JP2001111871A

JP2001111871A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2001111871A
Application number: JP28773299A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Takada; 高田勝啓
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1999-10-08
Filing date: 1999-10-08
Publication date: 2001-04-20
Anticipated expiration: 2019-10-08
Also published as: JP4083355B2; US6674473B1

Abstract

(57)【要約】【課題】銀塩写真に匹敵する高品位な画像、とりわけ
色ズレが目立たない画像を撮影することができる小型低
コストな撮像装置。【解決手段】光学系１０による物体の像を電子撮像素
子２０上に結像することによって物体の画像情報を得る
撮像装置であって、電子撮像素子２０及び光学系１０が
（１）１．５＜Ｐ＜７．０，（２）３．０＜Ｎ＜２０，
（３）１．０×Ｐ＜δ＜５．０×Ｐ，（４）ｎ_L／ｎ_T
＜０．２５、の条件を満足する。ただし、Ｐは撮像素子
の画素ピッチ（単位はμｍ）、Ｎは撮像素子の画素数
（単位は百万）、θは、最大像高において、前記光学系
から射出した光束の中心光線若しくは絞り中心を通る光
線が撮像素子に入射する角度（単位は°）である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、撮像装置に関し、
特に、銀塩写真に匹敵する高品位な画像、とりわけレン
ズの倍率色収差に起因する色ズレによる画質劣化を抑制
することが可能な小型低コストな撮像装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】写真画質に匹敵する画像を得ることが可
能な印刷用等の用途を想定した業務用デジタルカメラが
ある。これらは２００万画素を越える画素数を有してい
るものの、撮像素子の画素ピッチが約７．５〜１０μｍ
前後以上と大きく、１枚のウェハーから得られる素子の
数に制限があり、コストをある程度以上下げることがで
きないという問題がある。

【０００３】撮像素子の製造コストを下げるためには、
素子サイズを小型化し、１枚のウェハーから多くの素子
を得るようにすることが最も効果的である。しかし、素
子サイズを小型化するためには、画素数を下げるか、画
素ピッチを小さくする必要がある。

【０００４】比較的安価な撮像装置として商品化されて
いる装置には、１／３〜２／３インチサイズの１００〜
２５０万画素程度の撮像素子を用いているものが多い。
このときの画素ピッチは、約３〜５μｍと、前記の業務
用デジタルカメラに用いられている撮像素子と比較して
大幅に小さい。

【０００５】高品位な画像を得るために多画素な撮像素
子を用いると、ますます画素ピッチの小さな撮像素子を
用いることが必須の条件になる。

【０００６】さて、高品位な画質を決める大きな要因
に、解像と並んで色ズレがある。単波長の結像性能が良
くても、いわゆる色収差が大きいと、色の滲みや色ズレ
が起こり、画質を劣化させることが知られている。特に
デジタルカメラ等、固体撮像素子を用いた撮像装置の場
合、軸上色収差よりも、倍率色収差に起因する色ズレが
大きな問題となる。

【０００７】図１２に入力光強度（アナログ画像）と画
素からの出力強度信号の関係を示すように、固体撮像素
子のようなある一定領域に結像した像が平均化若しくは
加算されて映像信号になるような装置では、光量に傾斜
のある像を撮影しても、得られる映像は階段状になる。

【０００８】一方、銀塩写真では、色素の大きさが数〜
数十μｍと、大きさに幅のある色素単位で構成されてお
り、像の強度が、概ね光量の傾斜を再現している。

【０００９】この両者を比較すると、光量の傾斜の小さ
いところでは小さい差しかないが、１画素内での光量の
傾斜が大きくなると（例えば、左から２番目の画素の位
置）、撮像素子を用いた場合には、実際の像では少ない
光強度になっている領域（例えば、左から２番目の画素
内の右端の領域）まで、画素内での平均的な光強度を持
つ像となってしまう。

【００１０】これがモノクロ画像や色相の似た範囲の画
像であれば、単に像のグラデーションが階段状になって
いるだけであるが、特定の色だけがずれた場合には、図
１３のように、色の差が階段状に見えることになる。図
１３では、簡単のためにＲ（レッド）とＢ（ブルー）の
色のみを考えた場合、図１３（ａ）のように、Ｒの像に
対してＢの像がずれが場合、ＲとＢの色の差は図１３
（ｂ）のようになり、色の差の信号強度Ｒ−Ｂは階段状
になる。

【００１１】人は色の絶対値よりも色の差に対し敏感で
あることが知られており、このような画像を人が観察、
鑑賞すると、色のズレが実際のズレよりも大きく見える
という現象を引き起こす。そのため、撮像素子を用いた
撮像装置に用いるレンズには、色ズレを引き起こす倍率
色収差の高度な補正が求められてきた。

【００１２】従来は、前述のズレた色の強度比が人が見
ても大きな差と感じないために必要な倍率色収差の大き
さを求め、多くの検討により、画素ピッチの１／２以下
の倍率色収差であると、像の色ズレがほとんど問題にな
らないことが知られている。

【００１３】ところが、小型の撮像素子を用いて安いコ
ストで高品位な画像が得られる撮像装置を構成しようと
すると、前述のように、画素ピッチは３〜５μｍ程度以
下になり、このような撮像素子に対して倍率色収差を従
来の考え方で補正すると、許容できる倍率色収差は１．
５〜２．５μｍ以下となり、極めて高度な色収差の補正
が求められる。

【００１４】撮像素子を用いた撮像装置の場合には、光
学レンズと撮像素子の間に光学的ローパスフィルターや
赤外カットフィルター等のフィルター類、多板式装置の
場合には光路分岐プリズム等が配置されることが多く、
物理的な寸法は小さくても、光学的には長いバックフォ
ーカスを必要とする。そのため、レンズもバックフォー
カスを長くできるレンズタイプを用いることが一般的
で、物体側から像側に向かって、絞りに対し非対称なパ
ワー配置になることが多い。

【００１５】そのため歪曲収差や倍率色収差といった画
角に依存する収差の補正が困難であり、従来ではいわゆ
る異常分散性ガラスを用いて色収差を補正する方法が知
られている。

【００１６】上記に示した範囲に倍率色収差を補正する
ためには、さらに異常分散性ガラスを用いたレンズ要素
の数を増やすことが必要になる。

【００１７】しかし、一般的に異常分散性ガラスは膨張
係数が大きいか若しくは柔らかくキズがつきやすい等と
いった特性を持つため、多くの加工工数が必要となり、
異常分散性ガラスを多数使用すると、加工コストが高く
なる問題があった。

【００１８】異常分散性ガラスを少なくして高度な色収
差の補正を実現するためには、使用するレンズ要素の枚
数を増やしたり、レンズ系を大型化して、各レンズ要素
のパワーを弱めることが必要になるため、装置の小型化
に大きな支障をきたす。

【００１９】一方、撮像素子を用いて得られる像は、空
間的にデジタルデータとして扱うことができるため、像
の強度をデジタル化すれば、画像処理等電気的な処理を
施すことが容易になるため、レンズ系で出た色収差を画
像処理で補正する方法が提案されている（特開平８−２
０５１８１号）。しかし、画像処理を行うと、本来デー
タのない像点におけるデータを作成する処理等が必要に
なるため、画質の劣化が避けられない。また、処理が複
雑になると、撮影終了後、メモリーカード等の記録媒体
に記録するまでの時間がかかる問題が生じる。また、レ
ンズの持つ特性を利用するため、特性の異なるレンズに
対しては異なる処理が必要となり、レンズの数に応じた
処理が必要になるという問題がある。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来例で
は、銀塩写真に匹敵する色ズレの目立たない画像を得る
ためには、加工コストの増大や、レンズ系の大型化、撮
影後の画像処理時間の増大等を招き、小型で低コストな
撮像装置を達成することができない。

【００２１】本発明は従来技術のこのような問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的は、銀塩写真に匹敵
する高品位な画像、とりわけ色ズレが目立たない画像を
撮影することができる小型低コストな撮像装置を提供す
ることである。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の撮像装置は、光学系による物体の像を電子撮像素子
上に結像することによって物体の画像情報を得る撮像装
置であって、前記電子撮像素子及び前記光学系が下記の
条件を満足することを特徴とするものである。

【００２３】（１）１．５＜Ｐ＜７．０（２）３．０＜Ｎ＜２０（３）１．０×Ｐ＜δ＜５．０×Ｐ（４）ｎ_L／ｎ_T＜０．２５ただし、Ｐは撮像素子の画素ピッチ（単位はμｍ）、Ｎ
は撮像素子の画素数（単位は百万）、δは画面中心を含
み画面全体の９０％を占める領域内の、波長６２０ｎｍ
若しくは４６０ｎｍでの倍率色収差の絶対値の最大値
（単位はμｍ）、ｎ _T、ｎ_Lは光学系を構成しているレ
ンズ要素の数及び異常分散性ガラスからなるレンズ要素
の数である。

【００２４】この場合、その光学系が脱着可能な構造に
なっていることが望ましい。

【００２５】また、下記条件を満足することがより好ま
しい。

【００２６】（５）１．５＜Ｐ＜４．０（６）４．０＜Ｎ＜２０その場合に、下記条件を満足することがより好ましい。

【００２７】（７）６．０＜Ｎ＜２０また、その撮像素子は、光電変換面の上部にマトリック
ス状あるいはモザイク状のカラーフィルターを配置した
素子であり、かつ、下記条件を満足することがより好ま
しい。

【００２８】（８） θ＜１．３×Ｐ＋４ただし、θは、イメージサークルの９０％以内の各点に
おいて、前記光学系から射出した光束の中心光線、若し
くは、絞り中心を通る光線が撮像素子に入射する角度で
ある。

【００２９】その場合に、下記条件を満足することがよ
り好ましい。

【００３０】（９） θ＜Ｐ＋４また、下記条件を満足することがより好ましい。

【００３１】（１０）１．５×Ｐ＜δ＜５．０×Ｐまた、下記条件を満足することがより好ましい。

【００３２】（１１）ｎ_L／ｎ_T＜０．２０以下、本発明において上記構成をとった理由とその作用
について説明する。

【００３３】人間の眼の標準的な角度分解能を１' （視
力１．０に対応）と考えると、この値は限界解像力を得
る値であるから、画像に含まれるラインアンドスペース
がシャープな画像として認識できる分解能はそれよりも
下がったところ（大きい角度）にあると考えられる。

【００３４】例えば、その立体角を１．６７' （視力
０．６に対応）程度と考えると、例えば４０ｃｍ離れた
位置から画像を観察するとき、０．１９４ｍｍの大きさ
まではシャープな像と認識できることになる。

【００３５】このようなシャープな像と認識できる場合
には、前述の色ズレが起きた場合に、はっきりと認識で
きることになる。したがって、この場合に色ズレを目立
たなくするためには、前述のように、画素ピッチに対し
て１／２以下に倍率色収差を補正しなければならない。

【００３６】４０ｃｍ離れた位置からＡ４（２１０ｍｍ
×２９７ｍｍ）サイズのプリントを観察することを考え
ると、この上記の場合の画素数は、約１１００×１５０
０＝１６５万画素、周囲に１０ｍｍの余白をとることを
考慮すると、約１４０万画素となる。

【００３７】これから提示する数値は、基本的に４０ｃ
ｍ離れた位置からＡ４サイズのプリントを観察すること
を想定しているが、プリントサイズと観察距離の間に線
形関係が満足されている場合には、得られた画素数はプ
リントサイズによらない。しかし、一般にプリントサイ
ズが小さくなる程、プリントサイズに比べて観察距離が
伸びる傾向にあるため、Ａ６サイズ（１０５ｍｍ×１４
９ｍｍ）等の小さいプリントサイズでは、提示された画
素数よりも少ない画素数で十分である。言い換えれば、
本発明では、６切程度以上のプリントサイズを得ること
を可能にして銀塩写真に匹敵する高品位な画像と考えて
いる。

【００３８】さて、撮像素子を用いて作成された画像
は、当然画像を構成する画素単位は一定であるため、そ
の単位以上の高い空間周波数を有する物体は表現できな
い。種々の空間周波数のパターン部分を有するテストチ
ャートを撮影した場合、最も線幅の狭い部分で、その線
幅が画素ピッチに等しいパターンは、すべて分解して観
察されるのに対して、線幅が画素ピッチを下回り、その
最も狭い線幅が例えば画素ピッチの１／２となる画素単
位以上の高い空間周波数を有するパターンは、低周波の
濃淡、いわゆるモアレが観察されるだけである。

【００３９】前述の計算で求めた画素数の画像では、プ
リントの最小画素単位を人間が高いコントラストで明確
に認識できる。したがって、上述のテストチャートの観
察結果を一般画像に拡張すると、ある空間周波数までは
シャープに見え、最小画素単位を越えて高い空間周波数
になると、急激に分解しない画像となるため、画像のコ
ントラストは高くても、グラデーションの表現に乏し
い、いわゆる荒れ感のある画像となる。

【００４０】グラデーション豊かな画像とするために
は、人間が感知する解像限界に近い空間周波数まで表現
しなければならない。

【００４１】我々はこの点から銀塩写真と等価な画質を
得るためには、少なくとも立体角１．２５' （視力０．
８）に対応する画素単位、Ａ４サイズで１０ｍｍの余白
を取った場合に約２５０万画素の画素数が必要であるこ
とを、特願平１１−４２９３４号において示した。

【００４２】以上は解像力に着目した議論であるが、前
述の通り、色ズレに関する問題も、ズレた部分が画素単
位に起因する階段状になっていることが根本的な問題で
あるから、同様の議論により、光量が傾斜している場合
に、その傾斜を平均化せずに、より忠実に表現できれ
ば、色ズレは撮像素子の問題ではなく、純粋にレンズ系
の問題となり、銀塩写真の場合と全く等価になる。

【００４３】光量の傾斜を忠実に表現するレベルを設定
するときに、上記の解像に対する人間の見えの評価を参
考にすることができる。すなわち、プリントを観察する
場合、人間が全く認識できない画素単位であれば、その
画素単位以上に光強度を表現しても、人間には全く等価
に見えるはずであるし、逆に、前述のように、画素単位
をはっきり認識できれば、光強度の変化を忠実に表現し
ているとは認識できない。

【００４４】解像の場合には、上述のように、立体角
１．２５' （視力０．８）以上が必要であるが、色ズレ
の場合には、単に強度の変化ではなく、そこに色相の変
化を伴うため、解像の検討で求めた画素数以上の画素数
が必要であることが分かった。具体的には、立体角１．
１１' （視力０．９）程度以上に小さい画素単位で画像
を構成すれば、レンズの倍率色収差による色ズレが、画
素単位の階段状に表現されても、その強度変化は、レン
ズの色ズレを忠実に表現した場合の強度変化と比較して
も、人間がほとんど差を感知できないことが分かった。

【００４５】立体角１．１１' を画素数に変換すると、
前述の計算と同様の計算により、Ａ４サイズの周囲１０
ｍｍの余白を取ったときに、約３００万画素になる。

【００４６】さらにその場合、レンズの倍率色収差がど
こまで許容できるか調べると、画素単位以上あっても、
一般的には強度変化を伴うため、人間が色ズレをはっき
り認識できないことが分かった。

【００４７】言い換えると、３００万画素以上の画素数
を有する撮像素子を用いると、画素ピッチに対して１．
０倍以上の倍率色収差があっても、色ズレを人間がはっ
きりとは認識できないことになる。

【００４８】しかし、レンズの倍率色収差が画素単位に
対して５倍を越えると、色収差によるズレ量が大きくな
りすぎ、撮像素子で撮影したことによる影響を無視して
も、色ズレに伴う画質の劣化を許容できなくなる。

【００４９】これらの条件を式で表現したものが、下記
条件式（２）の下限と、条件式（３）である。

【００５０】（２）３．０＜Ｎ＜２０（３）１．０×Ｐ＜δ＜５．０×Ｐただし、Ｐは撮像素子の画素ピッチ（単位はμｍ）、Ｎ
は撮像素子の画素数（単位は百万）、δは画面中心を含
み画面全体の９０％を占める領域内の、波長６２０ｎｍ
若しくは４６０ｎｍでの倍率色収差の絶対値の最大値
（単位はμｍ）である。

【００５１】ここで、倍率色収差に関する条件を、中心
を含み画面全体の９０％を占める領域内に限定したの
は、それ以外の領域は、画面のほとんど四隅であり、実
際上色ズレが生じていても、画質の劣化として問題にな
ることは少ないと考えられるためである。また、倍率色
収差を求める波長を６２０ｎｍ若しくは４６０ｎｍとし
た理由は、基準波長として扱うｅ線を緑の画像の代表と
考え、赤、青の分光特性等から代表波長として選んだ波
長である。装置に使用するカラーフィルターの分光透過
率や撮像素子の分光感度等に応じて、この代表波長はシ
フトするが、おおよそこの程度の波長と考えて光学設計
上問題はない。

【００５２】条件式（２）の上限の２０は画素数が増え
ることにより、画像の読み出し速度や記録媒体への記録
速度等が長くなりすぎる問題が生じる点や、（２）の上
限値は前述の立体角０．０５１３' （視力２．３）に相
当しており、例えば、Ａ３以上に拡大し、プリントサイ
ズに比べて観察距離を短くしても、ほとんど画像の劣化
を認識することができなくなる点を考慮して定められ
た。

【００５３】このような画素数の撮像素子を作成する場
合、下記条件（１）を満足していることが望ましい。

【００５４】（１）１．５＜Ｐ＜７．０条件式（１）の上限の７．０は、撮像装置のコストを考
慮して設定したものであり、上限値を越えて大きくなる
と、画素数に比較して撮像素子のサイズが大きくなり、
１枚のウェハーからとれる素子数が少なくなってコスト
の増大を招く。また、条件式（１）の下限値の１．５
は、光学系の回折限界による画質の劣化と、光学系の製
造コストを考慮して設定したものであり、下限値を越え
て小さな値になると、３００万画素程度の画素数では、
光学系が回折限界の性能を有していても、回折ボケの影
響を無視できなくなり、画質の劣化を引き起こす。ま
た、画素数が１０００万画素を越えた撮像素子を用いた
場合においては、光学系が回折限界に近い性能を有して
いれば、プリントでの画質は満足できるものの、光学系
を構成する各要素の製造公差が厳しくなり、加工コスト
の増大を招き好ましくない。

【００５５】上記の撮像素子、光学系の組み合わせを採
用すると、光学系を構成する際、倍率色収差の補正に対
する余裕が生まれ、光学系を構成するレンズ枚数をより
少なく、また、異常分散性ガラスの使用を極力抑えるこ
とができ、小型で安価な光学系を構成することが可能と
なる。

【００５６】より具体的には、光学系を構成する全レン
ズ要素の数に対し、異常分散性ガラスを用いたレンズ要
素の数を２５％以下に抑えることができ、光学系の加工
コストを低減することが可能となる。この条件を式で表
現したものが、下記条件式（４）である。

【００５７】（４）ｎ_L／ｎ_T＜０．２５ただし、ｎ_T、ｎ_Lは光学系を構成しているレンズ要素
の数及び異常分散性ガラスからなるレンズ要素の数であ
る。

【００５８】本発明の撮像装置は、装置の物体側や内部
において、異なる色のカラーフィルターを順次設定し、
撮影した画像を合成することによりカラー画像を構成し
てもよいし、あるいは、撮像素子を２枚以上用い、例え
ば光路分割プリズム等により光路をそれぞれの撮像素子
に導くようにして、同時に複数の色の画像を撮影する方
式等で構成してもよい。

【００５９】あるいは、光電変換面の上部にマトリック
ス状あるいはモザイク状のカラーフィルターを配置した
素子を用いて、画像を撮影後マトリックス演算によって
カラー画像を構成する方式で構成してもよい。

【００６０】後者の方式では、マトリックス演算により
画像を補間する必要があるため、画質の点では前者の方
法より劣るが、用いる撮像素子が少なく、しかも、少な
い撮影回数でカラー画像を得ることができるため、コス
ト面や使い勝手の点で優れており、コンシューマ製品を
中心として採用している製品が多い。

【００６１】この方式では、撮像素子の各画素が、光電
変換面とその上に配置されたカラーフィルターで１つの
組をなしているため、カラーフィルターを透過した光が
本来到達すべき光電変換面とは異なる変換面に到達する
と、色に関する情報が正しく得られない。そのため、光
学系を透過した光は撮像素子に垂直に入射することが望
ましいが、光電変換面の周囲に遮光部等を配置すること
等により、ある程度角度がついていても、画像に与える
影響を無視することができる。しかし、極端に遮光部を
広くすると、全体の面積に対する光電変換面の面積が小
さくなり、電気信号に変換できる光量が少なくなり、感
度の低下を招く。

【００６２】そこで、感度面から必要な開口率を想定し
た際、画像に与える影響を無視できる撮像素子への入射
角の許容範囲に関する条件が、下記の条件式（８）であ
る。

【００６３】（８） θ＜１．３×Ｐ＋４ただし、θは、イメージサークルの９０％以内の各点に
おいて、光学系から射出した光束の中心光線、若しく
は、絞り中心を通る光線が撮像素子に入射する角度であ
る。

【００６４】条件式（８）の上限の１．３×Ｐ＋４を越
えて大きな値をとると、撮像素子に略垂直に入射する画
面中心に比較して、上記理由により画面周辺で得られる
カラー情報のエラーが大きくなりすぎ、電気的処理を用
いても画面中心と周辺の色が一致しないという問題が生
じる。

【００６５】より高品位な画像を得るためには、画像の
画素単位をさらに小さくすることが好ましく、その場合
は、下記条件式（６）を満足すると、なお好ましい。

【００６６】（６）４．０＜Ｎ＜２０また、下記条件式（７）を満足すると、さらに高品位な
画像が得られ好ましい。

【００６７】（７）６．０＜Ｎ＜２０画素ピッチに関しては、下記の条件を満足すると、なお
好ましい。

【００６８】（５）１．５＜Ｐ＜４．０また、光学系をさらに低コストに構成するためには、倍
率色収差に対する制約条件を緩めることが効果的であ
り、下記の条件を満足すると、なお好ましい。

【００６９】（１０）１．５×Ｐ＜δ＜５．０×Ｐ光学系を構成するレンズ要素として、異常分散性ガラス
を使用したレンズ要素の数は下記の条件を満足すると、
なお低コスト化に対し好ましい。

【００７０】（１１）ｎ_L／ｎ_T＜０．２０また、光学系を射出した光線が撮像素子に入射する角度
は、下記条件を満足することが、なお好ましい。

【００７１】（９） θ＜Ｐ＋４また、本発明の撮像装置は、装置本体と光学系は一体型
で構成してもよいし、また、光学系を交換可能な構成と
してもよい。

【００７２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の撮像装置の実施例
について説明する。

【００７３】本発明に基づく撮像装置全体の構成は、図
１に示すように、被写体の像を結像する光学系１０と、
その結像位置に配置されたＣＣＤやＣＭＯＳ等からなる
撮像素子２０と、その撮像素子２０で得られた画像信号
を処理する信号処理回路３０と、その信号処理回路３０
に接続され、撮像された画像データを記憶する記憶装置
４０と、信号処理回路３０に接続され、撮像された画像
を表示する表示装置５０と、撮像された画像を出力する
プリンター等の出力装置６０とからなる。

【００７４】以下に、主として光学系１０に用いるレン
ズ系と、その際に用いる撮像素子２０に関する実施例
１、２について説明する。

【００７５】（実施例１）この実施例は、光学系１０と
して単焦点レンズを使用する実施例であり、撮像素子２
０としては、２／３インチ（６．６ｍｍ×８．８ｍｍ）
で、画素数２１３０×２８４０＝６０５万画素で、画素
ピッチＰが３．１μｍのものを用いる。

【００７６】光学系１０を構成するレンズ系は、図２に
断面図を示すように、物体側から順に、物体側に凸面を
向けた正メニスカスレンズと、物体側に凸面を向けた負
メニスカスレンズと、絞りと、両凹レンズと両凸レンズ
の接合レンズと、両凸レンズとからなるレトロフォーカ
スタイプの単焦点レンズ系であり、レンズ系と像面Ｉの
間に撮像素子２０のカバーガラス、フィルター類を構成
する平行平面板Ｆが配置されている。このレンズ系の数
値データは後記するが、最も像面側の両凸レンズの像面
側の面に非球面を用いている。この実施例の収差図を図
３に示す。図中、ＳＡは球面収差、ＡＳは非点収差、Ｄ
Ｔは歪曲収差、ＣＣは倍率色収差を示す（以下の収差図
においても同じ）。収差図の基準波長はｅ線であり、球
面収差と倍率色収差は、基準波長以外は６２０ｎｍと４
６０ｎｍの波長に対する収差を記載してある。また、図
中、“ＦＩＹ”は像高を表している。

【００７７】また、本実施例では異常分散性のガラスを
使用していない。

【００７８】実施例１の式（１）に関する値Ｐ＝３．１
μｍ、式（２）に関する値Ｎ＝６．０５、式（３）に関
する値δ＝４．４μｍ（６２０ｎｍ）、式（４）に関す
る値ｎ_L／ｎ_T＝０／５＝０、式（８）に関する値θ＝
７．４°であり、何れもそれらの条件式を満足してお
り、得られた画像は銀塩写真に匹敵する、とりわけ色ズ
レが目立たない高品位な画像が得られ、小型低コストな
撮像装置を得ることができる。

【００７９】（実施例２）この実施例は、光学系１０と
してズームレンズを使用する実施例であり、撮像素子２
０としては、１／２インチ（４．８ｍｍ×６．４ｍｍ）
で、画素数１７８０×２３７０＝４２２万画素で、画素
ピッチＰが２．７μｍのものを用いる。

【００８０】光学系１０を構成するズームレンズは、図
４に広角端での断面図を示すように、物体側から順に、
第１レンズ群Ｇ１は、物体側に凸面を向けた平凸レンズ
１枚からなり、第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凸面を向
けた負メニスカスレンズと、両凹レンズと物体側に凸面
を向けた正メニスカスレンズとの接合レンズの３枚から
なり、絞りＳが続き、絞りＳの後の第３レンズ群Ｇ３
は、θ_gd＝１．２４３と異常分散性を持つガラスからな
る両凸レンズと、物体側に凸面を向けた正メニスカスレ
ンズと物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズとの接
合レンズの３枚からなり、第４レンズ群Ｇ４は両凸レン
ズ１枚からなり、広角端から望遠端にかけて、第１レン
ズ群Ｇ１と絞りＳは固定されており、第２レンズ群Ｇ２
は物体側から像側に移動し、第３レンズ群Ｇ３と第４レ
ンズ群Ｇ４は相互の間隔を広げながら物体側に移動す
る。レンズ系と像面Ｉの間に撮像素子２０のカバーガラ
ス、フィルター類を構成する平行平面板Ｆが配置されて
いる。このレンズ系の数値データは後記するが、第３レ
ンズ群Ｇ３の最も物体側の面と第４レンズ群Ｇ４の物体
側の面に非球面を用いている。この実施例の広角端の収
差図を図５に、標準状態の収差図を図６に、望遠端の収
差図を図７にそれぞれ示す。

【００８１】実施例２の式（１）に関する値Ｐ＝２．７
μｍ、式（２）に関する値Ｎ＝４．２２、式（３）に関
する値δ＝５．０μｍ（広角端６２０ｎｍ）、３．５μ
ｍ（標準状態６２０ｎｍ）、４．４μｍ（望遠端４６０
ｎｍ）、式（４）に関する値ｎ_L／ｎ_T＝１／８＝０．
１２５、式（８）に関する値θ＝１．７°（広角端）〜
２．８°（標準状態）〜３．７°（望遠端）であり、何
れもそれらの条件式を満足しており、得られた画像は銀
塩写真に匹敵する、とりわけ色ズレが目立たない高品位
な画像が得られ、小型低コストな撮像装置を得ることが
できる。

【００８２】以下に、上記各実施例の光学系１０の数値
データを示すが、記号は上記の外、ｆは全系焦点距離、
Ｆ_NOはＦナンバー、２ωは画角、ｆ_Bはバックフォーカ
ス、ｒ₁、ｒ₂…は各レンズ面の曲率半径、ｄ₁、ｄ₂
…は各レンズ面間の間隔、ｎ _e1、ｎ_e2…は各レンズのｅ
線の屈折率、ν_d1、ν_d2…は各レンズのアッベ数であ
る。なお、非球面形状は、ｚを光の進行方向を正とした
光軸とし、ｙを光軸と直交する方向の光軸からの距離と
すると、下記の式にて表される。

【００８３】ｚ＝（ｙ²／ｒ）／［１＋｛１−（Ｋ＋
１）（ｙ／ｒ）²｝^1/2］＋A₄ｙ⁴＋A₆ｙ⁶＋A₈ｙ⁸＋
A₁₀ｙ¹⁰＋ A₁₂ｙ¹² ただし、ｒは近軸曲率半径、Ｋは円錐係数、A₄、A₆、
A₈、A₁₀、A₁₂はそれぞれ４次、６次、８次、１０次、
１２次の非球面係数である。

【００８４】実施例１ｆ＝ 9.40 Ｆ_NO＝ 2.8 ２ω＝62.32 ° ｆ_B＝ 3.821 ｒ₁= 19.2904 ｄ₁= 7.1301 ｎ_e1 =1.85504 ν_d1 =23.78 ｒ₂= 31.5332 ｄ₂= 0.2500 ｒ₃= 9.5862 ｄ₃= 1.2000 ｎ_e2 =1.48915 ν_d2 =70.23 ｒ₄= 3.3172 ｄ₄= 3.6931 ｒ₅= ∞（絞り）ｄ₅= 1.2117 ｒ₆= -7.4389 ｄ₆= 1.2000 ｎ_e3 =1.85504 ν_d3 =23.78 ｒ₇= 285.9688 ｄ₇= 2.2502 ｎ_e4 =1.73234 ν_d4 =54.68 ｒ₈= -5.8435 ｄ₈= 0.1500 ｒ₉= 11.4711 ｄ₉= 12.8153 ｎ_e5 =1.60548 ν_d5 =60.64 ｒ₁₀= -13.4741（非球面）ｄ₁₀= 2.7500 ｒ₁₁= ∞ ｄ₁₁= 1.0000 ｎ_e6 =1.48915 ν_d6 =70.23 ｒ₁₂= ∞ 非球面係数第１０面Ｋ = 0.00000 A₄ = 3.56156×10^-4 A₆ = 3.16853×10^-9 A₈ = 4.61305×10^-8 A₁₀= 0 A₁₂= 0 。

【００８５】実施例２ｆ＝ 6.62 〜 11.26 〜 19.10 Ｆ_NO＝ 2.04 〜 2.30 〜 2.93 ２ω＝ 63.90°〜 38.69°〜 23.79° ｆ_B＝ 0.95 〜 0.95 〜 0.95 ｒ₁= 40.3034 ｄ₁= 5.2797 ｎ_e1 =1.48915 ν_d1 =70.23 ｒ₂= ∞ ｄ₂= （可変）ｒ₃= 20.8569 ｄ₃= 1.2500 ｎ_e2 =1.85504 ν_d2 =23.78 ｒ₄= 8.8296 ｄ₄= 6.8718 ｒ₅= -27.1565 ｄ₅= 1.0000 ｎ_e3 =1.48915 ν_d3 =70.23 ｒ₆= 11.5347 ｄ₆= 3.9456 ｎ_e4 =1.85504 ν_d4 =23.78 ｒ₇= 37.7190 ｄ₇= （可変）ｒ₈= ∞（絞り）ｄ₈= （可変）ｒ₉= 20.0455（非球面）ｄ₉= 2.6165 ｎ_e5 =1.57098 ν_d5 =71.30 ｒ₁₀= -29.3358 ｄ₁₀= 0.2000 ｒ₁₁= 9.0271 ｄ₁₁= 5.5316 ｎ_e6 =1.77621 ν_d6 =49.60 ｒ₁₂= 82.0666 ｄ₁₂= 0.9000 ｎ_e7 =1.85504 ν_d7 =23.78 ｒ₁₃= 5.8260 ｄ₁₃= （可変）ｒ₁₄= 11.0356（非球面）ｄ₁₄= 2.0471 ｎ_e8 =1.59142 ν_d8 =61.28 ｒ₁₅= -35.4897 ｄ₁₅= （可変）ｒ₁₆= ∞ ｄ₁₆= 0.8000 ｎ_e9 =1.51825 ν_d9 =64.14 ｒ₁₇= ∞ ｄ₁₇= 1.8000 ｎ_e10=1.54979 ν_d10=62.84 ｒ₁₈= ∞ ｄ₁₈= 0.8000 ｒ₁₉= ∞ ｄ₁₉= 0.7500 ｎ_e11=1.51825 ν_d11=64.14 ｒ₂₀= ∞ ズーム間隔ｆ 6.62 11.26 19.10 ｄ₂ 1.0000 11.1208 16.9659 ｄ₇ 17.4769 7.3561 1.5110 ｄ₈ 8.2911 6.0038 1.4970 ｄ₁₃ 3.6636 4.3896 5.9973 ｄ₁₅ 2.6597 4.2210 7.1201 非球面係数第９面Ｋ = 0.00000 A₄ =-6.09597×10^-5 A₆ = 1.98645×10^-7 A₈ = 3.03497×10^-8 A₁₀=-3.82462×10^-9 A₁₂= 1.06173×10^-10 第１４面Ｋ = 0.00000 A₄ =-5.31919×10^-5 A₆ =-1.01532×10^-5 A₈ = 1.35032×10^-6 A₁₀=-7.60925×10^-8 A₁₂= 1.54969×10^-9 。

【００８６】なお、本発明の説明はデジタルカメラを中
心に説明したが、他の撮像装置（例えば、デジタルビデ
オカメラ等）を用いて静止画像を観察する場合も同様で
ある。

【００８７】以上のような本発明の撮像装置は、物体像
を形成しその像をＣＣＤ等の撮像素子に受光させて撮像
を行う撮像装置、とりわけ電子カメラ、ビデオカメラ等
に用いることができる。以下に、その実施形態を例示す
る。

【００８８】図８〜図１０は、本発明の撮像装置を電子
カメラとして構成した場合の概念図を示す。図８は電子
カメラ１４０の外観を示す前方斜視図、図９は同後方斜
視図、図１０は電子カメラ１４０の構成を示す断面図で
ある。電子カメラ１４０は、この例の場合、撮影用光路
１４２を有する撮影光学系１４１、ファインダー用光路
１４４を有するファインダー光学系１４３、シャッター
１４５、フラッシュ１４６、液晶表示モニター１４７等
を含み、カメラ１４０の上部に配置されたシャッター１
４５を押圧すると、それに連動して撮像用対物光学系１
０を通して撮影が行われる。撮像用対物光学系１０によ
って形成された物体像が、ローパスフィルター、赤外カ
ットフィルター等のフィルター１５１を介してＣＣＤ２
０（図１の撮像素子に対応）の撮像面上に形成される。
このＣＣＤ２０で受光された物体像は、信号処理回路３
０を介し、電子画像としてカメラ背面に設けられた液晶
表示モニター１４７（図１の表示装置５０に相当）に表
示される。また、この信号処理回路３０には記録手段４
０（図１の記憶装置に対応）が配置され、撮影された電
子画像を記録することもできる。なお、この記録手段４
０は信号処理回路３０と別体に設けらてもよいし、フロ
ッピーディスク等により電子的に記録書込を行うように
構成してもよい。

【００８９】さらに、ファインダー用光路１４４上に
は、カバーガラス１５４を介してファインダー用対物光
学系１５３が配置してある。このファインダー用対物光
学系１５３によって形成された物体像は、像正立部材で
あるポロプリズム１５５の視野枠１５７上に形成され
る。なお、視野枠１５７は、ポロプリズム１５５の第１
反射面と第２反射面との間を分離し、その間に配置され
ている。このポリプリズム１５５の後方には、正立正像
にされた像を観察者眼球Ｅに導く接眼光学系１５９が配
置されている。

【００９０】図１１は、本発明の撮像装置をビデオカメ
ラとして構成した場合の概念図を示す。図１１（ａ）は
ビデオカメラ１６０の外観を示す斜視図、図１１（ｂ）
はビデオカメラ１６０の構成を示す断面図である。ビデ
オカメラ１６０、撮影用光学系１０と共に、電子ビュー
ファインダー１６２と液晶表示モニター１４７を備えて
おり、両者が図１の表示装置５０に相当する。ビデオカ
メラ１６０の上部に配置された録画スタートボタン１６
１をオンすると、それに連動して撮影用光学系１０を通
して撮影が行われる。撮影用光学系１０によって形成さ
れた物体像が、ローパスフィルター、赤外カットフィル
ター等のフィルター１５１を介してＣＣＤ２０（図１の
撮像素子に対応）の撮像面上に形成される。このＣＣＤ
２０で受光された物体像は、信号処理回路３０を介し、
電子ビューファインダー１６２内に配置されたバックラ
イト付き液晶表示素子１６３上に表示され、接眼レンズ
１６４で拡大観察可能にされると共に、カメラ本体に折
り畳み可能に取り付けられた液晶表示モニター１４７に
表示される。ビデオカメラ１６０には、ビデオテープ挿
脱用ふた１６６を開けて記録媒体としてのビデオテープ
をセットすることが可能になっており、信号処理回路３
０を介してビデオテープを記録手段４０（図１の記憶装
置に対応）として、撮影された電子画像が記録される。
また、ビデオカメラ１６０はマイク１６５を備えてお
り、映像信号記録と同時に音声情報記録も同様に行う。

【００９１】

【発明の効果】以上の説明と各実施例から明らかなよう
に、本発明によると、撮像装置の光学系の結像性能、撮
像素子の画素数、画素ピッチが最適化されているので、
得られた画像は銀塩写真に匹敵する、特に色ズレが目立
たない高品位な画像であり、また、装置の大きさや製造
コストに有利な構成となっているため、小型低コストな
撮像装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく撮像装置全体の構成を示す図で
ある。

【図２】本発明の実施例１における光学系を構成するレ
ンズ系の断面図である。

【図３】実施例１のレンズ系の収差図である。

【図４】本発明の実施例２における光学系を構成するズ
ームレンズ系の広角端での断面図である。

【図５】実施例２のズームレンズ系の広角端での収差図
である。

【図６】実施例２のズームレンズ系の標準状態での収差
図である。

【図７】実施例２のズームレンズ系の望遠端での収差図
である。

【図８】本発明の撮像装置を電子カメラとして構成した
場合の外観を示す前方斜視図である。

【図９】図８は同後方斜視図である。

【図１０】図８の電子カメラの構成を示す断面図であ
る。

【図１１】本発明の撮像装置をビデオカメラとして構成
した場合の概念図である。

【図１２】電子撮像素子を用いた場合の光量と映像信号
強度の関係を示す概念図である。

【図１３】電子撮像素子を用いた場合の色ズレと映像信
号強度の関係を示す概念図である。

【符号の説明】

１０…光学系２０…撮像素子（ＣＣＤ等）３０…信号処理回路４０…記憶装置５０…表示装置６０…出力装置１４０…電子カメラ１４１…撮影光学系１４２…撮影用光路１４３…ファインダー光学系１４４…ファインダー用光路１４５…シャッター１４６…フラッシュ１４７…液晶表示モニター１５１…フィルター１５４…カバーガラス１５３…ファインダー用対物光学系１５５…ポロプリズム１５７…視野枠１５９…接眼光学系１６０…ビデオカメラ１６１…録画スタートボタン１６２…電子ビューファインダー１６３…バックライト付き液晶表示素子１６４…接眼レンズ１６５…マイク１６６…ビデオテープ挿脱用ふたＧ１…第１レンズ群Ｇ２…第２レンズ群Ｇ３…第３レンズ群Ｇ４…第４レンズ群Ｓ …絞りＦ …平行平面板Ｉ …像面Ｅ …観察者眼球

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光学系による物体の像を電子撮像素子上
に結像することによって物体の画像情報を得る撮像装置
であって、前記電子撮像素子及び前記光学系が下記の条
件を満足することを特徴とする撮像装置。（１）１．５＜Ｐ＜７．０（２）３．０＜Ｎ＜２０（３）１．０×Ｐ＜δ＜５．０×Ｐ（４）ｎ_L／ｎ_T＜０．２５ただし、Ｐは撮像素子の画素ピッチ（単位はμｍ）、Ｎ
は撮像素子の画素数（単位は百万）、δは画面中心を含
み画面全体の９０％を占める領域内の、波長６２０ｎｍ
若しくは４６０ｎｍでの倍率色収差の絶対値の最大値
（単位はμｍ）、ｎ _T、ｎ_Lは光学系を構成しているレ
ンズ要素の数及び異常分散性ガラスからなるレンズ要素
の数である。
【請求項２】該光学系が脱着可能な構造になっている
ことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】下記条件を満足することを特徴とする請
求項１記載の撮像装置。（５）１．５＜Ｐ＜４．０（６）４．０＜Ｎ＜２０
【請求項４】下記条件を満足することを特徴とする請
求項３記載の撮像装置。（７）６．０＜Ｎ＜２０
【請求項５】前記撮像素子は、光電変換面の上部にマ
トリックス状あるいはモザイク状のカラーフィルターを
配置した素子であり、かつ、下記条件を満足することを
特徴とする請求項１記載の撮像装置。（８） θ＜１．３×Ｐ＋４ただし、θは、イメージサークルの９０％以内の各点に
おいて、前記光学系から射出した光束の中心光線、若し
くは、絞り中心を通る光線が撮像素子に入射する角度で
ある。
【請求項６】下記条件を満足することを特徴とする請
求項５記載の撮像装置。（９） θ＜Ｐ＋４
【請求項７】下記条件を満足することを特徴とする請
求項１記載の撮像装置。（１０）１．５×Ｐ＜δ＜５．０×Ｐ
【請求項８】下記条件を満足することを特徴とする請
求項１記載の撮像装置。（１１）ｎ_L／ｎ_T＜０．２０