(57)【要約】      （修正有）【課題】反射回折光により生じたゴーストが画像を劣化させることを効果的に抑制する反射防止構造を有する撮像光学系及び撮像光学装置を実現する。【解決手段】反射防止構造５０（膜）は、入射光Ｌの撮像素子１０内での反射により生じた回折光ＤＬの反射を防止し、回折光ＤＬが撮像素子１０に入射することによる反射回折ゴーストの発生を抑制、防止する。撮像素子は、入射光を所定の透過波長域に分光する波長選択素子を画素ごとに有し、所定の波長選択素子の分光透過波長域における代表波長と、該所定の波長選択素子に対応する画素同士の画素ピッチとに応じて、反射率が調整されており、反射防止構造は、波長選択素子の分光透過波長域において、最短透過波長と最長透過波長との間の中央波長よりも長波長側における反射率が最も低くなるように調整されている。【選択図】図６
2015165661.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口絞りを有する撮像光学系と、複数の光電変換素子を有し、前記撮像光学系を透過した被写体からの入射光が入射する撮像素子とを備えた撮像光学装置において、
前記撮像光学系の中で少なくとも前記開口絞りと前記撮像素子との間に配置されている撮影レンズの１面に、反射防止構造が形成されており、
前記反射防止構造が、複数の層を積層させた反射防止膜を有し、前記入射光の光電変換素子表面における反射回折光が前記撮像光学系内での反射によって再び前記撮像素子に入射するのを抑制し、
前記撮像素子は、前記入射光を所定の透過波長域に分光する波長選択素子を画素ごとに有し、
所定の前記波長選択素子の分光透過波長域における代表波長と、該所定の波長選択素子に対応する画素同士の画素ピッチとに応じて、前記反射防止膜が形成される撮影レンズ表面における反射率が調整されており、
前記反射率は、前記波長選択素子の前記分光透過波長域において、最短透過波長と最長透過波長との間の中央波長よりも長波長側における反射率が最も低くなるように調整されていることを特徴とする撮像光学装置。
【請求項２】
前記撮像素子は、それぞれ入射光を所定の透過波長域に分光する複数の波長選択素子を配列させたカラーフィルタを有し、
前記反射防止膜が形成される撮影レンズ表面において、各波長選択素子の透過波長域の代表波長に対する反射率の平均値が、前記撮像光学系の各レンズ面における平均値を平均化した値よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の撮像光学装置。
【請求項３】
前記撮像素子は、それぞれ入射光を所定の透過波長域に分光する複数の波長選択素子を配列させたカラーフィルタを有し、
前記反射防止膜が形成される撮影レンズ表面において、各波長選択素子の透過波長域の代表波長に対する反射率の平均値が、前記反射防止膜が形成されていない他のレンズ面におけるいずれの平均値よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の撮像光学装置。
【請求項４】
前記反射防止膜が形成される撮影レンズ表面において、波長６３０ｎｍに対する反射率と波長５３０ｎｍに対する反射率と波長４２０ｎｍに対する反射率の平均値が、前記撮像光学系の各レンズ面における平均値を平均化した値よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の撮像光学装置。
【請求項５】
前記反射防止膜が形成される撮影レンズ表面において、波長６３０ｎｍに対する反射率と波長５３０ｎｍに対する反射率と波長４２０ｎｍに対する反射率の平均値が、前記反射防止膜が形成されていない他のレンズ面におけるいずれの平均値よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の撮像光学装置。
【請求項６】
前記反射防止膜が、前記撮影レンズの撮像素子側表面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像光学装置。
【請求項７】
開口絞りを有する撮像光学系と、複数の光電変換素子を有し、前記撮像光学系を透過した被写体からの入射光が入射する撮像素子とを備えた撮像光学装置において、
前記撮像光学系の中で少なくとも前記開口絞りと前記撮像素子との間に配置されている撮影レンズの１面に、反射防止構造が形成されており、
前記反射防止構造が、複数の層を積層させた反射防止膜を有し、前記入射光の光電変換素子表面における反射回折光が前記撮像光学系内での反射によって再び前記撮像素子に入射するのを抑制し、
前記撮像素子は、前記入射光を所定の透過波長域に分光する波長選択素子を画素ごとに有し、
所定の前記波長選択素子の分光透過波長域における代表波長と、該所定の波長選択素子に対応する画素同士の画素ピッチとに応じて、前記反射防止膜が形成される撮影レンズ表面における反射率が調整されており、
前記反射率が、前記代表波長を前記画素ピッチで除した算出値である回折角が最も大きくなる波長選択素子の代表波長の近傍において、前記反射率が最も低くなるように調整されていることを特徴とする撮像光学装置。
【請求項８】
複数の撮影レンズから成り、被写体からの入射光を、複数の光電変換素子を有する撮像素子に結像させる撮像光学系であって、
開口絞りを有し、
前記撮像光学系の中で少なくとも前記開口絞りと前記撮像素子との間に配置されている撮影レンズの１面に、反射防止構造が形成されており、
前記反射防止構造が、複数の層を積層させた反射防止膜を有し、前記入射光の光電変換素子表面における反射回折光が前記撮像光学系内での反射によって再び前記撮像素子に入射するのを抑制し、
前記撮像素子は、前記入射光を所定の透過波長域に分光する波長選択素子を画素ごとに有し、
所定の前記波長選択素子の分光透過波長域における代表波長と、該所定の波長選択素子に対応する画素同士の画素ピッチとに応じて、前記反射防止膜が形成される撮影レンズ表面における反射率が調整されており、
前記反射率は、前記波長選択素子の前記分光透過波長域において、最短透過波長と最長透過波長との間の中央波長よりも長波長側における反射率が最も低くなるように調整されていることを特徴とする撮像光学系。
【請求項９】
複数の撮影レンズから成り、被写体からの入射光を、複数の光電変換素子を有する撮像素子に結像させる撮像光学系であって、
開口絞りを有し、
前記撮像光学系の中で少なくとも前記開口絞りと前記撮像素子との間に配置されている撮影レンズの１面に、反射防止構造が形成されており、
前記反射防止構造が、複数の層を積層させた反射防止膜を有し、前記入射光の光電変換素子表面における反射回折光が前記撮像光学系内での反射によって再び前記撮像素子に入射するのを抑制し、
前記撮像素子は、前記入射光を所定の透過波長域に分光する波長選択素子を画素ごとに有し、
所定の前記波長選択素子の分光透過波長域における代表波長と、該所定の波長選択素子に対応する画素同士の画素ピッチとに応じて、前記反射防止膜が形成される撮影レンズ表面における反射率が調整されており、
前記反射率が、前記代表波長を前記画素ピッチで除した算出値である回折角が最も大きくなる波長選択素子の代表波長の近傍において、前記反射率が最も低くなるように調整されていることを特徴とする撮像光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射防止構造を備えた撮像光学装置および撮像光学系に関し、特に、ゴーストの発生を抑制可能な撮像光学装置および撮像光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像光学系に入射した光の一部がレンズ面間で一回ないし複数回反射した後に撮像素子に入射することにより、画像にゴーストと呼ばれるノイズが生じることがある。このゴーストの発生を防止するために、撮像光学系のレンズ表面に真空蒸着等によってある種の薄膜を設け、あるいはレンズ表面に微細な凹凸を設けるといった、いわゆる反射防止構造を設けることにより、ゴーストの原因となる反射を抑制することが知られている（特許文献１〜３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２７５４０２号公報
【特許文献２】特開２００６−２１５５４２号公報
【特許文献３】特開２００８−２３３５８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のようにレンズの面間反射により生じる一般的なゴーストは、上述の反射防止構造により効果的に抑制され得る。また、一般的なゴーストは単体の円状または多角形状の形態であり、ノイズではありながらも、映像表現の一部としてむしろ積極的に用いられることもある。しかしながら、撮像素子を有するデジタル光学機器においては、撮像素子表面ないし内部にて反射された光が撮像光学系に再入射し、撮像光学系内のレンズ等によってさらに反射されて撮像素子に再入射した際に、特異なゴーストが出現する。すなわち、ＣＣＤ等の固体撮像素子を有するデジタル光学機器においては、撮像素子内部に光電変換素子が周期的に分割配置（２次元配列）されており、光電変換素子表面に入射した光に対して反射型回折格子に似た作用をする。そのため、反射光は周期的に明暗が繰り返される強度分布を有し、その反射光が再度撮像素子に入射することで、光点が一定間隔に整列した水玉模様（ドットパターン）状のゴーストが発生する。
【０００５】
この水玉模様のゴーストは、特異な形態をしているため、同等の強度においては、一般のゴーストに比べて、視認されやすく、画像を大きく劣化させる原因となる。そのため、単に一般的なレンズ面間反射によるゴーストを防止する為に設計された反射防止構造を闇雲にレンズ面に設けることによって、水玉模様のゴーストを確実に防止することは困難である。すなわち、特許文献１〜３に示したような従来の反射防止法では不十分であり、水玉模様のゴーストに特化した抑制方法を採る必要がある。
【０００６】
本発明は、反射回折光により生じたゴーストが画像を劣化させることを効果的に抑制する撮像光学系および撮像光学装置の実現を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の撮像光学装置は、開口絞りを有する撮像光学系と、撮像光学系を透過した被写体からの入射光が入射する撮像素子とを備えており、撮像素子は、複数の光電変換素子を有し、通常２次元配列されている。撮像光学装置においては、入射光の光電変換素子表面における反射によって生じる反射回折光が、撮像光学系内で反射して再び撮像素子に入射することを抑制する構成として、撮像光学系の中で少なくとも開口絞りと撮像素子との間に配置されている撮影レンズの１面に、複数の層を積層させた反射防止膜を有する反射防止構造が形成されている。例えば反射防止構造は、撮像素子を向くレンズ表面、すなわち開口絞りとは反対側のレンズ面に形成すればよい。
【０００８】
さらに、撮像素子は、入射光を所定の透過波長域に分光する波長選択素子を画素ごとに有し、所定の波長選択素子の分光透過波長域における代表波長と、該所定の波長選択素子に対応する画素同士の画素ピッチとに応じて、反射率が調整されており、反射防止構造は、波長選択素子の分光透過波長域において、最短透過波長と最長透過波長との間の中央波長よりも長波長側における反射率が最も低くなるように調整されている。また他の態様によれば、代表波長を画素ピッチで除した算出値である回折角が最も大きくなる代表波長の近傍において、反射率が最も低くなるように調整されている。
【０００９】
撮像素子の受光面において、Ｒ，Ｇ，Ｂなどに応じた波長域の光を分光、すなわち選択的に所定の波長域の光を透過する複数の波長選択素子（色要素）を２次元配列させたカラーフィルタ（フィルタアレイ）が撮像素子の受光面面上に配設されている場合、撮影条件によっては、Ｒ，Ｇ，Ｂの水玉模様（ドットパターン）状のゴースが撮影画像に発生する。本発明の反射防止構造は、このようなデジタルカメラ等の撮像装置において特有なゴースト発生を防ぐ反射防止膜の積層構造によって、低波長〜長波長においてゴースト発生に起因する所定の波長域の光に対し、撮像素子側へ再反射しないようにすることが可能となる。
【００１０】
反射防止構造の反射率は、撮像素子側から反射防止構造の形成されたレンズ面に入射してくる反射回折光の波長帯域を考慮しながら定められる。例えば、それぞれ入射光を所定の透過波長域に分光する複数の波長選択素子を配列させたカラーフィルタを設けた場合、反射防止膜が形成される撮影レンズ表面において、各波長選択素子の透過波長域の代表波長に対する反射率の平均値が、撮像光学系の各レンズ面における平均値を平均化した値よりも小さくなるように、反射率を定めるのがよい。
【００１１】
代表波長としては、例えば最も透過スペクトルの大きい波長に定める。または、各波長選択素子の透過波長域の代表波長に対する反射率の平均値が、反射防止膜が形成されていない他のレンズ面におけるいずれの平均値よりも小さくなるように、反射率を定めてもよい。例えば、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタを配設した撮像素子の場合、波長６３０ｎｍに対する反射率と波長５３０ｎｍに対する反射率と波長４２０ｎｍに対する反射率の平均値が、撮像光学系の各レンズ面におけるＲ，Ｇ，Ｂの反射率の平均値をレンズ全体で平均化した値よりも小さくなるように定めるのがよい。あるいは、波長６３０ｎｍに対する反射率と波長５３０ｎｍに対する反射率と波長４２０ｎｍに対する反射率の平均値が、反射防止膜が形成されていない他のレンズ面におけるいずれの平均値よりも小さいように定めるのがよい。
【００１２】
本発明の撮像光学系は、複数の撮影レンズから成り、被写体からの入射光を、複数の光電変換素子を有する撮像素子に結像させる撮像光学系であって、開口絞りを有し、撮像光学系の中で少なくとも開口絞りと撮像素子との間に配置されている撮影レンズの１面に、反射防止構造が形成されており、反射防止構造が、複数の層を積層させた反射防止膜を有し、入射光の光電変換素子表面における反射回折光が撮影光学系内での反射によって再び撮像素子に入射するのを抑制することを特徴とする。
【００１３】
さらに、撮像素子は、入射光を所定の透過波長域に分光する波長選択素子を画素ごとに有し、所定の波長選択素子の分光透過波長域における代表波長と、該所定の波長選択素子に対応する画素同士の画素ピッチとに応じて、反射率が調整されており、反射防止構造は、波長選択素子の分光透過波長域において、最短透過波長と最長透過波長との間の中央波長よりも長波長側における反射率が最も低くなるように調整されている。
【００１４】
また他の態様によれば、代表波長を画素ピッチで除した算出値である回折角が最も大きくなる代表波長の近傍において、反射率が最も低くなるように調整されている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、反射回折光により生じたゴーストが画像を劣化させることを効果的に抑制する撮像光学系および撮像光学装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一般的なゴーストの原因となる入射光の反射を示す図である。
【図２】反射回折光によるゴーストの原因となる入射光の反射を示す図である。
【図３】撮像光学装置における撮像素子の一部を示す断面図である。
【図４】撮像素子の一部を概略的に示す平面図である。
【図５】撮像素子により生じる回折光を概略的に示す平面図である。
【図６】本実施形態の撮像光学装置を概略的に示す図である。
【図７】反射防止膜の断面図である。
【図８】反射防止膜の分光反射特性を示す図である。
【図９】第１変形例の撮像光学装置において、回折光が撮像素子に再入射する状態を示す図である。
【図１０】撮像素子に再入射した回折光の受光面における入射領域の大きさを例示する図である。
【図１１】第２変形例の撮像光学装置において、回折光が撮像素子に再入射する状態を示す図である。
【図１２】回折光の共役位置を示す図である。
【図１３】特殊な画素配列におけるＲ、Ｇ、Ｂの各画素を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図１は、一般的なゴーストの原因となる入射光の反射を示す図である。図２は、反射回折光によるゴーストの原因となる入射光の反射を示す図である。
【００１８】
太陽Ｓから撮影装置（図示せず）の光学系に入射する入射光Ｌにより、被写体像にゴーストが生じることが知られている。例えば、図１に示されるように、撮像光学系３０の内部で反射された入射光Ｌが撮像素子４０に入射することにより、ゴーストが生じ得る。このゴーストは、主に単体の円状または絞り羽根の開口形による多角形状である。
【００１９】
これに対し、入射光Ｌが撮像素子４０によって反射される場合、図２に示されるように異なる角度に向かって進む複数の回折光ＤＬが生じる。この回折光ＤＬが、さらに撮像光学系３２によって反射されて再度、撮像素子４０に入射すると、発生するゴースト（以下、反射回折ゴーストという）は複数の点が整列したような水玉模様となる。
【００２０】
このような水玉模様の反射回折ゴーストは非常に不自然な形態であるため、観察者に視認されやすく、被写体像の評価を大きく低下させる傾向にある。そこで本実施形態では、以下のように、反射回折ゴーストを抑制するための反射防止構造を撮像光学装置に設け、画質に影響を及ぼすことを防止している。
【００２１】
図３は、本実施形態の撮像光学装置における撮像素子の一部を示す断面図である。図４は、本実施形態の撮像素子の一部を概略的に示す平面図である。図５は、撮像素子により生じる回折光ＤＬを概略的に示す平面図である。
【００２２】
本実施形態の撮像素子１０は、フォトダイオード１２（光電変換素子）、カラーフィルタ１４（波長選択素子）、およびアレイレンズ１６を含む。撮像素子１０は、複数の画素、例えば第１画素１０１と第２画素１０２を含む。被写体からの入射光Ｌは、撮像光学系（図示せず）を透過し、撮像素子１０の表面を覆うアレイレンズ１６に入射する。そして入射光Ｌは、カラーフィルタ１４を通過してフォトダイオード１２の受光面１２Ｓに到達する。
【００２３】
この入射光Ｌの一部が受光面１２Ｓで反射し、反射光ＲＬが生じる場合がある。このような入射光Ｌの反射により、第１および第２画素１０１、１０２の画素間で回折光ＤＬが生じる。本実施形態では、後述するように、回折光ＤＬが撮像光学系（図示せず）の表面で反射することを防止し、回折光ＤＬによる画質の低下を防止する。
【００２４】
本実施形態の撮像素子１０における画素の配置パターンは、図４に示されるようにベイヤー配列である。すなわち、多数の画素が二次元配列されており、カラーフィルタ１４（図３参照）の緑フィルタの分光透過特性によって緑色波長域が受光面に分光透過される画素（以下、Ｇ画素という）が縦方向、および横方向のいずれについても１画素おきに配置されている。そして２つのＧ画素間で、カラーフィルタ１４の赤フィルタの分光透過特性によって赤色波長域が受光面に分光透過される画素（以下、Ｒ画素という）と、カラーフィルタ１４の青フィルタの分光透過特性によって青色波長域が受光面に分光透過される画素（以下、Ｂ画素という）とのいずれかが、同数ずつ均等に配置されている。
【００２５】
最も近くに配置されたＲ画素同士、あるいはＢ画素同士の中心点間の距離ＲＤ、ＢＤ、すなわち画素間距離（画素ピッチ）は、例えば約１０μｍである。この場合、Ｇ画素同士の距離ＧＤは約７μｍである。そして距離ＲＤ、ＢＤ、ＧＤによって示される画素ピッチは、Ｒ、Ｇ、Ｂ画素のそれぞれで一定である。回折光ＤＬ（図３参照）の回折角は、回折角＝各カラーフィルタの分光透過波長域内の代表波長／画素ピッチの関係式（１）でおおよそ算出される。なお、本明細書では、０次回折光と１次回折光の方向差、１次回折光と２次回折光の方向差、のように隣の次数の回折光との方向差、１次回折光と２次回折光の進行角度差、のように隣の次数の回折光との進行角度差を「回折角」と呼ぶ。
【００２６】
ここで、例えば、カラーフィルタ１４の赤フィルタを通過する波長域の代表波長は６３０ｎｍであり、緑フィルタを通過する波長域の代表波長は５３０ｎｍ、青フィルタを通過する波長域の代表波長は４２０ｎｍである。従って、Ｒ画素により生じる回折光ＤＬの回折角は、６３０ｎｍ／１０μｍ＝６３ｒａｄであり（図５（Ａ）参照）、Ｇ画素により生じる回折光ＤＬの回折角が、５３０ｎｍ／７μｍ＝７６ｒａｄで最も大きく（図５（Ｂ）参照）、Ｂ画素により生じる回折光ＤＬの回折角が、４２０ｎｍ／１０μｍ＝４２ｒａｄで最も小さい（図５（Ｃ）参照）。このように、Ｒ、Ｇ、Ｂの画素ごとに生じる回折光ＤＬの回折角が異なる。
【００２７】
そして一般に、回折角が大きい回折光ＤＬにより生じる反射回折ゴーストほど、画質に悪影響を及ぼし易い。複数の水玉同士の距離が離れ、画像において水玉模様が目立ってしまうためである。そこで本実施形態では、そこで本実施形態では、カラーフィルタ１４の各分光透過波長特性の種類ごとの画素ピッチＲＤ、ＢＤ、ＧＤの各値に応じて、後述する反射防止構造を有する面の反射率が調整されている。
【００２８】
なお、カラーフィルタ１４の種類ごとの代表波長としては、カラーフィルタ１４の各分光透過特性による透過率のピークに対応する波長や、カラーフィルタ１４の各色領域を透過する波長域の中心値などが採用され得るものの、これらは概ね上述の値である。また、本明細書中における画素とは、図３における第１、第２画素１０１、１０２に例示されているように、フォトダイオード１２のみならず、アレイレンズ１６と、両部材間のカラーフィルタ１４の一部、また必要であれば撮像素子１０を覆うカバーガラスをそれぞれ含む概念で用いられている。
【００２９】
次に、本実施形態の撮像光学装置について説明する。図６は、本実施形態の撮像光学装置を概略的に示す図である。
【００３０】
撮像光学装置２０は、撮像光学系３６と開口絞り４２を含む。撮像光学系３６には、被写体Ｏｂからの入射光Ｌが透過する複数の撮影レンズが配置されている。開口絞り４２により、撮像素子１０に入射する入射光Ｌの光量が調整される。なお、撮像素子１０は、内部に光電変換素子を有している。
【００３１】
撮像光学装置２０においては、上述の回折光ＤＬが撮像光学系３６中の撮影レンズの表面で反射することを抑制、防止するための反射防止構造として、反射防止膜５０が設けられている。撮影レンズの表面で再反射した回折光ＤＬが再び撮像素子１０に入射すると、反射回折ゴーストが生じ得るためである。この反射防止膜５０は、撮像光学系３６に含まれるいずれかの撮影レンズの少なくとも１つの表面に形成されている。
【００３２】
ここでは、反射防止膜５０は、開口絞り４２よりも撮像素子１０側、すなわち開口絞り４２と撮像素子１０との間に設けられている。より具体的には、撮像光学系３６に含まれる撮影レンズ３６１の撮像素子１０側の表面に反射防止膜５０が形成されている。
【００３３】
このように、反射防止膜５０を開口絞り４２と撮像素子１０との間に配置することにより、回折光ＤＬの撮影レンズ表面における反射を効果的に抑制、防止できる。これは、開口絞り４２よりも撮像素子１０側の撮影レンズ３６１には、回折光ＤＬのほぼ全てが入射するのに対して、開口絞り４２より被写体側のレンズ面については、開口絞り４２を小径に絞ることによって回折光ＤＬが絞り羽根により遮蔽される（強いゴースト光が発生するのは被写体側が明るい場合が一般的であり、絞りは小径化されている可能性が高い）上に、仮に被写体側のレンズ面にまで入射して再度撮像素子方向に反射したとしても、再び絞り羽根に遮蔽されることが期待できるためである。したがって、反射防止膜５０を開口絞り４２と撮像素子１０との間に優先的に配置して反射率を低減させることにより、効率良く不快なゴーストの影響を低減できる。
【００３４】
次に、反射防止膜５０の構造と特性について説明する。図７は、反射防止膜５０の断面図であり、図８は、反射防止膜５０の分光反射特性を示す図である。
【００３５】
反射防止膜５０は、複数の層が積層された多層構造を有する。すなわち、反射防止膜５０においては、撮影レンズ３６１側の第１層５１から表面側の第７層５７までが積層されている。第１層はアルミナＡｌ２Ｏ３で形成されており、第２層５２、第４層５４、および第６層５６は、五酸化タンタルＴａ２Ｏ５、酸化イットリウムＹ２Ｏ３、酸化プラセオジムＰｒ６Ｏ１１などにより形成されている。また、第３層５３および第５層５５はフッ化マグネシウムＭｇＦ２により形成されており、第７層５７は、シリカエアロゲル多孔質層である。また、第１〜第７層５１〜５７の厚さは、いずれも数十ｎｍ程度に調整されている。
【００３６】
第１〜第７層５１〜５７の材質、厚さ、構造をこのように調整することにより、反射防止膜５０に対して０°の入射角で入射した光（図６等参照）の分光反射率は、図８に示された通りとなる。すなわち、波長域が６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の赤色の回折光ＤＬに対する反射率は０．２％以下、例えば０．１９％である。また、波長域が５００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の緑色の光に対する反射率は０．１％以下、例えば０．０６％である。そして、波長域が４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の青色光に対する反射率の最大値（波長が４００ｎｍのとき）は約０．２９％であって、赤色、緑色光の反射率よりも高い。反射防止膜５０の反射率は、Ｒ，Ｇ，Ｂに応じた波長帯域の光が撮像素子側へ再反射するのを防ぐように定められている。具体的には、撮影光学系の平均的なＲ，Ｇ，Ｂに応じた波長域の光に対する反射率よりも低い反射率となるように定められている。例えば、撮影光学系３６のレンズ面が第１〜第ｎ面によって構成される場合、Ｒ，Ｇ，Ｂの代表波長６３０、５３０、４２０ｎｍそれぞれに対する反射率を平均した各面の値Ａ１〜ＡＮを求め、さらにそれらを平均化した値ＶＡ（＝（ΣＡ１＋Ａ２＋・・・＋ＡＮ）／Ｎ）を最終的な平均値とし、それよりも低い反射率となるように定められている。あるいは、反射防止膜５０の反射率を、反射防止膜５０の形成されていない他のすべてのレンズ面における反射率よりも小さな値に設定することも可能である。例えば、ｍ番（１＜ｍ＜ｎ）のレンズ面に反射防止膜５０が形成されている場合、そのレンズ面におけるＲ，Ｇ，Ｂの平均反射率ＡＭは、他のレンズ面の平均反射率Ａ１、Ａ２、・・・、ＡＭ−１、ＡＭ＋１、・・・ＡＮのいずれの値よりも小さく定められる。
【００３７】
ここで上述のように、Ｇ画素で生じた回折光ＤＬの回折角が最も大きく、次いでＲ画素で生じた回折光ＤＬの回折角が大きく、Ｂ画素で生じた回折光ＤＬの回折角は、最も小さい（段落［００２６］、図５参照）。以上のことから明らかであるように、本実施形態では、反射防止膜５０の反射率が最も低くなる波長は、回折角の最も大きい波長の近傍となるように調整されている。
【００３８】
これは、回折角が大きい回折光ＤＬにより生じる反射回折ゴーストほど優先的に抑制、防止すべきだからである（段落［００２７］参照）。そしてこのことは、本実施形態の反射防止膜５０を設けて回折角の大きい回折光ＤＬほど確実に撮影素子１０への再入射を防ぐことにより、実現される。なお、上述の関係式（１）で示されるように、回折光ＤＬの回折角＝各カラーフィルタの分光透過波長域内の代表波長／画素ピッチである（段落［００２５］参照）ことから、反射防止膜５０の反射率は、カラーフィルタが透過させる各波長域に応じた反射光の波長を画素ピッチで除した値が大きい回折光ＤＬほど低くなるように調整されているともいえる。
【００３９】
なお図８においては、反射防止膜５０に対する入射角が０°の場合の反射率が示されているが、回折光ＤＬの反射防止膜５０に対する入射角が１０°以下であり、かつ波長域が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下であるとき、反射防止膜５０の反射率は、常に０．３％以下になるように調整されている。このため、回折角の大きい緑色の光の反射を特に優先的に防止しつつ、他の色の回折光ＤＬの反射も確実に防止できる。なおここでの入射角は巨視的な入射角であって、微細な段差等を考慮した入射角とは異なる。
【００４０】
次に、反射防止膜５０を設ける位置と、反射回折ゴーストの大きさとの関係について説明する。図９は、第１変形例の撮像光学装置において、回折光ＤＬが撮像素子１０に再入射する状態を示す図である。図１０は、撮像素子１０に再入射した回折光ＤＬの撮像素子表面における入射領域の大きさを例示する図である。図１１は、第２変形例の撮像光学装置において、回折光ＤＬが撮像素子１０に再入射する状態を示す図である。
【００４１】
第１変形例の撮像光学装置２０１に入射した入射光Ｌは、撮像光学系３６を透過し、撮像素子１０の表面（厳密にはフォトダイオード１２の受光面１２Ｓ）において集光される。集光された入射光Ｌの一部が受光面１２Ｓにおいて反射され、回折光ＤＬが生じる。第１変形例の撮像光学装置２０１では、反射防止膜５０が設けられておらず、回折光ＤＬは、例えば図示された撮影レンズ３６２の表面３６２Ｓで反射され、撮像素子１０に再入射する。
【００４２】
撮像素子１０に再入射した回折光ＤＬは、図示されたように、撮像素子１０上で集光されている。このため、再入射した回折光ＤＬの撮像素子１０における入射領域は、図１０（Ａ）に例示されたように、スポット状であり小さい。このように入射領域が小さい場合（撮像素子１０に再結像している場合）、画像上に生じる反射回折ゴーストの水玉模様の出現範囲が狭く、また、水玉の点一つ一つの大きさも小さくなり、比較的目立ち難い。
【００４３】
これに対し、図１１に示される第２変形例の撮像光学装置２０２においては、回折光ＤＬが撮影レンズ３６３の表面３６３Ｓで反射されて受光面１２Ｓに再入射すると、撮像素子１０の表面上の入射領域は、図１０（Ｂ）に例示されるようにより大きくなる。この場合、画像上に生じる反射回折ゴーストの水玉模様は、図１０（Ａ）の場合よりも各粒が大きくなり、さらに全体の範囲が広がるので、目立ち易い可能性がある。
【００４４】
一方、撮像素子１０に再入射した回折光ＤＬの入射領域が、図１０（Ｃ）に例示されたようにさらに大きく広がる場合、反射回折ゴーストによる画像への悪影響は却って抑制され得る。水玉の一つ一つが大きくなることで強度が低下して目立たなくなるためであり、また、水玉の多くが撮像素子の有効領域から外れたり、通常のゴーストのように全体として単円ないし多角形状になるためである。
【００４５】
以上のことから明らかであるように、撮影レンズ上のある表面で再反射され、撮像素子１０に再入射した回折光ＤＬにより形成される撮像素子１０上の入射領域の大きさ（像の寸法）、例えば直径が、所定の下限値と上限値との間にある場合、その表面に反射防止膜５０を設けることが特に望ましいといえる。特に抑制すべき反射回折ゴーストを効果的に防止するためであり、入射領域が下限値よりも小さい場合（図１０（Ａ）参照）、あるいは上限値よりも大きい場合（図１０（Ｃ）参照）、画像に与える悪影響がさほど大きくはないためである。上述の第１変形例（図９参照）においては、表面３６２Ｓにはさほど優先的に反射防止膜５０を設ける必要はないのに対し、第２変形例（図１１参照）においては、表面３６３Ｓに反射防止膜５０を設けることが重要となり得る。なお上述の下限値と上限値の例としては、例えば１５．８ｍｍ×２３．７ｍｍの撮像素子１０において、下限値は２．５ｍｍ、上限値は２１ｍｍである。
【００４６】
次に、反射防止膜５０を設ける位置と、回折光ＤＬの共役位置との関係について説明する。図１２は、回折光ＤＬの共役位置を示す図である。
【００４７】
反射防止膜５０を設ける位置は、以下のように、回折光ＤＬの共役位置から撮像素子１０までの距離に基づいて定めることもできる。この場合、上述の入射領域の大きさに基づいて定める場合に比べ、より正確な演算が可能である。ここでは、図示されたように、入射光Ｌの撮像素子１０における入射位置Ａで生じた回折光ＤＬが、撮影レンズ３６４の表面３６４Ｓで反射した場合を例に説明する。
【００４８】
撮影レンズ３６４に入射した回折光ＤＬは、例えば、表面３６４Ｓ上の点Ｃにおいて反射される。このように、撮影レンズ３６４の屈折率ｎ等で定められる所定の反射角で反射された回折光ＤＬは、再び撮像素子１０上の入射位置Ａの近傍に向かって進む。この回折光ＤＬが集光する位置であって、入射位置Ａを通り撮像素子１０に垂直な光軸Ｘと回折光ＤＬとが交差する位置を共役位置Ｂとする。
【００４９】
そして入射位置Ａと共役位置Ｂとの距離、すなわち、撮像素子１０から共役位置Ｂまでの距離を共役距離ＣＪとする。ここで説明の便宜上、共役位置Ｂが撮像素子１０よりも撮影レンズ３６４側にあるときに、実線で示される共役距離ＣＪは負の値をとり、共役位置Ｂ’がその反対側にあるとき、破線で示される共役距離ＣＪは正の値をとるものとする。
【００５０】
図示されたように、共役距離ＣＪが比較的大きい負の値である場合、表面３６４Ｓに反射防止膜（ここでは図示せず）を設けることはさほど重要ではない。受光面１２Ｓに再入射した回折光ＤＬの入射領域が、例えば図１０（Ｃ）に示されたように十分に大きくなるためである。また、共役位置Ｂが入射位置Ａに近くて共役距離ＣＪの値が０に近い場合も同様に、表面３６４Ｓに反射防止膜を優先的に設けることは不要である。上述の入射領域が、図１０（Ａ）に例示されたように十分に小さくなるためである。
【００５１】
これに対し、共役距離ＣＪ（ｍｍ）がＲ１で示される範囲内、例えば−２０ｍｍ＜ＣＪ＜−１０ｍｍの範囲内にある場合、反射防止膜を表面３６４Ｓ上に優先的に設けられるべきである。回折光ＤＬの入射領域が図１０（Ｂ）に例示された大きさになり、画質に大きな影響を与える反射回折ゴーストが生じ得るからである。
【００５２】
共役距離ＣＪの値が正である場合も同様であり、共役距離ＣＪの値が、例えば１５ｍｍ＜ＣＪ＜３０ｍｍといったＲ２の範囲内にある場合、他のレンズ表面よりも優先的に、表面３６４Ｓ上に反射防止膜を設けるべきである。以上のことから、反射防止膜が設けられていない状態で、共役距離ＣＪが所定の下限値と上限値との間にあるとき、その撮影レンズ表面には反射防止膜が設けられる。
【００５３】
以上のように本実施形態によれば、回折角の大きい回折光ＤＬほど、撮影レンズの表面における反射を優先的に抑制、防止する反射防止膜５０を設けることにより、反射回折ゴーストによる画像の劣化を効果的に抑制することができる。特に、限られた数の反射防止膜５０、例えば撮影レンズ上のわずか一表面に反射防止膜５０を設ける場合においても、効率的な配置によって大きな効果が得られる。
【００５４】
撮像光学装置２０に含まれる各部材の構造等は、いずれの実施形態にも限定されない。例えば、モノクロ撮像素子に上述の実施形態を適用しても良い。この場合、ＲＧＢの全画素が同じ位置に配置されており、画素ピッチは各色の画素で共通であるとみなすことができる。従って、回折光ＤＬの回折角は波長にほぼ比例することから、波長の長い光ほど回折角が大きくなる。このため、カラーフィルタ１４の受光波長域の長波長側、例えば、全ての色フィルタにおける分光透過波長域の最短透過波長と最長透過波長との間の中央波長よりも長波長側に、反射率が最低となる波長を設定し、このような波長特性に対応させた反射防止膜５０を用いることが好ましい。
【００５５】
また、ベイヤー配列以外の配列の撮像素子を含む撮像光学装置において、反射防止膜５０を設けても良い。この場合、例えば図１３に示された特殊な配列では、Ｒ画素、Ｂ画素の扱いが問題となり得る。Ｒ画素同士、およびＢ画素同士の画素ピッチが一定でないからである。
【００５６】
このような場合には、撮像素子における単位面積あたりのＲ画素、Ｂ画素、およびＧ画素のそれぞれの個数である画素密度（あるいは全画素に含まれる各色の画素数の割合）の平方根を算出し、この値と、各色フィルタの代表波長とに基づいて、反射防止膜５０の反射率が調整される。画素密度の平方根は、各色の画素同士の距離の平均値、すなわち画素ピッチの平均値に比例するからである。この場合、上述の関係式（１）、すなわち回折角＝各カラーフィルタの分光透過波長域内の代表波長／画素ピッチの関係式の代わりに、回折角∝各カラーフィルタの分光透過波長域内の代表波長／（画素密度）１／２の関係式（２）に基づいて、回折角の大きい回折光ＤＬほど優先的に低下させるように反射率が調整される。
【００５７】
また、上述の手法によって、撮像光学系３６中の撮影レンズ表面のうちいずれか１つ、あるいは少数に反射防止膜５０を効率的に設けることが好ましいものの、全ての撮影レンズ表面に設けても良い。また、撮像光学系３６に含まれるレンズ表面間で、上述の共役距離ＣＪの値に大きな差がない場合、撮像素子１０側のレンズのうち、最も開口絞り４２に近いレンズ表面に反射防止膜５０を設けることが好ましい。例えば太陽のようにゴーストの原因となり得る光源に対して、画像の中心を挟んで常に対称な位置にゴーストがでると、構図的に目立つ可能性が高いからである。
【符号の説明】
【００５８】
１０  撮像素子
１２  フォトダイオード（光電変換素子）
１２Ｓ  受光面
１４  カラーフィルタ（波長選択素子）
２０  撮像光学装置
３６  撮像光学系
３６１  撮影レンズ
４２  開口絞り
５０  反射防止膜
１０１、１０２  画素
Ｌ  入射光
ＤＬ  回折光
【図１】
2015165661.tif 000003
【図２】
2015165661.tif 000004
【図３】
2015165661.tif 000005
【図４】
2015165661.tif 000006
【図５】
2015165661.tif 000007
【図６】
2015165661.tif 000008
【図７】
2015165661.tif 000009
【図８】
2015165661.tif 000010
【図９】
2015165661.tif 000011
【図１０】
2015165661.tif 000012
【図１１】
2015165661.tif 000013
【図１２】
2015165661.tif 000014
【図１３】
2015165661.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成27年3月31日(2015.3.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口絞りを有する撮像光学系と、複数の光電変換素子を有し、前記撮像光学系を透過した被写体からの入射光が入射する撮像素子とを備えた撮像光学装置において、
前記撮像光学系の中で少なくとも前記開口絞りと前記撮像素子との間に配置されている撮影レンズの１面に、複数の層を積層させた反射防止膜を有する反射防止構造が形成されており、
前記撮像素子において、前記入射光をそれぞれ所定の透過波長域に分光する複数の波長選択素子が受光面上に２次元配列されており、
所定の波長選択素子の分光透過波長域における代表波長を、該所定の波長選択素子に対応する画素同士の画素ピッチで除した算出値である回折角が最も大きくなる波長選択素子の代表波長の近傍において、前記反射防止構造が形成される撮影レンズ表面における反射率が最も低くなるように調整されていることを特徴とする撮像光学装置。
【請求項２】
開口絞りを有する撮像光学系と、複数の光電変換素子を有し、前記撮像光学系を透過した被写体からの入射光が入射する撮像素子とを備えた撮像光学装置において、
前記撮像光学系の中で少なくとも前記開口絞りと前記撮像素子との間に配置されている撮影レンズの１面に、複数の層を積層させた反射防止膜を有する反射防止構造が形成されており、
前記撮像素子は、前記入射光をそれぞれ所定の透過波長域に分光する複数の波長選択素子を画素ごとに有し、
前記反射防止構造が形成される撮影レンズ表面における反射率は、前記複数の波長選択素子の分光透過波長域において、最短透過波長と最長透過波長との間の中央波長よりも長波長側における反射率が最も低くなるように調整されていることを特徴とする撮像光学装置。
【請求項３】
複数の撮影レンズから成り、被写体からの入射光を、複数の光電変換素子を有する撮像素子に結像させる撮像光学系であって、
開口絞りを有し、
前記撮像光学系の中で少なくとも前記開口絞りと前記撮像素子との間に配置されている撮影レンズの１面に、複数の層を積層させた反射防止膜を有する反射防止構造が形成されており、
前記撮像素子において、前記入射光をそれぞれ所定の透過波長域に分光する複数の波長選択素子が受光面上に２次元配列されており、
所定の波長選択素子の分光透過波長域における代表波長を、該所定の波長選択素子に対応する画素同士の画素ピッチで除した算出値である回折角が最も大きくなる波長選択素子の代表波長の近傍において、前記反射防止構造が形成される撮影レンズ表面における反射率が最も低くなるように調整されていることを特徴とする撮像光学系。
【請求項４】
複数の撮影レンズから成り、被写体からの入射光を、複数の光電変換素子を有する撮像素子に結像させる撮像光学系であって、
開口絞りを有し、
前記撮像光学系の中で少なくとも前記開口絞りと前記撮像素子との間に配置されている撮影レンズの１面に、複数の層を積層させた反射防止膜を有する反射防止構造が形成されており、
前記撮像素子は、前記入射光をそれぞれ所定の透過波長域に分光する複数の波長選択素子を画素ごとに有し、
前記反射防止構造が形成される撮影レンズ表面における反射率は、前記複数の波長選択素子の分光透過波長域において、最短透過波長と最長透過波長との間の中央波長よりも長波長側における反射率が最も低くなるように調整されていることを特徴とする撮像光学系。
【請求項５】
開口絞りを有する撮像光学系と、複数の光電変換素子を有し、前記撮像光学系を透過した被写体からの入射光が入射する撮像素子とを備えた撮像光学装置において、
前記撮像光学系の中で少なくとも前記開口絞りと前記撮像素子との間に配置されている撮影レンズの１面に、複数の層を積層させた反射防止膜を有する反射防止構造が形成されており、
前記撮像素子は、前記入射光を所定の透過波長域に分光する波長選択素子を画素ごとに有し、
所定の波長選択素子の分光透過波長域における代表波長と、前記撮像素子における前記所定の波長選択素子に対応する画素の単位面積あたりの数との乗算値に応じて、前記反射防止膜が形成される撮影レンズ表面における反射率が調整されていることを特徴とする撮像光学装置。
【請求項６】
複数の撮影レンズから成り、被写体からの入射光を、複数の光電変換素子を有する撮像素子に結像させる撮像光学系であって、
開口絞りを有し、
前記撮像光学系の中で少なくとも前記開口絞りと前記撮像素子との間に配置されている撮影レンズの１面に、複数の層を積層させた反射防止膜を有する反射防止構造が形成されており、
前記撮像素子は、前記入射光を所定の透過波長域に分光する波長選択素子を画素ごとに有し、
所定の波長選択素子の分光透過波長域における代表波長と、前記撮像素子における前記所定の波長選択素子に対応する画素の単位面積あたりの数との乗算値に応じて、前記反射防止膜が形成される撮影レンズ表面における反射率が調整されていることを特徴とする撮像光学系。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
第１〜第７層５１〜５７の材質、厚さ、構造をこのように調整することにより、反射防止膜５０に対して０°の入射角で入射した光（図６等参照）の分光反射率は、図８に示された通りとなる。すなわち、波長域が６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の赤色の回折光ＤＬに対する反射率は０．２％以下、例えば０．１９％である。また、波長域が５００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の緑色の光に対する反射率は０．１％以下、例えば０．０６％である。そして、波長域が４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の青色光に対する反射率の最大値（波長が４００ｎｍのとき）は約０．２９％であって、赤色、緑色光の反射率よりも高い。反射防止膜５０の反射率は、Ｒ，Ｇ，Ｂに応じた波長帯域の光が撮像素子側へ再反射するのを防ぐように定められている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
撮像光学装置２０に含まれる各部材の構造等は、いずれの実施形態にも限定されない。例えば、ＲＧＢの全画素が同じ位置に配置されている撮像素子に上述の実施形態を適用してもよい。この場合、ＲＧＢの全画素が同じ位置に配置されていることから画素ピッチは各色の画素で共通であるとみなすことができる。従って、回折光ＤＬの回折角は波長にほぼ比例することから、波長の長い光ほど回折角が大きくなる。このため、カラーフィルタ１４（波長選択素子）の受光波長域の長波長側、例えば、全ての色フィルタ（複数の波長選択素子）における分光透過波長域の最短透過波長と最長透過波長との間の中央波長よりも長波長側に、反射率が最低となる波長を設定し、このような波長特性に対応させた反射防止膜５０を用いることが好ましい。