JPH04289816A - Image pick-up device - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】0001
【産業上の利用分野】本発明は、テレビジョンカメラ，
電子スチルカメラ，電子内視鏡等に用いられる撮像光学
系に関するものである。[Industrial Application Field] The present invention relates to a television camera,
It relates to imaging optical systems used in electronic still cameras, electronic endoscopes, etc.
【０００２】0002
【従来技術】テレビジョンカメラ，電子スチルカメラ，
電子内視鏡などのように、固体撮像素子や撮像管を用い
てカラー画像を得るようにした光学装置においては、固
体撮像素子の画素配列や固体撮像素子，撮像管の前に設
けられた色符号化フィルタのピッチにより定まるサンプ
リング周波数と、これらの受光面上に形成される物体像
の空間周波数成分との干渉により、モアレ，エリアジン
グ等と呼ばれる偽信号が発生し、画質劣化の大きな要因
となっている。斯かる偽信号を除去するため、従来から
撮像素子の受光面上に物体像を形成する撮像光学系中に
、水晶等の複屈折板から成る光学的ローパスフィルター
を設けることが行なわれている（例えば特公昭５１−１
４０３３号公報参照）。[Prior art] Television cameras, electronic still cameras,
In optical devices such as electronic endoscopes that use a solid-state image sensor or image sensor tube to obtain color images, the pixel array of the solid-state image sensor, the color image sensor installed in front of the solid-state image sensor, or the image sensor tube Interference between the sampling frequency determined by the pitch of the encoding filter and the spatial frequency components of the object image formed on the light-receiving surface generates false signals called moiré and aliasing, which are a major cause of image quality deterioration. It has become. In order to remove such false signals, an optical low-pass filter made of a birefringent plate such as quartz has traditionally been installed in an imaging optical system that forms an object image on the light-receiving surface of an image sensor ( For example, Tokko 51-1
(See Publication No. 4033).
【０００３】ところが、従来の光学的ローパスフィルタ
は特定の空間周波数に大きなスペクトル成分を持つ物体
を撮像する場合には物体の結像条件が変化する偽信号の
除去が不十分になるかあるいは全く出来なくなり、著し
い画質の劣化を生ずるという問題があった。このような
現象は、ファイバースコープの接眼部にテレビジョンカ
メラを取付けて撮像を行なう場合などに顕著に生ずるの
で、この例について詳しく説明する。However, when conventional optical low-pass filters are used to image an object that has a large spectral component at a specific spatial frequency, the removal of false signals caused by changes in the imaging conditions of the object is insufficient or is not possible at all. There was a problem in that the image quality was significantly deteriorated. Such a phenomenon occurs conspicuously when a television camera is attached to the eyepiece of a fiberscope and images are taken, so this example will be explained in detail.
【０００４】図２４はファイバースコープの接眼部にテ
レビジョンカラメを取付けた状態を模式的に描いたもの
で、イメージガイドファイバー束１と接眼レンズ２とを
内蔵したファイバースコープ３の接眼部に、撮影レンズ
４，複屈折板から成る光学的ローパスフィルター５，Ｃ
ＣＤ撮像素子６を内蔵したテレビジョンカメラ７が取付
けられており、イメージガイドファイバー束１の射出端
面に形成された物体像を接眼レンズ２，撮影レンズ４に
より光学的ローパスフィルター５を介してＣＣＤ撮像素
子６の受光面上に再結像させることにより、撮像を行な
うようになっている。周知のように、イメージガイドフ
ァイバー束は多数の光学ファイバーをいわゆる六方稠密
に束ねたもので、その射出端面を拡大すると、図２５に
示すように規則的に配列された各ファイバーのコアー部
８のみが明るく光るようなものである。したがって、射
出端面に形成された像はこのコアー部８の光班配列が物
体の明るさ分布で変調されたものと考えることができ、
この物体像の空間周波数スペクトルはコアー部の配列に
よって定まる基本周波数に大きなスペクトル成分を有す
るものである。この基本周波数とＣＣＤ撮像素子６のサ
ンプリング周波数との干渉により偽信号が発生するが、
一つのテレビジョンカメラに種々のファイバースコープ
を取付けて撮像を行なうと偽信号の除去が不十分になる
。FIG. 24 schematically shows a state in which a television camera is attached to the eyepiece of a fiberscope. , a photographing lens 4, and an optical low-pass filter 5, C consisting of a birefringent plate.
A television camera 7 with a built-in CD image sensor 6 is attached, and an object image formed on the exit end face of the image guide fiber bundle 1 is captured by an eyepiece 2 and a photographic lens 4 via an optical low-pass filter 5 to capture a CCD image. Imaging is performed by re-imaging on the light-receiving surface of the element 6. As is well known, an image guide fiber bundle is a hexagonal dense bundle of a large number of optical fibers, and if you zoom in on its exit end face, you will see only the regularly arranged core portions 8 of each fiber, as shown in FIG. It's like it's shining brightly. Therefore, the image formed on the exit end surface can be considered to be the light spot arrangement of this core portion 8 modulated by the brightness distribution of the object.
The spatial frequency spectrum of this object image has a large spectral component at the fundamental frequency determined by the arrangement of the core portion. A false signal is generated due to interference between this fundamental frequency and the sampling frequency of the CCD image sensor 6.
If various fiberscopes are attached to one television camera and images are taken, false signals will not be removed sufficiently.
【０００５】図２６はこれを説明するためのもので、フ
ァイバースコープの接眼部にテレビジョンカメラを取り
付けた際に形成される撮像光学系の構成を示す図である
。図中１はファイバースコープのイメージガイドファイ
バー束、２は接眼レンズ、１４，１４’ は接眼レンズ
の射出瞳、４はテレビカメラの撮影レンズ、６は撮像素
子で、イメージガイド１の射出端面に現われる物体像を
接眼レンズ２と撮影レンズ４とからなる撮像光学系によ
り撮像素子６上に結像させるようになっている。ファイ
バースコープにおいては、イメージガイドファイバー束
１の各ファイバーからの射出光のＮＡ（開口数）は一定
であるので、接眼レンズ４と射出瞳１４，１４’ の大
きさにより撮像光学系のＦナンバーが決定される。FIG. 26 is a diagram for explaining this and shows the configuration of an imaging optical system formed when a television camera is attached to the eyepiece of a fiberscope. In the figure, 1 is the image guide fiber bundle of the fiberscope, 2 is the eyepiece, 14 and 14' are the exit pupils of the eyepiece, 4 is the photographing lens of the television camera, and 6 is the image sensor, which appears on the exit end surface of the image guide 1. An object image is formed on an image sensor 6 by an imaging optical system consisting of an eyepiece lens 2 and a photographic lens 4. In a fiberscope, the NA (numerical aperture) of the light emitted from each fiber of the image guide fiber bundle 1 is constant, so the F number of the imaging optical system depends on the size of the eyepiece 4 and the exit pupils 14, 14'. It is determined.
【０００６】又ファイバースコープは、用途に応じて太
いものから細いものまで種々雑多であり、各ファイバー
スコープ毎に使用されるイメージガイドファイバー束の
太さもまちまちである。しかし接眼レンズを覗いた時に
見える視野の大きさは、大体同じである方が見易いため
に、細いイメージガイドファイバー束のファイバースコ
ープの接眼レンズは高倍率、太いイメージガイドファイ
バー束のファイバースコープの接眼レンズは低倍率であ
って、接眼レンズの倍率もまちまちである。この時見え
る像の明るさを揃えるためには、各ファイバーから射出
する光のＮＡが一定であることから図４（Ａ） に示す
ように接眼レンズの倍率が低い（焦点距離が長い）場合
は瞳１４を大きくし、又図４（Ｂ） に示すように接眼
レンズの倍率が高い場合には瞳１４’ を小さくするこ
とになる。そのため撮影レンズ４の側から見ると、接眼
レンズの倍率が低い場合はＦナンバーが小さく、高い場
合にはＦナンバーが大きいことになる。[0006]Fiberscopes come in a variety of sizes, from thick ones to thin ones, depending on the purpose of use, and the thickness of the image guide fiber bundle used for each fiber scope also varies. However, it is easier to see if the field of view seen when looking through the eyepiece is roughly the same, so the eyepiece of a fiberscope with a thin image guide fiber bundle has high magnification, and the eyepiece of a fiberscope with a thick image guide fiber bundle has a high magnification. has a low magnification, and the magnification of the eyepiece lens also varies. In order to equalize the brightness of the image seen at this time, since the NA of the light emitted from each fiber is constant, if the magnification of the eyepiece is low (long focal length) as shown in Figure 4 (A), The pupil 14 is made large, and when the magnification of the eyepiece is high as shown in FIG. 4(B), the pupil 14' is made small. Therefore, when viewed from the side of the photographic lens 4, when the magnification of the eyepiece is low, the F-number is small, and when it is high, the F-number is large.
【０００７】今、仮りにイメージガイドを構成する各フ
ァイバーの太さが同じで、その配列ピッチがＰ，接眼レ
ンズ２が低倍率の場合の接眼レンズ２と撮影レンズ４と
の合成の倍率がβＬ 、高い倍率の場合の接眼レンズ２
と撮影レンズ４との合成の倍率がβＨ であるとすると
、接眼レンズが低倍率の場合は、イメージガイドファイ
バー束の各ファイバーによる網目状のパターンが撮像素
子の受光面上に周波数１／（Ｐ・βＬ）で細かく投影さ
れ、高倍率の場合には１／（Ｐ・βＨ）で粗く投影され
る。したがって低倍率の接眼レンズを備えた内視鏡によ
り撮像する場合、つまりＦナンバーが小さい場合には、
物体像の基本周波数は高くなり、高倍率の接眼レンズを
備えた内視鏡により撮像する場合、つまりＦナンバーが
大きい場合は物体像の基本周波数が低くなる。Now, suppose that each fiber constituting the image guide has the same thickness, the arrangement pitch is P, and the combined magnification of the eyepiece 2 and photographing lens 4 is βL when the eyepiece 2 has a low magnification. , eyepiece 2 for high magnification
Assuming that the combined magnification of the and the photographing lens 4 is βH, when the eyepiece lens has a low magnification, the mesh pattern of each fiber of the image guide fiber bundle will appear on the light receiving surface of the image sensor at a frequency of 1/(P・βL) is projected finely, and in the case of high magnification, it is projected coarsely by 1/(P・βH). Therefore, when imaging with an endoscope equipped with a low-magnification eyepiece, that is, when the F number is small,
The fundamental frequency of the object image becomes high, and when the image is captured by an endoscope equipped with a high-magnification eyepiece, that is, when the F number is large, the fundamental frequency of the object image becomes low.
【０００８】このような撮像レンズで繰返しピッチＰを
持つイメージガイドファイバー束のコアー部８により形
成される明暗のパターン１３を撮像すると、その像は受
光面上においては、図２６の（Ａ）に示す繰返しピッチ
の最も小さいＰ・βＬ から図２６の（Ｂ）に示す繰返
しピッチの最も大きいＰ・βＨ までの間の任意の大き
さになる。それにより前述の基本周波数も１／（Ｐ・β
Ｌ）から１／（Ｐ・βＨ）の間で変化する。When the bright and dark pattern 13 formed by the core portion 8 of the image guide fiber bundle having a repetition pitch P is imaged with such an imaging lens, the image on the light receiving surface is as shown in FIG. 26(A). It has an arbitrary size between P·βL, which is the smallest repeating pitch shown in FIG. 26, and P·βH, which is the largest repeating pitch shown in FIG. 26(B). As a result, the fundamental frequency mentioned above is also 1/(P・β
L) to 1/(P·βH).
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】光学的ローパスフィル
ターは特定の空間周波数より高周波側において物体の解
像度を低下させることにより、物体像の空間周波数成分
と撮像素子のサンプリング周波数との干渉を防ぐもので
あるが、ＭＴＦを縦軸、空間周波数を横軸にとって光学
的ローパスフィルターの周波数特性を示すとき、図６の
実線で示すようにＦナンバーが小さい時に基本周波数１
／（Ｐ・βＬ）でＭＴＦが零になるように光学的ローパ
スフィルターを構成すると、Ｆナンバーが小さい時には
充分な偽信号除去効果があるが、Ｆナンバーが大きい時
の基本周波数１／（Ｐ・βＭ）に対してはＭＴＦが大き
な値を有するため解像度が充分低下せず、偽信号を除去
することができない。一方、高倍時に偽信号が除去され
るように周波数１／（Ｐ・βＨ）でＭＴＦが零になるよ
うに構成すると、低倍時には１／（Ｐ・βＬ）以下の周
波数ではＭＴＦが大きな値を有する方が望ましいにも拘
らず、１／（Ｐ・βＨ）の周波数でＭＴＦが零になって
しまうため、必要以上に解像度が低下し過ぎ、画質を損
ねてしまうことになる。[Problem to be Solved by the Invention] An optical low-pass filter prevents interference between the spatial frequency components of an object image and the sampling frequency of an image sensor by reducing the resolution of the object at frequencies higher than a specific spatial frequency. However, when the frequency characteristics of an optical low-pass filter are shown with MTF on the vertical axis and spatial frequency on the horizontal axis, as shown by the solid line in Figure 6, when the F number is small, the fundamental frequency is 1.
If an optical low-pass filter is configured so that the MTF becomes zero at /(P・βL), it will have a sufficient false signal removal effect when the F number is small, but when the F number is large, the fundamental frequency 1/(P・βL) Since the MTF has a large value for βM), the resolution is not sufficiently reduced and false signals cannot be removed. On the other hand, if the MTF is configured to be zero at a frequency of 1/(P・βH) so that false signals are removed when the multiplier is high, then when the multiplier is low, the MTF will have a large value at frequencies below 1/(P・βL). Although it is desirable to have this, the MTF becomes zero at a frequency of 1/(P·βH), so the resolution is lowered more than necessary and the image quality is impaired.
【００１０】このように、ズームレンズと像面との間に
光学的ローパスフィルターを配置した撮像光学系では、
特に特定の空間周波数に大きなスペクトル成分を有する
物体の撮像を行なう場合に、偽信号の除去に関して種々
の問題を有している。[0010] In this way, in an imaging optical system in which an optical low-pass filter is arranged between the zoom lens and the image plane,
In particular, when imaging an object having a large spectral component at a specific spatial frequency, there are various problems regarding the removal of false signals.
【００１１】ところで、光学的ローパスフィルターとし
ては水晶等の複屈折板を適宜組み合わせたフィルタが用
いられることが多い。しかし、水晶板は単体としてはい
わゆる櫛型フィルタの空間周波数特性を持っている。こ
のため、カットオフ周波数以外の周波数においては高域
側、低域側のいずれにおいても空間周波数レスポンスが
高く、特に物体が特定の空間周波数に大きなスペクトル
成分を持つ場合の偽信号除去には不十分である。また、
水晶は高価であることも実用上は問題である。[0011] Incidentally, as an optical low-pass filter, a filter in which birefringent plates such as quartz crystal are appropriately combined is often used. However, as a single crystal plate, it has the spatial frequency characteristics of a so-called comb filter. Therefore, at frequencies other than the cutoff frequency, the spatial frequency response is high on both the high and low sides, which is insufficient for removing false signals, especially when objects have large spectral components at specific spatial frequencies. It is. Also,
The fact that crystal is expensive is also a practical problem.
【００１２】複屈折板を用いない光学的ローパスフィル
ターの例として特開平１−１５１８８０号公報に記載さ
れたものがある。このローパスフィルターによる方法は
、回転対称でかつ画面に一様なボケを与えるために球面
収差やデフォーカスを用いるものである。An example of an optical low-pass filter that does not use a birefringent plate is described in Japanese Patent Laid-Open No. 1-151880. This method using a low-pass filter uses spherical aberration and defocus to give a rotationally symmetric and uniform blur to the screen.
【００１３】しかし、この方法では空間周波数平面上に
おけるカットオフ周波数の位置が原点に対して回転対称
分布になっているため、例えば固体撮像素子の水平方向
と垂直方向とで解像力が違う場合でも、解像力の低い方
にカットオフ周波数を合わせるために必要以上に解像力
を低下させ好ましくない。However, in this method, the position of the cutoff frequency on the spatial frequency plane has a rotationally symmetrical distribution with respect to the origin, so even if, for example, the resolving power of the solid-state image sensor is different in the horizontal and vertical directions, In order to match the cutoff frequency to the one with lower resolution, the resolution is lowered more than necessary, which is undesirable.
【００１４】本発明は、これらの諸問題に鑑みなされた
もので種々の状況において常に良好な偽信号除去効果の
得られる撮像光学系を提供することを目的とするもので
ある。The present invention was conceived in view of these problems, and it is an object of the present invention to provide an imaging optical system that can always achieve a good false signal removal effect in various situations.
【００１５】[0015]
【課題を解決するための手段】本発明の撮像装置は、離
散的なサンプリング構造を持つ撮像素子と、物体面を所
定の結像面に形成するための撮像光学系を有しており、
この撮像光学系にはそのＦナンバーを決めるための開口
絞りが設けられ、その開口の近傍に配置されていて結像
面に均一な方向性のある高次の収差を与えることによっ
て光学系の周波数レスポンスを低下させて撮像素子と物
体像との干渉を除去するための光学手段を配置したこと
を特徴としている。[Means for Solving the Problems] An imaging device of the present invention includes an imaging element having a discrete sampling structure and an imaging optical system for forming an object plane on a predetermined imaging plane.
This imaging optical system is equipped with an aperture diaphragm to determine its F-number, and the aperture diaphragm is placed near the aperture to apply a uniform directional high-order aberration to the imaging plane, thereby increasing the frequency of the optical system. It is characterized by the arrangement of optical means for reducing the response and eliminating interference between the image sensor and the object image.
【００１６】更に本発明の撮像装置は、上記の光学手段
が、開口の範囲内において基準面に対して少なくとも１
周期以上の波状の形をしているものである。Further, in the imaging device of the present invention, the above-mentioned optical means has at least one angle with respect to the reference plane within the range of the aperture.
It has a wave-like shape that is longer than the period.
【００１７】次に本発明の内容を詳細に説明する。Next, the content of the present invention will be explained in detail.
【００１８】すでに述べたように、ファイバースコープ
の接眼部に取り付けられ、その射出瞳を明るさ絞りとし
てイメージガイドファイバー束の射出端面の像を撮像す
る光学系においては、イメージガイドのファイバーの配
列の周波数（すなわち、物体の空間周波数）と明るさ絞
りの径との間に図５のような関係がある。図は縦軸に絞
り径、横軸に空間周波数をとっており、図中のＡは図４
（Ａ）の場合、Ｂは図４（Ｂ）の場合にそれぞれ対応し
ている。As already mentioned, in an optical system that is attached to the eyepiece of a fiberscope and uses its exit pupil as an aperture diaphragm to capture an image of the exit end face of an image guide fiber bundle, the fiber arrangement of the image guide is There is a relationship as shown in FIG. 5 between the frequency of the object (that is, the spatial frequency of the object) and the diameter of the aperture stop. The figure shows the aperture diameter on the vertical axis and the spatial frequency on the horizontal axis.
In the case of (A), B corresponds to the case of FIG. 4(B), respectively.
【００１９】この様な撮像光学系においては、絞り開孔
の大きさの変化に伴って光学系の空間周波数レスポンス
のカットオフ周波数が図６の周波数ＡとＢの間で徐々に
変化していくようにすれば、常に良好な偽信号除去効果
が得られることになる。In such an imaging optical system, the cutoff frequency of the spatial frequency response of the optical system gradually changes between frequencies A and B in FIG. 6 as the size of the diaphragm aperture changes. By doing so, a good false signal removal effect can always be obtained.
【００２０】図７は本発明の概念図であって、４は撮影
レンズ、６は固体撮像素子、Ｆは光学的ローパスフィル
ターである。このフィルターＦは固体撮像素子６の水平
走査方向γに沿って光軸を中心に左右対称な波形に形成
された面を有している。そして、この波形面の形状を適
当に定めることにより、水平方向γにのみ所望の収差を
発生させる。その結果、水平方向とそれに直交する方向
の空間周波数レスポンスを互いに異ならせ、方向性を持
つ空間周波数特性を得るようにしている。FIG. 7 is a conceptual diagram of the present invention, in which 4 is a photographing lens, 6 is a solid-state image sensor, and F is an optical low-pass filter. This filter F has a surface formed in a waveform that is symmetrical about the optical axis along the horizontal scanning direction γ of the solid-state image sensor 6. By appropriately determining the shape of this waveform surface, a desired aberration is generated only in the horizontal direction γ. As a result, the spatial frequency responses in the horizontal direction and the direction perpendicular thereto are made to differ from each other, thereby obtaining spatial frequency characteristics with directionality.
【００２１】そこで、次に水平方向において発生させる
収差の性質について説明する。Next, the properties of aberrations generated in the horizontal direction will be explained.
【００２２】図８は水平方向の断面内において撮影レン
ズの像面上での水平断面内の光束による点像の結像の様
子を示す図である。ここでは縦軸を開口の大きさ、横軸
を光軸に垂直に測った距離として、結像状態を横収差で
示してある。また、ΔＡは開口の大きさの変化する範囲
を示している。開口を小さくするとＭＴＦが下がり、一
方開口を大きくするとＭＴＦが上がるようにするために
は、開口が変化する範囲ΔＡでの横収差によるγ方向の
スポットの大きさφＡ が開口変化する範囲での最小の
開口で決定される横収差量φｍｉｎ より小さくなる必
要がある。つまり次の関係が成立つように横収差による
γ方向のスポットの大きさを操作する必要がある。
φｍｉｎ ＞φＡ （１）そ
うすると、点像の拡がりは図９（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）
のようになる。これらの図は縦軸を点像の強度（最大値
１に規格化してある）、横軸を光軸に垂直な方向の距離
として結像スポットの形状を示したもので、（Ａ）は開
口が変化する範囲で最小時の状態を、（Ｂ）は開口が変
化する範囲で最大時の状態を、（Ｃ）はその途中の開口
状態を夫々示している。FIG. 8 is a diagram showing how a point image is formed by a light beam within a horizontal cross section on the image plane of the photographing lens within a horizontal cross section. Here, the vertical axis is the aperture size, the horizontal axis is the distance measured perpendicular to the optical axis, and the imaging state is shown in terms of lateral aberration. Further, ΔA indicates a range in which the size of the aperture changes. In order for the MTF to decrease when the aperture is made small, and to increase the MTF when the aperture is made large, the spot size φA in the γ direction due to the lateral aberration in the range of aperture change ΔA must be the minimum value in the aperture change range ΔA. The amount of lateral aberration φmin determined by the aperture of In other words, it is necessary to manipulate the size of the spot in the γ direction due to the lateral aberration so that the following relationship holds. φmin > φA (1) Then, the spread of the point image is as shown in Fig. 9 (A), (B), (C)
become that way. These figures show the shape of the imaged spot, with the vertical axis representing the point image intensity (normalized to a maximum value of 1) and the horizontal axis representing the distance perpendicular to the optical axis. (B) shows the minimum state within the range in which the opening changes, (B) shows the maximum state in the range in which the aperture changes, and (C) shows the opening state in the middle.
【００２３】第８図から明らかなように、この撮像レン
ズ系では、最小開口値までは横収差が一定であるからス
ポットの拡がりも（Ａ）に示すように横収差φｍｉｎ
の幅をもった矩形となる。開口の大きさが最小値より大
きくなると横収差φＡ に対応する光束が増加するため
スポットは（Ｂ）に示すように幅φＡ の成分８が中心
に突出した形状になり、それに応じてスポットの平均的
な大きさもφｍｉｎ よりも小さくなって行く。更に開
口の大きさが最大になると横収差φＡ に対応する光束
が最も多くなるので、スポットの形状は（Ｃ）に示すよ
うに幅φＡ の凸出部分が高くなり、スポットの平均的
な大きさも更に小さくなってφＡ に近い値をとるよう
になる。As is clear from FIG. 8, in this imaging lens system, the lateral aberration is constant up to the minimum aperture value, so the spread of the spot is also reduced by the lateral aberration φmin as shown in (A).
It becomes a rectangle with a width of . When the aperture size becomes larger than the minimum value, the light flux corresponding to the transverse aberration φA increases, so the spot becomes shaped with component 8 of the width φA protruding from the center as shown in (B), and the average of the spot changes accordingly. The size of φmin also becomes smaller than φmin. Furthermore, when the aperture size is maximized, the light beam corresponding to the transverse aberration φA becomes the largest, so the shape of the spot is such that the convex part with the width φA becomes high, as shown in (C), and the average size of the spot also increases. It becomes even smaller and takes a value close to φA.
【００２４】現実には、横収差がある開口の大きさの範
囲内で完全に一定値をもつことはなかなか実現し難いと
考えられるので、スポットの結像状態も第９図に示すよ
うな段のついた形ではなく連続的に外径が変化して行く
ものになるが概念的には以上のような考察で充分その特
性を表現することができるのである。In reality, it is difficult to realize that the transverse aberration has a completely constant value within the range of the aperture size, so the spot imaging state is also changed to the stage shown in FIG. Although the outer diameter changes continuously rather than the shape with a mark, conceptually, the above considerations are sufficient to express its characteristics.
【００２５】次に以上のような結像特性を空間周波数の
角度から検討するがここでは、この様子をジェー、グッ
ドマン「イントロダクション トゥ フーリエ
オプティクス」（Ｊ．Ｇｏｏｄｍａｎ ”Ｉｎｔｒｏｄ
ｕｃｔｉｏｎ ｔｏ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｏｐｔｉｃｓ”
）で定義されている特殊関数を用いて表現する。Next, we will examine the above-mentioned imaging characteristics from the angle of spatial frequency.
Optics” (J. Goodman “Introd.
“Fourier Optics”
) is expressed using the special function defined in .
【００２６】図９は、１次元的にみると高さ１、幅φｍ
ｉｎ のｒｅｃｔ関数であり、特殊関数表現では次の式
（２）のように表現できる。
ｒｅｃｔ （ｒ／φｍｉｎ） （２
）ここで、ｒｅｃｔ関数は
ｒｅｃｔ（ｘ）＝１ ｜ｘ｜≦１／２０ ｜ｘ｜＞
１／２
である。When viewed one-dimensionally, FIG. 9 has a height of 1 and a width of φm.
It is a rect function of in, and can be expressed as the following equation (2) in special function expression. rect (r/φmin) (2
) Here, the rect function is rect(x)=1 |x|≦1/20 |x|>
It is 1/2.
【００２７】この式（２）のフーリエ変換は、光学系の
水平方向γ方向のＭＴＦで次の式（３）のように表わさ
れる。
φｍｉｎ ｓｉｎｃ（φｍｉｎ ρ）ここで
ｓｉｎｃ（ｘ）＝ｓｉｎ（ｘ／２）／（ｘ／２）であり
、またρは撮像素子の水平走査方向の周波数空間座標の
原点からの距離である。この式から、１時のカットオフ
周波数ρｍｉｎ は次のようになる。
ρｍｉｎ ＝１／φｍｉｎ
次に、図９（Ｃ）の場合について考察する。図９（Ｃ）
は図１０（Ａ），（Ｂ）に示した２つの関数の重ね合わ
せと考えることができるので、両者の１次結合として表
現できる。計算の都合上１０（Ａ）の関数の高さを１と
すると、図９（Ｃ）は次式で与えられる。
ｆ（ｒ）＝ｒｅｃｔ（ｒ／φｍｉｎ ）＋ａ・ｒｅｃ
ｔ（ｒ／φＡ ） （４）
ここで、ａは図９（Ｃ）における幅φｍｉｎ の部分
と幅φＡ の部分との高さの比に応じて定まる係数で
ある。この式のフーリエ変換Ｆ（ρ）は
Ｆ（ρ）＝φｍｉｎ・ｓｉｎｃ（φｍｉｎ・ρ）＋ａ・
φＡ・ｓｉｎｃ（φＡρ） （５）
となる。この式を最大値１に規格化したものが図９（Ｃ
）の状態における撮像光学形の空間周波数レスポンス（
ＭＴＦ）を与えることになる。The Fourier transform of this equation (2) is expressed as the following equation (3) using the MTF in the horizontal direction γ direction of the optical system. φmin sinc (φmin ρ) where sinc(x)=sin(x/2)/(x/2), and ρ is the distance from the origin of the frequency space coordinate in the horizontal scanning direction of the image sensor. From this equation, the cutoff frequency ρmin at 1 o'clock is as follows. ρmin =1/φmin Next, the case of FIG. 9(C) will be considered. Figure 9(C)
can be considered as a superposition of the two functions shown in FIGS. 10(A) and 10(B), and therefore can be expressed as a linear combination of both. If the height of the function 10(A) is set to 1 for convenience of calculation, then FIG. 9(C) is given by the following equation. f(r)=rect(r/φmin)+a・rec
t(r/φA) (4) Here, a is a coefficient determined according to the height ratio of the width φmin portion and the width φA portion in FIG. 9(C). The Fourier transform F(ρ) of this equation is F(ρ)=φmin・sinc(φmin・ρ)+a・
φA・sinc(φAρ) (5) Figure 9 (C
) Spatial frequency response of the imaging optical form (
MTF).
【００２８】ここで、Ｆ（ρ）の右辺の各項の係数は図
１０（Ａ），（Ｂ）の面積比を表しているので、その比
をＡとするとＡは次式で与えられる。
Ａ＝ａ・φＡ ／φｍｉｎ
（６）ここで、ａの値を決めるのは光学系の開
口絞りの水平方向の長さである。図１１に示すように開
口絞りの開口の大きさの最小値を１、最大値をＲとする
と、Ａ＝（φＡ ／φｍｉｎ ）（Ｒ−１）
（７）である。これを用いると、
（１／φｍｉｎ ）Ｆ（ρ）＝ｓｉｎｃ（φｍｉｎ・
ρ）＋Ａｓｉｎｃ（φＡρ） （８）
となる。したがって、撮像光学系のＭＴＦは第２項の係
数Ａは開口の大きさと共に変化する。すなわち、Ｒ＝１
つまり開口の大きさが最小値のときは（１／φｍｉｎ）
Ｆ（ρ） は第１項のみになり撮像レンズ系のＭＴＦ
はρ＝１／φｍｉｎをカットオフ周波数とするなだらか
なカーブを描く。しかし開口の大きさが大きくなるにつ
れて、式（８）の第２項が加わるためにＭＴＦは周波数
ρ＝１／φｍｉｎ では零でなくなり、第２項の値す
なわち
（φＡ／φｍｉｎ）（ Ｒ−１）ｓｉｎｃ（φＡ
ρ）なる値を持つことになる。この値は、Ｒの増大とと
もに大きくなるから、開口が大きくなるにつれて、ρ＝
１／φｍｉｎ はカットオフ周波数ではなくなる。Here, since the coefficient of each term on the right side of F(ρ) represents the area ratio of FIGS. 10(A) and 10(B), if that ratio is A, A is given by the following equation. A=a・φA/φmin
(6) Here, the value of a is determined by the horizontal length of the aperture stop of the optical system. As shown in Fig. 11, if the minimum value of the aperture size of the aperture stop is 1 and the maximum value is R, then A = (φA /φmin) (R-1)
(7). Using this, (1/φmin)F(ρ)=sinc(φmin・
ρ)+Asinc(φAρ) (8) Therefore, in the MTF of the imaging optical system, the second term, coefficient A, changes with the size of the aperture. That is, R=1
In other words, when the aperture size is the minimum value, (1/φmin)
F(ρ) is only the first term and is the MTF of the imaging lens system.
draws a gentle curve with a cutoff frequency of ρ=1/φmin. However, as the aperture size increases, the second term of equation (8) is added, so the MTF is no longer zero at the frequency ρ = 1/φmin, and the value of the second term, that is, (φA/φmin) ( R-1 ) sinc (φA
ρ). This value increases as R increases, so as the aperture increases, ρ=
1/φmin is no longer the cutoff frequency.
【００２９】一方、ｓｉｎｅ関数は、最初の零点より高
周波側ではその値が急速に小さくなるから、Ｒの値が大
きくなるとρ＝１／φＡ が実質的な意味でのカット
オフ周波数になってくる。On the other hand, the value of the sine function rapidly decreases at frequencies higher than the first zero point, so as the value of R increases, ρ=1/φA becomes the cutoff frequency in a practical sense. .
【００３０】以上のように式（８）で与えられるＭＴＦ
特性は、絞り開口の大きさが最小値から最大値へと移行
するにつれて当初カットオフ周波数であったρ＝１／φ
ｍｉｎ におけるＭＴＦの値が徐々に大きくなる一方
、それよりも高周波側のρ＝１／φＡ が新たなカッ
トオフ周波数として徐々に明確になってくるような性質
を持っており、開口の大きさの大小に応じてカットオフ
周波数が高低に変化するという当初の目的に適ったもの
であることが理解される。As shown above, the MTF given by equation (8)
The characteristic is that as the size of the aperture aperture moves from the minimum value to the maximum value, the initial cutoff frequency ρ = 1/φ
While the value of MTF at min gradually increases, the value of ρ = 1/φA on the higher frequency side gradually becomes clear as the new cutoff frequency. It is understood that the original purpose of changing the cutoff frequency from high to low depending on the size is met.
【００３１】次に上記のようなＭＴＦ特性をもった撮像
レンズ系を得るための具体的な手段について説明する。Next, specific means for obtaining an imaging lens system having the above-mentioned MTF characteristics will be explained.
【００３２】本発明においては、撮像レンズ系に特別な
球面収差を発生させることにより上記の特性を実現した
。In the present invention, the above characteristics are achieved by generating special spherical aberration in the imaging lens system.
【００３３】第１２図（Ａ），（Ｂ）は、このような球
面収差を横収差表示で示した図である。いずれも開口の
小さい部分で球面収差が大きなふくらみを有し、開口の
大きい部分では、球面収差のふくらみが小さくなってい
て、ほぼ第１２図に示したものと同様の特性になってい
ることがわかる。FIGS. 12A and 12B are diagrams showing such spherical aberration in terms of lateral aberration. In both cases, the spherical aberration has a large bulge in the small aperture part, and the spherical aberration bulge becomes small in the large aperture part, and the characteristics are almost the same as those shown in Figure 12. Recognize.
【００３４】ここで第１２図（Ａ），（Ｂ）の二つの場
合を比較してみると、この図の（Ａ）に示すタイプのも
のは、ほぼガウス像面での所望のＭＴＦが得られるのに
対して、（Ｂ）に示すタイプのものは、ガウス像面から
一定距離デフォーカスすることによって所望のＭＴＦが
得られるという違いがある。Comparing the two cases shown in FIG. 12 (A) and (B), the type shown in FIG. On the other hand, the type shown in (B) differs in that the desired MTF can be obtained by defocusing a certain distance from the Gaussian image plane.
【００３５】このようなＭＴＦとデフォーカス量との関
係を示したのが第１３図である。この図で縦軸はＭＴＦ
値、横軸はデフォーカス量（ベスト像面からのずれ量）
を表わしている。第１２図（Ａ），（Ｂ）のいずれのタ
イプも、夫々のベスト像面において所望のＭＴＦ値をも
つが、（Ｂ）のタイプのものは、光線の像面への入射位
置が光軸に対して一方の側に片寄っているため、ベスト
像面から離れると急激にＭＴＦ値が小さくなってしまう
特性がある。したがって、デフォーカスに対して撮像レ
ンズ系のＭＴＦ特性が不安定である。これに対して第１
２図（Ａ）のタイプのものは、比較的安定した特性を持
っており、しかもデフォーカスにした場合でもＭＴＦが
低下する方向に変化するためモアレを除去する効果が減
少することがないという特徴がある。また、この形状の
球面収差は、非球面を用いることで容易に実現できる。FIG. 13 shows the relationship between such MTF and the amount of defocus. In this figure, the vertical axis is MTF
value, the horizontal axis is the amount of defocus (amount of deviation from the best image plane)
It represents. Both types (A) and (B) in Figure 12 have the desired MTF value at their respective best image planes, but in the type (B), the incident position of the light ray on the image plane is on the optical axis. Since it is biased to one side, the MTF value has a characteristic that the MTF value decreases rapidly when moving away from the best image plane. Therefore, the MTF characteristics of the imaging lens system are unstable with respect to defocus. In contrast, the first
The type shown in Figure 2 (A) has relatively stable characteristics, and even when defocused, the MTF changes in the direction of decreasing, so the moiré removal effect does not decrease. There is. Moreover, this shape of spherical aberration can be easily realized by using an aspheric surface.
【００３６】以上の考察では、撮像レンズ系については
、格別の限定を設けていないが、このレンズ系がズーム
レンズ等の変倍レンズ系である場合には、変倍機能を持
つレンズ群よりも入射側にフィルターＦを設けることが
望ましい。In the above discussion, no particular limitations are placed on the imaging lens system, but if this lens system is a variable magnification lens system such as a zoom lens, it will be better than a lens group with a variable magnification function. It is desirable to provide a filter F on the incident side.
【００３７】第１４図は、変倍レンズ系の一例として最
も物体側に入射瞳を有するフロント絞りタイプのレンズ
系を示してある。この図において１４は開口絞り、Ｆは
本発明に係る光学的ローパスフィルター、９は固定レン
ズ群、１７は水晶板からなる光学的ローパスフィルター
、１０はバリエーターレンズ群、１２はコンペンセータ
ーレンズ群である。FIG. 14 shows a front aperture type lens system having an entrance pupil closest to the object side as an example of a variable power lens system. In this figure, 14 is an aperture stop, F is an optical low-pass filter according to the present invention, 9 is a fixed lens group, 17 is an optical low-pass filter made of a crystal plate, 10 is a variator lens group, and 12 is a compensator lens group. .
【００３８】この例では、本発明の方式に加えて水晶板
も備えているため、両者の特性を加え合わせたモアレ除
去効果がある。この例のようにＭＴＦを制御する手段を
組合わせる場合には、両者の関係が第１６図に示すよう
になることが望ましい。この図で実線ａは、水晶フィル
ター、鎖線ｃは前述の特殊な収差による、破線ｂは両方
合わせた時の夫々ＭＴＦを表わす。図示するように水晶
の特徴は、デフォーカスに対して影響が全くない。又低
周波でのＭＴＦの少ないことも特徴である。しかしＭＴ
Ｆが高周波で再度高くなりモアレの除去が不充分である
。これに対して前述の特殊な収差のカットオフ周波数は
、高周波でのＭＴＦは充分小さく押えられるが図１３の
ようにデフォーカスによって特に高周波のＭＴＦの値が
変動する。そのために水晶等の複屈折板と組合わせて用
いることによって両者の欠点を補うことが出来る。In this example, since a quartz plate is also provided in addition to the method of the present invention, there is a moire removal effect that combines the characteristics of both. When the means for controlling the MTF are combined as in this example, it is desirable that the relationship between the two be as shown in FIG. In this figure, the solid line a represents the crystal filter, the chain line c represents the MTF due to the above-mentioned special aberration, and the broken line b represents the MTF when both are combined. As shown, the crystal features have no effect on defocus. Another feature is that the MTF is small at low frequencies. But MT
F becomes high again at high frequencies, and moire removal is insufficient. On the other hand, as for the cutoff frequency of the above-mentioned special aberration, the MTF at high frequencies can be kept sufficiently small, but as shown in FIG. 13, the value of the MTF especially at high frequencies changes due to defocus. Therefore, by using it in combination with a birefringent plate such as quartz, it is possible to compensate for the drawbacks of both.
【００３９】この場合、次に示す条件を満足するように
組合わせて、所望のＭＴＦを得るようにすればデフォー
カスに強く、低周波での劣化が少なくかつ高周波でのＭ
ＴＦが充分押えられた、モアレ除去に適したＭＴＦが得
られる。νｃ ＜νｍただしνｃ ，νｍ は夫々水晶
および本発明のフィルタ−のカットオフ周波数である。In this case, if the following conditions are satisfied and the desired MTF is obtained, it will be strong against defocus, have little deterioration at low frequencies, and have high MTF at high frequencies.
An MTF suitable for moiré removal with sufficiently suppressed TF can be obtained. νc <νm where νc and νm are the cutoff frequencies of the crystal and the filter of the present invention, respectively.
【００４０】以上は、イメージガイドを撮影する等の特
殊な場合について述べたが、一般の電子カメラ等におい
ては、開口でＭＴＦが変化しないように（９）式におい
てφＡ ＝φｍｉｎ とすればよい。[0040] The above describes a special case such as photographing an image guide, but in a general electronic camera, etc., it is sufficient to set φA = φmin in equation (9) so that the MTF does not change due to the aperture.
【００４１】[0041]
【実施例】次に本発明の撮像装置の実施例を示す。図１
は本発明の実施例の断面図で（Ａ），（Ｂ）は夫々ワイ
ド端およびテレ端での状態を示している。[Embodiment] Next, an embodiment of the imaging apparatus of the present invention will be described. Figure 1
1 is a sectional view of an embodiment of the present invention, and (A) and (B) show the state at the wide end and telephoto end, respectively.
【００４２】この実施例のデーターは下記の通りである
。
ｒ１ ＝∞（絞り） ｄ１ ＝０．３０
００ｒ２ ＝∞ ｄ２
＝１．００００ ｎ１ ＝１．５１６３３
ν１ ＝６４．１５ ｒ３ ＝∞
ｄ３ ＝２．５０００ｒ４ ＝∞
ｄ４ ＝１．００００
ｎ２ ＝１．５１６３３ ν２ ＝６
４．１５ ｒ５ ＝∞
ｄ５ ＝４．５０００ｒ６ ＝∞（非球面）
ｄ６ ＝１．００００ ｎ３ ＝１．５１６
３３ ν３ ＝６４．１５ ｒ７ ＝∞
ｄ７ ＝Ｄ１（可変）ｒ８
＝９．０３１０ ｄ８ ＝３
．０７００ ｎ４ ＝１．５１６３３
ν４ ＝６４．１５ ｒ９ ＝２５．３３５０
ｄ９ ＝Ｄ２（可変）ｒ１０＝∞
ｄ１０＝２．７０００
ｎ５ ＝１．５４８６９ ν５ ＝４５．
５５ ｒ１１＝∞ ｄ
１１＝２．３３００ ｎ６ ＝１．５４８６９
ν６ ＝４５．５５ ｒ１２＝∞
ｄ１２＝２．４３００ ｎ
７ ＝１．５４８６９ ν７ ＝４５．５５
ｒ１３＝∞ ｄ１３＝
１．２０００ｒ１４＝−８．６１９０
ｄ１４＝０．８０００ ｎ８ ＝１．８８
３００ ν８ ＝４０．７８ ｒ１５＝１６．
９８４０ ｄ１５＝Ｄ３（可変）
ｒ１６＝∞ ｄ１６＝
３．００００ ｎ９ ＝１．６９６８０
ν９ ＝５５．５２ ｒ１７＝−１０．１０１０
ｄ１７＝０．２０００ｒ１８＝３０．
５０００ ｄ１８＝２．５０００
ｎ１０＝１．５１６３３ ν１０＝６
４．１５ ｒ１９＝−２６７．８８６０
ｄ１９＝０．２０００ｒ２０＝９．８３５０
ｄ２０＝４．００００ ｎ１
１＝１．６９６８０ ν１１＝５５．５２ ｒ
２１＝∞ ｄ２１＝０
．９７００ ｎ１２＝１．８４６６６
ν１２＝２３．７８ ｒ２２＝１７．４０１０
ｄ２２＝３．５０００ｒ２３＝∞
ｄ２３＝２．４３００
ｎ１３＝１．５４８６９ ν１３＝４５．
５５ ｒ２４＝∞ ｄ
２４＝２．３０００ ｎ１４＝１．５４８６９
ν１４＝４５．５５ ｒ２５＝∞
ｄ２５＝２．２３００ｒ２６＝∞
ｄ２６＝０．７９０
０ ｎ１５＝１．５１６３３ ν１５＝
６４．１５ ｒ２７＝∞
ｄ２７＝１．２０００ｒ２８＝∞
非球面係数
Ｐ＝１，Ｂ＝０，Ｅ＝−０．２４２５０×１０−２，Ｆ
＝０．２８９４９ ×１０−２，Ｇ＝−０．１３８０１
×１０−２，Ｈ＝０．３３６５９ ×１０−３，Ｉ＝−
０．４４４３６×１０−４，Ｊ＝０．３０１８８ ×１
０−５，Ｋ＝−０．８２６１２×１０−７
この実施例では、図１に符号Ｆで示すものが本
発明における特殊収差を発生させるフィルターで、その
物体側の面が非球面である。The data for this example are as follows. r1 = ∞ (aperture) d1 = 0.30
00r2 =∞ d2
=1.0000 n1 =1.51633
ν1 =64.15 r3 =∞
d3 =2.5000r4 =∞
d4 =1.0000
n2 =1.51633 ν2 =6
4.15 r5 = ∞
d5 =4.5000r6 =∞ (aspherical surface)
d6 =1.0000 n3 =1.516
33 ν3 = 64.15 r7 = ∞
d7 = D1 (variable) r8
=9.0310 d8 =3
．． 0700 n4 =1.51633
ν4 =64.15 r9 =25.3350
d9 = D2 (variable) r10 = ∞
d10=2.7000
n5 =1.54869 ν5 =45.
55 r11=∞ d
11=2.3300 n6=1.54869
ν6 =45.55 r12=∞
d12=2.4300n
7 = 1.54869 ν7 = 45.55
r13=∞ d13=
1.2000r14=-8.6190
d14=0.8000 n8=1.88
300 ν8 =40.78 r15=16.
9840 d15=D3 (variable)
r16=∞ d16=
3.0000 n9 = 1.69680
ν9 =55.52 r17=-10.1010
d17=0.2000r18=30.
5000 d18=2.5000
n10=1.51633 ν10=6
4.15 r19=-267.8860
d19=0.2000r20=9.8350
d20=4.0000 n1
1=1.69680 ν11=55.52 r
21=∞ d21=0
．． 9700 n12=1.84666
ν12=23.78 r22=17.4010
d22=3.5000r23=∞
d23=2.4300
n13=1.54869 ν13=45.
55 r24=∞ d
24=2.3000 n14=1.54869
ν14=45.55 r25=∞
d25=2.2300r26=∞
d26=0.790
0 n15=1.51633 ν15=
64.15 r27=∞
d27=1.2000r28=∞ Aspheric coefficient P=1, B=0, E=-0.24250×10-2, F
=0.28949 ×10-2, G=-0.13801
×10-2, H=0.33659 ×10-3, I=-
0.44436×10-4, J=0.30188×1
0-5, K=-0.82612×10-7 In this embodiment, the filter shown by the symbol F in FIG. 1 is a filter that generates special aberration in the present invention, and its object-side surface is an aspherical surface.
【００４３】この非球面の形状を表わす式は、下記の通
りである。The formula representing the shape of this aspherical surface is as follows.
【００４４】上記式でｘ，ｙは光軸をｘ軸にとり像の方
向を正方向とし、面と光軸との交点を原点としてｘ軸に
直交する方向をｙ軸にとった時の座標値、Ｃは光軸近傍
でこの非球面と接する円の曲率半径の逆数、Ｐは非球面
の形状をあらわすパラメーター、Ｂ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，…は
夫々２次，４次，６次，８次，…の非球面係数である。
尚Ｐ＝１でＢ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，…がすべて０である時は上
記の式は球面を表わす。In the above formula, x and y are the coordinate values when the optical axis is taken as the x-axis, the direction of the image is the positive direction, and the intersection of the surface and the optical axis is taken as the origin, and the direction orthogonal to the x-axis is taken as the y-axis. , C is the reciprocal of the radius of curvature of a circle that touches this aspherical surface near the optical axis, P is a parameter representing the shape of the aspherical surface, and B, E, F, G, ... are 2nd, 4th, 6th, 8th, respectively. Next is the aspheric coefficient of... Note that when P=1 and B, E, F, G, . . . are all 0, the above equation represents a spherical surface.
【００４５】この実施例では、特定方向にのみ上記式を
適用するいわゆるシリンドリカルレンズに類似の形状を
している。This embodiment has a shape similar to a so-called cylindrical lens to which the above formula is applied only in a specific direction.
【００４６】図２は、それぞれワイド端およびテレ端で
の固体撮像素子の水平方向に沿った断面の軸上収差曲線
〔（Ａ）はワイド端縦収差、（Ｂ）はワイド端横収差、
（Ｃ）はテレ端縦収差、（Ｄ）はテレ端横収差〕である
が、ワイド端においては
φｍｉｎ ＝０．０２５，φＡ ＝０．０２テレ端にお
いては
φｍｉｎ ＝０．０５，φＡ ＝０．０３である。FIG. 2 shows the axial aberration curves of the cross section along the horizontal direction of the solid-state image sensor at the wide end and telephoto end, respectively [(A) is the longitudinal aberration at the wide end, (B) is the lateral aberration at the wide end,
(C) is the longitudinal aberration at the telephoto end, and (D) is the lateral aberration at the telephoto end. At the wide end, φmin = 0.025, φA = 0.02, and at the telephoto end, φmin = 0.05, φA = 0. It is .03.
【００４７】図３は、図２と同じ状態でのＣＣＤ水平方
向に対して垂直な方向の軸上収差である。FIG. 3 shows the axial aberration in the direction perpendicular to the horizontal direction of the CCD in the same state as FIG. 2.
【００４８】フィルターの形状は図１７の通りである。
この図は固体撮像素子の水平方向の断面において基準面
を平面としたときの非球面量（基準面からのズレ量）を
表している。なお、垂直方向の断面は平面である。The shape of the filter is shown in FIG. This figure shows the amount of asphericity (the amount of deviation from the reference plane) when the reference plane is a plane in the horizontal cross section of the solid-state image sensor. Note that the vertical cross section is a plane.
【００４９】図１８はワイド端におけるこの実施例のＭ
ＴＦ曲線、図１９はテレ端におけるＭＴＦ曲線である。
なお、これらの図で横軸は固体撮像素子面上での空間周
波数である。図から明らかなように、垂直方向では絞り
径を小さくするとＭＴＦが向上する（通常の場合はこう
なる）が、水平方向では絞り開口を小さくすると共にＭ
ＴＦが低下しており、本発明の目的を達成していること
が分かる。FIG. 18 shows the M of this embodiment at the wide end.
TF curve: FIG. 19 is an MTF curve at the telephoto end. Note that in these figures, the horizontal axis represents the spatial frequency on the solid-state image sensor surface. As is clear from the figure, in the vertical direction, the MTF improves when the aperture diameter is made smaller (this is what normally happens), but in the horizontal direction, when the aperture diameter is made smaller, the MTF increases.
It can be seen that the TF has decreased, and the object of the present invention has been achieved.
【００５０】この実施例では、バリエーターの前に１枚
の水晶フィルターを配置している。水晶フィルターによ
る点の分離方向はＣＣＤの水平走査方向と一致させ、フ
ィルターの厚さを２．５８７ｍｍとすると、水晶フィル
ターによる点の分離に対する後群の倍率がワイド端で×
０．７６１３、テレ端で×１．１３０９であるため、回
折によるＭＴＦの低下も含めてＭＴＦ曲線はワイド端で
図２０（Ａ）、テレ端で図２０（Ｂ）の実線のようにな
る。これに開口が最大のときの球面収差によるＭＴＦ曲
線を掛けたものが、図２０（Ａ），（Ｂ）の１点鎖線の
カーブである。この図からわかるように複屈折板による
ＭＴＦとＣＣＤ水平方向のみ発生する収差によるＭＴＦ
の長所が出ている。カットオフ周波数が確実に決められ
、複屈折板の欠点である高周波でのＭＴＦの持ち上がり
が低く押えられている。In this embodiment, one crystal filter is placed in front of the variator. If the direction of separation of points by the crystal filter is the same as the horizontal scanning direction of the CCD, and the thickness of the filter is 2.587 mm, then the magnification of the rear group with respect to the separation of points by the crystal filter is × at the wide end.
0.7613 and ×1.1309 at the telephoto end, the MTF curve, including the decrease in MTF due to diffraction, becomes as shown by the solid line in FIG. 20(A) at the wide end and in FIG. 20(B) at the telephoto end. Multiplying this by the MTF curve due to spherical aberration when the aperture is at its maximum is the curve indicated by the dashed dotted line in FIGS. 20(A) and 20(B). As can be seen from this figure, the MTF due to the birefringent plate and the MTF due to the aberration that occurs only in the horizontal direction of the CCD.
The advantages are apparent. The cutoff frequency is reliably determined, and the increase in MTF at high frequencies, which is a drawback of birefringent plates, is suppressed to a low level.
【００５１】この実施例では、バリエーターよりも前に
水晶フィルターをおいてあるが、ＣＣＤの直前に水晶等
のローパスフィルターを配置してもよい。In this embodiment, a crystal filter is placed before the variator, but a low-pass filter such as a crystal may be placed just before the CCD.
【００５２】各実施例においては光学的ローパスフィル
ターをレンズとは別に設ける構成としているが、レンズ
系を構成する複数のレンズのいずれかを水晶等の複屈折
物質で作り、そのレンズに光学的ローパスフィルターの
機能を負担させても良い。この場合は該レンズとバリエ
ータレンズとの配置関係を各実施例における光学的ロー
パスフィルターとバリエータレンズの配置関係と同様に
設定すれば、所期の目的を達成することができる。In each embodiment, the optical low-pass filter is provided separately from the lens, but one of the plurality of lenses constituting the lens system is made of a birefringent material such as crystal, and the optical low-pass filter is provided in the lens. It is also possible to burden the function of the filter. In this case, the intended purpose can be achieved by setting the arrangement relationship between the lens and the variator lens in the same manner as the arrangement relationship between the optical low-pass filter and the variator lens in each embodiment.
【００５３】非球面を設ける面は、図１におけるカバー
ガラスＣに設けても、又パワーのある面に設けてもよい
。また数面用いてもよい。The aspherical surface may be provided on the cover glass C in FIG. 1, or may be provided on a surface with power. Alternatively, several surfaces may be used.
【００５４】上記の特殊フィルターは、図２１（Ａ），
（Ｂ）のようにｘ方向から見た形状（Ａ）とｘ方向と垂
直な方向から見た形状（Ｂ）のようにフィルターの両面
にその波形状の進行方向を別にしたものを形成したもの
にしてもよい。又図２２に示すように一つの面に一方向
以上の波を組合わせた形状のものでも良い。The above special filter is shown in FIG. 21(A),
As shown in (B), the shape seen from the x-direction (A) and the shape seen from the direction perpendicular to the x-direction (B) are formed on both sides of the filter with waveforms with different traveling directions. You can also do this. Alternatively, as shown in FIG. 22, it may have a shape in which waves in one or more directions are combined on one surface.
【００５５】また高次の収差を発生する手段は、非球面
のみでなく不均質レンズを用いたものでもよい。その場
合図２３のような一方向のみ屈折率分布を変化したもの
等が考えられる。Furthermore, the means for generating high-order aberrations may be one using not only an aspherical surface but also an inhomogeneous lens. In that case, a structure in which the refractive index distribution is changed only in one direction as shown in FIG. 23 can be considered.
【００５６】[0056]
【発明の効果】本発明の撮像装置によれば、特殊フィル
ターを用いることにより、異なる倍率の接眼レンズを有
する内視鏡に対しても偽信号の除去が有効に行ない得る
。According to the imaging apparatus of the present invention, by using a special filter, false signals can be effectively removed even from endoscopes having eyepieces with different magnifications.
【図１】 本発明装置で用いる光学系の一実施例を示
す断面図。FIG. 1 is a sectional view showing one embodiment of an optical system used in the device of the present invention.
【図２】 上記実施例の収差曲線図。FIG. 2 is an aberration curve diagram of the above example.
【図３】 上記実施例の垂直方向の収差曲線図。FIG. 3 is a vertical aberration curve diagram of the above example.
【図４】 従来撮像光学系の構成を示す図。FIG. 4 is a diagram showing the configuration of a conventional imaging optical system.
【図５】 内視鏡における空間周波数と絞りの関係を
示す図。FIG. 5 is a diagram showing the relationship between spatial frequency and aperture in an endoscope.
【図６】 上記光学系のＭＴＦを示す図。FIG. 6 is a diagram showing the MTF of the optical system.
【図７】 本発明で用いる光学手段の概要を示す図。FIG. 7 is a diagram showing an outline of the optical means used in the present invention.
【図８】 開口と収差との関係を示す図。FIG. 8 is a diagram showing the relationship between aperture and aberration.
【図９】 図５を開口毎に分けて示した図。FIG. 9 is a diagram showing FIG. 5 divided by opening.
【図１０】図６を二つの成分に分けて示した図。FIG. 10 is a diagram showing FIG. 6 divided into two components.
【図１１】明るさ絞りを示す図。FIG. 11 is a diagram showing an aperture diaphragm.
【図１２】特殊フィルターで発生させる収差の代表例を
示す図。FIG. 12 is a diagram showing a typical example of aberrations generated by a special filter.
【図１３】デフォーカスさせた時の図９の収差図。FIG. 13 is an aberration diagram of FIG. 9 when defocused.
【図１４】本発明の装置で用いる光学系の基本構成を示
す図。FIG. 14 is a diagram showing the basic configuration of an optical system used in the apparatus of the present invention.
【図１５】図１１の光学系のＭＴＦ。FIG. 15 shows the MTF of the optical system in FIG. 11.
【図１６】上記光学系に複屈折板を設けた時のＭＴＦ。FIG. 16 shows MTF when a birefringence plate is provided in the optical system.
【図１７】本発明の実施例で用いる非球面の基準球面か
らのずれ量。FIG. 17 shows the amount of deviation of an aspherical surface used in an example of the present invention from a reference spherical surface.
【図１８】上記実施例のワイド端でのＭＴＦ。FIG. 18 shows the MTF at the wide end of the above embodiment.
【図１９】上記実施例のテレ端でのＭＴＦ。FIG. 19 shows the MTF at the telephoto end of the above embodiment.
【図２０】上記実施例に水晶板を配置した時のＭＴＦ。FIG. 20 shows MTF when a crystal plate is arranged in the above embodiment.
【図２１】特殊フィルターの他の例を示す図。FIG. 21 is a diagram showing another example of the special filter.
【図２２】特殊フィルターの他の例を示す図。FIG. 22 is a diagram showing another example of the special filter.
【図２３】不均質媒質を用いた特殊フィルターを示す図
。FIG. 23 is a diagram showing a special filter using a heterogeneous medium.
【図２４】内視鏡の構成を示す図。FIG. 24 is a diagram showing the configuration of an endoscope.
【図２５】内視鏡で用いる繊維束の端面を示す図。FIG. 25 is a diagram showing an end surface of a fiber bundle used in an endoscope.
【図２６】撮像レンズとしてズームレンズを用いた撮像
光学系の断面図。FIG. 26 is a cross-sectional view of an imaging optical system using a zoom lens as an imaging lens.
Claims (1)
りと、前記結像レンズによる像を離散的にサンプリング
する撮像素子とを備えた撮像光学系において、前記結像
レンズの像面に方向性を持つ高次収差を与えて前記撮像
光学系の空間周波数レスポンスを低下させることにより
前記撮像素子と物体の像との干渉を除去する光学手段を
前記開口絞りの近傍に配置したことを特徴とする撮像光
学系。1. An imaging optical system comprising an imaging lens that forms an image of an object, an aperture diaphragm, and an imaging element that discretely samples an image formed by the imaging lens, wherein the image plane of the imaging lens is an optical means for removing interference between the image pickup device and the image of the object by lowering the spatial frequency response of the image pickup optical system by applying a directional high-order aberration to the image pickup optical system; Features an imaging optical system.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3077232A JP2990448B2 (en) | 1991-03-18 | 1991-03-18 | Imaging device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3077232A JP2990448B2 (en) | 1991-03-18 | 1991-03-18 | Imaging device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04289816A true JPH04289816A (en) | 1992-10-14 |
| JP2990448B2 JP2990448B2 (en) | 1999-12-13 |
Family
ID=13628121
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3077232A Expired - Fee Related JP2990448B2 (en) | 1991-03-18 | 1991-03-18 | Imaging device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2990448B2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10509812A (en) * | 1994-12-06 | 1998-09-22 | ホーグランド、ジャン | Integrated optical system for endoscopes |
| US6069651A (en) * | 1995-04-20 | 2000-05-30 | Olympus Optical Co., Ltd. | Imaging apparatus for endoscopes |
-
1991
- 1991-03-18 JP JP3077232A patent/JP2990448B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10509812A (en) * | 1994-12-06 | 1998-09-22 | ホーグランド、ジャン | Integrated optical system for endoscopes |
| US6069651A (en) * | 1995-04-20 | 2000-05-30 | Olympus Optical Co., Ltd. | Imaging apparatus for endoscopes |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2990448B2 (en) | 1999-12-13 |
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