JP4994262B2 - 広角レンズおよび撮影装置 - Google Patents
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Description
車載用カメラに用いられる撮像レンズには「広い範囲を良好な視界で確保したい」との要求があるが「左右方向180°以上」という更に広い範囲の状況を同時に確認したいという要求が高まってきている。
車両周辺を撮像する装置は、例えば、特許文献1に記載されている。
また、左右方向180°以上の状況を同時に確認でき、上記用途に使用する広角レンズとして「レンズ枚数を4枚とした魚眼レンズタイプの広角撮像レンズ」が特許文献2により知られている。
前群の「物体側から第2番目に配されて負のパワーを持つ第2レンズ」の一方の面は非球面である。
前群は「負・負・正」のパワー配分を有するから、このパワー配分を実現するために3枚のレンズで前群を構成し、後群を正のパワーを持つ1枚のレンズで構成する。
請求項1記載の広角レンズは「180度を超える画角」を有する。
そうすると、前・後群を通じて非球面は各群に1面づつの2面ですませることができ、製造上のバラツキで光学性能が劣化することが少なく、より安定的な広角レンズの実現が可能になる。
(1) νd1≦40
(2) νd2≦25
(3) νd3≧60
(4) νd4≧60
を満足する。
なお、この発明の広角レンズは前述の如く「広角レンズによる像を撮像素子で画像信号とし、この画像信号を電子回路で処理することにより、広角レンズにおける歪曲収差・倍率色収差・MTFの補正を行う」ことを前提としており、歪曲収差や軸外色収差・MTFに関しては、電子回路により処理された最終的な「観察画像」が良好であればよい。従って、広角レンズ自体の収差が良好であるとは、電子回路による補正処理により「良好な観察画像を実現できるような収差」であることを意味する。
(5) OAL1/Iφ≦2.68
を満足することが好ましい(請求項2)。
「光学系」は、上記請求項1〜3の任意の1に記載の広角レンズを有する。広角レンズとしては、例えば、後述の実施例1、2に記載のものを用いることができる。
「撮像素子」は、画素が2次元に配列され、光学系により結像された被写体像を画像データに変換する素子であり、具体的にはCCD等の各種エリアセンサを用いることができる。
「第2の信号処理回路」は倍率色収差補正機能を有する。
「第3の信号処理回路」はMTF補正機能を有する。
従来の広角レンズは「レンズのみで軸上色収差、倍率色収差、歪曲収差等の収差を十分に補正しながら周辺のMTFを高めるレンズ設計」が必要であり、周辺解像度:50本/mmを維持するには、少なくともレンズ第1面から像面までの距離は15mm以上必要であったが、この発明の広角レンズでは、上記の如く、収差補正の一部を電子回路による電子処理で行うので、広角レンズ自体としては「レンズ単独で軸上色収差、倍率色収差、歪曲収差等の収差を補正しながら周辺のMTFを高めるレンズ設計条件」が緩和され、レンズ設計条件の緩和に伴い、電子回路による補正により良好な観察画像を実現できるレンズ系を全体として4枚のレンズで構成でき、15mm以下のレンズ構成や更には10mm以下のレンズ構成も可能となる。
また、広角レンズを構成する4枚のレンズは独立しているので貼り合わせ工程を必要とせず、安価に製造できる。画角も、180度を越える大きい画角(後述する実施例では全画角:190度)を実現可能である。
図1は、広角レンズの実施の1形態を示している。この形態は後述する実施例1の広角レンズである。
第1レンズL1、第2レンズL2、第3レンズL3は「前群」を構成し、第4レンズL4は「後群」を構成する。第1〜第4レンズL1〜L4は独立したレンズであり、張り合わせられていない。
第1レンズL1、第2レンズL2、第3レンズL3は「前群」を構成し、第4レンズL4は「後群」を構成する。第1〜第4レンズL1〜L4は独立したレンズであり、張り合わせられていない。
また、図5に示す実施の形態である実施例2の広角レンズでは、後群の1枚のレンズ(第4レンズL4)の像側面も非球面である。
(1) νd1≦40
(2) νd2≦25
(3) νd3≧60
(4) νd4≧60
を満足する(請求項1)。
(5) OAL1/Iφ≦2.68
を満足し(請求項2)、第1レンズL1〜第4レンズL4は、何れもガラスレンズである(請求項3)。因みに、最もパワーの強いレンズは第3レンズL3である。
なお、図1、図5において、符号CGは撮像素子(CCDエリアセンサ)のカバーガラスを示す。
図12は、信号処理部の代表的な概略を示すブロック図である。
図示されない「広角レンズを用いた光学系」による結像光束は光センサ120に導光されてその受光面上に結像する。光センサ120としては「CCD、MOS型の撮像素子」などを、種類を問わず使用でき、RGB原色系や補色系センサなどカラーセンサであればどのようなものでも用いることができる。
図12の例では、センサI/O122の出力はSYNC(V-SYNC,H-SYNC)、DATA、CLK(クロック)であるが、データタイプは「アナログ、デジタル」を問わず、またコンポジット信号でもよい。DATAは、R・G・Bの各々につき10bitであり、CLKは、例えば、25MH(メガヘルツ)である。
これらの信号は「コア」となるDSPユニット124に送られて処理される。
DSPユニット124は、メモリ、メモリ出力制御手段、第1〜第3の信号処理回路を有するが、そのハード構成は、FPGA、DSPなどのプログラマブルロジックやASICなど、入力信号に対して後述する処理を実現できるものであれば何でもよい。DSPユニット124にはクロック発生回路128から、例えば、100MHのクロック信号が入力される。
DSPユニット124の出力は「システムの所望の出力」となるように、ポストI/F126で変換され出力される。出力形式としてはデジタルではYUV422,YUV444,YUV221等があるが、ここではNTSCに変換され出力される。
図9において光学系90は「広角レンズ」であり、符号91は撮像素子(CCDエリアセンサ)、符号93は「前処理部」を示す。
図1、図5に示すように、広角レンズにより像面上に結像した像は、撮像素子91により撮像されて画像データ化される。「広角レンズにより像面上に結像した像」は、広角レンズの歪曲収差や倍率色収差のある像である。
撮像素子91の画素配列には、例えば、緑(G)の画素数が赤(R)や青(B)の画素数より多い「ベイヤー配列」などがある。R・G・Bの各画像を作る場合、単にR・G・Bの画像データを取り出して合成するだけでは、各色画素配列のズレにより「各色画像のズレ」が生じてしまう。信号処理部95では、まず、これらの画素の再配列や「R・G・B間のホワイトバランスの補正」などを行う。この画像処理で「撮像素子関連の補正」を行った後、光学系に起因する「像の劣化要因」である倍率色収差と歪曲収差、MTF劣化の補正処理を行う。
入力されるデジタル画像データ(撮像素子関連の補正がなされている。)は、一次変換回路951に入力され、この一次変換回路に含まれる「第1の信号処理回路」により歪曲収差補正を行なわれる。第1の信号処理回路は「R・G・Bの各画像データに対し、入力画像の座標から出力画像の座標へ、歪曲による像の歪みを考慮しながら写像する」ことにより上記各画像データに対し歪曲収差の補正を行う。
歪曲収差は広角レンズの特性として予め知られており、この特性に基づいて「入力画像の座標から出力画像の座標への変換式」が決定され、この変換式に従って補正が行われる。変換式は、例えば、多項式を用いて近似することもできる。
静止画を出力する場合は、補正されたR・G・Bの各画像からビットマップデータ、あるいは「jpg画像」などを作り出力する。また、動画を出力する場合は、上記R・G・Bの各画像から、図9に示すようにビデオエンコーダ97を通し「H.264やMpeg2,4などの動画フォーマットの画像」を生成し、デジタル出力の場合はHDMIやDVI、アナログ出力の場合はD/A変換回路を通してNTSC、D2,D4、コンポーネント信号などに変換してディスプレイ98に出力する。
両実施例とも、設計上のFナンバーは2.8、設計波長は587.56nmである。
Z=(h2/R)/[1+{1−(1+K)(h2/R2)}1/2]
+Ah2+Bh4+Ch6
なお、実施例1を示す図1、実施例2を示す図5において、R1〜R9は広角レンズの第1面ないし第9面(絞りIの面を含む)の曲率半径を表し、Z1〜Z10は面間隔を表している。
また、前述のように、実施例1、2とも全画角:190度である。
実施例1の諸元を表1に示す。
非球面のデータを表2に示す。
実施例2の諸元を表4に示す。
非球面のデータを表5に示す。
縦軸に空間周波数、横軸に「輝度信号のMTF」をとった。
画像データに処理を加えないままでは、倍率色収差により「高い周波数帯でMTF(曲線111)が劣化」するが、「倍率色収差と歪曲収差の補正」を行うことでMTF劣化の補正が可能である。
L2 第2レンズ
L3 第3レンズ
L4 第4レンズ
I 絞り
CG カバーガラス
Claims (4)
- 物体側から像側へ向かって、前群と後群を配し、これら前群と後群の間に絞りを有し、全体として4枚の独立したレンズで結像系が構成される2群4枚構成であり、
前群は負・負・正のパワー配分を有し、負のパワーを持つ第1レンズ、負のパワーを持つ第2レンズ、正のパワーを持つ第3レンズの3枚のレンズで構成され、
後群は、正のパワーを持つ1枚の第4レンズからなり、
第2レンズの一方の面、および、第4レンズの像側面が非球面であり、
第1レンズのアッベ数:νd1、第2レンズのアッベ数:νd2、第3レンズのアッベ数:νd3、後群の第4レンズのアッベ数:νd4が、条件:
(1) νd1≦40
(2) νd2≦25
(3) νd3≧60
(4) νd4≧60
を満足し、180度を超える画角を有することを特徴とする広角レンズ。 - 請求項1記載の広角レンズにおいて、
第1レンズの第1面から第4レンズの第2面までの距離:OAL1、像面のイメージサークル:Iφが、条件:
(5) OAL1/Iφ≦2.68
を満足することを特徴とする広角レンズ。 - 請求項1または2記載の広角レンズにおいて、
少なくとも、最もパワーの強いレンズがガラスレンズであることを特徴とする広角レンズ。 - 請求項1〜3の任意の1に記載の広角レンズをもつ光学系と、
画素が2次元に配列され、上記光学系により結像された被写体像を画像データに変換する撮像素子と、
この撮像素子からの画像データを記憶するメモリと、
このメモリから、指定された画角に応じた画像データを読出すメモリ出力制御回路と、
歪曲収差補正機能を有する第1の信号処理回路と、
倍率色収差補正機能を有する第2の信号処理回路と、
MTF補正機能を有する第3の信号処理回路と、を有し、
上記第1〜第3の信号処理回路がそれぞれ、光学系の歪曲収差、倍率色収差、MTF特性を補正する特性をもつことを特徴とする撮影装置。
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