(57)【要約】【課題】画素ピッチの異なる撮像素子を有する複数の撮像装置に対して、交換レンズの光学性能を良好に維持しつつ、互換性をもって装着することができる撮像システム及びそれに用いる撮像装置を得ること。【解決手段】共通の交換レンズを着脱可能な複数の撮像装置を有する撮像システムにおいて、該複数の撮像装置のうち２以上の撮像装置には、画素ピッチが互いに異なった撮像素子が設けられており、該撮像素子の光入射側には、平行平面形状の複数の光学部材が設けられており、該複数の光学部材の光軸方向の厚みの総和は、該複数の撮像装置間で略等しく設定されていること。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通の交換レンズを着脱可能な複数の撮像装置を有する撮像システムにおいて、
該複数の撮像装置のうち２以上の撮像装置には、画素ピッチが互いに異なった撮像素子が設けられており、該撮像素子の光入射側には、平行平面形状の複数の光学部材が設けられており、該複数の光学部材の光軸方向の厚みの総和は、該複数の撮像装置間で略等しく設定されていることを特徴とする撮像システム。
【請求項２】
前記複数の光学部材は１以上の光路長補正板を含み、該光路長補正板によって、前記複数の光学部材の光軸方向の厚みの総和が該複数の撮像装置間で略等しく設定されていることを特徴とする請求項１の撮像システム。
【請求項３】
前記１以上の光路長補正板は、カバーガラス、近赤外カットフィルター、光学的ローパスフィルターのうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項２の撮像システム。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項の撮像システムに用いられることを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
１以上の交換レンズが共通して着脱可能に装着できる複数の撮像装置のうちの１つの撮像装置であって、
該１つの撮像装置は、それに含まれる撮像素子の画素ピッチが他の撮像装置に含まれる撮像素子の画素ピッチと異なっており、かつ、撮像素子の光入射側に設けられている平行平面形状の複数の光学部材の光軸方向の厚みの総和が、他の撮像装置の撮像素子の光入射側に設けられている平行平面形状の複数の光学部材の光軸方向の厚みの総和と略等しいことを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画素ピッチの異なる撮像素子を含む複数の撮像装置に共通して交換レンズが装着され撮像することができる撮像システム及びそれに用いる撮像装置に関し、特に交換レンズの光学性能が複数の撮像装置間で等しく発揮されるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンピュータで画像（画像情報）を扱う用途が飛躍的に増大している。近年、コンピュータに画像を取り込むための撮像装置としてのデジタルカメラが種々と提案されている。このようなデジタルカメラの発展動向として、静止画像を扱うデジタルスチルカメラは多画素化への方向性をより鮮明にしており、通常動画像用（ビデオムービー）カメラの撮像素子の画素数が２５万から４０万画素であるのに対し、８０万画素（ＸＧＡクラス）の撮像素子を搭載するデジタルカメラが普及している。さらに最近では２００万画素から３００万画素程度の撮像素子を用いたデジタルカメラが発表されている。この他、撮影レンズがカメラ本体に対して変換可能な交換レンズタイプの高級機の撮像装置では、２００万画素、４００万画素、６００万画素といった高画素の撮像素子を用いた撮像装置が発表されている。
【０００３】
但し、これらの撮像素子の画面サイズは銀塩フィルムの２４ｘ３６ｍｍに比較すると、これより小さいものが多く、ＡＰＳ−Ｃサイズを上限として２／３インチ等のものが主流となっている。その理由としては、半導体製造装置の焼付けサイズ、材料となるシリコンウェハの歩留まり、最終的な欠陥率等、大きいサイズよりは小さいものが容易であるということである。
【０００４】
次に、画面サイズが２４ｘ３６ｍｍの場合とＡＰＳ−Ｃサイズの場合で利欠点を比較してみる。
【０００５】
画面サイズに応じて系列の異なる交換レンズ群を各々用意することは経済的ではないので、画面サイズの異なる複数のカメラに対して互換性のある交換レンズ群を用意するのが良い。このときの交換レンズは、より大きい画面サイズをカバーするイメージサークルを対象とする必要がある。但し、大きい画面サイズに適した交換レンズを、より画面サイズの小さいカメラに装着した場合、画角が狭くなって望遠側の交換レンズに相当してしまう。即ち、これら複数のカメラで同一の画角を得るためには、小さい画面サイズのカメラにとって、より短い焦点距離の交換レンズを装着することが必要になる。しかし、焦点距離の短い交換レンズでは被写界深度が深くなるために、作画に必要なボケが演出できないとか、より開放Ｆ値の明るい交換レンズが必要となったりする。
【０００６】
一方、同じ総画素数で画面サイズの異なる複数のカメラを比較した場合、当然のことながら一画素の画素ピッチは画面サイズの小さな方が細かくなり、要求されるピント精度や像性能は厳しくなる。これは画素ピッチから求まるナイキスト周波数が高くなり、より高い空間周波数でのコントラストが必要とされるからである。
【０００７】
以上に述べたことから、撮像素子の特性・仕様の違いを含めて、これら複数のカメラに対して互換性のある交換レンズを供給する場合、交換レンズが満たすべき性能・仕様は常に厳しい条件を満足するものでなければならない。
【０００８】
今後、さらに撮像素子の特性・仕様は、
・撮像素子を安価に製造し、撮像装置全体を小型化するためには、画面サイズは小さい方向に向かう。
・より高画質で、感度もよく、被写体のボケ味等に重きをおくならば、画面サイズは大きい方向に向かう。
といった傾向で二極化していくことが予想される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように撮像素子の特性が二極化していく場合、画素ピッチの違いにより、撮像装置の構成に影響を与えるものが幾つかある。
【００１０】
第一に、光学的ローパスフィルターの構成である。光学的ローパスフィルターを用いる目的は、画素ピッチで離散的にサンプリングした際に発生する輝度信号の折り返し歪みや、偽色信号を除去するためで、異方性結晶の複屈折作用や、光路長の位相を変化させる体積型の光学部材を用いる。
【００１１】
一般的に多く用いられているのは、水晶を４５度の結晶軸で切り出して、常光線と異常光線に対し２点に像分離するもので、これらを複数枚重ね合わせることで４点、８点といった細かい像分離を行う。但し像の分離幅は水晶の厚みで決定されるので、定性的には画素ピッチが細かくなれば水晶の厚みは薄くなる。
【００１２】
最近では材料として、複屈折作用の強いニオブ酸リチウムを用いて厚みを意図的に薄くしたローパスフィルターが多く用いられている。
【００１３】
第二に、撮像素子の画素ピッチが細かくなると、それに付着する種々のゴミや欠陥が画像に与える影響が大きくなることである。撮像素子面の直前に配置されるカバーガラスは上記ゴミの混入等を防ぐ役割もあるが、カバーガラスの厚みが薄いと加工上の難易度があがり、研磨時のキズ、ゴミといった欠陥も多くなり、撮像素子面からの距離が短くなることによってカバーガラスの前面に付着したゴミがボケずに写りこむ頻度も高くなる。
【００１４】
さらに、画素ピッチの要因とは別に、色再現性を決定づける重要な部品として近赤外カットフィルターの構成がある。撮像素子は単板で色分解をする際に、波長選択性を有したカラーフィルターを備えているが、色再現を損なう不要な近赤外光は前記近赤外カットフィルターで排除している。一般的に用いられている吸収型の近赤外カットフィルターは近赤外カット特性がシャープではない為に、感度とのトレードオフから近赤外光が僅かにもれこみ、赤の彩度を落とすことになる。
【００１５】
一方で誘電体多層膜によるダイクロ膜を用いた近赤外カットフィルターは、他の光学部材の表面に蒸着することで厚みを減らすことができ、シャープな分光特性を持たせられるが、カットした近赤外光がゴースト光となって画質を損なう欠点がある。上記いずれの方式を選ぶかによって撮像装置本体内の光学部材の厚みは変化する。
【００１６】
複数の撮像装置に共通に使用される交換レンズにとって光学性能上厄介なことは、異なる画素ピッチの撮像素子を有した複数の撮像装置に対して、上記撮像装置本体内に配設される光学部材の厚み（光軸方向の厚さ）によって、交換レンズが有する球面収差や非点収差が影響を受けることである。
【００１７】
撮像装置間による前記光学部材の厚みの差は、交換レンズのＦ値（Ｆナンバー）が明るいほど、また光学部材の厚みが厚いほど収差は補正過剰となり、交換レンズの射出瞳位置が近いほど非点収差の影響を受けやすい。
【００１８】
具体的には、光軸上では球面収差がオーバーとなり、軸外ではサジタル像面に対してメリディオナル像面がよりオーバーとなる非点収差が発生する。
【００１９】
図９はこのような現象を説明するための説明図である。同図は、理想像面から５０ｍｍ離れた位置にＦ２．０の射出瞳を持つ理想レンズを配置し、理想像面との間に光軸と垂直な入出射面を持った厚さ５ｍｍの平行平板より成る水晶の複屈折板を配置した場合の複屈折板で発生する光線収差を示した図である。図９（Ａ）において、４１は焦点距離５０ｍｍの理想レンズ、４２は厚さ５ｍｍの水晶の複屈折板、４３は近軸計算上の予定焦点面である。また、４４は像高０ｍｍ（光軸上）の像面近傍、４５は像高２０ｍｍの像面近傍を表わしている。
【００２０】
理想レンズ４１によって結像され平行平板４２を通過した光線は、図９（Ａ）に示されるように予定焦点面４３の近傍に結像するべく進行する。しかしながらその像面近傍４４及び４５を拡大すると、それぞれ図９（Ｂ）及び図９（Ｃ）に示されるようになる。すなわち像高０ｍｍにおける最良像面位置は位置４６、像高２０ｍｍにおける最良像面位置は位置４７となって、画面中央では球面収差がオーバーとなり、また画面周辺では特にメリディオナル像面でオーバーとなる非点収差が発生する。
【００２１】
このように、撮影光学系（撮影レンズ）とその予定焦点面の間に平行平板を挿入すると、上述したような光線収差が発生するという性質がある。そこで、水晶の複屈折板等の平行平板を配置することを前提とした撮影光学系では、この平行平板で発生する収差を加味した上で撮影光学系を設計することが一般に行われている。
【００２２】
但し、上記複数の撮像装置間で厚みの総和の絶対値はともかく、相対差がなければ、交換レンズの光学設計時に、その厚みを考慮して収差補正することができ互換性は維持できる。
【００２３】
従来、上記問題を改良する方法が、例えば特開平７−９２５２５号公報で提案されている。同公報では、カラーＴＶカメラ用に設計された交換レンズをモノクロ用のカメラに装着する場合、カメラ側に配置されるフィルター類でモノクロカメラに不要なものがある為、フィルター類の厚みは薄くなり、よって収差が劣化することを同じく問題としている。この解決のために、前記公報では、モノクロカメラに取り付ける際に、交換レンズの後端に収差補正板を装着している。
【００２４】
しかしながら、この方式では収差補正板を装着する作業が煩雑なうえ、さらに複数のカメラに対しては、収差補正板の種類を多く用意する必要があり、システム互換性からは簡便であるとはいい難い。
【００２５】
本発明は画素ピッチの異なる撮像素子を有する複数の撮像装置に対して、交換レンズの光学性能を良好に維持しつつ、互換性をもって装着することができる撮像システム及びそれに用いる撮像装置の提供を目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の撮像システムは、
共通の交換レンズを着脱可能な複数の撮像装置を有する撮像システムにおいて、
該複数の撮像装置のうち２以上の撮像装置には、画素ピッチが互いに異なった撮像素子が設けられており、該撮像素子の光入射側には、平行平面形状の複数の光学部材が設けられており、該複数の光学部材の光軸方向の厚みの総和は、該複数の撮像装置間で略等しく設定されていることを特徴としている。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態の概念図である。図１において、２は撮像装置であり、画面サイズの大きさが比較的大きく画素数も多い画素ピッチの細かい撮像素子（以下「第２の撮像素子」ともいう。）３を使用している。１は、撮像装置であり、撮像素子３よりも小さい画面サイズで画素数も少なく、画素ピッチの粗い撮像素子（以下「第１の撮像素子」ともいう。）４を使用している。５は撮影系であり、ズームレンズより成っている。尚、撮影系５は単一の焦点距離であっても良い。ズームレンズ５は、撮像装置１と撮像装置２の両方に装着可能な装着手段（マウント）１０を有している。９は、撮像装置１と撮像装置２に共通したマウント部材で、ズームレンズ側のマウント部材１０と着脱可能となっている。各部材９、１０は共通装置手段を構成している。
【００２８】
図６は、異なる画素ピッチを有したふたつの撮像素子３、４の説明図である。図６（Ａ）は画面サイズが１５．１×２２．７ｍｍで有効総画素数が３００万画素で、画素４ａが正方格子状の画素ピッチが１０．７ミクロン角の撮像素子４である。一方の図６（Ｂ）は、画面サイズが１５．６×２３．４５ｍｍの有効画素数が６００万で画素３ａが正方格子の画素ピッチが７．８ミクロン角の撮像素子３である。
【００２９】
図７（Ａ）、（Ｂ）は、図６（Ａ），（Ｂ）の撮像素子４、３を撮影系に用いたときの最適な光学ローパスフィルターの構成の説明図である。図７（Ａ）において、ａ１、ａ２、ａ３は各々光学ローパスフィルターであり、その厚みはｄａ１、ｄａ２，ｄａ３である。ｂ１は近赤外カットフィルターであり、その厚みはｄｂ１である。ｃ１は撮像素子の光入射側の直前に配置されたカバーガラスであり、その厚みはｄｃ１である。図７（Ａ）において、光学ローパスフィルターａ１，ａ２，ａ３と近赤外カットフィルターｂ１とカバーガラスｃ１の光軸方向の厚みの総和Ｌ１は６．３ｍｍである。又、図７（Ｂ）においてａ１’、ａ２’は光学ローパスフィルターであり、その厚みはｄａ１’、ｄａ２’である。ｂ１’は近赤外カットフィルターであり、その厚みはｄｂ１’である。ｃ１’は撮像素子の光入射側の直前に配置されたカバーガラスであり、その厚みはｄｃ１’ある。図７（Ｂ）において、光学ローパスフィルターや金赤外カットフィルターの各種フィルターやカバーガラス等の平行平面板の光軸方向の厚みの総和Ｌ２は４．４ｍｍである。
【００３０】
表１に、第１と第２の撮像素子４、３に対応した各種フィルターの構成及びその数値を示す。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
図８は、図６（Ａ）の第１の撮像素子４と図７（Ａ）の光学フィルター（厚さ６．３ｍｍ）に合わせて、球面収差が理想的にゼロであるように設計された交換レンズを、図６（Ｂ）の第２の撮像素子３と図７（Ｂ）の光学フィルター（厚さ４．４ｍｍ）のものに装着した場合のＦ値１．２までの球面収差を表している。
【００３３】
図８では、無収差であった場合に比較して、光学フィルターの厚みの総和が薄い（６．３ｍｍ−４．４ｍｍ＝１．９ｍｍ）ために、球面収差は補正不足の状態となっている。これらの収差図の比較では、光学フィルターの空気換算光路長は等しい位置に結像させて評価した場合であるが、球面収差の変化は、高画質化していくなかで、問題となるレベルであり、好ましくない。
【００３４】
以下の各実施形態では、平行平面板より成る光学部材と光路長補正板の厚みの総和が、第１の撮像素子４に対しても、第２の撮像素子３に対しても等しく５．４ｍｍと設定している。ここで厚みの総和とは、実際の厚さｄである。従って、撮影レンズは像面側に５．４ｍｍのガラスブロックがあるものとして設定している。尚、厚みの総和は略等しい値（±１０％以内）であれば良い。
【００３５】
＜実施形態１＞
図２は本発明の実施形態１の要部概略図である。光学部材の厚みの総和（５．４ｍｍ）を補正する収差補正板はカバーガラスｃ１’である。第２の撮像素子３に対して（ローパスフィルターの厚さ２．９）、カバーガラスｃ１’の厚みｄｃ１’を１．５ｍｍとし、厚みの総和を５．４ｍｍとしている。これにより、前記交換レンズを装着した時の球面収差は、ほぼ図８の無収差のものと同じになり、互換性が維持される。本実施形態の場合、画素ピッチが細かい第２の撮像素子３に対しては、カバーガラスが厚くなる（厚さ１．５ｍｍ）ことで、前面に付着するゴミ等に対しても有利となる。本実施形態の断面構成図を表−２に示す。
【００３６】
【表２】
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【００３７】
＜実施形態２＞
図３は、本発明の実施形態２の要部断面図である。光学部材の厚みの総和を補正する収差補正板はカバーガラスｃ１である。第１の撮像素子４に対して（ローパスフィルターの厚さ４．８ｍｍ）、カバーガラスｃ１で近赤外カットフィルターを兼用しており、その厚みを０．６ｍｍとし、厚みの総和を５．４ｍｍとしている。これにより、前記交換レンズを装着した時の球面収差は、ほぼ図８の無収差のものと同じになり、交換レンズの互換性が維持される。本実施形態の場合、カバーガラスｃ１を薄くできるのは、より薄い厚みで赤外カットの能力の高い、所謂濃い吸収色ガラスを用いたのと、光学ローパスフィルターの前面に蒸着タイプの近赤外カットフィルター膜ＩＲを併用したことによる。本実施形態の断面構成図を表−３に示す。
【００３８】
【表３】
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【００３９】
＜実施形態３＞
図４は、本発明の実施形態３の要部断面図である。光学部材の厚みの総和を補正する収差補正板は光学的ローパスフィルターａ２である。第１の撮像素子に対して、光学的ローパスフィルターａ１，ａ２，ａ３の合計の厚みを３．９ｍｍとし、厚みの総和を５．４ｍｍとしている。これにより、前記交換レンズを装着した時の球面収差は、ほぼ図８の無収差のものと同じになり、互換性が維持される。
【００４０】
本実施形態の場合、近赤外カットフィルターｂ１を薄く（厚さ１ｍｍ）できるのは、水晶に代えてより薄い厚みで複屈折作用の高い、ニオブ酸リチウムを替えて用いたことによる。本実施形態の断面構成図を表−４に示す。
【００４１】
【表４】
2004112661.tif 000006
【００４２】
＜実施形態４＞
図５は、本発明の実施形態４の要部断面図である。光学部材の厚みの総和を補正する収差補正板は上記以外の光学的作用としては光路長補正の機能しか有さない所謂ダミーガラスｄ１’である。第２の撮像素子３に対して、ダミーガラスｄ１’の厚みｄｄ１’をｄｄ１’＝１．０ｍｍとし、厚みの総和を５．４ｍｍとしている。これにより、前記交換レンズを装着した時の球面収差は、ほぼ図７（Ａ）のものと同じになり、互換性が維持される。本実施形態の場合、空気境界面を増やさない為に、光学的ローパスフィルターに接合した構成としている。但し、光学性能に与える影響はないので、順序はもとよりどの位置に配置されていてもよい。本実施形態の断面構成図を表−５に示す。
【００４３】
【表５】
2004112661.tif 000007
【００４４】
以上説明したように、各実施形態によれば、各種フィルターやダミーガラス、カバーガラスといった平行平面板の光軸方向の厚みの総和を等しくしたことで、互いに画素ピッチの異なる撮像素子を有する複数の撮像装置に、共通して使用できる交換レンズを備えることができる。
【００４５】
特に各撮像装置でのローパス作用（ローパス効果）は互いに異なるが、交換レンズの最終レンズ面から撮像素子にいたるまでの光路内に配設される光学部材の影響を、複数の撮像装置間で略等しくなるように設定することにより、交換レンズと光学部材で発生する収差が各撮像装置間で差が生じない。
【００４６】
光学部材の光軸方向の厚みの総和が各撮像装置内で略等しく（±１０％以内）なるように、ローパスフィルターの厚みを変えることで揃えたり、赤外カットフィルターの厚みを変えることで揃えたり、カバーガラスの厚みを変えることで揃えたり、ダミーガラスを挿入することで行っている。
【００４７】
また、厚みが若干量の差であれば光学性能として目立たないが、これによる収差の影響を電気的に補正しようとするならば、絞りの値によって収差が変化する為、撮影条件に応じて、かなり細かい制御をしてやらねばならず、システムが複雑化すると共に、撮影タイミングの遅れ等が発生し、好ましくない。これに対して各実施形態では、撮像装置本体の光学系内の光学部材の厚みを揃えるだけで、こうした複雑な処理から一挙に開放され、高性能な画質を維持した交換レンズシステムを実現している。
【００４８】
尚、前記厚みの総和は、前記複数の光学部材の実際の厚さの合計の他に光学的な厚さ（材料の屈折率をｎ、厚さをｄとするときｎｄ）を用いても良い。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、画素ピッチの異なる撮像素子を有する複数の撮像装置に対して、交換レンズの光学性能を良好に維持しつつ、互換性をもって装着することができる撮像システム及びそれに用いる撮像装置を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の概念図
【図２】本発明の実施形態１の要部概略図
【図３】本発明の実施形態２の要部概略図
【図４】本発明の実施形態３の要部概略図
【図５】本発明の実施形態４の要部概略図
【図６】本発明に用いられる画素ピッチの異なるふたつの撮像素子の構成図
【図７】図６に対応した光学フィルターの構成図
【図８】図７のフィルターの構成の差により生じる球面収差の説明図
【図９】フィルター類の厚みの違いにより生じる収差の概念図
【符号の説明】
１、２　　撮像装置
３　　　　第２の撮像素子
４　　　　第１の撮像素子
５　　　　交換レンズ
９，１０　マウント部材
【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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【図８】
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【図９】
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