JP2005094191A

JP2005094191A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2005094191A
Application number: JP2003322896A
Authority: JP
Inventors: Masaru Ibe; 大井邊
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2003-09-16
Filing date: 2003-09-16
Publication date: 2005-04-07

Abstract

【課題】カラーＣＣＤおよび赤外カットフィルタを備えた撮像装置において、画像の色シェーディングを抑制する。
【解決手段】ＲＧＢ原色系色フィルタ21のＲフィルタおよび赤外カットフィルタ７として、Ｒフィルタの透過波長範囲の長波長側の透過率５０％の波長λ_Rと、赤外カットフィルタ７の透過波長範囲の長波長側の透過率５０％の波長λ_IRとが、λ_IR−λ_R≧２５ｎｍを満たすものを用いる。
【選択図】図２

Description

本発明は原色（ＲＧＢ）系もしくは補色（Ｙｅ，Ｃｙ，Ｍｇ）系の色フィルタを有する撮像素子と赤外カットフィルタを備えた撮像装置に関するものである。

現在、ビデオカメラ等の撮像装置において用いられているＣＣＤ等の撮像素子は可視光領域のみならず赤外光に対しても感度を持つものである。一般にカラーＣＣＤの色フィルタは、ＣＣＤの感度範囲にある赤外の波長領域全てを十分にカットすることはできないため、撮像装置においては色再現性を確保するために赤外カットフィルタが光学系内に配置されている。また、ＣＣＤの色フィルタのうちＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）原色系のＲフィルタ、Ｙｅ（黄）、Ｃｙ（シアン）、Ｍｇ（マゼンタ）補色系のＹｅフィルタおよびMｇフィルタの多くは、赤外の波長領域の光を透過するものであり、赤外カットフィルタと組み合わせて使用することが前提とされている。図５に一般的な、色フィルタと赤外カットフィルタについての分光透過率のグラフを示す。同図（ａ）はＲＧＢ色フィルタの分光透過率（それぞれＲ、Ｇ、Ｂで示す曲線）と赤外カットフィルタについての分光透過率（ＩＲで示す曲線）、同図（ｂ）はＹｅＣｙＭｇ色フィルタ（それぞれＹｅ、Ｃｙ、Ｍｇで示す曲線）と赤外カットフィルタについての分光透過率のグラフを示すものである。図５に示すように、一般的なＲフィルタ、ＹｅフィルタおよびMｇフィルタは赤外の波長領域の光に対しても高い透過率を有するものであるため、Ｒ、Ｙｅ、Ｍｇチャンネルの透過波長範囲の長波長側のカットオフ波長（透過率５０％となる波長）は、赤外カットフィルタによって規定されている。

この赤外カットフィルタとしては、従来より撮像光学系内の特定のレンズ表面に設けられた赤外透過防止誘電体多層膜（以下、「赤外カットコート」という）が用いられている（特許文献１参照）。

さて、撮像装置において撮像光学系を小型化するためには、射出瞳角度（最大像高の主光線と光軸のなす角度）を大きくすることが有効である。すなわち、射出瞳角度が０°の場合撮像光学系の径が大きいが、射出瞳角度を大きくすることにより撮像レンズを小さくすることができる。

一方、赤外カットコートは層間の多重干渉を利用してフィルタ作用を行うので入射角依存性がある。その１つは、垂直入射光に対しては略完全な遮断効率を有するが、光軸から傾くにつれて遮断効率が悪くなるというものである。この遮断効率の低下は、特許文献１記載の通り、撮像光学系内の最大入射角が３０°以下となる面を有している特定レンズの表面に赤外カットコートを形成することにより、すなわち、赤外カットコートへの最大入射角を３０°以下とすることにより相当程度抑制することができる。
特開平５−２０７３５０号公報

赤外カットコートの入射角依存性の別の１つは、赤外カットコートへの入射光の入射角が大きくなるにしたがって、その分光透過率曲線が短波長側にシフトするというものである。すなわち、図６に示すように、赤外カットコートへの入射角度が略０°のときの該赤外カットコートの分光透過率曲線が同図中実線で示すものであったとすると、この曲線が、入射角が大きくなるにつれて点線で示す曲線位置にシフトするというものである。この分光透過率曲線の短波長側へのシフトは、赤外カットコートへの入射角が０°からずれると入射角が３０°以下の範囲であっても発生する。

前述のように、従来のＲ、Ｙｅ、Ｍｇチャンネルの透過波長範囲の長波長側のカットオフ波長は赤外カットフィルタによって規定されているため、分光透過率曲線が短波長側にシフトすると、このＲ、Yｅ、Mｇチャンネルの赤領域の透過波長範囲が狭くなり赤領域の受光光量が少なくなる。また、この分光透過率曲線の短波長側へのシフト量は、赤外カットコートへの入射角度が大きくなるにしたがって大きくなる。一方、赤外カットコートへの入射角度は射出瞳角度が０°でない限り、画像の周辺にいく（像高が大きくなる）にしたがって大きくなるため、画像の周辺にいくにつれて赤領域の受光光量が少なくなる。すなわち、赤外カットコートの入射角依存性による分光透過率曲線の短波長側へのシフトが生じると、画像の中心から周辺になるにつれて青緑が強くなる色シェーディングが発生するという問題が生じる。

本発明は上記事情に鑑み、画像の色シェーディングを抑制した撮像装置を提供することを目的とするものである。

本発明の第１の撮像装置は、Ｒフィルタ、ＧフィルタおよびＢフィルタの原色系フィルタを備えた撮像素子、該撮像素子の結像面に入射光を結像する撮像光学系および前記入射光のうち赤外波長の光をカットする赤外カットフィルタを備えてなる撮像装置であって、
前記Ｒフィルタの透過波長範囲の長波長側の透過率５０％の波長λ_Rと、前記赤外カットフィルタの透過波長範囲の長波長側の透過率５０％の波長λ_IRとが、
λ_IR−λ_R≧２５ｎｍ
を満たすものであることを特徴とするものである。

本発明の第２の撮像装置は、Ｙｅフィルタ、ＣｙフィルタおよびＭｇフィルタの補色系フィルタを備えた撮像素子、該撮像素子の結像面に入射光を結像する撮像光学系および前記入射光のうち赤外波長の光をカットする赤外カットフィルタを備えてなる撮像装置であって、
前記Ｙｅフィルタの透過波長範囲の長波長側の透過率５０％の波長λ_Yeと、前記赤外カットフィルタの透過波長範囲の長波長側の透過率５０％の波長λ_IRとの関係が、
λ_IR−λ_Ye≧２５ｎｍ
を満たすものであり、
前記Ｍｇフィルタの透過波長範囲の長波長側の透過率５０％の波長λ_Mgと、前記波長λ_IRとが、
λ_IR−λ_Mg≧２５ｎｍ
を満たすものであることを特徴とするものである。

なお、ここで、赤外カットフィルタの波長λ_IRは、赤外カットフィルタへの入射角度が０°であるときの分光透過率特性で定義されるものとする。

本発明の撮像装置においては、前記赤外カットフィルタとして赤外透過防止誘電体多層膜が好適に用いられる。赤外透過防止誘電体多層膜は撮像光学系のうちの１つの光学要素の表面に設ければよい。

また、赤外カットフィルタは、該赤外カットフィルタへの前記入射光の最大入射角度が３０°以下となるように配置されていることが望ましい。

なお、ここで、Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｙｅ，Ｃｙ，Mｇフィルタの各フィルタはそれぞれ単一のフィルタで構成されるもののみならず、複数のフィルタの組合わせにより構成されるものであってもよい。

本発明の第１の撮像装置によれば、ＲＧＢ系フィルタのうちのＲフィルタの透過波長範囲の長波長側の透過率５０％の波長λ_Rと、赤外カットフィルタの透過波長範囲の長波長側の透過率５０％の波長λ_IRとが、λ_IR−λ_R≧２５ｎｍを満たすものであるため、赤外カットフィルタへの入射光の入射角度が０°からずれて赤外カットフィルタのカットオフ波長λ_IRが短波長側に２５ｎｍシフトする程度までの入射角度範囲において、Ｒチャンネルの透過波長範囲の長波長側はλ_Rで規定することができるので、Ｒチャンネルの透過光量は一定となり、色シェーディングを抑制した画像を撮像することができる。

本発明の第２の撮像装置によれば、ＹｅＣｙＭｇ系フィルタのうちのＹｅフィルタの透過波長範囲の長波長側の透過率５０％の波長λ_Yeと、赤外カットフィルタの透過波長範囲の長波長側の透過率５０％の波長λ_IRとが、λ_IR−λ_R≧２５ｎｍを満たすものであり、Ｍｇフィルタの透過波長範囲の長波長側の透過率５０％の波長λ_Mgと、波長λ_IRとが、λ_IR−λ_Cy≧２５ｎｍを満たすものであるため、赤外カットフィルタへの入射光の入射角度が０°からずれて赤外カットフィルタのカットオフ波長λ_IRが短波長側に２５ｎｍシフトする程度までの入射角度範囲において、ＹｅおよびＭｇチャンネルの透過波長範囲の長波長側はそれぞれλ_Ye、λ_Cyで規定することができるので、ＹｅおよびＭｇチャンネルの透過光量は一定となり、色シェーディングを抑制した画像を撮像することができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る撮像装置の部分断面図を模式的に示したものである。

本実施形態の撮像装置は、例えば、防犯用に用いられる広角の監視用カメラである。カメラ口径は１０ｍｍ程度、光軸長は数十ｍｍ程度であり、撮影視野角は１２０°〜１３０°である。図示するように、監視用カメラは、光軸に沿って配列された複数の光学要素からなる撮像光学系１とカラーＣＣＤ撮像素子２および、撮像光学系１の複数の光学要素にうちの特定のレンズ６の表面６ａに設けられた赤外線透過防止誘電体多層膜からなる赤外カットフィルタ７（以下、「多層膜赤外カットフィルタ７」という）から構成されている。

撮像光学系１は、集光レンズ、補正レンズ、対物レンズ等を含むレンズ系、視野絞り３、水晶フィルタ４およびカバーガラス５等を含んでいる。多層膜赤外カットフィルタ７は、無色透明であり数μｍ程度の厚みを有するものであり、実質上撮像光学系１の軸長寸法およびカメラ口径寸法に影響を及ぼさない。

また、撮像光学系１は、レンズ６の表面６ａに設けられている赤外カットフィルタ７へ入射する光の最大入射角度（射出瞳角度）が３０°以下となるように構成されている。換言すると、赤外カットフィルタ７は、撮像光学系１のうち、最大入射角度が３０°以下となる光学素子（ここではレンズ６）の表面に設けられている。但し、撮像光学系１の小型化のために、射出瞳角度は０°より大きくなるよう構成されている。なお、赤外カットフィルタ７は、最大入射角度が３０°以下となる光学素子の表面に設ければよく、特定レンズ６に限らず、水晶フィルタ４の表面４ａあるいはカバーガラス５の表面５ａに設けてもよい。

カラーＣＣＤ撮像素子２は、Ｒフィルタ、ＧフィルタおよびＢフィルタの原色系フィルタ21を備えている。

図２は、Ｒフィルタおよび多層膜赤外カットフィルタ７の透過率特性を示すグラフであり、Ｒフィルタの透過率曲線をＲ、多層膜赤外カットフィルタ７の透過率曲線をＩＲで示している。Ｒフィルタと多層膜赤外カットフィルタ７としては、Ｒフィルタの透過波長範囲の長波長側の透過率５０％の波長λ_Rと、赤外カットフィルタ７の透過波長範囲の長波長側の透過率５０％の波長λ_IRとの関係が、
λ_IR−λ_R≧２５ｎｍ・・・（１）
を満たすものを用いる。なお、図２に示す多層膜赤外カットフィルタ７の透過率曲線ＩＲは入射角度０°の場合のものである。

なお、Ｒフィルタは、単一のフィルタで図２中曲線Ｒを示す特性を有するものでなくてもよく、例えば、図５に示した従来の長波長側に透過率を有するＲフィルタと、入射角度依存性を有しない着色板ガラス等からなる既知の吸収型赤外カットフィルタとの組合わせにより構成することができる。

多層膜赤外カットフィルタ７としては、例えば特許文献１記載のＳｉO₂、ＴｉＯ₂を交互に積層してなる干渉型の赤外線透過防止誘電体多層膜を用いることができる。

図３は、図１に示すカメラの幾何光学図である。光軸８に平行な入射光９は撮像光学系１を介して集光されＣＣＤ２の結像面１０の中央に像を結ぶ。一方、光軸８に対して６０°程度の最大傾斜角を有する入射光１１も撮像光学系１により集光され、結像面１０の端部に像を結ぶ。この時、多層膜赤外カットフィルタ７の施された特定レンズ６に対して、入射光１１は光軸８に対して３０°以下の傾きで通過する。最大入射角度を３０°以下に抑えることにより多層膜赤外カットフィルタ７の遮断効率を十分なものとすることができる。

また、入射角度が３０°のとき、赤外カットフィルタ７の透過率５０％波長λ_IRは２５ｎｍ程度短波長側（図２中矢印方向）にシフトするが、本実施形態のカメラにおいては、上記式（１）の関係を満たすＲフィルタおよび赤外カットフィルタ７を備えているので、射出瞳角度が３０°以下の場合、該シフト量よりもＲフィルタと赤外カットコートの長波長側の透過率５０％波長の間隔の方が大きく、全像高で
λ_IR≧λ_R
となる。したがって、Ｒチャンネルの透過波長範囲の長波長側はλ_Rで決まり、Ｒチャンネルの透過光量は像高に関わらず一定となるため、色シェーディングが発生しない。なお、撮像光学系には一般に周辺光量落ちがあるが、その量は色毎に変わるものではないため色シェーディングは生じない。

なお、上記実施形態においてはＣＣＤカメラとしたが、光電変換素子としてＣＭＯＳを備えたものとしてもよい。

さらに、上記実施形態においては、カラーＣＣＤ素子２がＲＧＢ系の色フィルタを備えたものとしたが、Ｙｅ（黄色）、Ｃｙ（シアン）、Ｍｇ（マゼンタ）の補色系色フィルタを備えたものとしてもよい。

図４は、Ｙｅフィルタ、Ｃｙフィルタおよび多層膜赤外カットフィルタ７の透過率特性を示すグラフであり、Ｙｅフィルタの透過率曲線をＹｅ、Ｃｙフィルタの透過率曲線をＣｙ、多層膜赤外カットフィルタ７の透過率曲線をＩＲで示している。図４に示すように、補色系の色フィルタを備える場合には、ＹｅフィルタおよびＣｙフィルタとして、Ｙｅフィルタの透過波長範囲の長波長側の透過率５０％の波長λ_YeおよびＣｙフィルタの透過波長範囲の長波長側の透過率５０％の波長λ_Cyと、赤外カットフィルタ７の透過波長範囲の長波長側の透過率５０％の波長λ_IRとの関係が、それぞれ
λ_IR−λ_Ye≧２５ｎｍ・・・（２）
λ_IR−λ_Cy≧２５ｎｍ・・・（３）
を満たすものを用いる。なお、図４に示す多層膜赤外カットフィルタ７の透過率曲線ＩＲは入射角度０°の場合のものである。

この場合も、上述のＲフィルタと赤外カットフィルタとの関係と同様に、赤外カットフィルタ７への入射角度が３０°のとき、該赤外カットフィルタ７の透過率５０％波長λ_IRは２５ｎｍ程度短波長側にシフトするが、上記式（２）および（３）の関係を満たすＹｅフィルタ、Ｃｙフィルタおよび赤外カットフィルタを備えているので、射出瞳角度が３０°以下の場合、該シフト量よりもＹｅフィルタおよびＣｙフィルタと赤外カットコートとの長波長側の透過率５０％波長の間隔の方が大きいため、全像高で
λ_Ye≧λ_R 、λ_Cy≧λ_R
となる。したがって、ＹｅおよびＣｙチャンネルの透過波長範囲の長波長側はそれぞれλ_Ye、λ_Cyで決まり、各チャンネルの透過光量は像高に関わらず一定となるため、色シェーディングが発生しない。

本発明の実施形態の撮像装置の模式的な断面図Ｒフィルタおよび多層膜赤外カットフィルタ分光透過率を示すグラフ図１に示す撮像装置の幾何光学図Ｙｅフィルタ、Ｍｇフィルタおよび多層膜赤外カットフィルタ分光透過率を示すグラフＲＧＢ系フィルタおよび赤外カットフィルタ分光透過率を示すグラフＹｅＣｙＭｇ系フィルタおよび赤外カットフィルタ分光透過率を示すグラフ

符号の説明

１撮像光学系
２ＣＣＤ
３視野絞り
４水晶フィルタ
５カバーガラス
６レンズ
７多層膜赤外カットフィルタ
21 色フィルタ

Claims

Ｒフィルタ、ＧフィルタおよびＢフィルタの原色系フィルタを備えた撮像素子、該撮像素子の結像面に入射光を結像する撮像光学系および前記入射光のうち赤外波長の光をカットする赤外カットフィルタを備えてなる撮像装置であって、
前記Ｒフィルタの透過波長範囲の長波長側の透過率５０％の波長λ_Rと、前記赤外カットフィルタの透過波長範囲の長波長側の透過率５０％の波長λ_IRとが、
λ_IR−λ_R≧２５ｎｍ
を満たすものであることを特徴とする撮像装置。
Ｙｅフィルタ、ＣｙフィルタおよびＭｇフィルタの補色系フィルタを備えた撮像素子、該撮像素子の結像面に入射光を結像する撮像光学系および前記入射光のうち赤外波長の光をカットする赤外カットフィルタを備えてなる撮像装置であって、
前記Ｙｅフィルタの透過波長範囲の長波長側の透過率５０％の波長λ_Yeと、前記赤外カットフィルタの透過波長範囲の長波長側の透過率５０％の波長λ_IRとの関係が、
λ_IR−λ_Ye≧２５ｎｍ
を満たすものであり、
前記Ｍｇフィルタの透過波長範囲の長波長側の透過率５０％の波長λ_Mgと、前記波長λ_IRとが、
λ_IR−λ_Mg≧２５ｎｍ
を満たすものであることを特徴とする撮像装置。
前記赤外カットフィルタが、赤外透過防止誘電体多層膜からなるものであることを特徴とする請求項１または２記載の撮像装置。