JP2017073599A - Image processing apparatus, lens apparatus, imaging apparatus, and imaging apparatus manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画像回復処理を行う画像処理装置に関する。 The present invention relates to an image processing apparatus that performs image restoration processing.
撮像装置により得られた撮影画像は、撮像光学系の球面収差、コマ収差、像面湾曲、非点収差等の各収差の影響および光の回折の影響により画像のぼけ成分を含み、劣化している。このような収差による画像のぼけ成分は、無収差で回折の影響もない場合に、被写体の一点から発した光束が撮像面上で再度一点に集まるべきものが広がっていることを意味しており、点像分布関数PSF(Point Spread Function)で表される。 The captured image obtained by the imaging device contains a blur component of the image due to the influence of each aberration such as spherical aberration, coma aberration, field curvature, astigmatism, and light diffraction of the imaging optical system, and deteriorated. Yes. The blur component of the image due to such aberrations means that when there is no aberration and there is no influence of diffraction, the light beam emitted from one point of the subject spreads out on the imaging surface and should be collected again at one point. It is expressed by a point spread function PSF (Point Spread Function).
点像分布関数PSFをフーリエ変換して得られる光学伝達関数OTF(Optical Transfer Function)は、収差の周波数成分情報であり、複素数で表される。光学伝達関数OTFの絶対値、すなわち振幅成分をMTF(Modulation Transfer Function)と呼び、位相成分をPTF(Phase Transfer Function)と呼ぶ。振幅成分MTFおよび位相成分PTFはそれぞれ、収差による画像劣化の振幅成分および位相成分の周波数特性であり、位相成分を位相角として以下の式で表される。 An optical transfer function OTF (Optical Transfer Function) obtained by Fourier transforming the point spread function PSF is frequency component information of aberration and is represented by a complex number. The absolute value of the optical transfer function OTF, that is, the amplitude component is referred to as MTF (Modulation Transfer Function), and the phase component is referred to as PTF (Phase Transfer Function). The amplitude component MTF and the phase component PTF are the frequency characteristics of the amplitude component and the phase component, respectively, of image degradation due to aberration, and are expressed by the following equations with the phase component as the phase angle.
PTF=tan−1(Im(OTF)/Re(OTF))
ここで、Re(OTF)およびIm(OTF)はそれぞれ、光学伝達関数OTFの実部および虚部を表す。このように、撮像光学系の光学伝達関数OTFは、画像の振幅成分MTFと位相成分PTFに劣化を与えるため、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っている。また倍率色収差は、光の波長ごとの結像倍率の相違により結像位置がずれ、これを撮像装置の分光特性に応じて例えばRGBの色成分として取得することで発生する。従って、RGB間で結像位置がずれ、各色成分内にも波長ごとの結像位置のずれ、すなわち位相ずれによる像の広がりが発生する。
PTF = tan −1 (Im (OTF) / Re (OTF))
Here, Re (OTF) and Im (OTF) represent the real part and the imaginary part of the optical transfer function OTF, respectively. As described above, since the optical transfer function OTF of the imaging optical system deteriorates the amplitude component MTF and the phase component PTF of the image, the deteriorated image is in a state where each point of the subject is asymmetrically blurred like coma. Yes. Further, the chromatic aberration of magnification is generated by shifting the imaging position due to the difference in imaging magnification for each wavelength of light, and acquiring this as, for example, RGB color components according to the spectral characteristics of the imaging device. Accordingly, the image formation position is shifted between RGB, and the image formation position shift for each wavelength, that is, the spread of the image due to the phase shift also occurs in each color component.
振幅成分MTFおよび位相成分PTFの劣化を補正する方法として、撮像光学系の光学伝達関数OTFの情報を用いて補正するものが知られている。この方法は、画像回復や画像復元という言葉で呼ばれており、以下、撮像光学系の光学伝達関数(OTF)の情報を用いて撮影画像の劣化を補正する処理を画像回復処理という。詳細は後述するが、画像回復の方法のひとつとして、光学伝達関数(OTF)の逆特性を有する画像回復フィルタを入力画像に対して畳み込む(コンボリューション)方法が知られている。 As a method for correcting the deterioration of the amplitude component MTF and the phase component PTF, a method of correcting using the information of the optical transfer function OTF of the imaging optical system is known. This method is called “image restoration” or “image restoration”. Hereinafter, processing for correcting deterioration of a captured image using information of an optical transfer function (OTF) of the imaging optical system is referred to as image restoration processing. Although details will be described later, as one of image restoration methods, there is known a method that convolves an input image with an image restoration filter having an inverse characteristic of an optical transfer function (OTF).
特許文献1には、画像の劣化を補正するためのフィルタ係数を保持して画像処理を行う画像処理装置が開示されている。特許文献2には、光学系の調整ステップと回復ステップとを有し、調整された画像の結像性能を評価して分類し、回復フィルタを分類に応じたフィルタを適応させる画像処理を行う画像処理装置が開示されている。特許文献2の画像処理装置では、光学系の一部を変位させる光学調整を行い、光学調整後の光学系に関する画像回復フィルタを用いて画像回復処理を行うことにより、良好な画像を取得することができる。 Patent Document 1 discloses an image processing apparatus that performs image processing while holding a filter coefficient for correcting image degradation. Patent Document 2 includes an optical system adjustment step and a recovery step, and evaluates and classifies the image formation performance of the adjusted image, and performs an image processing for applying a recovery filter to the filter corresponding to the classification. A processing device is disclosed. In the image processing apparatus of Patent Document 2, a good image is obtained by performing an optical adjustment that displaces a part of the optical system and performing an image restoration process using an image restoration filter related to the optical system after the optical adjustment. Can do.
しかしながら、光学調整後の画像劣化をズーム域ごとに評価して適切な画像回復フィルタを選択しようとすると、撮像装置の光学調整に要する時間が増大し、撮像装置のコストが高くなる。 However, if image degradation after optical adjustment is evaluated for each zoom range and an appropriate image restoration filter is selected, the time required for optical adjustment of the imaging device increases, and the cost of the imaging device increases.
そこで本発明は、低コストで良好な画像を取得可能な画像処理装置、レンズ装置、撮像装置、および、撮像装置の製造方法を提供する。 Therefore, the present invention provides an image processing device, a lens device, an imaging device, and a manufacturing method of the imaging device that can obtain a good image at low cost.
本発明の一側面としての画像処理装置は、第1ズーム域に関する撮影画像の評価データと、該第1ズーム域におけるレンズの光学調整データと、に基づいて決定された、第2ズーム域に関する画像回復フィルタを記憶する記憶手段と、前記第2ズーム域で撮影された画像に対して、前記画像回復フィルタを用いて回復処理を行う画像回復手段とを有する。 An image processing apparatus according to one aspect of the present invention is an image related to a second zoom range, which is determined based on evaluation data of a captured image related to the first zoom range and optical adjustment data of a lens in the first zoom range. Storage means for storing a recovery filter; and image recovery means for performing recovery processing on the image shot in the second zoom range using the image recovery filter.
本発明の他の側面としてのレンズ装置は、光学像を形成するレンズと、第1ズーム域に関する撮影画像の評価データと、該第1ズーム域における前記レンズの光学調整データと、に基づいて決定された、第2ズーム域に関する画像回復フィルタを記憶する記憶手段と、前記第2ズーム域で撮影された画像に対して、前記画像回復フィルタを用いて回復処理を行う画像回復手段とを有する。 A lens device according to another aspect of the present invention is determined based on a lens that forms an optical image, evaluation data of a captured image related to the first zoom range, and optical adjustment data of the lens in the first zoom range. Storage means for storing the image restoration filter relating to the second zoom area, and image restoration means for performing restoration processing using the image restoration filter for the image photographed in the second zoom area.
本発明の他の側面としての撮像装置は、レンズを介して形成された光学像を光電変換して画像データを出力する撮像素子と、第1ズーム域に関する撮影画像の評価データと、該第1ズーム域における前記レンズの光学調整データと、に基づいて決定された、第2ズーム域に関する画像回復フィルタを記憶する記憶手段と、前記第2ズーム域で撮影された画像に対して、前記画像回復フィルタを用いて回復処理を行う画像回復手段とを有する。 An imaging apparatus according to another aspect of the present invention includes an imaging element that photoelectrically converts an optical image formed via a lens and outputs image data, evaluation data of a captured image related to a first zoom range, and the first Storage means for storing an image restoration filter relating to the second zoom range determined based on optical adjustment data of the lens in the zoom range, and the image restoration for an image shot in the second zoom range Image restoration means for performing restoration processing using a filter.
本発明の他の側面としての撮像装置の制御方法は、第1ズーム域に関する撮影画像の評価データを取得するステップと、前記第1ズーム域においてレンズの光学調整を行うステップと、前記評価データと前記レンズの光学調整データに基づいて第2ズーム域に関する画像回復フィルタを決定するステップとを有する。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method of controlling an imaging apparatus, the step of acquiring evaluation data of a captured image related to a first zoom range, the step of optically adjusting a lens in the first zoom range, and the evaluation data. Determining an image restoration filter for the second zoom range based on the optical adjustment data of the lens.
本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施形態において説明される。 Other objects and features of the invention are described in the following embodiments.
本発明によれば、低コストで良好な画像を取得可能な画像処理装置、レンズ装置、撮像装置、および、撮像装置の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an image processing device, a lens device, an imaging device, and a manufacturing method of the imaging device that can obtain a good image at low cost.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。まず、本実施形態で説明される用語の定義および画像回復処理(画像処理方法)について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, definitions of terms and image restoration processing (image processing method) described in the present embodiment will be described.
[入力画像]
入力画像は、撮像光学系を介して撮像素子で受光することで得られたデジタル画像(撮影画像)であり、レンズと各種の光学フィルタ類を含む撮像光学系の収差による光学伝達関数OTFにより劣化している。撮像光学系は、レンズだけでなく曲率を有するミラー(反射面)を用いて構成することもできる。
[Input image]
The input image is a digital image (photographed image) obtained by receiving light with an image pickup device via an image pickup optical system, and is deteriorated by an optical transfer function OTF due to aberration of the image pickup optical system including a lens and various optical filters. doing. The imaging optical system can be configured using not only a lens but also a mirror (reflection surface) having a curvature.
入力画像の色成分は、例えばRGB色成分の情報を有する。色成分としては、これ以外にもLCHで表現される明度、色相、彩度や、YCbCrで表現される輝度、色差信号など一般に用いられている色空間を選択して用いることができる。その他の色空間として、XYZ、Lab、Yuv、JChを用いることが可能である。更に、色温度を用いてもよい。 The color component of the input image has information on RGB color components, for example. As the color component, other commonly used color spaces such as brightness, hue, and saturation expressed in LCH, luminance expressed in YCbCr, and color difference signals can be selected and used. As other color spaces, XYZ, Lab, Yuv, and JCh can be used. Further, a color temperature may be used.
入力画像や出力画像には、レンズの焦点距離、絞り値、撮影距離などの撮影条件や、この画像を補正するための各種の補正情報を付帯することができる。撮像装置から別の画像処理装置に画像を受け渡して補正処理を行う場合、上述のように撮影画像に撮影条件や補正に関する情報を付帯することが好ましい。撮影条件や補正に関する情報の他の受け渡し方法として、撮像装置と画像処理装置を直接または間接的に接続して受け渡すようにしてもよい。 The input image and the output image can be accompanied by shooting conditions such as the focal length of the lens, aperture value, shooting distance, and various correction information for correcting this image. When the image is transferred from the imaging apparatus to another image processing apparatus and correction processing is performed, it is preferable to add information regarding shooting conditions and correction to the captured image as described above. As another delivery method of information regarding imaging conditions and correction, the imaging apparatus and the image processing apparatus may be directly or indirectly connected to be delivered.
[画像回復処理]
続いて、画像回復処理の概要について説明する。劣化した画像(劣化した撮影画像)をg(x,y)、もとの画像をf(x,y)、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)とするとき、以下の式(1)が成立する。
[Image recovery processing]
Next, an outline of the image restoration process will be described. Degraded image (degraded captured image) is g (x, y), original image is f (x, y), and point spread function PSF which is a Fourier pair of the optical transfer function OTF is h (x, y). Then, the following equation (1) is established.
g(x,y)=h(x,y)*f(x,y) … (1)
ここで、*はコンボリューション(畳み込み積分、積和)、(x,y)は撮影画像上の座標である。
g (x, y) = h (x, y) * f (x, y) (1)
Here, * is convolution (convolution integration, sum of products), and (x, y) are coordinates on the captured image.
また、式(1)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、周波数ごとの積で表される式(2)が得られる。 Moreover, if Formula (1) is Fourier-transformed and converted into a display format on the frequency plane, Formula (2) represented by the product for each frequency is obtained.
G(u,v)=H(u,v)・F(u,v) … (2)
ここで、Hは点像分布関数PSF(h)をフーリエ変換することにより得られた光学伝達関数OTFであり、G、Fはそれぞれ劣化した画像g、もとの画像fをフーリエ変換して得られた関数である。(u,v)は2次元周波数面での座標、すなわち周波数である。
G (u, v) = H (u, v) .F (u, v) (2)
Here, H is an optical transfer function OTF obtained by Fourier transforming the point spread function PSF (h), and G and F are obtained by Fourier transforming the degraded image g and the original image f, respectively. Function. (U, v) is a coordinate on a two-dimensional frequency plane, that is, a frequency.
撮影された劣化画像gからもとの画像fを得るには、以下の式(3)のように両辺を光学伝達関数Hで除算すればよい。 In order to obtain the original image f from the photographed degraded image g, both sides may be divided by the optical transfer function H as shown in the following equation (3).
G(u,v)/H(u,v)=F(u,v) … (3)
そして、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により、もとの画像f(x,y)が回復画像として得られる。
G (u, v) / H (u, v) = F (u, v) (3)
Then, F (u, v), that is, G (u, v) / H (u, v) is subjected to inverse Fourier transform to return to the actual surface, whereby the original image f (x, y) is obtained as a restored image. can get.
H−1を逆フーリエ変換したものをRとすると、以下の式(4)のように実面での画像に対するコンボリューション処理を行うことで、同様にもとの画像f(x,y)を得ることができる。 When R is the result of inverse Fourier transform of H− 1 , the original image f (x, y) is similarly obtained by performing convolution processing on the actual image as in the following equation (4). Can be obtained.
g(x,y)*R(x,y)=f(x,y) … (4)
ここで、R(x,y)は画像回復フィルタと呼ばれる。画像が2次元画像である場合、一般的に、画像回復フィルタRも画像の各画素に対応したタップ(セル)を有し、2次元のフィルタ値の分布を有する。また、画像回復フィルタRのタップ数(セルの数)は、一般的に多いほど回復精度が向上する。このため、要求画質、画像処理能力、収差の特性などに応じて実現可能なタップ数が設定される。画像回復フィルタRは、少なくとも収差や回折の特性を反映している必要があるため、従来の水平垂直各3タップ程度のエッジ強調フィルタ(ハイパスフィルタ)などとは異なる。画像回復フィルタRは光学伝達関数OTFに基づいて設定されるため、振幅成分および位相成分の劣化の両方を高精度に補正することができる。
g (x, y) * R (x, y) = f (x, y) (4)
Here, R (x, y) is called an image restoration filter. When the image is a two-dimensional image, the image restoration filter R generally has a tap (cell) corresponding to each pixel of the image and has a two-dimensional filter value distribution. In general, the recovery accuracy improves as the number of taps (cells) of the image recovery filter R increases. Therefore, the number of taps that can be realized is set according to the required image quality, image processing capability, aberration characteristics, and the like. Since the image restoration filter R needs to reflect at least aberration and diffraction characteristics, the image restoration filter R is different from a conventional edge enhancement filter (high-pass filter) of about 3 taps each in horizontal and vertical directions. Since the image restoration filter R is set based on the optical transfer function OTF, it is possible to correct both the amplitude component and the deterioration of the phase component with high accuracy.
また、実際の画像にはノイズ成分が含まれるため、上記のように光学伝達関数OTFの完全な逆数をとって作成した画像回復フィルタRを用いると、劣化画像の回復とともにノイズ成分が大幅に増幅されてしまう。これは、画像の振幅成分にノイズの振幅が付加されている状態に対して、光学系のMTF(振幅成分)を全周波数に渡って1に戻すようにMTFを持ち上げるためである。光学系による振幅劣化であるMTFは1に戻るが、同時にノイズのパワースペクトルも持ち上がってしまい、結果的にMTFを持ち上げる度合(回復ゲイン)に応じてノイズが増幅されてしまう。 In addition, since an actual image contains a noise component, using the image restoration filter R created by taking the complete inverse of the optical transfer function OTF as described above, the noise component is greatly amplified along with the restoration of the deteriorated image. It will be. This is because the MTF is raised so that the MTF (amplitude component) of the optical system is returned to 1 over the entire frequency in a state where the amplitude of noise is added to the amplitude component of the image. The MTF, which is amplitude degradation due to the optical system, returns to 1, but at the same time, the noise power spectrum also rises. As a result, the noise is amplified according to the degree to which the MTF is raised (recovery gain).
したがって、ノイズが含まれる場合には、鑑賞用画像としては良好な画像は得られない。このことは、以下の式(5−1)、(5−2)で表される。 Therefore, when noise is included, a good image cannot be obtained as a viewing image. This is expressed by the following formulas (5-1) and (5-2).
G(u,v)=H(u,v)・F(u,v)+N(u,v) … (5−1)
G(u,v)/H(u,v)=F(u,v)+N(u,v)/H(u,v) … (5−2)
ここで、Nはノイズ成分である。
G (u, v) = H (u, v) .F (u, v) + N (u, v) (5-1)
G (u, v) / H (u, v) = F (u, v) + N (u, v) / H (u, v) (5-2)
Here, N is a noise component.
ノイズ成分が含まれる画像に関しては、例えば以下の式(6)で表される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に応じて回復度合を制御する方法がある。 For an image including a noise component, there is a method of controlling the degree of recovery according to the intensity ratio SNR between the image signal and the noise signal, for example, as in the Wiener filter expressed by the following formula (6).
ここで、M(u,v)はウィナーフィルタの周波数特性、|H(u,v)|は光学伝達関数OTFの絶対値(MTF)である。この方法では、周波数ごとに、MTFが小さいほど回復ゲイン(回復度合)を小さくし、MTFが大きいほど回復ゲインを大きくする。一般的に、撮像光学系のMTFは低周波側が高く高周波側が低くなるため、この方法では、実質的に画像の高周波側の回復ゲインを低減することになる。 Here, M (u, v) is the frequency characteristic of the Wiener filter, and | H (u, v) | is the absolute value (MTF) of the optical transfer function OTF. In this method, for each frequency, the smaller the MTF, the smaller the recovery gain (degree of recovery), and the larger the MTF, the larger the recovery gain. In general, since the MTF of the imaging optical system is high on the low frequency side and low on the high frequency side, this method substantially reduces the recovery gain on the high frequency side of the image.
続いて、図4および図5を参照して、画像回復フィルタについて説明する。画像回復フィルタは、撮像光学系の収差特性や要求される回復精度に応じてそのタップ数が決定される。図4の画像回復フィルタは、一例として、11×11タップの2次元フィルタである。また図4では、各タップ内の値を省略しているが、この画像回復フィルタの一断面を図5に示す。画像回復フィルタの各タップの値(係数値)の分布は、収差により空間的に広がった信号値または画素値(PSF)を、理想的には元の1点に戻す機能を有する。 Subsequently, the image restoration filter will be described with reference to FIGS. 4 and 5. The number of taps of the image restoration filter is determined according to the aberration characteristics of the imaging optical system and the required restoration accuracy. The image restoration filter in FIG. 4 is, for example, an 11 × 11 tap two-dimensional filter. In FIG. 4, values in each tap are omitted, but a cross section of this image restoration filter is shown in FIG. The distribution of the values (coefficient values) of each tap of the image restoration filter has a function of returning a signal value or a pixel value (PSF) spatially spread due to aberration to an original one point ideally.
画像回復フィルタの各タップは、画像の各画素に対応して画像回復処理の工程でコンボリューション処理(畳み込み積分、積和)される。コンボリューション処理では、所定の画素の信号値を改善するために、その画素を画像回復フィルタの中心と一致させる。そして、画像と画像回復フィルタの対応画素ごとに画像の信号値とフィルタの各タップの値の積をとり、その総和を中心画素の信号値として置き換える。 Each tap of the image restoration filter is subjected to convolution processing (convolution integration, product sum) in the image restoration processing corresponding to each pixel of the image. In the convolution process, in order to improve the signal value of a predetermined pixel, the pixel is matched with the center of the image restoration filter. Then, the product of the signal value of the image and the value of each tap of the filter is calculated for each corresponding pixel of the image and the image restoration filter, and the sum is replaced with the signal value of the central pixel.
続いて、図6および図7を参照して、画像回復の実空間と周波数空間での特性について説明する。図6は、点像分布関数PSFの説明図であり、図6(a)は画像回復前の点像分布関数PSF、図6(b)は画像回復後の点像分布関数PSFを示している。図7は、光学伝達関数OTFの振幅成分MTF(図7(a))と位相成分PTF(図7(b))の説明図である。図7(a)中の破線(A)は画像回復前のMTF、一点鎖線(B)は画像回復後のMTFを示す。また図7(b)中の破線(A)は画像回復前のPTF、一点鎖線(B)は画像回復後のPTFを示す。図6(a)に示されるように、画像回復前の点像分布関数PSFは、非対称な広がりを有し、この非対称性により位相成分PTFは周波数に対して非直線的な値を有する。画像回復処理は、振幅成分MTFを増幅し、位相成分PTFがゼロになるように補正するため、画像回復後の点像分布関数PSFは対称で先鋭な形状になる。 Next, characteristics of the image restoration in the real space and the frequency space will be described with reference to FIGS. 6 and 7. 6A and 6B are explanatory diagrams of the point spread function PSF. FIG. 6A shows the point spread function PSF before image restoration, and FIG. 6B shows the point spread function PSF after image restoration. . FIG. 7 is an explanatory diagram of the amplitude component MTF (FIG. 7A) and the phase component PTF (FIG. 7B) of the optical transfer function OTF. In FIG. 7A, the broken line (A) indicates the MTF before image recovery, and the alternate long and short dash line (B) indicates the MTF after image recovery. In FIG. 7B, the broken line (A) indicates the PTF before image recovery, and the alternate long and short dash line (B) indicates the PTF after image recovery. As shown in FIG. 6A, the point spread function PSF before image restoration has an asymmetric spread, and the phase component PTF has a non-linear value with respect to the frequency due to this asymmetry. Since the image restoration process amplifies the amplitude component MTF and corrects the phase component PTF to be zero, the point spread function PSF after the image restoration has a symmetrical and sharp shape.
このように画像回復フィルタは、撮像光学系の光学伝達関数OTFの逆関数に基づいて設計された関数を逆フーリエ変換して得ることができる。本実施形態で用いられる画像回復フィルタは適宜変更可能であり、例えば上述のようなウィナーフィルタを用いることができる。ウィナーフィルタを用いる場合、式(6)を逆フーリエ変換することで、実際に画像に畳み込む実空間の画像回復フィルタを作成することが可能である。また、光学伝達関数OTFは、1つの撮像状態(撮影条件)においても撮像光学系の像高(画像の位置)に応じて変化する。このため、画像回復フィルタは像高に応じて変更して用いられる。 As described above, the image restoration filter can be obtained by performing inverse Fourier transform on a function designed based on the inverse function of the optical transfer function OTF of the imaging optical system. The image restoration filter used in the present embodiment can be appropriately changed. For example, the above-described Wiener filter can be used. When using the Wiener filter, it is possible to create an image restoration filter in real space that is actually convolved with the image by performing inverse Fourier transform on Equation (6). Further, the optical transfer function OTF also changes in accordance with the image height (image position) of the imaging optical system even in one imaging state (imaging condition). For this reason, the image restoration filter is changed and used according to the image height.
次に、図1を参照して、本実施形態における撮像装置について説明する。図1は、本実施形態における撮像装置100の構成図である。撮像装置100は、画像回復フィルタを用いて画像回復処理を行うことにより、撮影画像(入力画像)から回復画像(出力画像)を生成可能である。 Next, with reference to FIG. 1, the imaging apparatus according to the present embodiment will be described. FIG. 1 is a configuration diagram of an imaging apparatus 100 in the present embodiment. The imaging apparatus 100 can generate a recovered image (output image) from a captured image (input image) by performing image recovery processing using an image recovery filter.
撮像装置100において、被写体(不図示)からの光束は、撮像光学系101を介して撮像素子102に結像する。撮像光学系101は、変倍レンズ(不図示)、絞り101a、および、フォーカスレンズ101bを含む。変倍レンズを光軸方向に移動させることにより、撮像光学系101の焦点距離を変更するズームが可能である。絞り101aは、その開口径を増減させて撮像素子102に到達する光量を調節する。フォーカスレンズ101bは、被写体距離に応じてピント調整を行うため、不図示のオートフォーカス(AF)機構やマニュアルフォーカス機構により光軸方向におけるその位置が制御される。 In the imaging apparatus 100, a light beam from a subject (not shown) forms an image on the imaging element 102 via the imaging optical system 101. The imaging optical system 101 includes a variable power lens (not shown), a diaphragm 101a, and a focus lens 101b. By moving the zoom lens in the optical axis direction, zooming that changes the focal length of the imaging optical system 101 is possible. The aperture 101a adjusts the amount of light reaching the image sensor 102 by increasing or decreasing the aperture diameter. Since the focus lens 101b performs focus adjustment according to the subject distance, the position of the focus lens 101b in the optical axis direction is controlled by an unillustrated autofocus (AF) mechanism or manual focus mechanism.
撮像素子102は、CCDセンサやCMOSセンサなどを有し、撮像光学系101を介して形成された被写体像(光学像)を光電変換して画像データ(アナログ画像信号)を出力する。撮像素子102上に結像した被写体像は、電気信号に変換され、A/Dコンバータ103に出力される。A/Dコンバータ103は、入力された電気信号(アナログ画像信号)をデジタル画像信号に変換し、デジタル画像信号を画像処理部104に出力する。 The imaging element 102 includes a CCD sensor, a CMOS sensor, and the like, photoelectrically converts a subject image (optical image) formed via the imaging optical system 101, and outputs image data (analog image signal). The subject image formed on the image sensor 102 is converted into an electrical signal and output to the A / D converter 103. The A / D converter 103 converts the input electric signal (analog image signal) into a digital image signal and outputs the digital image signal to the image processing unit 104.
画像処理部104(画像処理手段)は、画像生成部104aと、画像回復/歪曲補正部104b(画像回復手段および歪曲補正手段)とを有する。画像生成部104aは、画像処理部104に入力されたデジタル画像信号に対して各種の画像処理を行うことにより、入力画像(カラー入力画像)を生成する。画像回復/歪曲補正部104bは、この入力画像に対して画像回復処理と幾何変換処理(歪曲補正処理)とを行う。本実施形態において、撮像素子102から画像生成部104aまでの構成(撮像素子102、A/Dコンバータ103、および、画像生成部104a)が撮像系を構成する。 The image processing unit 104 (image processing unit) includes an image generation unit 104a and an image recovery / distortion correction unit 104b (image recovery unit and distortion correction unit). The image generation unit 104 a generates an input image (color input image) by performing various types of image processing on the digital image signal input to the image processing unit 104. The image recovery / distortion correction unit 104b performs image recovery processing and geometric transformation processing (distortion correction processing) on the input image. In the present embodiment, the configuration from the image sensor 102 to the image generation unit 104a (the image sensor 102, the A / D converter 103, and the image generation unit 104a) constitutes an imaging system.
画像回復/歪曲補正部104bは、状態検知部107から撮像光学系101の状態(撮像状態、すなわち撮影条件)に関する情報(撮影条件情報)を得る。撮像条件は、撮像光学系101の焦点距離(ズーム位置)、絞り101aの開口径(絞り値またはFナンバー)、および、フォーカスレンズ位置(被写体距離)などを含む。状態検知部107は、システムコントローラ110から撮影条件に関する情報(撮影条件情報)を取得可能である。また、撮影条件に関する情報の少なくとも一部を、撮像光学系101を制御する撮像光学系制御部106から取得することもできる。 The image recovery / distortion correction unit 104b obtains information (imaging condition information) regarding the state (imaging state, that is, imaging conditions) of the imaging optical system 101 from the state detection unit 107. The imaging conditions include the focal length (zoom position) of the imaging optical system 101, the aperture diameter (aperture value or F number) of the stop 101a, the focus lens position (subject distance), and the like. The state detection unit 107 can acquire information related to shooting conditions (shooting condition information) from the system controller 110. Further, at least a part of the information related to the imaging condition can be acquired from the imaging optical system control unit 106 that controls the imaging optical system 101.
画像回復/歪曲補正部104bは、撮影条件に応じた画像回復フィルタを記憶部108(メモリなどの記憶手段)から選択し、入力画像に対して画像回復処理を行う。また画像回復/歪曲補正部104bは、撮影条件に応じた幾何変換条件を記憶部108から選択し、画像回復処理を受けた画像に対して幾何変換処理を行う。本実施形態の画像処理装置は、例えば、状態検知部107、画像回復/歪曲補正部104b、および、記憶部108を有する。 The image restoration / distortion correction unit 104b selects an image restoration filter corresponding to the shooting condition from the storage unit 108 (storage means such as a memory), and performs image restoration processing on the input image. The image restoration / distortion correction unit 104b selects a geometric conversion condition corresponding to the shooting condition from the storage unit 108, and performs a geometric conversion process on the image that has undergone the image restoration process. The image processing apparatus according to the present embodiment includes, for example, a state detection unit 107, an image restoration / distortion correction unit 104b, and a storage unit 108.
画像処理部104で処理された出力画像(回復画像)は、画像記録媒体109に所定のフォーマットで記録される。表示部105には、本実施形態における画像処理後の画像に表示用の所定の処理を行った画像が表示される。または、高速表示のために簡易的な処理を行った画像を表示してもよい。撮像装置100における一連の制御は、システムコントローラ110により行われる。また、撮像光学系101(絞り101aおよびフォーカスレンズ101b)の機械的な駆動は、システムコントローラ110の指示に基づいて撮像光学系制御部106により行われる。 The output image (recovered image) processed by the image processing unit 104 is recorded on the image recording medium 109 in a predetermined format. The display unit 105 displays an image obtained by performing a predetermined display process on the image after the image processing in the present embodiment. Alternatively, an image subjected to simple processing for high-speed display may be displayed. A series of control in the imaging apparatus 100 is performed by the system controller 110. Further, mechanical driving of the imaging optical system 101 (the diaphragm 101a and the focus lens 101b) is performed by the imaging optical system control unit 106 based on an instruction from the system controller 110.
なお本実施形態において、撮像光学系101は、撮像素子102を有する撮像装置本体と一体的に構成されているが、これに限定されるものではない。撮像装置本体と、撮像装置本体に着脱可能な撮像光学系(レンズ装置)とを有する撮像装置に関しても、本実施形態は適用可能である。 In the present embodiment, the imaging optical system 101 is configured integrally with the imaging apparatus main body having the imaging element 102, but is not limited to this. The present embodiment can also be applied to an imaging apparatus having an imaging apparatus body and an imaging optical system (lens apparatus) that can be attached to and detached from the imaging apparatus body.
次に、図2を参照して、本実施形態における画像処理方法について説明する。図2は、本実施形態における画像処理方法(画像回復処理および幾何変換処理)を示すフローチャートである。本実施形態の画像処理方法は、主に、画像処理部104(画像回復/歪曲補正部104bを含む画像処理装置)により実行される。画像処理部104は、画像処理用コンピュータにより構成され、コンピュータプログラムに従って画像処理を実行する。 Next, an image processing method according to this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a flowchart showing an image processing method (image restoration processing and geometric transformation processing) in the present embodiment. The image processing method of the present embodiment is mainly executed by the image processing unit 104 (an image processing device including the image restoration / distortion correction unit 104b). The image processing unit 104 is configured by an image processing computer and executes image processing according to a computer program.
まず、ステップS1において、画像処理部104は、撮像素子102から出力された画像データに基づいて生成された画像(入力画像)を取得する。続いてステップS2において、画像処理部104は、状態検知部107から撮影条件情報を取得する。本実施形態において、撮影条件は、ズーム位置、絞り101aの開口径、および、被写体距離の3つの条件であるが、これらに限定されるものではない。また、撮像装置本体(カメラ本体)に対して着脱可能なレンズ装置(交換レンズ)を用いる場合、撮影条件はレンズIDやカメラIDを含む。撮影条件に関する情報は、撮像装置から直接取得可能であり、または、画像に付帯された情報から取得することもできる。 First, in step S <b> 1, the image processing unit 104 acquires an image (input image) generated based on the image data output from the image sensor 102. Subsequently, in step S <b> 2, the image processing unit 104 acquires shooting condition information from the state detection unit 107. In the present embodiment, the photographing conditions are three conditions, that is, the zoom position, the aperture diameter of the stop 101a, and the subject distance, but are not limited thereto. When a lens device (exchangeable lens) that can be attached to and detached from the imaging device main body (camera main body) is used, the shooting conditions include a lens ID and a camera ID. Information regarding the imaging conditions can be acquired directly from the imaging device, or can be acquired from information attached to the image.
続いてステップS3において、画像処理部104は、ステップS2にて取得した撮影条件に基づいて、入力画像に対して回復処理を実行するか否かを判定する。画像処理部104が回復処理を行うと判定した場合、ステップS4へ移行する。一方、画像処理部104が回復処理を行わないと判定した場合、ステップS7へ移行する。 Subsequently, in step S3, the image processing unit 104 determines whether or not to perform a recovery process on the input image based on the imaging condition acquired in step S2. When the image processing unit 104 determines to perform the recovery process, the process proceeds to step S4. On the other hand, when the image processing unit 104 determines not to perform the recovery process, the process proceeds to step S7.
ステップS4において、画像処理部104は、ステップS2にて取得した撮影条件に応じた画像回復フィルタを選択または生成する。画像回復フィルタは、光学伝達関数(OTF)に基づいて、撮影条件ごとに記憶されている。また画像回復フィルタは、入力画像内の位置(像高位置)ごとに記憶されている。必要に応じて、画像処理部104は、光学伝達関数(OTF)に基づいて画像回復フィルタを生成することもできる。続いてステップS5において、画像処理部104は、入力画像に対して、ステップS4にて決定された画像回復フィルタをコンボリューション(畳み込み)することにより画像回復処理を行う。そしてステップS6において、画像処理部104は回復画像を生成する。 In step S4, the image processing unit 104 selects or generates an image restoration filter corresponding to the photographing condition acquired in step S2. The image restoration filter is stored for each photographing condition based on the optical transfer function (OTF). The image restoration filter is stored for each position (image height position) in the input image. If necessary, the image processing unit 104 can generate an image restoration filter based on the optical transfer function (OTF). Subsequently, in step S5, the image processing unit 104 performs image restoration processing by convolving the image restoration filter determined in step S4 with respect to the input image. In step S6, the image processing unit 104 generates a restored image.
続いてステップS7において、画像処理部104は、回復画像または入力画像に対して、回復処理以外の必要な各種処理を実行する。そして画像処理部104は、処理後の回復画像または入力画像を出力画像として出力する。 Subsequently, in step S7, the image processing unit 104 performs various necessary processes other than the recovery process on the recovered image or the input image. Then, the image processing unit 104 outputs the recovered image or input image after processing as an output image.
本実施形態において、記憶部108は、全ての撮影条件に関する画像回復フィルタを記憶するものではない(すなわち記憶部108は、全ての撮影条件の一部に関する画像回復フィルタのみを記憶している)。画像処理部104は、記憶部108に記憶されていない画像回復フィルタに対応する撮影条件で撮影された画像(入力画像)に対して、回復処理を行わない。画像回復フィルタは、撮像光学系の各撮影条件に関する点像分布関数(PSF)に基づいて生成される。例えばコマ収差などのように非対称性の収差を回復するには、画像回復フィルタとして2次元フィルタを用いて回復処理を行う必要がある。このため、歪曲補正のような1次元の補正処理を行うことができず、画像回復フィルタのデータ量は膨大となり、記憶部108の記憶容量を大きくする必要がある。また、回復処理の実行には多くの時間を要する。したがって、回復処理が不要な撮影条件に関しては、記憶部108に画像回復フィルタを記憶させず、回復処理を行わないように構成することが好ましい。ただし、全ての撮影条件に関して回復処理を行うことが好ましい撮像光学系に関して、記憶部108に全ての撮影条件に関する画像回復フィルタを記憶させるようにしてもよい。 In the present embodiment, the storage unit 108 does not store image restoration filters for all shooting conditions (that is, the storage unit 108 stores only image restoration filters for a part of all shooting conditions). The image processing unit 104 does not perform a recovery process on an image (input image) captured under imaging conditions corresponding to an image recovery filter that is not stored in the storage unit 108. The image restoration filter is generated based on a point spread function (PSF) relating to each imaging condition of the imaging optical system. For example, in order to recover an asymmetrical aberration such as coma, it is necessary to perform a recovery process using a two-dimensional filter as an image recovery filter. For this reason, one-dimensional correction processing such as distortion correction cannot be performed, the data amount of the image restoration filter becomes enormous, and the storage capacity of the storage unit 108 needs to be increased. Also, it takes a lot of time to execute the recovery process. Accordingly, it is preferable that the image capturing filter is not stored in the storage unit 108 and the recovery process is not performed for a shooting condition that does not require the recovery process. However, for an imaging optical system that preferably performs recovery processing for all imaging conditions, the storage unit 108 may store image recovery filters for all imaging conditions.
また、撮像装置100(またはレンズ装置)の製造工程(光学調整工程)における調整ポジションで、光学調整により光学性能が十分に補正されれば、調整ポジションに関する画像回復フィルタを保持する必要はない。すなわち、非調整ポジションに関してのみ画像回復フィルタを保持することにより、記憶部108に記憶すべきデータ量を削減することができる。 Further, if the optical performance is sufficiently corrected by the optical adjustment at the adjustment position in the manufacturing process (optical adjustment process) of the imaging apparatus 100 (or the lens apparatus), it is not necessary to hold the image restoration filter related to the adjustment position. That is, by holding the image restoration filter only for the non-adjustment position, the amount of data to be stored in the storage unit 108 can be reduced.
次に、図3を参照して、本実施形態における画像処理システムについて説明する。図3は、本実施形態における画像処理システム300の構成図である。図3において、画像処理装置301は、本実施形態の画像処理方法をコンピュータ(情報処理装置)に実行させるための画像処理ソフトウェア306を搭載したコンピュータ機器である。画像処理装置301は、図1を参照して説明した画像生成部104a、画像回復/歪曲補正部104b、および、記憶部108と同様の機能を有する。撮像機器302は、カメラ、顕微鏡、内視鏡、または、スキャナなどの撮像装置である。記憶媒体303は、半導体メモリ、ハードディスク、または、ネットワーク上のサーバなど、撮影画像を記憶した記憶手段である。 Next, the image processing system in the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a configuration diagram of the image processing system 300 in the present embodiment. In FIG. 3, an image processing apparatus 301 is a computer device equipped with image processing software 306 for causing a computer (information processing apparatus) to execute the image processing method of the present embodiment. The image processing apparatus 301 has the same functions as the image generation unit 104a, the image recovery / distortion correction unit 104b, and the storage unit 108 described with reference to FIG. The imaging device 302 is an imaging device such as a camera, a microscope, an endoscope, or a scanner. The storage medium 303 is a storage unit that stores captured images, such as a semiconductor memory, a hard disk, or a server on a network.
また、本実施形態は、以下の処理を実行することによっても実現される。すなわち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア(プログラム)を、ネットワークまたはCD−ROMなどの各種記憶媒体307を介してシステム或いは装置に供給して格納する。そして、そのシステム或いは装置のコンピュータ(またはCPU、MPUなど)がプログラムを読み出して実行する。 Moreover, this embodiment is implement | achieved also by performing the following processes. That is, software (program) that realizes the functions of the above-described embodiments is supplied to and stored in a system or apparatus via various storage media 307 such as a network or a CD-ROM. Then, a computer (or CPU, MPU, etc.) of the system or apparatus reads and executes the program.
画像処理装置301は、撮像機器302または記憶媒体303から撮影画像データを取得し、所定の画像処理を行った画像データ(出力画像)を出力機器305、撮像機器302、記憶媒体303のいずれか一つまたは複数に出力する。また、その出力先を画像処理装置301に内蔵された記憶部に保存することもできる。出力機器305は、例えばプリンタである。 The image processing apparatus 301 acquires captured image data from the imaging device 302 or the storage medium 303, and outputs image data (output image) subjected to predetermined image processing to any one of the output device 305, the imaging device 302, and the storage medium 303. Output to one or more. Further, the output destination can be stored in a storage unit built in the image processing apparatus 301. The output device 305 is a printer, for example.
画像処理装置301には、モニタである表示機器304が接続されている。このため、ユーザは表示機器304を通して画像処理作業を行うとともに、補正された画像を評価することができる。画像処理ソフトウェア306は、本実施形態の画像回復処理(画像処理方法)を行うほか、必要に応じて現像やその他の画像処理を行う。 A display device 304 that is a monitor is connected to the image processing apparatus 301. Therefore, the user can perform the image processing work through the display device 304 and evaluate the corrected image. The image processing software 306 performs image restoration processing (image processing method) according to the present embodiment, and performs development and other image processing as necessary.
本実施形態において、画像処理を行うためのデータ(撮影条件などの補正情報)の内容と機器間におけるデータの受け渡しについては、個々の画像データに付帯させることが好ましい。必要な補正情報を画像データに付帯させることで、本実施形態の画像処理装置を搭載した機器であれば、補正処理(画像回復処理)を適切に行うことができる。 In the present embodiment, the contents of data for performing image processing (correction information such as shooting conditions) and the exchange of data between devices are preferably attached to individual image data. By attaching necessary correction information to the image data, correction processing (image restoration processing) can be appropriately performed in any device equipped with the image processing apparatus of the present embodiment.
製造誤差のない光学系(撮像光学系)に関しては、画像回復処理の際に、設計値に基づいて作成した画像処理フィルタを用いることが考えられる。しかし、実際の光学系では、光学系を構成する各レンズ群の偏心や倒れ、または、各レンズ群間の偏心や倒れにより、像面湾曲や片ボケが生じる。このため、実際の光学系は、設計値とは異なる収差を有する。 For an optical system (imaging optical system) having no manufacturing error, it is conceivable to use an image processing filter created based on a design value at the time of image restoration processing. However, in an actual optical system, curvature of field and one-sided blur are caused by decentering or tilting of each lens group constituting the optical system, or by decentering or tilting between each lens group. For this reason, the actual optical system has an aberration different from the design value.
光学系の収差が大きい場合、画像回復処理を正確に実行することができない。このため、レンズ群を構成する一部のレンズを(例えば光軸と垂直方向に)変位させる光学調整を行うことにより、製造誤差による片ボケを低減させる方法が知られている。光学調整の際に変位させるレンズは、通常、光学調整工程の簡便性を考慮して、光学調整に適したレンズ(レンズ群)を工具上で上向きに配置し、工具上で上部に配置させるレンズを変位させることにより、低コストで工具による光学調整が可能となる。 When the aberration of the optical system is large, the image restoration process cannot be executed accurately. For this reason, there is known a method of reducing one-sided blur due to a manufacturing error by performing an optical adjustment for displacing a part of lenses constituting the lens group (for example, in a direction perpendicular to the optical axis). The lens to be displaced during the optical adjustment is usually a lens in which a lens (lens group) suitable for optical adjustment is placed upward on the tool and placed on the upper side of the tool in consideration of the simplicity of the optical adjustment process. By displacing the lens, optical adjustment with a tool can be performed at low cost.
光学調整に用いられるレンズは、製造誤差の発生要因と異なる部位にて調整されるため、光学調整によりコマ収差などの残存収差が発生する場合がある。光学調整により生じる収差を画像回復処理により補正することにより、光学系の高機能化を図ることができる。しかし、光学調整後の画像劣化を評価して画像回復フィルタを決定(選択)しようとすると、光学調整後の画像を評価する工程が必要となり、光学調整に時間を要する。 Since the lens used for optical adjustment is adjusted at a site different from the cause of production error, residual aberrations such as coma may occur due to optical adjustment. By correcting the aberration caused by the optical adjustment by the image restoration process, it is possible to improve the function of the optical system. However, if it is attempted to determine (select) an image restoration filter by evaluating image degradation after optical adjustment, a process for evaluating the image after optical adjustment is required, and time is required for optical adjustment.
そこで本実施形態では、光学調整の際に、光学調整前の画像を評価して画像劣化の原因を推定し(画像の評価データを取得し)、画像回復フィルタを決定する。また本実施形態では、光学調整前の画像を評価する代わりに、光学調整データ、すなわち光学調整量(レンズの変位量)および光学調整の方向(レンズの変位方向)を検出して、画像劣化の原因を推定することもできる。このように本実施形態では、光学調整前の画像の評価データと、光学調整データとに基づいて決定された画像回復フィルタを選択し、画像劣化の原因となる収差を補正する画像回復を行う。 Therefore, in the present embodiment, at the time of optical adjustment, an image before optical adjustment is evaluated to estimate the cause of image degradation (acquisition data of the image is acquired), and an image restoration filter is determined. In this embodiment, instead of evaluating the image before optical adjustment, the optical adjustment data, that is, the optical adjustment amount (lens displacement amount) and the optical adjustment direction (lens displacement direction) are detected, and the image degradation is detected. The cause can also be estimated. As described above, in this embodiment, the image restoration filter determined based on the evaluation data of the image before the optical adjustment and the optical adjustment data is selected, and the image restoration for correcting the aberration causing the image deterioration is performed.
次に、図8、図10乃至図12を参照して、本実施形態における光学系(撮像光学系)の構成について説明する。図8は、本実施形態における光学系(第1の光学系)の断面図である。図8のA)、B)、C)はそれぞれ、広角端、中間位置、および、望遠端の状態を示している。また、図8の光学系(第1の光学系)の構成は、数値実施例1に示されるとおりである。図10、図11、図12はそれぞれ、広角端、中間位置、望遠端での第1の光学系の縦収差図である。図10乃至図12の各収差図において、FnoはF値、ωは半画角である。各図の左側からそれぞれ、球面収差、非点収差、歪曲、色収差(倍率色収差)を示している。球面収差に関して、d線、g線に対する収差を示している。非点収差に関して、サジタル像面ΔS、メリディオナル像面ΔMにおける像面湾曲をそれぞれ示している。これらの点は、後述の各収差図に関しても同様である。 Next, the configuration of the optical system (imaging optical system) in the present embodiment will be described with reference to FIGS. 8 and 10 to 12. FIG. 8 is a cross-sectional view of the optical system (first optical system) in the present embodiment. A), B), and C) in FIG. 8 respectively show the wide-angle end, the intermediate position, and the telephoto end. The configuration of the optical system (first optical system) in FIG. 8 is as shown in Numerical Example 1. 10, 11, and 12 are longitudinal aberration diagrams of the first optical system at the wide-angle end, the intermediate position, and the telephoto end, respectively. In each aberration diagram of FIGS. 10 to 12, Fno is an F value and ω is a half angle of view. From the left side of each figure, spherical aberration, astigmatism, distortion, and chromatic aberration (magnification chromatic aberration) are shown. Regarding spherical aberration, aberrations for d-line and g-line are shown. Regarding astigmatism, field curvatures at sagittal image surface ΔS and meridional image surface ΔM are shown. These points are the same for each aberration diagram described later.
第1の光学系は、3倍程度の変倍比を有し、特に通常のコンパクトデジタルカメラより大きいセンサに対応している。第1の光学系は、物体側から像側へ順に、負の第1レンズ群L1、正の第2レンズ群L2、および、負の第3レンズ群L3の3群から構成されている。第1の光学系は、広角端から望遠端へのズーミングの際に、第1レンズ群L1が像側へ凸の軌跡を有し変倍に伴う像面の変動を補正する。第2レンズ群L2は、物体側へ移動し、主たる変倍を担う。第3レンズ群L3は第2レンズ群L2に近い軌跡を描くが、第2レンズ群L2と空気との間隔を変化させることにより、中間域の像面変動を補正する。第3レンズ群L3を像側へ繰り込むことにより、近距離物体への合焦動作が可能である。絞りSPは、第2レンズ群L2と第3レンズ群L3との間に配置されている。 The first optical system has a zoom ratio of about 3 times, and particularly corresponds to a sensor larger than a normal compact digital camera. The first optical system includes three groups of a negative first lens unit L1, a positive second lens unit L2, and a negative third lens unit L3 in order from the object side to the image side. In zooming from the wide-angle end to the telephoto end, the first optical system has a locus on which the first lens unit L1 is convex toward the image side, and corrects image plane fluctuations due to zooming. The second lens unit L2 moves toward the object side and is responsible for main magnification. The third lens unit L3 draws a locus close to the second lens unit L2, but corrects the image plane variation in the intermediate region by changing the distance between the second lens unit L2 and air. By moving the third lens unit L3 toward the image side, a focusing operation on a short-distance object is possible. The stop SP is disposed between the second lens unit L2 and the third lens unit L3.
第1レンズ群L1は、物体側から像側へ順に、物体側が凸面の負メニスカスレンズ、両凹の負レンズ、物体側が凸面の正メニスカスレンズの3枚のレンズにて構成されている。第2レンズ群L2は、物体側から像側へ順に、物体側の凸面が強い正レンズ、正レンズと負レンズを接合した接合レンズ、像側の凸面が強い正レンズの4枚にて構成されている。第3レンズ群L3は、物体側から像側へ順に、像側が凸面の正メニスカスレンズ、像側が凸面の負メニスカスレンズの2枚にて構成される。第2レンズ群L2の全体を光軸OAと略垂直方向に変位させることにより、手ぶれ補正が可能である。本実施形態において、第2レンズ群L2の最も物体側の正レンズ1枚を光軸OAと略垂直方向に変位させることにより、製造誤差の調整(光学調整)を行う。実際の光学調整の際には、光軸OAと平行に偏心させようとしても 光軸と垂直方向に対して5分以下程度の倒れが生じる場合がある。特に、レンズ面を鏡筒保持部に沿って偏心させる場合、接触するレンズ面の曲率に沿って倒れを伴って偏心する場合があるが、この場合でも倒れは5分以内に収まるように構成される。 The first lens unit L1 is composed of three lenses in order from the object side to the image side: a negative meniscus lens having a convex surface on the object side, a biconcave negative lens, and a positive meniscus lens having a convex surface on the object side. The second lens unit L2 is composed of four lenses in order from the object side to the image side: a positive lens having a strong convex surface on the object side, a cemented lens in which a positive lens and a negative lens are cemented, and a positive lens having a strong convex surface on the image side. ing. The third lens unit L3 includes, in order from the object side to the image side, a positive meniscus lens having a convex surface on the image side and a negative meniscus lens having a convex surface on the image side. Camera shake correction can be performed by displacing the entire second lens unit L2 in a direction substantially perpendicular to the optical axis OA. In this embodiment, adjustment of one manufacturing error (optical adjustment) is performed by displacing one positive lens closest to the object side of the second lens unit L2 in a direction substantially perpendicular to the optical axis OA. In actual optical adjustment, even if it is decentered in parallel with the optical axis OA, a tilt of about 5 minutes or less may occur with respect to the direction perpendicular to the optical axis. In particular, when the lens surface is decentered along the lens barrel holding portion, the lens surface may be decentered along with the curvature of the lens surface to be contacted, but even in this case, the tilt is configured to be within 5 minutes. The
第1の光学系において、第2レンズ群L2が主たる結像を担う群であり、ズーム全域において、球面収差およびコマ収差を補正する。第2レンズ群L2のうち最も物体側に配置される正レンズは、第1レンズ群L1から出射される発散光束を強いパワーの正レンズで収斂光にして後続のレンズ側に射出するように、レンズを偏心させたときのコマ収差や像面湾曲に大きく作用する性質を有する。光学系全体の製造過程において、第2レンズ群L2を構成する複数のレンズの偏心や倒れ、各レンズ群間の偏心や倒れにより、球面収差、コマ収差、および、像面湾曲などの非対称による片ボケなどが発生する。 In the first optical system, the second lens group L2 is a group responsible for main image formation, and corrects spherical aberration and coma aberration in the entire zoom range. The positive lens arranged closest to the object side in the second lens unit L2 is converged with a divergent light beam emitted from the first lens unit L1 with a strong power and is emitted to the subsequent lens side. It has the property of greatly affecting coma aberration and field curvature when the lens is decentered. In the manufacturing process of the entire optical system, due to decentering and tilting of a plurality of lenses constituting the second lens unit L2, and decentering and tilting between the lens units, a piece caused by asymmetry such as spherical aberration, coma aberration, and field curvature Blur occurs.
第2レンズ群L2の先頭レンズは、収差に対する敏感度が大きい。このため、光学系全体の他の部位で発生する収差を製造過程で調整することにより、光学性能の劣化を補正するのに適しているため、偏心調整を行うことが可能である。例えば、第2レンズ群L2を光学系に組み込む前に工具上で調整を行うことにより、第2レンズ群L2内で発生する組み込み誤差を調整することができる。また、第2レンズ群L2の後続のレンズ群(第3レンズ群L3)を組み込んだ後に第2レンズ群L2を組み込み、第2レンズ群L2の先頭レンズを調整した場合、第2レンズ群L2と後続のレンズ群との偏心や倒れにより発生する収差を補正することが可能である。 The leading lens of the second lens unit L2 is highly sensitive to aberrations. For this reason, since it is suitable for correcting the deterioration of the optical performance by adjusting the aberration generated in other parts of the entire optical system during the manufacturing process, it is possible to adjust the eccentricity. For example, an adjustment error generated in the second lens group L2 can be adjusted by performing adjustment on the tool before the second lens group L2 is incorporated into the optical system. Further, when the second lens group L2 is incorporated after the subsequent lens group (third lens group L3) of the second lens group L2 is incorporated, and the leading lens of the second lens group L2 is adjusted, the second lens group L2 It is possible to correct aberrations caused by decentering or tilting with the subsequent lens group.
この調整は、中心部付近の結像性能、コントラストが上がるように調整する方法と、周辺部の片ボケが少なくなるように調整する方法がある。これらの調整により、光学調整を行うズームポジション(第1ズーム域)においては、第1ズーム域の製造劣化度合いに応じて光学調整を行うため、光学性能を改善することができる。 This adjustment includes a method for adjusting the imaging performance and contrast in the vicinity of the central portion, and a method for adjusting so that one side blur in the peripheral portion is reduced. With these adjustments, the optical performance can be improved at the zoom position where the optical adjustment is performed (first zoom range) because the optical adjustment is performed according to the degree of manufacturing degradation of the first zoom range.
一方、光学調整を行うズーム域(第1ズーム域)以外のズームポジション(第2ズーム域)では、誤差の原因となる偏心や倒れによる画像劣化の度合いが調整ズーム域(第1ズーム域)とは異なる。このため、光学調整後においても、誤差が残存する。例えば、望遠端において第2レンズ群L2内のレンズの偏心成分による誤差が発生する中心のコントラストを、設計値近くまで補正すると、光学調整によりワイド〜ミドル域において中心コマが残存し、片ボケや非点収差発生する場合がある。誤差の発生するズーム域(第2ズーム域)と光学調整を行うポジションのズーム域(第1ズーム域)は異なる。このため、望遠端に関して設計値近くまで補正すると、ワイド〜ミドル域で光学調整による偏心によりコマ収差が発生し、図22に示されるように周辺部のコントラストが低下する場合がある。 On the other hand, at a zoom position (second zoom range) other than the zoom range (first zoom range) for optical adjustment, the degree of image degradation due to eccentricity or tilting that causes an error is referred to as the adjustment zoom range (first zoom range). Is different. For this reason, an error remains even after optical adjustment. For example, when the center contrast at which the error due to the decentration component of the lens in the second lens unit L2 occurs at the telephoto end is corrected to near the design value, the central frame remains in the wide to middle range due to optical adjustment, Astigmatism may occur. The zoom range where the error occurs (second zoom range) is different from the zoom range where the optical adjustment is performed (first zoom range). For this reason, when the telephoto end is corrected to a value close to the design value, coma aberration occurs due to decentration due to optical adjustment in the wide to middle range, and the contrast of the peripheral portion may decrease as shown in FIG.
次に、図9および図15乃至図17を参照して、本実施形態における光学系(撮像光学系)の構成について説明する。図9は、本実施形態における別の光学系(第2の光学系)の断面図である。図9のA)、B)、C)はそれぞれ、広角端、中間位置、および、望遠端の状態を示している。また、図9の光学系(第2の光学系)の構成は、数値実施例2に示されるとおりである。図15、図16、図17はそれぞれ、広角端、中間位置、望遠端での第2の光学系の縦収差図である。 Next, the configuration of the optical system (imaging optical system) in the present embodiment will be described with reference to FIGS. 9 and 15 to 17. FIG. 9 is a cross-sectional view of another optical system (second optical system) in the present embodiment. A), B), and C) of FIG. 9 show the states at the wide-angle end, the intermediate position, and the telephoto end, respectively. The configuration of the optical system (second optical system) in FIG. 9 is as shown in Numerical Example 2. FIGS. 15, 16, and 17 are longitudinal aberration diagrams of the second optical system at the wide-angle end, the intermediate position, and the telephoto end, respectively.
第2の光学系は、4倍程度の変倍比を有し、特に広角端より望遠端に至るまで全変倍域において明るく、絞り値Fnoは小さい。第2の光学系は、物体側から像側へ順に、正の第1レンズ群L1、負の第2レンズ群L2、正の第3レンズ群L3、負の第4レンズ群L4、正の第5レンズ群L5から構成されている。広角端から望遠端へのズーミングの際に、第1レンズ群L1は、微小量だけ像側へ移動した後、物体側へ移動する。第2レンズ群L2は、像側へ移動する。第3レンズ群L3および第4レンズ群L4は、物体側へ移動する。絞りSPは、第2レンズ群L2と第3レンズ群L3との間に配置されており、絞りSPと第3レンズ群L3との空気間隔がズーミング中において減少するように移動する。第3レンズ群L3と第4レンズ群L4との空気間隔は、ズーミング中に拡大するように移動する。第5レンズ群L5は、微小量だけ非線形に移動する。 The second optical system has a zoom ratio of about 4 times, particularly bright in the entire zoom range from the wide-angle end to the telephoto end, and has a small aperture value Fno. The second optical system includes, in order from the object side to the image side, a positive first lens unit L1, a negative second lens unit L2, a positive third lens unit L3, a negative fourth lens unit L4, and a positive first lens unit L4. It consists of five lens units L5. During zooming from the wide-angle end to the telephoto end, the first lens unit L1 moves toward the image side by a minute amount and then moves toward the object side. The second lens unit L2 moves to the image side. The third lens group L3 and the fourth lens group L4 move to the object side. The stop SP is disposed between the second lens unit L2 and the third lens unit L3, and moves so that the air gap between the stop SP and the third lens unit L3 decreases during zooming. The air space between the third lens unit L3 and the fourth lens unit L4 moves so as to increase during zooming. The fifth lens unit L5 moves nonlinearly by a minute amount.
第2の光学系において、第1レンズ群L1は、負レンズおよび正レンズの2枚にて構成されている。第2レンズ群L2は、物体側が凸面の負メニスカスレンズ、両凹負レンズ、物体側が凸面の正メニスカスレンズの3枚にて構成されている。第3レンズ群L3は、両凸の正レンズ、物体側が凹面の負レンズと正レンズとの接合レンズ、物体側が凸面の負レンズと両凸正レンズとの接合レンズの5枚にて構成されている。第4レンズ群L4は、物体側が凸面の正レンズ、像側が凹面の負レンズの2枚にて構成されている。第5レンズ群L5は、物体側が凸面の正レンズの1枚にて構成されている。防振機構(不図示)は、第3レンズ群L3の全体を光軸OAと略垂直方向にシフト(変位)させて手ぶれを補正することができる。第4レンズ群L4を物体側へ繰り込むか、または、第5レンズ群L5を繰り出すことにより、フォーカシングを行うことができる。本実施形態において、第3レンズ群L3の最も物体側のレンズを光軸OAと略垂直方向に変位させることにより、製造誤差の調整(光学調整)を行う。なお第2の光学系において、フォーカシングは第4レンズ群L4または第5レンズ群L5により行われるが、第1レンズ群L1、第2レンズ群L2、または、第3レンズ群L3の一部を用いて行ってもよい。 In the second optical system, the first lens unit L1 includes two lenses, a negative lens and a positive lens. The second lens unit L2 includes three lenses: a negative meniscus lens having a convex surface on the object side, a biconcave negative lens, and a positive meniscus lens having a convex surface on the object side. The third lens unit L3 includes five lenses including a biconvex positive lens, a cemented lens of a negative lens having a concave surface on the object side and a positive lens, and a cemented lens of a negative lens having a convex surface on the object side and a biconvex positive lens. Yes. The fourth lens unit L4 includes a positive lens having a convex surface on the object side and a negative lens having a concave surface on the image side. The fifth lens unit L5 includes one positive lens having a convex surface on the object side. An image stabilization mechanism (not shown) can correct camera shake by shifting the entire third lens unit L3 in a direction substantially perpendicular to the optical axis OA. Focusing can be performed by retracting the fourth lens unit L4 toward the object side or extending the fifth lens unit L5. In the present embodiment, the manufacturing error is adjusted (optical adjustment) by displacing the lens closest to the object side of the third lens unit L3 in a direction substantially perpendicular to the optical axis OA. In the second optical system, focusing is performed by the fourth lens unit L4 or the fifth lens unit L5, but a part of the first lens unit L1, the second lens unit L2, or the third lens unit L3 is used. You may go.
ここで、第2の光学系に関し、光学調整後の画像回復フィルタの生成について説明する。第2の光学系は、正、負、正、負、正の5群から構成されている。第2の光学系では、明るいFnoでも良好に収差補正を行うため、主たる結像を担う第3レンズ群L3を構成するレンズの枚数が多い。光学系全体の製造過程において、第3レンズ群L3を構成する複数のレンズの偏心や倒れ、各レンズ群間の偏心や倒れにより、球面収差、コマ収差、および、像面湾曲などの非対称による片ボケなどが発生する。第3レンズ群L3の先頭レンズは、収差に対する敏感度が大きい。このため、光学系全体の他の部位で発生する収差を製造過程で調整することにより、光学性能の劣化を補正するのに適しており、偏心調整を行うことが可能である。例えば、第3レンズ群L3を光学系に組み込む前に、工具上で光学調整を行うことにより、第3レンズ群L3内で発生する組み込み誤差を調整することができる。また、第3レンズ群L3の後続のレンズ群(第4、第5レンズ群L4、L5)を組み込んだ後に第3群を組み込み、第3レンズ群L3の先頭レンズを調整した場合、第3レンズ群L3と後続のレンズ群との偏心や倒れにより発生する収差を補正することが可能となる。 Here, regarding the second optical system, generation of an image restoration filter after optical adjustment will be described. The second optical system is composed of five groups: positive, negative, positive, negative, and positive. In the second optical system, aberration correction is performed satisfactorily even with bright Fno, and therefore the number of lenses constituting the third lens unit L3 responsible for main image formation is large. In the manufacturing process of the entire optical system, due to the decentering and tilting of a plurality of lenses constituting the third lens unit L3 and the decentering and tilting between the lens units, a piece caused by asymmetry such as spherical aberration, coma aberration, and field curvature Blur occurs. The leading lens of the third lens unit L3 is highly sensitive to aberrations. For this reason, it is suitable for correcting the deterioration of the optical performance by adjusting the aberration generated in other parts of the entire optical system during the manufacturing process, and it is possible to adjust the eccentricity. For example, before the third lens group L3 is incorporated into the optical system, an assembling error occurring in the third lens group L3 can be adjusted by performing optical adjustment on the tool. Further, when the third lens group L3 is incorporated after the lens group subsequent to the third lens group L3 (fourth and fifth lens groups L4, L5) is incorporated, and the leading lens of the third lens group L3 is adjusted, the third lens It is possible to correct aberrations caused by decentering or tilting of the group L3 and the subsequent lens group.
この調整は、中心部付近の結像性能をコントラストが上がるように調整する方法と、周辺部の片ボケが少なくなるように調整する方法がある。これらの調整により調整するステートにおいては、そのステートの製造劣化度合いに応じて調整を行うため、光学性能を改善することができる。光学調整を行うズーム域(第1ズーム域)以外のズーム域(第2ズーム域)では、誤差の原因となる偏心や倒れによる画像劣化の度合いが調整ポジションとは異なる。このため、光学調整後においても、誤差が残存する。 This adjustment includes a method of adjusting the imaging performance in the vicinity of the center so that the contrast is increased, and a method of adjusting so that one side blur in the peripheral portion is reduced. In the state to be adjusted by these adjustments, the optical performance can be improved because the adjustment is performed according to the degree of manufacturing deterioration of the state. In a zoom range (second zoom range) other than the zoom range (first zoom range) in which optical adjustment is performed, the degree of image deterioration due to eccentricity or tilting that causes an error differs from the adjustment position. For this reason, an error remains even after optical adjustment.
図22は、第2の光学系に対する光学調整前後の光学特性の説明図であり、広角端(Wide)および望遠端(Tele)での第2の光学系に対する光学調整の前後のMTFにおけるフォーカス特性を模式的に示している。ここでは、望遠端における中心MTFの低下に関し、中心コマ収差が補正される方向に第3レンズ群L3の先頭レンズを偏心させることにより、中心MTFを補正する。このとき、広角端は第3レンズ群L3内の誤差による周辺性能の劣化特性が残存し、光学調整による変化が少なく光学調整前の特性に近い状態となっている。 FIG. 22 is an explanatory diagram of optical characteristics before and after optical adjustment with respect to the second optical system, and focus characteristics in the MTF before and after optical adjustment with respect to the second optical system at the wide-angle end (Wide) and the telephoto end (Tele). Is schematically shown. Here, regarding the decrease in the central MTF at the telephoto end, the central MTF is corrected by decentering the leading lens of the third lens unit L3 in the direction in which the central coma aberration is corrected. At this time, at the wide-angle end, the deterioration characteristics of the peripheral performance due to the error in the third lens unit L3 remain, and there is little change due to the optical adjustment, which is close to the characteristics before the optical adjustment.
図23は、第2の光学系に対する光学調整後の画像回復フィルタの生成方法の説明図であり、望遠端における調整前の特性に基づいて、広角端における調整後の特性を予測して画像回復フィルタを生成する方法を示している。第2の光学系においては、第3レンズ群L3内のレンズが製造誤差で偏心成分を含んだ状態にある。第3レンズ群L3は5枚のレンズから構成されるが、像側の接合レンズが偏心した場合、望遠端では中心コマ収差により中心MTFが低下するとともに、片ボケが発生する。一方、広角端では、中心は性能劣化が少ないものの、周辺部で倍率色収差が一方向に生じるため、片方の像高でMTFが低下する。第3レンズ群L3の先頭レンズを望遠側で調整すると、中心コマおよび片ボケともに光学性能が改善するが、広角端では光学調整前の片ボケは改善されるが、片方の像高の色収差は改善されない。この広角端での光学調整後の性能は、望遠端での光学調整前の画像や、調整レンズの調整データ(調整量)から元々の劣化原因を推定することにより予測可能である。 FIG. 23 is an explanatory diagram of a method for generating an image restoration filter after optical adjustment for the second optical system. Based on the characteristics before adjustment at the telephoto end, the characteristics after adjustment at the wide angle end are predicted to restore the image. It shows how to generate a filter. In the second optical system, the lenses in the third lens unit L3 are in a state containing a decentered component due to manufacturing errors. The third lens unit L3 includes five lenses. When the cemented lens on the image side is decentered, the center MTF is reduced due to central coma at the telephoto end, and one-sided blur occurs. On the other hand, at the wide-angle end, although there is little performance degradation at the center, lateral chromatic aberration occurs in one direction at the peripheral portion, so the MTF decreases at one image height. When the first lens of the third lens unit L3 is adjusted on the telephoto side, the optical performance is improved for both the center frame and the one-sided blur, but the one-sided blur before the optical adjustment is improved at the wide-angle end, but the chromatic aberration of one image height is Not improved. The performance after the optical adjustment at the wide angle end can be predicted by estimating the original cause of deterioration from the image before the optical adjustment at the telephoto end and the adjustment data (adjustment amount) of the adjustment lens.
この予測された画像に対する画像回復フィルタを適応することにより、広角端の画像を評価することなく適切な画像回復フィルタを選択することができる。望遠端において片ボケ状態を測定する方法として、中心から等距離にある最大像高の5割から9割近辺像高の画面周辺部のPSF形状の非対称成分を評価する方法が考えられる。また、別の方法としては、中心から等距離にある最大像高の5割から9割近辺像高の画面周辺部の色滲み(色収差)の方向および量(色滲み値)を評価することにより、片ボケの状態を測定することができる。 By applying the image restoration filter to the predicted image, an appropriate image restoration filter can be selected without evaluating the wide-angle end image. As a method of measuring the one-sided blur state at the telephoto end, a method of evaluating the asymmetric component of the PSF shape in the peripheral portion of the screen at an image height near 50% to 90% of the maximum image height equidistant from the center can be considered. Another method is to evaluate the direction and amount (color blur value) of color blur (chromatic aberration) at the periphery of the screen at an image height near 50% to 90% of the maximum image height equidistant from the center. The state of one-sided blur can be measured.
カラー撮像が可能な撮像装置では、撮像素子に被写体の光学像を結像させる撮像光学系の色収差により、画像の明るい部分の周囲に本来存在しない色が色にじみとして生じる場合がある。撮像装置による可視光カラー撮像では、撮像光学系の中心波長である緑から離れた部分で色にじみが起きやすく、青や赤または双方が混じった紫色のアーチファクトがにじみ状に生じ、色にじみやパープルフリンジなどと呼ばれる。レンズの偏心などにより製造誤差が生じた場合、画面周辺部の4方向で色滲み量(宏収差)を測定すると、偏心により発生した色収差を推測することができる。 In an imaging apparatus capable of color imaging, a color that does not originally exist around a bright portion of an image may be generated as a color blur due to chromatic aberration of an imaging optical system that forms an optical image of a subject on an imaging element. In visible light color imaging with an imaging device, color blur tends to occur in areas away from green, which is the central wavelength of the imaging optical system, and blue, red, or a purple artifact that is a mixture of both causes blur, and color blur or purple It is called fringe. When a manufacturing error occurs due to decentration of the lens or the like, chromatic aberration caused by decentration can be estimated by measuring the amount of color blur (high aberration) in the four directions on the periphery of the screen.
推測した色収差に基づいて、どのレンズがどの程度偏心(変位)したかを推定し、その要因による残存収差をズーム全域において推定することができる。例えば、第2の光学系の場合、第3レンズ群L3をユニット状態で調整を行うことが考えられるが、測定評価された片ボケ成分と設計上の各レンズの偏心による敏感度から、第3レンズ群L3内の片ボケの原因となったレンズと偏心量を推定することができる。片ボケ原因を推定する別の方法としては、組み込み時の製造誤差要素を乱数発生させて100本以上の誤差レンズの残存収差を計算し、計算上の評価値の分布から劣化原因となったレンズの特定と偏心量を推定することができる。劣化の原因となったレンズの偏心量がわかると、そのレンズを第3レンズ群L3の先頭レンズで調整した場合、各ポジションでのそれぞれのレンズの敏感度の違いから、別のポジションでの残存収差の種類および量を推定することができる。この残存収差を予め計算した複数の誤差レンズからパターン分けした複数の画像回復フィルタを用意し、製造過程においてPSF形状などの評価値から画像回復フィルタを選択してどのフィルタを適応させるか選択することができる。 Based on the estimated chromatic aberration, it can be estimated which lens is decentered (displaced), and the residual aberration due to the factor can be estimated over the entire zoom range. For example, in the case of the second optical system, it is conceivable to adjust the third lens unit L3 in a unit state. However, the third lens group L3 may be adjusted based on the one-side blur component measured and evaluated and the sensitivity due to the eccentricity of each lens in the design. It is possible to estimate the lens and the amount of decentration that caused the one-sided blur in the lens unit L3. As another method for estimating the cause of one-sided blur, a manufacturing error factor at the time of incorporation is generated at random, the residual aberration of 100 or more error lenses is calculated, and the lens that causes deterioration from the distribution of calculated evaluation values And the amount of eccentricity can be estimated. When the amount of eccentricity of the lens that caused the deterioration is known, when the lens is adjusted with the first lens in the third lens unit L3, the remaining lens at the other position remains due to the difference in sensitivity of each lens at each position. The type and amount of aberration can be estimated. A plurality of image restoration filters in which the residual aberration is patterned from a plurality of error lenses calculated in advance are prepared, and an image restoration filter is selected from an evaluation value such as a PSF shape in the manufacturing process to select which filter is to be applied. Can do.
このように本実施形態では、望遠端(第1ズーム域)で取得された画像(画像の評価データ)および光学調整データ(光学調整量)に基づいて広角端(第2ズーム域)に関する画像回復フィルタを選択する。これにより、光学調整の工数を削減し、低コストでレンズを製造することが可能となる。 As described above, in the present embodiment, the image restoration relating to the wide angle end (second zoom range) is performed based on the image (image evaluation data) and the optical adjustment data (optical adjustment amount) acquired at the telephoto end (first zoom range). Select a filter. Thereby, it is possible to reduce the man-hours for optical adjustment and manufacture the lens at low cost.
図13は、望遠端での第1の光学系の第2レンズ群内のレンズの誤差に関する横収差図である。図14は、広角端での第1の光学系の第2レンズ群内のレンズの光学調整後の横収差図である。例えば、望遠端において第2レンズ群L2内のレンズの偏心成分による誤差の発生する、中心のコントラストを設計値近くまで補正すると、光学調整によりワイド〜ミドル域で中心コマが残存し、片ボケや非点収差発生する場合がある。誤差の発生するステートを調整するズームステート箇所が異なるため、望遠端にて設計値近くまで補正すると、ワイド〜ミドル域で調整による偏心でコマ収差が発生し、図14に示されるように、周辺部のコントラストが低下する場合がある。このようなレンズに関しては、画像回復処理を行うことにより、光学調整によるコントラストの低下を補うことができる。この場合、画像回復フィルタは、光学調整後の残存収差量に応じて複数の種類を用意し、いずれの画像回復フィルタを用いるのかを選択的に適応させることが好ましい。 FIG. 13 is a lateral aberration diagram regarding the error of the lenses in the second lens group of the first optical system at the telephoto end. FIG. 14 is a lateral aberration diagram after optical adjustment of the lenses in the second lens group of the first optical system at the wide-angle end. For example, when the center contrast is corrected to near the design value at which the error due to the decentration component of the lens in the second lens unit L2 occurs at the telephoto end, the center frame remains in the wide to middle range by optical adjustment, Astigmatism may occur. Since the zoom state location for adjusting the state in which the error occurs is different, if correction is made to near the design value at the telephoto end, coma aberration occurs due to decentering in the wide to middle range, and as shown in FIG. The contrast of the part may be lowered. With respect to such a lens, a reduction in contrast due to optical adjustment can be compensated by performing an image restoration process. In this case, it is preferable to prepare a plurality of types of image restoration filters according to the residual aberration amount after optical adjustment, and selectively adapt which image restoration filter is used.
本実施形態では、複数種類の画像回復フィルタの第1の選択方法として、光学調整箇所(第1ズーム域)で取得した画像を評価し、残存する収差から光学調整箇所以外のズーム域(第2ズーム域)に関する残存収差を予測して、画像回復フィルタ選択する方法がある。第2のフィルタ選択方法として、光学調整レンズの変位量を計測し、その変位量から調整箇所以外のズーム域に残存する収差を予測して選択する方法がある。この方法により、光学調整後に瞬時に適応する画像回復フィルタを選択することができ、光学調整工数を削減して光学調整組み込みに要する製造コストを低減することが可能となる。 In the present embodiment, as a first selection method for a plurality of types of image restoration filters, an image acquired at an optical adjustment location (first zoom range) is evaluated, and a zoom range (second range) other than the optical adjustment location is determined based on the remaining aberration. There is a method of selecting an image restoration filter by predicting a residual aberration related to the zoom range. As a second filter selection method, there is a method in which the displacement amount of the optical adjustment lens is measured, and the aberration remaining in the zoom region other than the adjustment portion is predicted and selected from the displacement amount. With this method, it is possible to select an image restoration filter that instantly adapts after optical adjustment, and it is possible to reduce the number of optical adjustment steps and reduce the manufacturing cost required for optical adjustment incorporation.
図20は、第1の光学系の製造誤差調整(光学調整)の説明図であり、物体側から像側へ順に、負の第1レンズ群L1、正の第2レンズ群L2、負の第3レンズ群L3からなる第1の光学系の調整方法を示している。図20において、点線および一点鎖線は、それぞれ、製造誤差により片ボケおよび偏心コマ収差が発生する部分を示している。点線で示される部分においては、第2レンズ群L2を構成するレンズ群の組み込み時の偏心や倒れにより、片ボケおよび周辺コマ収差が発生する。一点鎖線で示される部分は、第2レンズ群L2および第3レンズ群L3の全体を示しており、第2レンズ群L2と第3レンズ群L3との間の相対的な偏心や倒れによっても片ボケは発生する。これらの片ボケ誤差を、第2レンズ群L2中の実線で示される先頭レンズを光軸OAと略垂直方向に偏心(変位)させることにより、片ボケが少ない状態に調整することができる。 FIG. 20 is an explanatory diagram of the manufacturing error adjustment (optical adjustment) of the first optical system, and in order from the object side to the image side, the negative first lens unit L1, the positive second lens unit L2, and the negative first lens unit. The adjustment method of the 1st optical system which consists of 3 lens group L3 is shown. In FIG. 20, the dotted line and the alternate long and short dash line indicate portions where one-sided blur and decentration coma are generated due to manufacturing errors, respectively. In the portion indicated by the dotted line, one-sided blur and peripheral coma aberration occur due to decentering or tilting when the lens group constituting the second lens group L2 is assembled. The portion indicated by the alternate long and short dash line indicates the entirety of the second lens unit L2 and the third lens unit L3, and it is also one piece due to relative decentration or tilting between the second lens unit L2 and the third lens unit L3. Blur occurs. These single-blurring errors can be adjusted to a state where there is little single-blurring by decentering (displacement) the leading lens indicated by the solid line in the second lens unit L2 in a direction substantially perpendicular to the optical axis OA.
次に、第2の光学系に関し、本実施形態における代表的な画像回復フィルタの生成方法について説明する。第2の光学系は、物体側から像側へ順に、正の第1レンズ群L1、負の第2レンズ群L2、正の第3レンズ群L3、負の第4レンズ群L4、正の第5レンズ群L5からなり、広角端から望遠端へのズーミング中、各群が移動し第3レンズ群L3は物体側へ移動する。第2の光学系においては、第3レンズ群L3の最も物体側の正レンズ1枚が調整レンズ(光学調整の対象となるレンズ)である。このレンズにおいては、第3レンズ群L3を工具上で調整、または、第3〜第5レンズ群L3〜L5を組み込んだ状態で調整レンズを調整する工程が考えられる。第3レンズ群L3を工具上で調整する場合、第3レンズ群L3を構成する複数レンズの偏心や倒れによる誤差に起因する片ボケを調整することができる。一方、第3〜第5レンズ群L3〜L5を組み込んだ状態で光学調整を行う場合、第3レンズ群L3内の誤差に加えて、第3〜第5レンズ群L3〜L5の相対的な偏心や倒れに起因する製造誤差による片ボケも、第3レンズ群L3の先頭レンズの偏心で調整可能である。第3レンズ群L3の先頭レンズの偏心調整(光学調整)後のコマ収差による劣化成分に関しては、画像回復フィルタを適応させて画像処理を行うことにより、性能改善された光学系を取得することができる。 Next, with respect to the second optical system, a typical method for generating an image restoration filter in this embodiment will be described. The second optical system includes, in order from the object side to the image side, a positive first lens unit L1, a negative second lens unit L2, a positive third lens unit L3, a negative fourth lens unit L4, and a positive first lens unit L4. The zoom lens includes five lens units L5. During zooming from the wide-angle end to the telephoto end, each unit moves and the third lens unit L3 moves to the object side. In the second optical system, one positive lens closest to the object side of the third lens unit L3 is an adjustment lens (a lens to be optically adjusted). In this lens, a step of adjusting the third lens group L3 on the tool or adjusting the adjustment lens in a state in which the third to fifth lens groups L3 to L5 are incorporated can be considered. When adjusting the third lens unit L3 on the tool, it is possible to adjust the one-sided blur caused by errors due to decentering or tilting of a plurality of lenses constituting the third lens unit L3. On the other hand, when the optical adjustment is performed with the third to fifth lens groups L3 to L5 incorporated, in addition to the error in the third lens group L3, the relative decentration of the third to fifth lens groups L3 to L5. One-sided blur due to a manufacturing error due to tilting can be adjusted by the eccentricity of the leading lens of the third lens unit L3. With regard to the degradation component due to coma aberration after the decentering adjustment (optical adjustment) of the leading lens of the third lens unit L3, it is possible to obtain an optical system with improved performance by performing image processing by applying an image restoration filter. it can.
図21は、第2の光学系の製造誤差調整(光学調整)の説明図であり、物体側から像側へ順に、正、負、正、負、正の5群を有する光学系における光学調整方法を示している。図21において、点線は、製造誤差により片ボケおよび偏心コマ収差が発生する部分を示している。点線で示される部分において、第3レンズ群L3を構成する各レンズの組み込み時の偏心や倒れにより片ボケおよび周辺コマ収差が発生する。これらの片ボケ誤差や偏心コマ収差による中心MTF低下を第3レンズ群L3中の実線で示される先頭レンズを光軸OAと略垂直方向に偏心(変位)させることにより、片ボケが少ない状態に調整することができる。 FIG. 21 is an explanatory diagram of manufacturing error adjustment (optical adjustment) of the second optical system. Optical adjustment in an optical system having five groups of positive, negative, positive, negative, and positive in order from the object side to the image side. Shows how. In FIG. 21, a dotted line indicates a portion where one-sided blur and decentration coma are generated due to a manufacturing error. In the portion indicated by the dotted line, one-sided blur and peripheral coma aberration occur due to decentering or tilting when the lenses constituting the third lens unit L3 are assembled. By decentering (displacement) the leading lens indicated by the solid line in the third lens unit L3 in a direction substantially perpendicular to the optical axis OA, the reduction in the central MTF due to these single-blurring errors and decentration coma is reduced. Can be adjusted.
図23は、第2の光学系に対する光学調整後の画像回復フィルタの生成方法の説明図であり、光学調整により中心部および周辺部のMTFのデフォーカス特性の変化を示している。図23のA)は、望遠端(Tele)での設計値の状態を示し、画面の中心部および周辺部ともにMTFが十分に高く、かつ中心部および周辺部の像面湾曲も+像高方向と−像高方向との間で差異が無く(小さく)、片ボケが無い状態である。前述ように、点線または一点鎖線で示される部位に製造誤差があると、図23のB)に示されるように、+像高方向と−像高方向における像面位置に差異が生じ、片ボケを発生しかつ中心MTFが低下する。製造誤差により発生した中心コマなどによるMTF低下を、実線の正レンズ1枚を光軸と略垂直方向に偏心させることにより、図23のC)に示されるように、+像高方向と−像高方向の像面位置を揃えて中心コマおよび片ボケを調整することができる。 FIG. 23 is an explanatory diagram of a method for generating an image restoration filter after optical adjustment for the second optical system, and shows a change in defocus characteristics of the MTF in the central portion and the peripheral portion due to the optical adjustment. FIG. 23A) shows the state of the design value at the telephoto end (Tele), where the MTF is sufficiently high at both the center and the periphery of the screen, and the field curvature at the center and the periphery is also in the + image height direction. There is no difference between the image height direction and the image height direction (small), and there is no one-sided blur. As described above, if there is a manufacturing error in the portion indicated by the dotted line or the alternate long and short dash line, as shown in FIG. 23B), a difference occurs in the image plane position in the + image height direction and the −image height direction. And the central MTF is lowered. By decentering one solid positive lens in a direction substantially perpendicular to the optical axis, the MTF reduction caused by the manufacturing error due to the center frame, etc., as shown in FIG. 23C), + image height direction and −image The center frame and one-sided blur can be adjusted by aligning the image plane positions in the high direction.
しかしながら、広角端(Wide)においては、製造誤差のコマ収差および色コマ収差に対する敏感度の違いから、図23のD)に示される設計値から、図23のE)に示されるように、光学調整後で色コマ収差等による片ボケが発生する。望遠端で光学調整を行うと、広角端においても片ボケ傾向は修正されるが、図23のF)に示されるように、色コマ収差およびコマ収差による周辺のMTF低下が残存する。 However, at the wide-angle end (Wide), due to the difference in sensitivity to coma and chromatic coma due to manufacturing errors, from the design value shown in FIG. 23D), as shown in FIG. After the adjustment, one-sided blur due to chromatic coma or the like occurs. When optical adjustment is performed at the telephoto end, the one-blurring tendency is corrected even at the wide-angle end, but as shown in FIG. 23F), peripheral MTF reduction due to chromatic coma and coma remains.
図23は、図22に示される一連の光学調整工程から画像回復フィルタに用いる特性を推測する過程を示している。MTFは、光学調整による片ボケ変化分とコマ収差変化分の両方を含むが、図23のB)に示される望遠端の特性から、図23のE)に示されるように、広角端の片ボケ成分、ならびに、光学調整後の片ボケおよびコマ収差の悪化分を推測することができる。図23のE)に示される特性に基づいて画像回復フィルタを作成し、光学調整後の画像に適応させることにより、光学調整による画像劣化を補正することが可能となる。光学調整方法は、第3レンズ群L3を工具上において調整する場合と、製品状態で第4、第5レンズ群L4、L5を組み込んだ後に第3レンズ群L3を組み込み、第3レンズ群L3の一部の調整を行う場合がある。前者の場合、点線の誤差の調整が可能である。後者の場合、点線および一点鎖線の両方の誤差の調整が可能である。 FIG. 23 shows a process of estimating the characteristics used for the image restoration filter from the series of optical adjustment steps shown in FIG. The MTF includes both a one-side blur change and a coma change due to optical adjustment. From the telephoto end characteristics shown in FIG. 23B), as shown in FIG. It is possible to estimate the blur component, and the one-side blur and coma aberration deterioration after optical adjustment. By creating an image restoration filter based on the characteristics shown in E) of FIG. 23 and applying it to the image after optical adjustment, it is possible to correct image degradation due to optical adjustment. In the optical adjustment method, the third lens group L3 is adjusted on the tool, and after the fourth and fifth lens groups L4 and L5 are assembled in the product state, the third lens group L3 is incorporated, and the third lens group L3 is assembled. Some adjustments may be made. In the former case, the error of the dotted line can be adjusted. In the latter case, it is possible to adjust both the dotted line and the dashed line error.
光学系(レンズ)を大量生産する場合の製造誤差は、各レンズにより異なる。このため、その誤差量により光学調整前の片ボケ量は異なり、調整レンズの調整による変位量も異なる。本実施形態では、望遠端の評価画像から推定される劣化原因から広角端ないし中間域の劣化画像を予測することにより、予測された画像回復フィルタを複数種類用意し、その変位量および変位方向に応じた画像回復フィルタを複数種類用意する。また、別の方法として、調整変位量の測定手段から、光学調整データ(変位量および変位方向)を取得するとともに、その情報から推測される劣化原因を予測した画像回復フィルタを複数用意する。本実施形態では、光学調整後の画像を全てのズームステートにおいて分析しなくても、調整時ステートにおける画像または変位量から瞬時に適切な分類フィルタを選択することができる。このため、光学調整に要する組み立て工数を削減することが可能となる。 The manufacturing error when mass-producing an optical system (lens) is different for each lens. For this reason, the one-side blur amount before optical adjustment differs depending on the error amount, and the displacement amount due to adjustment of the adjustment lens also differs. In the present embodiment, a plurality of types of predicted image restoration filters are prepared by predicting a deteriorated image at the wide-angle end or the intermediate region from the cause of deterioration estimated from the evaluation image at the telephoto end. A plurality of types of corresponding image restoration filters are prepared. As another method, optical adjustment data (displacement amount and displacement direction) is acquired from the adjustment displacement amount measuring means, and a plurality of image restoration filters that predict the cause of deterioration estimated from the information are prepared. In the present embodiment, an appropriate classification filter can be instantaneously selected from the image or the displacement amount in the adjustment state without analyzing the optically adjusted image in all zoom states. For this reason, it becomes possible to reduce the assembly man-hour required for optical adjustment.
次に、図18および図19を参照して、本実施形態における撮像装置の製造方法(レンズの光学調整を行って画像回復フィルタを決定する方法)について説明する。図18は、本実施形態における撮像装置100の製造装置の構成図である。 Next, with reference to FIG. 18 and FIG. 19, a method for manufacturing the imaging device according to the present embodiment (a method for determining an image restoration filter by performing optical adjustment of a lens) will be described. FIG. 18 is a configuration diagram of a manufacturing apparatus for the imaging apparatus 100 according to the present embodiment.
図18に示されるように、本実施形態の製造装置は、画像評価部201、光学調整部202、および、画像回復フィルタ決定部203を有する。撮像光学系101は、光学調整対象となるレンズ101cを含む。画像評価部201は、レンズ101cの光学調整前に、撮像光学系101を用いてチャートなどの所定の被写体を撮影した画像(チャート撮影画像)を評価する。光学調整部202は、所定のズーム域(第1ズーム域)に関し、レンズ101cの光学調整を行う。画像回復フィルタ決定部203は、画像評価部201と光学調整部202とから取得されるデータに基づいて、光学調整を行ったズーム域以外のズーム域(第2ズーム域)に関する誤差状態を予測し、そのズーム域に関して適切な画像回復フィルタを決定する。決定した画像回復フィルタは、撮像装置100(画像処理装置)の記憶部108に記憶される。 As illustrated in FIG. 18, the manufacturing apparatus of the present embodiment includes an image evaluation unit 201, an optical adjustment unit 202, and an image restoration filter determination unit 203. The imaging optical system 101 includes a lens 101c to be optically adjusted. The image evaluation unit 201 evaluates an image (chart photographed image) obtained by photographing a predetermined subject such as a chart using the imaging optical system 101 before optical adjustment of the lens 101c. The optical adjustment unit 202 performs optical adjustment of the lens 101c with respect to a predetermined zoom range (first zoom range). Based on the data acquired from the image evaluation unit 201 and the optical adjustment unit 202, the image restoration filter determination unit 203 predicts an error state related to a zoom range (second zoom range) other than the zoom range where the optical adjustment has been performed. Determine an appropriate image restoration filter for that zoom range. The determined image restoration filter is stored in the storage unit 108 of the imaging apparatus 100 (image processing apparatus).
なお本実施形態において、撮像光学系101が撮像素子102を有する撮像装置本体と着脱可能なレンズ装置(交換レンズ)である場合、画像処理部104および記憶部108を、レンズ装置の内部に設けてもよい。 In this embodiment, when the imaging optical system 101 is a lens device (an interchangeable lens) that can be attached to and detached from the imaging device main body having the imaging element 102, the image processing unit 104 and the storage unit 108 are provided inside the lens device. Also good.
図19は、本実施形態における撮像装置100の製造方法を示すフローチャートである。図19の各ステップは、撮像装置の製造装置の各部により実行される。 FIG. 19 is a flowchart illustrating a method for manufacturing the imaging device 100 according to the present embodiment. Each step in FIG. 19 is executed by each unit of the imaging apparatus manufacturing apparatus.
まずステップS101において、画像評価部201は、第1ズーム域(例えば、望遠端)に関する画像の評価データ(評価値)を取得する。ここで、画像評価部201による評価対象となる画像は、レンズ101cの光学調整前に、撮像光学系101を用いて取得された撮影画像である。好ましくは、撮影画像は、レンズ101cが第1ズーム域に位置する状態で取得されたチャート撮影画像である。このとき画像評価部201は、光学調整前に取得したチャート撮影画像に基づいて、第1ズーム域に関する撮影画像の評価データを取得する。好ましくは、第1ズーム域に関する評価データは、画面周辺の少なくとも4箇所以上のPSFの形状を評価して取得される。また好ましくは、第1ズーム域に関する評価データは、画面周辺の少なくとも4箇所以上の色収差(色滲み量)を評価して取得される。また好ましくは、第1ズーム域は、撮像光学系101(レンズ101c)の望遠端を含む。 First, in step S101, the image evaluation unit 201 acquires image evaluation data (evaluation value) regarding the first zoom range (for example, the telephoto end). Here, the image to be evaluated by the image evaluation unit 201 is a captured image acquired using the imaging optical system 101 before optical adjustment of the lens 101c. Preferably, the captured image is a chart captured image acquired in a state where the lens 101c is positioned in the first zoom range. At this time, the image evaluation unit 201 acquires evaluation data of the captured image related to the first zoom range based on the chart captured image acquired before the optical adjustment. Preferably, the evaluation data regarding the first zoom range is acquired by evaluating the shape of at least four PSFs around the screen. Preferably, the evaluation data relating to the first zoom range is acquired by evaluating at least four or more chromatic aberrations (color blur amounts) around the screen. Also preferably, the first zoom range includes the telephoto end of the imaging optical system 101 (lens 101c).
続いてステップS102において、光学調整部202は、第1ズーム域においてレンズ101cの光学調整を行う。光学調整部202は、光学調整後、レンズ101cの光学調整データ(光学調整量)を取得する。好ましくは、光学調整データは、第1ズーム域におけるレンズ101cの変位量を含む。より好ましくは、レンズ101cの変位量は、撮像光学系101の光軸と垂直な方向(略垂直な方向を含む)に沿った変位量である。また好ましくは、光学調整データは、第1ズーム域におけるレンズ101cの変位方向(例えば、光軸と垂直な方向)を含む。また好ましくは、光学調整データは、第1ズーム域におけるレンズ101cの倒れ量(チルト量ともいい、レンズ101cの光軸と撮像光学系101の光軸の成す角)を含む。また好ましくは、光学調整データは、第1ズーム域におけるレンズ101cの倒れ方向を含む。 Subsequently, in step S102, the optical adjustment unit 202 performs optical adjustment of the lens 101c in the first zoom range. The optical adjustment unit 202 acquires optical adjustment data (optical adjustment amount) of the lens 101c after optical adjustment. Preferably, the optical adjustment data includes a displacement amount of the lens 101c in the first zoom range. More preferably, the displacement amount of the lens 101c is a displacement amount along a direction (including a substantially perpendicular direction) perpendicular to the optical axis of the imaging optical system 101. Preferably, the optical adjustment data includes a displacement direction (for example, a direction perpendicular to the optical axis) of the lens 101c in the first zoom range. Preferably, the optical adjustment data includes a tilt amount of the lens 101c (also referred to as a tilt amount, an angle formed by the optical axis of the lens 101c and the optical axis of the imaging optical system 101) in the first zoom range. Preferably, the optical adjustment data includes a tilt direction of the lens 101c in the first zoom range.
続いてステップS103において、画像回復フィルタ決定部203は、第2ズーム域に関する画像回復フィルタを決定する。好ましくは、画像回復フィルタは、第1ズーム域に関する評価データと光学調整データとに基づいて推定された、レンズ101cの光学調整後の第2ズーム域に関する残存収差に応じて決定される。また好ましくは、第2ズーム域は、撮像光学系101(レンズ101c)の広角端を含む。 Subsequently, in step S103, the image restoration filter determination unit 203 determines an image restoration filter related to the second zoom range. Preferably, the image restoration filter is determined according to the residual aberration related to the second zoom range after the optical adjustment of the lens 101c, which is estimated based on the evaluation data and the optical adjustment data related to the first zoom range. Also preferably, the second zoom range includes the wide-angle end of the imaging optical system 101 (lens 101c).
画像回復フィルタ決定部203は、第1ズーム域に関する撮影画像の評価データと、第1ズーム域におけるレンズ101cの光学調整データとに基づいて、予め保持されている複数の画像回復フィルタから適切な画像回復フィルタを選択する。複数の画像回復フィルタは、光学調整データに応じて予め分類されている。または、画像回復フィルタ決定部203は、評価データと光学調整データとに基づいて、適切な画像回復フィルタを算出してもよい。 The image restoration filter determination unit 203 selects an appropriate image from a plurality of image restoration filters held in advance based on the evaluation data of the captured image regarding the first zoom range and the optical adjustment data of the lens 101c in the first zoom range. Select a recovery filter. The plurality of image restoration filters are classified in advance according to the optical adjustment data. Alternatively, the image restoration filter determination unit 203 may calculate an appropriate image restoration filter based on the evaluation data and the optical adjustment data.
続いてステップS104において、画像回復フィルタ決定部203は、撮像装置100の記憶部108(メモリ)に、ステップS103にて決定した画像回復フィルタを記憶させる。なお本実施形態において、記憶部108は画像処理部104の外部に設けられているが、これに限定されるものではなく、プロセッサを含む画像処理部104(画像処理装置)の内部メモリであってもよい。 Subsequently, in step S104, the image restoration filter determination unit 203 stores the image restoration filter determined in step S103 in the storage unit 108 (memory) of the imaging apparatus 100. In this embodiment, the storage unit 108 is provided outside the image processing unit 104. However, the storage unit 108 is not limited to this, and is an internal memory of the image processing unit 104 (image processing apparatus) including a processor. Also good.
このように本実施形態において、画像処理装置(撮像装置100)は、記憶手段(メモリなどの記憶部108)、および、画像回復手段(プロセッサなどの画像処理部104(画像回復/歪曲補正部104b))を有する。記憶手段は、第1ズーム域に関する撮影画像の評価データと、第1ズーム域におけるレンズの光学調整データと、に基づいて決定された、第2ズーム域に関する画像回復フィルタを記憶する。画像回復手段は、第2ズーム域で撮影された画像に対して、画像回復フィルタを用いて回復処理を行う。 As described above, in this embodiment, the image processing apparatus (imaging apparatus 100) includes a storage unit (a storage unit 108 such as a memory) and an image recovery unit (an image processing unit 104 such as a processor (an image recovery / distortion correction unit 104b). )). The storage unit stores an image restoration filter related to the second zoom range, which is determined based on the evaluation data of the captured image related to the first zoom range and the optical adjustment data of the lens in the first zoom range. The image restoration means performs a restoration process using an image restoration filter on an image shot in the second zoom range.
好ましくは、画像回復手段は、第1ズーム域で撮影された画像に対して、撮像光学系101(レンズ101c)の設計値に基づく画像回復フィルタを用いて回復処理を行う。また好ましくは、画像回復手段は、第1ズーム域で撮影された画像に対して、回復処理を行わない。また好ましくは、画像回復手段は、撮像光学系101(レンズ101c)の収差情報に基づいて、2次元分布のフィルタ値を有する画像回復フィルタを用いて画像に対してコンボリューション処理を行うことにより、回復処理を行う。 Preferably, the image restoration unit performs a restoration process on an image shot in the first zoom range using an image restoration filter based on a design value of the imaging optical system 101 (lens 101c). Preferably, the image recovery means does not perform recovery processing on an image shot in the first zoom range. Preferably, the image restoration means performs a convolution process on the image using an image restoration filter having a filter value of a two-dimensional distribution based on the aberration information of the imaging optical system 101 (lens 101c). Perform recovery processing.
本実施形態によれば、製造誤差を含む光学系において、第1ズーム域に関して光学調整前に取得した撮影画像の評価データと、第1ズーム域における光学調整データとに基づいて、第2ズーム域に関する画像回復フィルタを決定することができる。これにより、画像評価工程数を低減し(第2ズーム域に関する撮影画像の評価データを取得することなく)、低コストで良好な画像を取得可能な画像処理装置、レンズ装置、撮像装置、および、撮像装置の製造方法を提供することができる。 According to the present embodiment, in the optical system including a manufacturing error, the second zoom range based on the evaluation data of the captured image acquired before the optical adjustment with respect to the first zoom range and the optical adjustment data in the first zoom range. An image restoration filter for can be determined. Thereby, the number of image evaluation processes is reduced (without acquiring evaluation data of a captured image related to the second zoom range), and an image processing device, a lens device, an imaging device, and An imaging device manufacturing method can be provided.
また、ズームレンズを小型化または、大きさを従来と同等にしつつ大口径化を達成するには、ズームレンズを構成する各レンズ群の屈折力を強くする必要がある。その際、ズームレンズを構成する各レンズの収差敏感度が増大するため、製造誤差による片ボケを主たる結像を担う群の先頭レンズを、光軸と略垂直方向に変位させることにより、光学調整を行う。光学調整を行わないズームポジションでは画像回復を行うため、各群の屈折力が強い小型なレンズで全域にわたり良好な光学性能を確保することが可能となる。 Further, in order to reduce the size of the zoom lens or achieve a large aperture while maintaining the same size as the conventional one, it is necessary to increase the refractive power of each lens group constituting the zoom lens. At that time, the aberration sensitivity of each lens constituting the zoom lens increases, so that the optical adjustment is achieved by displacing the leading lens of the group that mainly forms one blur due to manufacturing errors in a direction substantially perpendicular to the optical axis. I do. Since image restoration is performed at a zoom position where optical adjustment is not performed, it is possible to ensure good optical performance over the entire area with a small lens having a strong refractive power in each group.
[数値実施例1]
単位 mm
面データ
面番号 r d nd vd
1 105.495 0.50 1.91082 35.3
2 13.534 2.54
3* -32.614 0.40 1.81000 41.0
4* 382.536 0.29
5 15.186 1.68 2.00272 19.3
6 31.579 (可変)
7* 7.246 2.09 1.58313 59.5
8* -897.226 0.20
9 9.992 2.19 1.77250 49.6
10 -17.051 0.40 1.90366 31.3
11 7.319 0.89
12 -58.768 1.64 1.55332 71.7
13* -11.359 (可変)
14(絞り) ∞ (可変)
15 -20.186 1.47 2.00330 28.3
16 -9.642 0.75
17* -6.874 0.30 1.81000 41.0
18 -24.709 (可変)
像面 ∞
非球面データ
第3面
K = 0.00000e+000 A 4= 1.60013e-004 A 6=-4.54658e-007
第4面
K = 0.00000e+000 A 4= 2.22568e-004
第7面
K = 0.00000e+000 A 4= 1.61956e-005 A 6= 2.10100e-006
第8面
K = 5.16750e+004 A 4= 3.66194e-004 A 6=-5.87897e-007
第13面
K = 1.88643e+000 A 4= 4.34848e-004 A 6= 3.12838e-005
第17面
K = 3.17908e-001 A 4= 2.96339e-004 A 6= 5.98863e-006
A 8= 2.33686e-007
各種データ
ズーム比 2.85
広角 中間 望遠
焦点距離 10.56 20.45 30.13
Fナンバー 2.88 4.22 5.55
画角 32.47 21.36 14.87
像高 6.72 8.00 8.00
レンズ全長 42.93 37.35 39.50
BF 7.71 13.89 20.24
d 6 16.05 4.37 0.43
d13 0.50 0.50 0.50
d14 3.34 3.25 2.99
d18 7.71 13.89 20.24
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 -20.45
2 7 12.09
3 14 ∞
4 15 -38.46
[数値実施例2]
単位 mm
面データ
面番号 r d nd vd
1 29.194 1.00 1.85478 24.8
2 22.456 4.62 1.69680 55.5
3 159.397 (可変)
4 47.728 0.80 1.88300 40.8
5 8.276 5.22
6 -26.153 0.80 1.60311 60.6
7 21.283 0.30
8 17.287 1.87 1.95906 17.5
9 65.570 (可変)
10(絞り) ∞ (可変)
11* 14.356 3.08 1.76802 49.2
12* -34.617 0.80
13 -20.971 0.70 1.64769 33.8
14 -97.299 1.64 1.88300 40.8
15 -19.654 1.11
16 27.687 0.70 1.92286 18.9
17 8.581 4.21 1.49700 81.5
18 -15.335 (可変)
19 10.726 1.20 2.00272 19.3
20 18.520 0.39
21 174.532 0.60 1.77250 49.6
22 6.659 (可変)
23* 19.229 1.77 1.85135 40.1
24 -313.167 (可変)
25 ∞ 0.60 1.51633 64.1
26 ∞ (可変)
像面 ∞
非球面データ
第11面
K =-4.84236e-001 A 4=-4.94791e-005 A 6= 3.16581e-008
第12面
K = 2.13838e+000 A 4= 1.06182e-004
第23面
K = 0.00000e+000 A 4= 5.74439e-005 A 6= 1.58141e-006
各種データ
ズーム比 3.43
広角 中間 望遠
焦点距離 6.15 16.85 21.08
Fナンバー 1.85 2.06 2.06
画角 37.08 15.42 12.43
像高 4.65 4.65 4.65
レンズ全長 60.92 61.89 63.48
BF 3.96 3.96 3.96
d 3 0.35 12.07 14.35
d 9 16.98 4.93 2.05
d10 3.83 0.72 1.50
d18 0.50 3.49 4.10
d22 4.49 5.90 6.69
d24 1.82 1.82 1.82
d26 1.74 1.74 1.74
ズームレンズ群データ
群 始面 焦点距離
1 1 54.59
2 4 -9.91
3 10 ∞
4 11 11.60
5 19 -16.87
6 23 21.33
7 25 ∞
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ず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
[Numerical Example 1]
Unit mm
Surface data surface number rd nd vd
1 105.495 0.50 1.91082 35.3
2 13.534 2.54
3 * -32.614 0.40 1.81000 41.0
4 * 382.536 0.29
5 15.186 1.68 2.00272 19.3
6 31.579 (variable)
7 * 7.246 2.09 1.58313 59.5
8 * -897.226 0.20
9 9.992 2.19 1.77250 49.6
10 -17.051 0.40 1.90366 31.3
11 7.319 0.89
12 -58.768 1.64 1.55332 71.7
13 * -11.359 (variable)
14 (Aperture) ∞ (Variable)
15 -20.186 1.47 2.00330 28.3
16 -9.642 0.75
17 * -6.874 0.30 1.81000 41.0
18 -24.709 (variable)
Image plane ∞
Aspheric data 3rd surface
K = 0.00000e + 000 A 4 = 1.60013e-004 A 6 = -4.54658e-007
4th page
K = 0.00000e + 000 A 4 = 2.22568e-004
7th page
K = 0.00000e + 000 A 4 = 1.61956e-005 A 6 = 2.10 100e-006
8th page
K = 5.16750e + 004 A 4 = 3.66194e-004 A 6 = -5.87897e-007
Side 13
K = 1.88643e + 000 A 4 = 4.34848e-004 A 6 = 3.12838e-005
17th page
K = 3.17908e-001 A 4 = 2.96339e-004 A 6 = 5.98863e-006
A 8 = 2.33686e-007
Various data Zoom ratio 2.85
Wide angle Medium Telephoto focal length 10.56 20.45 30.13
F number 2.88 4.22 5.55
Angle of view 32.47 21.36 14.87
Image height 6.72 8.00 8.00
Total lens length 42.93 37.35 39.50
BF 7.71 13.89 20.24
d 6 16.05 4.37 0.43
d13 0.50 0.50 0.50
d14 3.34 3.25 2.99
d18 7.71 13.89 20.24
Zoom lens group data group Start surface Focal length
1 1 -20.45
2 7 12.09
3 14 ∞
4 15 -38.46
[Numerical Example 2]
Unit mm
Surface data surface number rd nd vd
1 29.194 1.00 1.85478 24.8
2 22.456 4.62 1.69680 55.5
3 159.397 (variable)
4 47.728 0.80 1.88300 40.8
5 8.276 5.22
6 -26.153 0.80 1.60311 60.6
7 21.283 0.30
8 17.287 1.87 1.95906 17.5
9 65.570 (variable)
10 (Aperture) ∞ (Variable)
11 * 14.356 3.08 1.76802 49.2
12 * -34.617 0.80
13 -20.971 0.70 1.64769 33.8
14 -97.299 1.64 1.88300 40.8
15 -19.654 1.11
16 27.687 0.70 1.92286 18.9
17 8.581 4.21 1.49700 81.5
18 -15.335 (variable)
19 10.726 1.20 2.00272 19.3
20 18.520 0.39
21 174.532 0.60 1.77250 49.6
22 6.659 (variable)
23 * 19.229 1.77 1.85 135 40.1
24 -313.167 (variable)
25 ∞ 0.60 1.51633 64.1
26 ∞ (variable)
Image plane ∞
Aspheric data 11th surface
K = -4.84236e-001 A 4 = -4.94791e-005 A 6 = 3.16581e-008
12th page
K = 2.13838e + 000 A 4 = 1.06182e-004
23rd page
K = 0.00000e + 000 A 4 = 5.74439e-005 A 6 = 1.58141e-006
Various data Zoom ratio 3.43
Wide angle Medium telephoto focal length 6.15 16.85 21.08
F number 1.85 2.06 2.06
Angle of view 37.08 15.42 12.43
Image height 4.65 4.65 4.65
Total lens length 60.92 61.89 63.48
BF 3.96 3.96 3.96
d 3 0.35 12.07 14.35
d 9 16.98 4.93 2.05
d10 3.83 0.72 1.50
d18 0.50 3.49 4.10
d22 4.49 5.90 6.69
d24 1.82 1.82 1.82
d26 1.74 1.74 1.74
Zoom lens group data group Start surface Focal length
1 1 54.59
2 4 -9.91
3 10 ∞
4 11 11.60
5 19 -16.87
6 23 21.33
7 25 ∞
As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these embodiment, A various deformation | transformation and change are possible within the range of the summary.
104 画像処理部(画像処理装置)
104b 画像回復/歪曲補正部
108 記憶部(記憶手段)
104 Image processing unit (image processing apparatus)
104b Image recovery / distortion correction unit 108 Storage unit (storage unit)
Claims (17)
前記第2ズーム域で撮影された画像に対して、前記画像回復フィルタを用いて回復処理を行う画像回復手段と、を有することを特徴とする画像処理装置。 Storage means for storing an image restoration filter for the second zoom range determined based on the evaluation data of the captured image for the first zoom range and the optical adjustment data of the lens in the first zoom range;
An image processing apparatus comprising: an image recovery unit that performs a recovery process on the image captured in the second zoom range using the image recovery filter.
第1ズーム域に関する撮影画像の評価データと、該第1ズーム域における前記レンズの光学調整データと、に基づいて決定された、第2ズーム域に関する画像回復フィルタを記憶する記憶手段と、
前記第2ズーム域で撮影された画像に対して、前記画像回復フィルタを用いて回復処理を行う画像回復手段と、を有することを特徴とするレンズ装置。 A lens that forms an optical image;
Storage means for storing an image restoration filter related to the second zoom range, which is determined based on evaluation data of the captured image related to the first zoom range and optical adjustment data of the lens in the first zoom range;
The lens apparatus further comprising: an image restoration unit that performs a restoration process using the image restoration filter on an image shot in the second zoom range.
第1ズーム域に関する撮影画像の評価データと、該第1ズーム域における前記レンズの光学調整データと、に基づいて決定された、第2ズーム域に関する画像回復フィルタを記憶する記憶手段と、
前記第2ズーム域で撮影された画像に対して、前記画像回復フィルタを用いて回復処理を行う画像回復手段と、を有することを特徴とする撮像装置。 An image sensor that photoelectrically converts an optical image formed through a lens and outputs image data;
Storage means for storing an image restoration filter related to the second zoom range, which is determined based on evaluation data of the captured image related to the first zoom range and optical adjustment data of the lens in the first zoom range;
An image restoration device comprising: an image restoration unit that performs a restoration process using the image restoration filter on an image shot in the second zoom range.
前記第1ズーム域においてレンズの光学調整を行うステップと、
前記評価データと前記レンズの光学調整データに基づいて第2ズーム域に関する画像回復フィルタを決定するステップと、を有することを特徴とする撮像装置の製造方法。 Obtaining evaluation data of a photographed image relating to the first zoom range;
Performing optical adjustment of the lens in the first zoom range;
And a step of determining an image restoration filter relating to a second zoom range based on the evaluation data and the optical adjustment data of the lens.
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