(57)【要約】【課題】ビデオレンズ、ＤＳＣ用レンズ等の電子撮像用光学系のローコスト化及びコンパクト化。【解決手段】所定ピッチの画素を有する撮像素子により撮像を行なう撮像光学系の瞳近傍に、面積分割された複数の領域を有し、該領域間の位相差によってローパス効果を得る光学的ローパスフィルタを有するものであって、該撮像素子の画素ピッチをＰ、撮像時の主波長をλ、撮像光学系のＦナンバーをＦとした時に、０．２Ｐ　＜　λＦ　＜　０．６Ｐなる条件式を充たすようにＦナンバーを設定したことを特徴とする光学システム。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定ピッチの画素を有する撮像素子により撮像を行なう撮像光学系の瞳近傍に、面積分割された複数の領域を有し、該領域間の位相差によってローパス効果を得る光学的ローパスフィルタを有するものであって、該撮像素子の画素ピッチをＰ、撮像時の主波長をλ、撮像光学系のＦナンバーをＦとした時に、
０．２Ｐ　＜　λＦ　＜　０．６Ｐ
なる条件式を充たすようにＦナンバーを設定したことを特徴とする光学システム。
【請求項２】
該光学的ローパスフィルタの位相差は、撮像光学系上の瞳近傍の面に設けられた薄膜によって得られることを特徴とする特許請求項１に記載の光学システム。
【請求項３】
該光学的ローパスフィルタの複数の領域間の位相差をθ、撮像時の主波長をλとした時、該光学的ローパスフィルタは、
λ／４　≦　θ　≦　３λ／４
となる位相差を有していることを特徴とする特許請求項１又は２に記載の光学システム。
【請求項４】
該光学的ローパスフィルタは、レンズ作用を有することを特徴とする特許請求項１に記載の光学システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビデオカメラ用光学系、デジタルスチルカメラ用光学系等、所定ピッチの画素を有する撮像素子により撮像を行なう撮像光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＣＣＤ等所定ピッチの画素を有する撮像素子により撮像を行なう例えばビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の光学系には、被写体上の高周波パターンと撮像素子の画素との間に起こるモアレを除去する為、光学的なローパスフィルタを用いている。
【０００３】
一般的には、主たる結像光学系の像面側に水晶からなる光学的ローパスフィルタを挿入し、被写体の高周波成分をカットしている。しかし、特許上は他にも様々なものが提案されてきている。
【０００４】
例えば、本出願人による特開平１−９１６号公報は、撮像光学系の瞳近傍に配置された光学部材上に薄膜により回折格子を形成し、それによる回折作用で光学的にローパス効果を得るものである。また、本出願人による特開平９−２８８２５４号公報は、同様に撮像光学系の瞳近傍に配置された光学部材を複数に面積分割してプロペラ状の面を形成し、それによる屈折作用で光学的にローパス効果を得るものである。また、特開平７−３２５２６９号公報も同様に光学部材を複数に面積分割して光軸に対しねじれの関係にあるようなスプリットプリズム状の面を形成し、それによる屈折作用で光学的にローパス効果を得るものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述従来例のうち水晶による光学的ローパスフィルタは、複数の水晶を光学的な軸を変えて接合するのが一般的であり、高価であるのと同時に、スペース的にも不利である。また、上述の回折作用によるものは、微細な回折格子を有する為、精密な製造技術が不可欠であり、これもコスト的には不利である。また、上述の屈折作用によるものは、構成が簡易であるが、必然的にある程度の厚みが必要となり、スペース上光学系のコンパクト化に対しては問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述従来例の問題点を鑑みてなされたものであって、上述の問題点を解決する為の手段として、所定ピッチの画素を有する撮像素子により撮像を行なう撮像光学系の瞳近傍に配置される光学的ローパスフィルタを用いるものであって、該光学的ローパスフィルタの特徴を有効に使うために、その使用条件を限定するものである。
【０００７】
具体的には、所定ピッチの画素を有する撮像素子により撮像を行なう撮像光学系の瞳近傍に、面積分割された複数の領域を有し、該領域間の位相差によってローパス効果を得る光学的ローパスフィルタを有するものであって、該撮像素子の画素ピッチをＰ、撮像時の主波長をλ、撮像光学系のＦナンバーをＦとした時に、
０．２Ｐ　＜　λＦ　＜　０．６Ｐ
なる条件式を充たすようにＦナンバーを設定したことを特徴とする光学システムを提供するものである。
【０００８】
以下、実施例に沿って、本発明の内容を詳述する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による一実施例を説明する為の概略図で、１は撮像光学系、Ｌは撮像光学系１の光軸、２は絞り、３は所定ピッチの画素を有する撮像素子の撮像面であり、撮像光学系１の像側の面（絞りに近い面、すなわち瞳近傍）が領域１ａと１ｂとに分割され、それぞれの領域に薄膜が形成されており、更に上述の領域間には所定の位相差が設けられている。このことにより、物体側の１点からの光束は、撮像素子の撮像面上では、２点に分離する。このように、点像が分かれるということは、従来の水晶ローパスフィルタと同様な効果が得られるということで、撮像光学系そのものが、そうした特性を有するということである。
【００１０】
上述撮像光学系中の絞り近傍の面は、光学的ローパスフィルタといえるものであり、また同時にＲがついているため、レンズ作用も有している。
【００１１】
但し、上述のローパスフィルタ効果は、撮像光学系の絞りの状態すなわちＦナンバーによって変わってくる。明るいＦナンバーの場合には、ローパス効果が小さく、絞っていくにしたがって、ローパス効果が大きくなっていく。したがって、撮像素子の画素ピッチによって、最適なＦナンバーの範囲が決まる。
【００１２】
本発明による光学システムは、この条件について規定するものである。
【００１３】
具体的には、該撮像素子の画素ピッチをＰ、撮像時の主波長をλ、撮像光学系のＦナンバーをＦとした時に、
０．２Ｐ　＜　λＦ　＜　０．６Ｐ　・・・（１）
なる条件式を充たすようにＦナンバーを設定している。
【００１４】
ここで、撮像時の主波長λは、通常の可視光による撮像を行う際には、ｄ線（０．５８７６μ）としている。
【００１５】
上式の上限を超えると、ローパス効果が強くかかりすぎ、すなわち本来必要なレベルの高周波もカットされてしまい、画質の劣化をきたす。一方、上式の下限を超えると、ローパス効果が弱くなり、細かい周期状の被写体などを撮影した際に、被写体と撮像素子の画素とのモワレによる偽色などの悪影響が大きくなるので望ましくない。
【００１６】
図２は、位相差λ／２の２点分離、Ｆナンバー２．８の場合のＭＴＦ周波数特性（ｄ線）の例である。破線は、点像の分離方向のＭＴＦ、実線は、その垂直方向のＭＴＦである。図示のように、点像の分離方向については、ローパス効果があることがわかる。
【００１７】
尚、本実施例においては、説明上、撮像時の主波長としてｄ線の単色にての結果を述べたが、白色光においても多少の滲みがあるものの、上述と同様の効果を有する。
【００１８】
図３は、上述の位相差の量によるｄ線での像面上のスポット（点像）形状を表わしたもので、図中（ａ）は３λ／４、（ｂ）はλ／２、（ｃ）はλ／４の位相差がある場合を表わしている。何れも単純な単層膜に換算したとき、図１中の領域１ｂの方が領域１ａよりも膜厚が厚い方向に相当する（λ＝ｄ線）。
【００１９】
尚、図３にも示したように、瞳近傍の面における位相差の量によって点像の強度分布が異なってくるので、上述の領域間の位相差をθ、撮像時の主波長をλとした時、
λ／４　≦　θ　≦　３λ／４　・・・（２）
となる位相差の条件を充たしていることが必要である。
【００２０】
上式の上限もしくは下限を超えると、図３に示した分離した点像の強度のバランスが著しくくずれ、ローパス効果が薄れてしまう。但し、点像の分離幅は、上述位相差によらず、Ｆナンバーに依存する。
【００２１】
尚、上記薄膜の形成方法は、蒸着、スパッタリング、ケミカルな手法等何れでも構わない。
【００２２】
図４は、本発明の別の実施例を説明する為の図で、前述の実施例と同様、図示せぬ撮像光学系の瞳近傍の面を面積分割して所定の位相差を設けるものであるが、その分割を４分割としたものである。瞳の分割は、同図（ａ）に示すように直交する方向に４分割されている。１ａ´、１ｂ´、１ｃ´、１ｄ´は夫々各領域を表わす。同図（ｂ）は位相差の状態を表わす図、（ｃ）は単色光の点像の状態を表わす鳥瞰図、（ｄ）は単色光の点像である。位相差は、各段差ともλ／２となっている。
【００２３】
図示の如く、点像は４つに分かれ、水平、垂直両方向に対して、ローパス効果を有することがわかる。
【００２４】
【発明の効果】
上述したように本発明によれば、撮像光学系の瞳近傍の面を面積分割して、薄膜によって所定の位相差を設けることによって光学的ローパス効果を得る際、撮像素子の画素ピッチに応じて、撮像光学系のＦナンバーの範囲を制限することにより、ローコストでスペースをとらずにローパス効果が得られる光学システムを提供することができる。
【００２５】
尚、薄膜は蒸着その他公知の手法でつけることができ、特殊な材料を用いることがないので、コスト面では従来の水晶ローパスフィルタ等と比較して有利であり、また、スペース的にもローパス効果を有するのは面であり、殆ど実際上厚さが無視できるレベルであるので、従来のローパスフィルタに比べて大いに有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を説明する為の概略図
【図２】本発明の２点分離によるＭＴＦ周波数特性の一例を示す図
【図３】位相差の量と点像の強度分布との関係を説明する図
【図４】本発明の別の実施例を説明する為の概略図
【符号の説明】
１：撮像光学系
２：絞り
３：所定ピッチの画素を有する撮像素子の撮像面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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