JP4813451B2 - IMAGING SYSTEM, IMAGING DEVICE EQUIPPED WITH THIS IMAGING SYSTEM, PORTABLE TERMINAL DEVICE, IN-VEHICLE DEVICE, AND MEDICAL DEVICE - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve quality of image data obtained by picking up an optical image projected on a photo-detection plane in an imaging system. <P>SOLUTION: As for a point image P1 projected from any position through an imaging lens 10 onto a photo-detection plane 21, an imaging system is also prepared which is constituted of the imaging lens 10 and an imaging device 20 configured in such a way that a maximum diameter of an effective area of a point image P1 is sized over three or more pixels of photo-detecting pixels. A signal processing unit 40 applies restoration processing to first image data output from the imaging device 20 in such a way as to produce second image data, equal to the first image data, which are output from the imaging device 20 when a resolution of the imaging lens 10 is high. The imaging lens includes, in order from an object side, a first lens group constituted of at least one lens and having positive power and a second lens group constituted of at least one lens and having positive power. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、被写体の光学像を撮像して得られる画像データの品質を、復元処理を用いて向上させる撮像システム、並びにこの撮像システムを備えた撮像装置、携帯端末機器、車載機器、および医療機器に関するものである。   The present invention relates to an imaging system that improves the quality of image data obtained by capturing an optical image of a subject using a restoration process, and an imaging device, a portable terminal device, an in-vehicle device, and a medical device including the imaging system It is about.

多数の受光画素を2次元状に配置してなる受光面を有するCCD素子やCMOS素子等の撮像素子を用い、撮像レンズを通して受光面上に結像させた被写体の光学像を撮像する撮像システムが知られている。   An imaging system for imaging an optical image of a subject formed on a light receiving surface through an imaging lens using an image sensor such as a CCD element or a CMOS element having a light receiving surface in which a large number of light receiving pixels are two-dimensionally arranged. Are known.

また、このような撮像システムの1例として、被写界深度が深くなるように設計した撮像レンズを有する撮像システムを回路基板上に直接取り付けてなる車載用カメラや携帯電話用カメラが知られている(特許文献1参照)。このような、回路基板に直接取り付けられる撮像システムは大きさが制限されるため、装置サイズを小さくするように設計されている。   As an example of such an imaging system, an in-vehicle camera or a mobile phone camera in which an imaging system having an imaging lens designed so as to increase the depth of field is directly mounted on a circuit board is known. (See Patent Document 1). Such an imaging system that is directly attached to the circuit board is designed to reduce the size of the apparatus because the size is limited.

さらに、高性能の車載用カメラや携帯電話用カメラに搭載される撮像システムには、撮像レンズの解像力が回折限界に近い性能を持つものも知られている。
特開2007−147951号公報
Furthermore, there are known imaging systems mounted on high-performance in-vehicle cameras and mobile phone cameras, in which the resolution of the imaging lens is close to the diffraction limit.
JP 2007-147951 A

ところで、このような撮像システムを用いて得られる画像について、さらなる解像度の向上が求められている。   Incidentally, there is a demand for further improvement in resolution of an image obtained using such an imaging system.

撮像システムによって得られる画像の解像度を向上させるには、受光画素の数を増大させるとともに、撮像レンズの解像力を高める必要がある。すなわち、例えば、撮像素子の受光面上に配列されている受光画素の画素密度を高くするとともに、撮像レンズを通してその受光面上に投影される点像が1つの受光画素の範囲内に収まるように撮像レンズの解像力を高めることによって、撮像システムを用いて得られる画像の解像度を向上させることができる。   In order to improve the resolution of an image obtained by the imaging system, it is necessary to increase the number of light receiving pixels and increase the resolution of the imaging lens. That is, for example, the pixel density of the light receiving pixels arranged on the light receiving surface of the image sensor is increased, and the point image projected on the light receiving surface through the imaging lens is within the range of one light receiving pixel. By increasing the resolving power of the imaging lens, the resolution of an image obtained using the imaging system can be improved.

ここで、撮像素子を構成する受光画素の画素密度を装置サイズを大きくすることなく高めることは近年の技術の向上により比較的容易に実現可能である。   Here, increasing the pixel density of the light-receiving pixels constituting the image sensor without increasing the device size can be realized relatively easily by recent technological improvements.

一方、撮像レンズの解像力を向上させることは極めて難しい。すなわち、撮像レンズのサイズを大きくしたり、被写界深度を浅くすることなくこの撮像レンズの解像度を向上させるには、撮像レンズを構成する各レンズの形状誤差や組立誤差等を抑える必要がある。しかしながら、このような撮像レンズは既に回折限界に近いところまで解像力が高められていることもあり、製作精度(加工・組立・調整精度等)をさらに高めて解像力を向上させることが非常に難しいという問題がある。   On the other hand, it is extremely difficult to improve the resolution of the imaging lens. That is, in order to improve the resolution of the imaging lens without increasing the size of the imaging lens or reducing the depth of field, it is necessary to suppress the shape error and assembly error of each lens constituting the imaging lens. . However, the resolution of such imaging lenses has already been increased to a point close to the diffraction limit, and it is very difficult to improve the resolution by further increasing the manufacturing accuracy (processing, assembly, adjustment accuracy, etc.). There's a problem.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、受光面に投影される光学像を撮像して得られる画像データの品質を向上させることができる撮像システム、並びにこの撮像システムを備えた撮像装置、携帯端末機器、車載機器、および医療機器を提供することを目的とするものである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, an imaging system capable of improving the quality of image data obtained by capturing an optical image projected on a light receiving surface, and an imaging including the imaging system. An object of the present invention is to provide a device, a portable terminal device, an in-vehicle device, and a medical device.

本発明の撮像システムは、撮像レンズと、多数の受光画素を2次元状に配列してなる受光面を有し、撮像レンズを通して受光面上に投影された被写体の光学像を撮像してこの被写体を表す第1の画像データを出力する撮像素子と、第1の画像データに対し、撮像レンズの解像力が高いときに撮像素子から出力される第1の画像データと同等の第2の画像データを生成するような復元処理を施す信号処理手段とを備え、撮像レンズが、物体側から順に、少なくとも1枚のレンズからなる正のパワーを持つ第1のレンズ群と、少なくとも1枚のレンズからなる正のパワーを持つ第2のレンズ群とを有するものであり、撮像レンズと撮像素子とが、X,Y,Z方向のいずれの位置からこの撮像レンズを通して受光面上へ投影された点像についてもその点像の有効領域の最大径が受光画素の3画素以上に亘る大きさとなるように構成されたものであることを特徴とするものである。   The imaging system of the present invention has an imaging lens and a light receiving surface in which a large number of light receiving pixels are arranged two-dimensionally, and picks up an optical image of a subject projected on the light receiving surface through the imaging lens. An image sensor that outputs first image data representing the second image data equivalent to the first image data output from the image sensor when the resolution of the imaging lens is high with respect to the first image data. Signal processing means for performing restoration processing as generated, and the imaging lens, in order from the object side, includes a first lens group having a positive power composed of at least one lens and at least one lens. A point image in which the imaging lens and the imaging element are projected onto the light-receiving surface through the imaging lens from any position in the X, Y, and Z directions. Moso It is characterized in that the maximum diameter of the effective region of the point image is one that is configured to be sized for over three pixels of the light receiving pixels.

前記撮像レンズは、この撮像レンズの焦点距離の10倍以上離れたX,Y,Z方向のいずれの位置からその撮像レンズを通して受光面上へ投影された被写体の光学像についてもこの光学像に関するMTF特性の値が正となるように構成されたものとすることができる。   The imaging lens is an MTF related to an optical image of an object projected on the light receiving surface through the imaging lens from any position in the X, Y, and Z directions separated by 10 times or more of the focal length of the imaging lens. The characteristic value may be configured to be positive.

前記信号処理手段は、受光面上における縦方向3画素以上および横方向3画素以上からなる合計9画素以上に亘る画素領域を最小単位として復元処理を行うものとしたり、受光面上に投影された点像の有効領域の全てを含む最小の画素領域を最小単位として復元処理を実行するものとしたりすることができる。   The signal processing means performs a restoration process with a pixel area extending over a total of 9 pixels or more consisting of 3 pixels or more in the vertical direction and 3 pixels or more in the horizontal direction on the light receiving surface, or projected on the light receiving surface. For example, the restoration process may be executed with a minimum pixel area including all the effective areas of the point image as a minimum unit.

前記信号処理手段は、第1の画像データの表す画像中の点像の有効領域を表す大きさよりも、第2の画像データの表す画像中における前記点像の有効領域を表す大きさの方を小さくするように復元処理を実行するものとすることができる。   The signal processing means determines the size representing the effective area of the point image in the image represented by the second image data rather than the size representing the effective area of the point image in the image represented by the first image data. The restoration process can be executed so as to reduce the size.

前記信号処理手段は、第1の画像データの表す点像の状態に応じた復元係数を用いて前記復元処理を実行するものとすることもできる。   The signal processing means may execute the restoration process using a restoration coefficient corresponding to the state of the point image represented by the first image data.

前記復元係数は、各撮像システム毎に、その撮像システムに対して個別に求められるものとしたり、複数種類に分類された点像の状態それぞれに対応する各復元係数の候補のうち、第1の画像データの表す点像の状態に応じて選択されたものとしたり、あるいは、複数種類に分類された点像の状態それぞれに対応する複数種類の復元係数の候補のうち、第1の画像データの表す点像の状態に応じて選択された復元係数を、この点像の状態に応じてさらに補正してなるものとすることができる。   The restoration coefficient is obtained for each imaging system individually for each imaging system, or the first of the restoration coefficient candidates corresponding to the state of the point images classified into a plurality of types. It is selected according to the state of the point image represented by the image data, or among the plurality of types of restoration coefficient candidates corresponding to the state of the point image classified into the plurality of types, the first image data The restoration coefficient selected according to the state of the point image to be represented can be further corrected according to the state of the point image.

前記撮像システムは、復元係数を取得する復元係数取得手段をさらに備えたものとすることができる。   The imaging system may further include restoration coefficient acquisition means for acquiring a restoration coefficient.

前記撮像レンズは2枚の単レンズからなるものとすることができる。   The imaging lens may be composed of two single lenses.

前記第1のレンズ群に対応する単レンズを物体側に凸面を向けたメニスカス形状をなすものとし、前記第2のレンズ群に対応する単レンズを物体側に凸面を向けたメニスカス形状をなすものとすることができる。   A single lens corresponding to the first lens group having a meniscus shape with a convex surface facing the object side, and a single lens corresponding to the second lens group having a meniscus shape having a convex surface facing the object side It can be.

前記第1のレンズ群に対応する単レンズを、この単レンズの両面が凸形状をなすものとし、第2のレンズ群に対応する単レンズを像側に凸面を向けたメニスカス形状をなすものとすることができる。   A single lens corresponding to the first lens group has a convex shape on both surfaces of the single lens, and a single lens corresponding to the second lens group has a meniscus shape with the convex surface facing the image side. can do.

本発明の撮像装置は、前記撮像システムを備えたことを特徴とするものである。   An image pickup apparatus according to the present invention includes the image pickup system.

本発明の携帯端末機器は、前記撮像システムを備えたことを特徴とするものである。   A portable terminal device according to the present invention includes the imaging system.

本発明の車載機器は、前記撮像システムを備えたことを特徴とするものである。   An in-vehicle device according to the present invention includes the imaging system.

本発明の医療機器は、前記撮像システムを備えたことを特徴とするものである。   A medical device according to the present invention includes the imaging system.

前記受光面上へ投影される点像の有効領域の最大径は、受光面上へ投影される点像の有効領域が最も多くの受光画素を含む方向におけるこの有効領域の径とすることができ、前記「点像の有効領域の最大径が3画素以上に亘る大きさとなるような構成」は、「点像の有効領域が最も多くの受光画素を含む方向において、この有効領域が受光画素の3画素以上に亘る大きさとなるような構成」とすることができる。   The maximum diameter of the effective area of the point image projected onto the light receiving surface can be the diameter of this effective area in the direction in which the effective area of the point image projected onto the light receiving surface includes the most light receiving pixels. The above-mentioned “configuration in which the maximum diameter of the effective area of the point image has a size of 3 pixels or more” means that “the effective area of the point image includes the most light receiving pixels. It can be set as the structure which becomes a magnitude | size covering 3 pixels or more. "

前記「点像の有効領域」は、点像を表す光強度分布におけるピーク強度の1/e(約13.5%)以上の光強度を有する領域を意味するものである。 The “effective area of the point image” means an area having a light intensity equal to or higher than 1 / e 2 (about 13.5%) of the peak intensity in the light intensity distribution representing the point image.

また、前記「復元処理」には、特開2000-123168号公報、段落0002〜0016に紹介されている画像復元処理等を採用することができる。なお、復元処理の実施においては、後述する非特許文献〔鷲沢嘉一・山下幸彦著、題名「Kernel Wiener Filter」、2003 Workshop on Information-Based Induction Sciences、(IBIS2003)、Kyoto, Japan, Nov 11 -12, 2003〕の技術等を適用することができる。   For the “restoration process”, an image restoration process or the like introduced in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-123168, paragraphs 0002 to 0016 can be employed. In the implementation of the restoration process, the non-patent literature described later (Kaichi Serizawa, Yukihiko Yamashita, title “Kernel Wiener Filter”, 2003 Workshop on Information-Based Induction Sciences, (IBIS2003), Kyoto, Japan, Nov 11- 12, 2003] can be applied.

また、前記「撮像レンズの焦点距離の10倍以上離れた位置」は、「撮像レンズを構成するレンズ面のうち最も被写体側(物体側)の面とこの撮像レンズの光軸とが交わる位置を基準位置とし、この基準位置から、その撮像レンズの光軸方向(Z軸方向)に沿って焦点距離の10倍以上被写体の側へ離れた位置」を意味する。   Further, the “position that is at least 10 times the focal length of the imaging lens” refers to a position where the most object side (object side) surface of the lens surfaces constituting the imaging lens intersects with the optical axis of the imaging lens. The reference position means a position away from the reference position along the optical axis direction (Z-axis direction) of the imaging lens toward the subject by 10 times the focal length.

本発明の撮像システムは、撮像レンズを物体側から順に、少なくとも1枚のレンズからなる正のパワーを持つ第1のレンズ群と、少なくとも1枚のレンズからなる正のパワーを持つ第2のレンズ群とを有するものとし、撮像レンズと撮像素子とを、いずれの位置から撮像レンズを通して受光面上へ投影された点像についてもこの点像の有効領域の最大径が受光画素の3画素以上に亘る大きさとなるように構成されたものとし、撮像素子から出力された第1の画像データに対し、この撮像レンズの解像力が高いときに撮像素子から出力される第1の画像データと同等の第2の画像データを生成するような復元処理を施すようにしたので、受光面に投影される光学像を撮像して得られる画像データの品質を容易に向上させることができる。   The imaging system of the present invention includes a first lens group having at least one lens and a positive power, and a second lens having at least one lens and having a positive power in order from the object side. The maximum diameter of the effective area of this point image is 3 pixels or more of the light receiving pixels for the point image projected from any position through the imaging lens onto the light receiving surface. The first image data output from the image sensor is equivalent to the first image data output from the image sensor when the resolving power of the image pickup lens is high with respect to the first image data output from the image sensor. Since the restoration process for generating the second image data is performed, the quality of the image data obtained by capturing the optical image projected on the light receiving surface can be easily improved.

すなわち、本発明の撮像システムでは、解像力の低い撮像レンズを用いて、この撮像レンズよりも高い解像力を持つ撮像レンズを通して投影された光学像を撮像して得られる画像と同等の画像を得ることができる。例えば、撮像レンズを通して投影される点像の有効領域が受光面上における縦方向3画素および横方向3画素の合計9画素に亘るものとする。そして、この合計9画素に亘る点像を撮像して撮像素子から出力される第1の画像データに対し、例えば点像の有効領域が受光面上の1画素の領域内に収まるようなときに撮像素子から出力される第1の画像データ(すなわち、撮像レンズの解像力が高いときに撮像素子から出力される第1の画像データ)と同等の第2の画像データを生成するような復元処理を施すようにしたので、第1の画像データの表す画像の解像度よりも高い解像度で同じ画像を表す第2の画像データを得ることができる。   That is, in the imaging system of the present invention, it is possible to obtain an image equivalent to an image obtained by imaging an optical image projected through an imaging lens having a higher resolution than the imaging lens using an imaging lens having a lower resolution. it can. For example, it is assumed that the effective area of the point image projected through the imaging lens covers a total of 9 pixels, 3 pixels in the vertical direction and 3 pixels in the horizontal direction on the light receiving surface. Then, for example, when the effective area of the point image falls within the area of one pixel on the light receiving surface with respect to the first image data output from the image pickup device by capturing a point image covering a total of nine pixels. Restoration processing for generating second image data equivalent to the first image data output from the image sensor (that is, first image data output from the image sensor when the resolving power of the imaging lens is high) is performed. Since it applied, the 2nd image data showing the same image with the resolution higher than the resolution of the image which 1st image data represents can be obtained.

さらに、この撮像システムでは、いずれの位置から撮像レンズを通して受光面上へ投影された光学像についても上記復元処理を実施することができるので、第1の画像データの表す画像全体の解像度を向上させることができる。すなわち、第2の画像データの表す画像中のいずれの領域の解像度も、第1の画像データの表す画像の解像度より高くすることができる。   Further, in this imaging system, since the restoration process can be performed on an optical image projected from any position through the imaging lens onto the light receiving surface, the resolution of the entire image represented by the first image data is improved. be able to. That is, the resolution of any region in the image represented by the second image data can be made higher than the resolution of the image represented by the first image data.

これにより、従来のように、撮像システムの製作精度(加工・組立・調整精度等)を高めて撮像レンズの解像力を向上させる等の場合に比して、画像データの品質をより容易に向上させることができる。   As a result, the quality of image data can be improved more easily than in the case of improving the resolving power of the imaging lens by increasing the manufacturing accuracy (processing, assembly, adjustment accuracy, etc.) of the imaging system as in the past. be able to.

また、撮像レンズを、この撮像レンズの焦点距離の10倍以上離れたX,Y,Z方向のいずれの位置からその撮像レンズを通して受光面上へ投影された被写体の光学像についてもこの光学像に関するMTF特性の値が正となるように構成されたものとすれば、撮像レンズの焦点距離の10倍以上離れた位置の被写体を表す第1の画像データについてその品質をより確実に向上させることができる。   Further, the optical image of the subject projected on the light receiving surface through the imaging lens from any position in the X, Y, and Z directions separated from the focal length of the imaging lens by 10 times or more is also related to this optical image. If the configuration is such that the value of the MTF characteristic is positive, the quality of the first image data representing the subject at a position 10 times or more the focal length of the imaging lens can be improved more reliably. it can.

また、信号処理手段を、受光面上における縦方向3画素以上および横方向3画素以上からなる合計9画素以上に亘る画素領域を最小単位として前記復元処理を行うものとすれば、復元処理をより確実に実施することができる。   Further, if the signal processing means performs the restoration process with a pixel area extending over a total of 9 pixels or more consisting of 3 pixels or more in the vertical direction and 3 pixels or more in the horizontal direction on the light receiving surface as a minimum unit, the restoration process is further performed. It can be implemented reliably.

さらに、信号処理手段を、受光面上に投影された点像の有効領域の全てを含む最小の画素領域を最小単位として復元処理を実行するものとすれば、復元処理における演算量の増大を抑制することができ復元処理を効率良く実施することができる。   Further, if the signal processing means executes the restoration process with the smallest pixel area including all the effective areas of the point image projected on the light receiving surface as the minimum unit, an increase in the amount of calculation in the restoration process is suppressed. The restoration process can be performed efficiently.

また、信号処理手段を、第1の画像データの表す画像中の点像の有効領域を表す大きさよりも、第2の画像データの表す画像中における上記点像の有効領域を表す大きさの方を小さくするように復元処理を実行すれば、画像データの品質をより確実に向上させることができる。   In addition, the signal processing means has a size representing the effective area of the point image in the image represented by the second image data rather than a size representing the effective area of the point image in the image represented by the first image data. If the restoration process is executed so as to reduce the image quality, the quality of the image data can be improved more reliably.

ここで、信号処理手段を、第1の画像データの表す画像における点像の状態(以後、点像のボケ状態ともいう)に応じた復元係数を用いて復元処理を実行するものとすれば、上記点像のボケ状態をより正確に補正してなる第2の画像データを得ることができるので、画像データの品質をより確実に向上させることができる。   Here, if the signal processing means executes the restoration process using a restoration coefficient corresponding to the state of the point image in the image represented by the first image data (hereinafter also referred to as the blurred state of the point image), Since the second image data obtained by more accurately correcting the blurred state of the point image can be obtained, the quality of the image data can be improved more reliably.

なお、「点像の状態」を「点像のボケ状態」ともいう理由は、撮像レンズを通して受光面上に投影される点像、およびこの点像を撮像して得られる第1の画像データの表す点像は、レンズ収差の影響等によりその点像に対応する物点となる被写体に比して多少なりとも画質が劣化しているからである。すなわち、例えば被写体が解像力チャートであるとすると、撮像レンズを通して受光面上に投影される解像力チャートの像、およびこの解像力チャートの像を撮像して得られる第1の画像データの表す解像力チャートの画像の解像度は、被写体となる解像力チャートの解像度よりも低下したものとなる。なお、この「点像の状態」あるいは「点像のボケ状態」は主に点像の解像度の劣化状態を示すものである。   The reason why the “point image state” is also referred to as the “point image blur state” is that the point image projected on the light receiving surface through the imaging lens and the first image data obtained by imaging the point image are as follows. This is because the image of the point image to be represented has deteriorated somewhat due to the influence of lens aberration or the like as compared with the subject that is an object point corresponding to the point image. That is, for example, if the subject is a resolution chart, an image of the resolution chart projected on the light receiving surface through the imaging lens and an image of the resolution chart represented by the first image data obtained by imaging the image of the resolution chart. Is lower than the resolution of the resolution chart as the subject. The “point image state” or “point image blur state” mainly indicates a degradation state of the resolution of the point image.

また、復元係数を、各撮像システム毎に、その撮像システムに対して個別に求められるものとすれば、より正確に、画像データの品質を向上できる復元係数を求めることができる。   If the restoration coefficient is obtained for each imaging system individually for each imaging system, the restoration coefficient that can improve the quality of the image data can be obtained more accurately.

また、復元係数を、複数種類に分類された点像のボケ状態それぞれに対応する各復元係数の候補のうち、第1の画像データの表す点像のボケ状態に応じて選択されたものとすれば、各撮像システム毎に復元係数を個別に求める場合に比してより容易に復元係数を取得することができる。   Further, the restoration coefficient is assumed to be selected according to the blurring state of the point image represented by the first image data, from among the respective restoration coefficient candidates corresponding to the blurring states of the point images classified into a plurality of types. For example, it is possible to obtain the restoration coefficient more easily than in the case where the restoration coefficient is obtained individually for each imaging system.

なお、復元係数を、複数種類に分類された点像のボケ状態それぞれに対応する複数種類の復元係数の候補のうち、第1の画像データの表す点像のボケ状態に応じて選択された復元係数を、その点像のボケ状態に応じてさらに補正してなるものとすれば、各撮像システム毎に復元係数を個別に求める場合に比して、復元係数を求める際の精度低下を抑制しつつこの復元係数をより容易に取得することができる。   The restoration coefficient is selected according to the blurring state of the point image represented by the first image data from among a plurality of types of restoration coefficient candidates corresponding to the blurring states of the point images classified into the plurality of types. If the coefficient is further corrected in accordance with the blurring state of the point image, a reduction in accuracy when obtaining the restoration coefficient is suppressed compared to the case where the restoration coefficient is obtained individually for each imaging system. However, the restoration coefficient can be acquired more easily.

また、撮像システムを、復元係数を取得する復元係数取得手段が備えられたものとすれば、より確実に復元係数を取得することができる。   Further, if the imaging system is provided with a restoration coefficient acquisition unit that acquires a restoration coefficient, the restoration coefficient can be more reliably obtained.

なお、撮像レンズを2枚の単レンズのみからなるものとして、第1のレンズ群の単レンズを物体側に凸面を向けたメニスカス形状をなすものとし、第2のレンズ群の単レンズを物体側に凸面を向けたメニスカス形状をなすものとすれば、被写体を表す第1の画像データの品質をより確実に高めることができる。   Note that the imaging lens is composed of only two single lenses, the single lens of the first lens group has a meniscus shape with the convex surface facing the object side, and the single lens of the second lens group is the object side. If it has a meniscus shape with a convex surface facing the surface, the quality of the first image data representing the subject can be improved more reliably.

また、第1のレンズ群の単レンズを、この単レンズの両面が凸形状をなすものとし、第2のレンズ群の単レンズを像側に凸面を向けたメニスカス形状をなすものとすれば、撮像レンズのテレセントリック性をより確実に向上させることができる。   Further, if the single lens of the first lens group has a convex shape on both surfaces of the single lens, and the single lens of the second lens group has a meniscus shape with the convex surface facing the image side, The telecentricity of the imaging lens can be improved more reliably.

本発明の撮像装置、携帯端末機器、車載機器、医療機器それぞれは、前記撮像システムを備えているので、上記のように、受光面に投影された光学像を撮像して得られる画像データの品質を容易に高めることができる。   Since each of the imaging device, portable terminal device, in-vehicle device, and medical device of the present invention includes the imaging system, as described above, the quality of the image data obtained by capturing the optical image projected on the light receiving surface. Can be easily increased.

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。図1は本発明の撮像システムの概略構成を示すブロック図である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an imaging system of the present invention.

<撮像システムの構成について>
以下、撮像システムの構成について説明する。
<About the configuration of the imaging system>
Hereinafter, the configuration of the imaging system will be described.

図1に示す本発明の撮像システム100は、撮像レンズ10と、多数の受光画素を2次元状に配列してなる受光面21を有する撮像素子20であって、撮像レンズ10を通して受光面21上に投影された被写体の光学像P1を撮像してこの被写体を表す第1の画像データG1を出力する撮像素子20と、第1の画像データG1に対し、撮像レンズ10の解像力が高いときに撮像素子20から出力される第1の画像データG1と同等の第2の画像データG2を生成するような復元処理を施す信号処理部40とを備えている。   An imaging system 100 of the present invention shown in FIG. 1 is an imaging element 20 having an imaging lens 10 and a light receiving surface 21 in which a large number of light receiving pixels are two-dimensionally arranged. An image pickup device 20 that picks up an optical image P1 of a subject projected onto the image and outputs first image data G1 representing the subject, and when the resolving power of the imaging lens 10 is high with respect to the first image data G1. And a signal processing unit 40 that performs a restoration process to generate second image data G2 equivalent to the first image data G1 output from the element 20.

撮像レンズ10は、被写体側(物体側)から順に、少なくとも1枚のレンズからなる正のパワーを持つ第1のレンズ群と、少なくとも1枚のレンズからなる正のパワーを持つ第2のレンズ群とを有するものである。   The imaging lens 10 includes, in order from the subject side (object side), a first lens group having a positive power composed of at least one lens, and a second lens group having a positive power composed of at least one lens. It has.

撮像レンズ10と撮像素子20とは、X,Y,Z方向のいずれの位置から撮像レンズ10を通して受光面21上へ投影された点像(P1)についてもこの点像(P1)の有効領域の最大径が受光画素の3画素以上に亘る大きさとなるように構成されたものである。   The imaging lens 10 and the imaging device 20 are effective areas of the point image (P1) for the point image (P1) projected onto the light receiving surface 21 through the imaging lens 10 from any position in the X, Y, and Z directions. The maximum diameter is configured to be a size over three pixels or more of the light receiving pixels.

ここでは、受光面21上へ投影された点像の有効領域の最大径は、受光面21上へ投影された点像P1の有効領域が最も多くの受光画素を含む方向におけるこの点像P1の有効領域の径とする。   Here, the maximum diameter of the effective area of the point image projected onto the light receiving surface 21 is that of the point image P1 in the direction in which the effective area of the point image P1 projected onto the light receiving surface 21 includes the most light receiving pixels. The effective area diameter.

なお、図1中に矢印Zで示す方向は撮像レンズ10の光軸方向であり、矢印X,Yで示す方向が受光面21に対して平行な方向である。   1 is the optical axis direction of the imaging lens 10, and the directions indicated by the arrows X and Y are directions parallel to the light receiving surface 21.

撮像システム100の外部には、撮像素子20から出力された第1の画像データG1で表される点像P1のボケ状態に応じた復元係数Kを取得する復元係数取得装置70Aが設けられている。上記信号処理部40は、復元係数取得装置70Aが取得した復元係数Kを用いて復元処理Fを実施する。   Outside the imaging system 100, a restoration coefficient acquisition device 70A that acquires a restoration coefficient K corresponding to the blurring state of the point image P1 represented by the first image data G1 output from the imaging element 20 is provided. . The signal processing unit 40 performs the restoration process F using the restoration coefficient K acquired by the restoration coefficient acquisition device 70A.

ここでは、撮像システム100は、復元係数取得装置70Aが取得した復元係数Kを記憶せしめられる係数記憶部30を備えたものとするが、この係数記憶部30は信号処理部40に内蔵されたものであってもよい。さらに、係数記憶部30は、必ずしも撮像システム100に備える必要はない。   Here, it is assumed that the imaging system 100 includes a coefficient storage unit 30 in which the restoration coefficient K acquired by the restoration coefficient acquisition device 70A is stored. This coefficient storage unit 30 is built in the signal processing unit 40. It may be. Furthermore, the coefficient storage unit 30 is not necessarily provided in the imaging system 100.

上記復元係数取得装置70Aは、撮像レンズ10を含む光学系に全く誤差がないときの点像に関する設計データ、もしくはそれを上回る理想点像状態に関する理想点像状態データのいずれかであるデータDrを予め記憶させた理想点像記憶部72と、撮像素子20から出力された第1の画像データG1で表される点像P1のボケ状態を示すボケ点像状態データDbを取得するための点像ボケ状態取得部73と、この点像ボケ状態取得部73で得られた上記点像P1のボケ状態を表すボケ点像状態データDb、および理想点像記憶部72に記憶された設計データまたは理想点像状態データであるデータDrを入力し両者を用いた演算により上記第1の画像データG1の表す点像P1のボケ状態に応じた復元係数Kを示す係数データDkを取得して、この係数データDkの表す復元係数Kを係数記憶部30に記憶させる復元係数取得部78Aとを備えている。   The restoration coefficient acquisition device 70A receives data Dr that is either design data related to a point image when there is no error in the optical system including the imaging lens 10 or ideal point image state data related to an ideal point image state that exceeds the design data. The point image for acquiring the ideal point image storage unit 72 stored in advance and the blurred point image state data Db indicating the blurred state of the point image P1 represented by the first image data G1 output from the image sensor 20. The blur state acquisition unit 73, the blur point image state data Db representing the blur state of the point image P1 obtained by the point image blur state acquisition unit 73, and the design data or ideal stored in the ideal point image storage unit 72 Coefficient data Dk indicating the restoration coefficient K corresponding to the blurring state of the point image P1 represented by the first image data G1 is obtained by inputting the data Dr which is point image state data and calculating using both. , And a restoration coefficient acquisition unit 78A for storing the restored coefficient K represented by the coefficient data Dk to the coefficient storage unit 30.

なお、本発明の撮像システムに用いられる撮像レンズは、必ずしもこの撮像レンズを通して受光面上に光学像が正しく「結像される」ものに限らず、撮像レンズを通して受光面上に光学像が正しく「結像されない」ものであっても採用できるので、本発明においては撮像レンズを通して受光面上に光学像が「投影される」ものとして説明する。「結像されない」状態とは、いわゆるボケた像と解釈されるが、例えば製造誤差に起因して本来の点像よりも広がった点像を生成される状態や、設計的な制約条件(光学系の大きさやコスト)から設計値自体が本来得たい点像よりも大きい点像しか提供できないような状況も含む。   The imaging lens used in the imaging system of the present invention is not necessarily limited to the one in which the optical image is correctly “formed” on the light receiving surface through the imaging lens, but the optical image is correctly displayed on the light receiving surface through the imaging lens. In the present invention, it is assumed that the optical image is “projected” on the light receiving surface through the imaging lens. The “not imaged” state is interpreted as a so-called blurred image. For example, a state in which a point image that is wider than the original point image is generated due to a manufacturing error or a design constraint condition (optical This includes a situation where the design value itself can provide only a point image larger than the point image originally desired due to the size and cost of the system.

また、主に点像の解像度の劣化状態を示すボケ点像状態データDbは、例えば、点像P1の有効領域の大きさや点像P1の受光面上における輝度分布(画像中における濃度分布)等を表すものとすることができる。   Further, the blurred point image state data Db mainly indicating the degradation state of the resolution of the point image includes, for example, the size of the effective region of the point image P1, the luminance distribution (density distribution in the image) on the light receiving surface of the point image P1, and the like. Can be represented.

<撮像システムの作用について>
次に、上記撮像システムの作用について説明する。
<Operation of imaging system>
Next, the operation of the imaging system will be described.

はじめに、復元係数取得装置により復元係数を求めてこの復元係数を係数記憶部に記憶させる場合の1例について説明する。   First, an example in which the restoration coefficient is obtained by the restoration coefficient acquisition apparatus and the restoration coefficient is stored in the coefficient storage unit will be described.

撮像レンズ10を通して受光面21上へ投影された被写体の光学像を撮像素子20により撮像し、撮像素子20から出力された上記被写体を表す第1の画像データG1が点像ボケ状態取得部73へ入力される。   An optical image of the subject projected onto the light receiving surface 21 through the imaging lens 10 is picked up by the image pickup device 20, and the first image data G 1 representing the subject output from the image pickup device 20 is sent to the point image blur state acquisition unit 73. Entered.

第1の画像データG1が入力された点像ボケ状態取得部73は、第1の画像データG1の表す点像のボケ状態を解析しその解析結果を示すボケ点像状態データDbを出力する。   The point image blur state acquisition unit 73 to which the first image data G1 is input analyzes the blur state of the point image represented by the first image data G1, and outputs the blur point image state data Db indicating the analysis result.

復元係数取得部78Aは、点像ボケ状態取得部73から出力されたボケ点像状態データDb、および予め理想点像記憶部72に記憶された上記設計データまたは理想点像状態データであるデータDrを入力し両者を用いた演算により上記点像P1のボケ状態に応じた復元係数Kを取得し、この復元係数Kを示す係数データDkを出力する。   The restoration coefficient acquisition unit 78A includes the blur point image state data Db output from the point image blur state acquisition unit 73 and the data Dr that is the design data or the ideal point image state data stored in the ideal point image storage unit 72 in advance. Is input, a restoration coefficient K corresponding to the blurred state of the point image P1 is obtained by calculation using both, and coefficient data Dk indicating the restoration coefficient K is output.

復元係数取得部78Aから出力された復元係数Kを示す係数データDkは係数記憶部30に入力されてこの係数記憶部30に係数データDkの表す復元係数Kが記憶される。   The coefficient data Dk indicating the restoration coefficient K output from the restoration coefficient acquisition unit 78A is input to the coefficient storage unit 30, and the restoration coefficient K represented by the coefficient data Dk is stored in the coefficient storage unit 30.

なお、点像ボケ状態取得部73の機能を実現する例としては、後述するDxO Labs社(フランス)製のDxOアナライザが挙げられる。このDxOアナライザによれば、撮像素子20から出力された第1の画像データG1を解析することにより受光面21上へ投影された点像P1のボケ状態を求めることができる。   An example of realizing the function of the point image blur state acquisition unit 73 is a DxO analyzer manufactured by DxO Labs (France) described later. According to the DxO analyzer, the blur state of the point image P1 projected onto the light receiving surface 21 can be obtained by analyzing the first image data G1 output from the imaging device 20.

<復元処理について>
次に、係数記憶部30に記憶された復元係数Kを用い、撮像素子20から出力された第1の画像データに対し復元処理Fを実行して、第1の画像データの表す画像よりも解像度の高い画像を表す第2の画像データを取得する場合について説明する。なお、以下の説明においては、主に、点像を表す第1の画像データに対して復元処理Fを施す場合について説明する。
<About restoration processing>
Next, using the restoration coefficient K stored in the coefficient storage unit 30, the restoration process F is performed on the first image data output from the image sensor 20, and the resolution is higher than the image represented by the first image data. A case in which the second image data representing a high image is acquired will be described. In the following description, a case where the restoration process F is performed on first image data representing a point image will be mainly described.

図2(a)は、縦軸に光強度E、横軸に受光面上におけるX方向の位置を示す座標上に点像の光強度分布を示す図である。図2(b)は、縦軸に受光面上のY方向の位置、横軸に受光面上のX方向の位置を示す座標上に、受光面を構成する受光画素の各画素領域(図中符号Rgで示す)とこの受光面に投影された点像とを示す図、図3(a)は第1の画像データの表す画像中に表示される点像の画像を示す図、図3(b)は第2の画像データの表す画像中に表示される点像の画像を示す図である。なお、図3(a)と図3(b)それぞれに示す画像中の画素領域(図中符号Rg′で示す)それぞれの大きさは互に一致する。なお、受光面21を構成する受光画素の各画素領域Rgと、第1の画像データG1や第2の画像データG2が表す画像中の画素領域Rg′とが互いに対応する領域となる。   FIG. 2A is a diagram showing the light intensity distribution of a point image on the coordinates indicating the light intensity E on the vertical axis and the position in the X direction on the light receiving surface on the horizontal axis. FIG. 2B shows each pixel region of the light receiving pixels constituting the light receiving surface on the coordinates where the vertical axis indicates the position in the Y direction on the light receiving surface and the horizontal axis indicates the position in the X direction on the light receiving surface. FIG. 3A shows a point image projected on the light receiving surface, and FIG. 3A shows a point image displayed in the image represented by the first image data. b) is a diagram showing a point image displayed in the image represented by the second image data. Note that the sizes of the pixel regions (indicated by reference symbol Rg ′ in the figure) in the images shown in FIGS. 3A and 3B are the same. Note that each pixel region Rg of the light-receiving pixels constituting the light-receiving surface 21 and a pixel region Rg ′ in the image represented by the first image data G1 and the second image data G2 correspond to each other.

また、図4(a)は、縦軸に光強度E、横軸に受光面上におけるX方向の位置を示す座標上に、撮像レンズ10の解像力が高いときに受光面21上に投影されるであろう点像の光強度分布を示す図である。また、これは光学系如何にかかわらず理想的な点像状態を表すものと考えて良い。図4(b)は、縦軸に受光面上のY方向の位置、横軸に受光面上のX方向の位置を示す座標上に、受光面を構成する受光画素の各画素領域(図中符号Rgで示す)および撮像レンズ10の解像力が高いときに受光面21上に投影されるであろう点像P2を示す図である。   4A is projected on the light receiving surface 21 when the resolving power of the imaging lens 10 is high on the coordinates indicating the light intensity E on the vertical axis and the position in the X direction on the light receiving surface on the horizontal axis. It is a figure which shows the light intensity distribution of the point image which will be. This may be considered to represent an ideal point image state regardless of the optical system. FIG. 4B shows each pixel region of the light receiving pixels constituting the light receiving surface on the coordinates indicating the position in the Y direction on the light receiving surface on the vertical axis and the position in the X direction on the light receiving surface on the horizontal axis. And a point image P2 that will be projected on the light receiving surface 21 when the resolving power of the imaging lens 10 is high.

撮像レンズ10を通して受光面21上に投影された光学像である点像P1の有効領域R1の最大径M1は、図2(b)に示すように、受光面21を構成する受光画素の連続する3画素に亘る大きさである。また、その有効領域R1は、受光面21上における縦方向3画素および横方向3画素からなる合計9画素に亘る領域である。すなわち、有効領域R1は、受光面21を構成する受光画素の9画素分(3画素×3画素)を占める領域である。   The maximum diameter M1 of the effective region R1 of the point image P1, which is an optical image projected onto the light receiving surface 21 through the imaging lens 10, is continuous with the light receiving pixels constituting the light receiving surface 21, as shown in FIG. The size is over 3 pixels. In addition, the effective area R1 is an area covering a total of nine pixels on the light receiving surface 21 including three pixels in the vertical direction and three pixels in the horizontal direction. That is, the effective area R1 is an area that occupies nine pixels (3 pixels × 3 pixels) of the light receiving pixels constituting the light receiving surface 21.

また、図2(a)に示すように、点像P1の有効領域R1は、点像P1を表す光強度分布H1におけるピーク強度Ep1の1/e以上の光強度を有する領域である。 As shown in FIG. 2A, the effective region R1 of the point image P1 is a region having a light intensity equal to or greater than 1 / e 2 of the peak intensity Ep1 in the light intensity distribution H1 representing the point image P1.

上記受光面21上に投影された点像P1は撮像素子20により撮像され、この点像P1を表す第1の画像データG1が撮像素子20から出力される。   The point image P1 projected on the light receiving surface 21 is picked up by the image pickup device 20, and first image data G1 representing the point image P1 is output from the image pickup device 20.

図3(a)に示すように、この第1の画像データG1が表す画像Zg1中に表示される上記点像P1に対応する画像P1′は、相変わらずその有効領域R1′が画像中において9画素分(3画素×3画素)に亘るものとして表示される。   As shown in FIG. 3A, the image P1 ′ corresponding to the point image P1 displayed in the image Zg1 represented by the first image data G1 still has an effective area R1 ′ of 9 pixels in the image. It is displayed as covering a minute (3 pixels × 3 pixels).

次に、この画像データG1を入力した信号処理部40が、第1の画像データG1に対し復元係数K1を用いた復元処理Fを実行して第2の画像データG2を得る。   Next, the signal processing unit 40 to which the image data G1 is input performs a restoration process F using the restoration coefficient K1 on the first image data G1 to obtain second image data G2.

図3(a)、(b)に示すように、上記第1の画像データG1が表す点像の画像P1′に対応する第2の画像データG2が表す画像Zg2中の点像の画像P2′は、その画像P2′の有効領域R2´が上記第1の画像データG1の表す画像Zg1中の点像の画像P1′の有効領域R1′に比して小さくなる。したがって、画像Zg2中に表される点像の画像P2′の最大径M2′(画素領域Rg′の3画素分の領域)も画像Zg1中に表される点像の画像P1′の最大径M1′(画素領域Rg′の1画素分の領域)より小さくなる。   As shown in FIGS. 3A and 3B, the point image P2 ′ in the image Zg2 represented by the second image data G2 corresponding to the point image P1 ′ represented by the first image data G1. Is smaller than the effective area R1 ′ of the point image P1 ′ in the image Zg1 represented by the first image data G1. Accordingly, the maximum diameter M2 ′ of the point image P2 ′ represented in the image Zg2 (region corresponding to three pixels of the pixel region Rg ′) is also the maximum diameter M1 of the point image P1 ′ represented in the image Zg1. '(Area corresponding to one pixel of the pixel area Rg').

すなわち、この図3(b)に示す第2の画像データG2の表す点像の画像P2′と、撮像レンズ10の解像力が高いときに受光面21上に投影されるであろう点像P2(図4参照)を撮像した撮像素子20から出力される第1の画像データによって表される点像の画像とは同等の画像となる。   That is, the point image P2 ′ represented by the second image data G2 shown in FIG. 3B and the point image P2 (which will be projected on the light receiving surface 21 when the imaging lens 10 has high resolving power). The image of the point image represented by the first image data output from the image sensor 20 that captured the image of FIG. 4 is equivalent to the image.

より具体的には、撮像レンズ10を通して受光面21上に投影された有効領域R1が9画素分に亘る点像P1(図2(a)、(b)参照)を撮像した撮像素子20から出力される第1の画像データG1に対して上記復元係数Kを用いた復元処理Fを施して得られる第2の画像データG2の表す点像の画像P2′(図3(b)参照)と、撮像レンズ10の解像力を高くしたときに受光面21上に投影されると予想される点像P2(有効領域R2の最大径M2が1つの画素領域Rgに含まれる、図4(a)、(b)参照)を撮像した撮像素子20から出力される第1の画像データG1の表す点像の画像とは同等の画像となる。   More specifically, the effective area R1 projected on the light receiving surface 21 through the imaging lens 10 is output from the imaging element 20 that has captured a point image P1 (see FIGS. 2A and 2B) covering nine pixels. A point image P2 ′ (see FIG. 3B) represented by the second image data G2 obtained by performing the restoration process F using the restoration coefficient K on the first image data G1 to be performed; A point image P2 that is expected to be projected onto the light receiving surface 21 when the resolution of the imaging lens 10 is increased (the maximum diameter M2 of the effective region R2 is included in one pixel region Rg, FIG. The image of the point image represented by the first image data G1 output from the imaging device 20 that has imaged (b) is equivalent to the image.

なお、図4(a)、(b)に示す受光面21上の1つの画素領域Rgに含まれる点像P2の有効領域R2は、上記点像P1の場合と同様に、点像P2を表す光強度分布H2におけるピーク強度Ep2の1/e以上の光強度を有する領域である。ここで、点像P2の有効領域R2は1つの画素領域Rgに含まれる大きさである。 In addition, the effective area | region R2 of the point image P2 contained in one pixel area | region Rg on the light-receiving surface 21 shown to Fig.4 (a), (b) represents the point image P2 similarly to the case of the said point image P1. This is a region having a light intensity of 1 / e 2 or more of the peak intensity Ep2 in the light intensity distribution H2. Here, the effective area R2 of the point image P2 is a size included in one pixel area Rg.

このように、第1の画像データに復元処理を施して得られた第2の画像データの表す画像の解像度は、第1の画像データの表す画像の解像度よりも高くすることができる。   Thus, the resolution of the image represented by the second image data obtained by performing the restoration process on the first image data can be made higher than the resolution of the image represented by the first image data.

また、この復元処理Fにより、撮像レンズ10の被写界深度を拡大したときに得られる画像と同様の画像を得ることができるので、上記復元処理は、実質的に撮像レンズ10の被写界深度を拡大するものともいえる。   In addition, since the restoration process F can obtain an image similar to the image obtained when the depth of field of the imaging lens 10 is enlarged, the restoration process substantially performs the field of the imaging lens 10. It can also be said to expand the depth.

なお、信号処理部40による、第1の画像データG1の表す点像P1の状態に応じた復元係数Kを用いた復元処理Fには、上述の特開2000-123168号公報、段落0002〜0016に紹介されている画像復元処理等を採用することができる。   In the restoration process F using the restoration coefficient K according to the state of the point image P1 represented by the first image data G1 by the signal processing unit 40, the above-mentioned JP-A-2000-123168, paragraphs 0002 to 0016 are used. The image restoration process introduced in the above can be adopted.

上記説明では点像を撮像する場合について説明したが、撮像レンズ10を通して受光面21上に投影される被写体の光学像は、被写体を表す点像の集まりであると考えられるので、撮像する被写体がどのようなものであっても、上記第1の画像データに復元処理を施してこの第1の画像データの表す画像よりも高い解像度で画像を表す第2の画像データを生成することができる。   In the above description, the point image is captured. However, since the optical image of the subject projected on the light receiving surface 21 through the imaging lens 10 is considered to be a collection of point images representing the subject, In any case, the first image data can be restored to generate second image data representing an image at a higher resolution than the image represented by the first image data.

<撮像系の性能について>
次に、上記撮像システム100に用いられる撮像レンズ10と撮像素子20とから構成される撮像系の性能について説明する。
<About imaging system performance>
Next, the performance of the imaging system composed of the imaging lens 10 and the imaging device 20 used in the imaging system 100 will be described.

図5は、横軸に撮像レンズから物点までの光軸方向の距離Uを対数目盛り(m)で示し、縦軸に受光面上に連続して並ぶ画素領域の数(N)に対応させた長さを示す座標上に、物点を光軸方向に移動させたときに受光面上に投影されるこの物点に対応する点像の有効領域の最大径の変化を模式的に示す図である。   In FIG. 5, the horizontal axis indicates the distance U in the optical axis direction from the imaging lens to the object point in logarithmic scale (m), and the vertical axis corresponds to the number (N) of pixel regions continuously arranged on the light receiving surface. The figure which shows typically the change of the maximum diameter of the effective area | region of the point image corresponding to this object point projected on the light-receiving surface when an object point is moved to the optical axis direction on the coordinate which shows the length. It is.

ここでは、物点を、撮像レンズに略接する近点の位置(約0.01mまで接近した位置)から撮像レンズに対して略無限大離れた遠点の位置(約10m離れた位置)まで移動させた。   Here, the object point is moved from the position of the near point that is substantially in contact with the imaging lens (position that is close to about 0.01 m) to the position of a far point that is about infinity away from the imaging lens (position that is about 10 m away). I let you.

図5中の系列A-1、A-2、A-3によって示される3種類の曲線(実線)は、本発明の撮像システムの撮像レンズ10を通して受光面21上の互に異なる特定の領域(互に像高の異なる受光面上の特定の領域)に投影される各点像の有効領域の最大径の変化を模式的に示している。また、図5中の系列Awによって示される曲線(破線)は、従来の撮像システム(例えば車載用カメラ、携帯電話用カメラ、医療機器用カメラ等)に用いられる撮像レンズを通して受光面上に投影された点像の有効領域の最大径の一般的な変化を示している。   Three types of curves (solid lines) indicated by the series A-1, A-2, and A-3 in FIG. 5 are different specific regions on the light receiving surface 21 through the imaging lens 10 of the imaging system of the present invention ( The change of the maximum diameter of the effective area | region of each point image projected on the specific area | region on the light-receiving surface from which image height mutually differs is shown typically. Further, the curve (broken line) indicated by the series Aw in FIG. 5 is projected on the light receiving surface through an imaging lens used in a conventional imaging system (for example, an in-vehicle camera, a mobile phone camera, a medical device camera, etc.). The general change in the maximum diameter of the effective area of the point image is shown.

図5からわかるように、従来の撮像システムにおいては、受光面21上に物点を投影してなる点像の有効領域の最大径は、物点の光軸方向への移動にともない1画素分の大きさから30画素分に亘る大きさまで大きく変化する。   As can be seen from FIG. 5, in the conventional imaging system, the maximum diameter of the effective area of the point image formed by projecting the object point on the light receiving surface 21 is one pixel as the object point moves in the optical axis direction. The size greatly changes from 30 to 30 pixels.

一方、本発明の撮像システム100が備える撮像レンズ10を通して受光面21上に物点を投影してなる点像の有効領域の最大径は、系列A-1、A-2、A-3のいずれについても3画素分以上、10画素分以下に亘る大きさである。すなわち、撮像レンズ10から物点までの距離にかかわらず、かつ、投影される点像の受光面上における位置(例えば、受光面上の像高)にかかわらず、この受光面上における点像の有効領域の大きさの変動は少ない。さらに、X,Y、Z方向のいずれの位置、すなわち3次元空間におけるいずれの位置から撮像レンズ10を通して受光面上へ投影された点像についても、この点像の有効領域の大きさの変動は少ないとも言える。   On the other hand, the maximum diameter of the effective area of the point image formed by projecting an object point on the light receiving surface 21 through the imaging lens 10 included in the imaging system 100 of the present invention is any of the series A-1, A-2, and A-3. Is also a size ranging from 3 pixels to 10 pixels. That is, regardless of the distance from the imaging lens 10 to the object point, and regardless of the position of the projected point image on the light receiving surface (for example, the image height on the light receiving surface), There is little variation in the size of the effective area. Further, for any point image projected on the light receiving surface through the imaging lens 10 from any position in the X, Y, and Z directions, that is, from any position in the three-dimensional space, the variation in the size of the effective area of this point image is It can be said that there are few.

図6は、横軸に撮像レンズから物点までの光軸方向の距離Uを対数目盛(m)で示し、縦軸にMTF特性の値(%)を示した座標上に、物点を光軸方向に移動させたときに受光面上に投影される上記物点の光学像に関するMTF特性の値(%)の変化を模式的に示す図である。   In FIG. 6, the horizontal axis indicates the distance U in the optical axis direction from the imaging lens to the object point in logarithmic scale (m), and the vertical axis indicates the MTF characteristic value (%) on the coordinates where the object point is expressed as light. It is a figure which shows typically the change of the value (%) of the MTF characteristic regarding the optical image of the said object point projected on the light-receiving surface when it moves to an axial direction.

ここでは、物点を、撮像レンズに略接する近点の位置(約0.01mまで接近した位置)から撮像レンズに対して略無限大離れた遠点の位置(約10m離れた位置)まで移動させた。   Here, the object point is moved from the position of the near point that is substantially in contact with the imaging lens (position that is close to about 0.01 m) to the position of a far point that is about infinity away from the imaging lens (position that is about 10 m away). I let you.

図6中の系列B1、B2、B3によって示される本発明の撮像システムに関する3種類の曲線(実線)は、撮像レンズ10を通して受光面上の互に異なる特定の領域(互に像高の異なる特定の領域)に投影された光学像に関するMTF特性の値(%)の変化を模式的に示している。また、図6中の系列Bwによって示される曲線(破線)は、従来の撮像システムについて、受光面上に投影された光学像に関するMTF特性の値(%)の一般的な変化を示している。   Three types of curves (solid lines) relating to the imaging system of the present invention indicated by the series B1, B2, and B3 in FIG. 6 are different specific areas on the light receiving surface through the imaging lens 10 (specific specifications having different image heights). 4 schematically shows a change in MTF characteristic value (%) related to the optical image projected onto the area (1). Further, the curve (broken line) indicated by the series Bw in FIG. 6 shows a general change in the value (%) of the MTF characteristic regarding the optical image projected on the light receiving surface in the conventional imaging system.

図6からわかるように、従来の撮像システムでは、受光面21上に投影される光学像に関するMTF特性の値(%)は、0%から80%を超える値まで大きく変化する。なお、撮像レンズ10と物点とが接近した近点においてMTF特性の値が0%となる位置よりも撮像レンズ10に近い領域(MTF特性の値が0%から折り返した領域)に位置する物点については偽解像が生じている。また、撮像レンズ10と物点とが離れた遠点においてMTF特性の値が0%となる位置よりも撮像レンズ10から遠い領域(MTF特性の値が0%から折り返した領域)に位置する物点についても偽解像が生じている。   As can be seen from FIG. 6, in the conventional imaging system, the value (%) of the MTF characteristic relating to the optical image projected onto the light receiving surface 21 varies greatly from 0% to a value exceeding 80%. An object located in a region closer to the imaging lens 10 (a region where the MTF characteristic value is turned back from 0%) than the position where the MTF characteristic value is 0% at a near point where the imaging lens 10 and the object point are close to each other. There is a false resolution of points. Further, an object located in a region farther from the imaging lens 10 (a region where the MTF characteristic value is turned back from 0%) than a position where the MTF characteristic value is 0% at a far point where the imaging lens 10 is away from the object point. There is also a false resolution of points.

一方、本発明の撮像システム100の備える撮像レンズ10を通して受光面21上に投影される光学像に関するMTF特性の値(%)は、系列B1、B2、B3のいずれについても10%以上、60%以下の大きさであり偽解像は生じない。すなわち、撮像レンズ10から物点までの距離にかかわらず、かつ、投影された光学像の受光面上における位置(例えば、受光面上の像高)にかかわらず、受光面上に投影された光学像に関するMTF特性の値の変動が少なく偽解像も生じない。さらに、X,Y、Z方向のいずれの位置から撮像レンズ10を通して受光面上へ投影された光学像に関するMTF特性の値についても変動が少ないとも言える。   On the other hand, the value (%) of the MTF characteristic regarding the optical image projected on the light receiving surface 21 through the imaging lens 10 included in the imaging system 100 of the present invention is 10% or more and 60% for any of the series B1, B2, and B3. The size is as follows and no false resolution occurs. In other words, regardless of the distance from the imaging lens 10 to the object point, and regardless of the position of the projected optical image on the light receiving surface (for example, the image height on the light receiving surface), the optical projected on the light receiving surface. There is little fluctuation in the value of the MTF characteristic relating to the image, and false resolution does not occur. Further, it can be said that there is little variation in the value of the MTF characteristic regarding the optical image projected onto the light receiving surface through the imaging lens 10 from any position in the X, Y, and Z directions.

なお、撮像レンズ10は、この撮像レンズ10の焦点距離(例えば4〜5mm)の10倍以上離れたX,Y,Z方向のいずれの位置からその撮像レンズ10を通して受光面21上へ投影された被写体の光学像についてもこの光学像に関するMTF特性の値が正となるように構成されたものである。   The imaging lens 10 is projected onto the light receiving surface 21 through the imaging lens 10 from any position in the X, Y, and Z directions separated by 10 times or more of the focal length (for example, 4 to 5 mm) of the imaging lens 10. The optical image of the subject is also configured so that the value of the MTF characteristic regarding this optical image is positive.

また、この撮像システム10は、撮像レンズと撮像素子とが、例えばZ方向に関しては10f以上に制限され、X、Y方向に関してもある物体高までに制限された範囲内において物体空間のX,Y,Z方向のいずれの位置から受光面上に投影された点像についても、この点像の有効領域の最大径が撮像素子の受光面を形成する受光画素の3画素以上に亘る大きさとなるように構成されたものとしてもよい。   In addition, the imaging system 10 is configured such that the imaging lens and the imaging element are limited to 10f or more in the Z direction, for example, and the X and Y in the object space within a range limited to a certain object height in the X and Y directions. For the point image projected on the light receiving surface from any position in the Z and Z directions, the maximum diameter of the effective area of this point image is such that the size of the light receiving pixels forming the light receiving surface of the image sensor extends over three or more pixels. It is good also as what was comprised.

しかしながら、撮像レンズ10は、必ずしもこの条件を満足する場合に限らず、撮像レンズ10と撮像素子20とが、X,Y,Z方向のいずれの位置からこの撮像レンズ10を通して受光面21上へ投影された点像についてもこの点像の有効領域の最大径が受光面上の受光画素の3画素以上に亘る大きさとなるように構成されたものであれば撮像素子20から出力される画像データの品質を高める効果を得ることができる。   However, the imaging lens 10 is not limited to satisfying this condition, and the imaging lens 10 and the imaging device 20 project onto the light receiving surface 21 through the imaging lens 10 from any position in the X, Y, and Z directions. If the maximum diameter of the effective area of this point image is such that the maximum diameter of the light receiving pixels on the light receiving surface is 3 pixels or more, the image data output from the image sensor 20 is not affected. An effect of improving quality can be obtained.

上記のように、本発明の撮像システムによれば、従来のように、撮像システムから出力される第1の画像データの表す画像の解像度の不足を、単に、第1の画像データに対し復元処理(画像処理)を施すだけで補うことができる。すなわち、第1の画像データに対する復元処理により所望の解像度を有する画像を表す第2の画像データを得ることができるので、受光面に投影される光学像を撮像して得られる画像データの品質を容易に向上させることができる。   As described above, according to the imaging system of the present invention, as in the prior art, the lack of resolution of the image represented by the first image data output from the imaging system is simply restored to the first image data. It can be compensated only by applying (image processing). That is, since the second image data representing an image having a desired resolution can be obtained by the restoration process for the first image data, the quality of the image data obtained by capturing the optical image projected on the light receiving surface is reduced. It can be improved easily.

<復元係数取得装置の作用について>
以下、復元係数取得装置70Aの作用について詳しく説明する
復元係数取得装置70Aの機能としては、
(1)点像測定・画面内均一性判定、
(2)最適な復元処理を与える係数群(復元係数)の導出、
(3)最適な係数群の記録
が必要である。それぞれの機能をより詳しく解説する。
<About the operation of the restoration coefficient acquisition device>
Hereinafter, the operation of the restoration coefficient acquisition device 70A will be described in detail. As a function of the restoration coefficient acquisition device 70A,
(1) Point image measurement, in-screen uniformity judgment,
(2) Derivation of coefficient group (restoration coefficient) that gives optimal restoration processing,
(3) It is necessary to record the optimum coefficient group. Each function is explained in more detail.

(1)は各撮像レンズと撮像素子の組み合わせに於いて、結像性能(解像力)を実際に測定・判定する機能である。撮像素子から得られる電気信号(第1の画像データ)をもとにして光学点像を測定する手段としては、仏DxO社のDxOアナライザが市販されている。これは、DxO社が提唱するBxUというぼけを表現する概念を用いたもので、撮像素子からの出力信号から点像(光学点像、画像処理後点像いずれも)を求める事が可能である。   (1) is a function for actually measuring and determining the imaging performance (resolving power) in the combination of each imaging lens and imaging device. As a means for measuring an optical point image based on an electrical signal (first image data) obtained from an image sensor, a DxO analyzer manufactured by France DxO is commercially available. This uses the concept of blurring called BxU proposed by DxO, and it is possible to obtain point images (both optical point images and post-image processing point images) from the output signals from the image sensor. .

具体的には、このDxOアナライザは、ある指定されたチャート(白地に黒丸が無数に配列したチャート)を撮影して得られた画像データ(第1の画像データ)を解析することによって撮像素子の受光面上の任意の点での点像大きさを計算するものである(http://www.dxo.com/jp/image_quality/dxo_analyzer)。   Specifically, this DxO analyzer analyzes image data (first image data) obtained by photographing a specified chart (a chart in which countless black circles are arrayed on a white background), thereby obtaining an image sensor. The point image size at an arbitrary point on the light receiving surface is calculated (http://www.dxo.com/jp/image_quality/dxo_analyzer).

なお、光学点像を測定する手段は、撮像素子(すなわちセンサ)からの出力信号から点像を計算できる測定手段であれば形式は問わない。   The means for measuring the optical point image may be in any form as long as it is a measuring means that can calculate the point image from the output signal from the image sensor (ie, sensor).

一方、光学設計値通りであった場合の点像の大きさはその光学系を設計したツールにて計算できるので、この計算で得られた「設計値点像」とDxOアナライザ等の測定器で測定された「測定点像」の大きさを比較することで、測定点像がどの程度設計値からずれているのかを判定することが出来る。例えば、光学部品に組み立て誤差があった場合の測定点像の大きさは、設計値点像に比べて大きくなってしまうことが大半である。また、撮像素子の受光面上に投影される点像の有効領域の形状や輝度分布は、本来、点対称な形状や分布をなすが、撮像レンズが傾いていたりその軸がずれていたりすると部分的に前ぼけ、後ぼけが生じてしまい、いわゆる「片ぼけ状態」となる。このような設計値からの逸脱を、前記「設計値点像」と「測定点像」を比較することによって求め、更に設計値通りと言えるかどうかの判定をすることが可能である。また、設計値点像にこだわらなくとも、任意に理想状態を定義して、その理想状態(「理想点像」)と「測定点像」を比較しその差異を判定することも可能である。   On the other hand, the size of the point image in the case of the optical design value can be calculated by the tool that designed the optical system, so the “design value point image” obtained by this calculation and a measuring instrument such as a DxO analyzer can be used. By comparing the sizes of the measured “measurement point images”, it is possible to determine how much the measurement point images deviate from the design values. For example, in most cases, the size of the measurement point image when there is an assembly error in the optical component is larger than the design value point image. In addition, the shape and luminance distribution of the effective area of the point image projected onto the light receiving surface of the image sensor is essentially a point-symmetric shape or distribution. However, if the imaging lens is tilted or its axis is deviated, As a result, front blur and rear blur occur, and a so-called “one-sided blur state” occurs. Such a deviation from the design value can be obtained by comparing the “design value point image” and the “measurement point image”, and it can be further determined whether or not the design value can be said. Further, it is also possible to arbitrarily define an ideal state and compare the ideal state (“ideal point image”) with a “measurement point image” to determine the difference without being particular about the design value point image.

(2)はカーネルウィーナーフィルタを基本とした復元処理を実行し、前記「測定点像」を「設計値点像」あるいは「理想点像」に近づける係数群(復元係数)を計算によって求める段階である。カーネルウィーナフィルタとは、文献(鷲沢嘉一・山下幸彦著、題名「Kernel Wiener Filter」、2003 Workshop on Information-Based Induction Sciences、(IBIS2003)、Kyoto, Japan, Nov 11 -12, 2003)で示される様に、原信号が何らかのフィルタリングを経てノイズとともに観測された場合に、ノイズの含まれた観測信号から原信号を推定する手法として広く用いられている。ここで、原信号を「撮影される物体」、フィルタリングとして「撮像レンズ+撮像素子」、観測信号を「画像信号(第1の画像データ)」、そしてノイズを「設計値点像(あるいは理想点像)と測定点像の差異」とすると、カーネルウィーナーフィルタを適用して「撮影される物体」を推定することが出来る。   (2) is a stage where the restoration process based on the kernel Wiener filter is executed, and the coefficient group (restoration coefficient) that brings the “measurement point image” closer to the “design value point image” or “ideal point image” is calculated. is there. The kernel Wiener filter is shown in the literature (Keiichi Serizawa, Yukihiko Yamashita, title “Kernel Wiener Filter”, 2003 Workshop on Information-Based Induction Sciences, (IBIS2003), Kyoto, Japan, Nov 11-12, 2003). Similarly, when the original signal is observed together with noise through some filtering, it is widely used as a method for estimating the original signal from the observed signal including noise. Here, the original signal is “imaged object”, the filtering is “imaging lens + imaging device”, the observation signal is “image signal (first image data)”, and the noise is “design value point image (or ideal point). Image) and measurement point image ", the kernel Wiener filter can be applied to estimate the" photographed object ".

実物の「撮像レンズ+撮像素子」に一切の誤差要因がなければ撮影される物体がすなわち画像信号となっているはずであり、この復元処理を経た後では原理的には理想的な「画像信号(第2の画像データ)」が得られる。実際には、元々の(1)による測定誤差等も存在し、ノイズ成分が全て除去されずに一部が残存するが、測定点像が設計値点像あるいは理想点像に近づくことは確実であり、最終的な画像としての品位は向上する。   If there is no error factor in the actual "imaging lens + image sensor", the object to be photographed should be an image signal, and after this restoration process, in principle, the ideal "image signal (Second image data) "is obtained. Actually, there are also measurement errors due to the original (1), and some of the noise components remain without being removed, but it is certain that the measurement point image will approach the design value point image or the ideal point image. Yes, the quality of the final image is improved.

具体的には何らかの誤差要因によって光学的な点像が設計値よりも大きい、あるいは結像面内で均一でないとしても復元処理によってその点像を小さく補正、あるいは結像面内で均一化することで、実用に耐えうる性能を確保することが出来る。また製造による誤差要因のみならず、設計的に低い性能(光学点像が素子ピッチに比較して大きい)を余儀なくされている光学系であるとしても、点像を補正することによって見かけ上光学性能を向上させることが出来る。この見かけ上の光学性能向上を追求すると、理論的に示される限界解像度を越えることも可能となるため、近年の画素サイズの小型化の傾向を考えると誠に有用である。   Specifically, even if the optical point image is larger than the design value due to some error factor, or even if it is not uniform within the imaging plane, the point image is corrected to be small or even within the imaging plane by restoration processing. Thus, performance that can withstand practical use can be secured. Even if the optical system is forced to have low performance in design (optical point image is larger than the element pitch) as well as error factors due to manufacturing, optical performance is apparent by correcting the point image. Can be improved. Pursuing this apparent improvement in optical performance makes it possible to exceed the limit resolution theoretically shown, so it is very useful in view of the recent trend toward smaller pixel sizes.

ここで、限界解像度はエアリーディスクの大きさで与えられ、無収差レンズの点像強度の有効領域(ピーク強度×(1/e))の半径Re、及び強度ゼロとなる半径Rcは以下の式で規定される。撮像素子として用いられる最近のCMOS素子の画素ピッチが2.2ミクロン、1.75ミクロンであり、今後1.4ミクロン、1.0ミクロンが主流になると予想される。例として、F2.8、波長550nmでReおよびRcを計算するとそれぞれ、
Re(点像強度の有効領域の半径)=0.82λF=0.82×2.8×550×0.001=1.26ミクロン(点像強度の有効領域の直径2.52ミクロン)
Rc(点像強度ゼロとなる半径)=1.22λF=1.22×2.8×550×0.001=1.88ミクロン(点像強度ゼロとなる直径3.76ミクロン)
であり、既に画素ピッチが回折限界を越えている。
Here, the limit resolution is given by the size of the Airy disk, the radius Re of the effective area (peak intensity × (1 / e 2 )) of the point image intensity of the non-aberration lens, and the radius Rc at which the intensity becomes zero are as follows: It is defined by the formula. The pixel pitch of recent CMOS elements used as image pickup elements is 2.2 microns and 1.75 microns, and it is expected that 1.4 microns and 1.0 microns will become mainstream in the future. As an example, calculating Re and Rc at F2.8, wavelength 550 nm, respectively,
Re (radius of effective area of point image intensity) = 0.82λF = 0.82 × 2.8 × 550 × 0.001 = 1.26 microns (diameter of effective area of point image intensity 2.52 microns)
Rc (radius at which point image intensity is zero) = 1.22λF = 1.22 × 2.8 × 550 × 0.001 = 1.88 microns (diameter at which point image intensity is zero 3.76 microns)
The pixel pitch has already exceeded the diffraction limit.

回折限界は無収差を前提としているが、現実の光学系は無収差である事は無く、特に小型化・低コスト化の要請を鑑みると収差はむしろ残存しており、妥協された性能を余儀なくされている。カーネルウィーナーフィルタによる復元処理はこのような状況でも、最終的な画像としての品位を実用的な程度にまで高めることが出来る。   The diffraction limit is based on the assumption that there is no aberration, but the actual optical system is not aberration-free, and in particular, in view of the demand for miniaturization and cost reduction, the aberration remains rather, and compromising performance is unavoidable. Has been. Even in such a situation, the restoration process using the kernel Wiener filter can improve the quality of the final image to a practical level.

上記の復元処理はある特定の像面上もしくはその極近傍(前ぼけ後ぼけの範囲)で実行することを想定しているが、撮影距離の変動に対応するデフォーカス方向の無数の像面群において測定点像と設計値点像の差をなくすような復元処理を考えれば焦点深度を拡大することも可能である。   It is assumed that the above restoration processing is executed on a specific image plane or in the vicinity thereof (the range of blurring before and after blur), but an infinite number of image plane groups in the defocus direction corresponding to fluctuations in shooting distance If a restoration process that eliminates the difference between the measurement point image and the design value point image is taken into consideration, the depth of focus can be increased.

復元処理の実行にあたっては、キャンセルすべきノイズ成分が個々の「撮像レンズ+撮像素子」によってまちまちであり、各「撮像レンズ+撮像素子」の組み合わせ毎に最適な復元処理を行うことが望ましい。ただし、復元処理自体のアルゴリズムは同一で良く、そこで参照される「係数群」が最適であればよい。   In executing the restoration process, the noise component to be canceled varies depending on each “imaging lens + imaging element”, and it is desirable to perform an optimum restoration process for each combination of “imaging lens + imaging element”. However, the algorithm of the restoration process itself may be the same, and the “coefficient group” referenced there may be optimal.

(3)は実際に「撮像レンズ+撮像素子」の組に「最適な係数群」を組み合わせる段階である。その為には、何らかの記録媒体に最適な復元処理を実行するための係数群を記憶させてそれを「撮像レンズ+撮像素子」の組に加えねばならない。従って、記録過程が必要である。   (3) is the stage where the “optimum coefficient group” is actually combined with the “imaging lens + imaging device” group. For this purpose, a coefficient group for executing an optimal restoration process for some recording medium must be stored and added to the set of “imaging lens + imaging element”. Therefore, a recording process is necessary.

このようにして、撮像系が「撮像レンズ+撮像素子+記録媒体」の組として用いられる事で光学的な点像が用途に適した形で補正され、最終的には良好な品位の画像を得ることが出来る。具体的には、解像力が何らかの理由(製造公差・元々の設計値が低い)によって不満足であったとしても処理後の画像としては満足のいく解像力を達成しうる手段を提供する。また、各撮像レンズと撮像素子の組の特性に合致したような焦点深度拡大手段も提供しうる。   In this way, the image pickup system is used as a set of “image pickup lens + image pickup element + recording medium”, so that the optical point image is corrected in a form suitable for the application, and finally an image of good quality is obtained. Can be obtained. Specifically, even if the resolving power is unsatisfactory for some reason (manufacturing tolerance / original design value is low), a means for achieving a satisfactory resolving power as a processed image is provided. Further, it is possible to provide a depth-of-focus expansion means that matches the characteristics of each imaging lens and imaging element pair.

<復元係数取得装置の変形例について>
以下、復元係数取得装置の変形例について説明する。
<Variation of Restoration Coefficient Acquisition Device>
Hereinafter, modified examples of the restoration coefficient acquisition apparatus will be described.

撮像素子から出力された第1の画像データで表される点像のボケ状態に応じた復元係数K1を係数記憶部30に記憶させる復元係数取得装置は、上記第1例の復元係数取得装置70Aとは異なる以下に説明する第2例の復元係数取得装置70Bや第3例の復元係数取得装置70Cのように構成してもよい。   The restoration coefficient acquisition apparatus that stores the restoration coefficient K1 corresponding to the blurring state of the point image represented by the first image data output from the image sensor in the coefficient storage unit 30 is the restoration coefficient acquisition apparatus 70A of the first example. It may be configured like a restoration coefficient acquisition device 70B of the second example and a restoration coefficient acquisition device 70C of the third example, which will be described below.

図7は、複数種類に分類された点像のボケ状態それぞれに対応する各復元係数の候補のうち、第1の画像データの表す点像のボケ状態に応じて選択された復元係数を係数記憶部に記憶させる第2例の復元係数取得装置70Bを示す図である。   FIG. 7 shows the coefficient of the restoration coefficient selected according to the blurring state of the point image represented by the first image data among the restoration coefficient candidates corresponding to the blurring states of the point images classified into a plurality of types. It is a figure which shows the restoration coefficient acquisition apparatus 70B of the 2nd example memorize | stored in a part.

図7に示すように、この復元係数取得装置70Bは、予め複数種類に分類された点像のボケ状態それぞれに対応する各復元係数の候補K1、K2・・・を記憶させた候補係数記憶部79と、撮像レンズ10を通して受光面21上に投影された点像P1のボケ状態を取得する点像ボケ状態取得部73と、上記復元係数の候補K1、K2・・・のうち上記第1の画像データG1の表す点像P1のボケ状態に応じた復元係数(例えばK1)を選択し、この復元係数K1を係数記憶部30に記憶させる復元係数取得部78Bとを備えている。   As shown in FIG. 7, the restoration coefficient acquisition device 70 </ b> B stores candidate coefficient storage units each storing restoration coefficient candidates K <b> 1, K <b> 2,. 79, the point image blur state acquisition unit 73 that acquires the blur state of the point image P1 projected onto the light receiving surface 21 through the imaging lens 10, and the first of the restoration coefficient candidates K1, K2,. A restoration coefficient acquisition unit 78B that selects a restoration coefficient (for example, K1) corresponding to the blurring state of the point image P1 represented by the image data G1 and stores the restoration coefficient K1 in the coefficient storage unit 30 is provided.

この復元係数取得装置70Bは、点像ボケ状態取得部73により点像のボケ状態を示すボケ点像状態データDbを得、復元係数取得部78Bは、候補係数記憶部79に記憶された復元係数の候補K1、K2・・・のうちボケ点像状態データDbの表す点像P1のボケ状態に応じた復元係数(例えばK1)を選択し、この復元係数K1を示す係数データDkを係数記憶部30に出力し記憶させる。   This restoration coefficient acquisition device 70B obtains the blurred point image state data Db indicating the blurred state of the point image by the point image blur state acquisition unit 73, and the restoration coefficient acquisition unit 78B stores the restoration coefficient stored in the candidate coefficient storage unit 79. Among the candidates K1, K2,..., A restoration coefficient (for example, K1) corresponding to the blur state of the point image P1 represented by the blur point image state data Db is selected, and the coefficient data Dk indicating the restoration coefficient K1 is stored in the coefficient storage unit. Output to 30 and store.

すなわち、係数記憶部30には、複数種類に分類された点像のボケ状態それぞれに対応する各復元係数の候補K1,K2・・・のうちから第1の画像データG1の表す点像のボケ状態に応じて選択された復元係数が記憶される。   That is, the coefficient storage unit 30 stores the blur of the point image represented by the first image data G1 from among the restoration coefficient candidates K1, K2,... Corresponding to the blur states of the point images classified into a plurality of types. The restoration coefficient selected according to the state is stored.

図8は、複数種類に分類された点像のボケ状態それぞれに対応する複数種類の復元係数の候補のうち、第1の画像データの表す点像のボケ状態に応じて選択された復元係数を、その点像のボケ状態に応じてさらに補正してなる補正済の復元係数を係数記憶部に記憶させる第3例復元係数取得装置70Cである。   FIG. 8 shows the restoration coefficients selected according to the blurring state of the point image represented by the first image data among the plural types of restoration coefficient candidates corresponding to the blurring states of the point images classified into the plurality of types. This is a third example restoration coefficient acquisition device 70C for storing a corrected restoration coefficient, which is further corrected according to the blurring state of the point image, in a coefficient storage unit.

図8に示すように、この復元係数取得装置70Cは、予め複数種類に分類された点像のボケ状態それぞれに対応する各復元係数の候補K1、K2・・・を記憶させた候補係数記憶部79と、撮像レンズ10の解像力が高いときに、この解像力の高い撮像レンズを通して受光面21上に投影される理想的な点像P1についての設計データまたは理想点像状態データであるデータDrを予め記憶させた理想点像記憶部72と、撮像レンズ10を通して受光面21上に投影された点像P1のボケ状態を取得する点像ボケ状態取得部73と、上記復元係数の候補K1、K2・・・のうち上記点像P1のボケ状態に応じた復元係数(例えばK1)を選択し、この復元係数K1を上記点像P1のボケ状態、および予め理想点像記憶部72に記憶された点像の設計データまたは理想点像状態データであるデータDrを用いた演算により補正してなる補正済の復元係数K1′を示す係数データDk(K1′)を取得して、この係数データDk(K1′)が表す補正済の復元係数K1′を係数記憶部30に記憶させる復元係数取得部78Cを備えている。   As shown in FIG. 8, the restoration coefficient acquisition device 70 </ b> C has a candidate coefficient storage unit that stores the restoration coefficient candidates K <b> 1, K <b> 2,. 79, when the imaging lens 10 has a high resolving power, design data or data Dr that is ideal point image state data for the ideal point image P1 projected onto the light receiving surface 21 through the imaging lens having a high resolving power is stored in advance. The stored ideal point image storage unit 72, the point image blur state acquisition unit 73 that acquires the blur state of the point image P1 projected onto the light receiving surface 21 through the imaging lens 10, and the restoration coefficient candidates K1, K2,. A restoration coefficient (for example, K1) corresponding to the blurring state of the point image P1 is selected from the above, and the restoration coefficient K1 is a blurring state of the point image P1 and a point stored in the ideal point image storage unit 72 in advance. image Coefficient data Dk (K1 ′) indicating a corrected restoration coefficient K1 ′ corrected by calculation using design data or data Dr which is ideal point image state data is obtained, and this coefficient data Dk (K1 ′) Is provided with a restoration coefficient acquisition unit 78C that stores the corrected restoration coefficient K1 ′ represented by

この復元係数取得装置70Cは、点像ボケ状態取得部73により撮像レンズ10を通して受光面21上に投影された点像P1のボケ状態を示すボケ状態データを取得する。復元係数取得部78Bは、候補係数記憶部79に記憶された復元係数の候補K1、K2・・・のうち上記点像P1のボケ状態に応じた復元係数(例えばK1)を選択する。さらに、この復元係数K1を上記点像P1のボケ状態および予め理想点像記憶部72に記憶された点像の設計データまたは理想点像状態データであるデータDrを用いた演算により補正してなる補正済の復元係数K1′を取得し、この補正済の復元係数K1′を係数記憶部30に記憶させる。   The restoration coefficient acquisition device 70 </ b> C acquires blur state data indicating the blur state of the point image P <b> 1 projected on the light receiving surface 21 through the imaging lens 10 by the point image blur state acquisition unit 73. The restoration coefficient acquisition unit 78B selects a restoration coefficient (for example, K1) according to the blurring state of the point image P1 from among the restoration coefficient candidates K1, K2,... Stored in the candidate coefficient storage unit 79. Further, the restoration coefficient K1 is corrected by a calculation using the blur state of the point image P1 and the point Dr. design data or the data Dr which is the ideal point image state data stored in the ideal point image storage unit 72 in advance. The corrected restoration coefficient K1 ′ is acquired, and the corrected restoration coefficient K1 ′ is stored in the coefficient storage unit 30.

すなわち、係数記憶部30には、複数種類に分類された点像のボケ状態それぞれに対応する複数種類の復元係数の候補のうち、第1の画像データG1の表す点像P1のボケ状態に応じて選択された復元係数(例えばK1)に対して、さらに上記ボケ状態に応じた補正を施してなる補正済の復元係数K1´が記憶される。   In other words, the coefficient storage unit 30 corresponds to the blur state of the point image P1 represented by the first image data G1 among the plurality of types of restoration coefficient candidates corresponding to the blur states of the point images classified into the plurality of types. Then, a corrected restoration coefficient K1 ′ obtained by further correcting the restoration coefficient (for example, K1) selected in accordance with the blurring state is stored.

なお、図9に示すように、本発明の撮像システムは、復元係数取得装置70A、70B、あるいは70C等と同様の機能を有する復元係数取得装置70や係数記憶部30を上記撮像システムの筐体内に備えた撮像システム100′であってもよい。   As shown in FIG. 9, the imaging system of the present invention includes a restoration coefficient acquisition device 70 and a coefficient storage unit 30 having functions similar to those of the restoration coefficient acquisition devices 70A, 70B, 70C, etc. in the casing of the imaging system. It may be an imaging system 100 ′ provided in the above.

さらに、図10に示すように、本発明の撮像システムは、上記復元係数取得装置70や係数記憶部30を内蔵した信号処理部40′を備えた撮像システム100″であってもよい。すなわち、信号処理部40′を、復元係数取得装置70を兼ねるものとしてもよい。   Furthermore, as shown in FIG. 10, the imaging system of the present invention may be an imaging system 100 ″ including a signal processing unit 40 ′ incorporating the restoration coefficient acquisition device 70 and the coefficient storage unit 30. The signal processing unit 40 ′ may also serve as the restoration coefficient acquisition device 70.

<各構成要素の変形例について>
以下、撮像システムにおける構成要素の変形例について説明する。
<Modification of each component>
Hereinafter, modified examples of the components in the imaging system will be described.

信号処理手段は、受光面上における縦方向3画素以上および横方向3画素以上からなる合計9画素以上に亘る画素領域を最小単位として復元処理を行うものとする場合に限らず、縦方向3画素未満あるいは横方向3画素未満からなる合計9画素未満に亘る画素領域を最小単位として復元処理を行うものであってもよい。   The signal processing means is not limited to the case where the restoration process is performed with a pixel unit extending over a total of 9 pixels or more consisting of 3 pixels or more in the vertical direction and 3 pixels or more in the horizontal direction on the light receiving surface as a minimum unit. The restoration process may be performed with a pixel area that is less than or less than 9 pixels in total and less than 3 pixels in the horizontal direction as a minimum unit.

また、信号処理部は、点像のボケ状態を表す第1の画像データを用いた演算により復元係数を求める場合に限らず、他の方式により復元係数を求めるようにしてもよい。   In addition, the signal processing unit is not limited to obtaining the restoration coefficient by calculation using the first image data representing the blurred state of the point image, but may obtain the restoration coefficient by another method.

また、信号処理部は、受光面上に投影された点像の有効領域の全てを含む最小の画素領域を最小単位として復元処理を実行する場合に限らず、有効領域の全てを含むが最小ではない画素領域を最小単位として復元処理を実行するものとしてもよい。   In addition, the signal processing unit is not limited to the case where the restoration process is executed with the minimum pixel area including all of the effective areas of the point image projected on the light receiving surface as the minimum unit, but includes all of the effective areas. The restoration process may be executed with a non-pixel area as a minimum unit.

さらに、信号処理部は、第1の画像データの表す画像中の点像の有効領域の大きさよりも、第2の画像データの表す画像中における点像の有効領域の大きさの方を小さくするように復元処理を実行する場合に限らず、第1の画像データの表す画像中の点像の有効領域の大きさを、第2の画像データの表す画像中における点像の有効領域の大きさ以上とするように復元処理を実行するものとしてもよい。   Further, the signal processing unit makes the size of the effective area of the point image in the image represented by the second image data smaller than the size of the effective area of the point image in the image represented by the first image data. As described above, the size of the effective area of the point image in the image represented by the first image data is set to the size of the effective area of the point image in the image represented by the second image data. The restoration process may be executed as described above.

上記撮像システムを備えた本発明の撮像装置、携帯端末機器、車載機器、および医療機器等の被写界深度の深いことが要請される装置は、各装置に備えられた撮像システムの受光面に投影された光学像を撮像して得られる画像データの品質を上記と同様に容易に高めることができる。   Devices that require a deep depth of field, such as the imaging device of the present invention including the imaging system, portable terminal device, in-vehicle device, and medical device, are provided on the light-receiving surface of the imaging system provided in each device. The quality of the image data obtained by capturing the projected optical image can be easily improved as described above.

なお、本発明の撮像システムは、軸対称形状からなる光学部材のみを通して受光面上に被写体の光学像が投影されるように構成したものであってもよいし、あるいは、非軸対称形状からなる光学部材を通して受光面上に被写体の光学像が投影されるように構成したものであってもよい。さらに、上記撮像レンズは、被写界深度の深いものとすることが望ましい。すなわち、被写体の移動、あるいは撮像レンズのフォーカス調整等により、被写体の光学像が受光面上に投影される状態に変化が生じても、受光面上に投影される点像のボケ状態の変化が少なくなるように撮像レンズと撮像素子とを構成することが望ましい。より具体的には、受光面上に投影される点像の有効領域の大きさ、およびコントラストの変化を少なくなるように撮像レンズと撮像素子とを構成することが望ましい。しかしながら、撮像システムは、被写界深度の深い撮像レンズを備える場合に限らず、被写界深度の浅い撮像レンズを備えるようにしてもよい。   Note that the imaging system of the present invention may be configured such that an optical image of a subject is projected onto the light receiving surface only through an optical member having an axially symmetric shape, or has an axisymmetric shape. An optical image of the subject may be projected onto the light receiving surface through the optical member. Furthermore, it is desirable that the imaging lens has a deep depth of field. That is, even if a change in the state in which the optical image of the subject is projected on the light receiving surface due to the movement of the subject or the focus adjustment of the imaging lens, the change in the blurring state of the point image projected on the light receiving surface is changed. It is desirable to configure the imaging lens and the imaging element so as to reduce the number. More specifically, it is desirable to configure the imaging lens and the imaging element so as to reduce the size of the effective area of the point image projected on the light receiving surface and the change in contrast. However, the imaging system is not limited to including an imaging lens having a deep depth of field, and may include an imaging lens having a shallow depth of field.

また、上記撮像システムに用いる撮像素子は、CCD素子、あるいはCMOS素子とすることができる。   In addition, the image sensor used in the imaging system can be a CCD element or a CMOS element.

<撮像レンズのレンズ構成および作用について>
次に、上記撮像システム100に用いられる実施例1の撮像系の構成および作用について具体的に説明する。上記実施例1の撮像系に用いられる後述の撮像レンズ10A等は上述の撮像レンズ10の実施例となるものである。
<Lens configuration and action of imaging lens>
Next, the configuration and operation of the imaging system according to the first embodiment used in the imaging system 100 will be specifically described. An imaging lens 10A, which will be described later, used in the imaging system of Example 1 is an example of the imaging lens 10 described above.

なお、上記撮像レンズ10は、後述のように、被写体側(物体側)から順に、少なくとも1枚のレンズからなる正のパワーを持つ第1のレンズ群G−1と、少なくとも1枚のレンズからなる正のパワーを持つ第2のレンズ群G−2とを有するものである。   As will be described later, the imaging lens 10 includes, in order from the subject side (object side), a first lens group G-1 having at least one lens and having a positive power, and at least one lens. And a second lens group G-2 having a positive power.

《実施例1の撮像系について》
図11は、実施例1に係る2枚の単レンズで構成された撮像レンズ10Aの概略構成を示す断面図、図12(a)〜(d)は横軸に撮像レンズ10Aを通して被写体の像が投影される受光面の光軸方向(Z軸方向)へのデフォーカス量Ud(μm)、縦軸にMTF特性の値(%)を示す座標上へ、上記撮像レンズに対して受光面をデフォーカスさせたときにこの受光面上へ投影される光学像のMTF特性の値(%)の変化を示す図である。ここで、受光面21Aのデフォーカス範囲は400μmである。
<< Regarding the Imaging System of Example 1 >>
FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of an imaging lens 10A configured by two single lenses according to the first embodiment, and FIGS. Defocus the light receiving surface with respect to the imaging lens on the coordinates indicating the defocus amount Ud (μm) in the optical axis direction (Z axis direction) of the projected light receiving surface and the MTF characteristic value (%) on the vertical axis. It is a figure which shows the change of the value (%) of the MTF characteristic of the optical image projected on this light-receiving surface when it makes it focus. Here, the defocus range of the light receiving surface 21A is 400 μm.

より詳しくは、上記図12(a)〜(d)は、撮像レンズ10Aに対する被写体の位置を固定した状態で受光面21Aをデフォーカスさせたときの種々の像高に投影された光学像に関するMTF特性の値(%)の変化を示す図である。図12(a)は20本/mmの空間周波数におけるMTF特性の値の変化を示すものであり、図12(b)は30本/mmの空間周波数、図12(c)は40本/mm、図12(d)は50本/mmの空間周波数におけるMTF特性の値の変化それぞれを示すものである。   More specifically, FIGS. 12A to 12D show MTFs related to optical images projected at various image heights when the light receiving surface 21A is defocused in a state where the position of the subject with respect to the imaging lens 10A is fixed. It is a figure which shows the change of the value (%) of a characteristic. 12A shows changes in the value of the MTF characteristic at a spatial frequency of 20 lines / mm, FIG. 12B shows a spatial frequency of 30 lines / mm, and FIG. 12C shows 40 lines / mm. FIG. 12D shows changes in the value of the MTF characteristic at a spatial frequency of 50 lines / mm.

なお、図12に示すデフォーカス量を示す横軸Udは、値が大きくなる方向(Udの値が400μmに近づく方向)が撮像レンズと受光面とが離れる方向を示し、値の小さくなる方向(Udの値が0に近づく方向)は受光面と撮像レンズとが接近する方向を示している。   The horizontal axis Ud indicating the defocus amount shown in FIG. 12 indicates the direction in which the value increases (the direction in which the Ud value approaches 400 μm) indicates the direction in which the imaging lens and the light receiving surface are separated, and the direction in which the value decreases ( The direction in which the value of Ud approaches 0) indicates the direction in which the light receiving surface and the imaging lens approach each other.

図11に示すように、撮像レンズ10Aは、光軸C(Z軸)に沿って被写体側(図中矢印−Z方向の側)から順に、開口絞りSat、第1のレンズ群G−1に対応する第1の単レンズLa1、第2のレンズ群G−2に対応する第2の単レンズLa2、光学部材GLa1それぞれが配列されてなるものである。なお、図11に示すレンズ面R1、R3は、各単レンズLa1〜La2それぞれの入射側の面、レンズ面R2、R4は、各単レンズLa1〜La2それぞれの射出側の面を示している。上記撮像レンズ10Aを通して受光面21A上に被写体の光学像が投影される。   As shown in FIG. 11, the imaging lens 10A is arranged in order from the subject side (the arrow-Z direction side in the figure) along the optical axis C (Z axis) to the aperture stop Sat and the first lens group G-1. The corresponding first single lens La1, the second single lens La2 corresponding to the second lens group G-2, and the optical member GLa1 are arranged. In addition, the lens surfaces R1 and R3 shown in FIG. 11 indicate the incident-side surfaces of the single lenses La1 to La2, and the lens surfaces R2 and R4 indicate the emission-side surfaces of the single lenses La1 to La2. An optical image of the subject is projected on the light receiving surface 21A through the imaging lens 10A.

なお、受光面21Aの被写体側には、撮像系の構成に応じて、カバーガラスや、ローパスフィルタまたは赤外線カットフィルタ等を配置することが好ましく、図11ではこれらを想定した平行平板形状をなすパワーを持たない光学部材GLa1を配置した例を示している。また、開口絞りSatは形状や大きさを表すものではなく光軸Z上の位置を示すものである。   In addition, it is preferable to arrange a cover glass, a low-pass filter, an infrared cut filter, or the like on the subject side of the light receiving surface 21A in accordance with the configuration of the imaging system. In FIG. The example which has arrange | positioned optical member GLa1 which does not have is shown. The aperture stop Sat does not indicate the shape or size but indicates the position on the optical axis Z.

また、図11には、軸上光線Ja1から最大画角で入射する軸外光線Ja6で像高の低い方から順に7つの光線Ja1、Ja2、Ja3、Ja4、Ja5、Ja6が示してある。   FIG. 11 also shows seven light beams Ja1, Ja2, Ja3, Ja4, Ja5, Ja6 in order from the lowest image height of the off-axis light beam Ja6 incident at the maximum angle of view from the on-axis light beam Ja1.

なお、図12(a)中に記載の6本のMTF曲線Mta20は、上記5つの光線が受光面21A上に投影される各位置での20本/mmの空間周波数におけるMTF特性の値の変化を示している。図12(b)中に記載の6本のMTF曲線Mta30は上記と同様の各位置での30本/mmの空間周波数におけるMTF特性の値の変化を、図12(c)中に記載の6本のMTF曲線Mta40も上記と同様の各位置での40本/mmの空間周波数におけるMTF特性の値の変化を、図12(c)中に記載の6本のMTF曲線Mta50も上記と同様の各位置での50本/mmの空間周波数におけるMTF特性の値の変化をそれぞれ示している。   Note that the six MTF curves Mta20 shown in FIG. 12 (a) indicate the change in the value of the MTF characteristic at a spatial frequency of 20 lines / mm at each position where the five light beams are projected onto the light receiving surface 21A. Is shown. The six MTF curves Mta30 described in FIG. 12B show the change in the value of the MTF characteristic at the spatial frequency of 30 lines / mm at each position similar to the above. The MTF curve Mta40 of the MTF also shows the change in the value of the MTF characteristic at a spatial frequency of 40 lines / mm at the same positions as described above, and the six MTF curves Mta50 described in FIG. The change in the value of the MTF characteristic at a spatial frequency of 50 lines / mm at each position is shown.

なお、図11に示す構成例では、第2の単レンズLa2と受光面21Aとの間に光学部材GLa1を配置した例を示しているが、各レンズの間にローパスフィルタや特定の波長域をカットするような各種フィルタを配置してもよい。あるいは、第1の単レンズLa1から第2の単レンズLa2のいずれかのレンズのレンズ面に、各種フィルタと同様の作用を有する表面処理(コーティング)を施してもよい。   In the configuration example shown in FIG. 11, the optical member GLa1 is disposed between the second single lens La2 and the light receiving surface 21A. However, a low-pass filter or a specific wavelength region is provided between the lenses. Various filters that can be cut may be arranged. Alternatively, the surface of one of the first single lens La1 to the second single lens La2 may be subjected to surface treatment (coating) having the same function as various filters.

この撮像レンズ10Aは、物体側から順に、正のパワーを持つ第1のレンズ群G−1である単レンズLa1と、正のパワーを持つ第2のレンズ群G−2である単レンズLa2とを有するものである。   The imaging lens 10A includes, in order from the object side, a single lens La1 that is a first lens group G-1 having a positive power, and a single lens La2 that is a second lens group G-2 having a positive power. It is what has.

第1のレンズ群G−1の単レンズLa1は物体側に凸面を向けたメニスカス形状をなすものであり、第2のレンズ群G−2の単レンズも物体側に凸面を向けたメニスカス形状をなすものである。   The single lens La1 of the first lens group G-1 has a meniscus shape with a convex surface facing the object side, and the single lens of the second lens group G-2 also has a meniscus shape with a convex surface facing the object side. It is what you make.

以下、実施例1にかかる撮像レンズ10Aの設計データについて説明する。   Hereinafter, design data of the imaging lens 10A according to the first embodiment will be described.

レンズデータおよび各種データを表1に、各非球面における非球面式の各係数を表2に、撮像レンズ10Aの概略仕様を表3に示す。
Table 1 shows the lens data and various data, Table 2 shows the coefficients of the aspheric formulas for each aspheric surface, and Table 3 shows the general specifications of the imaging lens 10A.

表1のレンズデータの下方に示すように、撮像レンズ10Aの焦点距離fは3.011mm、F値は4.0である。   As shown below the lens data in Table 1, the imaging lens 10A has a focal length f of 3.011 mm and an F value of 4.0.

表1のレンズデータにおいて、面番号は最も被写体側のレンズ面を1番目として像側に向かうに従い順次増加するi番目(i=1、2、3、…)の面番号を示す。なお、表1には開口絞りSatと光学部材GLa1も含めて記載しており、光学部材GLa1の面番号(i=5、6)も記載している。   In the lens data of Table 1, the surface number indicates the i-th (i = 1, 2, 3,...) Surface number that sequentially increases toward the image side with the lens surface closest to the subject as the first. In Table 1, the aperture stop Sat and the optical member GLa1 are also included, and the surface number (i = 5, 6) of the optical member GLa1 is also described.

表1のRiはi番目(i=1、2、3、…)の面の近軸曲率半径を示し、Diはi(i=1、2、3、…)番目の面とi+1番目の面との光軸Z上の面間隔を示す。なお、表1のRiは、図11における符号Ri(i=1、2、3、…)と対応している。   In Table 1, Ri represents the paraxial radius of curvature of the i-th (i = 1, 2, 3,...) Surface, and Di represents the i (i = 1, 2, 3,...) -Th surface and the i + 1-th surface. And the surface interval on the optical axis Z. Note that Ri in Table 1 corresponds to the symbol Ri (i = 1, 2, 3,...) In FIG.

表1のNdjは最も被写体側の光学要素を1番目として像側に向かうに従い順次増加するj番目(j=1、2、3、…)の光学要素のd線(波長587.6nm)に対する屈折率を示し、νdjはj番目の光学要素のd線に対するアッベ数を示す。表1において、近軸曲率半径および面間隔の単位はmmであり、近軸曲率半径は被写体側(物体側)に凸の場合を正、像側に凸の場合を負としている。   Ndj in Table 1 is the refraction of the j-th (j = 1, 2, 3,...) Optical element d (wavelength: 587.6 nm) that increases sequentially toward the image side with the optical element closest to the subject as the first. Νdj represents the Abbe number for the d-line of the j-th optical element. In Table 1, the unit of paraxial radius of curvature and surface spacing is mm, and the paraxial radius of curvature is positive when convex on the object side (object side) and negative when convex on the image side.

表1のレンズデータにおいて、非球面は面番号に*印を付している。各非球面は下記非球面式により定義される。
In the lens data of Table 1, the aspherical surfaces are marked with * in the surface number. Each aspheric surface is defined by the following aspheric expression.

非球面式における各非球面の各係数K、A3、A4、A5・・・の値を表2に示す。   Table 2 shows the values of the coefficients K, A3, A4, A5,.

撮像レンズ10Aを構成する単レンズLa1〜La2それぞれは、いずれも入射側および射出側のレンズ面が両方共に非球面形状をなすものである。   In each of the single lenses La1 to La2 constituting the imaging lens 10A, both the incident-side and exit-side lens surfaces are aspherical.

また、表3には、実施例1の撮像系における、点像の有効領域の最大径Dmax、点像の有効領域の最大径Dmaxに対応する画素数(画素領域の数)Ngs、最短撮影距離Sk、焦点深度Sdの関係を示す。   Table 3 also shows the maximum diameter Dmax of the effective area of the point image, the number of pixels corresponding to the maximum diameter Dmax of the effective area of the point image (number of pixel areas) Ngs, and the shortest shooting distance in the imaging system of the first embodiment. The relationship between Sk and the focal depth Sd is shown.

また、表3中の画素数Ngsは、点像の有効領域の最大径に対応する画素領域の数を受光面上の画素領域の各画素ピッチPg(2.2μm、1.85μm、1.4μm)毎に示している。ここで、画素数Ngsの値は、画素数Ngs=最大径Dmax/画素ピッチPgの式によって求められるものである。   The number of pixels Ngs in Table 3 is the number of pixel areas corresponding to the maximum diameter of the effective area of the point image. Each pixel pitch Pg (2.2 μm, 1.85 μm, 1.4 μm) of the pixel area on the light receiving surface. ). Here, the value of the number of pixels Ngs is obtained by the equation of the number of pixels Ngs = maximum diameter Dmax / pixel pitch Pg.

上記点像の有効領域の最大径Dmaxは、この点像の有効領域が最も多くの画素を含む方向における点像の有効領域の径であり、画素ピッチはPgは上記方向における画素領域(受光画素)のピッチである。   The maximum diameter Dmax of the effective area of the point image is the diameter of the effective area of the point image in the direction in which the effective area of the point image includes the most pixels, and the pixel pitch Pg is the pixel area (light receiving pixel in the above direction). ) Pitch.

最短撮影距離Skは、撮像レンズを実用に供するときの推奨値であり、所望の解像度で被写体の像を受光面上に投影可能な撮影レンズから被写体までの最短距離を示すものである。この最短距離は、撮影レンズの最も被写体側(物体側)のレンズ面(ここではレンズ面R1)から被写体までの距離(撮影距離)によって表されるものである。   The shortest shooting distance Sk is a recommended value when the imaging lens is put to practical use, and indicates the shortest distance from the shooting lens to the subject that can project an image of the subject on the light receiving surface with a desired resolution. This shortest distance is represented by the distance (shooting distance) from the lens surface (here, the lens surface R1) closest to the subject (object side) of the photographing lens to the subject.

この最短撮影距離は、受光面に投影された光学像を撮像して得られる画像データの品質を復元処理によって高める効果が得られる撮影距離の範囲内に含まれるものである。   This shortest shooting distance is included within the range of the shooting distance at which the effect of enhancing the quality of image data obtained by capturing the optical image projected on the light receiving surface can be obtained by the restoration process.

なお、実施例1の撮像系において、画像データの品質を復元処理によって高める効果が得られる撮影距離の範囲は、撮影距離が0から∞(無限遠方)までの範囲であり、被写体を撮影可能な全範囲である。   In the imaging system of the first embodiment, the range of the shooting distance that can obtain the effect of improving the quality of the image data by the restoration process is a range from 0 to ∞ (infinity), and the subject can be shot. Full range.

焦点深度Sdは、撮像レンズに対する被写体の位置を固定した状態で受光面をデフォーカスさせたときに、受光面上に被写体の像を規定以上の解像度で投影可能なデフォーカスの範囲を示すものである。この焦点深度Sdは、撮像レンズに対する受光面の位置を所定位置に固定した状態において被写体を所定解像度で受光面上に投影可能な撮影距離の範囲とある程度対応すると考えられる値である。すなわち焦点深度Sdの値が大きくなれば、被写体を所定解像度で受光面上に投影可能な撮影距離の範囲も広がると考えられる。   Depth of focus Sd indicates a defocus range in which an image of a subject can be projected on the light receiving surface with a resolution higher than a prescribed value when the light receiving surface is defocused with the position of the subject with respect to the imaging lens fixed. is there. This depth of focus Sd is a value that is considered to correspond to some extent to the range of the photographing distance that can project the subject on the light receiving surface with a predetermined resolution in a state where the position of the light receiving surface with respect to the imaging lens is fixed at a predetermined position. That is, if the value of the focal depth Sd increases, it is considered that the range of the photographing distance that can project the subject on the light receiving surface with a predetermined resolution is increased.

表3からわかるように、実施例1の撮像系は、受光面21Aに投影された点像の有効領域が7μm以上、かつ、受光面21Aを構成する受光画素の画素ピッチが2.2μm以下であるときに点像の有効領域の最大径が3画素(3.2画素)以上に亘るものとなるように構成されている。   As can be seen from Table 3, in the imaging system of Example 1, the effective area of the point image projected on the light receiving surface 21A is 7 μm or more, and the pixel pitch of the light receiving pixels constituting the light receiving surface 21A is 2.2 μm or less. In some cases, the maximum diameter of the effective area of the point image is configured to extend over 3 pixels (3.2 pixels).

また、最短撮影距離Skの値は、点像の有効領域の最大径Dmaxを7μmとしたときには15f(約45.2mm)となる。   The value of the shortest shooting distance Sk is 15 f (about 45.2 mm) when the maximum diameter Dmax of the effective area of the point image is 7 μm.

撮像レンズ10Aの焦点深度Sdの値は、点像の有効領域の最大径Dmaxを7μmとしたときには250μmとなる。   The value of the focal depth Sd of the imaging lens 10A is 250 μm when the maximum diameter Dmax of the effective area of the point image is 7 μm.

上記実施例1の撮像系に関するMTF特性の値については、受光面21Aを撮像レンズ10Aに対して最も接近させたとき、すなわち図12(a)〜(d)においてデフォーカス量Udの値が0のときには、空間周波数が20〜50Line/mmの全てのMTF特性の値が正である。   Regarding the value of the MTF characteristic related to the imaging system of the first embodiment, when the light receiving surface 21A is closest to the imaging lens 10A, that is, the value of the defocus amount Ud is 0 in FIGS. In this case, all the MTF characteristic values having a spatial frequency of 20 to 50 Line / mm are positive.

また、受光面21Aを撮像レンズ10Aから遠ざけたとき、すなわち図12(a)〜(d)においてデフォーカス量の値を250μmとしたときには、空間周波数が20〜50Line/mmの全てのMTF特性の値が正である。   Further, when the light receiving surface 21A is moved away from the imaging lens 10A, that is, when the value of the defocus amount is 250 μm in FIGS. 12A to 12D, all the MTF characteristics having a spatial frequency of 20 to 50 Line / mm are obtained. The value is positive.

すなわち、デフォーカス量の値が0〜250μmの範囲内のときには、空間周波数が20〜50Line/mmにおける全てのMTF特性の値は正となる。   That is, when the value of the defocus amount is in the range of 0 to 250 μm, all the MTF characteristic values at the spatial frequency of 20 to 50 Line / mm are positive.

デフォーカス量の値が250μmから400μmの範囲おいては、空間周波数20〜50Line/mmにおけるMTF特性の値が0%から反転し偽解像が生じている。偽解像が生じている範囲を図中矢印Gikで示す。   When the value of the defocus amount is in the range of 250 μm to 400 μm, the value of the MTF characteristic at the spatial frequency of 20 to 50 Line / mm is inverted from 0%, and false resolution occurs. A range in which false resolution occurs is indicated by an arrow Gik in the figure.

ここで、受光面上に投影された被写体の像に関するMTF特性の値が0%よりも大きいときには、この像を撮像して得られた画像データは光学的に意味のある情報を持つものと言えるので、この画像データは復元処理を実施して解像度を向上できる可能性のあるものとなる。しかしながら、受光面上に投影された被写体の像に関するMTF特性の値が0%または0%から折り返されて偽解像が生じている場合には、この像を撮像して得られた画像データは光学的に意味のある情報を持たないので、このような画像データに対して復元処理を施しても画像データの品質(画像データの表す画像の解像度)を向上させることはできない。   Here, when the value of the MTF characteristic relating to the image of the subject projected on the light receiving surface is larger than 0%, it can be said that the image data obtained by capturing this image has optically meaningful information. Therefore, there is a possibility that the image data can be improved in resolution by performing a restoration process. However, when the value of the MTF characteristic relating to the image of the subject projected on the light receiving surface is folded back from 0% or 0% and false resolution occurs, the image data obtained by capturing this image is Since there is no optically meaningful information, the quality of the image data (the resolution of the image represented by the image data) cannot be improved even if restoration processing is performed on such image data.

上記のようなことにより、この撮像システムによれば、受光面21Aと撮像レンズ10Aとの位置関係を固定した所定の状態で撮影距離を15f〜∞の範囲へ変化させたときに、被写体を受光面21A上に投影してなる像のMTF特性を常に0%より大きな値とすることができる(偽解像が生じないようにすることができる)。   As described above, according to this imaging system, the subject is received when the photographing distance is changed to the range of 15 f to ∞ in a predetermined state in which the positional relationship between the light receiving surface 21A and the imaging lens 10A is fixed. The MTF characteristic of the image projected onto the surface 21A can always be set to a value larger than 0% (false resolution can be prevented).

すなわち、撮影距離が15f〜∞の範囲において受光面21A上に投影される被写体の像を意味のある像とすることができる。   That is, the image of the subject projected on the light receiving surface 21A in the range of the shooting distance of 15f to ∞ can be a meaningful image.

さらに、撮影距離を0〜∞の範囲で変化させたときにこの受光面21A上に投影される点像の有効領域は、受光面21A上の3画素以上に亘る大きさとなるので、この範囲に存在する被写体を撮像して得られた画像データに対して復元処理を実施することにより画像の解像度を高めることができる。   Further, the effective area of the point image projected on the light receiving surface 21A when the photographing distance is changed in the range of 0 to ∞ is a size extending over 3 pixels on the light receiving surface 21A. The image resolution can be increased by performing a restoration process on image data obtained by imaging an existing subject.

すなわち、実施例1の撮像系を通して受光面21A上に投影された撮影距離が15f〜∞の範囲に存在する種々の被写体を含む像を撮像して得られた画像データは復元処理を実施するための前提条件(解像度を向上させる条件)を満足するものと言える。   That is, the image data obtained by capturing images including various subjects whose shooting distances projected on the light receiving surface 21A through the imaging system of the first embodiment are in the range of 15f to ∞ are to be restored. It can be said that the above preconditions (conditions for improving the resolution) are satisfied.

なお、受光面21A上に投影される点像の大きさの変動を少なく抑えることによって、復元処理をより容易に実行することができる。すなわち、例えば、受光面上に投影される像が、互に異なる種々の撮影距離に存在する被写体を含むものであっても、各被写体の像を構成する点像のボケ状態が同様であれば、どのような位置に存在する被写体を表す画像データに対してもパラメータを変更することなく復元処理を実行することができる。これにより、復元処理の演算を行う信号処理部の負担を軽減することができる。   Note that the restoration process can be executed more easily by suppressing the variation in the size of the point image projected onto the light receiving surface 21A. That is, for example, even if the image projected on the light receiving surface includes subjects that exist at various shooting distances different from each other, as long as the blurring state of the point images constituting each subject image is the same The restoration process can be executed on the image data representing the subject existing at any position without changing the parameters. As a result, the burden on the signal processing unit that performs the calculation of the restoration process can be reduced.

一方、常に同じパラメータを用いて復元処理を実行することを前提とする場合には、受光面上に投影される互に異なる種々の撮影距離に存在する被写体の像を構成する点像のボケ状態が同様であれば、復元処理を実施することにより、どのような位置に存在する被写体を表す画像データに対してもその被写体を表す画像の解像度を同じように高めることができる。すなわち、復元処理の実施により画像の解像度を画像全体に亘って均一に高めることができる。   On the other hand, if it is assumed that restoration processing is always performed using the same parameters, the blurring state of the point image that constitutes the image of the subject at different shooting distances projected on the light receiving surface If the same, it is possible to increase the resolution of the image representing the subject in the same manner for the image data representing the subject existing at any position by performing the restoration process. In other words, the resolution of the image can be increased uniformly over the entire image by performing the restoration process.

このように、撮像レンズ10Aの焦点深度を大きくするような設計を施したことにより、撮像レンズ10Aを通して受光面21A上に投影された撮影距離が15f〜∞の範囲に存在する種々の被写体を含む像を撮像して得られた画像データによって表される画像全体の解像度を復元処理によって高めることが可能となる。   As described above, the design that increases the depth of focus of the imaging lens 10A includes various subjects in which the shooting distance projected on the light receiving surface 21A through the imaging lens 10A is in the range of 15f to ∞. The resolution of the entire image represented by the image data obtained by capturing the image can be increased by the restoration process.

また、上記のように設計された撮像レンズ10Aによれば、受光面21Aへ入射する光のこの受光面21Aに対する入射角を小さくすることができる、すなわちテレセントリック性の良好な撮像レンズを得ることができる。   Further, according to the imaging lens 10A designed as described above, the incident angle of the light incident on the light receiving surface 21A with respect to the light receiving surface 21A can be reduced, that is, an imaging lens with good telecentricity can be obtained. it can.

《実施例1で説明した撮像レンズの収差について》
図13は撮像レンズ10Aに関する収差を示す図である。実施例1で説明した撮像レンズの各収差図を、図13中に上から順に球面収差、非点収差、ディストーション(歪曲収差)、倍率色収差の順番で示す。
<< Aberration of imaging lens described in Example 1 >>
FIG. 13 is a diagram illustrating aberrations related to the imaging lens 10A. The aberration diagrams of the imaging lens described in Example 1 are shown in order from the top in FIG. 13 in the order of spherical aberration, astigmatism, distortion (distortion aberration), and lateral chromatic aberration.

収差図には、e線(波長546.07nm)を基準波長とした収差を示すが、球面収差図および倍率色収差図には、F線(波長486.1nm)、C線(波長656.3nm)についての収差も示す。ディストーションの図は、全系の焦点距離f、半画角θ(変数扱い、0≦θ≦ω)を用いて、理想像高をf×tanθとし、それからのずれ量を示す。   The aberration diagram shows the aberration with the e-line (wavelength 546.07 nm) as the reference wavelength. The spherical aberration diagram and the lateral chromatic aberration diagram show the F-line (wavelength 486.1 nm) and C-line (wavelength 656.3 nm). The aberration for is also shown. The distortion diagram shows the amount of deviation from the ideal image height f × tan θ using the focal length f and half angle of view θ (variable treatment, 0 ≦ θ ≦ ω) of the entire system.

《比較例の撮像系について》
以下、比較例として携帯電話用カメラ等に使用される従来の撮像レンズについて説明する。
<< Comparison example imaging system >>
Hereinafter, a conventional imaging lens used for a mobile phone camera or the like will be described as a comparative example.

図14は比較例に係る4枚の単レンズからなる撮像レンズの概略構成を示す断面図、図15(a)〜(d)は、横軸に受光面の光軸方向(Z軸方向)のデフォーカス量Ud(μm)、縦軸にMTF特性の値(%)を示す座標上に、上記撮像レンズに対して受光面をデフォーカスさせたときにこの受光面に投影される光学像のMTF特性の値(%)の変化を示す図である。ここで、受光面のデフォーカス範囲は400μmである。   14 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of an imaging lens including four single lenses according to a comparative example, and FIGS. 15A to 15D are horizontal axes in the optical axis direction (Z-axis direction) of the light receiving surface. The MTF of the optical image projected on the light receiving surface when the light receiving surface is defocused with respect to the imaging lens on the coordinates indicating the defocus amount Ud (μm) and the MTF characteristic value (%) on the vertical axis. It is a figure which shows the change of the value (%) of a characteristic. Here, the defocus range of the light receiving surface is 400 μm.

なお、MTF特性を示す図15(a)〜(d)は、上述の撮像レンズ10Aに関するMTF特性を示す図12(a)〜(d)等に対応するものである。   15A to 15D showing the MTF characteristics correspond to FIGS. 12A to 12D showing the MTF characteristics related to the imaging lens 10A described above.

図14に示すように比較例の撮像レンズ10Hは、光軸C(Z軸)に沿って被写体側(図中矢印−Z方向の側)から順に、第1の単レンズLh1、第2の単レンズLh2、第3の単レンズLh3、第4の単レンズLh4、光学部材GLh1それぞれが配列されてなるものである。これらの4枚の単レンズを有する撮像レンズ10Hは、被写界深度が深くなるように設計されたものである。   As shown in FIG. 14, the imaging lens 10H of the comparative example includes a first single lens Lh1 and a second single lens in order from the subject side (the arrow-Z direction side in the figure) along the optical axis C (Z axis). Each of the lens Lh2, the third single lens Lh3, the fourth single lens Lh4, and the optical member GLh1 is arranged. The imaging lens 10H having these four single lenses is designed to have a deep depth of field.

上記撮像レンズ10Hを通して受光面21H上に被写体の光学像が投影される。   An optical image of the subject is projected on the light receiving surface 21H through the imaging lens 10H.

なお、光学部材GLh1は、平行平板からなるパワーを持たない光学部材である。   Note that the optical member GLh1 is an optical member having a parallel plate and having no power.

また、図15(a)〜(d)には、軸上光線Jh1から最大画角で入射する軸外光線Jh5まで像高の低い方から順に5つの光線Jh1、Jh2、Jh3、Jh4、Jh5が示してある。   15A to 15D show five light beams Jh1, Jh2, Jh3, Jh4, and Jh5 in order from the lowest image height from the on-axis light beam Jh1 to the off-axis light beam Jh5 incident at the maximum field angle. It is shown.

なお、図15(a)中に記載の5本のMTF曲線Mth20は、上記5つの光線が受光面21H上に投影される各位置での20本/mmの空間周波数におけるMTF特性の値の変化を示している。図15(b)中に記載の5本のMTF曲線Mth30は上記と同様の各位置での30本/mmの空間周波数におけるMTF特性の値の変化を、図15(c)中に記載の5本のMTF曲線Mth40も上記と同様の各位置での40本/mmの空間周波数におけるMTF特性の値の変化を、図15(d)中に記載の5本のMTF曲線Mth50も上記と同様の各位置での50本/mmの空間周波数におけるMTF特性の値の変化をそれぞれ示している。   Note that the five MTF curves Mth20 shown in FIG. 15 (a) indicate the change in the value of the MTF characteristic at a spatial frequency of 20 lines / mm at each position where the five light beams are projected onto the light receiving surface 21H. Is shown. The five MTF curves Mth30 described in FIG. 15B show the change in the value of the MTF characteristic at the spatial frequency of 30 lines / mm at each position similar to the above. The MTF curve Mth40 of the book also shows the change in the value of the MTF characteristic at the spatial frequency of 40 lines / mm at the same positions as described above, and the five MTF curves Mth50 described in FIG. The change in the value of the MTF characteristic at a spatial frequency of 50 lines / mm at each position is shown.

上記比較例の撮像系に関するMTF特性の値は、受光面を撮像レンズに接近させたとき、すなわち図15(a)〜(d)においてデフォーカス量の値が概略0から120μmの範囲に関し、空間周波数が30〜50Line/mmのMTF特性についてその値が0%から反転し偽解像が生じた状態となっている。偽解像が生じている範囲を図中矢印Gikで示す。   The value of the MTF characteristic related to the imaging system of the comparative example is a spatial value when the light receiving surface is brought close to the imaging lens, that is, in the range where the defocus amount is approximately 0 to 120 μm in FIGS. The value of the MTF characteristic with a frequency of 30 to 50 Line / mm is inverted from 0%, and false resolution is generated. A range in which false resolution occurs is indicated by an arrow Gik in the figure.

また、受光面を撮像レンズから遠ざけたとき、すなわち図15(a)〜(d)においてデフォーカス量の値が280μmから400μmの範囲に関し、空間周波数が30〜50Line/mmのMTF特性についてその値が0%から反転し偽解像が生じた状態となっている。偽解像が生じている範囲を図中矢印Gikで示す。   Further, when the light receiving surface is moved away from the imaging lens, that is, in the range of the defocus amount in the range from 280 μm to 400 μm in FIGS. 15A to 15D, the value for the MTF characteristic having the spatial frequency of 30 to 50 Line / mm. Is inverted from 0%, and false resolution occurs. A range in which false resolution occurs is indicated by an arrow Gik in the figure.

ここで、デフォーカス量Udの値が120μmと280μmの間(焦点深度の範囲)に
おいてはMTF特性の値が正であり、各空間周波数におけるMTF特性の値の変動幅は85%(50Line/mm)、90%(40Line/mm)、70%(30Line/mm)、45%(20Line/mm)程度となっている。
Here, when the value of the defocus amount Ud is between 120 μm and 280 μm (focus depth range), the value of the MTF characteristic is positive, and the fluctuation range of the value of the MTF characteristic at each spatial frequency is 85% (50 Line / mm). ), 90% (40 Line / mm), 70% (30 Line / mm), and 45% (20 Line / mm).

上記のように、比較例の撮像系によれば、比較的狭いデフォーカス範囲(約160μmの範囲)のみにおいてMTF特性の値が正となり、MTF特性の値の変動量が大きい。   As described above, according to the imaging system of the comparative example, the value of the MTF characteristic becomes positive only in a relatively narrow defocus range (a range of about 160 μm), and the variation amount of the value of the MTF characteristic is large.

MTF特性の値が0%から反転しているデフォーカスの範囲(図中矢印Gikで示す)については、点像は偽解像されたものであり、有効領域が3画素以上に亘ると特定できるような光学的に意味のある像は得られない。   In the defocus range where the MTF characteristic value is reversed from 0% (indicated by the arrow Gik in the figure), the point image is falsely resolved, and can be specified as having an effective area of 3 pixels or more. Such an optically meaningful image cannot be obtained.

すなわち、かなり限定された撮影距離の範囲においてのみMTF特性の値が正となり、受光面上に投影された被写体の像を意味のある像とすることができる。また、受光面上に投影される点像の大きさの変動量は大きい。   That is, the value of the MTF characteristic is positive only within a considerably limited range of the photographing distance, and the image of the subject projected on the light receiving surface can be a meaningful image. Further, the amount of variation in the size of the point image projected on the light receiving surface is large.

さらに、この比較例の撮像系は、撮影距離を0〜∞の範囲で変化させたときに受光面上に投影される点像の有効領域がこの受光面上の3画素以上に亘る大きさとなように構成されているわけではないので、このような撮像系を通して得られた画像データは復元処理を実施するための前提条件(解像度を向上させる条件)を満足するものではない。   Furthermore, in the imaging system of this comparative example, the effective area of the point image projected on the light receiving surface when the shooting distance is changed in the range of 0 to ∞ is a size that covers three or more pixels on this light receiving surface. Therefore, the image data obtained through such an imaging system does not satisfy the preconditions (conditions for improving the resolution) for performing the restoration process.

したがって、比較例の撮像系を通して受光面21H上に投影された被写体の像を撮像して得られた画像データに対して復元処理を施しても、この被写体を表す画像の解像度を向上させる効果を得ることはできない。   Therefore, even if restoration processing is performed on the image data obtained by capturing the image of the subject projected on the light receiving surface 21H through the imaging system of the comparative example, the effect of improving the resolution of the image representing the subject is obtained. I can't get it.

図16は、撮像システムを備えた車載機器が搭載されている自動車を示す図である。   FIG. 16 is a diagram illustrating an automobile on which an in-vehicle device including an imaging system is mounted.

図16に示すように、本発明の撮像システムを備えた車載機器502〜504は、自動車501等に搭載して使用することができる。この自動車501は、助手席側の側面の死角範囲を撮像するための車外カメラである車載機器502と、自動車1の後側の死角範囲を撮像するための車外カメラである車載機器503と、ルームミラーの背面に取り付けられ、ドライバーと同じ視野範囲を撮影するための車内カメラである車載機器504とを備えている。   As shown in FIG. 16, in-vehicle devices 502 to 504 including the imaging system of the present invention can be used by being mounted on an automobile 501 or the like. The automobile 501 includes an in-vehicle device 502 that is an out-of-vehicle camera for imaging the blind spot range on the side surface on the passenger seat side, an in-vehicle device 503 that is an out-of-vehicle camera for imaging the blind spot range on the rear side of the automobile 1, An in-vehicle device 504 that is attached to the rear surface of the mirror and is an in-vehicle camera for photographing the same field of view as the driver is provided.

図17は、撮像システムを備えた携帯端末機器である携帯電話機を示す図である。   FIG. 17 is a diagram illustrating a mobile phone that is a mobile terminal device including the imaging system.

図示のように、この携帯電話機510は、携帯電話機の筐体511中に撮像システム512が配されたものである。   As shown in the figure, this mobile phone 510 is one in which an imaging system 512 is arranged in a casing 511 of the mobile phone.

図18は、撮像システムを備えた医療機器である内視鏡装置を示す図である。   FIG. 18 is a diagram illustrating an endoscope apparatus that is a medical device including the imaging system.

図示のように、生体組織525を観察するこの内視鏡装置520は、照明光Laで照明された生体組織525を撮像するための撮像システム522を内視鏡装置520の先端部521に配したものである。   As illustrated, the endoscope apparatus 520 for observing the living tissue 525 includes an imaging system 522 for imaging the living tissue 525 illuminated with the illumination light La at the distal end portion 521 of the endoscope apparatus 520. Is.

このように、上記のような撮像システムを備えた本発明の撮像装置、携帯端末機器、車載機器、および医療機器は、従来より知られている撮像装置、携帯端末機器、車載機器、および医療機器が備えている従来の撮像システムとの置き換えが容易である。すなわち、従来より知られている撮像装置、携帯端末機器、車載機器、および医療機器の装置サイズや形状等を変更することなく、これらの装置が備える従来の撮像システムを本発明の撮像システムに置き換えて、本願発明の撮像装置、携帯端末機器、車載機器、および医療機器を構成することもできる。   As described above, the imaging apparatus, the portable terminal device, the in-vehicle device, and the medical device of the present invention including the imaging system as described above are conventionally known imaging devices, portable terminal devices, in-vehicle devices, and medical devices. It is easy to replace the conventional imaging system with That is, the conventional imaging system included in these devices is replaced with the imaging system of the present invention without changing the device size and shape of the conventionally known imaging devices, portable terminal devices, in-vehicle devices, and medical devices. Thus, the imaging device, portable terminal device, in-vehicle device, and medical device of the present invention can be configured.

なお、上記実施例では、撮像レンズを種々の条件で限定した例を示したが、本発明の撮像システムに用いられる撮像レンズは、物体側から順に、少なくとも1枚のレンズからなる正のパワーを持つ第1のレンズ群と、少なくとも1枚のレンズからなる正のパワーを持つ第2のレンズ群とを有するものを用いるものであり、各群を構成するレンズ枚数や形状等が限定されるものではない。例えば、各群を複数枚のレンズで構成するようにしてもよい。   In the above embodiment, an example in which the imaging lens is limited under various conditions is shown. However, the imaging lens used in the imaging system of the present invention has a positive power composed of at least one lens in order from the object side. Using a first lens group having a first lens group and a second lens group having a positive power consisting of at least one lens, and the number and shape of the lenses constituting each group are limited is not. For example, each group may be composed of a plurality of lenses.

本発明の撮像システムの概略構成を示すブロック図The block diagram which shows schematic structure of the imaging system of this invention 図2(a)は点像の光強度分布を示す図、図2(b)は受光面に投影された点像を示す図2A is a diagram showing the light intensity distribution of the point image, and FIG. 2B is a diagram showing the point image projected on the light receiving surface. 図3(a)は第1の画像データの表す画像中に表示される点像の画像を示す図、図3(b)は第2の画像データの表す画像中に表示される点像の画像を示す図3A shows a point image displayed in the image represented by the first image data, and FIG. 3B shows a point image displayed in the image represented by the second image data. Figure showing 図4(a)は撮像レンズの解像力が高いときに受光面上に投影されるであろう点像の光強度分布を示す図、図4(b)は撮像レンズの解像力が高いときに受光面に投影されるであろう点像を示す図4A shows a light intensity distribution of a point image that will be projected on the light receiving surface when the imaging lens has a high resolving power, and FIG. 4B shows a light receiving surface when the imaging lens has a high resolving power. Of point images that will be projected on 物点を光軸方向に移動させたときに受光面上に投影されるその物点の光学像である点像の有効領域の最大径の変化を示す図The figure which shows the change of the maximum diameter of the effective area | region of the point image which is an optical image of the object point projected on the light-receiving surface when an object point is moved to an optical axis direction 物点を光軸方向に移動させたときに受光面上に投影されるその物点の光学像に関するMTF特性の値(%)の変化を示す図The figure which shows the change of the value (%) of the MTF characteristic regarding the optical image of the object point projected on the light-receiving surface when an object point is moved to an optical axis direction 第2例の復元係数取得装置を示す図The figure which shows the restoration coefficient acquisition apparatus of the 2nd example 第3例の復元係数取得装置を示す図The figure which shows the restoration coefficient acquisition apparatus of the 3rd example 復元係数取得装置を内部に備えた撮像システムを示す図The figure which shows the imaging system which has the restoration coefficient acquisition device inside 復元係数取得装置を信号処理部の内部に備えた撮像システムを示す図The figure which shows the imaging system which equipped the restoration coefficient acquisition apparatus inside the signal processing part 実施例1の撮像系に配された撮像レンズの概略構成を示す断面図Sectional drawing which shows schematic structure of the imaging lens distribute | arranged to the imaging system of Example 1 受光面をデフォーカスさせたときのMTF特性の値の変化を示す図、図12(a)は20本/mmの空間周波数におけるMTF特性の値の変化を示す図、図12(b)は30本/mmの空間周波数におけるMTF特性の値の変化を示す図、図12(c)は40本/mmの空間周波数におけるMTF特性の値の変化を示す図、図12(d)は50本/mmの空間周波数におけるMTF特性の値の変化を示す図FIG. 12A shows a change in MTF characteristic value when the light receiving surface is defocused, FIG. 12A shows a change in MTF characteristic value at a spatial frequency of 20 lines / mm, and FIG. FIG. 12C shows a change in the value of the MTF characteristic at a spatial frequency of 40 lines / mm, FIG. 12C shows a change in the value of the MTF characteristic at a spatial frequency of 40 lines / mm, and FIG. The figure which shows the change of the value of the MTF characteristic in the spatial frequency of mm 実施例1の撮像レンズに関する収差を示す図FIG. 6 is a diagram illustrating aberrations related to the imaging lens of Example 1. 比較例の撮像系に配された撮像レンズの概略構成を示す断面図Sectional drawing which shows schematic structure of the imaging lens distribute | arranged to the imaging system of the comparative example 受光面をデフォーカスさせたときのMTF特性の値の変化を示す図、図21(a)は20本/mmの空間周波数におけるMTF特性の値の変化を示す図、図21(b)は30本/mmの空間周波数におけるMTF特性の値の変化を示す図、図21(c)は40本/mmの空間周波数におけるMTF特性の値の変化を示す図、図21(d)は50本/mmの空間周波数におけるMTF特性の値の変化を示す図FIG. 21A shows a change in the MTF characteristic value when the light receiving surface is defocused, FIG. 21A shows a change in the MTF characteristic value at a spatial frequency of 20 lines / mm, and FIG. FIG. 21C shows a change in the value of the MTF characteristic at a spatial frequency of 40 lines / mm, FIG. 21C shows a change in the value of the MTF characteristic at a spatial frequency of 40 lines / mm, and FIG. The figure which shows the change of the value of the MTF characteristic in the spatial frequency of mm 撮像システムを備えた車載機器が搭載されている自動車を示す図A figure showing an automobile equipped with an in-vehicle device equipped with an imaging system 撮像システムを備えた携帯端末機器である携帯電話機を示す図The figure which shows the mobile telephone which is a portable terminal device provided with the imaging system 撮像システムを備えた医療機器である内視鏡装置を示す図The figure which shows the endoscope apparatus which is a medical device provided with the imaging system

符号の説明Explanation of symbols

10 撮像レンズ
20 撮像素子
21 受光面
30 係数記憶部
40 信号処理部
70A 第1例の復元係数取得装置
70B 第2例の復元係数取得装置
70C 第3例の復元係数取得装置
72 理想点記憶部
76 判定部
78 復元係数取得部
79 候補係数記憶部
100 撮像システム
G1 第1の画像データ
G2 第2の画像データ
F 復元処理
P1 点像
K 復元係数
Dr 設計データ、理想点像状態データ
Dk 係数データ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Imaging lens 20 Imaging element 21 Light-receiving surface 30 Coefficient memory | storage part 40 Signal processing part 70A The restoration coefficient acquisition apparatus of the 1st example 70B The restoration coefficient acquisition apparatus of the 2nd example 70C The restoration coefficient acquisition apparatus of the 3rd example 72 Ideal point memory | storage part 76 Determination unit 78 Restoration coefficient acquisition unit 79 Candidate coefficient storage unit 100 Imaging system G1 First image data G2 Second image data F Restoration process P1 Point image K Restoration coefficient Dr Design data, ideal point image state data Dk coefficient data

Claims (16)

撮像レンズと、
多数の受光画素を2次元状に配列してなる受光面を有し、前記撮像レンズを通して前記受光面上に投影された被写体の光学像を撮像して該被写体を表す第1の画像データを出力する撮像素子と、
前記第1の画像データに対し、前記撮像レンズの解像力が高いときに前記撮像素子から出力される前記第1の画像データと同等の第2の画像データを生成するような復元処理を施す信号処理手段とを備え、
前記撮像レンズが、物体側から順に、少なくとも1枚のレンズからなる正のパワーを持つ第1のレンズ群と、少なくとも1枚のレンズからなる正のパワーを持つ第2のレンズ群とを有するものであり、
前記撮像レンズと撮像素子とが、前記撮像レンズの光軸方向、前記受光面に対して平行な方向のいずれの位置から前記撮像レンズを通して前記受光面上へ投影された点像についても該点像の有効領域の最大径が前記受光画素の3画素以上に亘る大きさとなるように構成されたものであり、かつ、前記撮像レンズが、該撮像レンズの焦点距離の10倍以上離れた、前記撮像レンズの光軸方向、前記受光面に対して平行な方向のいずれの位置から前記撮像レンズを通して前記受光面上へ投影された被写体の光学像についても該光学像に関するMTF特性の値が正となるように構成されたものであることを特徴とする撮像システム。
An imaging lens;
It has a light-receiving surface in which a large number of light-receiving pixels are arranged in a two-dimensional manner, picks up an optical image of a subject projected on the light-receiving surface through the imaging lens, and outputs first image data representing the subject An image sensor
Signal processing for performing restoration processing on the first image data so as to generate second image data equivalent to the first image data output from the image sensor when the resolution of the imaging lens is high Means and
The imaging lens includes, in order from the object side, a first lens group having a positive power consisting of at least one lens and a second lens group having a positive power consisting of at least one lens. And
The point image of the point image projected on the light receiving surface through the image pickup lens from either the optical axis direction of the imaging lens or the direction parallel to the light receiving surface by the image pickup lens and the image pickup element. der those maximum diameter of the effective region is configured to be sized for over three pixels of the light receiving pixels is, and the imaging lens, apart more than ten times the focal length of the imaging lens, wherein For an optical image of a subject projected on the light receiving surface through the imaging lens from either the optical axis direction of the imaging lens or a direction parallel to the light receiving surface, the value of the MTF characteristic regarding the optical image is positive. An imaging system characterized by being configured as described above .
前記信号処理手段が、受光面上における縦方向3画素以上および横方向3画素以上からなる合計9画素以上に亘る画素領域を最小単位として前記復元処理を行うものであることを特徴とする請求項記載の撮像システム。 The signal processing means performs the restoration processing with a pixel area covering a total of 9 or more pixels including 3 or more pixels in the vertical direction and 3 or more pixels in the horizontal direction on the light receiving surface as a minimum unit. The imaging system according to 1 . 前記信号処理手段が、前記受光面上に投影された点像の有効領域の全てを含む最小の画素領域を最小単位として前記復元処理を実行するものであることを特徴とする請求項1または2記載の撮像システム。 It said signal processing means, according to claim 1 or 2, characterized in that the minimum pixel region including all of the effective region of the point image projected on the light receiving surface is to execute the restoring processing as the minimum unit The imaging system described. 前記信号処理手段が、前記第1の画像データの表す画像中の点像の有効領域を表す大きさよりも、前記第2の画像データの表す画像中における前記点像の有効領域を表す大きさの方を小さくするように前記復元処理を実行するものであることを特徴とする請求項1からのいずれか1項記載の撮像システム。 The signal processing means has a size representing the effective area of the point image in the image represented by the second image data, rather than the size representing the effective area of the point image in the image represented by the first image data. The imaging system according to any one of claims 1 to 3 , wherein the restoration process is executed so as to make the direction smaller. 前記信号処理手段が、前記第1の画像データの表す点像の状態に応じた復元係数を用いて前記復元処理を実行するものであることを特徴とする請求項1からのいずれか1項記載の撮像システム。 It said signal processing means, any one of claims 1 to 4, characterized in that to perform the restoration process using the restoration coefficient corresponding to the state of the point image represented by the first image data The imaging system described. 前記復元係数が、各撮像システム毎に、該撮像システムに対して個別に求められるものであることを特徴とする請求項記載の撮像システム。 The imaging system according to claim 5 , wherein the restoration coefficient is obtained individually for each imaging system for each imaging system. 前記復元係数が、複数種類に分類された点像の状態それぞれに対応する各復元係数の候補のうち、前記第1の画像データの表す点像の状態に応じて選択されたものであることを特徴とする請求項記載の撮像システム。 The restoration coefficient is selected according to the state of the point image represented by the first image data from among the candidates for the restoration coefficient corresponding to the state of the point images classified into a plurality of types. The imaging system according to claim 5, wherein: 前記復元係数が、複数種類に分類された点像の状態それぞれに対応する複数種類の復元係数の候補のうち、前記第1の画像データの表す点像の状態に応じて選択された復元係数を、該点像の状態に応じてさらに補正してなるものであることを特徴とする請求項記載の撮像システム。 The restoration coefficient is a restoration coefficient selected according to the state of the point image represented by the first image data from among a plurality of kinds of restoration coefficient candidates corresponding to the state of the point images classified into a plurality of types. The imaging system according to claim 5, further corrected according to the state of the point image. 前記復元係数を取得する復元係数取得手段をさらに備えたことを特徴とする請求項5から8のいずれか1項記載の撮像システム。 The imaging system according to claim 5 , further comprising a restoration coefficient acquisition unit that acquires the restoration coefficient. 前記撮像レンズが2枚の単レンズからなるものであることを特徴とする請求項1からのいずれか1項記載の撮像システム。 The imaging system of any one of claims 1 9, wherein the imaging lens is made of two single lenses. 前記第1のレンズ群の単レンズが物体側に凸面を向けたメニスカス形状をなすものであり、前記第2のレンズ群の単レンズが物体側に凸面を向けたメニスカス形状をなすものであることを特徴とする請求項10記載の撮像システム。 The single lens of the first lens group has a meniscus shape with a convex surface facing the object side, and the single lens of the second lens group has a meniscus shape with a convex surface facing the object side. The imaging system according to claim 10 . 前記第1のレンズ群の単レンズが、該単レンズの両面が凸形状をなすものであり、前記第2のレンズ群の単レンズが像側に凸面を向けたメニスカス形状をなすものであることを特徴とする請求項10記載の撮像システム。 The single lens of the first lens group has a convex shape on both surfaces of the single lens, and the single lens of the second lens group has a meniscus shape with the convex surface facing the image side. The imaging system according to claim 10 . 請求項1から12のいずれか1項記載の撮像システムを備えた撮像装置。 Imaging apparatus including an imaging system according to any one of claims 1 12. 請求項1から12のいずれか1項記載の撮像システムを備えた携帯端末機器。 Mobile terminal apparatus comprising the imaging system of any one of claims 1 12. 請求項1から12のいずれか1項記載の撮像システムを備えた車載機器。 Vehicle device including an imaging system according to any one of claims 1 12. 請求項1から12のいずれか1項記載の撮像システムを備えた医療機器。 A medical device comprising the imaging system according to any one of claims 1 to 12 .
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