(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多層膜からなる赤外カットフィルタと、波長による選択的な透過性を有するカラーフィルタと、前記赤外カットフィルタと前記カラーフィルタとを順に通過した光が入射する撮像素子とを有する撮像光学系であって、
前記カラーフィルタが、５８０ｎｍから６５０ｎｍの波長域において透過率のピークを有しており、
前記赤外カットフィルタにおける６００ｎｍ以上の波長域での透過率が波長増加方向にて初めてピーク値の５０％となる波長の近傍域において、この赤外カットフィルタの透過率よりも前記カラーフィルタの透過率が低いことを特徴とする撮像光学系。
【請求項２】
前記近傍域が、少なくとも６３０ｎｍから７５０ｎｍの範囲を含むことを特徴とする請求項１に記載の撮像光学系。
【請求項３】
多層膜からなる赤外カットフィルタと、波長による選択的な透過性を有するカラーフィルタと、前記赤外カットフィルタと前記カラーフィルタとを順に通過した光が入射する撮像素子とを有する撮像光学系であって、
前記カラーフィルタが、５８０ｎｍから６５０ｎｍの波長域において透過率のピークを有しており、
前記赤外カットフィルタにおける６００ｎｍ以上の波長域での透過率が波長増加方向にて初めてピーク値の５０％となる波長をλＤ５０とし、前記カラーフィルタにおける６００ｎｍ以上の波長域での透過率が波長増加方向にて初めてピーク値の２５％より低くなる波長をλＲ２５としたとき、
前記カラーフィルタおよび前記赤外カットフィルタのそれぞれの分光特性が、
λＲ２５＜λＤ５０
を満足することを特徴とする撮像光学系。
【請求項４】
前記カラーフィルタは、原色フィルタであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の撮像光学系。
【請求項５】
前記赤外カットフィルタにおける６００ｎｍ以上の波長域での透過率が波長増加方向にて初めてピーク値の５０％となる波長λＤ５０が、
６５０ｎｍ＜λＤ５０＜７８０ｎｍ
を満足することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の撮像光学系。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の撮像光学系を有する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、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の２次元固体撮像素子を使用するデジタルスチルカメラあるいはビデオカメラ等の撮像装置に用いられる撮像光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
撮像装置には、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の２次元的に画素が等ピッチで並べられている固体撮像素子を含む撮像光学系が多用されている。
【０００３】
図３および図４には、従来の撮像光学系の構成を示している。これらの図において、３１は撮影レンズであり、３２は光学ローパスフィルタである。光学ローパスフィルタ３２の撮影レンズ側の表面には、多層膜からなるＩＲ（赤外）カットコート３８が形成されており、この光学ローパスフィルタ３２はＩＲカットフィルタを兼ねている。
【０００４】
３７はＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の撮像素子であり、この撮像素子３７における撮影レンズ側には、撮影レンズ側から撮像素子側に向かって順に、オンチップマイクロレンズ３５とカラーフィルタ３６とが配置されている。なお、これら撮像素子３７、オンチップマイクロレンズ３５およびカラーフィルタ３６はパッケージ３３およびセンサカバーガラス３４によって密閉されている。
【０００５】
このように構成される撮像光学系において、撮影レンズ３１に入射した撮影光は撮影レンズ３１で集光作用を受け、オンチップマイクロレンズ３５によって撮像素子３７の個々の受光部（画素）に向けてさらに集光される。そして、カラーフィルタ３６で個々の受光部に対する色光に分光されて撮像素子３７の各受光部に効率良く入射する。
【０００６】
カラーフィルタ３６は、図５に示すように、撮像素子３７の各々の受光部に対して設けられた、赤透過フィルタ（Ｒ）６１，緑透過フィルタ（Ｇ）６２および青透過フィルタ（Ｂ）６３から構成されている。各フィルタ６１〜６３には、波長に応じて選択的に光を透過する物質が設けられている。このため、各々の受光部には、原色フィルタではＲＧＢに分光された色光となって入射する。なお、図５に示すように、カラーフィルタ３６は、ベイヤ方式のカラーフィルタ配列がなされている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の撮像光学系は、通常の撮影条件においては問題なく使われているが、逆光時や光源が画面内に存在する場合には、ＩＲカットコート３８が関与して画面内に赤く色付いた違和感のあるゴーストが発生し、画像の品位を損ねるという欠点がある。
【０００８】
その１つは、図３に示すような光路で発生するゴーストである。すなわち、夜景撮影において画面内に電燈のような強い光源がある場合に、撮像素子３７に向かう光１０１の一部が光学ローパスフィルタ３２の表面のＩＲカットコート３８で反射し、撮影レンズ３１内のいずれかのレンズ面で反射してさらにＩＲカットコート３８を透過し、ゴースト光となって撮像素子３７に入射するものである。
【０００９】
ここで、このゴーストが赤く色付く理由について説明する。ＩＲカットコート３８は図７に示すような分光透過率を持っているが、反射時の分光反射率は１００％から分光透過率を引いた値となり、ちょうど５０％のラインを中心に上下反転したような分光特性となる。
【００１０】
ゴースト光の分光特性は、
（分光透過率）×（分光反射率）
で計算される。図８に、波長毎にゴースト光の分光特性をプロットしたものを示す（実線１０５）。この図に示すように、ＩＲカットコート３８の透過率がほぼ１００％に近く特性がフラットな可視光領域と、透過率がほぼ０％に近い紫外および赤外領域では上記式で計算されるゴースト光の強度は極めて小さい。
【００１１】
しかしながら、ＩＲカットコート３８の透過率が５０％となる波長では、反射率も５０％なので、上記式で計算されるゴースト光の強度は２５％と極めて大きな値となる。
【００１２】
このような分光特性を持ったゴースト光がカラーフィルタ３６を透過して撮像素子３７の受光部に入射すると、短波長側の強度の大きな光はカラーフィルタ３６での透過率が低いため、ゴースト光の強度は極めて小さくなる。
【００１３】
一方、長波長側の強度の大きな光は赤色透過フィルタ６１が赤外側の透過を阻止しないため、赤外光の透過率が高くなり、ゴースト光の強度が極めて大きくなる。そして、この結果、赤色を帯びた強いゴーストとなって撮像されてしまう。
【００１４】
これにより、画面中心に対して光源と点対称の位置に、銀塩写真では見られない赤い違和感のあるゴーストが現れることになる。
【００１５】
もう１つのゴーストは、図４に示すような光路で発生するゴーストである。すなわち、夜景撮影において電燈のような強い光源がある場合に、撮像素子３７に向かう光１０２の一部がオンチップマイクロレンズ３５の表面で反射し、続いて光学ローパスフィルタ３２の表面のＩＲカットコート３８で反射し、さらにＩＲカットコート３８を透過してゴースト光となって撮像素子３７に入射するものである。
【００１６】
オンチップマイクロレンズ３５はマイクロレンズが規則的に並んだ構造を持っているため、オンチップマイクロレンズ３５の表面で反射した光は、反射と同時に回折も起こし、回折パターンを呈する。
【００１７】
このゴーストは、先に述べたＩＲカットコート３８と撮影レンズ３１のレンズ面とでの相互反射による赤い色を帯びたゴーストと同じ理由で赤く色付く。従って、このオンチップマイクロレンズ３５とＩＲカットコート３８が関与するゴーストは、赤色を帯びた回折パターン模様を有するものとして光源の回りに発生し、銀塩写真では見られない赤い違和感のあるゴーストになる。
【００１８】
なお、ＩＲカットフィルタには上記のような反射タイプのもののほか、吸収タイプのものもあり、吸収タイプのものを用いれば、このようなゴーストの発生をなくすることは可能である。
【００１９】
但し、一般に吸収タイプのＩＲカットフィルタは反射タイプのものに比べて光軸方向厚さが厚く、撮像装置の小型化を図る上で好ましくないという問題がある。
【００２０】
そこで、本発明は、反射型の赤外カットフィルタを用いながらも上記のようなゴーストの発生を低減させ、逆光時等の撮影においても高い品位の撮影画像が得られるようにした撮像光学系を提供することを目的としている。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本願第１の発明では、多層膜からなる赤外カットフィルタと、波長による選択的な透過性を有するカラーフィルタと、赤外カットフィルタとカラーフィルタとを順に通過した光が入射する撮像素子とを有する撮像光学系において、カラーフィルタを５８０ｎｍから６５０ｎｍの波長域において透過率のピークを有するものとし、赤外カットフィルタにおける６００ｎｍ以上の波長域での透過率が波長増加方向にて初めてピーク値の５０％となる波長の近傍域において、赤外カットフィルタの透過率よりもカラーフィルタの透過率が低くなるようにしている。
【００２２】
また、本願第２の発明では、多層膜からなる赤外カットフィルタと、波長による選択的な透過性を有するカラーフィルタと、赤外カットフィルタとカラーフィルタとを順に通過した光が入射する撮像素子とを有する撮像光学系において、カラーフィルタを５８０ｎｍから６５０ｎｍの波長域において透過率のピークを有するものとし、赤外カットフィルタにおける６００ｎｍ以上の波長域での透過率が波長増加方向にて初めてピーク値の５０％となる波長をλＤ５０とし、カラーフィルタにおける６００ｎｍ以上の波長域での透過率が波長増加方向にて初めてピーク値の２５％より低くなる波長をλＲ２５としたときに、カラーフィルタおよび赤外カットフィルタのそれぞれの分光特性が、
λＲ２５＜λＤ５０ …（１）
を満足するようにしている。
【００２３】
これら第１および第２の発明により、赤外カットフィルタ面での撮影光の反射によるゴースト（例えば、赤外カットフィルタ面と撮影レンズのレンズ面での相互反射によるゴーストや赤外カットフィルタ面と撮像素子上のマイクロレンズ表面との相互反射によるゴースト）をカラーフィルタで低減させることが可能である。
【００２４】
特に、上記（１）式を満たすように分光特性を設定することにより、上記ゴーストを十分に目立ちにくいレベルにまで低減させることが可能となる。つまり、λR25   がλD50 よりも大きくなると、上記ゴーストを低減させることはできるが、ゴーストが目立ち易くなる可能性がある。
【００２５】
なお、赤外カットフィルタにおける６００ｎｍ以上の波長域での透過率が波長増加方向にて初めてピーク値の５０％となる波長λＤ５０が、
６５０ｎｍ＜λＤ５０＜７８０ｎｍ …（２）
を満足するようにするとよい。
【００２６】
波長λD50 が式（２）の下限値を超えて短波長側になると、赤色の光量が少なくなり、色再現性に問題を生ずるようになる。一方、上限値を超えて長波長側になると、カラーフィルタの透過率が再び増加する領域になるため、赤外光によるかぶりを生ずるようになる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１には、本発明の第１実施形態である撮像光学系の構成を示している。これらの図において、１は撮影レンズであり、２は光学ローパスフィルタである。光学ローパスフィルタ２の撮影レンズ側の表面には、多層膜からなるＩＲ（赤外）カットコート２１が形成されており、この光学ローパスフィルタ２はＩＲカットフィルタを兼ねている。
【００２８】
なお、ＩＲカットコート２１はいわゆる反射タイプのＩＲカットフィルタであり、一般に厚い吸収タイプのＩＲカットフィルタを用いる場合に比べて、ＩＲカットフィルタの配置スペースを小さくすることができ、本実施形態の撮像光学系ひいてはこれを搭載する撮像装置の小型化を図ることができる。
【００２９】
７はＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の撮像素子であり、この撮像素子７における撮影レンズ側には、撮影レンズ側から撮像素子側に向かって順に、オンチップマイクロレンズ５とカラーフィルタ６とが配置されている。なお、これら撮像素子７、オンチップマイクロレンズ５およびカラーフィルタ６はパッケージ３およびセンサカバーガラス４によって密閉されている。
【００３０】
このように構成される撮像光学系において、撮影レンズ１に入射した撮影光１００は撮影レンズ１で集光作用を受け、オンチップマイクロレンズ５によって撮像素子７の個々の受光部（画素）に向けてさらに集光される。そして、カラーフィルタ６で個々の受光部に対する色光に分光されて撮像素子７の各受光部に効率良く入射する。
【００３１】
カラーフィルタ６は、図５にて説明したものと同じものであり、撮像素子７の各々の受光部に、波長に応じて選択的に光を透過する物質が設けられて構成されており、赤透過フィルタ（Ｒ）６１、緑透過フィルタ（Ｇ）６２および青透過フィルタ（Ｂ）６３がある。このため、各々の受光部には、原色フィルタではＲＧＢに分光された色光となって入射する。
【００３２】
図２には、本実施形態のＩＲカットコート２１とカラーフィルタ６の分光特性を示している。２６はＩＲカットコート２１、６８は赤透過フィルタ６１、６６は緑透過フィルタ６２、６５は青透過フィルタ６３の分光特性である。
【００３３】
図２に示すように、本実施形態では、ＩＲカットコート２１の分光特性を、６００ｎｍ以上の波長域での透過率が初めてピーク値の５０％となる波長、すなわち半値を持つ波長λD50 を６７５ｎｍにするよう設定されている。
【００３４】
また、カラーフィルタ６のうち原色の赤色に対する透過領域である赤色透過フィルタ６１における６００ｎｍ以上の波長域での透過率が初めてピーク値の２５％となる波長λR25 を６７０ｎｍに設定している。
【００３５】
すなわち、
λR25 ＜λD50   …（１）
を満たしている。
【００３６】
つまり、波長λD50 の近傍波長域（例えば、６３０ｎｍから７５０ｎｍの範囲）での赤色透過フィルタ６１の透過率がＩＲカットコート２１の透過率よりも低くなっている。
【００３７】
本実施形態によれば、半値を持つ波長λD50 （＝６７５ｎｍ）におけるＩＲカットコート２１と撮影レンズ１のレンズ面での相互反射による赤い色を帯びたゴースト光の強度は入射光の２５％であるが、赤色透過フィルタ６１の透過率がほぼ２５％なので、撮像素子７で受光されるゴースト光の強度は入射光の６％と実質的には目立たない強度になる。図８には、点線１０５′により本実施形態におけるゴースト光の強度分布を示している。
【００３８】
また、本実施形態では、きわめて薄いＩＲカットコート２１を用いているため、例えば厚みを持った平行平板で発生する球面収差、非点収差、色収差を少なくすることができ、高画質を保つことができる。特に、銀塩用の一眼レフレックスカメラと交換レンズを共用するデジタル一眼レフレックスカメラではこの効果が大きい。
【００３９】
しかも、ＩＲカットコート２１を光学ローパスフィルタ２の表面に形成しているので、ＩＲカットフィルタを設けるために部材数が増加することがなく、コストアップが極めて少なく、安価な撮像光学系および撮像装置を実現することができる。
【００４０】
また、カラーフィルタ６を反射タイプと吸収タイプとで比べた場合、カラーフィルタ６がコーティングタイプの透過反射タイプであると、カラーフィルタ６への光の入射角度によって反射光の分光特性が変化するため、結果的にゴーストが生じてしまうという可能性がある。従って、カラーフィルタ６は波長による選択的な透過吸収性を有するものがより好ましい。以下の実施形態でも同様である。
【００４１】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態として、λR25 に対してλD50 を第１実施形態のものよりもさらに長波長側に寄せ、ＩＲカットコート２１における６００ｎｍ以上の波長域での透過率が初めてピーク値の５０％となる波長、すなわち半値を持つ波長λD50 を７００ｎｍに、カラーフィルタ６のうち原色の赤色に対する透過領域である赤色透過フィルタ６１における６００ｎｍ以上の波長域での透過率が初めてピーク値の２５％となる波長λR25 を６７０ｎｍに設定してもよい。
【００４２】
この場合も、
λR25 ＜λD50   …（１）
を満たし、波長λD50 の近傍波長域での赤色透過フィルタ６１の透過率がＩＲカットコート２１の透過率よりも低くなっている。
【００４３】
本実施形態でも、ＩＲカットコート２１と撮影レンズ１のレンズ面での相互反射による赤い色を帯びたゴースト光の強度は入射光の２５％であるが、赤色透過フィルタ６１の透過率がほぼ５％なので、撮像素子７で受光されるゴースト光の強度は入射光の１％となり、上記第１実施形態の場合よりもさらにゴーストが目立たなくなる。
【００４４】
（第３実施形態）
上記第１および第２実施形態において、ＩＲカットコート２１を構成する多層膜は、所望の分光特性を得ようとすると３０層〜４０層という膨大な膜構成になるが、これを２つの面（光学ローパスフィルタ２の両面）に分離すれば、それぞれの膜の層数を１５〜２０層程度に減らすことができる。本実施形態によれば、膜の総数自体に変化はないが、片面は２０層程度と薄くできるので、片面が４０層の場合に比べて膜同士の密着性がよくなる。
【００４５】
本発明は、このような構成のＩＲカットコートに対しても適用することができる。
【００４６】
（第４実施形態）
上記第１および第２実施形態では、ＩＲカットコート２１を撮像素子７の近傍に配置された光学ローパスフィルタ２の撮影レンズ側の表面に形成した場合について説明したが、ＩＲカットフィルタの位置は、これに限らず、撮像素子７の近傍或いは交換レンズ式カメラのマウント部近傍に別途設けられた透明な平行平板の表面や、センサカバーガラス４の表面であってもよい。
【００４７】
（第５実施形態）
上記第１および第２実施形態では、カラーフィルタ６が原色フィルタの場合について説明したが、補色フィルタとしてもよい。
【００４８】
この場合、ＣＭＹのカラーフィルタのうち、５８０ｎｍ＜λ＜６５０ｎｍの波長域において透過率のピーク値を有しているカラーフィルタは、ＭおよびＹのカラーフィルタである。
【００４９】
したがって、ＭおよびＹのカラーフィルタおよびＩＲカットコートの分光特性を上記（１）式や（２）式の条件を満たすように定めればよい。
【００５０】
（第６実施形態）
上記第１および第２実施形態においては、反射タイプのＩＲカットフィルタのみを用いた場合について説明したが、吸収タイプのＩＲカットフィルタを補助的に使用してもよい。これにより、さらにゴースト低減効果が改善される。
【００５１】
この場合、吸収タイプのＩＲカットフィルタの厚さを標準的な厚さより薄くしてもよい。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本願第１および第２の発明によれば、赤外カットフィルタ面での撮影光の反射に起因するゴーストをカラーフィルタで低減させることができる。したがって、逆光撮影時や画面内に光源があるような場合でも、高品位な撮影画像を得ることができる。
【００５３】
特に、上記（１）式を満たすように分光特性を設定することにより、上記ゴーストを十分に目立ちにくいレベルにまで低減させることができる。
【００５４】
なお、赤外カットフィルタにおける６００ｎｍ以上の波長域での透過率が波長増加方向にて初めて５０％となる波長λD50 が上記（２）式を満足するようにすれば、色再現性に問題が生じたり、赤外光によるかぶりを生じたりすることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態である撮像光学系の構成図である。
【図２】上記撮像光学系におけるＩＲカットコートとカラーフィルタの分光特性を示す図である。
【図３】従来の撮像光学系の構成およびゴーストの発生を説明する図である。
【図４】従来の撮像光学系の構成およびゴーストの発生を説明する図である。
【図５】従来の撮像光学系に用いられるカラーフィルタを示す図である。
【図６】従来の撮像光学系におけるカラーフィルタの分光特性を示す図である。
【図７】従来の撮像光学系におけるＩＲカットコートの分光特性を示す図である。
【図８】従来および上記実施形態の撮像光学系におけるゴーストの光強度の分布を示す図である。
【符号の説明】
１  撮影レンズ
２  光学ローパスフィルタ（兼ＩＲカットフィルタ）
２１  ＩＲカットコート
３  パッケージ
４  センサカバーガラス
５  オンチップマイクロレンズ
６  カラーフィルタ
６１  赤透過フィルタ
６２  緑透過フィルタ
６３  青透過フィルタ
７  撮像素子
１００  撮影光
１０１，１０２  ゴースト光
【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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