JP5649622B2 - 光学系および撮像装置 - Google Patents
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Description
PTF=tan-1(Im(OTF)/Re(OTF))
このように、光学系の光学伝達関数(OTF)は、画像の振幅成分と位相成分に対して劣化を与えるため、劣化画像は被写体の各点がコマ収差のように非対称にぼけた状態になる。
(前記光学系全体の焦点距離/前記撮像素子の対角長)×520
としたとき、
1<|Δyum+Δylm|/|Δyui+Δyli|<12
2<|(Δyum+Δylm)|/2p<6
なる条件を満足する。
「入力画像」
入力画像は、撮像装置において撮影光学系により形成された被写体像を光電変換した撮像素子からの出力を用いて生成されたデジタル画像である。このデジタル画像は、レンズや光学フィルタ等の光学素子により構成された撮影光学系の収差の情報を含む光学伝達関数(OTF)に応じて劣化した画像である。撮像素子は、CMOSやCCD等の光電変換素子により構成される。撮影光学系は、曲率を有するミラー(反射面)を含んでもよい。また、撮影光学系は、撮像装置に対して着脱(交換)が可能であってもよい。撮像装置において、撮像素子および該撮像素子の出力を用いてデジタル画像(入力画像)を生成する信号処理回路により撮像系が構成される。
「画像回復処理」
撮像装置による撮像によって生成された入力画像(劣化画像)をg(x,y)とし、元の劣化していない画像をf(x,y)とし、光学伝達関数(OTF)のフーリエペアである点像分布関数(PSF)をh(x,y)とする場合、以下の式が成り立つ。*はコンボリューション(畳み込み積分または積和)を示し、(x,y)は入力画像上の座標(位置)を示す。
g(x,y)=h(x,y)*f(x,y)
この式をフーリエ変換して周波数面での表示形式に変換すると、以下の式のように周波数ごとの積の形式になる。Hは点像分布関数(PSF)hをフーリエ変換したものであり、光学伝達関数(OTF)に相当する。G,Fはそれぞれ、g,fをフーリエ変換したものである。(u,v)は2次元周波数面での座標、すなわち周波数を示す。
G(u,v)=H(u,v)・F(u,v)
撮像により生成された劣化画像から元の画像を得るためには、以下のように、上記式の両辺をHで除算すればよい。
G(u,v)/H(u,v)=F(u,v)
F(u,v)、すなわちG(u,v)/H(u,v)を逆フーリエ変換して実面に戻すことで、元の画像f(x,y)である回復画像が得られる。
g(x,y)*R(x,y)=f(x,y)
このR(x,y)が画像回復フィルタである。入力画像が2次元であるとき、一般に画像回復フィルタも該2次元画像の各画素に対応したタップ(セル)を有する2次元フィルタとなる。また、一般に画像回復フィルタのタップ数(セル数)が多いほど画像回復精度が向上するため、出力画像としての要求画質、画像処理装置としての画像処理能力、撮影光学系の収差の特性等に応じて実現可能なタップ数を設定する。
G(u,v)=H(u,v)・F(u,v)+N(u,v)
G(u,v)/H(u,v)=F(u,v)+N(u,v)/H(u,v)
この点については、例えば、式(1)に示すウィナーフィルタのように画像信号とノイズ信号の強度比(SNR)に応じて回復度合いを制御する方法が知られている。
1<|Δyum+Δylm|/|Δyui+Δyli|<12 (1)
2<|(Δyum+Δylm)|/2p<6 (2)
ただし、
Δyumは、中間物体距離に対する合焦状態において、8割像高に到達する7割上線のうちd線の横収差量であり、
Δylmは、中間物体距離に対する合焦状態において、8割像高に到達する7割下線のうちd線の横収差量であり、
Δyuiは、無限遠物体距離に対する合焦状態において、8割像高に到達する7割上線のうちd線の横収差量であり、
Δyliは、無限遠物体距離に対する合焦状態において、8割像高に到達する7割下線のうちd線の横収差量であり、
Pは撮像素子の画素ピッチである。
(光学系全体の焦点距離/撮像素子の対角長)×520
である。撮像素子の対角長とは、より厳密に言えば、撮像素子の有効撮像領域の対角長の意味である。光学系が変倍光学系であるときは、広角端から望遠端までのいずれかの焦点距離において条件式(1)、(2)を満足すればよい。
1 <|Δyum+Δylm|/|Δyui+Δyli|< 10 (1)′
条件(2)は、光学系の画質に関する条件である。条件(2)の値がその下限を下回ると、コマ収差量が小さく、物体距離の変化に伴う像面湾曲の変動を補正することが困難になるため、好ましくない。一方、条件(2)の値がその上限を超えると、発生するコマ収差が大きすぎ、画像回復処理前の画像の劣化が著しい。したがって、画像回復処理を行っても良好な回復画像を得ることができないか、画像回復を極端に強くした結果、ノイズが強調された画像が得られてしまう。
条件(2)の範囲を以下のようにすることがより望ましい。
2<|(Δyum+Δylm)|/2p<5 (2)′
前述したように、本実施例では、中間物体距離を、
(光学系全体の焦点距離/撮像素子の対角長)×520
とする。物体距離がこの中間物体距離を超えると、例えば、実施例3にて用いられる撮像素子の対角長に対して光学系全体の焦点距離が大きくなる。このとき、中間物体距離が大きくなり、無限遠物体距離に近くなってしまう。このため、物体距離の変化に伴う像面湾曲の変動を低減することが困難になる。また、この中間物体距離を下回ると、実施例1,2にて用いられる撮像素子の対角長に対して光学系全体の焦点距離が小さくなる。このとき、中間物体距離が小さくなり、最近端距離に近くなってしまう。このため、物体距離の変化に伴う像面湾曲の変動を低減することが困難になる。
X=(Y2/R)/[1+{1―(K+1)(Y/R)2}1/2]
+A4Y4+A6Y6+A8Y8+A10Y10+・・・
なる式で表されるものとする。e±Mは、×10±Mを意味する。また、表1には、実施例1と上述した条件との関係を示す。
(数値例1)
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 95.784 6.02 1.48749 70.2 56.00
2 737.461 0.18 55.50
3 102.717 2.10 1.61340 44.3 53.80
4 45.455 9.10 1.49700 81.5 50.97
5 2528.799 (可変) 50.29
6 -165.094 1.20 1.83481 42.7 25.20
7 55.232 3.29 24.32
8 -45.986 1.20 1.63854 55.4 24.28
9 53.394 2.97 1.84666 23.8 24.72
10 -414.048 (可変) 25.00
11 344.048 4.25 1.49700 81.5 25.60
12 -42.005 0.15 25.76
13 66.804 4.35 1.58913 61.1 25.41
14 -42.512 1.20 1.85026 32.3 25.09
15 -264.354 1.00 24.86
16(絞り) ∞ (可変) 24.61
17 -48.251 1.20 1.70154 41.2 23.00
18 40.610 3.94 1.80518 25.4 23.66
19 -169.835 (可変) 23.80
20 -249.784 2.80 1.69680 55.5 25.20
21 -83.232 0.15 25.57
22 181.284 5.19 1.60311 60.6 25.75
23 -30.728 1.25 1.84666 23.8 25.66
24 -127.921 0.15 25.87
25 99.327 2.35 1.77250 49.6 25.86
26 -130.324 (可変) 25.60
27 74.930 1.20 1.88300 40.8 25.03
28 29.783 3.57 24.31
29 -112.308 2.85 1.80518 25.4 24.44
30 -31.068 4.56 24.80
31 -26.035 1.25 1.88300 40.8 24.41
32 ∞ 2.75 25.82
33 56.384 3.69 1.69895 30.1 29.16
34 967.801 (可変) 29.56
35 ∞ 1.13 1.51633 64.2 50.00
36 ∞ 0.20 50.00
37 ∞ 0.40 1.51633 64.2 50.00
38 ∞ (可変) 50.00
像面∞
各種データ
ズーム比 4.02
広角中間望遠
焦点距離 72.19 135.01 290.31
Fナンバー 4.28 4.75 5.94
半画角 16.68 9.10 4.26
像高 21.64 21.64 21.64
レンズ全長 185.42 214.97 239.40
BF 0.41 0.41 0.41
d 5 3.28 32.82 57.26
d10 25.74 13.79 1.08
d16 5.86 23.88 44.40
d19 18.36 12.28 4.46
d26 13.57 11.99 0.99
d34 42.58 44.16 55.16
d38 0.41 0.41 0.41
入射瞳位置 46.11 111.44 201.54
射出瞳位置 -91.42 -101.46 -118.76
前側主点位置 61.54 67.51 -215.38
後側主点位置 -71.79 -134.60 -289.90
レンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
L1 1 130.99 17.40 0.81 -10.78
L2 6 -35.13 8.66 1.17 -5.10
L3 11 52.01 10.95 2.38 -5.00
L4 17 -141.89 5.14 -2.20 -5.16
L5 20 47.86 11.89 5.02 -2.27
L6 27 -51.14 19.87 3.63 -12.05
GB 35 ∞ 1.73 0.60 -0.60
単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 225.12
2 3 -134.81
3 4 93.02
4 6 -49.45
5 8 -38.51
6 9 56.02
7 11 75.60
8 13 44.76
9 14 -59.73
10 17 -31.26
11 18 41.05
12 20 177.91
13 22 43.97
14 23 -48.05
15 25 73.29
16 27 -56.69
17 29 52.52
18 31 -29.49
19 33 85.52
20 35 0.00
21 37 0.00
(数値例2)
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 219.691 1.98 1.84666 23.9 41.35
2 77.011 0.80 38.49
3 110.857 2.79 1.77250 49.6 38.45
4 -1566.128 0.29 37.69
5 57.811 3.26 1.77250 49.6 33.00
6 516.857 (可変) 31.76
7* 1449.562 1.45 1.85400 40.4 29.52
8* 17.597 6.32 23.53
9 -62.504 1.16 1.69100 54.8 23.28
10 79.992 0.17 23.14
11 27.282 2.67 1.94595 18.0 23.38
12 61.859 (可変) 22.95
13* 15.625 3.02 1.85135 40.1 13.31
14* 127.225 0.37 12.51
15 13.245 3.60 1.77250 49.6 11.81
16 2319.692 0.70 1.80518 25.4 10.32
17 8.119 1.97 8.97
18 -1265.485 1.74 1.48749 70.2 8.86
19 -42.123 0.98 8.75
20(絞り) ∞ (可変) 8.53
21 ∞ (可変) 8.72
22* 600.625 5.12 1.58313 59.4 27.51
23* -35.796 (可変) 28.21
24 ∞ 1.21 1.51633 64.1 58.13
25 ∞ 1.51 58.13
26 ∞ 0.60 1.51633 64.1 58.13
27 ∞ (可変) 58.13
像面∞
非球面データ
第7面
K = 7.95128e+003 A 4=-8.46681e-006 A 6= 1.45376e-008
第8面
K = 3.72976e-001 A 4=-1.13801e-005 A 6=-4.49670e-009 A 8=-4.98598e-010 A10= 1.72434e-012
第13面
K =-2.06246e-001 A 4=-1.23394e-005 A 6= 1.79103e-007 A 8=-4.52541e-009 A10= 2.60955e-011
第14面
K =-5.86105e+001 A 4= 8.28096e-006 A 6= 1.05159e-007 A 8=-2.30730e-009
第22面
K = 1.81624e+003 A 4=-1.28722e-005 A 6= 2.00678e-007 A 8=-8.68491e-010
第23面
K = 1.08981e+000 A 4=-2.12065e-005 A 6= 2.34886e-007 A 8=-9.22692e-010 A10= 3.32500e-013
各種データ
ズーム比 3.81
広角中間望遠
焦点距離 18.03 47.42 68.66
Fナンバー 2.88 4.57 5.94
半画角 33.69 15.83 11.25
像高 12.02 13.45 13.66
レンズ全長 87.58 100.81 110.99
BF 2.34 2.34 2.34
d 6 1.10 14.03 20.22
d12 23.85 6.03 0.99
d20 0.77 2.42 16.50
d21 11.46 29.23 23.11
d23 6.32 5.03 6.09
d27 2.34 2.34 2.34
入射瞳位置 28.04 50.51 65.42
射出瞳位置 -29.96 -94.15 -169.72
前側主点位置 36.01 74.62 106.68
後側主点位置 -15.69 -45.08 -66.32
レンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
L1 1 81.28 9.10 3.63 -1.92
L2 7 -20.76 11.78 0.97 -8.20
L3 13 23.78 12.40 -5.10 -12.01
FC 21 ∞ 0.00 0.00 -0.00
L4 22 58.11 5.12 3.06 -0.18
GB 24 ∞ 3.32 1.35 -1.35
単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 -140.95
2 3 134.11
3 5 84.00
4 7 -20.87
5 9 -50.61
6 11 49.73
7 13 20.67
8 15 17.23
9 16 -10.12
10 18 89.34
11 22 58.11
12 24 0.00
13 26 0.00
(数値例3)
単位 mm
面データ
面番号 r d nd νd 有効径
1 112.067 1.80 1.80610 33.3 39.40
2 52.885 5.03 1.49700 81.5 35.90
3 -218.600 0.18 35.80
4 45.553 3.22 1.59282 68.6 34.70
5 131.490 (可変) 34.20
6 120.679 0.95 1.88300 40.8 19.70
7 8.615 4.92 14.10
8 -34.305 0.70 1.77250 49.6 13.90
9 28.642 0.20 13.80
10 16.947 2.30 1.92286 18.9 14.10
11 89.165 (可変) 13.80
12(絞り) ∞ (可変) 6.68
13* 9.778 4.30 1.55332 71.7 9.50
14* -74.715 1.67 9.50
15 38.527 0.50 1.64769 33.8 9.00
16 10.092 0.37 9.00
17 13.822 0.50 1.80400 46.6 9.00
18 8.013 2.11 1.48749 70.2 9.00
19 -31.006 (可変) 8.31
20 -564.447 0.70 1.48749 70.2 8.60
21 26.449 (可変) 8.70
22 20.740 2.25 1.78590 44.2 11.80
23 -55.591 1.26 1.94595 18.0 11.70
24 -1698.441 (可変) 11.60
25 ∞ 0.30 1.51633 64.1 20.00
26 ∞ 0.47 20.00
27 ∞ 0.50 1.51633 64.1 20.00
28 ∞ (可変) 20.00
像面∞
非球面データ
第13面
K =-5.29634e-001 A 4=-2.26010e-005 A 6= 1.07748e-007 A 8=-2.96223e-008 A10= 7.23156e-010
第14面
K =-2.41360e+002 A 4=-2.87477e-005 A 6= 3.05881e-007
各種データ
ズーム比 33.54
広角中間望遠
焦点距離 4.42 12.77 148.25
Fナンバー 2.70 4.26 5.03
半画角 37.01 16.88 1.50
像高 3.33 3.88 3.88
レンズ全長 94.78 94.62 138.53
BF 0.53 0.53 0.53
d 5 0.92 17.42 62.79
d11 31.72 17.57 1.27
d12 12.69 0.50 3.21
d19 2.68 3.23 2.48
d21 3.22 5.67 24.20
d24 8.78 15.48 9.83
d28 0.53 0.53 0.53
入射瞳位置 18.62 47.44 564.42
射出瞳位置 -5771.10 -49.53 129.32
前側主点位置 23.04 56.95 883.31
後側主点位置 -3.89 -12.24 -147.72
レンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
L1 1 82.06 10.23 2.82 -3.76
L2 6 -9.87 9.07 0.74 -6.39
SP 12 ∞ 0.00 0.00 -0.00
L3 13 18.85 9.45 -0.20 -7.09
L4 20 -51.81 0.70 0.45 -0.02
L5 22 28.04 3.51 -0.07 -1.98
GB 25 ∞ 1.27 0.50 -0.50
単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 -125.94
2 2 86.21
3 4 115.95
4 6 -10.55
5 8 -20.11
6 10 22.33
7 13 15.92
8 15 -21.26
9 17 -24.66
10 18 13.30
11 20 -51.81
12 22 19.47
13 23 -60.78
14 25 0.00
15 27 0.00
L2 第2レンズ群
IP 像面(撮像素子)
Claims (2)
- 焦点調節が可能な光学系と、
該光学系により形成された物体像を撮像する撮像素子と、
該撮像素子からの出力を用いて画像を生成し、該画像に対して、前記光学系の収差に応じたフィルタ値を有する画像回復フィルタを用いて画像回復処理を行う画像処理部と、を有する撮像装置であって、
前記光学系は全ての物体距離に対して像面湾曲が補正されており、
前記光学系の最大像高の8割の像高を8割像高とし、該光学系を通過するメリジオナル光線のうち有効光束径の7割の位置を通る上線および下線をそれぞれ、7割上線および7割下線とし、
中間物体距離に対する合焦状態において、前記8割像高に到達する前記7割上線のうちd線の横収差量をΔyum、
前記中間物体距離に対する合焦状態において、前記8割像高に到達する前記7割下線のうちd線の横収差量をΔylm、
無限遠物体距離に対する合焦状態において、前記8割像高に到達する前記7割上線のうちd線の横収差量をΔyui、
前記無限遠物体距離に対する合焦状態において、前記8割像高に到達する前記7割下線のうちd線の横収差量をΔyli、
前記撮像素子の画素ピッチをP、
前記中間物体距離を、
(前記光学系全体の焦点距離/前記撮像素子の対角長)×520
としたとき、
1<|Δyum+Δylm|/|Δyui+Δyli|<12
2<|(Δyum+Δylm)|/2p<6
なる条件を満足することを特徴とする撮像装置。 - 前記光学系は、変倍光学系であって、物体側から順に、正の屈折力を有する第1レンズ群と、負の屈折力を有する第2レンズ群とを含み、変倍に際して隣り合うレンズ群の間隔が変化することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
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