後のPSFは対称で、かつ鮮鋭になる。   The characteristics of the image restoration processing in the real space and the frequency space will be described with reference to FIGS. 17 and 18. In FIG. 17, (a) shows the PSF before image restoration, and (b) shows the PSF after image restoration. Further, (a) in (M) of FIG. 18 shows the MTF before image restoration, and (b) in (M) shows the MTF after image restoration. Further, (a) in FIG. 18 (P) shows the PTF before image restoration, and (b) in (P) shows the PTF after image restoration. The PSF before image restoration has an asymmetric spread, and due to this asymmetry, the PTF has a non-linear value with respect to the frequency. Since the image restoration process amplifies the MTF and corrects the PTF to zero, the PSF after the image restoration is symmetrical and sharp.

画像回復フィルタは、撮影光学系の光学伝達関数(OTF)の逆関数に基づいて設計した関数を逆フーリエ変換して作成することができる。例えば、ウィナーフィルタを用いる場合、式(1)を逆フーリエ変換することで、実際に入力画像に畳み込む実空間の画像回復フィルタを作成することができる。   The image restoration filter can be created by inverse Fourier transform of a function designed based on the inverse function of the optical transfer function (OTF) of the photographing optical system. For example, when a Wiener filter is used, a real space image restoration filter that is actually convolved with the input image can be created by performing inverse Fourier transform on Equation (1).

また、光学伝達関数(OTF)は、同じ撮影条件であっても撮影光学系の像高(画像上での位置)に応じて変化するので、画像回復フィルタは像高に応じて変更して使用される。   Also, since the optical transfer function (OTF) changes according to the image height (position on the image) of the imaging optical system even under the same imaging conditions, the image restoration filter is changed and used according to the image height. Is done.

以下、上述した画像回復処理による補正に適した画像の劣化を生じさせる収差が与えられることで物体距離全域での高画質化や小型化が達成された、焦点調節が可能な光学系(撮影光学系)の具体例を、実施例1〜3(数値例1〜3)として説明する。   In the following, an optical system capable of adjusting the focus (photographing optics), which has been provided with high image quality and miniaturization over the entire object distance by giving aberration that causes image degradation suitable for correction by the above-described image restoration processing. Specific examples of the system will be described as Examples 1 to 3 (Numerical Examples 1 to 3).

図1、図6、図11および図11には、実施例1〜3の光学系の広角端での断面を示している。図中の各群(L1〜L6,SP)の下に記載された矢印は、広角端から望遠端までの各群の動きを示している。なお、実施例1〜3の光学系はいずれも、変倍が可能なズームレンズであるが、変倍ができなくても、フォーカスレンズ群を移動させて合焦面と撮像面(センサー面)とを一致させることが可能な単焦点光学系であれば、本発明の他の実施例となる。   1, 6, 11, and 11 show cross sections at the wide-angle end of the optical systems of Examples 1 to 3. FIG. The arrows described below each group (L1 to L6, SP) in the figure indicate the movement of each group from the wide-angle end to the telephoto end. All of the optical systems of Examples 1 to 3 are zoom lenses capable of zooming. However, even if zooming is not possible, the focus lens group is moved to bring the focusing surface and the imaging surface (sensor surface). Any other embodiment of the present invention can be used as long as it is a single-focus optical system that can be matched with each other.

図2(A),(B)にはそれぞれ、実施例1の光学系の広角端および中間焦点距離での無限遠物体距離(無限遠端)に対する合焦状態での縦収差図を示している。また、図3(A),(B)にはそれぞれ、実施例1の光学系の望遠端での無限遠物体距離に対する合焦状態での縦収差図および横収差図を示している。縦収差図には、球面収差、非点収差、歪曲および倍率色収差を示している。また、横収差図には、画面中心での横収差と、8割像高(これについては後述する)での横収差を示している。また、図4(A),(B)にはそれぞれ、実施例1の光学系の望遠端での最至近物体距離(至近端)に対する合焦状態での縦収差図および横収差図を示している。さらに、図5(A),(B)にはそれぞれ、実施例1の光学系の望遠端での中間物体距離に対する合焦状態での縦収差図および横収差図を示している。   FIGS. 2A and 2B are longitudinal aberration diagrams in a focused state with respect to the infinity object distance (infinity end) at the wide-angle end and the intermediate focal length of the optical system of Example 1, respectively. . FIGS. 3A and 3B show longitudinal aberration diagrams and lateral aberration diagrams in a focused state with respect to an infinite object distance at the telephoto end of the optical system of Example 1, respectively. The longitudinal aberration diagram shows spherical aberration, astigmatism, distortion and lateral chromatic aberration. The lateral aberration diagram shows the lateral aberration at the center of the screen and the lateral aberration at 80% image height (which will be described later). FIGS. 4A and 4B are longitudinal aberration diagrams and lateral aberration diagrams in a focused state with respect to the closest object distance (closest end) at the telephoto end of the optical system of Example 1, respectively. ing. Further, FIGS. 5A and 5B show a longitudinal aberration diagram and a lateral aberration diagram in a focused state with respect to the intermediate object distance at the telephoto end of the optical system of Example 1, respectively.

図7(A),(B)にはそれぞれ、実施例2の光学系の広角端および望遠端での無限遠物体距離に対する合焦状態での縦収差図を示している。また、図8(A),(B)にはそれぞれ、実施例2の光学系の中間焦点距離での無限遠物体距離に対する合焦状態での縦収差図および横収差図を示している。また、図9(A),(B)にはそれぞれ、実施例2の光学系の中間焦点距離での最至近物体距離に対する合焦状態での縦収差図および横収差図を示している。さらに、図10(A),(B)にはそれぞれ、実施例2の光学系の中間焦点距離での中間物体距離に対する合焦状態での縦収差図および横収差図を示している。   FIGS. 7A and 7B are longitudinal aberration diagrams in a focused state with respect to an infinite object distance at the wide-angle end and the telephoto end of the optical system of Example 2, respectively. FIGS. 8A and 8B show a longitudinal aberration diagram and a lateral aberration diagram in a focused state with respect to an object distance at infinity at the intermediate focal length of the optical system of Example 2, respectively. FIGS. 9A and 9B show a longitudinal aberration diagram and a lateral aberration diagram in a focused state with respect to the closest object distance at the intermediate focal length of the optical system of Example 2, respectively. Further, FIGS. 10A and 10B show a longitudinal aberration diagram and a lateral aberration diagram in a focused state with respect to the intermediate object distance at the intermediate focal length of the optical system of Example 2, respectively.

図12(A),(B)にはそれぞれ、実施例3の光学系の広角端および中間焦点距離での無限遠物体距離に対する合焦状態での縦収差図を示している。また、図13(A),(B)にはそれぞれ、実施例3の光学系の望遠端での無限遠物体距離に対する合焦状態での縦収差図および横収差図を示している。また、図14(A),(B)にはそれぞれ、実施例3の光学系の望遠端での最至近物体距離に対する合焦状態での縦収差図および横収差図を示している。さらに、図15(A),(B)にはそれぞれ、実施例3の光学系の望遠端での中間物体距離に対する合焦状態での縦収差図および横収差図を示している。   FIGS. 12A and 12B are longitudinal aberration diagrams in a focused state with respect to an infinite object distance at the wide-angle end and the intermediate focal length of the optical system of Example 3, respectively. FIGS. 13A and 13B show a longitudinal aberration diagram and a lateral aberration diagram in a focused state with respect to an infinite object distance at the telephoto end of the optical system of Example 3, respectively. FIGS. 14A and 14B show a longitudinal aberration diagram and a lateral aberration diagram in a focused state with respect to the closest object distance at the telephoto end of the optical system of Example 3, respectively. Further, FIGS. 15A and 15B show a longitudinal aberration diagram and a lateral aberration diagram in a focused state with respect to the intermediate object distance at the telephoto end of the optical system of Example 3, respectively.

各ズームレンズの断面図において、L1〜L6はそれぞれ、第1〜6レンズ群を示している。また、GBは、光学フィルタや色分解プリズム等のガラスブロックを示し、SPは開口絞りを示す。また、IPは像面を示す。   In the cross-sectional views of the zoom lenses, L1 to L6 indicate first to sixth lens groups, respectively. GB indicates a glass block such as an optical filter or a color separation prism, and SP indicates an aperture stop. IP indicates an image plane.

各収差図において、d,gはそれぞれ、d線およびg線の収差を示す。また、ΔM,ΔSはそれぞれ、メリジオナル像面およびサジタル像面での収差を示す。さらに、横収差図において、Sはサジタル光線の収差を、Mはメリジオナル光線の収差を示している。倍率色収差はg線により示している。   In each aberration diagram, d and g indicate aberrations of d-line and g-line, respectively. ΔM and ΔS indicate aberrations on the meridional image surface and the sagittal image surface, respectively. Further, in the lateral aberration diagram, S indicates the sagittal ray aberration, and M indicates the meridional ray aberration. The lateral chromatic aberration is indicated by the g-line.

各実施例の光学系(撮影光学系としてのレンズ)は、その光学系により形成された物体像を撮像素子により撮像することで生成された画像に対して、該光学系の収差に応じたフィルタ値を有する画像回復フィルタを用いて画像回復処理が行われることを前提とする。この場合に、各実施例の光学系は、以下の条件(1),(2)の双方を満足する。なお、条件(1),(2)において、光学系の最大像高の8割の像高、言い換えれば撮像素子(画面)の中心から周辺部に向かって、該撮像素子のサイズであるセンサーサイズの8割に相当する像高を、8割像高とする。また、該光学系を通過するメリジオナル光線のうち有効光束径の7割の位置を通る上線および下線をそれぞれ、7割上線および7割下線とする。
1<|Δyum+Δylm|/|Δyui+Δyli|<12 (1)
2<|(Δyum+Δylm)|/2p<6 (2)
ただし、
Δyumは、中間物体距離に対する合焦状態において、8割像高に到達する7割上線のうちd線の横収差量であり、
Δylmは、中間物体距離に対する合焦状態において、8割像高に到達する7割下線のうちd線の横収差量であり、
Δyuiは、無限遠物体距離に対する合焦状態において、8割像高に到達する7割上線のうちd線の横収差量であり、
Δyliは、無限遠物体距離に対する合焦状態において、8割像高に到達する7割下線のうちd線の横収差量であり、
Pは撮像素子の画素ピッチである。
The optical system (lens as a photographing optical system) of each embodiment is a filter corresponding to the aberration of the optical system with respect to an image generated by imaging an object image formed by the optical system with an imaging device. It is assumed that image restoration processing is performed using an image restoration filter having a value. In this case, the optical system of each example satisfies both the following conditions (1) and (2). In the conditions (1) and (2), the image height is 80% of the maximum image height of the optical system, in other words, the sensor size that is the size of the image sensor from the center of the image sensor (screen) toward the periphery. The image height corresponding to 80% of the image is 80% image height. In addition, an upper line and an underline passing through 70% of the effective light beam diameter of the meridional ray passing through the optical system are defined as a 70% upper line and a 70% underline, respectively.
1 <| Δyum + Δylm | / | Δyui + Δyli | <12 (1)
2 <| (Δyum + Δylm) | / 2p <6 (2)
However,
Δyum is the amount of lateral aberration of the d-line in the 70% upper line that reaches 80% image height in the focused state with respect to the intermediate object distance.
Δylm is the amount of lateral aberration of the d-line among the 70% underline that reaches 80% image height in the focused state with respect to the intermediate object distance.
Δyui is the amount of lateral aberration of the d-line among the 70% upper line that reaches 80% image height in the focused state with respect to the object distance at infinity,
Δyli is the lateral aberration amount of the d-line among the 70% underline that reaches 80% image height in the focused state with respect to the object distance at infinity,
P is the pixel pitch of the image sensor.

また、上記中間物体距離は、
(光学系全体の焦点距離/撮像素子の対角長)×520
である。撮像素子の対角長とは、より厳密に言えば、撮像素子の有効撮像領域の対角長の意味である。
The intermediate object distance is
(Focal distance of the entire optical system / diagonal length of the image sensor) × 520
It is. Strictly speaking, the diagonal length of the imaging element means the diagonal length of the effective imaging area of the imaging element.

条件(1),(2)は、画像回復を行うことを前提としつつ、物体距離全域(無限遠物体距離〜最至近物体距離)において高画質が得るとともに、小型の光学系を実現するための条件である。   Conditions (1) and (2) are based on the premise that image restoration is performed, and high image quality is obtained in the entire object distance (infinite object distance to nearest object distance), and a small optical system is realized. It is a condition.

物体距離が変化すると、合焦面が撮像素子の位置(以下、センサー位置ともいう)からずれるために、フォーカスレンズ群を移動させて合焦面とセンサー位置とを一致させるのが一般的である。しかし、フォーカスレンズ群を移動させると、該フォーカスレンズ群と他のレンズ群との相対関係が変化するために、物体距離が変化したときの収差変動が大きくなる。特に像面湾曲の変動が大きくなる。また、無限遠物体距離に対する合焦位置から至近端に対する合焦位置までフォーカスレンズ群が移動する間に、球面収差と像面湾曲とがずれるために、軸上と軸外での焦点面がずれ、この結果、センサー位置での画質が劣化する。   When the object distance changes, the focal plane deviates from the position of the image sensor (hereinafter also referred to as the sensor position), so it is common to move the focus lens group so that the focal plane coincides with the sensor position. . However, when the focus lens group is moved, the relative relationship between the focus lens group and the other lens groups changes, so that the aberration variation when the object distance changes increases. In particular, the variation in field curvature increases. In addition, since the spherical aberration and the field curvature shift while the focus lens group moves from the in-focus position for the object distance to the in-focus position for the closest object, the focal planes on and off the axis are different. As a result, the image quality at the sensor position deteriorates.

このような物体距離の変化時の像面湾曲の変動は、ある物体距離での像面湾曲を光学的に補正すると、他の物体距離での像面湾曲が悪化する関係となっている。このため、従来の画像回復を行うことを前提としない光学系では、物体距離の全域での光学性能を良好にするために、物体距離の変化に伴う像面湾曲の変動を残存させて、物体距離の全域でバランスをとる設計が行われている。   The variation in curvature of field at the time of changing the object distance has a relationship that when the curvature of field at an object distance is optically corrected, the curvature of field at other object distances deteriorates. For this reason, in an optical system that does not assume the conventional image restoration, in order to improve the optical performance over the entire object distance, the variation in the field curvature accompanying the change in the object distance remains, and the object There is a design that balances the entire distance.

このような像面変動が残存する光学系においては、コマ収差を意図的に発生させることで、物体距離の変化に伴う像面湾曲を補正することができる。図19(A)は、無限遠物体距離に対する合焦状態から至近端に対する合焦状態までにおける代表的な横収差図を示す。この図における画面中心の横収差では、球面収差が一般的な光学系と比較して小さいために、軸上においてMTFがピークとなる像面(以下、MTFピーク像面という)が合焦面とほぼ一致する。   In an optical system in which such image plane fluctuations remain, it is possible to correct curvature of field associated with a change in object distance by intentionally generating coma. FIG. 19A shows a representative lateral aberration diagram from the in-focus state for the object distance at infinity to the in-focus state for the closest end. In the lateral aberration at the center of the screen in this figure, since the spherical aberration is smaller than that of a general optical system, the image plane on which the MTF peaks on the axis (hereinafter referred to as the MTF peak image plane) is the focal plane. Almost matches.

これに対して、8割像高では、メリジオナル像面がオーバーとなり、軸外のMTFピーク像面が軸上のMTFピーク像面に対してずれる。特に、メリジオナル光線の下線がマイナス方向に発生するためである。このため、図19(B)に示すように、メリジオナル光線の上線をマイナス方向に発生させることで、メリジオナル像面全体のオーバー傾向を改善することが可能となる。   On the other hand, at 80% image height, the meridional image plane is over, and the off-axis MTF peak image plane is shifted from the on-axis MTF peak image plane. This is because the underline of the meridional ray is generated in the minus direction. For this reason, as shown in FIG. 19 (B), it is possible to improve the over tendency of the entire meridional image plane by generating an upward line of the meridional ray in the minus direction.

そして、像面湾曲の変動の改善に伴ってコマ収差が劣化し、解像度も劣化するが、解像度の劣化を画像回復によって補正することで、像面湾曲の変動を改善しつつ良好な画質を達成することができる。   And coma aberration deteriorates and resolution deteriorates along with improvement in field curvature fluctuation, but by correcting resolution degradation by image recovery, good image quality is achieved while improving field curvature fluctuation. can do.

以上のように、コマ収差を発生させることによる画像の劣化を画像回復にて補正することにより、物体距離の変化時の像面湾曲を補正した光学系を達成することができる。   As described above, it is possible to achieve an optical system in which the curvature of field at the time of change in the object distance is corrected by correcting image degradation caused by coma aberration by image restoration.

条件(1)は、中間物体距離に対する合焦状態と無限遠物体距離に対する合焦状態とで発生させるコマ収差量の割合を制限する。条件(1)の値がその上限を超えると、中間物体距離に対する合焦状態にてコマ収差が発生しすぎて画像の劣化が顕著となる。また、条件(1)の値がその下限を下回ると、中間物体距離に対する合焦状態でのコマ収差が小さく、物体距離の変化に伴う像面湾曲の変動を補正することが困難になるため、好ましくない。   Condition (1) limits the ratio of the amount of coma aberration generated between the in-focus state for the intermediate object distance and the in-focus state for the object distance at infinity. When the value of the condition (1) exceeds the upper limit, coma is excessively generated in a focused state with respect to the intermediate object distance, and the image is significantly deteriorated. Further, if the value of the condition (1) is less than the lower limit, the coma aberration in the focused state with respect to the intermediate object distance is small, and it becomes difficult to correct the variation in field curvature due to the change in the object distance. It is not preferable.

条件(1)の範囲を以下のようにすることがより望ましい。
1 <|Δyum+Δylm|/|Δyui+Δyli|< 10 (1)′
条件(2)は、光学系の画質に関する条件である。条件(2)の値がその下限を下回ると、コマ収差量が小さく、物体距離の変化に伴う像面湾曲の変動を補正することが困難になるため、好ましくない。一方、条件(2)の値がその上限を超えると、発生するコマ収差が大きすぎ、画像回復処理前の画像の劣化が著しい。したがって、画像回復処理を行っても良好な回復画像を得ることができないか、画像回復を極端に強くした結果、ノイズが強調された画像が得られてしまう。
条件(2)の範囲を以下のようにすることがより望ましい。
2<|(Δyum+Δylm)|/2p<5 (2)′
前述したように、本実施例では、中間物体距離を、
(光学系全体の焦点距離/撮像素子の対角長)×520
とする。物体距離がこの中間物体距離を超えると、例えば、実施例3にて用いられる撮像素子の対角長に対して光学系全体の焦点距離が大きくなる。このとき、中間物体距離が大きくなり、無限遠物体距離に近くなってしまう。このため、物体距離の変化に伴う像面湾曲の変動を低減することが困難になる。また、この中間物体距離を下回ると、実施例1,2にて用いられる撮像素子の対角長に対して光学系全体の焦点距離が小さくなる。このとき、中間物体距離が小さくなり、最近端距離に近くなってしまう。このため、物体距離の変化に伴う像面湾曲の変動を低減することが困難になる。
It is more desirable to set the range of the condition (1) as follows.
1 <| Δyum + Δylm | / | Δyui + Δyli | <10 (1) ′
Condition (2) is a condition regarding the image quality of the optical system. If the value of condition (2) is less than the lower limit, the amount of coma is small, and it is difficult to correct fluctuations in field curvature accompanying changes in object distance, which is not preferable. On the other hand, when the value of the condition (2) exceeds the upper limit, the coma generated is too large, and the image before the image restoration process is significantly deteriorated. Therefore, even if the image restoration process is performed, a good restored image cannot be obtained, or as a result of extremely strengthening the image restoration, an image with enhanced noise is obtained.
It is more desirable to set the range of the condition (2) as follows.
2 <| (Δyum + Δylm) | / 2p <5 (2) ′
As described above, in this embodiment, the intermediate object distance is
(Focal distance of the entire optical system / diagonal length of the image sensor) × 520
And When the object distance exceeds the intermediate object distance, for example, the focal length of the entire optical system becomes larger than the diagonal length of the image sensor used in the third embodiment. At this time, the intermediate object distance increases and becomes close to an infinite object distance. For this reason, it becomes difficult to reduce the fluctuation of the field curvature accompanying the change in the object distance. If the intermediate object distance is less than this, the focal length of the entire optical system becomes small with respect to the diagonal length of the image sensor used in the first and second embodiments. At this time, the intermediate object distance becomes small and close to the nearest edge distance. For this reason, it becomes difficult to reduce the fluctuation of the field curvature accompanying the change in the object distance.

従来の光学系は、各実施例の光学系のように画像回復に適したコマ収差の発生のさせ方まで考慮した設計はなされていない。つまり、従来のズームレンズは、画像回復を行うことを前提としておらず、仮に物体距離の中間領域の一部で条件(1),(2)のいずれかを満足していたとしても、それは単に光学性能が補正できていない光学系である。   The conventional optical system is not designed in consideration of how to generate coma aberration suitable for image restoration unlike the optical systems of the embodiments. In other words, the conventional zoom lens is not premised on performing image restoration, and even if the condition (1) or (2) is satisfied in a part of the intermediate region of the object distance, This is an optical system whose optical performance cannot be corrected.

また、実施例1〜3の光学系はいずれも、物体側から順に、正の屈折力を有する第1レンズ群L1と、負の屈折力を有する第2レンズ群L2とを含む。   Each of the optical systems of Examples 1 to 3 includes, in order from the object side, a first lens unit L1 having a positive refractive power and a second lens unit L2 having a negative refractive power.

図20には、上記各実施例の光学系を撮影光学系11として用いて撮像を行う撮像装置10を示している。12は撮像素子であり、各ズームレンズの断面図に示した像面IPの位置に配置される。13は画像処理部であり、撮像素子12からの出力に対して各種画像処理を行うことで画像(入力画像)を生成し、さらに該画像に対して画像回復処理を行う。14は表示・記録部であり、画像処理部13にて画像回復処理を受けた画像(回復画像)をモニタに表示したり、半導体メモリ等の記録媒体に記録したりする。   FIG. 20 illustrates an imaging apparatus 10 that performs imaging using the optical system of each of the above-described embodiments as the imaging optical system 11. Reference numeral 12 denotes an image sensor, which is disposed at the position of the image plane IP shown in the sectional view of each zoom lens. An image processing unit 13 generates an image (input image) by performing various types of image processing on the output from the image sensor 12, and further performs image restoration processing on the image. Reference numeral 14 denotes a display / recording unit, which displays an image (recovered image) that has undergone image restoration processing by the image processing unit 13 on a monitor or records it on a recording medium such as a semiconductor memory.

以下、各実施例の具体的な数値例について説明する。   Hereinafter, specific numerical examples of each embodiment will be described.

図1に示す実施例1(数値例1)の光学系は、物体側から順に、正の第1レンズ群L1、負の第2レンズ群L2、正の第3レンズ群L3、負の第4レンズ群L4、正の第5レンズ群L5、負の第6レンズ群L6およびガラスブロックGBにより構成されている。第3レンズ群L3における最も像側に開口絞りSPが配置されている。実施例1において、最大像高は21.635mmである。像面IPには、フルサイズ(24mm×36mm)の撮像素子が配置される。この撮像素子の画素ピッチは、6.4μmである。   The optical system of Example 1 (Numerical Example 1) illustrated in FIG. 1 includes, in order from the object side, a positive first lens unit L1, a negative second lens unit L2, a positive third lens unit L3, and a negative fourth lens unit. The lens unit L4 includes a positive fifth lens unit L5, a negative sixth lens unit L6, and a glass block GB. An aperture stop SP is disposed closest to the image side in the third lens unit L3. In Example 1, the maximum image height is 21.635 mm. A full-size (24 mm × 36 mm) image sensor is arranged on the image plane IP. The pixel pitch of this image sensor is 6.4 μm.

図2(A),(B)に示す広角端および中間焦点距離での無限遠物体距離に対する合焦状態の縦収差図から分かるように、収差は良好に補正されている。また、図3(B)、図4(B)および図5(B)に示す望遠端での無限遠端、至近端および中間物体距離に対する合焦状態での横収差図から分かるように、コマ収差を出すことで、望遠端での物体距離全域における像面湾曲の変動を少なくしている。   As can be seen from the longitudinal aberration diagrams in the in-focus state with respect to the object distance at infinity at the wide-angle end and the intermediate focal length shown in FIGS. 2A and 2B, the aberration is well corrected. Further, as can be seen from the lateral aberration diagrams in the focused state at the infinity end, the close end, and the intermediate object distance at the telephoto end shown in FIGS. 3 (B), 4 (B) and 5 (B), By producing coma aberration, the variation in field curvature over the entire object distance at the telephoto end is reduced.

以下に実施例1の諸数値を示す。ri(i=1,2,3,…)は物体側から数えてi番目のレンズ面の曲率半径を示し、diはi番目のレンズ厚または空気間隔を示す。また、ndiとνdiはi番目のレンズの材料のd線に対する屈折率とアッベ数を示す。また、レンズ面が非球面形状を有する場合の該非球面形状は、レンズ面の中心部の曲率半径をRとし、光軸方向の位置(座標)をXとし、光軸に直交する方向での位置(座標)をYとし、非球面係数をAi(i=1,2,3…)として、
X=(Y/R)/[1+{1―(K+1)(Y/R)1/2
+A4Y+A6Y+A8Y+A10Y10+・・・
なる式で表されるものとする。e±Mは、×10±Mを意味する。また、表1には、実施例1と上述した条件との関係を示す。
(数値例1)
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 95.784 6.02 1.48749 70.2 56.00
2 737.461 0.18 55.50
3 102.717 2.10 1.61340 44.3 53.80
4 45.455 9.10 1.49700 81.5 50.97
5 2528.799 (可変) 50.29
6 -165.094 1.20 1.83481 42.7 25.20
7 55.232 3.29 24.32
8 -45.986 1.20 1.63854 55.4 24.28
9 53.394 2.97 1.84666 23.8 24.72
10 -414.048 (可変) 25.00
11 344.048 4.25 1.49700 81.5 25.60
12 -42.005 0.15 25.76
13 66.804 4.35 1.58913 61.1 25.41
14 -42.512 1.20 1.85026 32.3 25.09
15 -264.354 1.00 24.86
16(絞り) ∞ (可変) 24.61
17 -48.251 1.20 1.70154 41.2 23.00
18 40.610 3.94 1.80518 25.4 23.66
19 -169.835 (可変) 23.80
20 -249.784 2.80 1.69680 55.5 25.20
21 -83.232 0.15 25.57
22 181.284 5.19 1.60311 60.6 25.75
23 -30.728 1.25 1.84666 23.8 25.66
24 -127.921 0.15 25.87
25 99.327 2.35 1.77250 49.6 25.86
26 -130.324 (可変) 25.60
27 74.930 1.20 1.88300 40.8 25.03
28 29.783 3.57 24.31
29 -112.308 2.85 1.80518 25.4 24.44
30 -31.068 4.56 24.80
31 -26.035 1.25 1.88300 40.8 24.41
32 ∞ 2.75 25.82
33 56.384 3.69 1.69895 30.1 29.16
34 967.801 (可変) 29.56
35 ∞ 1.13 1.51633 64.2 50.00
36 ∞ 0.20 50.00
37 ∞ 0.40 1.51633 64.2 50.00
38 ∞ (可変) 50.00
像面∞

各種データ
ズーム比 4.02
広角中間望遠
焦点距離 72.19 135.01 290.31
Fナンバー 4.28 4.75 5.94
画角 16.68 9.10 4.26
像高 21.64 21.64 21.64
レンズ全長 185.42 214.97 239.40
BF 0.41 0.41 0.41

d 5 3.28 32.82 57.26
d10 25.74 13.79 1.08
d16 5.86 23.88 44.40
d19 18.36 12.28 4.46
d26 13.57 11.99 0.99
d34 42.58 44.16 55.16
d38 0.41 0.41 0.41

入射瞳位置 46.11 111.44 201.54
射出瞳位置 -91.42 -101.46 -118.76
前側主点位置 61.54 67.51 -215.38
後側主点位置 -71.79 -134.60 -289.90

レンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
L1 1 130.99 17.40 0.81 -10.78
L2 6 -35.13 8.66 1.17 -5.10
L3 11 52.01 10.95 2.38 -5.00
L4 17 -141.89 5.14 -2.20 -5.16
L5 20 47.86 11.89 5.02 -2.27
L6 27 -51.14 19.87 3.63 -12.05
GB 35 ∞ 1.73 0.60 -0.60

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 225.12
2 3 -134.81
3 4 93.02
4 6 -49.45
5 8 -38.51
6 9 56.02
7 11 75.60
8 13 44.76
9 14 -59.73
10 17 -31.26
11 18 41.05
12 20 177.91
13 22 43.97
14 23 -48.05
15 25 73.29
16 27 -56.69
17 29 52.52
18 31 -29.49
19 33 85.52
20 35 0.00
21 37 0.00
The numerical values of Example 1 are shown below. ri (i = 1, 2, 3,...) indicates the radius of curvature of the i-th lens surface counted from the object side, and di indicates the i-th lens thickness or air interval. Ndi and νdi indicate the refractive index and Abbe number of the i-th lens material for the d-line. When the lens surface has an aspherical shape, the aspherical shape is a position in a direction orthogonal to the optical axis, where R is the radius of curvature of the central portion of the lens surface, X is the position (coordinates) in the optical axis direction. Let (coordinates) be Y and aspherical coefficients be Ai (i = 1, 2, 3,...)
X = (Y 2 / R) / [1+ {1− (K + 1) (Y / R) 2 } 1/2 ]
+ A4Y 4 + A6Y 6 + A8Y 8 + A10Y 10 +...
It shall be represented by the following formula. e ± M means × 10 ± M. Table 1 shows the relationship between Example 1 and the above-described conditions.
(Numerical example 1)
Unit mm
Surface data surface number rd nd νd Effective diameter
1 95.784 6.02 1.48749 70.2 56.00
2 737.461 0.18 55.50
3 102.717 2.10 1.61340 44.3 53.80
4 45.455 9.10 1.49700 81.5 50.97
5 2528.799 (variable) 50.29
6 -165.094 1.20 1.83481 42.7 25.20
7 55.232 3.29 24.32
8 -45.986 1.20 1.63854 55.4 24.28
9 53.394 2.97 1.84666 23.8 24.72
10 -414.048 (variable) 25.00
11 344.048 4.25 1.49700 81.5 25.60
12 -42.005 0.15 25.76
13 66.804 4.35 1.58913 61.1 25.41
14 -42.512 1.20 1.85026 32.3 25.09
15 -264.354 1.00 24.86
16 (Aperture) ∞ (Variable) 24.61
17 -48.251 1.20 1.70154 41.2 23.00
18 40.610 3.94 1.80518 25.4 23.66
19 -169.835 (variable) 23.80
20 -249.784 2.80 1.69680 55.5 25.20
21 -83.232 0.15 25.57
22 181.284 5.19 1.60311 60.6 25.75
23 -30.728 1.25 1.84666 23.8 25.66
24 -127.921 0.15 25.87
25 99.327 2.35 1.77250 49.6 25.86
26 -130.324 (variable) 25.60
27 74.930 1.20 1.88300 40.8 25.03
28 29.783 3.57 24.31
29 -112.308 2.85 1.80518 25.4 24.44
30 -31.068 4.56 24.80
31 -26.035 1.25 1.88300 40.8 24.41
32 ∞ 2.75 25.82
33 56.384 3.69 1.69895 30.1 29.16
34 967.801 (variable) 29.56
35 ∞ 1.13 1.51633 64.2 50.00
36 ∞ 0.20 50.00
37 ∞ 0.40 1.51633 64.2 50.00
38 ∞ (variable) 50.00
Image plane ∞

Various data zoom ratio 4.02
Wide-angle intermediate telephoto focal length 72.19 135.01 290.31
F number 4.28 4.75 5.94
Angle of View 16.68 9.10 4.26
Image height 21.64 21.64 21.64
Total lens length 185.42 214.97 239.40
BF 0.41 0.41 0.41

d 5 3.28 32.82 57.26
d10 25.74 13.79 1.08
d16 5.86 23.88 44.40
d19 18.36 12.28 4.46
d26 13.57 11.99 0.99
d34 42.58 44.16 55.16
d38 0.41 0.41 0.41

Entrance pupil position 46.11 111.44 201.54
Exit pupil position -91.42 -101.46 -118.76
Front principal point position 61.54 67.51 -215.38
Rear principal point position -71.79 -134.60 -289.90

Lens group data group Start surface Focal length Lens configuration length Front principal point position Rear principal point position
L1 1 130.99 17.40 0.81 -10.78
L2 6 -35.13 8.66 1.17 -5.10
L3 11 52.01 10.95 2.38 -5.00
L4 17 -141.89 5.14 -2.20 -5.16
L5 20 47.86 11.89 5.02 -2.27
L6 27 -51.14 19.87 3.63 -12.05
GB 35 ∞ 1.73 0.60 -0.60

Single lens Data lens Start surface Focal length
1 1 225.12
2 3 -134.81
3 4 93.02
4 6 -49.45
5 8 -38.51
6 9 56.02
7 11 75.60
8 13 44.76
9 14 -59.73
10 17 -31.26
11 18 41.05
12 20 177.91
13 22 43.97
14 23 -48.05
15 25 73.29
16 27 -56.69
17 29 52.52
18 31 -29.49
19 33 85.52
20 35 0.00
21 37 0.00

図6に示す実施例2(数値例2)の光学系は、物体側から順に、正の第1レンズ群L1、負の第2レンズ群L2、正の第3レンズ群L3、開口絞りSP、正の第4レンズ群L4およびガラスブロックGBにより構成されている。実施例2において、最大像高は13.66mmである。像面IPには、APS−C型(15.2mm×22.7mm)の撮像素子が配置される。この撮像素子の画素ピッチは、4.3μmである。   The optical system of Example 2 (Numerical Example 2) illustrated in FIG. 6 includes, in order from the object side, a positive first lens unit L1, a negative second lens unit L2, a positive third lens unit L3, an aperture stop SP, The positive fourth lens unit L4 and the glass block GB are included. In Example 2, the maximum image height is 13.66 mm. An APS-C type image sensor (15.2 mm × 22.7 mm) is arranged on the image plane IP. The pixel pitch of this image sensor is 4.3 μm.

図8(B)、図9(B)および図10(B)に示す中間焦点距離での無限遠端、至近端および中間物体距離に対する合焦状態での横収差図から分かるように、コマ収差を出すことで、中間焦点距離での物体距離全域における像面湾曲の変動を少なくしている。   As can be seen from the lateral aberration diagrams in the focused state at the infinity end, the close end, and the intermediate object distance at the intermediate focal length shown in FIGS. 8B, 9B, and 10B, the coma By producing aberrations, the variation in field curvature over the entire object distance at the intermediate focal length is reduced.

以下に実施例2の諸数値を示す。また、表1には、実施例2と上述した条件との関係を示す。
(数値例2)
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 219.691 1.98 1.84666 23.9 41.35
2 77.011 0.80 38.49
3 110.857 2.79 1.77250 49.6 38.45
4 -1566.128 0.29 37.69
5 57.811 3.26 1.77250 49.6 33.00
6 516.857 (可変) 31.76
7* 1449.562 1.45 1.85400 40.4 29.52
8* 17.597 6.32 23.53
9 -62.504 1.16 1.69100 54.8 23.28
10 79.992 0.17 23.14
11 27.282 2.67 1.94595 18.0 23.38
12 61.859 (可変) 22.95
13* 15.625 3.02 1.85135 40.1 13.31
14* 127.225 0.37 12.51
15 13.245 3.60 1.77250 49.6 11.81
16 2319.692 0.70 1.80518 25.4 10.32
17 8.119 1.97 8.97
18 -1265.485 1.74 1.48749 70.2 8.86
19 -42.123 0.98 8.75
20(絞り) ∞ (可変) 8.53
21 ∞ (可変) 8.72
22* 600.625 5.12 1.58313 59.4 27.51
23* -35.796 (可変) 28.21
24 ∞ 1.21 1.51633 64.1 58.13
25 ∞ 1.51 58.13
26 ∞ 0.60 1.51633 64.1 58.13
27 ∞ (可変) 58.13
像面∞

非球面データ
第7面
K = 7.95128e+003 A 4=-8.46681e-006 A 6= 1.45376e-008
第8面
K = 3.72976e-001 A 4=-1.13801e-005 A 6=-4.49670e-009 A 8=-4.98598e-010 A10= 1.72434e-012
第13面
K =-2.06246e-001 A 4=-1.23394e-005 A 6= 1.79103e-007 A 8=-4.52541e-009 A10= 2.60955e-011
第14面
K =-5.86105e+001 A 4= 8.28096e-006 A 6= 1.05159e-007 A 8=-2.30730e-009
第22面
K = 1.81624e+003 A 4=-1.28722e-005 A 6= 2.00678e-007 A 8=-8.68491e-010
第23面
K = 1.08981e+000 A 4=-2.12065e-005 A 6= 2.34886e-007 A 8=-9.22692e-010 A10= 3.32500e-013

各種データ
ズーム比 3.81
広角中間望遠
焦点距離 18.03 47.42 68.66
Fナンバー 2.88 4.57 5.94
画角 33.69 15.83 11.25
像高 12.02 13.45 13.66
レンズ全長 87.58 100.81 110.99
BF 2.34 2.34 2.34

d 6 1.10 14.03 20.22
d12 23.85 6.03 0.99
d20 0.77 2.42 16.50
d21 11.46 29.23 23.11
d23 6.32 5.03 6.09
d27 2.34 2.34 2.34

入射瞳位置 28.04 50.51 65.42
射出瞳位置 -29.96 -94.15 -169.72
前側主点位置 36.01 74.62 106.68
後側主点位置 -15.69 -45.08 -66.32

レンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
L1 1 81.28 9.10 3.63 -1.92
L2 7 -20.76 11.78 0.97 -8.20
L3 13 23.78 12.40 -5.10 -12.01
FC 21 ∞ 0.00 0.00 -0.00
L4 22 58.11 5.12 3.06 -0.18
GB 24 ∞ 3.32 1.35 -1.35

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 -140.95
2 3 134.11
3 5 84.00
4 7 -20.87
5 9 -50.61
6 11 49.73
7 13 20.67
8 15 17.23
9 16 -10.12
10 18 89.34
11 22 58.11
12 24 0.00
13 26 0.00
The numerical values of Example 2 are shown below. Table 1 shows the relationship between Example 2 and the above-described conditions.
(Numerical example 2)
Unit mm
Surface data surface number rd nd νd Effective diameter
1 219.691 1.98 1.84666 23.9 41.35
2 77.011 0.80 38.49
3 110.857 2.79 1.77250 49.6 38.45
4 -1566.128 0.29 37.69
5 57.811 3.26 1.77250 49.6 33.00
6 516.857 (variable) 31.76
7 * 1449.562 1.45 1.85400 40.4 29.52
8 * 17.597 6.32 23.53
9 -62.504 1.16 1.69100 54.8 23.28
10 79.992 0.17 23.14
11 27.282 2.67 1.94595 18.0 23.38
12 61.859 (variable) 22.95
13 * 15.625 3.02 1.85135 40.1 13.31
14 * 127.225 0.37 12.51
15 13.245 3.60 1.77250 49.6 11.81
16 2319.692 0.70 1.80518 25.4 10.32
17 8.119 1.97 8.97
18 -1265.485 1.74 1.48749 70.2 8.86
19 -42.123 0.98 8.75
20 (Aperture) ∞ (Variable) 8.53
21 ∞ (variable) 8.72
22 * 600.625 5.12 1.58313 59.4 27.51
23 * -35.796 (variable) 28.21
24 ∞ 1.21 1.51633 64.1 58.13
25 ∞ 1.51 58.13
26 ∞ 0.60 1.51633 64.1 58.13
27 ∞ (variable) 58.13
Image plane ∞

Aspheric data 7th surface
K = 7.95128e + 003 A 4 = -8.46681e-006 A 6 = 1.45376e-008
8th page
K = 3.72976e-001 A 4 = -1.13801e-005 A 6 = -4.49670e-009 A 8 = -4.98598e-010 A10 = 1.72434e-012
Side 13
K = -2.06246e-001 A 4 = -1.23394e-005 A 6 = 1.79103e-007 A 8 = -4.52541e-009 A10 = 2.60955e-011
14th page
K = -5.86105e + 001 A 4 = 8.28096e-006 A 6 = 1.05159e-007 A 8 = -2.30730e-009
22nd page
K = 1.81624e + 003 A 4 = -1.28722e-005 A 6 = 2.00678e-007 A 8 = -8.68491e-010
23rd page
K = 1.08981e + 000 A 4 = -2.12065e-005 A 6 = 2.34886e-007 A 8 = -9.22692e-010 A10 = 3.32500e-013

Various data zoom ratio 3.81
Wide-angle intermediate telephoto focal length 18.03 47.42 68.66
F number 2.88 4.57 5.94
Angle of view 33.69 15.83 11.25
Image height 12.02 13.45 13.66
Total lens length 87.58 100.81 110.99
BF 2.34 2.34 2.34

d 6 1.10 14.03 20.22
d12 23.85 6.03 0.99
d20 0.77 2.42 16.50
d21 11.46 29.23 23.11
d23 6.32 5.03 6.09
d27 2.34 2.34 2.34

Entrance pupil position 28.04 50.51 65.42
Exit pupil position -29.96 -94.15 -169.72
Front principal point position 36.01 74.62 106.68
Rear principal point position -15.69 -45.08 -66.32

Lens group data group Start surface Focal length Lens configuration length Front principal point position Rear principal point position
L1 1 81.28 9.10 3.63 -1.92
L2 7 -20.76 11.78 0.97 -8.20
L3 13 23.78 12.40 -5.10 -12.01
FC 21 ∞ 0.00 0.00 -0.00
L4 22 58.11 5.12 3.06 -0.18
GB 24 ∞ 3.32 1.35 -1.35

Single lens Data lens Start surface Focal length
1 1 -140.95
2 3 134.11
3 5 84.00
4 7 -20.87
5 9 -50.61
6 11 49.73
7 13 20.67
8 15 17.23
9 16 -10.12
10 18 89.34
11 22 58.11
12 24 0.00
13 26 0.00

図11に示す実施例3(数値例3)の光学系は、物体側から順に、正の第1レンズ群L1、負の第2レンズ群L2、開口絞りSP、正の第3レンズ群L3、負の第4レンズ群L4、正の第5レンズ群L5およびガラスブロックGBにより構成されている。実施例3において、最大像高は3.875mmである。像面IPには、1/2.3型(4.65mm×6.2mm)の撮像素子が配置される。この撮像素子の画素ピッチは、1.4μmである。   The optical system of Example 3 (Numerical Example 3) illustrated in FIG. 11 includes, in order from the object side, a positive first lens unit L1, a negative second lens unit L2, an aperture stop SP, a positive third lens unit L3, The lens includes a negative fourth lens unit L4, a positive fifth lens unit L5, and a glass block GB. In Example 3, the maximum image height is 3.875 mm. A 1 / 2.3 type (4.65 mm × 6.2 mm) imaging device is disposed on the image plane IP. The pixel pitch of this image sensor is 1.4 μm.

図12(A),(B)に示す広角端および中間焦点距離での無限遠物体距離に対する合焦状態の縦収差図から分かるように、収差は良好に補正されている。また、図13(B)、図14(B)および図15(B)に示す望遠端での無限遠端、至近端および中間物体距離に対する合焦状態での横収差図から分かるように、コマ収差を出すことで、望遠端での物体距離全域における像面湾曲の変動を少なくしている。   As can be seen from the longitudinal aberration diagrams in the focused state with respect to the object distance at infinity at the wide-angle end and the intermediate focal length shown in FIGS. 12A and 12B, the aberration is corrected well. Further, as can be seen from the lateral aberration diagrams in the focused state at the infinity end, the close end, and the intermediate object distance at the telephoto end shown in FIGS. 13 (B), 14 (B) and 15 (B), By producing coma aberration, the variation in field curvature over the entire object distance at the telephoto end is reduced.

以下に実施例3の諸数値を示す。また、表1には、実施例3と上述した条件との関係を示す。
(数値例3)
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 112.067 1.80 1.80610 33.3 39.40
2 52.885 5.03 1.49700 81.5 35.90
3 -218.600 0.18 35.80
4 45.553 3.22 1.59282 68.6 34.70
5 131.490 (可変) 34.20
6 120.679 0.95 1.88300 40.8 19.70
7 8.615 4.92 14.10
8 -34.305 0.70 1.77250 49.6 13.90
9 28.642 0.20 13.80
10 16.947 2.30 1.92286 18.9 14.10
11 89.165 (可変) 13.80
12(絞り) ∞ (可変) 6.68
13* 9.778 4.30 1.55332 71.7 9.50
14* -74.715 1.67 9.50
15 38.527 0.50 1.64769 33.8 9.00
16 10.092 0.37 9.00
17 13.822 0.50 1.80400 46.6 9.00
18 8.013 2.11 1.48749 70.2 9.00
19 -31.006 (可変) 8.31
20 -564.447 0.70 1.48749 70.2 8.60
21 26.449 (可変) 8.70
22 20.740 2.25 1.78590 44.2 11.80
23 -55.591 1.26 1.94595 18.0 11.70
24 -1698.441 (可変) 11.60
25 ∞ 0.30 1.51633 64.1 20.00
26 ∞ 0.47 20.00
27 ∞ 0.50 1.51633 64.1 20.00
28 ∞ (可変) 20.00
像面∞

非球面データ
第13面
K =-5.29634e-001 A 4=-2.26010e-005 A 6= 1.07748e-007 A 8=-2.96223e-008 A10= 7.23156e-010
第14面
K =-2.41360e+002 A 4=-2.87477e-005 A 6= 3.05881e-007

各種データ
ズーム比 33.54
広角中間望遠
焦点距離 4.42 12.77 148.25
Fナンバー 2.70 4.26 5.03
画角 37.01 16.88 1.50
像高 3.33 3.88 3.88
レンズ全長 94.78 94.62 138.53
BF 0.53 0.53 0.53

d 5 0.92 17.42 62.79
d11 31.72 17.57 1.27
d12 12.69 0.50 3.21
d19 2.68 3.23 2.48
d21 3.22 5.67 24.20
d24 8.78 15.48 9.83
d28 0.53 0.53 0.53

入射瞳位置 18.62 47.44 564.42
射出瞳位置 -5771.10 -49.53 129.32
前側主点位置 23.04 56.95 883.31
後側主点位置 -3.89 -12.24 -147.72

レンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
L1 1 82.06 10.23 2.82 -3.76
L2 6 -9.87 9.07 0.74 -6.39
SP 12 ∞ 0.00 0.00 -0.00
L3 13 18.85 9.45 -0.20 -7.09
L4 20 -51.81 0.70 0.45 -0.02
L5 22 28.04 3.51 -0.07 -1.98
GB 25 ∞ 1.27 0.50 -0.50

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 -125.94
2 2 86.21
3 4 115.95
4 6 -10.55
5 8 -20.11
6 10 22.33
7 13 15.92
8 15 -21.26
9 17 -24.66
10 18 13.30
11 20 -51.81
12 22 19.47
13 23 -60.78
14 25 0.00
15 27 0.00
The numerical values of Example 3 are shown below. Table 1 shows the relationship between Example 3 and the above-described conditions.
(Numerical example 3)
Unit mm
Surface data surface number rd nd νd Effective diameter
1 112.067 1.80 1.80610 33.3 39.40
2 52.885 5.03 1.49700 81.5 35.90
3 -218.600 0.18 35.80
4 45.553 3.22 1.59282 68.6 34.70
5 131.490 (variable) 34.20
6 120.679 0.95 1.88300 40.8 19.70
7 8.615 4.92 14.10
8 -34.305 0.70 1.77250 49.6 13.90
9 28.642 0.20 13.80
10 16.947 2.30 1.92286 18.9 14.10
11 89.165 (variable) 13.80
12 (Aperture) ∞ (Variable) 6.68
13 * 9.778 4.30 1.55332 71.7 9.50
14 * -74.715 1.67 9.50
15 38.527 0.50 1.64769 33.8 9.00
16 10.092 0.37 9.00
17 13.822 0.50 1.80 400 46.6 9.00
18 8.013 2.11 1.48749 70.2 9.00
19 -31.006 (variable) 8.31
20 -564.447 0.70 1.48749 70.2 8.60
21 26.449 (variable) 8.70
22 20.740 2.25 1.78590 44.2 11.80
23 -55.591 1.26 1.94595 18.0 11.70
24 -1698.441 (variable) 11.60
25 ∞ 0.30 1.51633 64.1 20.00
26 ∞ 0.47 20.00
27 ∞ 0.50 1.51633 64.1 20.00
28 ∞ (variable) 20.00
Image plane ∞

Aspherical data 13th surface
K = -5.29634e-001 A 4 = -2.26010e-005 A 6 = 1.07748e-007 A 8 = -2.96223e-008 A10 = 7.23156e-010
14th page
K = -2.41360e + 002 A 4 = -2.87477e-005 A 6 = 3.05881e-007

Various data zoom ratio 33.54
Wide-angle intermediate telephoto focal length 4.42 12.77 148.25
F number 2.70 4.26 5.03
Angle of view 37.01 16.88 1.50
Image height 3.33 3.88 3.88
Total lens length 94.78 94.62 138.53
BF 0.53 0.53 0.53

d 5 0.92 17.42 62.79
d11 31.72 17.57 1.27
d12 12.69 0.50 3.21
d19 2.68 3.23 2.48
d21 3.22 5.67 24.20
d24 8.78 15.48 9.83
d28 0.53 0.53 0.53

Entrance pupil position 18.62 47.44 564.42
Exit pupil position -5771.10 -49.53 129.32
Front principal point position 23.04 56.95 883.31
Rear principal point position -3.89 -12.24 -147.72

Lens group data group Start surface Focal length Lens configuration length Front principal point position Rear principal point position
L1 1 82.06 10.23 2.82 -3.76
L2 6 -9.87 9.07 0.74 -6.39
SP 12 ∞ 0.00 0.00 -0.00
L3 13 18.85 9.45 -0.20 -7.09
L4 20 -51.81 0.70 0.45 -0.02
L5 22 28.04 3.51 -0.07 -1.98
GB 25 ∞ 1.27 0.50 -0.50

Single lens Data lens Start surface Focal length
1 1 -125.94
2 2 86.21
3 4 115.95
4 6 -10.55
5 8 -20.11
6 10 22.33
7 13 15.92
8 15 -21.26
9 17 -24.66
10 18 13.30
11 20 -51.81
12 22 19.47
13 23 -60.78
14 25 0.00
15 27 0.00

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。   Each embodiment described above is only a representative example, and various modifications and changes can be made to each embodiment in carrying out the present invention.

物体距離全域での高画質化や小型化が可能な光学系および撮像装置を提供することができる。   It is possible to provide an optical system and an imaging apparatus that can achieve high image quality and downsizing over the entire object distance.

L1 第1レンズ群
L2 第2レンズ群
IP 像面(撮像素子)
L1 First lens group L2 Second lens group IP Image plane (imaging device)

Claims (3)

焦点調節が可能な光学系であって、
該光学系により形成された物体像を撮像素子により撮像することで生成された画像に対して、該光学系の収差に応じたフィルタ値を有する画像回復フィルタを用いて画像回復処理が行われる場合に、以下の条件を満足することを特徴とする光学系。
1<|Δyum+Δylm|/|Δyui+Δyli|<12
2<|(Δyum+Δylm)|/2p<6
ただし、前記光学系の最大像高の8割の像高を8割像高とし、該光学系を通過するメリジオナル光線のうち有効光束径の7割の位置を通る上線および下線をそれぞれ、7割上線および7割下線とするとき、
Δyumは、中間物体距離に対する合焦状態において、前記8割像高に到達する前記7割上線のうちd線の横収差量であり、
Δylmは、前記中間物体距離に対する合焦状態において、前記8割像高に到達する前記7割下線のうちd線の横収差量であり、
Δyuiは、無限遠物体距離に対する合焦状態において、前記8割像高に到達する前記7割上線のうちd線の横収差量であり、
Δyliは、前記無限遠物体距離に対する合焦状態において、前記8割像高に到達する前記7割下線のうちd線の横収差量であり、
Pは前記撮像素子の画素ピッチであり、
前記中間物体距離は、
(前記光学系全体の焦点距離/前記撮像素子の対角長)×520
である。
An optical system capable of focusing,
When image restoration processing is performed on an image generated by imaging an object image formed by the optical system using an image sensor using an image restoration filter having a filter value corresponding to the aberration of the optical system And an optical system that satisfies the following conditions:
1 <| Δyum + Δylm | / | Δyui + Δyli | <12
2 <| (Δyum + Δylm) | / 2p <6
However, an image height of 80% of the maximum image height of the optical system is set to 80% image height, and an upper line and an underline passing through a position of 70% of the effective beam diameter of meridional rays passing through the optical system are 70% respectively. When overline and 70% underline,
Δyum is the amount of lateral aberration of the d-line in the 70% upper line that reaches the 80% image height in the focused state with respect to the intermediate object distance.
Δylm is a lateral aberration amount of the d-line among the 70% underline that reaches the 80% image height in a focused state with respect to the intermediate object distance,
Δyui is the amount of lateral aberration of the d-line in the 70% upper line that reaches the 80% image height in the focused state with respect to the object distance at infinity,
Δyli is the lateral aberration amount of the d-line among the 70% underline that reaches the 80% image height in a focused state with respect to the object distance at infinity,
P is the pixel pitch of the image sensor,
The intermediate object distance is
(Focal length of the entire optical system / diagonal length of the image sensor) × 520
It is.
物体側から順に、正の屈折力を有する第1レンズ群と、負の屈折力を有する第2レンズ群とを含むことを特徴とする請求項1に記載の光学系。   2. The optical system according to claim 1, further comprising a first lens group having a positive refractive power and a second lens group having a negative refractive power in order from the object side. 請求項1または2に記載の光学系により形成された物体像を撮像する撮像素子と、
該撮像素子からの出力を用いて画像を生成し、該画像に対して、前記光学系の収差に応じたフィルタ値を有する画像回復フィルタを用いて画像回復処理を行う画像処理部とを有することを特徴とする撮像装置。
An imaging device for imaging an object image formed by the optical system according to claim 1 or 2,
An image processing unit that generates an image using an output from the image sensor and performs an image restoration process on the image using an image restoration filter having a filter value corresponding to the aberration of the optical system. An imaging apparatus characterized by the above.
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