(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光部に入射された撮像光に対して幾何学的に離散的なサンプリングを行う撮像素子の受光部に撮像光を結像させる結像素子と、
前記撮像素子の受光部に入射される撮像光を複数に分離する機能を有する光学ローパスフィルタとを有する撮像光学系であって、
前記光学ローパスフィルタは、撮像素子に対して光路上の任意の位置に設けられ、かつ前記撮像素子におけるサンプリング周波数に対応した撮像光の分離を行い、前記撮像素子がモノクロ撮像素子の場合、前記撮像素子におけるサンプリング周波数が画素ピッチの半分であり、
前記撮像素子によるサンプリング周波数に対して前記光学ローパスフィルタによるカットオフ周波数と前記結像素子による空間周波数とを合成した周波数特性が所定のレベル以下である、
ことを特徴とする撮像光学系。
【請求項２】
カラー撮像素子におけるサンプリング周波数が画素ピッチであることを特徴とする請求項１記載の撮像光学系。
【請求項３】
前記光学ローパスフィルタによるカットオフ周波数が前記撮像素子におけるサンプリング周波数によりも高いことを特徴とする請求項１記載の撮像光学系。
【請求項４】
前記所定のサンプリング周波数に対して前記周波数特性が２０％以下であることを特徴とする請求項１記載の撮像光学系。
【請求項５】
前記所定のサンプリング周波数に対して前記周波数特性が１０％以下であることを特徴とする請求項１記載の撮像光学系。
【請求項６】
前記光学ローパスフィルタが回折格子型であることを特徴とする請求項１記載の撮像光学系。
【請求項７】
受光部に入射された撮像光に対して幾何学的に離散的なサンプリングを行う撮像素子と、前記撮像素子の受光部に撮像光を結像させる結像素子と、前記撮像素子の受光部に入射される撮像光を複数に分離する機能を有する光学ローパスフィルタとを有する撮像カメラ装置であって、
前記光学ローパスフィルタは、撮像素子に対して光路上の任意の位置に設けられ、かつ前記撮像素子におけるサンプリング周波数に対応した撮像光の分離を行い、前記撮像素子がモノクロ撮像素子の場合、前記撮像素子におけるサンプリング周波数が画素ピッチの半分であり、
前記撮像素子によるサンプリング周波数に対して前記光学ローパスフィルタによるカットオフ周波数と前記結像素子による空間周波数とを合成した周波数特性が所定のレベル以下である、
ことを特徴とする撮像カメラ装置。
【請求項８】
カラー撮像素子におけるサンプリング周波数が画素ピッチであることを特徴とする請求項７記載の撮像カメラ装置。
【請求項９】
前記光学ローパスフィルタによるカットオフ周波数が前記撮像素子におけるサンプリング周波数によりも高いことを特徴とする請求項７記載の撮像カメラ装置。
【請求項１０】
前記所定のサンプリング周波数に対して前記周波数特性が２０％以下であることを特徴とする請求項７記載の撮像カメラ装置。
【請求項１１】
前記所定のサンプリング周波数に対して前記周波数特性が１０％以下であることを特徴とする請求項７記載の撮像カメラ装置。
【請求項１２】
前記光学ローパスフィルタが回折格子型であることを特徴とする請求項７記載の撮像カメラ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像光を光学ローパスフィルタを通して撮像素子により撮像する撮像カメラ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、カラー画像の撮像装置を単板式の撮像素子によって実現するために、撮像素子の受光面上に各色成分に対応する色フィルタを市松パターン等の離散的なパターンに配列したものが知られている。
ところが、このようなカラー画像の撮像装置において、画素ピッチ程度の高い解像度を有するレンズを用いた場合には、隣り合った画素の色フィルタの違いにより色偽信号が発生する。
そこで従来は、上述のような撮像素子における色偽信号の発生を低減する手段として、撮像素子の有するカットオフ周波数（画素ピッチの逆数）と同じカットオフ周波数性能を有する光学ローパスフィルタを光路中に設けることが行われている。
【０００３】
また同様に、白黒（モノクロ）撮像素子においては、カットオフ周波数での折り返しにより偽解像が発生する。
この場合、高い周波数の縞模様が結像された際に、縞が反転して見えてしまう現象になって現れる。
そこで、このような偽解像の発生を低減するためには、画素ピッチのカットオフ周波数を有する光学ローパスフィルタが用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで近年では、カメラが携帯端末等の小型商品に搭載されることになり、その小型化かつ低価格化が急速に進んでいる。その結果、撮像光学系では撮像レンズの枚数を減らさざるをえなくなってきた。
そのため、多くの光学系ではレンズ枚数が１枚玉か２枚玉程度までに削減されてきている。
したがって、レンズ枚数が減ったことにより、レンズ全体の性能も必然的に高いものを望むことができなくなっている。
【０００５】
そして、このような傾向によって生じた特に顕著な変化として解像力性能の低下がある。すなわち、現状で、できるかぎりレンズ設計の最適化を行ったとしても、従来のレンズ枚数６枚から８枚以上用いていたものに比べて歴然とした差が出てしまう。
このため、元々解像力の低いレンズに従来仕様の光学ローパスフィルタを用いると、設計上の工夫によって可能なかぎり引き出した解像力性能を光学ローパスフィルタにより低下させてしまうことになってしまう。つまり、これは、不適合な光学ローパスフィルタによって、画質を必要以上に劣化させてしまっていることになる。
【０００６】
例えば図５は、ある撮像素子においてカットオフ周波数の異なる光学ローパスフィルタを用いた場合の空間周波数とＭＴＦ（変調伝達関数）との関係を示す説明図である。なお、縦軸はＭＴＦを示し、横軸は空間周波数を示しており、サンプリング周波数として後述する実施例と同様に７０ｌｐ／ｍｍを用いた例を示している。
ここで、光学系における空間周波数とＭＴＦとの関係が後述する実施例で図２に示すような周波数特性を有するものとすると、図５に示すように、不適合な光学ローパスフィルタを用いることにより、大幅に乖離した周波数特性となってしまう。
【０００７】
本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、少ないレンズ枚数の光学系における色偽信号の低減または偽解像の低減に最適な光学ローパスフィルタを有する撮像光学系および撮像カメラ装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、受光部に入射された撮像光に対して幾何学的に離散的なサンプリングを行う撮像素子の受光部に撮像光を結像させる結像素子と、前記撮像素子の受光部に入射される撮像光を複数に分離する機能を有する光学ローパスフィルタとを有する撮像光学系であって、前記光学ローパスフィルタは、撮像素子に対して光路上の任意の位置に設けられ、かつ前記撮像素子におけるサンプリング周波数に対応した撮像光の分離を行い、前記撮像素子がモノクロ撮像素子の場合、前記撮像素子におけるサンプリング周波数が画素ピッチの半分であり、前記撮像素子によるサンプリング周波数に対して前記光学ローパスフィルタによるカットオフ周波数と前記結像素子による空間周波数とを合成した周波数特性が所定のレベル以下であることを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、受光部に入射された撮像光に対して幾何学的に離散的なサンプリングを行う撮像素子と、前記撮像素子の受光部に撮像光を結像させる結像素子と、前記撮像素子の受光部に入射される撮像光を複数に分離する機能を有する光学ローパスフィルタとを有する撮像カメラ装置であって、前記光学ローパスフィルタは、撮像素子に対して光路上の任意の位置に設けられ、かつ前記撮像素子におけるサンプリング周波数に対応した撮像光の分離を行い、前記撮像素子がモノクロ撮像素子の場合、前記撮像素子におけるサンプリング周波数が画素ピッチの半分であり、前記撮像素子によるサンプリング周波数に対して前記光学ローパスフィルタによるカットオフ周波数と前記結像素子による空間周波数とを合成した周波数特性が所定のレベル以下であることを特徴とする。
【００１０】
本発明の撮像光学系によれば、光学ローパスフィルタのカットオフ周波数を撮像素子のサンプリング周波数に対応して最適化することにより、光学ローパスフィルタによる必要以上の解像度低下を避けることができる。
これにより、少ないレンズ枚数でも最適化したレンズ設計で実現した高い画質を最低限の劣化で抑えることができる。特に高域の周波数における解像度を得ることができるので、画質のシャープ感（クッキリ感）を向上することが可能となる。
【００１１】
また同様に本発明の撮像カメラ装置によれば、光学ローパスフィルタのカットオフ周波数を撮像素子のサンプリング周波数に対応して最適化することにより、光学ローパスフィルタによる必要以上の解像度低下を避けることができる。
これにより、少ないレンズ枚数でも最適化したレンズ設計で実現した高い画質を最低限の劣化で抑えることができる。特に高域の周波数における解像度を得ることができるので、画質のシャープ感（クッキリ感）を向上することが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態例について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態による撮像光学系を用いた撮像カメラ装置の構成例を示す断面図である。
この撮像カメラ装置は、撮像光学系を設けた鏡筒部１００と固体撮像部２００とを結合したものである。
鏡筒部１００には、レンズ１１０および光学ローパスフィルタ１２０が配置されている。レンズ１１０には、プラスチックレンズ、ガラスレンズ、あるいはバイナリオプチックス等が用いられている。
また、光学ローパスフィルタ１２０には、回折格子型ローパスフィルタが用いられ、固体撮像部２００に対する光路上の任意の位置に適宜位置調整されて配置されている。
【００１３】
また、固体撮像部２００は、パッケージ２１０内に２次元イメージセンサ２２０等の固体撮像素子チップを設けたものであり、パッケージ２１０の上面開口部には透明キャップ２３０が設けられている。
２次元イメージセンサ２２０は、それぞれ撮像画素に対応する多数のフォトセンサをマトリクス状に配置した受光部を有しており、この受光部上に色フィルタ（図示せず）を配置したものである。
この色フィルタは、イメージセンサ２２０の各画素に対応してＲＧＢの色フィルタを市松模様等の配列で離散的に配置したものである。
２次元イメージセンサ２２０は、この色フィルタを通して撮像光か入射された各フォトセンサの信号電荷を読み出して電圧信号に変換し、撮像信号として出力するものであり、信号電荷を取り出す方式によりＣＣＤ型センサあるいはＭＯＳ型センサ等が用いられている。
そして、この２次元イメージセンサ２２０の撮像信号は、さらに後段の信号処理回路等において色フィルタ配列に対応する幾何学的に離散的なサンプリングを行い、各色成分毎の撮像信号を生成する。
【００１４】
次に、このような撮像カメラ装置におけるイメージセンサ２２０および光学ローパスフィルタ１２０のカットオフ周波数およびサンプリング周波数の関係について説明する。
本例においては、イメージセンサ２２０におけるサンプリング周波数に対応した撮像光の分離を行うように、以下のような方法によって、光学ローパスフィルタ１２０のカットオフ周波数を最適化するものである。
なお、カラー画像を撮像する本例のイメージセンサ２２０では、サンプリング周波数が画素ピッチであるものとする。また、モノクロ画像を撮像するイメージセンサでは、サンプリング周波数を画素ピッチの半分とする。
【００１５】
そして、光学ローパスフィルタ１２０によるカットオフ周波数がイメージセンサ２２０におけるサンプリング周波数によりも高いものとし、第１の実施例として、光学ローパスフィルタ１２０によるカットオフ周波数とレンズ１１０による空間周波数光性とを合成した周波数特性がイメージセンサ２２０におけるサンプリング周波数の２０％以下のレベルであるものとする。
また、第２の実施例として、光学ローパスフィルタ１２０によるカットオフ周波数とレンズ１１０による空間周波数光性とを合成した周波数特性がイメージセンサ２２０におけるサンプリング周波数の１０％以下のレベルであるものとする。
図２は、本例の光学系における空間周波数とＭＴＦとの関係を示す説明図であり、縦軸はＭＴＦを示し、横軸は空間周波数を示している。
そして、図３は、第１の実施例によって最適化された光学ローパスフィルタを用いた場合の空間周波数とＭＴＦとの関係を示す説明図であり、図４は、第２の実施例によって最適化された光学ローパスフィルタを用いた場合の空間周波数とＭＴＦとの関係を示す説明図である。
なお、図２〜図４は、サンプリング周波数を７０ｌｐ／ｍｍとした場合を示している。
図示のように、それぞれ最適化された光学ローパスフィルタにより、図５に示す例に比較して周波数特性を改善でき、高い画質を実現できる。
【００１６】
特に本実施例では、撮像素子（イメージセンサ２２０）におけるサンプリング周波数に対して光学ローパスフィルタ１２０によるカットオフ周波数と結像素子（レンズ１１０）による空間周波数とを合成した周波数特性が所定のレベル以下となるように最適化することにより、有効な光学ローパスフィルタの機能を得ることができ、従来の撮像光学系および撮像カメラ装置に対して極めて顕著な効果を得ることが可能となる。
なお、上記各実施例で採用した２０％あるいは１０％の値は一例であり、撮像素子におけるサンプリング周波数に対して光学ローパスフィルタによるカットオフ周波数と結像素子による空間周波数とを合成した周波数特性を所定のレベル以下とする場合の値は適宜に選択できるものである。
また、上記実施例では、ＲＧＢ系の原色フィルタを用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば補色フィルタを用いたものについても同様の効果を得ることができるものである。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の撮像光学系では、光学ローパスフィルタのカットオフ周波数を撮像素子のサンプリング周波数に対応して最適化することにより、光学ローパスフィルタによる必要以上の解像度低下を避けることができる。
これにより、少ないレンズ枚数でも最適化したレンズ設計で実現した高い画質を最低限の劣化で抑えることができる。特に高域の周波数における解像度を得ることができるので、画質のシャープ感（クッキリ感）を向上することが可能となる。
【００１８】
また同様に本発明の撮像カメラ装置では、光学ローパスフィルタのカットオフ周波数を撮像素子のサンプリング周波数に対応して最適化することにより、光学ローパスフィルタによる必要以上の解像度低下を避けることができる。
これにより、少ないレンズ枚数でも最適化したレンズ設計で実現した高い画質を最低限の劣化で抑えることができる。特に高域の周波数における解像度を得ることができるので、画質のシャープ感（クッキリ感）を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による撮像光学系を用いた撮像カメラ装置の構成例を示す断面図である。
【図２】図１に示す撮像光学系の最適化前の周波数特性を示す説明図である。
【図３】図１に示す撮像光学系の最適化後の周波数特性の第１の実施例を示す説明図である。
【図４】図１に示す撮像光学系の最適化後の周波数特性の第１の実施例を示す説明図である。
【図５】従来の撮像光学系の周波数特性の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１００……鏡筒部、１１０……レンズ、１２０……光学ローパスフィルタ、２００……固体撮像部、２１０……パッケージ、２２０……２次元イメージセンサ、２３０……透明キャップ。
【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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