JP2015172667A - 光学系およびそれを備えた撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ライトフィールドを取得し、小型で且つ瞳変動の影響を低減した光学系を提供すること。
【解決手段】物体側から像側に順に、正の角倍率を有する対物光学系（１０１）と、２次元的に配列された複数の結像光学系（１０２ａ〜１０２ｊ）と、を有し、前記複数の結像光学系のうち１つの結像光学系の焦点距離をｆ_ｆ、前記対物光学系の焦点距離をｆ_ｃ、としたとき、
【数１】

なる条件を満たすことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、被写体空間を複数の視点から観察した像を結像する光学系に関する。

近年、撮像素子で取得されたデータに対し、演算とそれに対応した画像処理を行うことで様々な画像を出力する撮像装置が提案されている。特許文献１及び２では、それぞれ構成は異なるものの、メインレンズより像側にレンズアレイを配置することで、被写体空間のライトフィールドを取得する撮像装置が開示されている。ライトフィールドとは、被写体空間における光の２次元強度分布と光線の角度情報を合わせた視差情報を指し、これを取得することで被写体空間の３次元的な情報を得ることができる。ライトフィールドの取得により前述の撮像装置では、リフォーカスと呼ばれる撮影後における画像のピント制御や、撮影視点の変更、被写界深度の制御等が可能となる。

また、特許文献３では、複数の結像光学系より物体側に共通の対物光学系を配置する立体画像撮影装置が開示されている。

米国特許第７９６２０３３号明細書 特許第４７５２０３１号 特開２００３−００５３１３号公報

しかしながら、特許文献１ではレンズアレイより物体側に配置されたメインレンズの射出瞳が変倍やフォーカスなどによって変化した場合、以下に示すような問題が生じる。図８は特許文献１で開示されているライトフィールドを取得する構成の概略図である。メインレンズ９０１は、被写体面２０１からの光線を一次結像面９０１ｄへ結像し、その像をレンズアレイ９０２が撮像素子９０３へ再結像する。なお、９０１ａは物体側主平面であり、９０１ｃは像側主平面である。図８（ａ）に示されるように、レンズアレイ９０２が被写体面２０１からの光束を分割するように配置されていれば、ライトフィールドを取得できる。しかし、図８（ａ）の状態から、メインレンズ９０１の射出瞳面９０１ｂが変動した場合、ライトフィールドのサンプリングは変化し、図８（ｂ）のように被写体面２０１からの光束はレンズアレイ９０２によって分割されない。故にライトフィールドが取得できず、リフォーカスなどを行えなくなる。さらに、射出瞳面９０１ｂの変動によって光束の分割数が変わると、撮像素子９０３で光線の入射しない画素領域である不感帯や、異なる視差情報を持つ光線が同一の画素に入射するクロストークが発生してしまう問題が生じる。この問題は、特許文献２の構成に関しても同様に発生する。

また、特許文献３の構成は、２次元的な視差情報、つまりライトフィールドを取得する構成になっておらず、また光学系の小型化に必要な要因に関する言及もない。

そこで本発明の目的は、ライトフィールドを取得する光学系であって、小型で且つ瞳変動の影響を低減した光学系およびそれを備えた撮像装置を提供することである。

本発明の一側面としての光学系は、物体側から像側に順に、正の角倍率を有する対物光学系と、２次元的に配列された複数の結像光学系と、を有し、前記複数の結像光学系のうち１つの結像光学系の焦点距離をｆ_ｆ、前記対物光学系の焦点距離をｆ_ｃ、としたとき、

なる条件を満たすことを特徴とする。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。

本発明によれば、ライトフィールドを取得し、小型で且つ瞳変動の影響を低減した光学系を提供することができる。

本発明の実施例１乃至４における光学系の概略説明図である。 本発明の実施例１乃至４における撮像装置のブロック図である。 本発明の実施例１における複数視点光学系の断面図および結像光学系の配列に関する概略図である。 本発明の実施例２における複数視点光学系の断面図および結像光学系の配列に関する概略図である。 本発明の実施例３における複数視点光学系の断面図および結像光学系の配列に関する概略図である。 本発明の実施例４における画像処理システムのブロック図である。 本発明の実施例４における複数視点光学系の断面図である。 従来技術における瞳変動の影響を示した説明図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１は本発明における複数視点光学系の概略を１次元的に示した図である。ここで複数視点光学系とは、被写体空間を複数の位置から観察した像を結像する光学系を指す。被写体面２０１からの光束は、略アフォーカルなコンバータ１０１を通過した後、複数の結像光学系Ａ１０２ａ乃至Ｃ１０２ｃで複数に分割されて、像側共役面２０２に結像される。これによってライトフィールドを取得することができる。図１では１次元的に表されているが、本発明の複数視点光学系では、複数の結像光学系１０２が２次元的に配列されているため、２次元的な視差情報を得ることができる。

ここで、被写体面２０１上には、必ずしも人物や物体が存在していなくてよい。これはリフォーカスによって、被写体面２０１より奥、或いは手前に存在する人物や物体に撮影後でもピント位置を制御できるためである。

さらに、以下の実施例の説明は、簡単のために１次元系を用いて行う場合があるが、２次元系に関しても同様の議論が成り立つ。

本発明の複数視点光学系を撮像装置に適用した第１の実施例に関して説明する。

図２は本発明の実施例１にかかる撮像装置のブロック図である。不図示の被写体空間からの光線は、複数視点光学系１０３へ入射する。複数視点光学系１０３は、図１と同様の構成をしている。複数視点光学系１０３を通過した光線は、撮像素子１０４で受光され、光エネルギーがアナログの電気信号へと変換される。撮像素子１０４は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）などの２次元撮像素子である。変換されたアナログ信号はＡ／Ｄコンバータ１０５で、さらにデジタル信号へと変換される。該デジタル信号は、画像処理部１０６で所定の処理をかけられ、画像記録媒体１１１に特定のフォーマットで記録される。この際、状態検知部１０９から得られた撮像装置の撮影条件も同時に保存される。撮影条件とは、撮影距離や絞り値、ズームレンズにおける焦点距離などである。状態検知部１０９は、システムコントローラ１１２から撮影条件を得てもよいし、複数視点光学系１０３に関する情報に関しては、光学系制御部１０８から得てもよい。画像記録媒体１１１に記録された画像を表示部１０７に表示する際には、画像処理部１０６で撮影条件に基づいた再構成処理が行われる。その結果、表示部１０７には所望のピント位置や視点、或いは被写界深度に再構成された画像が表示される。また、高速化のために所望の表示設定（視点、ピント、被写界深度など）を事前に記憶部１１０へ保存しておき、画像記録媒体１１１を介さず再構成画像を表示部１０７に表示させてもよい。さらに、画像記録媒体１１１に記録する画像は再構成後の画像でもよい。

一連の制御はシステムコントローラ１１２で行われ、複数視点光学系１０３の機械的な駆動はシステムコントローラ１１２の指示によって光学系制御部１０８が行う。

画像処理部１０６で行われる再構成処理に関しては、特許文献２に記載されているため、ここでは詳細な説明を省く。簡単に述べると、複数視点からの画像を取得しているので、各視点の画像をずらして重ね合わせることでリフォーカスを行える。この時、用いる画像は全視差画像でもよいし、一部の視差画像でもよい。また、重ね合わせる際に視点ごとに異なる重み付けをしてもよい。撮影後の被写界深度制御と視点操作は、視差画像の一部を選択的に使用することで行える。

次に、複数視点光学系１０３に関して説明する。本実施例の複数視点光学系１０３の断面図の詳細は図３（ａ）で表される。物体側から像側へ順に、コンバータ（対物光学系）１０１、２次元的に配列された結像光学系Ａ１０２ａ乃至Ｊ１０２ｊ（複数の結像光学系）が配置されている。ＳＰは開口絞りである。結像光学系Ａ１０２ａ乃至Ｊ１０２ｊは、図３（ｂ）のように配列されており、六回対称性を有している。ここで図３（ｂ）中の破線は、コンバータ１０１の最も像側に位置するレンズの有効径を示す。ただし、結像光学系の配列はこれに限定されず、水平と垂直方向の視差情報が取得できるよう、２次元的に配列されていればよい。たとえば、コンバータ１０１を通過した光線が、２次元的に配列された少なくとも３つ以上の結像光学系に入射するように配列してもよい。また、結像光学系の配列数もこれに限定されない。本実施例において、結像光学系Ａ１０２ａ乃至Ｊ１０２ｊは全て同じ光学系となっているが、各々の光学的性質を変化させてもよい。このことは、後述する他の実施例でも同じである。被写体空間からの光束は、コンバータ１０１によって光束の幅を変化させられ、結像光学系Ａ１０２ａ乃至Ｊ１０２ｊで集光される。この時、結像光学系Ａ１０２ａ乃至Ｊ１０２ｊが異なる位置から被写体空間を観察しているため、視差情報、つまりライトフィールドを取得することができる。フォーカス時には、結像光学系Ａ１０２ａ乃至Ｊ１０２ｊ全体を駆動する。

コンバータ１０１は、物体側から像側へ順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｌ１、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｌ３からなり、各レンズ群の間隔が変化することでズームを行う。コンバータ１０１は広角端から望遠端まで、略アフォーカルな光学系となっている。ここで、略アフォーカルとは、完全にアフォーカルな場合と、許容誤差の範囲内で完全にアフォーカルな場合からずれている場合とを含む意味である。故に、コンバータ１０１で変倍やフォーカスを行っても、結像光学系Ａ１０２ａ乃至Ｊ１０２ｊに入射する光束は、大きく変化しない。これにより、変倍やフォーカスに伴う瞳変動がもたらすライトフィールドのサンプリングへの影響を著しく抑制できる。また同時に、不感帯やクロストークの増大を抑えることもできる。ここで、コンバータ１０１は結像光学系Ａ１０２ａ乃至Ｊ１０２ｊに対し着脱式（着脱可能）となっていることが望ましい。コンバータ１０１は略アフォーカルのため、取り外せば結像光学系Ａ１０２ａ乃至Ｊ１０２ｊのみでライトフィールドを取得できる。さらに、ユーザーの必要に応じて、コンバータ１０１とは異なる角倍率を有する略アフォーカルなコンバータ（不図示）を装着させてもよい。これによって、様々な焦点距離での撮影が可能となり、且つ常に一定の視差情報を取得することができる。

ここで、略アフォーカルとは、コンバータ１０１の焦点距離をｆ_ｃ、結像光学系Ａ１０２ａ乃至Ｊ１０２ｊのうち１つの結像光学系の焦点距離をｆ_ｆとした時、以下の条件式（１）を満たすことを指す。

ここで、コンバータ１０１が完全なアフォーカル系の場合、ｆ_ｃは正、又は負の無限大となることとする。条件式（１）を満たすことで、コンバータ１０１が略アフォーカルとなり、ライトフィールドのサンプリングに対する変倍やフォーカスの依存性を下げられる。また、条件式（１）を満たす異なるコンバータとの入れ替えも可能となる。条件式（１）の下限は、理論的に超えることができない。上限を超えると、被写体空間から複数視点光学系１０３へ入射する光線の角度と、コンバータ１０１を通過した光線の角度の差が大きくなってしまう。この場合、変倍やフォーカス、或いはコンバータの着脱によってライトフィールドのサンプリングが変化しやすくなってしまう。

望ましくは、以下の条件式（１ａ）の範囲内とすることで、ライトフィールドのサンプリングの変化を更に抑制できる。

更に望ましくは、以下の条件式（１ｂ）の範囲内に収めることで、ライトフィールドのサンプリングの変化をより大きく抑制できる。

では次に、複数視点光学系１０３の小型化に関して説明する。本実施例において、コンバータ１０１は被写体空間からの光束を一度も結像せずに、結像光学系Ａ１０２ａ乃至Ｊ１０２ｊへ入射させる。この時、コンバータ１０１の角倍率は正である。光束がコンバータ１０１内で一回以上結像する場合、光線を結像させる分、コンバータ１０１の全長が大きくなってしまう。そのため、コンバータ１０１は内部で光束を結像させない構成となっている。コンバータ１０１内で光束が一回結像する場合、コンバータの角倍率は負となる。よって、コンバータ１０１の角倍率を正とすることで、コンバータ１０１の全長短縮が図れる。

また、一定の光量を確保しつつ光学系の小型化を図るために、以下の条件式（２）を満たすことが望ましい。

ここで、Ｎはコンバータ１０１を通過した光線が入射する結像光学系の数であり、ｆ_ｉとＦ_ｉはそれぞれ上記光線が入射するｉ番目の結像光学系の焦点距離とＦ値、Ｄ_ｔはコンバータ１０１の最も像側のレンズの有効径である。実施例１では、コンバータ１０１を通過した光線が入射する結像光学系は、結像光学系Ａ１０２ａ乃至Ｊ１０２ｊである。

条件式（２）は、コンバータ１０１を通過した光束のうち、撮像素子１０４で受光される光の割合を示す。つまり、条件式（２）の値が１に近いほど、コンバータ１０１に入射した光量を効率的に撮像素子１０４へ転送することができる。コンバータ１０１からおよそＤ_ｔの直径を持つ光束が射出され、結像光学系Ａ１０２ａ乃至Ｊ１０２ｊは該光束から各々ｆ_ｉ／Ｆ_ｉ程度の直径の光束を取り込む。それらの面積比が、撮像素子１０４へ入射する光量の目安となる。条件式（２）の上限は、コンバータ１０１を通過した光束が無駄なく撮像素子１０４で受光される場合に対応する。下限を超えると、コンバータ１０１の通過した光束の多くが撮像素子１０４で受光されなくなる。そのため、一定の光量を確保しようとすると、複数視点光学系１０３を大きくする必要がある。故に、条件式（２）を満たすことで、光量を確保しつつ複数視点光学系１０３の小型化を図ることができる。

望ましくは、以下の条件式（２ａ）の範囲に収めることで、光量を確保しつつより光学系の小型化を図れる。

更に望ましくは、以下の条件式（２ｂ）の範囲とすることで、更に光量を確保しつつより光学系の小型化を図ることができる。

また、コンバータ１０１の小型化のため、以下の条件式（３）を満たすことが望ましい。

ここで、コンバータ１０１を通過した光線が入射する結像光学系のうち、コンバータ１０１の光軸から最も離れた結像光学系をＥＯとした時、ｄ_ｍａｘはコンバータ１０１とＥＯの間隔の最大値、ｆ_ＥＯはＥＯの焦点距離である。実施例１における結像光学系ＥＯは、結像光学系Ａ１０２ａ又は結像光学系Ｄ１０２ｄである。

条件式（３）は、コンバータ１０１の径を小型化する条件式である。コンバータ１０１の最も像側に位置するレンズの径は、結像光学系ＥＯの画角を決定する光束が完全に遮られないように設定される。しかし、上記画角を決定する光束はコンバータ１０１の光軸から離れていくため、ｄ_ｍａｘが大きくなるほど上記レンズの径も大きくなる。また一般に、焦点距離は小さいほど像が縮小されるので、光学系の画角は大きくなる。故に、ｆ_ＥＯが小さいほど、ｄ_ｍａｘもより小さくなければならない。これらを考慮したのが、条件式（３）である。条件式（３）の上限を超えると、コンバータ１０１が大型化してしまう。条件式（３）の下限は、理論的に超えることができない。

望ましくは、以下の条件式（３ａ）の範囲に収めることで、コンバータ１０１をより小型化できる。

更に望ましくは、以下の条件式（３ｂ）の範囲とすることで、コンバータ１０１を更に小型化できる。

加えて、コンバータ１０１は小型化のため、以下の条件式（４）を満たすことが望ましい。

ここで、γ_ｍａｘはコンバータ１０１の角倍率の最大値である。

コンバータ１０１に被写体空間から入射する光軸と平行な光束を考えた時、角倍率は入射する光束の幅を、コンバータ１０１を通過した後の光束の幅で除した値である。よって、角倍率の最大値γ_ｍａｘが大きいほど、前述の入射する光束の幅が大きくなるため、コンバータ１０１の前玉が大型化してしまう。そのため、複数視点光学系１０３の小型化のためには、γ_ｍａｘの値を適正な範囲に収める必要がある。条件式（４）の上限を超えると、コンバータ１０１の前玉径が大きくなり、光学系全体の大型化を招く。条件式（４）の下限を超えると、角倍率が負になるため、光束がコンバータ１０１を通過する途中で一回結像する必要がある。この時コンバータ１０１の全長が大きくなってしまうので、小型化を図ることができなくなる。

望ましくは、以下の条件式（４ａ）の範囲とすることで、コンバータ１０１をより小型化できる。

更に望ましくは、以下の条件式（４ｂ）の範囲とすることで、コンバータ１０１の更なる小型化を図れる。

次に、直径がコンバータ１０１の最も像側のレンズの有効径と等しく、コンバータ１０１の光軸を中心とした円柱を考える。コンバータ１０１を通過した光束の入射する結像光学系の光軸は、該円柱内に収まっていることが望ましい。これによって複数視点光学系が、光軸と垂直な方向へ大型化することを防げる。

また、結像光学系Ａ１０２ａ乃至Ｊ１０２ｊのそれぞれは複数枚のレンズによって構成されていることが望ましい。結像光学系Ａ１０２ａ乃至Ｊ１０２ｊのそれぞれは、コンバータ１０１と比較して系のサイズが小さい。故に、コンバータ１０１に比べて収差を補正するためにレンズ枚数を増やしても、複数視点光学系１０３の全長に対する寄与が小さくて済む。これによって高性能、かつ小型でライトフィールドを取得できる複数視点光学系１０３を得ることができる。

さらに、結像光学系Ａ１０２ａ乃至Ｊ１０２ｊは、単焦点レンズであることが望ましい。単焦点レンズとすることで、ズームレンズよりも少ないレンズ枚数で高い性能を得ることができる。また、レンズの駆動機構も簡略化できる。これにより、ライトフィールドを取得する小型で高性能な複数視点光学系１０３を得られる。

加えて、小型かつ高性能でライトフィールドが取得可能な複数視点光学系１０３を得るため、以下の条件式（５）を満たすことが望ましい。

ここで、Ｍはコンバータ１０１を通過した光線の入射する結像光学系の１次元方向（すなわち、光軸直交方向に平行な方向）における最大配列数、ｂ_ｆはＭに含まれる結像光学系のバックフォーカスである。

条件式（５）は、複数視点光学系１０３が小型かつ高性能となるための条件式である。コンバータ１０１を通過した光束の幅は、コンバータ１０１の最も像側に位置するレンズの有効径とおおよそ等しい。上記光束が入射する結像光学系Ａ１０２ａ乃至Ｊ１０２ｊの径は、互いが干渉しないために、上記レンズの有効径をＭ分割した長さが最大値となる。上記径に対してｂ_ｆが大きくなると、各結像光学系Ａ１０２ａ乃至Ｊ１０２ｊのＦ値が高くなり、回折限界となる空間周波数が小さくなってしまう。また、ｂ_ｆが大きくなると、光学系の全長も大きくなってしまう。よって、条件式（５）の範囲へ値を収めることが望ましい。条件式（５）の上限を超えると、光学系の大型化と回折限界となる空間周波数の低下を招く。条件式（５）の下限は、理論的に超えることができない。

望ましくは、以下の条件式（５ａ）の範囲とすることで、より小型かつ高性能でライトフィールドを取得できる複数視点光学系１０３を得ることができる。

更に望ましくは、以下の条件式（５ｂ）の範囲とすることで、更に小型かつ高性能でライトフィールドを取得できる複数視点光学系１０３を得ることができる。

実施例１において、Ｎ＝１０、Ｍ＝４であり、条件式（１）乃至（５）の値は、表１の通りである。また、結像光学系Ａ１０２ａ乃至Ｊ１０２ｊにおけるそれぞれのＦ値は３．５、画角は１７．３°、像高は０．２２ｍｍである。さらに、隣接する結像光学系どうしにおける光軸の間隔は０．４５ｍｍである。

以上の構成によって、ライトフィールドを取得し、小型で且つ瞳変動の影響を低減した複数視点光学系を提供することができる。

本発明の複数視点光学系を撮像装置に適用した第２の実施例に関して説明する。

実施例２の基本構成は図２で表され、その説明は実施例１と同様である。ただし、実施例２では、複数視点光学系１０３の像側に複数の撮像素子Ａ１０４ａ乃至Ｇ１０４ｇが配されている。

複数視点光学系１０３の断面図は図４（ａ）で表される。コンバータ１０１を通過した光線は、２次元的に配列された結像光学系Ａ１０２ａ乃至Ｇ１０２ｇへ入射する。ＳＰは開口絞りである。結像光学系Ａ１０２ａ乃至Ｇ１０２ｇは、図４（ｂ）のように六回対称性を有した配列をしており、それぞれに対応するように撮像素子Ａ１０４ａ乃至Ｇ１０４ｇが配されている。実施例２ではコンバータ１０１の像側に２種類の結像光学系が配置されている。結像光学系Ａ１０２ａ、Ｅ１０２ｅ、Ｇ１０２ｇが広角レンズであり、残りの４つの結像光学系が望遠レンズになっている。広角、及び望遠レンズがそれぞれ２次元的に配列されているため、各画角においてライトフィールドが取得されている。

実施例２におけるＥＯは、結像光学系Ａ１０２ａ及びＣ１０２ｃ乃至Ｇ１０２ｇである。

コンバータ１０１は、物体側から像側に順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｌ１、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｌ２、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｌ３からなり、各レンズ群の間隔が変化することで変倍を行う。フォーカス時には、結像光学系Ａ１０２ａ乃至Ｇ１０２ｇの位置を変化させる。また、コンバータ１０１は着脱式となっている。

実施例２において、Ｎ＝７、Ｍ＝３であり、条件式（１）乃至（５）の値は、表１の通りである。また、結像光学系Ａ１０２ａ乃至Ｇ１０２ｇにおけるそれぞれのＦ値は３．５、像高は０．３２ｍｍである。画角は、広角側の結像光学系Ａ１０２ａ、Ｅ１０２ｅ、Ｇ１０２ｇが２４．５°、残りの望遠側が１７．３°である。さらに、隣接する結像光学系どうしにおける光軸の間隔は０．７４ｍｍである。

以上の構成によって、ライトフィールドを取得し、小型で且つ瞳変動の影響を低減した複数視点光学系を提供することができる。

本発明の複数視点光学系を撮像装置に適用した第３の実施例に関して説明する。

実施例３の基本構成は図２で表され、その説明は実施例１と同様である。

複数視点光学系１０３の断面図は図５（ａ）で表される。コンバータ１０１を通過した光線は、２次元的に配列された結像光学系Ａ１０２ａ乃至Ｇ１０２ｇへ入射する。ＳＰは開口絞りである。結像光学系Ａ１０２ａ乃至Ｇ１０２ｇは、図５（ｂ）のような二回対称性を有する配列をしている。

実施例３におけるＥＯは、結像光学系Ａ１０２ａ及びＣ１０２ｃである。

コンバータ１０１は、物体側から像側に順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｌ１、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｌ２、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｌ３、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｌ４からなる。また、各レンズ群の間隔が変化することでズームを行う。フォーカス時には、第２レンズ群Ｌ２の位置を変化させる。また、コンバータ１０１は着脱式となっている。

実施例３において、Ｎ＝７、Ｍ＝３であり、条件式（１）乃至（５）の値は、表１に示した通りである。また、結像光学系Ａ１０２ａ乃至Ｇ１０２ｇにおけるそれぞれのＦ値は９．２７、画角は６．９°、像高は０．０８３ｍｍである。さらに、結像光学系Ａ１０２ａとＢ１０２ｂにおける光軸の間隔は０．１６ｍｍである。

以上の構成によって、ライトフィールドを取得し、小型で且つ瞳変動の影響を低減した複数視点光学系を提供することができる。

本発明の複数視差光学系を適用した画像処理システムである実施例４に関して説明する。

図６は本発明の実施例４にかかる画像処理システムのブロック図である。撮像装置３０１は図２と同様の構成をとっている。画像処理装置３０２は実施例１で述べた画像再構成処理を行うコンピュータ機器である。撮像装置３０１で取得された視差画像は、画像処理装置３０２で所定の再構成処理を施されて、記録媒体３０３、表示機器３０４、出力機器３０５のいずれか又は複数に出力される。ここで、記録媒体３０３は半導体メモリーやハードディスク、ネットワーク上のサーバー等である。出力機器３０５はプリンタ等が挙げられる。画像処理装置３０２には液晶ディスプレイ等の表示機器３０４が接続され、ユーザーはこの表示機器３０４を介して再構成された画像を確認しながら作業を行うことができる。画像処理ソフトウェア３０６は前述の再構成処理の他に、必要に応じて現像処理やその他の画像処理機能を有している。

撮像装置３０１が備える複数視点光学系１０３の断面図は、図７で表される。コンバータ１０１を通過した光線は、２次元的に配列された結像光学系Ａ１０２ａ乃至Ｇ１０２ｇへ入射する。ＳＰは開口絞りである。結像光学系Ａ１０２ａ乃至Ｇ１０２ｇは、図５（ｂ）のような配列をしている。

実施例４におけるＥＯは、結像光学系Ａ１０２ａ及びＣ１０２ｃである。

コンバータ１０１は、負の屈折力を有する角倍率が固定のコンバータとなっており、着脱式である。フォーカス時には、結像光学系Ａ１０２ａ乃至Ｇ１０２ｇを駆動する。

実施例４において、Ｎ＝７、Ｍ＝３であり、条件式（１）乃至（５）の値は、表１に示した通りである。また、結像光学系Ａ１０２ａ乃至Ｇ１０２ｇにおけるそれぞれのＦ値は７．４９、画角は６．８°、像高は０．０８９ｍｍである。さらに、結像光学系Ａ１０２ａとＢ１０２ｂにおける光軸の間隔は０．２４ｍｍである。

以上の構成によって、ライトフィールドを取得し、小型で且つ瞳変動の影響を低減した複数視点光学系を提供することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について述べたが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で様々な変形、及び変更が可能である。

次に各実施形態におけるデータを以下に示す。ｊは拡大側からの面の順序を示し、ｒ_ｊは第ｊ面の曲率半径、ｄ_ｊは第ｊ面と第ｊ＋１面間のレンズ肉厚或いは空気間隔、ｎ_ｊとν_ｊはそれぞれｄ線に対する屈折率とアッベ数を表す。ｋ、Ａ_４、Ａ_６、Ａ_８、Ａ_１０は非球面係数である。非球面形状は、各光学系の光軸から高さｈでの光軸方向の変位を、面頂点を基準としてｘとするとき以下の式で定義される。

ここでｒは近軸曲率半径である。
なお、ｅ−ｙの表示は、１０^−ｙの意である。

数値実施例１
単位 mm

面データ
面番号 r d nd vd 有効径
1 6.045 0.13 1.92286 18.9 4.07
2 4.764 0.52 1.51742 52.4 3.93
3 -59.748 (可変) 3.93
4 -10.039 0.07 1.69680 55.5 2.40
5 4.406 0.25 2.33
6 -8.967 0.14 1.78800 47.4 2.33
7 8.616 0.33 1.80809 22.8 2.33
8 -12.929 1.64 2.33
9 3.558 0.15 1.49700 81.5 2.27
10 3.846 (可変) 2.27
11 8.337 0.29 1.49700 81.5 2.20
12 -7.825 0.01 2.20
13 4.023 0.08 1.92286 18.9 2.07
14 3.528 (可変) 2.07
15* 0.455 0.12 1.74320 49.3 0.45
16 -1.783 0.04 1.51742 52.4 0.42
17 1.035 0.03 0.37
18(絞り) ∞ 0.03 0.36
19 2.601 0.03 1.69895 30.1 0.34
20 0.319 0.12 0.33
21 -0.322 0.06 1.84666 23.9 0.34
22 -0.366 0.01 0.39
23 1.292 0.09 1.56907 71.3 0.44
24* -0.925 (可変) 0.45
像面 ∞

非球面データ
第15面
K = 0.00000e+000 A 4=-4.95077e-001 A 6=-2.17220e+000 A 8=-2.85151e+001

第24面
K = 0.00000e+000 A 4=-8.03320e-001 A 6=-2.24631e+000 A 8=-9.63311e+001

各種データ
ズーム比 1.47
広角 中間 望遠
焦点距離 1.00 1.23 1.47
レンズ全長 6.96 8.33 8.33
BF 1.21 1.21 1.21

d 3 0.13 1.69 2.74
d10 1.16 0.63 0.10
d14 0.33 0.68 0.16
d24 1.21 1.21 1.21

入射瞳位置 3.31 6.15 7.82
射出瞳位置 -0.38 -0.38 -0.38
前側主点位置 3.68 6.43 7.93
後側主点位置 0.21 -0.02 -0.26

ズームレンズ群データ
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
1 1 13.02 0.65 -0.03 -0.44
2 4 -4.32 2.58 -0.08 -2.38
3 11 10.58 0.38 -0.05 -0.29
4 15 1.47 0.51 0.25 -0.27

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 -25.62
2 2 8.55
3 4 -4.39
4 6 -5.56
5 7 6.44
6 9 81.28
7 11 8.17
8 13 -33.73
9 15 0.50
10 16 -1.26
11 19 -0.52
12 21 -8.63
13 23 0.96

数値実施例２
（広角側の結像光学系に対する数値実施例）
単位 mm

面データ
面番号 r d nd vd 有効径
1 8.521 0.23 1.92286 18.9 6.12
2 6.725 0.75 1.51742 52.4 5.93
3 -103.171 (可変) 5.93
4 -14.885 0.10 1.69680 55.5 3.54
5 6.199 0.37 3.44
6 -11.481 0.24 1.78800 47.4 3.35
7 13.806 0.48 1.80809 22.8 3.44
8 -16.354 2.27 3.44
9 5.683 0.22 1.49700 81.5 3.35
10 6.344 (可変) 3.35
11 12.438 0.41 1.49700 81.5 3.25
12 -11.006 0.08 3.25
13 5.916 0.10 1.92286 18.9 3.06
14 5.185 (可変) 3.06
15* 0.506 0.04 1.85400 40.4 0.63
16 0.399 0.10 0.58
17 0.552 0.08 1.84666 23.8 0.57
18 0.466 0.22 0.52
19 0.645 0.19 1.84317 29.4 0.51
20 -0.445 0.05 1.72825 28.5 0.49
21 0.847 0.07 0.41
22(絞り) ∞ 0.11 0.40
23 -0.470 0.08 1.83908 35.9 0.41
24 0.910 0.18 1.59522 67.7 0.51
25 -0.568 0.01 0.57
26 7.762 0.11 1.75500 52.3 0.63
27 -0.911 (可変) 0.64
像面 ∞

非球面データ
第15面
K = 0.00000e+000 A 4= 1.53438e-001 A 6= 7.21077e-001 A 8= 6.47154e-001

各種データ
ズーム比 1.47
広角 中間 望遠
焦点距離 1.00 1.19 1.47
レンズ全長 10.54 12.43 12.46
BF 1.73 1.73 1.73

d 3 0.19 2.07 3.91
d10 1.67 1.03 0.12
d14 0.48 1.12 0.23
d27 1.73 1.73 1.73

入射瞳位置 4.96 8.52 11.59
射出瞳位置 -0.63 -0.63 -0.63
前側主点位置 5.53 9.11 12.15
後側主点位置 0.73 0.54 0.26

ズームレンズ群データ
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
1 1 18.65 0.98 -0.07 -0.69
2 4 -6.24 3.67 -0.16 -3.46
3 11 15.36 0.58 -0.06 -0.45
4 15 1.47 1.24 1.15 0.25

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 -36.80
2 2 12.23
3 4 -6.27
4 6 -7.92
5 7 9.33
6 9 98.76
7 11 11.82
8 13 -48.48
9 15 -2.72
10 17 -5.95
11 19 0.34
12 20 -0.39
13 23 -0.36
14 24 0.62
15 26 1.09

（望遠側の結像光学系に対する数値実施例）
単位 mm

面データ
面番号 r d nd vd 有効径
1 8.522 0.23 1.92286 18.9 6.12
2 6.725 0.75 1.51742 52.4 5.93
3 -103.176 (可変) 5.93
4 -14.886 0.10 1.69680 55.5 3.54
5 6.199 0.37 3.44
6 -11.482 0.24 1.78800 47.4 3.35
7 13.806 0.48 1.80809 22.8 3.44
8 -16.355 2.27 3.44
9 5.683 0.22 1.49700 81.5 3.35
10 6.344 (可変) 3.35
11 12.439 0.41 1.49700 81.5 3.25
12 -11.007 0.08 3.25
13 5.916 0.10 1.92286 18.9 3.06
14 5.185 (可変) 3.06
15* 0.645 0.18 1.75500 52.3 0.64
16 -1.844 0.05 1.51742 52.4 0.60
17 1.773 0.03 0.52
18(絞り) ∞ 0.02 0.51
19 7.227 0.04 1.68112 33.8 0.49
20 0.449 0.16 0.47
21 -0.493 0.09 1.67149 38.6 0.49
22 -0.584 0.03 0.55
23 2.587 0.14 1.56907 71.3 0.62
24* -1.111 (可変) 0.64
像面 ∞

非球面データ
第15面
K = 0.00000e+000 A 4=-1.80117e-001 A 6=-3.76133e-001 A 8=-2.81999e+000

第24面
K = 0.00000e+000 A 4=-2.55107e-001 A 6=-2.13413e-001 A 8=-8.39056e+000

各種データ
ズーム比 1.47
広角 中間 望遠
焦点距離 1.44 1.71 2.10
レンズ全長 10.05 11.94 11.97
BF 1.74 1.74 1.74

d 3 0.19 2.07 3.91
d10 1.67 1.03 0.12
d14 0.48 1.12 0.23
d24 1.74 1.74 1.74

入射瞳位置 4.78 8.28 11.22
射出瞳位置 -0.55 -0.55 -0.55
前側主点位置 5.31 8.71 11.38
後側主点位置 0.30 0.03 -0.37

ズームレンズ群データ
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
1 1 18.65 0.98 -0.07 -0.69
2 4 -6.25 3.67 -0.16 -3.46
3 11 15.36 0.58 -0.06 -0.45
4 15 2.10 0.75 0.36 -0.38

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 -36.80
2 2 12.23
3 4 -6.27
4 6 -7.92
5 7 9.33
6 9 98.76
7 11 11.82
8 13 -48.49
9 15 0.65
10 16 -1.74
11 19 -0.70
12 21 -7.99
13 23 1.38

数値実施例３
単位 mm

面データ
面番号 r d nd vd 有効径
1 ∞ 0.02 1.03
2 4.295 0.04 1.74950 35.3 1.01
3 1.459 0.02 0.98
4 1.948 0.10 1.49700 81.5 0.98
5 -6.426 0.00 0.97
6 1.186 0.14 1.49700 81.5 0.91
7 -28.209 (可変) 0.90
8 0.655 0.03 1.76182 26.5 0.73
9 0.617 0.05 0.69
10 1.120 0.10 1.49700 81.5 0.69
11 -38.792 (可変) 0.67
12 3.866 0.02 1.77250 49.6 0.47
13 0.470 0.08 0.43
14 -1.039 0.02 1.49700 81.5 0.43
15 0.577 0.08 1.84666 23.8 0.45
16 1.999 0.07 0.45
17 -0.489 0.02 1.65160 58.5 0.45
18 -1.040 (可変) 0.46
19 3.730 0.09 1.65160 58.5 0.47
20 -0.744 0.00 0.48
21 -3.890 0.07 1.43387 95.1 0.48
22 -0.563 0.00 0.48
23 -0.566 0.03 1.88300 40.8 0.48
24 -1.381 (可変) 0.49
25(絞り) ∞ (可変) 0.49
26 0.471 0.03 1.51742 52.4 0.13
27 -1.010 0.02 1.69680 55.5 0.13
28 1.324 0.38 0.13
29 0.697 0.03 1.61340 44.3 0.13
30 -0.671 0.02 1.74950 35.3 0.13
31 0.528 0.29 0.13
32 1.783 0.03 1.48749 70.2 0.13
33 -1.670 0.00 0.13
34 1.616 0.02 1.48749 70.2 0.13
35 -2.469 (可変) 0.13
像面 ∞

各種データ
ズーム比 2.67
広角 中間 望遠
焦点距離 1.00 1.86 2.67
レンズ全長 3.83 3.83 3.83
BF 1.18 1.18 1.18

d 7 0.15 0.36 0.45
d11 0.02 0.19 0.25
d18 0.39 0.20 0.02
d24 0.25 0.07 0.10
d25 0.01 0.01 0.01
d35 1.18 1.18 1.18

入射瞳位置 1.51 2.90 3.72
射出瞳位置 -1.92 -1.92 -1.92
前側主点位置 2.18 3.64 4.09
後側主点位置 0.18 -0.68 -1.49

ズームレンズ群データ
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
1 1 2.29 0.33 0.16 -0.07
2 8 2.50 0.19 0.03 -0.11
3 12 -0.37 0.29 0.08 -0.13
4 19 1.27 0.20 0.05 -0.08
5 25 ∞ 0.00 0.00 -0.00
6 26 1.37 0.82 0.74 -0.28

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 -2.96
2 4 3.02
3 6 2.29
4 8 -20.84
5 10 2.19
6 12 -0.69
7 14 -0.74
8 15 0.93
9 17 -1.44
10 19 0.96
11 21 1.51
12 23 -1.11
13 26 0.63
14 27 -0.82
15 29 0.56
16 30 -0.39
17 32 1.77
18 34 2.01

数値実施例４
単位 mm

面データ
面番号 r d nd vd 有効径
1 ∞ 0.08 1.51
2 -0.846 0.05 1.80400 46.6 0.68
3 -4.063 0.02 0.68
4 -2.661 0.05 1.59282 68.6 0.68
5 2.142 0.17 0.68
6 -13.754 0.12 1.69895 30.1 0.68
7 -0.754 0.26 0.68
8 -0.726 0.05 1.84666 23.8 0.71
9 -1.408 0.01 0.71
10 -8.227 0.11 1.49700 81.5 0.71
11 -0.820 (可変) 0.71
12(絞り) ∞ (可変) 0.72
13 1.286 0.03 1.49700 81.5 0.20
14 -0.624 0.02 1.65412 39.7 0.20
15 -2.546 0.01 0.20
16 0.512 0.02 1.49700 81.5 0.20
17 1.513 0.29 0.20
18 -5.897 0.02 1.80400 46.6 0.20
19 -4.485 0.01 0.20
20 0.551 0.03 1.88300 40.8 0.20
21 1.146 0.02 1.61405 55.0 0.20
22 0.285 (可変) 0.20
像面 ∞

各種データ
ズーム比 1.00

焦点距離 1.00
レンズ全長 2.32
BF 0.90

d11 0.08
d12 0.01
d22 0.90

入射瞳位置 0.53
射出瞳位置 -0.29
前側主点位置 0.69
後側主点位置 -0.10

ズームレンズ群データ
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
1 1 -139798.88 0.90 -46974.73 -70747.95
2 12 ∞ 0.00 0.00 -0.00
3 13 1.51 0.44 -0.40 -0.60

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 -1.34
2 4 -1.99
3 6 1.14
4 8 -1.82
5 10 1.82
6 13 0.85
7 14 -1.27
8 16 1.55
9 18 23.14
10 20 1.17
11 21 -0.62

本発明は、コンパクトデジタルカメラ、一眼レフカメラ、ビデオカメラなどの撮像装置における光学系に好適に利用できる。

１０１ コンバータ
１０２ａ〜１０２ｊ 結像光学系

Claims (12)

1. 物体側から像側に順に、
   正の角倍率を有する対物光学系と、
   ２次元的に配列された複数の結像光学系と、を有し、
   前記複数の結像光学系のうち１つの結像光学系の焦点距離をｆ_ｆ、前記対物光学系の焦点距離をｆ_ｃ、としたとき、
   
   なる条件を満たすことを特徴とする光学系。
2. 前記対物光学系を通過した光線は、前記複数の結像光学系のうち少なくとも３つ以上に入射することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
3. 前記対物光学系を通過した光線が入射する前記結像光学系の数をＮ、前記光線が入射するｉ番目の結像光学系の焦点距離とＦ値をそれぞれｆ_ｉとＦ_ｉ、前記対物光学系の最も像側のレンズの有効径をＤ_ｔ、としたとき、
   
   なる条件を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の光学系。
4. 前記対物光学系を通過した光線が入射する前記結像光学系のうち前記対物光学系の光軸から最も離れた結像光学系をＥＯ、前記対物光学系と前記ＥＯの間隔の最大値をｄ_ｍａｘ、前記ＥＯの焦点距離をｆ_ＥＯ、としたとき、
   
   なる条件を満たすことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学系。
5. 前記対物光学系の角倍率の最大値をγ_ｍａｘとしたとき、
   
   なる条件を満たすことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学系。
6. 前記対物光学系を通過した光線が入射する全ての結像光学系の光軸が、前記対物光学系の最も像側のレンズの有効径と等しい直径で前記対物光学系の光軸を中心とする円柱の範囲内に収まるように配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光学系。
7. 前記対物光学系は前記結像光学系に対し着脱可能であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光学系。
8. 前記対物光学系は角倍率が可変であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光学系。
9. 前記結像光学系は、複数枚のレンズを有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光学系。
10. 前記複数の結像光学系は、全て単焦点レンズであることを特徴とする請求項９に記載の光学系。
11. 前記対物光学系を通過した光線が入射する前記結像光学系の１次元方向における最大配列数をＭ、前記Ｍに含まれる結像光学系のバックフォーカスをｂ_ｆ、前記対物光学系の最も像側のレンズの有効径をＤ_ｔ、としたとき、
    
    なる条件を満たすことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の光学系。
12. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の光学系と、
    前記光学系を通過した光を受光する撮像素子と、を有することを特徴とする撮像装置。