JP7267723B2 - レンズ装置、撮像装置、処理装置、およびカメラ装置 - Google Patents

レンズ装置、撮像装置、処理装置、およびカメラ装置 Download PDF

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Description

本発明は、レンズ装置、撮像装置、処理装置、およびカメラ装置に関する。
放送用カメラ(テレビカメラ)・映画用カメラ・写真用カメラ・ビデオカメラ等は、像面の中心部の光量に対して周辺部の光量が低くなるものが多い。中心部の光量に対する周辺部の光量の比率(周辺光量比)は、ズーミングやフォーカシング、絞りの操作等の、光学系に対する操作に伴って変化する。
当該比率の変化は、中心部の光量の変化、周辺部の光量の変化、またはそれら双方によって生じる。主な原因は、前述のような光学系に対する操作に伴って、軸上光束や軸外光束の一部がレンズ、開口絞り、他の光学部材、または機構部材等を通過できないことである。これは、光学系の操作に伴って変化する軸上光束・軸外光束の経路の全てを包含するようにレンズ等の部材の有効径を大きくすることにより改善されるものの、それは、レンズ装置の小型軽量化には逆行する。また、球面収差・像面湾曲等の収差も大きくなって、その補正も困難となる。このため、光量の低下を光学的に補正するのではなく、画像処理により補正する方法が知られている。ここで、レンズ装置により形成された像における光量分布に関して、カメラ装置での撮像により得られた画像データを補正することを光量(分布)補正または光量(分布)補償ともいうものとする。
特許文献1は、倍率色収差および周辺光量低下の補正に関する情報(補正データ)を有し、カメラ装置からの指令に基づいて、カメラ装置に当該情報を送信するレンズ装置を開示している。特許文献2は、周辺減光特性の補正の処理を高速化するために、像高に関する2次、3次または4次式を補正式として用いる方法を開示している。
特開2008-96907号公報 特開平11-164194号公報
各像高の補正量を比較的低次のn次多項式で表す場合、データ量を少なくできる利点があるものの、像高による変化が急峻な補正量を近似する場合の誤差の点では不利となりうる。例えば、4次多項式で補正量を近似する場合、像高の変化につれて補正量がうねると、補正後の画像データが円環状のムラを呈して違和感を与えうる。本発明は、例えば、撮像により得られた画像データの光量補正に有利なレンズ装置を提供することを目的とする。
本発明の一つの側面は、広角端での開放FナンバーをFw、望遠端での開放FナンバーをFt、広角端での焦点距離をfw、望遠端での焦点距離をft、fd=Fw/Ft×ftで表される焦点距離fdでの開放FナンバーをFdとして、
1.10<Ft/Fd<4.00
-0.01<(Fd-Fw)/Log(fd/fw)<1.20
を満足するレンズ装置であって、
前記レンズ装置により形成された像における光量の分布に関して、前記像から得られた画像データの補正得るための補正データを記憶する記憶部を有し、
前記補正データは、前記レンズ装置の状態に対応する、像高hに関するn次多項式(nは、非負の整数)の係数を含み、
前記補正データは、像高hでの像高hの増加量dhあたりの前記光量の変化量をdDlens(h)、像高hでの増加量dhあたりの前記n次多項式で表される前記補正量の逆数の変化量をdD´(h)として、
-0.15≦dD´(h)-dDlens(h)≦1.98
満足し
像高ゼロから第1像高hnまでの各像高での、前記像の周辺光量比と、前記n次多項式で表される前記補正量との積の平均をAve_0n、前記第1像高hnから最大像高Yまでの各像高での、前記像の周辺光量比と、前記n次多項式で表される前記補正量との積の平均をAve_nYとして、
Ave_nY/Ave_0n≦0.95
を満足し、
前記第1像高hnは、
0.70×Y≦hn<1.00×Y
を満足することを特徴とするレンズ装置である。
本発明によれば、例えば、撮像により得られた画像データの光量補正に有利なレンズ装置を提供することができる。
実施形態1に係る撮像装置の構成例を示す図 焦点距離(対数)とFナンバーとの間の関係を例示する図 実施形態1に係る処理の流れを例示する図 レンズ装置の光学系を例示する図 補正前後の光量分布を例示する図 実施形態2に係る撮像装置の構成例を示す図 実施形態2に係る処理の流れを例示する図 実施形態3に係る撮像装置の構成例を示す図 実施形態3に係る処理の流れを例示する図 実施形態4に係る製造方法の流れを例示する図 実施形態5に係る製造方法の流れを例示する図 解決すべき課題を説明するための図 像高0での光量に対する各像高での光量の比を示す図
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、実施形態を説明するための全図を通して、原則として(断りのない限り)、同一の部材等には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
〔実施形態1〕
図1は、実施形態1に係る撮像装置の構成例を示す図である。撮像装置は、レンズ装置100がカメラ装置200に着脱可能に装着されて構成されている。101は、合焦(フォーカシング)のために移動するフォーカスレンズ群である。フォーカスレンズ群は、そのサブユニットが合焦のために移動する、いわゆるインナーフォーカスまたはフローティングフォーカスの機能を有していてもよい。102は、ズーミングのために移動するズームレンズ群である。ズームレンズ群は、ズームのために移動するサブレンズ群を3つ以上有していてもよい。103は、ユーザーによる操作またはズーミングに伴って開口径が可変であり、光量絞りの機能を有する開口絞りである。なお、開口絞りは、無段階に操作可能としうる。110は、フォーカスレンズ群101の状態(例えば位置)を検出するための検出部(フォーカス状態検出部ともいう)である。フォーカスレンズ群101が複数のサブレンズ群から構成されている場合には、いずれか1つのサブレンズ群の状態のみを検出してもよいし、各サブレンズ群の状態を検出してもよい。111は、ズームレンズ群102の状態(例えば位置)を検出するための検出部(ズーム状態検出部ともいう)である。一般に、ズームレンズ群102は、2つ以上のサブレンズ群から構成されているが、いずれか1つのサブレンズ群の状態のみ検出してもよいし、各サブレンズ群の状態を検出してもよい。112は、開口絞り103の状態(例えば開口径または実効Fナンバー)を検出するための検出部(絞り状態検出部ともいう)である。ズームレンズ群による焦点距離範囲をシフトするために光路上に挿脱されるエクステンダーレンズ群と、エクステンダーレンズ群の挿脱の状態を検出する検出部(挿脱状態検出部ともいう)とが追加されてもよい。また、像振れ補正(像の安定化)のための防振レンズ群と、防振レンズ群の状態(例えば位置)を検出する検出部(防振状態検出部ともいう)が追加されていてもよい。光軸からの防振レンズ群の変位量と、像面上での光軸のズレ量との関係とに基づいて、周辺光量比の非対称性を考慮した光量補正を行ってもよい。いずれにしても、各検出部により検出された各状態からレンズ装置100の状態が特定される。
120は、レンズ装置における各種処理を行う処理部である。130は、カメラ装置200に対して光量補正のための補正データを送信する通信部である。140は、補正データを記憶している記憶部であり、例えば、不揮発性メモリで構成されうる。記憶部140には、フォーカス状態、ズーム状態、絞り状態等により特定されるレンズ装置の状態ごとに、像高に関するn次の式(nは、非負の整数)の各次数の項の係数として、補正データが記憶されている。詳細は後述する。なお、処理部120、通信部130、および記憶部140は、単数または複数のロジック・デバイス、またはロジック・デバイスおよびメモリ・デバイスから構成されうる。
カメラ装置200において、210は、カメラ装置における各種処理を行う処理部である。220は、レンズ装置とは通信するための通信部である。230は、レンズ装置100から送信された補正データを記憶する記憶部である。240は、レンズ装置の像面に配された、レンズ装置により形成された像(光信号)を電気信号に変換する撮像素子であり、CCDやCMOSデバイス等で構成されうる。
本実施形態においては、例えば、基準状態における光軸位置(像高ゼロの位置)の光量を基準量(1)とする補正量(≧1)を、レンズ装置の状態ごとに、像高に関するn次の式(近似式)で表している。すなわち、補正量をDとし、像高をhとし、ズーム状態、フォーカス状態、絞り状態、およびエクステンダーレンズ群の挿抜状態をそれぞれZ、O、P、およびiとする像高hに関するj次の項の係数をAj(Z,O,P,i)として、例えば、
Figure 0007267723000001
なる像高hに関する多項式で補正量Dを表している。ここで、基準状態とは、例えば、特定のズーム状態、特定のフォーカス状態、特定の絞り状態、および特定の挿抜状態により特定されるレンズ装置の状態である。具体的には、例えば、広角端、無限遠合焦、絞り開放、およびエクステンダーレンズ群の抜去状態のような状態である。なお、基準状態は、各絞り状態やエクステンダーレンズ群の挿抜各状態に関して、設定されていてもよい。補正量を像高に関するn次式で表し、かつ、その係数を補正データとすることにより、補正データの量を削減することができる。
補正量Dは、像高hに関する3次式で表した場合、3次、2次、1次および0次の項の係数をそれぞれA、A、A、およびAとして、
D=A+A+Ah+A
と表される。記憶部140は、3次ないし0次の係数A、係数A、係数A、および係数Aを補正データとして記憶している。なお、係数A、係数A、係数A、および係数Aは、上述のように、レンズ装置の状態ごとに記憶されている。ここで、当該状態は、例えば、ズーム、フォーカス、および絞りそれぞれの有限の数の状態、ならびにエクステンダーレンズ群の有限の数の状態によって特定されうる。現在のレンズ装置の状態が、記憶部140に記憶されている有限の数の状態とは異なる状態である場合は、補間処理により補正データ(補正量)を生成する。当該補間処理は、例えば、線形補間による処理としうる。なお、当該補間処理は、記憶部140に記憶されているレンズ装置の状態のうち現在のレンズ装置の状態に最も近い状態の補正データを生成する最近傍補間による処理としうる。このように、線形補間とは別の補間方法で補間処理を行ってもよい。
補正量Dは、像高に関する4次式で表すのがより好ましい。そうする場合、補正量Dは、
D=A+A+A+Ah+A・・・(1)
と表される。記憶部140は、4次ないし0次の係数A、係数A、係数A、係数A、および係数Aを補正データとして記憶している。なお、係数A、係数A、係数A、係数A、および係数Aは、上述のように、レンズ装置の状態ごとに記憶されている。ここで、当該状態は、例えば、ズーム、フォーカス、および絞りそれぞれの有限の数の状態、ならびにエクステンダーレンズ群の有限の数の状態によって特定されうる。なお、4次多項式は、3次多項式よりも、画像周辺部での像高変化による急峻な光量変化を含む光量分布に対して、近似の点では有利となる。一方、次数が5以上の多項式は、4次多項式よりも、補正量を得るのに要する時間の点では不利となり、動画像データのリアルタイム処理の点では不利となりうる。
ここで、本実施形態にかかる補正データについて説明する。
解決すべき課題としての補正量のうねりは、像高の変化につれて周辺光量比(中心に対する光量比)に過度の増減があったり、当該過度の増減が繰り返されたりするような光量分布として、補正後の画像データに現れうる。よって、当該補正量のうねりを低減するように、補正データを生成すればよい。
図12は、解決すべき課題を説明するための図である。図12の(A)は、像高により急峻な光量(周辺光量比)の変化を示す光量分布(補正前)と光量分布(補正後)とを示している。図12の(B)は、補正前の光量(周辺光量比)の傾きdDlens(h)を示している。dDlens(h)は、像高hでの光量のdhあたりの変化量である。ここで、dhは、予め定められた像高hの増加量である。また、図12の(B)は、うねりのある補正量を示すn次式の逆数の傾きdD´(h)も示している。dD´(h)は、像高hでのn次式の逆数の値のdhあたりの変化量である。同図の(A)において、補正後の光量分布が増加するのは、同図の(B)において、dD´(h)がdDlens(h)を上回る(dD´(h)<0、かつdD´(h)<dDlens(h))像高においてである。これは、補正前の周辺光量比とn次式の値との積が補正後の周辺光量比となるためである。図12の(C)は、dD´(h)とdDlens(h)との差を示している。ここで、レンズ装置の周辺光量比の傾きdDlens(h)は、レンズ装置の周辺光量比dDlens(h)を用いると、Dlens(h+dh)-Dlens(h)で表される。また、n次式の逆数の傾きdD´(h)は、n次式D(h)を用いると、1/D(h+dh)-1/D(h)で表される。
ここで、n次の式の係数は、条件式(第1条件式ともいう)
-0.15≦dD´(h)-dDlens(h)≦1.98・・・(2)
を満足するn次の式の係数である。
条件式(2)を満足することで、像高の増加にともなって補正後の周辺光量比が過度に増加しないようにすることができ、それゆえ、補正後の周辺光量比のうねりを低減できる。
条件式(2)の下限を超えると、像高の増加にともなって補正後の周辺光量比が過度に増加して画像の観察者に違和感を与える。また、条件式(2)の上限を超えると、補正後の周辺光量比が補正不足となる。
一般に、レンズ装置における周辺光量の低下は、口径食(ビネッティング)やコサイン4乗則、ディストーションなどに起因して生じる。特に、周辺光量比が中間像高から急峻に低下するのは、口径食によるところが大きい。特に、レンズ装置が広角状態の場合には、第1レンズ群や第2レンズ群における光学部材や機構部材により大像高(高像高)の軸外光線が遮られる場合が多く、最大像高(最高像高)付近で周辺光量比の急峻な低下が生じる。また、高倍率のレンズ装置では、小型化のため、広角端から特定の中間ズーム状態まではFナンバーの変化が少なく、当該特定のズーム状態から望遠端にかけてFナンバーが大きくなる(所謂F落ち(Fドロップ)といわれる現象が起こる)。このようなレンズ装置の場合、F落ちが始まるズーム状態(焦点距離)近傍から望遠端側のズーム状態において、第1レンズ群の外径の制約等により、中間像高より高像高側に向かう軸外光線が遮られる。これにより、高像高側で周辺光量比の急峻な低下が生じる。
図13に、その一例を示す。図13は、絞り状態がF2.0、F2.8、およびF4.0の各状態における、中心(像高0)での光量に対する各像高での光量の比を示している。絞りを絞ることにより、周辺部(高像高)で光量の落ちの程度は減少する。周辺部での光量は、絞りだけでなく、ズーミングおよびフォーカシングの操作によっても変化する。
本実施形態に係るレンズ装置は、広角端での開放FナンバーをFwとし、望遠端での開放FナンバーをFtとし、広角端での焦点距離をfwとし、望遠端での焦点距離をftとする。また、fd=Fw/Ft×ftで表される焦点距離fdでの開放FナンバーをFdとする。当該レンズ装置は、以上のように定義して、条件式
1.10<Ft/Fd<4.00・・・(3)
-0.01<(Fd-Fw)/Log(fd/fw)<1.20・・・(4)
を満足することとする。条件式(3)は、焦点距離fdでの開放Fナンバーと望遠端での開放Fナンバーとの比の範囲を規定している。条件式(3)の下限を超えるような構成のレンズ装置は、周辺の光量に対して中心の光量の変動が過度に小さい。そのため、周辺光量比の変動が過度に小さくなり、本実施形態に係る補正の効果が過度に小さい。条件式(3)の上限を超えるような構成のレンズ装置は、望遠端での光量を広角端での光量程度まで補正すると、ノイズの強調が過度となる。
条件式(4)は、広角端での焦点距離fwから焦点距離fdまでのFナンバーの変化の割合の範囲を規定している。条件式(4)の下限を超えるような構成のレンズ装置は、レンズ等の光学部材の有効径を過度に大きくすることで実現できるが、レンズ装置の小型軽量の点で不利となる。また、球面収差・像面湾曲等の収差の点でも不利となる。条件式(4)の上限を超えるような構成のレンズ装置は、ズーミングによりFナンバーが過度に変化するため、補正データの数を過度に多く設定しないと、補正データの補間誤差が過度に大きくなり、光量の過補正または補正不足が過度となる。
条件式(3)および(4)を満足するようなレンズ装置は、広角端から焦点距離fdに係るズーム状態まではFナンバーの変化が小さく、焦点距離fdに係るズーム状態から望遠端まではFナンバーが顕著に大きくなる。これは、所謂F落ち(Fドロップ)といわれる現象である。放送用のレンズ装置を含む、そのような構成のレンズ装置は、特に、F落ちする焦点距離近傍から望遠側の焦点距離範囲において、像高による周辺光量比の急峻な変動が顕著である。この点を踏まえて、補正データは、適切に生成する必要がある。図2は、条件式(3)および(4)を満足するようなレンズ装置における、ズーミングによるFナンバーの変化を示している。図2は、焦点距離(対数)とFナンバーとの間の関係を例示する図である。
なお、光量補正は、中心像高での光量と周辺像高での光量との差を低減するだけのものには限られない。例えば、光量補正は、ズーム状態(焦点距離)によって変化する中心像高での光量を補正しつつ、補正後の中心像高での光量と周辺像高での光量との差を低減するものも含む。
本実施形態は、条件式(2)を満足する像高hは、最大像高をYとして、
0.10×Y≦h≦0.80×Y・・・(5)
を満足するのが好ましい。条件式(5)は、補正量のうねりを低減する像高の範囲を規定している。当該範囲内における補正量のうねりは目立ちやすい。条件式(5)の下限または上限を超えると、目立ちにくい像高範囲までも補正量のうねりを制限するあまり、目立ちやすい像高範囲の補正量のうねりは、かえって増加する。
本実施形態は、像高ゼロ(画面中心)と像高hn(画面周辺)との2点に関する周辺光量比の傾きをdDlens_0nとし、像高hnと最大像高Yとの2点に関する周辺光量比の傾きをdDlens_nYとして、
0.10≦|dDlens_0n-dDlens_nY|・・・(6)
を満足するhnを有するレンズ装置の状態(例えば、ズームレンズ群、フォーカスレンズ群、開口絞り、およびエクステンダーレンズ群の状態)において条件式(2)を満足するのが好ましい。条件式(6)は、条件式(2)を満足すべき、像高による周辺光量比の変動が急峻であるレンズ装置の状態に係る範囲を規定している。条件式(6)の下限を超えるようなレンズ装置の状態まで補正量のうねりを低減しようとすると、本来効果が低いレンズ装置の状態にまで条件式(2)に係る制約を無駄に課することになる。
本実施形態は、条件式(6)を満足する像高hnは、最大像高をYとして、
0.10×Y≦hn≦0.80×Y・・・(7)
を満足するのが好ましい。
条件式(7)は、周辺光量比が急峻な変化をする像高の範囲を規定している。条件式(7)の下限あるいは上限を超えると、本来効果が低い像高範囲までも補正量のうねりを低減しようとすることになるため、うねりの目立ちやすい像高範囲のうねりが増加する。
本実施形態は、補正データは、像高ゼロから像高hnまでの像高hごとの周辺光量比と補正量Dとの積の平均値をAve_0nとし、像高hnから最大像高Yまでの像高hごとの周辺光量比と補正量Dとの積の平均値をAve_nYとして、条件式
Ave_nY/Ave_0n≦0.95・・・(8)
を満足するのが好ましい。条件式(8)は、像高ゼロから像高hnまでの補正後の周辺光量比の平均と、像高hnから最大像高Yまでの補正後の周辺光量比の平均との比を規定している。前者に対して後者を補正し過ぎないことを規定している。条件式(8)の上限を外れると、像高により周辺光量比が急峻な変動をするようなレンズ装置において、補正後の周辺光量比は、中間像高においてうねりを生じてしまう。
本実施形態は、条件式(6)、または条件式(6)および(8)を満足する像高hnは、最大像高をYとして、条件式
0.70×Y≦hn<1.00×Y・・・(9)
を満足するのが好ましい。条件式(9)は、周辺光量比が急峻な変化をする像高の範囲を規定している。当該範囲は、画像における面積が比較的小さく、補正後の周辺光量比の低下が目立ちにくい。条件式(9)の下限を超えると、補正不足が目立つため好ましくない。
補正量のうねりを低減するためには、像高の変化につれて周辺光量比に過度の増減があったり、当該過度の増減が繰り返されたりするような補正量とならないように、補正データを生成すればよい。補正データをn次式で表す場合、一般に、n次式にはn-1以下の個数の極値を有する。ここで、複数の極値が存在する場合において、像高の値が隣り合う2つの極値について考える。すると、当該2つの極値に関して、2つの像高の差が特定の範囲(過度に小さくもなく過度に大きくもない範囲)内にあり、かつ2つの極値の差の大きさ(絶対値)が許容値を超える場合に、補正量が過度にうねることとなる。
例えば、補正量は、4次式で表される場合、極値の個数は3以下となり、
dD/dh(h)=4A+3A+2Ah+A=0
を満足するような像高hにおいて極値を有する。ここで、像高の隣り合う2つの極値をとる2つの像高をそれぞれh1およびh2として、dD/dh(h1)=0およびdD/dh(h2)=0となる。よって、係数AおよびAは、それぞれ、係数AおよびAならびに像高h1およびh2を用いて表すことができる。上記の許容値をCとすると、当該2つの極値の差(|D(h2)-D(h1)|)と許容値Cとの間の関係は、h1とh2との間の和および差、ならびに高次の係数AおよびAを用いて、次式で表せる。
|D(h2)-D(h1)|=|(0.5×(h1-h2))A+(0.5×(h1-h2)×2(h1+h2))A|≦C
すなわち、補正量は、最大像高Yの大きさに対して小さ過ぎず大き過ぎない特定範囲内の像高間隔で許容値Cを超える2つの極値が存在するような場合に、補正量のうねりとして、画像の観察者に違和感を与えうる。
本実施形態は、補正量Dを表す4次式(1)の4次の項の係数A4および3次の項の係数A3が条件式
-0.10<A 10×A <0.10・・・(10)
を満足するのが好ましい。条件式(10)の上限または下限を超えると、過補正または補正不足が生じ、画像に円環状の輝度ムラが発生する。
一般に、ヴィネッティングにより像高による急峻な周辺光量変化を呈する最大像高付近を除けば、像高ゼロ(画面中心)と像高hn(画面周辺)との間のレンズ装置の周辺光量比の傾きは、ほぼ一定とみなせる。そのため、目立たない最大像高付近での急峻な周辺光量変化を許容して、特定の像高hnまでを考慮して補正データを生成する場合は、n次式の高次の項の係数は、比較的小さな値となる。ここで、高次の項の係数の値を比較的小さくすると、最大像高および最大像高付近の像高での補正効果は低まるものの、中間像高での補正量のうねりを低減しうる。よって、本実施形態は、条件式
|A4|≦0.0020 ・・・(11)
|A3|≦0.0150 ・・・(12)
を満足するのが好ましい。条件式(11)及び(12)は、n次式の高次の項の係数を規定している。像高により周辺光量比が急峻な変動をするレンズ装置の状態においては、当該係数の値を当該範囲とすることで、補正量のうねりを低減する(許容範囲内にする)ことができる。条件式(11)及び(12)の上限を超えると、像高によって周辺光量比が急峻な変動をするレンズ装置の状態においては、補正量のうねりの低減と良好な補正との両立が困難となる。
本実施態様は、好ましくは、条件式(11)及び(12)を満足し、かつ条件式(6)を満足する像高hnは、最大像高をYとして、
0.70×Y≦hn<1.00×Y・・・(13)
を満足するのが好ましい。条件式(13)は、周辺光量比が急峻な変化をする像高を規定している。急峻な変化は、最大像高近辺の像高範囲に限定されているのが好ましい。低次のn次式で補正量を表す場合、中心(像高ゼロ)に比較的近い像高から周辺光量比が低下していると、周辺光量比の補正不足が顕著となる。条件式(13)の下限を超えると、補正不足が顕著となり、好ましくない。
本実施形態は、像高ゼロから像高hnまでの各像高hでの周辺光量比と補正量Dとの積の各像高hでの2次微分の値をddAveとし、4次式(1)の0次の項の係数をAとして、各像高hにおいて、条件式
|ddAve/A|≦0.50・・・(14)
を満足するのが好ましい。条件式(14)は、像高ゼロから像高hnまでにおける補正後の周辺光量比の傾きの変化の大きさを規定している。補正後の周辺光量比傾きの変化の大きさが穏やかであることを示している。条件式(14)の範囲を外れると、補正後の周辺光量比の傾きの変化が許容できないものとなり、好ましくない。
本実施形態は、n次式の項に掛け合わせる補正係数を設定可能なユーザー・インターフェース部(調整部)を有してもよい。これにより、画像のノイズが目立つ程度などに従って補正量を調整することができる。例えば、F落ちが大きなレンズ装置の場合、望遠状態における補正量を低減(補正後の全像高での光量を一律に低減)してノイズを軽減することができる。これは、当該状態において、定数項を含むn次多項式の全ての項に同じ補正係数(<1)を掛け合わせることで実現できる。また、例えば、周辺光量の低下が大きなレンズ装置の場合、画像の中心(像高ゼロ)の光量を維持したまま、画像の周辺のノイズを軽減することができる。これは、定数項以外のn次多項式の全ての項に同じ補正係数(<1)を掛け合わせることで実現できる。なお、光量補正効果の改善や映像表現上の効果等を目的として、1より大きい補正係数を採用してもよい。
本実施形態は、レンズ装置の通信部からカメラ装置の通信部へ補正データを送信するか否かを切り替え可能とするのが好ましい。これにより、必要に応じて選択的に補正を行うことができる。また、本実施形態は、通信部は、ズーム状態、フォーカス状態、および絞り状態のうちズーム状態および絞り状態に関する補正データをカメラ装置等の外部装置に送信するようにするのも好ましい。フォーカス状態の変化による周辺光量比の変動は、ズーム状態または絞り状態の変化によるそれに比して小さい。そのため、ズーム状態および絞り状態に関する補正データのみを外部装置に送ることで、補正に要するデータ容量を削減することができる。
本実施形態は、開口絞りと、開口絞りより像側のレンズ群とは、ズーミングのためには移動しないのが好ましい。開口絞りと、開口絞りより像側のレンズ群とがズーミングのために移動する場合、ズーミングによりFナンバーが変化するため、像の中心での光量および像の周辺での光量が過度に変動し、補正の過不足が生じやすい。また、本実施形態は、ズーミングやフォーカシングによって、開口絞りの径が変化しないのが好ましい。また、本実施形態は、最も物体側にある第1レンズ群は、ズーミングのためには移動しないレンズ群であり、また、フォーカシングのために移動するサブレンズ群を含むのがよい。これにより、ズームレンズ群、フォーカスレンズ群、および絞りの各状態の変化に関して、周辺光量比の変化が急峻ではなくなるため、補正データの量の少なさ又は補正精度の高さの点で有利なレンズ装置を提供しうる。また、フォーカスレンズ群がズーミングのためにも移動する場合、物体距離を変更するのに焦点距離も変化し、中心での光量および周辺での光量が過度に変動し、補正による過不足が生じやすい。
本実施形態は、レンズ装置の第1レンズ群の焦点距離をf1とし、レンズ装置の第2レンズ群の焦点距離をf2とし、レンズ装置の広角端での焦点距離をfwとして、次の条件式を満足することの好ましい。
2.0<f1/fw<35.0・・・(15)
-15.0<f1/f2<-1.2・・・(16)
条件式(15)及び(16)は、口径食による影響が大きい、広画角かつ高倍率のレンズ装置の満足する条件を示している。上記条件式の範囲を外れると、像高の変化による周辺光量比の変化が急峻とはいえないため、十分には効果を発揮できない。また、広画角かつ高倍率のレンズ装置とするのに、第1レンズ群の小型軽量やレンズ装置の小型軽量の点で不利となる。
本実施態様は、広角端での焦点距離をfwとし、焦点距離fwに関する前記係数AをA0(fw)とし、焦点距離ftに関する前記係数AをA0(ft)とし、焦点距離fdに関する前記係数AをA0(fd)として、開口絞りの開放状態において、条件式
1.21<A0(ft)/A0(fd)<16.0・・・(17)
-0.01<(A0(fd)-A0(fw))/Log(fd/fw)<0.50・・・(18)
を満足するのが好ましい。第1レンズ群がズーミングのために移動しないレンズ群であり、かつ第1レンズ群がフォーカシングのために移動するサブレンズ群を含むレンズ装置においては、望遠側のFナンバー光線は、第1レンズ群のレンズ径で規定されている。この場合、
0(fd)<A0(ft)・・・(19)
0(fw)=A0(fd)・・・(20)
なる条件を満足することで、光量の補正が可能となりうる。
図2は、条件式(3)および(4)の特徴に加え、条件式(15)および(16)の特徴を有するレンズ装置におけるFナンバーの変化を図示したものにも相当している。第1レンズ群は、ズーミングのためには移動せず、望遠側のFナンバー光線は、第1群のレンズ径で規定されるようなレンズ装置では、Fナンバーは、図2のように、広角端から所定の焦点距離に係るズーム状態まで一定となるようにしている。このため、当該レンズ装置は、条件式(19)および(20)を満足する。しかしながら、ユーザーが視認する画像(映像)は、撮像素子の特性を含むカメラ装置の特性や、カメラ装置から送信された信号に対する処理等の影響を受ける。また、通信や記憶の容量の制約により限られたデータに基づいて補正する場合、補間処理の誤差も生じるため、必ずしも条件式(19)および(20)を満足すればよいとは限らない。そのような場合は、条件式(17)および(18)を満足するのがよい。
本実施態様は、エクステンダーレンズ群と、エクステンダーレンズ群の挿抜状態の検出を行う検出部とを有し、当該挿抜状態に基づいて、補正データを切り替えるのが好ましい。エクステンダーレンズ群を有するレンズ装置においては、エクステンダーレンズ群の挿抜状態によってFナンバーが変化し、周辺光量比も変化する。従って、エクステンダーレンズ群の挿抜それぞれの状態で個別の補正データを有し、挿抜状態に基づいて補正データを切り替えることにより、より正確な補正が可能となる。
条件式(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、(8)、(9)、(10)、(11)、(12)、(13)、(14)、(17)、および(18)の数値範囲は、次のようにするのがより好ましい。
-0.10≦dD‘(h)-dDlens(h)≦1.50・・・(2a)
1.10<Ft/Fd<3.80 ・・・(3a)
-0.01<(Fd-Fw)/Log(fd/fw)<1.00 ・・・(4a)
0.20×Y≦h≦0.70×Y ・・・(5a)
0.11 ≦ |dDlens_0n - dDlens_nY|・・・(6a)
0.20×Y≦hn≦0.70×Y ・・・(7a)
Ave_nY/Ave_0n≦0.90・・・(8a)
0.80×Y≦hn<1.00×Y ・・・(9a)
-0.05≦A+10×A<0.05 ・・・(10a)
|A|≦0.0010 ・・・(11a)
|A|≦0.0100 ・・・(12a)
0.80×Y≦hn<1.00×Y ・・・(13a)
|ddAve/A|≦0.45 ・・・(14a)
1.21<A0(ft)/A0(fd)<14.0 ・・・(17a)
-0.01<(A0(fd)-A0(fw))/Log(fd/fw)<0.40 ・・(18a)
条件式(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、(8)、(9)、(10)、(11)、(12)、(13)、(14)、(17)、および(18)の数値範囲は、次のようにするのがさらに好ましい。
-0.05≦dD‘(h)-dDlens(h)≦1.00・・・(2b)
1.20<Ft/Fd<3.50 ・・・(3b)
-0.01<(Fd-Fw)/Log(fd/fw)<0.50 ・・・(4b)
0.30×Y≦h≦0.60×Y ・・・(5b)
0.12 ≦ |dDlens_0n - dDlens_nY|・・・(6b)
0.30×Y≦hn≦0.60×Y ・・・(7b)
Ave_nY/Ave_0n≦0.85・・・(8b)
0.90×Y≦hn<1.00×Y ・・・(9b)
-0.02≦A+10×A<0.02 ・・・(10b)
|A|≦0.0006 ・・・(11b)
|A|≦0.0050 ・・・(12b)
0.90×Y≦hn<1.00×Y ・・・(13b)
|ddAve/A|≦0.25 ・・・(14b)
1.44<A0(ft)/A0(fd)<12.25 ・・・(17b)
-0.01<(A0(fd)-A0(fw))/Log(fd/fw)<0.20 ・・(18b)
ここで、図3は、実施形態1に係る処理の流れを例示する図である。ステップS100では、処理が開始される。ステップS110では、先ず、カメラ装置200の処理部210が、カメラ装置200の通信部220およびレンズ装置100の通信部130を介して、レンズ装置100の処理部120へ補正データを要求する。ステップS120では、レンズ装置100の処理部120は、記憶部140から補正データを読み込む。そして、レンズ装置100の通信部130およびカメラ装置200の通信部220を介して、カメラ装置200の処理部210へ補正データを出力する。ステップS130では、カメラ装置200の処理部210は、受信した補正データを記憶部230へ書き込む。
以降の処理は、画像(映像)の1フレームごとの処置である。ステップS140では、レンズ装置100の処理部120は、フォーカス状態検出部110、ズーム状態検出部111、絞り状態検出部112から各状態(レンズ装置の状態)を取得する。そして、レンズ装置100の処理部120は、レンズ装置100の通信部130およびカメラ装置200の通信部220を介して、カメラ装置200の処理部210へレンズ装置の状態を出力する。
ステップS150では、カメラ装置200の処理部210は、撮像素子240から画像データ(映像データ)を取得する。ステップS160では、カメラ装置の処理部210は、ステップS140で受信したレンズ装置の状態に対応する補正データをカメラ装置200の記憶部230から読み込む。カメラ装置200の記憶部230に記憶されている補正データは、フォーカス、ズーム、および絞りそれぞれの状態について、離散的なデータである。従って、カメラ装置200の処理部210は、レンズ装置の状態が特定されると、読み込まれた補正データに基づいて、特定された状態に対応する補正データを補間処理により生成する。ステップS170では、カメラ装置200の処理部210は、生成された補正データに基づいて補正量を生成し、当該補正量に基づいて画像データの補正を行う。以降は、ステップS140へ処理が戻され、予め定められた終了条件が満足されるまで、処理が継続される。
ここで、本実施形態に係るレンズ装置の光学系の構成について説明する。図4は、レンズ装置の光学系を例示する図である。図4は、広角端かつ無限遠合焦状態での光学系の断面図である。同図において、U1は、ズーミングのためには移動しない正の屈折力の第1レンズ群である。無限遠から近距離側への合焦のためにU1の一部のレンズ群が物体側へ移動する。U2は、広角端(短焦点距離端)から望遠端(長焦点距離端)へのズーミングのために像側へ移動する負の屈折力の第2レンズ群である。U3は、第2レンズ群U2に連動して移動し、変倍に伴う像面変動を補正(補償)する正の屈折力の第3レンズ群である。SPは、開口絞りである。U4は、正の屈折力の第4レンズ群であり、物体側から順に第41レンズ群、第42レンズ群、および正の屈折力を有する第43レンズ群から構成されている。U4は、ズーミングのためには移動しないものの、種々の原因によるピントズレを補正(低減)するために、その全体または一部が移動するようにしてもよい。Pは、プリズム、光学フィルターおよびその他のうちの少なくとも1つを含む光学ブロックを示す。IPは、レンズ装置の像面であり、そこには、レンズ装置がカメラ装置に接続された場合に、撮像素子(光電変換素子)が配されることになる。
つづいて、各レンズ群の構成を説明する。第1レンズ群U1は、物体側から像側へ順に、負レンズ、正レンズ、正レンズ、正レンズ、および正レンズから構成されている。合焦のために、最も像側の3枚の正レンズが像側から物体側へ移動する。第2レンズ群U2は、物体側から像側へ順に、負レンズ、負レンズと正レンズとの接合レンズ、および負レンズから構成されている。第3レンズ群U3は、物体側から像側へ順に、正レンズ、正レンズ、負レンズと正レンズとの接合レンズ、および正レンズから構成されている。第41レンズ群U41は、物体側から像側へ順に、負レンズ、正レンズ、および負レンズから構成されている。第42レンズ群U42は、物体側から像側へ順に、負レンズと正レンズとの接合レンズ、および正レンズから構成されている。第43レンズ群U43は、物体側から像側へ順に、正レンズ、負レンズと正レンズとの接合レンズ、正レンズと負レンズとの接合レンズ、および正レンズから構成されている。
なお、レンズ装置100の光学系に係る数値実施例は、後述のとおりである。当該数値実施例において、iは、物体側からの面の順序を示す。riは、物体側より第i番目の面の曲率半径、diは、物体側より第i番目の面と第i+1番目の面との間の間隔を示す。ndiおよびνdiは、それぞれ第i番目の面と第i+1番目の面との間の光学部材(光学媒体)の屈折率およびアッベ数を示す。BFは、空気換算のバックフォーカスである。最後の3つの面は、フィルタ等のガラスブロックにおける面である。数値実施例において、面番号に付された*は、その面が非球面であることを示す。
非球面形状は、光軸の方向にX軸をとり、光軸とは垂直な方向にH軸をとり、光の進行方向を正として表す。また、Rを近軸曲率半径とし、kを円錐定数とし、A4、A6、A8、・・・、A16、A3、A5、A7、・・・、A15をそれぞれ非球面係数として、次式で表す。また、「e-Z」は「×10-Z」を意味する。
Figure 0007267723000002
表1に、補正データ(係数)の数値実施例を、表2ないし表7に、各条件式に係る値を示す。図5は、補正前後の光量分布(周辺光量比)を例示する図である。同図は、実施例のズームレンズにおいて第42レンズ群が光路に挿入されている状態での周辺光量比を示す。(A)絞り開放・無限遠合焦・広角端、(B)絞り開放・無限遠合焦・焦点距離348.30mm、(C)絞り開放・無限遠合焦・望遠端、(D)絞りF/2.088・無限遠合焦・焦点距離348.30mmのそれぞれの状態において、周辺光量比を示している。補正量を4次式で近似した場合の補正前の周辺光量比および補正後の周辺光量比を示す。いずれも、中心光量の補正と周辺光量比の補正とを行った場合の結果であり、中心での光量を100%としている。図5から、本実施形態に係る補正処理を行うことによって、補正前に対して補正後に周辺光量比が良好に補正されていることがわかる。
なお、(A)の広角端の状態や、(D)の開口絞りを絞った状態かつ焦点距離348.30mmの状態で、最大像高付近での光量の100%からの乖離が顕著になっているのは、周辺光量比の急峻な変化に対して、補正量がうねってしまうのを避けた結果である。例示したように、本実施形態に係る補正データでの補正により、少ないデータ量で良好な補正を行うことができる。数値実施例は、条件式(2)ないし(18)を満足する補正により、画面の中心から周辺まで光量(輝度)のうねりが少なく、高い光量均一性を達成している。
〔実施形態2〕
ここで、図6は、実施形態2に係る撮像装置の構成例を示す図である。実施形態1の撮像装置の構成例とは異なる点は、エクステンダーレンズ群104を有し、エクステンダーレンズ群104を選択的に光路上に挿抜可能である点である。また、エクステンダーレンズ群104の挿抜状態を検出する挿抜状態検出部113を有する点である。また、補正量を調節する調節部150と、補正データの送信のON/OFFを切り替えるための切替部160とを有している点である。調節部150と切替部160とは、いずれも、ユーザー・インターフェース部を構成している。補正量は、実施形態例1とは同様に、像高に関する3次式または4次式(式(1))で表される。調整部150は、F落ち(Fドロップ)に対する補正の強弱を調整するために、3次式または4次式(式(1))の全ての係数に掛け合わせる調整係数を設定することができる。また、調整部150は、周辺光量に対する補正の強弱を調整するために、3次式または4次式(式(1))の定数項以外の全ての項の係数に掛け合わせる調整係数を設定することができる。
また、レンズ装置の状態(フォーカス、ズーム、開口絞り、およびエクステンダーレンズ群の各状態)に対応する補正データをレンズ装置がカメラ装置に送信する点で、実施形態1とは異なっている。また、それゆえ、カメラ装置200は、補正データを補間処理により得るためのデータを記憶する記憶部を有していない点で、実施形態1とは異なっている。
ここで、図7は、実施形態2に係る処理の流れを例示する図である。ステップS200では、処理が開始される。ステップS210では、切替部160の状態を取得し、補正データの送信についてONの状態の場合は、ステップS220に処理が進められる。また、補正データの送信についてOFFの状態の場合は、ステップS215に処理が進められて処理が終了する。以降の処理は、画像(映像)の1フレームごとの処理である。
ステップS220では、レンズ装置100の処理部120は、フォーカス状態検出部110、ズーム状態検出部111、絞り状態検出部103、挿抜状態検出部113から各状態を取得する。ステップS230では、レンズ装置100の処理部120は、各状態(レンズ装置の状態)に対応する補正データを記憶部140から読み込む。そして、レンズ装置100の通信部130およびカメラ装置200の通信部220を介して、カメラ装置200の処理部210へ補正データを送信する。記憶部140に記憶されている補正データは、フォーカス、ズーム、および絞りそれぞれの状態に関して離散的な補正データである。従って、レンズ装置100の処理部120は、フォーカス、ズーム、および絞りそれぞれの状態が特定されると、特定された状態に対応する補正データを補間処理により生成する。
ステップS240では、レンズ装置の処理部120は、調整部150から調整係数を読み込み、レンズ装置100の通信部130およびカメラ装置200の通信部220を介して、カメラ装置200の処理部210へ調整係数を送信する。
ステップS250では、カメラ装置200の処理部210は、撮像素子240から画像データ(映像データ)を取得する。ステップS270では、カメラ装置200の処理部210は、調整係数と補正データとを掛け合わせた得られた補正係数に基づく補正量で画像データの補正を行う。以降は、ステップS220へ処理が戻され、予め定められた終了条件が満足されるまで、処理が継続される。
本実施形態では、レンズ装置100の切替部160によって補正データの送信のON/OFFを切り替えている。しかし、これには限定されない。すなわち、カメラ200の処理部210による補正処理の実行と非実行とを切り替える切替部をカメラ装置に備えるようにして、同様の効果を得るようにしてもよい。
〔実施形態3〕
図8は、実施形態3に係る撮像装置の構成例を示す図である。実施形態1の構成例とは異なる点は、光路上に選択的に挿抜可能で、ズームレンズ群によるレンズ装置の焦点距離範囲を段階的にシフトする1つ以上のエクステンダーレンズ群104を有している点である。また、エクステンダーレンズ群の挿抜状態を検出する挿抜状態検出部113を有する点である。また、レンズ装置100は、記憶部140を有さず、カメラ装置200が記憶部235と、補正処理のON/OFFを切り替える切替部250とを有する点が異なる。切替部250は、補正処理のON/OFFを切り替えるのでなく、レンズ装置との通信のON/OFFを切り替えるのであってもよい。また、実施形態1の構成例とは、カメラ装置が補正データを記憶している点が異なり、実施形態3では、レンズ装置100とカメラ装置200との間で補正データの通信は行わない。これにより、通信負荷が軽減され、また、高速な処理が可能となる。
ここで、図9は、実施形態3に係る処理の流れを例示する図である。ステップS300では、処理が開始される。つづくステップS310では、カメラ装置200の処理部210は、切替部250の状態の確認を行い、補正処理についてONの状態の場合は、ステップS320に処理が進められる。また、補正処理についてOFFの状態の場合は、ステップS315に処理が進められて処理が終了する。
ステップS320では、カメラ装置200の処理部210は、各検出部110、111、112、113からの各状態をレンズ装置100の通信部130およびカメラ装置200の通信部220を介して受信する。ステップS330では、カメラ装置200の処理部210は、受信した各状態(レンズ装置の状態)に対応する補正データを記憶部235から読み込む。記憶部235に記憶されている補正データは、フォーカス、ズーム、および絞りそれぞれの状態に関する離散的なデータである。従って、カメラ装置200の処理部210は、フォーカス、ズーム、絞り、挿抜の各状態が特定されると、読み込まれた補正データに基づいて、特定されたレンズ装置の状態に対応する補正データを補間処理により生成する。ステップS340では、カメラ装置200の処理部210は、撮像素子240から画像データ(映像データ)を取得する。ステップS350では、カメラの処理部210は、画像データに対して補正処理を行う。以降は、ステップS320へ処理が戻され、予め定められた終了条件が満足されるまで、処理が継続される。
以上に説明したように、補正データを近似する像高に関してn次の式の各次数の係数に基づく補正をすることにより、少ないデータ量で各像高での光量を補正することができる。なお、0次の項(定数項)の係数のみを補正処理に供するようにしてもよい。例えば、望遠側でのFドロップによる光量の低下の補正を行うのに、像高には依存せず、レンズ装置の状態に依存する0次の補正データのみを補正に使用してもよい。その場合、0次の項の係数のみを補正データとしてレンズ装置からカメラ装置に送信する、または、カメラ装置に予め記憶させるようにしてもよい。
また、画像データの補正は、画像処理機能を有するカメラ装置内で実施する構成としたが、それには限定されない。例えば、カメラ装置からの画像データと、レンズ装置からの補正データとに基づいて、カメラ装置およびレンズ装置とは異なる外部装置(画像処理装置)が補正処理を実行するようにしてもよい。
〔実施形態4〕
ここで、補正データの生成方法および各種装置の製造方法について説明する。特定像高より大きい像高範囲で周辺光量比が像高によって急峻に変化するような場合に対しては、補正後の周辺光量比の像高による変動を低減するために、当該急峻な変化がない場合に対するのとは異なる方法で補正データを生成する必要がある。以下、当該生成方法を説明する。図10は、実施形態4に係る製造方法の流れを例示する図である。この流れは、補正データの生成(各種装置の製造)にあたって周辺像高の寄与を低減または削減することにより、補正後の周辺光量比の像高変化に伴ううねりを低減する(許容範囲内にする)ものである。
同図において、ステップSS100では、処理が開始される。ステップSS110では、レンズ装置の状態(例えば、ズーム・フォーカス・絞り・エクステンダーレンズ群の各状態)における周辺光量比を取得する。周辺光量比は、レンズ装置の設計データや計測に基づいて取得しうる。ステップSS120では、補正データを生成するのに用いる像高範囲および各像高の寄与率のうち少なくとも一方(生成条件)を設定する。例えば、像高範囲として全像高範囲を設定し、各像高の寄与率を1に設定する。ここでは、全像高範囲でなく、最大像高等の一部の像高を対象外としてもよい。また、各像高の寄与率が1でなく、最大像高等の一部の像高の寄与率を1未満としてもよい。ステップSS130では、補正量を近似するn次式の係数(補正データ)を生成する。当該係数の生成は、例えば、補正量や補正後の周辺光量比等を目標にして、最小二乗法等の最適化手法により行う。または、補正前の周辺光量比を目標にして、最小二乗法等の最適化手法により多項式を生成し、当該多項式に基づいて行ってもよい。ここで、生成を容易にする等の目的で、各像高の寄与率や各像高の補正量(目標値)は、微小な範囲で適宜変更してもよい。n次式の次数は、4次以下とするのが好ましい。また、補正後の周辺光量比は、全像高範囲にわたっての均一性が高いのが好ましい。
つづくステップSS140では、うねりの判定を行う。前ステップで生成された補正データに基づく補正後の周辺光量比の像高変化によるうねりが許容範囲内である場合は、ステップSS150に処理が進められて処理が終了する。当該うねりが許容範囲内でない場合は、ステップSS145に処理が進められる。ここで、当該うねりが許容範囲内でないことは、例えば、像高の増加に伴って補正後の周辺光量比が許容範囲を超えて増加および減少、または減少および増加することとしうる。また、補正後の周辺光量比において、連続する2つの極値の差が許容範囲を超えていることとしうる。また、上述の条件式(2)を満足していないこととしうる。また、補正後の画像(のシミュレーション)に円環状の光量分布が生じていることとしうる。また、以上のような事象に対応する事象がn次式に基づく補正量に生じていることとしうる。
ステップSS145では、補正データを生成するのに用いる像高範囲および各像高の寄与率のうち少なくとも一方を変更する。ここで、当該変更は、例えば、その時点の最大像高の除外および最大像高の寄与率の低減のうちの少なくとも一方としうる。その両方を行う場合、例えば、最大像高の寄与率をゼロにすることは、最大像高の除外に相当する。その後、ステップSS130へ処理が戻され、ステップSS150に処理が進められるか、予め定められた他の終了条件が満足されるまで処理が継続される。
以上の流れにより、像高による周辺光量比の変動の態様(急峻度合い等)に応じて出来るだけ大きな像高までの適切な補正を行うことができる。なお、画像は通常矩形であって、最大像高は当該矩形の四隅にあって目立ちがたいことから、このような処理が有効となる。
また、ステップSS145においては、像高範囲および各像高の寄与率のうち少なくとも一方を変更する替わりに、目標とする補正量を変更するようにしてもよい。この場合、当該目標補正量の変更は、その像高による変化が穏やかになるようなものとしうる。例えば、目標補正量における当該変化の急峻な部分を、例えば公知の補間方法等を用いて、当該変化の滑らかな部分に置換すればよい。なお、補正データの生成方法は、以上に例示したものには限定されない。例えば、最大像高およびその近傍の補正は不十分でも、それ以外の像高での補正はうねりが許容範囲内になるように行える補正データを生成できるものであればよい。
以上のようにして生成された補正データは、レンズ装置の記憶部に記憶させることにより、撮像により得られた画像データの光量補正に有利なレンズ装置を製造することができる。また、以上のようにして生成された補正データは、処理装置(例えばカメラ装置に含まれる処理装置)の記憶部に記憶させることにより、撮像により得られた画像データの光量補正に有利な処理装置(カメラ装置)を製造することができる。
〔実施形態5〕
図11は、実施形態5に係る製造方法の流れを例示する図である。実施形態4では、うねりの判定に基づいて補正データの生成条件を繰り返し変更する流れとしたのに対して、本実施形態では、補正前の周辺光量比の変化が急峻である場合に、予め定められた生成条件で補正データを生成するようにしている。
同図において、ステップSS200ないしステップSS220の処理内容は、実施形態4におけるステップSS100ないしステップSS120までの処理内容とは同様である。つづくステップSS230では、補正前の周辺光量比の像高による変化が急峻か判定を行う。当該変化が急峻である場合は、ステップSS235に処理が進められ、当該変化が急峻でない場合は、ステップSS240に処理が進められる。ここで、当該変化が急峻である場合は、低次のn次式では補正量の正確な近似が困難であるため、補正後の周辺光量比に像高変化に伴ううねりが生じる。このため、当該変化が急峻である場合は、SS220での設定とは異なる設定をする必要がある。なお、当該判定は、例えば、像高に関する周辺光量比の傾きの変化(例えば像高に関する周辺光量比の2階微分)が許与範囲内であるかによって行いうる。また、条件式(6)、または条件式(6)および(7)を満足するかによって行いうる。また、補正前の画像またはそのシミュレーションに像高による急峻な光量比の変化が生じているかによって行いうる。
ステップSS235では、補正データを生成するのに用いる像高範囲および各像高の寄与率のうち少なくとも一方を変更する。ここで、当該変更は、例えば、その時点の最大像高の除外および最大像高の寄与率の低減のうちの少なくとも一方としうる。その両方を行う場合、例えば、最大像高の寄与率をゼロにすることは、最大像高の除外に相当する。例えば、周辺光量比の急峻な変動が始まる像高から最大像高までの寄与率を低減すればよい。また、例えば、像高ゼロから周辺光量比の急峻な変動が始まる像高未満の像高までに像高範囲を限定すればよい。また、急峻な変化が目立ちにくい像高範囲(例えば8割ないし10割像高)の寄与率を一律に低減してもよく、中心ないし中間像高をより重視した補正量の生成ができるような変更であればよい。
次に、SS240では、補正量を近似するn次式の係数(補正データ)を生成する。当該係数の生成は、例えば、補正量や補正後の周辺光量比等を目標にして、最小二乗法等の最適化手法により行う。または、補正前の周辺光量比を目標にして、最小二乗法等の最適化手法や、特定像高の光量についての連立方程式の求解等により、補正前の周辺光量比を近似する多項式を生成し、当該多項式に基づいて補正量のn次式の生成を行ってもよい。ここで、生成を容易にする等の目的で、各像高の寄与率や各像高の補正量(目標値)は、微小な範囲で適宜変更してもよい。n次式の次数は、4次以下とするのが好ましい。また、補正後の周辺光量比は、全像高範囲にわたっての均一性が高いのが好ましい。ステップSS250では、処理が終了する。
以上の流れにより、像高による周辺光量比の変動の態様(急峻度合い等)に応じて出来るだけ大きな像高までの適切な補正を行うことができる。なお、画像は通常矩形であって、最大像高は当該矩形の四隅にあって目立ちがたいことから、このような処理が有効となる。
また、ステップSS235においては、像高範囲および各像高の寄与率のうち少なくとも一方を変更する替わりに、目標とする補正量を変更するようにしてもよい。この場合、当該目標補正量の変更は、その像高による変化が穏やかになるようなものとしうる。例えば、目標補正量における当該変化の急峻な部分を、例えば公知の補間方法等を用いて、当該変化の滑らかな部分に置換すればよい。なお、補正データの生成方法は、以上に例示したものには限定されない。例えば、最大像高およびその近傍の補正は不十分でも、それ以外の像高での補正はうねりが許容範囲内になるように行える補正データを生成できるものであればよい。また、実施形態4に係る流れに対しては、繰り返し処理が省かれている分、補正データの生成時間の点で有利となりうる。
以上のようにして生成された補正データは、レンズ装置の記憶部に記憶させることにより、撮像により得られた画像データの光量補正に有利なレンズ装置を製造することができる。また、以上のようにして生成された補正データは、処理装置(例えばカメラ装置に含まれる処理装置)の記憶部に記憶させることにより、撮像により得られた画像データの光量補正に有利な処理装置(カメラ装置)を製造することができる。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
(数値実施例)
単位 mm

面データ
面番号 r d nd vd 有効径
1 1571.411 5.91 1.90366 31.3 212.83
2 361.491 3.13 205.43
3 389.831 20.85 1.43387 95.1 204.88
4 -1519.134 25.29 203.52
5 379.388 19.40 1.43387 95.1 198.91
6 -1690.060 0.25 198.64
7 270.376 20.46 1.43387 95.1 194.91
8 5840.434 1.18 193.83
9 190.778 14.41 1.59240 68.3 182.16
10 365.545 (可変) 180.35
11* 11015.733 2.20 2.00330 28.3 48.62
12 41.065 10.49 41.92
13 -62.377 1.40 1.88300 40.8 41.20
14 65.176 9.88 1.95906 17.5 42.94
15 -89.087 2.72 44.24
16 -51.909 1.60 1.83400 37.2 44.38
17 -103.320 (可変) 46.56
18 115.185 11.58 1.59201 67.0 78.76
19* -2087.691 0.50 79.19
20 142.758 13.08 1.59201 67.0 80.37
21 -231.655 0.20 79.98
22 122.793 2.50 1.80518 25.4 76.29
23 57.717 18.11 1.43387 95.1 71.81
24 -564.234 0.50 70.72
25* 364.246 6.50 1.49700 81.5 69.60
26 -414.835 (可変) 68.42
27(絞り) ∞ 5.89 31.81
28 -147.172 1.40 1.81600 46.6 32.30
29 46.924 1.05 31.20
30 37.303 4.69 1.80810 22.8 31.30
31 420.501 3.37 30.90
32 -76.047 1.40 1.88300 40.8 30.60
33 191.170 11.30 30.40
34 -41.223 1.78 1.65160 58.5 26.67
35 580.472 3.52 1.80518 25.4 27.78
36 -156.414 6.46 28.43
37 -103.332 5.71 1.70154 41.2 30.13
38 -53.979 10.53 31.42
39 -216.194 4.49 1.50137 56.4 32.25
40 -43.973 0.74 32.44
41 -72.585 1.30 1.88300 40.8 31.89
42 61.011 9.51 1.50137 56.4 32.28
43 -35.679 0.20 33.06
44 96.272 8.69 1.49700 81.5 32.15
45 -31.822 1.70 1.88300 40.8 31.45
46 -176.143 2.14 31.79
47 50.459 8.14 1.48749 70.2 31.95
48 -79.751 5.00 31.49
49 ∞ 33.00 1.60859 46.4 60.00
50 ∞ 13.20 1.51633 64.2 60.00
51 ∞ 18.00 60.00
像面 ∞

非球面データ
第11面
K =-2.61129e+006 A 4= 1.14924e-006 A 6=-4.20242e-010 A 8= 7.06050e-012 A10= 1.71748e-014
A12=-3.95143e-018 A14=-2.50492e-020 A16= 2.74832e-023
A 3=-7.41007e-007 A 5=-2.86209e-008 A 7= 4.68402e-011 A 9=-6.67517e-013 A11=-2.87644e-016
A13= 1.44174e-018 A15=-1.26241e-021

第19面
K =-8.09196e+003 A 4= 2.70610e-007 A 6= 1.07566e-009 A 8=-3.82716e-014 A10=-1.89869e-016
A12= 1.74435e-020 A14=-2.31461e-023 A16= 5.87253e-027
A 3=-1.02923e-007 A 5=-2.58308e-008 A 7=-1.15844e-011 A 9= 3.14187e-015 A11= 2.64931e-018
A13= 8.56747e-022 A15=-2.81713e-025

第25面
K = 6.92275e+001 A 4=-4.53959e-007 A 6=-6.59771e-011 A 8=-3.55842e-013 A10=-1.48669e-016
A12= 8.98957e-020 A14= 6.50522e-022 A16= 1.24233e-026
A 3= 7.06566e-007 A 5=-1.77804e-008 A 7= 3.13155e-011 A 9= 8.81552e-016 A11=-1.46851e-017
A13= 1.62371e-021 A15=-1.37737e-023

各種データ
ズーム比 69.98
広角 中間 望遠
焦点距離 8.60 348.30 601.79
Fナンバー 1.80 1.80 3.11
半画角 32.60 0.90 0.52
像高 5.50 5.50 5.50
レンズ全長 624.07 624.07 624.07
BF 52.17 52.17 52.17

d10 3.03 178.44 184.56
d17 279.71 41.05 15.69
d26 3.00 66.25 85.49
d33 11.30 11.30 11.30

入射瞳位置 126.14 3247.76 6438.93
射出瞳位置 141.46 141.46 141.46
前側主点位置 135.34 4578.71 9974.12
後側主点位置 9.40 -330.30 -583.79


ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離 レンズ構成長 前側主点位置 後側主点位置
1 1 248.14 110.88 64.60 -17.20
2 11 -27.25 28.28 3.76 -16.43
3 18 70.50 52.98 12.00 -25.30
41 27 -50.95 17.80 11.51 -2.55
42 34 -411.92 17.46 -49.56 -70.97
43 39 52.26 36.91 20.24 -4.47
5 49 ∞ 46.20 14.58 -14.58

単レンズデータ
レンズ 始面 焦点距離
1 1 -516.86
2 3 715.59
3 5 714.36
4 7 651.06
5 9 651.23
6 11 -40.75
7 13 -35.70
8 14 39.99
9 16 -126.08
10 18 184.10
11 20 150.63
12 22 -136.36
13 23 121.45
14 25 390.18
15 28 -43.24
16 30 49.86
17 32 -61.11
18 34 -58.76
19 35 151.95
20 37 152.86
21 39 108.69
22 41 -37.15
23 42 46.24
24 44 49.09
25 45 -43.97
26 47 64.51
27 49 0.00
28 50 0.00
Figure 0007267723000003
Figure 0007267723000004
Figure 0007267723000005
Figure 0007267723000006
Figure 0007267723000007
Figure 0007267723000008
Figure 0007267723000009

Claims (19)

  1. 広角端での開放FナンバーをFw、望遠端での開放FナンバーをFt、広角端での焦点距離をfw、望遠端での焦点距離をft、fd=Fw/Ft×ftで表される焦点距離fdでの開放FナンバーをFdとして、
    1.10<Ft/Fd<4.00
    -0.01<(Fd-Fw)/Log(fd/fw)<1.20
    を満足するレンズ装置であって、
    前記レンズ装置により形成された像における光量の分布に関して、前記像から得られた画像データの補正量を得るための補正データを記憶する記憶部を有し、
    前記補正データは、前記レンズ装置の状態に対応する、像高hに関するn次多項式(nは、非負の整数)の係数を含み、
    前記補正データは、像高hでの像高hの増加量dhあたりの前記光量の変化量をdDlens(h)、像高hでの増加量dhあたりの前記n次多項式で表される前記補正量の逆数の変化量をdD´(h)として、
    -0.15≦dD´(h)-dDlens(h)≦1.98
    を満足し、
    像高ゼロから第1像高hnまでの各像高での、前記像の周辺光量比と、前記n次多項式で表される前記補正量との積の平均をAve_0n、前記第1像高hnから最大像高Yまでの各像高での、前記像の周辺光量比と、前記n次多項式で表される前記補正量との積の平均をAve_nYとして、
    Ave_nY/Ave_0n≦0.95
    を満足し、
    前記第1像高hnは、
    0.70×Y≦hn<1.00×Y
    を満足することを特徴とするレンズ装置。
  2. 像高ゼロと第2像高hnとの間の前記像の周辺光量比の傾きをdDlens_0n、前記第2像高hnと最大像高Yとの間の前記像の周辺光量比の傾きをdDlens_nYとして、
    0.10≦|dDlens_0n-dDlens_nY|
    を満足することを特徴とする請求項1に記載のレンズ装置。
  3. 前記第2像高hnは、
    0.10×Y≦hn≦0.80×Y
    を満足することを特徴とする請求項2に記載のレンズ装置。
  4. 前記第2像高hnは、
    0.70×Y≦hn<1.00×Y
    を満足することを特徴とする請求項2に記載のレンズ装置。
  5. 前記係数は、前記n次多項式としての4次多項式
    D=A4×h4+A3×h3+A2×h2+A1×h+A0
    における係数A0、係数A1、係数A2、係数A3、および係数A4を含むことを特徴とする請求項1ないし請求項4のうちいずれか1項に記載のレンズ装置。
  6. 前記係数A3および前記係数A4は、
    -0.10<A +10×A <0.10
    を満足することを特徴とする請求項5に記載のレンズ装置。
  7. 前記係数A3および前記係数A4は、
    |A4|≦0.0020
    |A3|≦0.0150
    を満足することを特徴とする請求項5または請求項6に記載のレンズ装置。
  8. 像高ゼロから第3像高hnまでの各像高hでの、前記像の周辺光量比と、前記n次多項式で表される前記補正量との積の、像高hでの2次微分の値をddAveとして、
    |ddAve/A0|≦0.50
    を満足することを特徴とする請求項5ないし請求項7のうちいずれか1項に記載のレンズ装置。
  9. 前記レンズ装置は、フォーカスレンズ群と、開口絞りと、開口絞りより像側のレンズ群とを有し、前記フォーカスレンズ群と、前記開口絞りと、前記像側のレンズ群とは、ズーミングのためには移動しないことを特徴とする請求項1ないし請求項8のうちいずれか1項に記載のレンズ装置。
  10. 前記レンズ装置は、開口絞りを有し、焦点距離fwに関する前記n次多項式における0次の項の係数A0をA0(fw)、焦点距離ftに関する前記係数A0をA0(ft)、焦点距離fdに関する前記係数A0をA0(fd)として、
    前記開口絞りの開放状態において、
    1.21<A0(ft)/A0(fd)<16.00
    -0.01<(A0(fd)-A0(fw))/Log(fd/fw)<0.50
    を満足することを特徴とする請求項1ないし請求項9のうちいずれか1項に記載のレンズ装置。
  11. 前記レンズ装置は、光路に対する挿抜が可能なエクステンダーレンズ群と、前記挿抜の状態を検出する検出部とを有することを特徴とする請求項1ないし請求項10のうちいずれか1項に記載のレンズ装置。
  12. 前記n次多項式における項の係数を調整するためのユーザー・インターフェース部を有することを特徴とする請求項1ないし請求項11のうちいずれか1項に記載のレンズ装置。
  13. 請求項1ないし請求項12のうちいずれか1項に記載のレンズ装置と、
    前記レンズ装置の像面に配された撮像素子とを有することを特徴とする撮像装置。
  14. レンズ装置により形成された像における光量の分布に関して、前記像から得られた画像データの補正を行う処理装置であって、
    前記画像データの補正量を得るための補正データを記憶する記憶部を有し、
    前記レンズ装置は、広角端での開放FナンバーをFw、望遠端での開放FナンバーをFt、広角端での焦点距離をfw、望遠端での焦点距離をft、fd=Fw/Ft×ftで表される焦点距離fdでの開放FナンバーをFdとして、
    1.10<Ft/Fd<4.00
    -0.01<(Fd-Fw)/Log(fd/fw)<1.20
    を満足し、
    前記補正データは、前記レンズ装置の状態に対応する、像高hに関するn次多項式(nは、非負の整数)の係数を含み、
    前記補正データは、像高hでの像高hの増加量dhあたりの前記光量の変化量をdDlens(h)、像高hでの増加量dhあたりの前記n次多項式で表される前記補正量の逆数の変化量をdD´(h)として、
    -0.15≦dD´(h)-dDlens(h)≦1.98
    を満足し、
    像高ゼロから第1像高hnまでの各像高での、前記像の周辺光量比と、前記n次多項式で表される前記補正量との積の平均をAve_0n、前記第1像高hnから最大像高Yまでの各像高での、前記像の周辺光量比と、前記n次多項式で表される前記補正量との積の平均をAve_nYとして、
    Ave_nY/Ave_0n≦0.95
    を満足し、
    前記第1像高hnは、
    0.70×Y≦hn<1.00×Y
    を満足することを特徴とする処理装置。
  15. 請求項14に記載の処理装置を有することを特徴とするカメラ装置。
  16. 請求項1ないし請求項12のうちいずれか1項に記載のレンズ装置が有するべき補正データを生成する工程と、
    前記工程で生成された前記補正データを前記レンズ装置内の記憶部に記憶させる工程とを含むことを特徴とするレンズ装置の製造方法。
  17. 前記生成する工程は、前記補正量での補正の前の周辺光量比または前記補正の後の周辺光量比の像高による変化に基づいて、前記補正の目標の像高ごとの重み又は値の変更を行い、該変更により得られた前記重み又は前記値に基づいて、前記補正データを生成することを特徴とする請求項16に記載の製造方法。
  18. 請求項1ないし請求項12のうちいずれか1項に記載のレンズ装置が有するべき補正データを生成する工程と、
    レンズ装置により形成された像における光量の分布に関して、前記像から得られた画像データの補正を行う処理装置内の記憶部に、前記工程で生成された前記補正データを記憶させる工程とを含むことを特徴とする処理装置の製造方法。
  19. 前記生成する工程は、前記補正量での補正の前の周辺光量比または前記補正の後の周辺光量比の像高による変化に基づいて、前記補正の目標の像高ごとの重み又は値の変更を行い、該変更により得られた前記重み又は前記値に基づいて、前記補正データを生成することを特徴とする請求項18に記載の製造方法。
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