(57)【要約】【課題】  画面全域での入射角による分離幅の変動を低減することを可能にした光学素子を提供すること。【解決手段】  光学的な異方性を有する光学ローパスフィルタであって、前記光学ローパスフィルタは厚みの最大値ｄmaxと最小値ｄminがｄmax／ｄmin＞１．１を満たし、かつ光線の分離方向に平行な方向の厚み分布が単調な関数であることを特徴とする構成とした。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的な異方性を有する光学ローパスフィルタであって、
前記光学ローパスフィルタは厚みの最大値ｄmaxと最小値ｄminが 
ｄmax／ｄmin＞１．１
を満たし、
光線の分離方向に平行な方向の断面での厚み分布が単調な関数であることを特徴とするローパスフィルタ。
【請求項２】
光学的な異方性を有する光学ローパスフィルタであって厚みの最大値ｄmaxと最小値ｄminが 
ｄmax／ｄmin＞１．１
を満たし、
光線の分離方向に平行な方向の断面での厚み分布が単調な関数であることを特徴とするローパスフィルタを有することを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
前記撮像装置は、撮像光学系を用いて結像した光学像を取得する撮像素子を有し、前記撮像素子と前記撮像光学系の間に前記ローパスフィルタによる収差補正光学素子を含むことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
光線の分離方向が互いに異なる前記ローパスフィルタを少なくとも二つ有し、複数の方向に光線を分離された光学像を前記撮像素子を用いて取得する請求項２に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学的な異方性を利用して光学的ローパス効果を得る光学素子およびそれを用いた撮像装置に関し、特にＣＣＤやＭＯＳなどの固体撮像装置を使用するデジタルカメラやビデオカメラなどの撮像光学系に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤやＭＯＳ等の二次元固体撮像素子を用いたデジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置は、被写体像を画素ピッチ毎にサンプリングすることで画像情報を得ている。
【０００３】
しかし、この画素ピッチの空間周波数より高い空間周波数成分を持った被写体を撮影すると、その高周波成分が低周波に折り返り雑音成分として検出される。
【０００４】
また、単板式のカラー撮像素子を用いた場合、空間周波数の高い成分を持った被写体を撮影すると、画素の前方に配置されるカラーフィルターの配列によって決まる偽色雑音が発生する。
【０００５】
このような雑音成分を、画像情報を電気信号に変換した後に除去することは非常に難しい。そこで、従来、その雑音成分を、光学的ローパスフィルタを用いて除去している。ここで光学的ローパスフィルタとは、空間周波数的に高周波の光学信号を除去する光学作用を有する光学部材をいう。光学的ローパスフィルタとして、水晶やニオブ酸リチウムなどの光束分離作用を利用した光学的ローパスフィルタが知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１０７５４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図１は光学的ローパスフィルタに垂直入射した光が分離される様を表した模式図である。ローパスフィルタに垂直に入射した光１０は、ローパスフィルタ１との界面で互いに異なる偏光の光１１，１２に分離幅Ｄで分離する。この時の分離する幅Ｄは次の式で表される。
【０００８】
【数１】
2018025583.tif 000003
【０００９】
この式から光線の分離幅Ｄは入射する光の波面と結晶軸との相対角度に寄与している事がわかる。ここで光線が垂直入射でない角度でローパスフィルタに入射したときの光線分離幅について考える。垂直でない角度でローパスフィルタに入射すると、結晶軸と光線の相対角度が変化し、θが変化する。これにより分離幅Ｄも変化する。図２は入射角を変化させた時の光線の分離幅を示している。ローパスフィルタの材質はニオブ酸リチウム、結晶軸角度は１５°、フィルタの厚みは２００μである。横軸はローパスフィルタへの光線の入射角度、縦軸は分離幅を示している。
【００１０】
図２をみると、垂直入射である０°の前後で大きく分離幅が変化しており、＋３７度付近で結晶軸と光線が平行になるため分離幅が０となっている。それに対して−３７度付近では、０°入射の時のおよそ倍の分離幅になる。これは撮像素子に結像する光学像が、撮像素子の中心を挟んで解像度が非対称になる事を示している。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、画面全域での入射角による分離幅の変動を低減することを可能にした光学素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明は光学的な異方性を有する光学ローパスフィルタであって、前記光学ローパスフィルタは厚みの最大値ｄmaxと最小値とｄminが
ｄmax／ｄmin＞１．１
を満たし、光線の分離方向に平行な方向の断面での厚み分布が単調な関数であることを特徴とするローパスフィルタである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によればローパスフィルタ機能をもちながら非対称な光学像の解像力低下を低減された光学素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】垂直入射した光線がニオブ酸リチウム結晶内で分離する様を表した模式図である。
【図２】結晶軸角度１５度、ニオブ酸リチウム結晶厚み２００μとしたときの入射角と分離幅の関係を示した図である。
【図３】本発明の実施例におけるローパスフィルタの斜視図である。
【図４】ニオブ酸リチウム製ローパスフィルタで厚み２００μ、結晶軸角度２０度としたときの分離幅と光線のローパスフィルタ１への入射角の関係を示した図である。
【図５】入射する光の射出瞳距離を６０ｍｍとしたときの長手方向への入射角度とローパスフィルタ１の位置の関係をしめす図である。
【図６】本実施例のローパスフィルタ１の長手方向の厚みの分布である。
【図７】本実施例記載の非点収差、光路長補正用光学素子２の配置の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
［実施例１］
以下、図を参照して、本発明の第1の実施例による、ローパスフィルタについて説明する。
【００１７】
図３は光学的な異方性を有する媒質の光束分離作用を利用した本発明のローパスフィルタ１の斜視図である。点線は従来の平板で構成されたローパスフィルタの形状を示し、実践は、本発明で提案するローパスフィルタの形状を示す。材質は光学的な異方性をもつ材料で、例えば水晶やニオブ酸リチウム等の結晶材料や、光学的異方性を有するよう構成した樹脂製フィルムを用いることができる。ここでは代表的なローパスフィルタ用の結晶材料であるニオブ酸リチウムについて記述するが、そのほかの光学的異方性を示す材料についても同様である。
【００１８】
式（１）より分離幅Ｄは光線と結晶軸のなす角θのみではなく結晶の厚さｄに比例する。よってローパスフィルタ１の位置ごとに厚みを変化させることにより、分離幅Ｄを入射角ごとに変動させることができる。また通常ローパスフィルタは撮像素子の近傍に設置するため、光線のローパスフィルタ１への入射角は撮像素子上の結像位置と対応し、またローパスフィルタへの入射位置にも対応する。
【００１９】
図４はニオブ酸リチウム製ローパスフィルタで厚み２００μ、結晶軸角度２０度としたときの分離幅と光線のローパスフィルタ１への入射角の関係を示した図である。前述したように入射角によって大きく分離幅が異なっている。任意の入射角θinのときの分離幅Ｄ（θin）を入射角０度のときの分離幅Ｄ（θ0）と同一にするには、入射角θinで光線が入射する位置のローパスフィルタ１の厚さｄ（θin）は入射角０度のとき厚さｄ（０）を（Ｄ（０）／Ｄ（θin））倍すればよい。つまり
ｄ（θin）＝ｄ（０）＊Ｄ（０）／Ｄ（θin）・・・（２）
とすればよい。
【００２０】
ここで、撮像素子は３６．０×２４．０ｍｍの３５ｍｍフルサイズのものとし、また光線分離は撮像素子の長手方向のみとする。入射する光の射出瞳距離を６０ｍｍとすると、長手方向への入射角度とローパスフィルタ１の位置の関係は図５のようになる。図５と式（２）と図４より算出された本実施例のローパスフィルタ１の長手方向の厚みの分布を図６で示す。図６よりローパスフィルタ中心に対して非対称な形状となる。フルサイズ撮像素子の長手方向のローパスフィルタ１の厚み最大値ｄmaxと最小値ｄminの比率は
ｄmax／ｄmin＝２８８．７／１５３．０＝１．８８７
となる。このローパスフィルタを用いたときの入射角と分離幅の関係は均一となり、射出瞳距離６０ｍｍの撮像光学系とフルサイズ撮像素子の組み合わせ時の入射角度範囲で均一な分離幅を得ることができる。
【００２１】
ところで本実施例のローパスフィルタ１のように位置によって厚みを変更すると、空気換算光路長が変化するため、像高によってピント位置が異なる。また、光線分離方向（本実施例では撮像素子長手方向）と非分離方向（本実施例では撮像素子短手方向）でローパスフィルタ表面の角度が異なるため、非点収差が発生する。このため、非点収差、光路長補正用光学素子２を本実施例のローパスフィルタ１近傍に配置してもよい（図７）。この光学素子の素材には分離幅に影響を与えないように光学的異方性を持たないものがよい。
【００２２】
また、本実施例では撮像素子の長手方向への分離にのみ対応したが、短手方向の分離についても同様の方法で分離幅を均一化できる。さらに二つを組み合わせると長手方向、短手方向両方に対して画面全体で均一な分離幅を得ることができるようになる。
【００２３】
更に、撮像素子に光学像を結像させる撮像光学系が交換可能であった場合、射出瞳距離が変化する。この場合は交換しうる撮像光学系の射出瞳の中心値に最適化するようにする。たとえば４０ｍｍから１００ｍｍまでの射出瞳距離をもつ撮像光学系群が装着可能であった場合、中心値である６０ｍｍに最適化する。これにより撮像光学系群全体において分離幅の不均一を低減することができる。
【００２４】
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。
【符号の説明】
【００２５】
１  ローパスフィルタ
２  光路長収差補正素子
３  撮像素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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