(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
あるピッチの画素を有する撮像素子と、
該撮像素子に像を形成する撮像光学系と、
該撮像光学系の瞳又はその近傍に配置した光学的ローパスフィルタとを有する光学機器において、
該光学的ローパスフィルタは、基板面上の光が通過する全領域を１本の直線で分割したときの前記直線の一方側全体を第１の小領域とし、前記１本の直線の他方側全体を第２の小領域としたとき、前記２つの小領域に薄膜を施して通過光に位相差を付与して、ローパス効果を得ており、
該各小領域間の位相差をθ、該各小領域を通過する光の主波長をλとするとき、
λ／４≦θ≦３λ／４
を満足することを特徴とする光学機器。
【請求項２】
あるピッチの画素を有する撮像素子と、
該撮像素子に像を形成する撮像光学系と、
該撮像光学系の瞳又はその近傍に配置した光学的ローパスフィルタとを有する光学機器において、
該光学的ローパスフィルタは、基板面上の光が通過する全領域を互いに交わる第１の直線及び第２の直線で分割したときの、前記第１の直線の一方側で前記第２の直線の一方側全体を第１の小領域、前記第１の直線の他方側で前記第２の直線の一方側全体を第２の小領域、前記第１の直線の一方側で前記第２の直線の他方側を第３の小領域、前記第１の直線の他方側で前記第２の直線の他方側を第４の小領域としたとき、前記４つの小領域に薄膜を施して通過光に位相差を付与して、ローパス効果を得るとともに、
前記第１の小領域を通過する光と前記第２の小領域を通過する光とにはλ／２の位相差を与え、
前記第２の小領域を通過する光と前記第３の小領域を通過する光とにはλの位相差を与え、
前記第３の小領域を通過する光と前記第４の小領域を通過する光とにはλ／２の位相差を与え、
前記第４の小領域を通過する光と前記第１の小領域を通過する光とには位相差を与えないことを満足することを特徴とする光学機器。
【請求項３】
前記光学的ローパスフィルタは、屈折作用を有することを特徴とする請求項１又は２の光学機器。
【請求項４】
前記光学的ローパスフィルタは、前記撮像光学系の瞳又はその近傍の曲率を有した面に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３いずれかの光学機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光学的ローパスフィルタ及びそれを有する光学機器に関し、例えば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好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＣＣＤ，ＭＯＳ等の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（撮像光学系）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、光学的ローパスフィルタを用いている。
【０００３】
モアレを除去する為、一般的には、主たる撮像光学系の像面側に水晶の単結晶の平行平板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。この他にも光学的ローパスフィルタとして、種々のタイプのものが提案されてきている。
【０００４】
例えば、本出願人は特開平１−９１６号公報で、撮像光学系の瞳又はその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ローパス効果を得る光学的ローパスフィルタを提案している。この他本出願人は、特開平９−２８８２５４号公報で、同様に撮像光学系の瞳又はその近傍に配置された光学部材の光通過面を複数の領域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ローパス効果を得る光学的ローパスフィルタを提案している。また、特開平７−３２５２６９号公報で同様に光学部材の光通過面を複数の領域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ローパス効果を得る光学的ローパスフィルタを提案している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
水晶の単結晶より成る平行平板より成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、製作が難しく、光学系中に配置する為のスペースが大きくなる傾向があった。また、回折作用を利用した光学的ローパスフィルタは良好なるローパス効果が得られるが、微細な回折格子を製造する必要があった。
【０００６】
本発明は簡易な構成で良好なる光学的なローパス効果が得られる光学的ローパスフィルタ及びそれを有する光学機器の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の光学機器は、あるピッチの画素を有する撮像素子と、
該撮像素子に像を形成する撮像光学系と、
該撮像光学系の瞳又はその近傍に配置した光学的ローパスフィルタとを有する光学機器において、
該光学的ローパスフィルタは、基板面上の光が通過する全領域を１本の直線で分割したときの前記直線の一方側全体を第１の小領域とし、前記１本の直線の他方側全体を第２の小領域としたとき、前記２つの小領域に薄膜を施して通過光に位相差を付与して、ローパス効果を得ており、
該各小領域間の位相差をθ、該各小領域を通過する光の主波長をλとするとき、
λ／４≦θ≦３λ／４
を満足することを特徴としている。
【０００８】
請求項２の発明の光学機器は、あるピッチの画素を有する撮像素子と、
該撮像素子に像を形成する撮像光学系と、
該撮像光学系の瞳又はその近傍に配置した光学的ローパスフィルタとを有する光学機器において、
該光学的ローパスフィルタは、基板面上の光が通過する全領域を互いに交わる第１の直線及び第２の直線で分割したときの、前記第１の直線の一方側で前記第２の直線の一方側全体を第１の小領域、前記第１の直線の他方側で前記第２の直線の一方側全体を第２の小領域、前記第１の直線の一方側で前記第２の直線の他方側を第３の小領域、前記第１の直線の他方側で前記第２の直線の他方側を第４の小領域としたとき、前記４つの小領域に薄膜を施して通過光に位相差を付与して、ローパス効果を得るとともに、
前記第１の小領域を通過する光と前記第２の小領域を通過する光とにはλ／２の位相差を与え、
前記第２の小領域を通過する光と前記第３の小領域を通過する光とにはλの位相差を与え、
前記第３の小領域を通過する光と前記第４の小領域を通過する光とにはλ／２の位相差を与え、
前記第４の小領域を通過する光と前記第１の小領域を通過する光とには位相差を与えないことを満足することを特徴としている。
【０００９】
請求項３の発明は請求項１又は２の発明において、前記光学的ローパスフィルタは、屈折作用を有することを特徴としている。
【００１０】
請求項４の発明は請求項１乃至３のいずれか１項の発明において、前記光学的ローパスフィルタは、前記撮像光学系の瞳又はその近傍の曲率を有した面に設けられていることを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の光学的ローパスフィルタを有する光学系の要部概略図である。図１において、１は撮影光学系であり、ズームレンズや単焦点距離レンズより成っている。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４の撮像面であり、その面上に像が形成される。撮像光学系１を構成する複数のレンズのうち１つのレンズ１Ｇの像側の面（絞り２に近い面、すなわち瞳近傍）１ＧＲを面積的に複数の領域に分割している。本実施形態では図２に示すように領域１ａと１ｂとの２つの領域（第１、第２の小領域）に分割し、それぞれの領域に光透過性の薄膜を形成しており、更に領域１ａ，１ｂ間に所定の位相差θがつくようにしてローパス効果を得ている。
尚、本実施形態では図２に示すように、基板面上の光が通過する全領域を１本の直線で分割したときの前記直線の一方側全体を第１の小領域とし、前記１本の直線の他方側全体を第２の小領域としている。
【００１４】
図３は、上述の領域１ａと１ｂでの位相差の量によるｄ線での像面３上のスポット（点像）形状を表わした説明図である。図３において、撮影時の主波長をλとしたとき、図３（ａ）は位相差θが３λ／４、図３（ｂ）は位相差θがλ／２、図３（ｃ）は位相差θがλ／４の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２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，波長５８７．６ｎｍ）
この現象は、位相差を有する光束の干渉に起因するものであり、例えばλ／２の位相差を有する強度の等しい２光束の干渉により、図３（ｂ）は光軸上の強度が０になっている。
【００１５】
図３に示すように点像が撮影面３上で複数に分かれるということは、従来の水晶板を用いたローパスフィルタと光学的に同様な効果が得られるということで、撮像光学系１そのものが、そうした光学特性を有するということである。
【００１６】
本実施形態では撮像光学系１中の絞り２近傍の薄膜を設けた面１ＧＲは、光学的ローパスフィルタと同様の光学的作用をしている。また面１ＧＲは同時に曲率を有しているため、レンズ作用（屈折作用）も有している。尚、面１ＧＲは平面であっても良い。
【００１７】
尚、本実施形態においては、説明上、撮影用の光の波長として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】
但し、図３にも示したように、瞳又はその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（２以上の複数の領域に分割したときは互いの領域間）の位相差をθ、撮像時の光の波長範囲のうち主波長をλとするとき、
λ／４≦θ≦３λ／４  ・・・（１）
となる位相差の条件を充たしているのが良い。
【００１９】
条件式（１）の上限もしくは下限を越えると、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ので良くない。
【００２０】
尚、上記レンズ面１ＧＲに設ける薄膜の形成方法は、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。
【００２１】
図４は、本発明の光学的ローパスフィルタの実施形態２の要部説明図である。本実施形態の光学的ローパスフィルタは実施形態１と同様、撮像光学系１のレンズ面のうち瞳又はその近傍の面を複数の面積に分割して各面積毎に所定の位相差を設けている。本実施形態では、面の分割を４分割としている。面１ＧＲの分割に相当する瞳の分割は、同図（ａ）に示すように直交する方向に４分割している。１ａ１，１ｂ１，１ｃ１，１ｄ１は夫々面１ＧＲの各領域（第１〜第４の小領域）を表わす。同図（ｂ）は同図（ａ）に対応した各領域の位相差の状態を表わす説明図である。図４（ｃ）は撮像面３上における単色光の点像の状態を表わす鳥瞰図、図４（ｄ）は撮像面３上における単色光の点像の説明図である。各領域間における位相差は、各段差ともλ／２となっている。
尚、本実施形態では図４に示すように、基板面上の光が通過する全領域を互いに交わる第１の直線及び第２の直線で分割したときの、前記第１の直線の一方側で前記第２の直線の一方側全体を第１の小領域、前記第１の直線の他方側で前記第２の直線の一方側全体を第２の小領域、前記第１の直線の一方側で前記第２の直線の他方側を第３の小領域、前記第１の直線の他方側で前記第２の直線の他方側を第４の小領域としている。
【００２２】
領域１ａ１と領域１ｂ１との位相差がλ／２、領域１ｂ１と領域１ｃ１との位相差がλ、領域１ｃ１と領域１ｄ１との位相差が、λ／２、領域１ｄ１と領域１ａ１との位相差が０となっている。
【００２３】
本実施形態によれば、図４（ｄ）に示すように点像は撮像面３上で４つに分かれ、ローパス効果を有することがわかる。
【００２４】
図５は、本発明の光学的ローパスフィルタの実施形態３の要部説明図である。本実施形態の光学的ローパスフィルタは前述の実施形態１と同様、撮像光学系１のレンズ面のうち瞳又はその近傍の面を複数の面積に分割して各面積毎に所定の位相差を設けている。本実施形態では、面の分割を斜め４分割としている。面１ＧＲの分割に相当する瞳の分割は、同図（ａ）に示すように直交する方向に４分割されている。１ａ２，１ｂ２，１ｃ２，１ｄ２は夫々面１ＧＲの各領域を表わす。同図（ｂ）は同図（ａ）に対応した位相差の状態を表わす説明図、図５（ｃ）は撮像面３上における単色光の点像の状態を表わす鳥瞰図、図４（ｄ）は撮像面３上における単色光の点像の説明図である。各領域における位相差は、図４の実施例と同様に各段差ともλ／２となっている。
【００２５】
図５（ｄ）の如く、点像は変形した３点となり、方向性を持ったローパス効果が得られている。
【００２６】
上述したように各実施形態によれば、撮像光学系の瞳又はその近傍の光が通過する面を複数の領域の面積に分割して、薄膜によって各領域毎に所定の位相差を設けることによって、簡易な構成で、しかもスペースをとらずに光学的なローパス効果を得ている。
【００２７】
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、製作上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スペース的に大いに有利である。
【００２８】
このことは、従来の光学的ローパスフィルタを用いたときのレンズバック（バックフォーカス）の制約がなくなるので、撮像光学系としても設計自由度が増し、コンパクト化が計れるという効果もある。
【００２９】
更に、ローパスフィルタ特性を有する面が曲面でもよいので、その面をレンズ面として活用することも可能であり、一種の複合機能面としても使用可能である。
【００３０】
次に本発明の光学的ローパスフィルタを有する光学系を撮影光学系として用いたデジタルスチルカメラの実施形態を図６を用いて説明する。
【００３１】
図６において、１０は撮像素子を有するカメラ本体，１１は本発明の光学系によって構成された撮影光学系、１２はカメラ本体に内蔵されたストロボ、１３は外部式ファインダー、１４はシャッターボタンである。
【００３２】
このように本発明の光学系をデジタルスチルカメラ等の光学機器に適用することにより、良好なるローパス効果を有した小型で高い光学性能を有する光学機器を実現している。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、簡易な構成で良好なる光学的なローパス効果が得られる光学的ローパスフィルタ及びそれを有する光学機器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１の光学系の要部概略図
【図２】  図１の一部分の拡大説明図
【図３】  位相差の量と点像の強度分布との関係の説明図
【図４】  本発明の実施形態２の光学的ローパスフィルタの要部概略図
【図５】  本発明の実施形態３の光学的ローパスフィルタの要部概略図
【図６】  本発明の光学機器の概略図
【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
４  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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