(57)【要約】      （修正有）【課題】焦点移動を行う機構を設けることなく、可視光と赤外光の焦点位置を近づけることが可能で、可視光と赤外光の焦点距離の差を焦点深度内に収めることが可能な撮像光学系および撮像装置を提供する。【解決手段】撮像光学系１１は、光軸ＯＸの中心付近と周辺部とで異なる結像特性を有するレンズ１１１と、光波長によらず遮光する第１の絞り１１２と、光波長によって透過特性が異なる可視光をカットする光学フィルタＦＬＴを含む第２の絞り１１３と、を有し、レンズ１１１の光軸ＯＸの中心付近を透過した光線は第２の絞り１１３の開口部内に入射し、レンズ１１１の周辺部を透過した光線は第２の絞り１１３の光学フィルタ部分を透過する。【選択図】図２
2010175713.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸中心付近と周辺部とで異なる結像特性を有する光学系と、
光波長によらず遮光する第１の絞りと、
光波長によって透過特性が異なる光学フィルタを含む第２の絞りと、を有し、
前記光学系の光軸中心付近を透過した光線は前記第２の絞りの開口部内に入射し、前記光学系の周辺部を透過した光線は前記第２の絞りの光学フィルタ部分を透過する
撮像光学系。
【請求項２】
前記第２の絞りを形成する光学フィルタは、
可視光をカットし赤外光を透過する特性を有する
請求項１に記載の撮像光学系。
【請求項３】
前記光学系の光軸中心付近と周辺部とで異なる結像特性とは焦点距離の違いである
請求項１もしくは２のいずれかに記載の撮像光学系。
【請求項４】
前記光学系の光軸中心付近を透過する可視光の焦点距離と、前記光学系の周辺部を透過する赤外光の焦点距離とが略等しい
請求項３に記載の撮像光学系。
【請求項５】
前記第２の絞りの開口径は、当該第２の絞りの開口を通過する可視光と赤外光の焦点距離の差を焦点深度内に収めることができる大きさである
請求項１から４のいずれかに記載の撮像光学系。
【請求項６】
撮像光学系と、
前記撮像光学系を通過した被写体像を撮像する撮像素子と、を有し、
前記撮像光学系は、
光軸中心付近と周辺部とで異なる結像特性を有する光学系と、
光波長によらず遮光する第１の絞りと、
光波長によって透過特性が異なる光学フィルタを含む第２の絞りと、を有し、
前記光学系の光軸中心付近を透過した光線は前記第２の絞りの開口部内に入射し、前記光学系の周辺部を透過した光線は前記第２の絞りの光学フィルタ部分を透過する
撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絞りを有する撮像光学系および撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
人間の色に対する視感度特性は可視光領域と呼ばれる３８０ｎｍから７８０ｎｍまでの波長に感度特性を持っていると言われている。
また、近赤外領域は７８０ｎｍから２５００ｎｍまでの波長を、赤外領域は２５００ｎｍ以上の波長を有している。
これらの光は、直接肉眼で見ることはできないが、デジタルカメラやビデオカメラのモニタなどでは見ることができる。
【０００３】
ところで、可視光と赤外光では焦点位置にズレが生じる。
そこで、可視光と赤外光の環境下で撮影を行う場合にはレンズの焦点位置（ピント）を移動する必要がある。
【０００４】
特許文献１，２には、光量が小さい場合に光学フィルタ（赤外カット）を光路から外すことによる高感度化を実現する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３６８０７号公報
【特許文献２】特開２００３−２６４８４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、焦点の移動を行うには機構が必要となりスペース面およびコスト面や耐久性面で不利になってしまう。
逆に、焦点移動を行わない場合、光の波長の違いで焦点位置も異なってくるため、可視光と赤外光との結像位置はずれてしまう。具体的には、可視光の焦点位置に対し赤外光の焦点位置は長くなるためにどちらかもしくは両方の合焦状態が甘くなるか合焦しなくなってしまう。
しかしながら、先行技術にはこのことへの考慮はなされていない。
【０００７】
本発明は、焦点移動を行う機構を設けることなく、可視光と赤外光の焦点位置を近づけることが可能で、可視光と赤外光の焦点距離の差を焦点深度内に収めることが可能な撮像光学系および撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の観点の撮像光学系は、光軸中心付近と周辺部とで異なる結像特性を有する光学系と、光波長によらず遮光する第１の絞りと、光波長によって透過特性が異なる光学フィルタを含む第２の絞りと、を有し、前記光学系の光軸中心付近を透過した光線は前記第２の絞りの開口部内に入射し、前記光学系の周辺部を透過した光線は前記第２の絞りの光学フィルタ部分を透過する。
【０００９】
好適には、前記第２の絞りを形成する光学フィルタは、可視光をカットし赤外光を透過する特性を有する。
【００１０】
好適には、前記光学系の光軸中心付近と周辺部とで異なる結像特性とは焦点距離の違いである。
【００１１】
好適には、前記光学系の光軸中心付近を透過する可視光の焦点距離と、前記光学系の周辺部を透過する赤外光の焦点距離とが略等しい。
【００１２】
好適には、前記第２の絞りの開口径は、当該第２の絞りの開口を通過する可視光と赤外光の焦点距離の差を焦点深度内に収めることができる大きさである。
【００１３】
本発明の第２の観点の撮像装置は、撮像光学系と、前記撮像光学系を通過した被写体像を撮像する撮像素子と、を有し、前記撮像光学系は、光軸中心付近と周辺部とで異なる結像特性を有する光学系と、光波長によらず遮光する第１の絞りと、光波長によって透過特性が異なる光学フィルタを含む第２の絞りと、を有し、前記光学系の光軸中心付近を透過した光線は前記第２の絞りの開口部内に入射し、前記光学系の周辺部を透過した光線は前記第２の絞りの光学フィルタ部分を透過する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、焦点移動を行う機構を設けることなく、可視光と赤外光の焦点位置を近づけることが可能で、可視光と赤外光の焦点距離の差を焦点深度内に収めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る撮像装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】本実施形態に係る撮像光学系の構成例を示す図である。
【図３】一般的なレンズに可視光が通過する範囲と可視光をカットし赤外光のみが通過可能な範囲を模式的に示す図である。
【図４】第２の絞りの開口径が、第２の絞りの開口を通過する可視光と赤外光の焦点距離の差を焦点深度内に収めることができる大きさに設定されているレンズの作用を説明するための図である
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に関連付けて説明する。
【００１７】
図１は、本発明の実施形態に係る撮像装置の構成例を示すブロック図である。
【００１８】
本撮像装置１０は、図１に示すように、撮像光学系１１、撮像素子１２、画像処理部１３、メモリ１４、および表示部１５を有する。
【００１９】
撮像光学系１１は、被写体ＯＢＪの像を、撮像素子１２の撮像面（結像面）ＩＰに結像する。
撮像光学系１１は、光学系としてのレンズを有し、光学フィルタを用いた絞りと、その開口部とフィルタ部の透過領域に応じて光学系の結像特性を変えて、それぞれの透過光束を略同一位置に結像させるように形成される。基本的には、光学フィルタは可視光をカットして赤外光を透過する特性を有する。
また、絞りの開口径については、可視光から赤外光までの波長の光束の焦点位置が焦点深度内に収まるように形成された大きさとする。
この撮像光学系１１の具体的な構成、機能については後で詳述する。
【００２０】
撮像素子１２は、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサにより形成され、複数の画素がマトリクス状に配列されている。
撮像素子１２は、アナログの画像信号をデジタルの画像信号に変換して画像処理部１３に出力する。
【００２１】
画像処理部１３は、カラー補間Ｍ、ホワイトバランス、ＹＣｂＣｒ変換処理、圧縮、ファイリング等の処理を行い、処理後の画像データのメモリ１４への格納や表示部１５への画像表示等を行う。
【００２２】
以下、本実施形態に係る撮像光学系１１のより具体的な構成および機能について説明する。
【００２３】
図２は、本実施形態に係る撮像光学系の構成例を示す図である。
【００２４】
撮像光学系１１は、光軸ＯＸの中心付近と周辺部とで異なる結像特性を有するレンズ（光学系）１１１と、光波長によらず遮光する第１の絞り１１２と、光波長によって透過特性が異なる光学フィルタＦＬＴを含む第２の絞り１１３と、を有する。
【００２５】
レンズ１１１は、光軸ＯＸの中心付近は中心曲率半径がＲ１に設定された第１の光制御面ＯＣＴＬ１と、第１の光制御面ＯＣＴＬ１の外側の周辺部は中心曲率半径がＲ２に設定された第２の光制御面ＯＣＴＬ２と、が形成されている。
ここで、Ｒ１とＲ２は、Ｒ１＞Ｒ２の関係をもって設定される。
上記した、光学系の光軸ＯＸの中心付近と周辺部とで異なる結像特性とは、たとえばこの第１の光制御面ＯＣＴＬ１と第２の光制御面ＯＣＴＬ２が異なる焦点距離を有していることを意味する。
ここでは、曲率半径Ｒ１、Ｒ２と異ならせる例を示したが、方法はこの例に限らず、異なる焦点距離を得られれば、屈折率を異ならせる等、他の手法を用いても構わない。
【００２６】
また、第２の絞り１１３の光学フィルタＦＬＴは、可視光カットフィルタにより形成される。
可視光カットフィルタは、可視光をカットし赤外光を透過する特性を有する。
【００２７】
第１の絞り１１２は、第２の光制御面ＯＣＴＬ２の最外周部付近を開口径ＡＰＲ１の端部とするように配置される。
第２の絞り１１３は、第１の光制御面ＯＣＴＬ１の最外周部付近を開口径ＡＰＲ２の端部とするように配置される。
これにより、第１の絞り１１２によりレンズ１１１の透過光の赤外光の範囲ＩＲＲＮＧが規定される。
また、第２の絞り１１３によりレンズ１１１の透過光の可視光の範囲ＶＳＲＮＧが規定される。
【００２８】
このような構成を有する撮像光学系１１においては、レンズ１１１の光軸ＯＸの中心付近を透過した光線は第２の絞り１１３の開口部内に入射し、レンズ１１１の周辺部を透過した光線は第２の絞り１１３の光学フィルタＦＬＴ部分を透過する。
そして、撮像光学系１１において、レンズ１１１の光軸ＯＸの中心付近を透過する可視光の焦点距離と、レンズ１１１の周辺部を透過する赤外光の焦点距離とが略等しい
また、第２の絞り１１３の開口径は、第２の絞り１１３の開口を通過する可視光と赤外光の焦点距離の差を焦点深度内に収めることができる大きさに設定される。
【００２９】
ここで、第１の光制御面ＯＣＴＬ１と第２の光制御面ＯＣＴＬ２を形成しない場合を比較例として説明し、その後、本実施形態のように第１の光制御面ＯＣＴＬ１と第２の光制御面ＯＣＴＬ２を形成した場合の作用について説明する。
【００３０】
図３は、一般的なレンズに可視光が通過する範囲と可視光をカットし赤外光のみが通過可能な範囲を模式的に示す図である。
【００３１】
一般的に、図に示したように同一のレンズ（光制御面）を光が通過した場合、可視光に対し赤外光は結像位置（焦点位置）が長くなり、図では右側にズレた位置となる。
【００３２】
そこで、本実施形態においては、図２に示したように可視光が通過する範囲と赤外光のみが通過する範囲で焦点位置が異なるような面である第１の光制御面ＯＣＴＬ１および第２の光制御面ＯＣＴＬ２を形成する。
面形状が球面の場合、完全に異なる２つの面を一体化することで対応することになるが変極点ができるために環状の線が発生する。
しかし、非球面形状を用いて図２に示したように、可視光が通過する範囲と赤外光のみが通過する範囲とで形状を変化させることで変極部に環状の線を発生させることを防ぐことができる。
同時に、光制御面ＯＣＴＬ１，ＯＣＴＬ２を形成することで被写界深度を伸ばすことができる。
【００３３】
ここで、第１の光制御面ＯＣＴＬ１では、可視光と赤外光の両方が通過できることになる。
したがって、この範囲を通過した赤外光は可視光より長い位置で結像（焦点）することになる。
しかし、第２の光制御面ＯＣＴＬ２を通過する赤外光は結像位置（焦点位置）を短くし、可視光の結像位置と同じもしくは近い位置に結像する。
第１の光制御面ＯＣＴＬ１と第２の光制御面ＯＣＴＬ２の通過する割合を適宜の状態にすることで可視光と赤外光の結像位置のズレの影響を緩和でき、焦点調節の不要な昼夜兼用（明時および暗時兼用）で使用できる光学系となる。
【００３４】
図は模式的に示したもので、可視光の通過範囲と赤外光のみの通過範囲を示したものではなく第２の光制御面ＯＣＴＬ２をより広げることで赤外光の通過範囲は広げることが可能となる。
赤外光は、可視光に比べ光量が少ないため赤外光で同等の光量を得るには口径（入射範囲）を大きくする必要がある。
したがって可視光の通過範囲は小さく設定することができるので、その差分を用いて結像位置（焦点位置）の異なる光学系（光制御面）を設けることは可能となる。
【００３５】
また、本実施形態においては、第２の絞り１１３の開口径は、第２の絞り１１３の開口を通過する可視光と赤外光の焦点距離の差を焦点深度内に収めることができる大きさに設定される。
次に、可視光と赤外光の結像範囲について考察する。
【００３６】
図４は、第２の絞り１１３の開口径が、第２の絞り１１３の開口を通過する可視光と赤外光の焦点距離の差を焦点深度内に収めることができる大きさに設定されているレンズの作用を説明するための図である。
【００３７】
可視光カットフィルタを含む第２の絞り１１３の開口からは可視光成分の波長の光線と赤外光成分の波長の光線とが入射する。
可視光と赤外光とでは焦点を結ぶ位置が異なるためにピンボケが生じる可能性がある。  そこで、赤外光の焦点位置ＦＩＲが可視光の焦点深度ＶＳＦＤ内に収まるように可視光カットフィルタを含む第２の絞り１１３の口径を小さいものとすることで、ピントのボケを抑えることができる。
なお、図４において、ＡＣＯＣは許容錯乱円径を示している。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態によれば、撮像装置１０の撮像光学系１１は、光軸ＯＸの中心付近と周辺部とで異なる結像特性を有するレンズ１１１と、光波長によらず遮光する第１の絞り１１２と、光波長によって透過特性が異なる可視光をカットする光学フィルタＦＬＴを含む第２の絞り１１３と、を有する。
レンズ１１１は、光軸ＯＸの中心付近は中心曲率半径がＲ１に設定された第１の光制御面ＯＣＴＬ１と、第１の光制御面ＯＣＴＬ１の外側の周辺部は中心曲率半がＲ２（Ｒ１＞Ｒ２）に設定された第２の光制御面ＯＣＴＬ２と、が形成されている。
レンズ１１１の光軸中心付近と周辺部とで異なる結像特性、たとえば第１の光制御面ＯＣＴＬ１と第２の光制御面ＯＣＴＬ２が異なる焦点距離を有している。
そして、レンズ１１１の光軸ＯＸの中心付近を透過した光線記第２の絞り１１３の開口部内に入射し、レンズ１１１の周辺部を透過した光線は第２の絞り１１３の光学フィルタ部分を透過する。
【００３９】
このように、本実施形態によれば、可視光は遮断するが赤外光は透過する光学フィルタＦＬＴによって第２の絞り１１３を形成し、光学系において第１の絞り１１２の開口部を通過する光路の領域と第２の絞り１１３の光学フィルタＦＬＴ部を透過する赤外光路の領域とで結像特性を変えることによって、波長の違いによる焦点位置のずれの影響を緩和することができる。
すなわち、光学系の光軸ＯＸの中心付近（絞りの開口部を通過する光路）を透過する可視光と光学系の周辺部（光学フィルタ部を透過する赤外光路）を透過する赤外光の焦点位置が略同一となるように、光学系の光軸付近と周辺部の結像特性が設定される。
また、光学フィルタによって形成する絞りの口径は、可視光と赤外光の焦点距離の差を焦点深度内に収めることができる大きさとする。
【００４０】
したがって、本実施形態によれば、赤外光のみが通過する範囲に焦点位置を短くする光学系を設け可視光と赤外光の焦点位置を近づけることで焦点移動を行う機構は不要となり、耐久性のある小型で安価な撮像光学系を実現することができる。
すなわち、本実施形態によれば、焦点移動を行う機構を設けることなく、可視光と赤外光の焦点位置を近づけることが可能で、可視光と赤外光の焦点距離の差を焦点深度内に収めることができる。
【符号の説明】
【００４１】
１０・・・撮像装置、１１・・・撮像光学系、１２・・・撮像素子、１３・・・画像処理部、１４・・・メモリ、１５・・・表示部。
【図１】
2010175713.tif 000003
【図２】
2010175713.tif 000004
【図３】
2010175713.tif 000005
【図４】
2010175713.tif 000006