(57)【要約】【課題】本願発明は、簡易な構成で、赤外光をほぼ完全に除去できるフィルタを提供する。【解決手段】イメージセンサ２０は、固体撮像素子２４に用いられるフィルタ２１と、単板カラー撮像方式の固体撮像素子２４と、固体撮像素子２４を封止するパッケージ２５とを備え、フィルタ２１は、固体撮像素子２４に入射する入射光の光路上に配置され、この入射光を透過させる封止ガラス２３と、封止ガラス２３の一方の平面に形成され、波長６８０ｎｍ以上１１００ｎｍ未満の赤外光を除去する誘電体多層膜２２と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単板カラー撮像方式の撮像素子に用いられるフィルタにおいて、
前記撮像素子に入射する光の光路上に配置され、当該光を透過する光学部材と、
前記光学部材の一方の平面に形成され、波長６８０ｎｍ以上１１００ｎｍ未満の赤外光を除去する誘電体多層膜と、
を備えることを特徴とするフィルタ。
【請求項２】
前記誘電体多層膜は、波長３５０ｎｍ以上３７０ｎｍ未満における透過率が１％未満、波長６８０ｎｍ以上６９０ｎｍ未満における透過率が２％未満、波長６９０ｎｍ以上１０５０ｎｍ未満における透過率が１％未満、及び、波長１０５０ｎｍ以上１１００ｎｍ未満における透過率が２％未満であることを特徴とする請求項１に記載のフィルタ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のフィルタと、
前記フィルタを透過した光によりＲＧＢ信号を生成する単板カラー撮像方式の撮像素子と、
前記撮像素子が生成したＲＧＢ信号にリニアマトリクス処理を施す信号処理手段と、
を備えることを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、赤外線を除去するフィルタ、及び、このフィルタを備える撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に撮影カメラでは、光学プリズムを用いて入射光をＲＧＢの３色に分光し、各色の画像を個別の撮像素子で撮影する３板カラー撮像方式が用いられる。このとき、撮影に必要な可視光以外の光線、特に波長の長い赤外光が、撮像画像に悪影響を与える。このため、撮影カメラには、入射光に含まれる赤外光を吸収又は反射して除去（カット）するための赤外光カットフィルタ（以下、「ＩＲカットフィルタ」）が設置される（例えば、特許文献１，２）。
【０００３】
ここで、３板カラー撮像方式では、分光特性を比較的自由に設計できる光学プリズムで分光し、かつ各色毎に分光特性を調整するトリミングフィルタを用いることができる。さらに、ＩＲカットフィルタが、そのトリミングフィルタの前に設置される。このため、ＩＲカットフィルタは、波長６８０ｎｍ付近で急峻に透過率が低下するフィルタ特性まで要求されず、図１１のように、緩やかに透過率が低下するフィルタ特性で十分である。これらＩＲカットフィルタ、光学プリズム、トリミングフィルタを用いた結果、放送用カメラでは、図１２のように、波長６８０ｎｍ以上の赤外光をほぼ完全に除去する分光特性が実現可能である。
なお、図１２の“［a.u.］”は、任意単位（arbitrary unit）を表す。
【０００４】
また、撮影カメラでは、１枚の撮像素子でＲＧＢ信号（カラー信号）を取得する単板カラー撮像方式も用いられる。この単板カラー撮像方式では、有機材料のオンチップカラーフィルタが撮像素子の上に形成される。そして、図１３のように、オンチップカラーフィルタの分光特性によってフィルタ特性が定まる。
【０００５】
また、単板カラー撮像方式では、３板カラー撮像方式と同様、ＩＲカットフィルタを光路上に配置して赤外光を除去する。このとき、撮影カメラでは、構成簡略化のために、イメージセンサを封止するガラスリッドにＩＲカットフィルタを兼用させることも行われている（例えば、特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２１７１３８号公報
【特許文献２】特開２０１３−５０５９３号公報
【特許文献３】特開平７−２８１０２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般に、単板カラー撮像方式では、オンチップカラーフィルタの分光特性は、光学プリズムにおけるダイクロイック膜の分光特性と比べて設計自由度が低く、必要なフィルタ特性を得ることが困難である。さらに、単板カラー撮像方式では、３板カラー撮像方式で各色に対して適用可能であったトリミングフィルタも、構造上使用できない。
【０００８】
これらの理由により、単板カラー撮像方式では、３板カラー撮像方式と同様、緩やかに透過率が低下するフィルタ特性のＩＲカットフィルタを採用した場合、画質に悪影響を及ぼしてしまう。具体的には、単板カラー撮像方式では、ＩＲカットフィルタを透過した一部の赤外光が、赤色の画素を反応させ、赤色信号が増大する現象を発生させてしまう。特にこの現象は、赤外光を透過する一部のフィルム用ＮＤフィルタを用いた場合、顕著になる。
【０００９】
また、封止ガラスと兼用するＩＲカットフィルタは、赤外光を吸収する材料により形成される吸収型のフィルタである。この吸収型のフィルタは、その材料によってフィルタ特性が決まり、可視光域の感度を損なうことなく赤外光をほぼ完全に除去することが困難である。従って、単板カラー撮像方式では、吸収型のフィルタを採用できず、撮影カメラの構成簡略化を実現できない。
【００１０】
そこで、本願発明は、簡易な構成で、赤外光をほぼ完全に除去できるフィルタ及び撮像装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記した課題に鑑みて、本願発明に係るフィルタは、単板カラー撮像方式の撮像素子に用いられるフィルタにおいて、撮像素子に入射する光の光路上に配置され、当該光を透過する光学部材と、光学部材の一方の平面に形成され、波長６８０ｎｍ以上１１００ｎｍ未満の赤外光を除去する赤外光を除去する誘電体多層膜と、を備えることを特徴とする。
かかる構成によれば、フィルタは、撮像素子を封止する光学部材の機能と、赤外光を除去するＩＲカットフィルタの機能とを兼用することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本願発明に係るフィルタは、撮像素子の封止機能とＩＲカットフィルタの機能とを兼用するので、簡易な構成で赤外光をほぼ完全に除去することができる。これによって、本願発明に係るフィルタは、単板カラー方式による撮影カメラで良好な色再現性を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本願発明の第１実施形態に係る撮像光学系の概略構成図である。
【図２】図１の誘電体多層膜の構成図である。
【図３】図１のフィルタのフィルタ特性を表すグラフである。
【図４】本願発明の第２実施形態に係る撮影カメラの概略構成図である。
【図５】図４の撮影カメラの動作を表すフローチャートである。
【図６】本願発明の実施例１におけるフィルタ特性を表すグラフである。
【図７】本願発明の実施例２において、芝生による太陽光の反射光の分光特性を表すグラフである。
【図８】本願発明の実施例２において、ＮＤフィルタの減光特性を表すグラフである。
【図９】比較例における実験結果を表すテーブルである。
【図１０】本願発明の実施例２における実験結果を表すテーブルである。
【図１１】従来の３板カラー撮像方式で用いるＩＲカットフィルタのフィルタ特性を表すグラフである。
【図１２】従来の３板カラー撮像方式を用いた撮影カメラの分光特性を表すグラフである。
【図１３】従来の単板カラー撮像方式を用いた撮影カメラの分光特性を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本願発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各実施形態において、同一の機能を有する手段には同一の符号を付し、説明を省略した。
【００１５】
（第１実施形態）
［撮像光学系の構成］
図１を参照し、本願発明の第１実施形態に係る撮像光学系１の構成について説明する。
図１のように、撮像光学系１は、図４の撮影カメラ１００（撮像装置）の光学系として利用するものであり、撮影レンズ１０と、イメージセンサ２０とを備える。
【００１６】
撮影レンズ１０は、対物レンズを含む複数枚のレンズからなるレンズ群である。この撮影レンズ１０は、本願発明に直接関係しない一般的な構成のため、これ以上の説明を省略する。なお、図１では、図面を見易くするため、撮影レンズ１０を１枚のレンズとして図示した。
【００１７】
イメージセンサ２０は、撮影レンズ１０を介して被写体（不図示）を撮影し、ＲＧＢ信号（撮影画像）を生成するものである。このイメージセンサ２０は、フィルタ２１と、固体撮像素子（撮像素子）２４と、パッケージ２５とを備える。
【００１８】
フィルタ２１は、固体撮像素子２４の封止機能とＩＲカットフィルタの機能とを兼用するものであり、誘電体多層膜２２と、封止ガラス（光学部材）２３とを備える。
【００１９】
誘電体多層膜２２は、封止ガラス２３で撮影レンズ１０側の平面（入射面）に形成されたものである。図２のように、誘電体多層膜２２は、第１反射層２２Ａと、第２反射層２２Ｂとを交互に蒸着させて、封止ガラス２３に形成されている。また、第１反射層２２Ａ及び第２反射層２２Ｂは、互いに屈折率が異なっている。
なお、図１では、誘電体多層膜２２をハッチングで図示した。
【００２０】
封止ガラス２３は、撮影レンズ１０を通過した入射光の光路上に配置され、パッケージ２５の開口部を封止するものである。ここでは、封止ガラス２３は、撮影レンズ１０の光軸ＬＦに配置されている。例えば、封止ガラス２３として、入射光を透過する一般的なガラスリッド等の光学ガラスをあげることができる。
【００２１】
固体撮像素子２４は、撮影レンズ１０を通過した入射光を受光し、受光した入射光からＲＧＢ信号を生成するものである。本実施形態では、固体撮像素子２４は、単板カラー撮像方式の撮像素子である。例えば、固体撮像素子２４としては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサをあげることができる。
【００２２】
パッケージ２５は、内部空間に固体撮像素子２４を収容するものである。また、パッケージ２５は、その開口部が封止ガラス２３で封止される。このようにして、封止ガラス２３及びパッケージ２５は、固体撮像素子２４の空気暴露及び埃付着を防止することができる。
【００２３】
[フィルタ特性]
図３を参照し、フィルタ２１のフィルタ特性について説明する（適宜図１，図２参照）。
この図３では、縦軸が透過率であり、横軸が入射光の波長である。また、図３では、フィルタ２１のフィルタ特性に含まれる範囲をハッチングで図示した。
【００２４】
フィルタ２１は、誘電体多層膜２２を備えることで、図３のようなフィルタ特性を有する。具体的には、誘電体多層膜２２は、波長３５０ｎｍ以上３７０ｎｍ未満における透過率が１％未満である。つまり、誘電体多層膜２２は、波長３５０ｎｍ以上波長３７０ｎｍ未満の紫外線をほぼ完全に除去する。
【００２５】
誘電体多層膜２２は、波長３７０ｎｍ以上３８０ｎｍ未満における透過率が１０％未満である。また、誘電体多層膜２２は、波長３８０ｎｍ以上３９０ｎｍ未満における透過率が制限されない（つまり、０％〜１００％の間で任意）。また、誘電体多層膜２２は、波長３９０ｎｍ以上５００ｎｍ未満における透過率が７５％以上である。また、誘電体多層膜２２は、波長５００ｎｍ以上６４０ｎｍ未満における透過率が８０％以上である。
【００２６】
また、誘電体多層膜２２は、波長６４０ｎｍ以上６５０ｎｍ未満における透過率が４０％以上である。また、誘電体多層膜２２は、波長６５０ｎｍにおける透過率が、波長３９０ｎｍ以上６４０ｎｍ未満における最大透過率の半値の前後１０％に収まる。また、誘電体多層膜２２は、波長６５０ｎｍを超えて６８０ｎｍ未満における透過率が６０％未満である。
【００２７】
また、誘電体多層膜２２は、波長６８０ｎｍ以上６９０ｎｍ未満における透過率が２％未満であり、波長６９０ｎｍ以上１０５０ｎｍ未満における透過率が１％未満であり、波長１０５０ｎｍ以上１１００ｎｍ未満における透過率が２％未満である。つまり、誘電体多層膜２２は、波長６８０ｎｍ以上１１００ｎｍ未満の赤外光をほぼ完全に除去できる。
【００２８】
[作用・効果]
以上のように、フィルタ２１は、固体撮像素子２４の封止機能とＩＲカットフィルタの機能とを兼用するので、簡易な構成で赤外光をほぼ完全に除去することができる。さらに、フィルタ２１は、紫外線もほぼ完全に除去することができる。これによって、フィルタ２１は、単板カラー方式による撮影カメラ１００で良好な色再現性を実現することができる。
【００２９】
（第２実施形態）
［撮影カメラの構成］
図４を参照し、本願発明の第２実施形態に係る撮影カメラ１００の構成について説明する（適宜図１，図２参照）。
例えば、撮影カメラ１００は、単板カラー方式の放送用カメラであり、撮影光学系１と、信号処理回路（信号処理手段）３０と、出力回路４０とを備える。
【００３０】
撮影光学系１は、図１と同様の構成であり、撮影レンズ１０と、イメージセンサ２０とを備える。この撮影光学系１は、イメージセンサ２０で生成されたＲＧＢ信号を、信号処理回路３０に出力する。
なお、図４では、図面を見易くするため、一部構成を省略した。
【００３１】
信号処理回路３０は、撮影光学系１から入力されたＲＧＢ信号に各種信号処理を施すものである。例えば、信号処理回路３０は、色信号の誤差を補正するために、イメージセンサ２０が生成したＲＧＢ値に対して、３行３列の行列（リニアマトリクス）を掛け合わせるリニアマトリクス処理を行う。
【００３２】
ここで、リニアマトリクス処理は、下記の式（１）で定義される。この式（１）では、Ｒ，Ｇ，Ｂは、イメージセンサ２０から入力されたＲＧＢ信号のＲ信号値、Ｇ信号値及びＢ信号値を表す。また、ａ〜ｆは、予め設定されたリニアマトリクス係数を表す。また、Ｒ´，Ｇ´，Ｂ´は、リニアマトリクス処理後のＲ信号値、Ｇ信号値及びＢ信号値を表す。
【００３３】
【数１】
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【００３４】
その後、信号処理回路３０は、リニアマトリクス処理を施したＲＧＢ信号を、出力回路４０に出力する。
なお、信号処理回路３０は、リニアマトリクス処理の他、信号処理として、ホワイトバランスの調整やガンマ補正を行ってもよい。
【００３５】
出力回路４０は、信号処理回路３０から入力されたＲＧＢ信号を外部（例えば、コンピュータやディスプレイ）に出力するものである。また、出力回路４０は、信号処理回路３０から入力されたＲＧＢ信号を、撮影カメラ１００に予め備えられた記憶装置（例えば、ハードディスク）、又は、撮影カメラ１００に挿入された記憶媒体(例えば、ＳＤカード)に書き込んでもよい。
【００３６】
［撮影カメラの動作］
図５を参照し、図４の撮影カメラ１００の動作について説明する（適宜図４参照）。
図５のように、撮影カメラ１００は、イメージセンサ２０によって、ＲＧＢ信号を生成する（ステップＳ１）。
撮影カメラ１００は、信号処理回路３０によって、ステップＳ１で生成したＲＧＢ信号にリニアマトリクス処理を施す（ステップＳ２）。
撮影カメラ１００は、出力回路４０によって、ステップＳ３でリニアマトリクス処理が施されたＲＧＢ信号を外部に出力する（ステップＳ３）。
【００３７】
[作用・効果]
以上のように、撮影カメラ１００は、第１実施形態と同様の効果に加え、リニアマトリクス処理を施すことで、より正確なＲＧＢ値を得ることができる。これによって、撮影カメラ１００は、色再現性をより向上させることができる。
【実施例１】
【００３８】
以下、実施例１として、誘電体多層膜２２の具体例と、フィルタ２１のフィルタ特性とを説明する（適宜図１，図２参照）。
電体多層膜２２は、第１反射層２２Ａ及び第２反射層２２Ｂが３６層蒸着されている。ここで、第１反射層２２Ａの材料としては、ＳｉＯ２をあげることができる。また、例えば、第２反射層２２Ｂの材料としては、ＴｉＯ２をあげることができる。
【００３９】
図６には、実施例１におけるフィルタ２１の分光特性の測定結果を図示した。図６から、フィルタ２１は、紫外線及び赤外線をほぼ完全に除去していることがわかる。従って、実施例１のフィルタ２１を用いれば、良好な色再現性を実現できると考えられる。
【実施例２】
【００４０】
以下、芝生による太陽光の反射光が含まれる撮影画像を例にあげて、ＲＧＢ信号に対する赤外光の影響を説明する。
植物の葉に含まれ、光合成に関わっているクロロフィルは、波長６６０ｎｍ付近の赤色光及び波長４５０ｎｍ付近の青色光をよく吸収する特徴を有している。また、吸収されない緑色光及び赤外光は、散乱又は反射される傾向がある。ここで、芝生による太陽光の反射光の分光特性を測定し、その測定結果を図７に図示した。図７から、緑色光及び赤外光が、芝生による太陽光の反射光に多く含まれることがわかる。従って、撮影カメラでは、屋外を撮影する機会が多い場合、６８０ｎｍ以上の波長をカットすることが特性改善に有効である。
【００４１】
図８のように、赤外線を透過する特性のフィルム用ＮＤフィルタ（以下、ＮＤフィルタ）が知られている。そこで、第１実施形態のフィルタ２１を備える撮影カメラ（実施例２）と、従来のＩＲカットフィルタを備える撮影カメラ（比較例）とを準備して、両撮影カメラで芝生を撮影した。このとき、両撮影カメラでは、異なる濃度のＮＤフィルタを装着して撮影するだけでなく、ＮＤフィルタを装着せずに撮影を行った。
なお、図８では、ＮＤの後ろに記述された数値がＮＤフィルタの濃度（減光特性）を表す。
【００４２】
実施例２及び比較例の実験結果を図９及び図１０に示す。図９は比較例の実験結果であり、図１０は実施例２の実験結果である。この図９及び図１０では、Ｇ信号値に対するＲ信号値及びＢ信号値を表している。つまり、Ｒ信号値及びＢ信号値は、Ｇ信号値を１としたときの相対値である。
【００４３】
図９の比較例では、ＮＤフィルタの減光率が高くなるに従って、赤外光がＲ信号に影響を与え、Ｇ信号に対するＲ信号の割合が増加している。ＮＤ１．６のときのＲ信号値は、ＮＤなしのＲ信号値に比べて、１．７倍程度増加している。一方、図１０の実施例２では、波長６８０ｎｍ付近で急峻に透過率が低下するフィルタ特性を得られるため、ＮＤフィルタを透過する赤外光の影響が抑えられる。その結果、ＮＤ１．６のときのＲ信号値は、ＮＤなしのＲ信号値に比べて、１．２倍程度の増加に抑えられている。
【００４４】
さらに、実施例２では、波長６８０ｎｍ付近で急峻に透過率が低下するフィルタ特性が得られるので、可視光のうち、Ｒ信号成分として有効な信号量が増加していることがわかる。これによって、Ｒ信号値そのものも大きくなり、Ｓ／Ｎの改善にも効果的であると考えられる。
【符号の説明】
【００４５】
１  撮像光学系
１０  撮影レンズ
２０  イメージセンサ
２１  フィルタ
２２  誘電体多層膜
２２Ａ  第１反射層
２２Ｂ  第２反射層
２３  封止ガラス（光学部材）
２４  固体撮像素子（撮像素子）
２５  パッケージ
３０  信号処理回路（信号処理手段）
４０  出力回路
１００  撮影カメラ（撮像装置）
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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