JP2006078672A

JP2006078672A - 複数の光学素子を有する光学系及びそれを備えた撮像装置

Info

Publication number: JP2006078672A
Application number: JP2004261301A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Iyama; 紀之猪山; Kazuyuki Hosokawa; 一幸細川; Takeshi Kawamata; 健川俣; Nobuyoshi Toyohara; 延好豊原; Seiji Sakamoto; 静児坂元
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2004-09-08
Filing date: 2004-09-08
Publication date: 2006-03-23

Abstract

【課題】光学素子の屈折面に赤外カットコートを施した場合であっても膜厚のばらつきが少なく、歩留まりの高い光学系及びそれを備えた撮像装置。
【解決手段】有限の屈折力を有する光学素子を複数備える光学系と、該光学系の像側に配置された電子撮像素子とを備えた撮像装置において、光学素子における複数面ｒ₈、ｒ₉に赤外カットコートが施されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の光学素子を有する光学系及びそれを備えた撮像装置に関し、例えばレンズ部材やプリズム等の複数の光学素子を有する光学系と、それを備えたデジタルカメラ、携帯電話用撮像モジュール等の撮像装置に関するものである。より詳しくは、光学素子の屈折面に赤外カットコートを施した光学系及びそれを備えた撮像装置に関するものである。

近年、銀塩３５ｍｍフィルム（通称ライカ版）カメラに代わる次世代カメラとしてデジタルカメラ（電子カメラ）が注目されてきている。さらに、それは業務用高機能タイプからポータブルな普及タイプまで幅広い範囲での使用が検討されている。また、携帯電話にも撮像モジュールが内蔵され、気軽に記念撮影が楽しめるようになっている。

これらのデジタルカメラや携帯電話の撮像モジュールでは、撮像素子としてＣＣＤ、ＣＭＯＳ等が用いられている。

ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の撮像素子は可視域（一般的に、波長が約３８０ｎｍ〜約７８０ｎｍ程度と言われている。）より波長の長い領域、いわゆる赤外線領域においても高い感度を有しているため、受光した赤外線により解像度の低下や画像の劣化が生じてしまう。このため、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の撮像素子を用いたカメラ等の撮像装置では、赤外線を除去する赤外カットフィルターが必要になる。

一般的に、赤外カットフィルターの透過率特性は、約７８０ｎｍ以上の波長の透過率が極力ゼロになるように設計されている。

赤外線カットフィルターには、フィルターの材質自体が赤外線を吸収する吸収型と、フィルター表面に赤外線をカットする赤外カットコートを施した反射型があり、デジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置では、どちらか一方、若しくは、両方の性質を有するフィルターを撮影レンズと撮像素子との間に配置している。

赤外カットコーティングの方法としては、例えば真空蒸着法、スパッタ法等があげられる。真空蒸着法は、高真空中で蒸着物質を加熱蒸発させ、蒸発物質を基板上に堆積させて薄膜を形成する方法である。一方、スパッタ法は、高エネルギーの原子や分子を蒸着物質（ターゲット）に衝突させて叩き出した原子を基板上に堆積させることにより薄膜を形成する方法である。

吸収型赤外カットフィルターの波長による透過率特性の一例を図３５に、反射型赤外カットフィルターの波長による透過率特性の一例を図３６に示す。ここで、図３５は、ＨＯＹＡ（株）製吸収型赤外カットフィルターＣＤ５０００（厚み０．４５ｍｍ）の波長特性である。図３６は、平板状のフィルターの一面に４４層のコーティングを行った場合の波長特性の例である。

ところで、吸収型及び反射型の何れであっても、上述のように赤外カットフィルターを配置する場合、フィルター自体の物理的強度を確保するために、厚みを最低でも０．５ｍｍ程度は確保しなくてはならない。さらに、フィルター前後のレンズとの間隔をある程度空けておく必要があるので、光学系の全長が長くなるという問題がある。

加えて、赤外カットフィルター自体を光学系とは別に配置することになるので、その分コストアップにつながる。

特許文献１及び特許文献２には、これらの問題を解決するために、カメラの光学系内の何れか１つのレンズ面に多層膜の赤外カットコートを施すことにより小型化を図ることが記載されている。また、特許文献３には、単レンズのレンズ面に赤外カットコートを蒸着することが記載されている。さらに、特許文献４には、多数のガラス製平凸レンズの何れか一方の面に一括して赤外カットコートを施すことにより、成膜コストの低減を図ることが記載されている。
特開平５−２０７３５０号公報特開２００２−２７７７３８号公報特開２００４−８８１８１号公報特開２００４−１３９０３５号公報

赤外カットコートを施す場合、温度、湿度、気圧等の環境変化により、１層当たりの膜厚が設計値からある程度ズレが生じることがある。ここで、特許文献１〜特許文献４に記載されているような多層膜をレンズ面に形成する場合、膜厚のばらつきが重なることになる。一般的に、赤外カットコートは、普通のＡＲコートに比べ、所望の波長特性を得るために層数を多くしなけらばならない。このため、膜厚のばらつきがＡＲコートよりも多く、不良品が排出されやすくなってしまい、歩留まりが低いという問題がある。

加えて、コーティングが比較的容易な平面のガラスに赤外カットコートを施した赤外カットフィルター（例えば、上述の反射型赤外カットフィルター）とは異なり、特許文献１〜特許文献４に記載のように、レンズ面に赤外カットコートを施す場合、レンズに曲率がついているため、レンズ中心部と周辺部とで膜厚に差が生じる。このため、膜厚のばらつきの許容値をより厳しくする必要があり、その結果、歩留まりがさらに悪化してしまうという問題が生じる。

本発明は従来技術の上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光学素子の屈折面（例えば、レンズ部材のレンズ面等）に赤外カットコートを施した場合であっても膜厚のばらつきが少なく、歩留まりの高い光学系及びそれを備えた撮像装置を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の撮像装置は、有限の屈折力を有する光学素子を複数備える光学系と、該光学系の像側に配置された電子撮像素子とを備えた撮像装置において、
前記光学素子における複数面に赤外カットコートが施されていることを特徴とするものである。

また、本発明の複数の光学素子を有する光学系は、複数の光学素子を備えた光学系において、
前記光学系における複数面に赤外カットコートが施されていることを特徴とするものである。

以下に、本発明において上記構成をとる理由と作用を説明する。

複数面に赤外カットコートを施すことにより、１面のみに赤外カットコートを施す場合と比べて、１つの面における層数を少なくすることが可能となり、膜厚のばらつきが低減できる。これにより、不良品の発生を少なくすることが可能となり、歩留まりの向上と共にコスト低下にも有効である。

また、本発明において、赤外カットコートは、複数の屈折面に施されるようにしてもよく、赤外カットコートは、少なくとも３面以上に施されていることが好ましい。

このような構成とすることにより、１つの面における層数をさらに少なくすることができ、各赤外カットコートの膜厚のばらつきがより低減できる。これにより、不良品の発生が少なくすることが可能となり、歩留まりの向上と共にコスト低下にも有効である。

また、１つのレンズ面の層数をより少なくすることにより、コーティング工程に要する時間をさらに短くすることができる。

さらに、本発明において、少なくとも１つの面における赤外カットコートの層数が２５層以下であることを特徴とする。より好ましくは、１５層以下の構成とすることである。

また、本発明において、少なくとも１つの面における赤外カットコートの層数が５層以上であることを特徴とする。

そして、赤外カットコートは、互いに異なる光学素子の面に施されていることが好ましい。

このように、複数の光学素子による複数面に分けて赤外カットコートを施すことにより、１つの光学素子の両面に赤外カットコートを施す場合に比べ、例えば、真空蒸着時の温度上昇による光学素子の変形を有効に防ぐことができ、面精度の悪化による結像性能の低下が起こり難い。これは、光学素子の材料としてプラスチックを用いているときに特に有効である。

さらに、本発明において、光学系が単焦点光学系の場合、その単焦点光学系の最大像高の主光線の赤外カットコートが施されている各面への入射角の平均値が、赤外カットコートが施されていない少なくとも１つの面への入射角よりも小さいことを特徴とする。

また、光学系がズーム光学系の場合は、そのズーム光学系の広角端焦点距離状態における最大像高の主光線の前記赤外カットコートが施されている各面への入射角の平均値が、赤外カットコートが施されていない少なくとも１つの面への入射角よりも小さいことを特徴とする。すなわち、ズーム光学系における広角端焦点距離が単焦点光学系の焦点距離に相当する。

このようにすると、画像最周辺の主光線の赤外カットコートを施した各レンズ面への入射角を垂直入射に近くすることができる。その結果、レンズ面に施した赤外カットコートの斜め入射による波長毎の反射率変化を少なくすることができるので、画像最周辺の色ムラを少なくすることができる。

また、本発明における光学系全体の光軸上の透過率は、波長７５０ｎｍ〜８５０ｎｍに亘って、波長５００ｎｍ〜５５０ｎｍにおける透過率の平均値の１０％以下であることを特徴とする。

これにより、ＣＣＤ／ＣＭＯＳに有害な光線を遮断することができる。

さらに、複数の光学素子の少なくとも１つはプラスチックから構成されてもよく、複数の光学素子の少なくとも１つはプラスチックからなり、少なくとも１つはガラスからなるものであってもよい。

このように、光学系にプラスチックの光学素子を含むことにより、光学系・撮像装置の軽量化を図ることができる。

また、赤外カットコートは、ガラスからなる光学素子の少なくとも１面及びプラスチックからなる光学素子の少なくとも１面に施され、かつ、ガラスからなる光学素子の少なくとも１面に施された赤外カットコートの層数は、プラスチックからなる光学素子の少なくとも１面に施された赤外カットコートの層数よりも多いことが好ましい。

ガラスからなる光学素子の層数を多くすることにより、プラスチックからなる光学素子の層数を少なくすることができるため、プラスチックからなる光学素子へのコーティング工程に要する時間が少なくて済み、コーティング工程におけるプラスチックからなる光学素子の温度上昇を抑制することができる。その結果、温度上昇によるプラスチックからなる光学素子の変形を防ぐことが可能となる。

以上、本発明によれば、ＣＣＤ／ＣＭＯＳ等の撮像素子に有害な赤外光をカットする赤外カット技術について、光学系の複数面に赤外カットコートを施すことにより、１面のみに赤外カットコートを施している場合と比べて、１つの面における層数を少なくすることが可能となり、膜厚のばらつきが低減できる。これにより、不良品の発生が少なくすることが可能となり、歩留まりの向上と共にコスト低下にも有効である。

以下、本発明に用いられる光学系の実施例１〜４について説明する。

実施例１及び２のズームレンズ系の無限遠物点合焦時の広角端（ａ）、中間状態（ｂ）、望遠端（ｃ）のレンズ断面図をそれぞれ図１及び図２に示す。また、実施例４の結像レンズ系の無限遠物点合焦時のレンズ断面図を図３に示す。

図１及び図２において、第１レンズ群はＧ１、開口絞りはＳ、第２レンズ群はＧ２、第３レンズ群はＧ３、電子撮像素子のカバーガラスはＣＧ、像面はＩで示してある。また、図３において、開口絞りはＳ、第１負レンズはＬ１、第２正レンズはＬ２、第３負レンズはＬ３、電子撮像素子のカバーガラスはＣＧ、像面はＩで示してある。

実施例１のズームレンズ系は、図１に示すように、物体側から順に、負の屈折力を有し、両凹レンズＬ１１からなる第１レンズ群Ｇ１、開口絞りＳ、正の屈折力を有し、両凸レンズＬ２１及び両凹レンズＬ２２からなる第２レンズ群Ｇ２、正の屈折力を有し、両凸レンズＬ３１からなる第３レンズ群Ｇ３、カバーガラスＣＧにより構成されている。

本実施例では、第１レンズ群Ｇ１〜第３レンズ群Ｇ３におけるレンズは全てプラスチックから構成されている。

広角端から望遠端へのズーミング時には、第１レンズ群Ｇ１が望遠端近傍で像側に凸となるように移動し（すなわち、物体側に凹の軌跡を描いて移動する。）、第２レンズ群Ｇ２が開口絞りＳと共に物体側へ移動する。なお、第３レンズ群Ｇ３は固定されている。

また、非球面は、第１レンズ群Ｇ１の両凹レンズＬ１１の両面と、第２レンズ群Ｇ２の両凸レンズＬ２１の両面と、第２レンズ群Ｇ２の両凹レンズＬ２２の像側面と、第３レンズ群Ｇ３の両凸レンズＬ３１の像側面に設けられている。

実施例１では、第３レンズ群Ｇ３における両凸レンズＬ３１の物体側面（第８面）及び像側面（第９面）の２面それぞれに２２層の赤外カットコートを施している。

実施例１の光学系の第８面及び第９面に施した赤外カットコートの膜構成を、基板（すなわち、レンズ面）側から順に以下の表１に示す。また、実施例１の光学系の広角端焦点距離状態における最大像高の主光線の各面への入射角データを表２に、さらに、赤外カットコート（ＩＲコート）が施されていない面及び施されている面への上記入射角の平均値を表３に示す。

第８面及び第９面の何れか１つの面での透過率特性は図４に示す通りである。

また、両凸レンズＬ３１の物体側面（第８面）及び像側面（第９面）の２面の赤外カットコートによる実施例１の光軸上における透過率特性は図５に示す通りである。

図５に示すように、この実施例においては、赤外線を良好にカットして所望の波長特性を得ることができる。

表１
──────────────────
層数膜材料光学的膜厚
──────────────────
１ＴｉＯ₂ 0.181 ×λ／４
２ＳｉＯ₂ 0.4108×λ／４
３ＴｉＯ₂ 1.9224×λ／４
４ＳｉＯ₂ 1.7824×λ／４
５ＴｉＯ₂ 1.6345×λ／４
６ＳｉＯ₂ 1.6908×λ／４
７ＴｉＯ₂ 1.5826×λ／４
８ＳｉＯ₂ 1.6646×λ／４
９ＴｉＯ₂ 1.5763×λ／４
１０ＳｉＯ₂ 1.664 ×λ／４
１１ＴｉＯ₂ 1.6346×λ／４
１２ＳｉＯ₂ 1.7215×λ／４
１３ＴｉＯ₂ 1.8085×λ／４
１４ＳｉＯ₂ 1.9642×λ／４
１５ＴｉＯ₂ 2.0516×λ／４
１６ＳｉＯ₂ 2.0597×λ／４
１７ＴｉＯ₂ 2.0654×λ／４
１８ＳｉＯ₂ 2.0675×λ／４
１９ＴｉＯ₂ 2.0706×λ／４
２０ＳｉＯ₂ 2.0256×λ／４
２１ＴｉＯ₂ 1.9937×λ／４
２２ＳｉＯ₂ 1.0126×λ／４
──────────────────
注）λ＝５００ｎｍ
。

表２
─────────────────
面入射角（°） ─────────────────
ｒ₁ 51.5
ｒ₂ 0.8
ｒ₃
ｒ₄ 22.2
ｒ₅ 2.3
ｒ₆ 6.2
ｒ₇ 22.9
ｒ₈ 27.0 （ＩＲコート）
ｒ₉ 7.1 （ＩＲコート）
─────────────────
。

表３
──────────────────
面入射角平均値（°） ──────────────────
ＩＲコートなし面 17.7
ＩＲコート有り面 17.0
──────────────────
。

実施例２のズームレンズ系は、図２に示すように、物体側から順に、負の屈折力を有し、両凹レンズＬ１１からなる第１レンズ群Ｇ１、開口絞りＳ、正の屈折力を有し、両凸レンズＬ２１及び両凹レンズＬ２２からなる第２レンズ群Ｇ２、正の屈折力を有し、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３１からなる第３レンズ群Ｇ３、カバーガラスＣＧにより構成されている。

本実施例では、第２レンズ群Ｇ２の両凸レンズＬ２１がガラスから構成されているが、それ以外のレンズは全てプラスチックから構成されている。

広角端から望遠端へのズーミング時には、第１レンズ群Ｇ１が望遠端近傍で像側に凸となるように像側へ移動し（すなわち、物体側に凹の軌跡を描いて移動する。）、第２レンズ群Ｇ２が開口絞りＳと共に物体側へ移動する。なお、第３レンズ群Ｇ３は固定されている。

また、非球面は、第１レンズ群Ｇ１の両凹レンズＬ１１の両面と、第２レンズ群Ｇ２の両凸レンズＬ２１の両面と、第２レンズ群Ｇ２の両凹レンズＬ２２の像側面と、第３レンズ群Ｇ３の正メニスカスレンズＬ３１の像側面に設けられている。

実施例２では、第２レンズ群Ｇ２における両凸レンズＬ２１の物体側面（第４面）、両凹レンズＬ２２の物体側面（第６面）、第３レンズ群Ｇ３における正メニスカスレンズＬ３１の物体側面（第８面）及び像側面（第９面）の４面それぞれに６層の赤外カットコートが施されている。本実施例では、互いに異なるレンズ部材であっても、対向するレンズ面（例えば、第５面及び第６面）には赤外カットコートを施していない。これにより、ゴーストの発生等を防ぐことができる。

実施例２の光学系の第４面、第６面、第８面及び第９面に施した赤外カットコートの膜構成を基板側から順に表４に示す。また、実施例２の光学系の広角端焦点距離状態における最大像高の主光線の各面への入射角データを表５に、さらに、赤外カットコートが施されていない面及び施されている面への上記入射角の平均値を表６に示す。

第４面、第６面、第８面及び第９面の何れか１つの面での透過率特性は図６に示す通りである。

また、実施例２の光学系全体の光軸上における透過率特性は図７に示す通りである。

図７に示すように、この実施例においては、赤外線を良好にカットして所望の波長特性を得ることができる。

表４
──────────────────
層数膜材料光学的膜厚
──────────────────
１ＴｉＯ₂ 0.1398×λ／４
２ＳｉＯ₂ 2.1496×λ／４
３ＴｉＯ₂ 1.7933×λ／４
４ＳｉＯ₂ 1.7406×λ／４
５ＴｉＯ₂ 1.61 ×λ／４
６ＳｉＯ₂ 0.8669×λ／４
──────────────────
注）λ＝５００ｎｍ
。

表５
─────────────────
面入射角（°） ─────────────────
ｒ₁ 46.8
ｒ₂ 3.6
ｒ₃
ｒ₄ 18.6 （ＩＲコート）
ｒ₅ 5.6
ｒ₆ 7.9 （ＩＲコート）
ｒ₇ 30.2
ｒ₈ 32.7 （ＩＲコート）
ｒ₉ 4.1 （ＩＲコート）
─────────────────
。

表６
──────────────────
面入射角平均値（°） ──────────────────
ＩＲコートなし面 21.5
ＩＲコート有り面 15.9
──────────────────
。

実施例３のズームレンズ系は、赤外カットコートが施されている面が異なる以外は、上述の実施例２のズームレンズ系と同様の構成であるため、同様の構成に関してはその説明を省略する。

実施例３では、第２レンズ群Ｇ２における両凸レンズＬ２１の物体側面（第４面）に２２層の赤外カットコート、第３レンズ群Ｇ３における正メニスカスレンズＬ３１の像側面（第９面）に８層の赤外カットコートが施されている。

実施例３の光学系の第４面に施した赤外カットコートの膜構成を、基板側から順に表７に示す。第９面に施した赤外カットコートの膜構成を、基板側から順に表８に示す。また、実施例３の光学系の広角端焦点距離状態における最大像高の主光線の各面への入射角データを表９に、さらに、赤外カットコートが施されていない面及び施されている面への上記入射角の平均値を表１０に示す。

第４面の１つの面での透過率特性は図４に示す通りである。第９面の１つの面での透過率特性は図８に示す通りである。また、実施例３の光学系全体の光軸上における透過率特性は図９に示す通りである。

図９に示すように、この実施例においては、赤外線を良好にカットして所望の波長特性を得ることができる。

表７
──────────────────
層数膜材料光学的膜厚
──────────────────
１ＴｉＯ₂ 0.1431×λ／４
２ＳｉＯ₂ 2.0867×λ／４
３ＴｉＯ₂ 1.7065×λ／４
４ＳｉＯ₂ 1.6211×λ／４
５ＴｉＯ₂ 1.5306×λ／４
６ＳｉＯ₂ 1.6518×λ／４
７ＴｉＯ₂ 1.5314×λ／４
８ＳｉＯ₂ 0.8312×λ／４
──────────────────
注）λ＝５００ｎｍ
。

表８
──────────────────
層数膜材料光学的膜厚
──────────────────
１ＴｉＯ₂ 0.181 ×λ／４
２ＳｉＯ₂ 0.4108×λ／４
３ＴｉＯ₂ 1.9224×λ／４
４ＳｉＯ₂ 1.7824×λ／４
５ＴｉＯ₂ 1.6345×λ／４
６ＳｉＯ₂ 1.6908×λ／４
７ＴｉＯ₂ 1.5826×λ／４
８ＳｉＯ₂ 1.6646×λ／４
９ＴｉＯ₂ 1.5763×λ／４
１０ＳｉＯ₂ 1.664 ×λ／４
１１ＴｉＯ₂ 1.6346×λ／４
１２ＳｉＯ₂ 1.7215×λ／４
１３ＴｉＯ₂ 1.8085×λ／４
１４ＳｉＯ₂ 1.9642×λ／４
１５ＴｉＯ₂ 2.0516×λ／４
１６ＳｉＯ₂ 2.0597×λ／４
１７ＴｉＯ₂ 2.0654×λ／４
１８ＳｉＯ₂ 2.0675×λ／４
１９ＴｉＯ₂ 2.0706×λ／４
２０ＳｉＯ₂ 2.0256×λ／４
２１ＴｉＯ₂ 1.9937×λ／４
２２ＳｉＯ₂ 1.0126×λ／４
──────────────────
注）λ＝５００ｎｍ
。

表９
─────────────────
面入射角（°） ─────────────────
ｒ₁ 46.8
ｒ₂ 3.6
ｒ₃
ｒ₄ 18.6 （ＩＲコート）
ｒ₅ 5.6
ｒ₆ 7.9
ｒ₇ 30.2
ｒ₈ 32.7
ｒ₉ 4.1 （ＩＲコート）
─────────────────
。

表１０
──────────────────
面入射角平均値（°） ──────────────────
ＩＲコートなし面 21.1
ＩＲコート有り面 11.4
──────────────────
。

実施例４の結像レンズ系は、図３に示すように、物体側から順に、開口絞りＳ、物体側に凸面を向けた物体側面非球面の第１正メニスカスレンズＬ１、両凸の像面側面非球面の第２正レンズＬ２、両凹の両面非球面の第３負レンズＬ３、カバーガラスＣＧから構成されている。

本実施例では、第１レンズＬ１〜第３レンズＬ３は全てプラスチックから構成されている。

また、実施例４の仕様は、焦点距離ｆ＝３．８３ｍｍ、像高２．３０ｍｍであり、Ｆナンバー＝２．９８、全画角２ω＝６３．０°の光学系である。

実施例４では、第２正レンズＬ２の像側面（第５面）及び第３負レンズＬ３の像側面（第７面）の２面ぞれぞれに１８層の赤外カットコートが施されている。

実施例４の光学系の第５面及び第７面に施した赤外カットコートの膜構成を基板側から順に表１１に示す。また、実施例４の光学系における最大像高の主光線の各面への入射角データを表１２に、さらに、赤外カットコートが施されていない面及び施されている面への上記入射角の平均値を表１３に示す。

第５面及び第７面の何れか１つの面での透過率特性は図１０に示す通りである。また、実施例４の光学系全体の光軸上における透過率特性は図１１に示す通りである。

図１１に示すように、この実施例においては、赤外線を良好にカットして所望の波長特性を得ることができる。

表１１
──────────────────
層数膜材料光学的膜厚
──────────────────
１ＴｉＯ₂ 0.16 ×λ／４
２ＳｉＯ₂ 0.3227×λ／４
３ＴｉＯ₂ 1.7027×λ／４
４ＳｉＯ₂ 1.6784×λ／４
５ＴｉＯ₂ 1.512 ×λ／４
６ＳｉＯ₂ 1.592 ×λ／４
７ＴｉＯ₂ 1.4907×λ／４
８ＳｉＯ₂ 1.5923×λ／４
９ＴｉＯ₂ 1.539 ×λ／４
１０ＳｉＯ₂ 1.6504×λ／４
１１ＴｉＯ₂ 1.7057×λ／４
１２ＳｉＯ₂ 1.8937×λ／４
１３ＴｉＯ₂ 1.95 ×λ／４
１４ＳｉＯ₂ 1.9611×λ／４
１５ＴｉＯ₂ 1.9477×λ／４
１６ＳｉＯ₂ 1.9599×λ／４
１７ＴｉＯ₂ 1.8952×λ／４
１８ＳｉＯ₂ 0.9414×λ／４
──────────────────
注）λ＝５００ｎｍ
。

表１２
─────────────────
面入射角（°） ─────────────────
ｒ₁ 32.8
ｒ₂ 32.8
ｒ₃ 26.1
ｒ₄ 50.2
ｒ₅ 15.6 （ＩＲコート）
ｒ₆ 37.0
ｒ₇ 7.9 （ＩＲコート）
─────────────────
。

表１３
──────────────────
面入射角平均値（°） ──────────────────
ＩＲコートなし面 36.5
ＩＲコート有り面 11.7
──────────────────
。

以下に、上記各実施例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、ＷＥは広角端、ＳＴは中間状態、ＴＥは望遠端、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_d1、ｎ_d2…は各レンズのｄ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、ｘ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にとると、下記の式にて表される。

ｘ＝（ｙ²／ｒ）／［１＋｛１−（Ｋ＋１）（ｙ／ｒ）²｝^1/2］
＋Ａ₄ ｙ⁴＋Ａ₆ｙ⁶＋Ａ₈ｙ⁸
ただし、ｒは光軸上の曲率半径、Ｋは円錐係数、Ａ₄、Ａ₆、Ａ₈はそれぞれ４次、６次、８次の非球面係数である。

実施例１
ｒ₁= -7.898 （非球面）ｄ₁= 0.67 ｎ_d1 =1.52542 ν_d1 =55.78
ｒ₂= 6.245 （非球面）ｄ₂= （可変）
ｒ₃= ∞（絞り）ｄ₃= 0.75
ｒ₄= 2.581 （非球面）ｄ₄= 1.40 ｎ_d2 =1.52542 ν_d2 =55.78
ｒ₅= -3.679 （非球面）ｄ₅= 1.02
ｒ₆= -8.795 ｄ₆= 0.99 ｎ_d3 =1.60687 ν_d3 =27.03
ｒ₇= 3.222 （非球面）ｄ₇= （可変）
ｒ₈= 19.576 ｄ₈= 0.88 ｎ_d4 =1.52542 ν_d4 =55.78
ｒ₉= -7.913 （非球面）ｄ₉= 1.40
ｒ₁₀ = ∞ ｄ₁₀ = 0.50 ｎ_d5 =1.51633 ν_d5 =64.14
ｒ₁₁ = ∞
非球面係数
第１面
Ｋ = 0.000
Ａ₄ =-4.4963 ×10^-3
Ａ₆ = 1.1928 ×10^-3
Ａ₈ =-6.1456 ×10^-5
第２面
Ｋ = 0.000
Ａ₄ =-5.9954 ×10^-3
Ａ₆ = 1.8182 ×10^-3
Ａ₈ = 5.4713 ×10^-6
第４面
Ｋ =-1.9920
Ａ₄ = 6.8196 ×10^-3
Ａ₆ =-4.6381 ×10^-4
Ａ₈ = 0
第５面
Ｋ = 0.000
Ａ₄ = 1.1181 ×10^-2
Ａ₆ =-1.2020 ×10^-3
Ａ₈ = 8.4288 ×10^-5
第７面
Ｋ = 3.1471
Ａ₄ =-1.3938 ×10^-2
Ａ₆ = 4.6177 ×10^-3
Ａ₈ =-1.5879 ×10^-3
第９面
Ｋ =-0.7915
Ａ₄ = 6.5630 ×10^-3
Ａ₆ =-1.1630 ×10^-3
Ａ₈ = 7.0550 ×10^-5
ズームデータ（∞）
ＷＥＳＴＴＥ
ｆ(mm) 3.219 5.073 8.487
Ｆ_NO 2.80 3.52 4.84
２ω（°） 76.2 49.4 28.8
ｄ₂ 5.83321 3.29698 1.52569
ｄ₇ 0.65023 2.25107 5.19828 。

実施例２及び実施例３
ｒ₁= -9.540 （非球面）ｄ₁= 0.50 ｎ_d1 =1.52542 ν_d1 =55.80
ｒ₂= 7.264 （非球面）ｄ₂= （可変）
ｒ₃= ∞（絞り）ｄ₃= 0.30
ｒ₄= 2.328 （非球面）ｄ₄= 1.11 ｎ_d2 =1.48749 ν_d2 =70.23
ｒ₅= -3.540 （非球面）ｄ₅= 1.65
ｒ₆= -7.568 ｄ₆= 0.50 ｎ_d3 =1.60686 ν_d3 =27.04
ｒ₇= 2.371 （非球面）ｄ₇= （可変）
ｒ₈= -80.915 ｄ₈= 1.45 ｎ_d4 =1.52542 ν_d4 =55.80
ｒ₉= -2.771 （非球面）ｄ₉= 0.35
ｒ₁₀ = ∞ ｄ₁₀ = 0.50 ｎ_d5 =1.51633 ν_d5 =64.14
ｒ₁₁ = ∞
非球面係数
第１面
Ｋ = 0.000
Ａ₄ =-1.9086 ×10^-2
Ａ₆ = 4.9653 ×10^-3
Ａ₈ =-3.5838 ×10^-4
第２面
Ｋ = 0.000
Ａ₄ =-2.0726 ×10^-2
Ａ₆ = 5.9923 ×10^-3
Ａ₈ =-3.1807 ×10^-4
第４面
Ｋ =-1.9712
Ａ₄ = 7.5983 ×10^-3
Ａ₆ =-8.6524 ×10^-4
Ａ₈ = 0
第５面
Ｋ = 0.000
Ａ₄ = 1.1441 ×10^-2
Ａ₆ =-1.5539 ×10^-3
Ａ₈ = 1.0720 ×10^-4
第７面
Ｋ = 2.1787
Ａ₄ =-1.7149 ×10^-2
Ａ₆ = 4.6266 ×10^-3
Ａ₈ =-8.1781 ×10^-3
第９面
Ｋ =-5.2351
Ａ₄ =-2.1273 ×10^-3
Ａ₆ =-1.1166 ×10^-3
Ａ₈ = 8.9849 ×10^-5
ズームデータ（∞）
ＷＥＳＴＴＥ
ｆ(mm) 3.700 4.971 10.115
Ｆ_NO 2.80 3.30 5.28
２ω（°） 65.6 47.4 24.6
ｄ₂ 5.55135 3.83147 1.28395
ｄ₇ 0.89118 1.73424 5.14757 。

実施例４
ｒ₁= ∞（絞り）ｄ₁= 0.10
ｒ₂= 1.365 （非球面）ｄ₂= 0.63 ｎ_d1 =1.50913 ν_d1 =56.20
ｒ₃= 2.622 ｄ₃= 0.46
ｒ₄= 2.750 ｄ₄= 0.70 ｎ_d2 =1.50913 ν_d2 =56.20
ｒ₅= -47.775 （非球面）ｄ₅= 0.60
ｒ₆= -5.474 （非球面）ｄ₆= 0.62 ｎ_d3 =1.57268 ν_d3 =33.51
ｒ₇= 2.645 （非球面）ｄ₇= 0.40
ｒ₈= ∞ ｄ₈= 0.50 ｎ_d4 =1.51633 ν_d4 =64.14
ｒ₉= ∞
非球面係数
第２面
Ｋ =-0.664
Ａ₄ = 7.93801×10^-3
Ａ₆ = 1.59402×10^-2
Ａ₈ =-2.69710×10^-3
第５面
Ｋ =612.567
Ａ₄ =-2.69780×10^-2
Ａ₆ =-1.22057×10^-2
Ａ₈ = 4.19450×10^-2
第６面
Ｋ =-43.850
Ａ₄ =-4.22561×10^-1
Ａ₆ =-5.25463×10^-2
Ａ₈ =-7.90009×10^-2
第７面
Ｋ = 0.000
Ａ₄ =-2.59494×10^-1
Ａ₆ = 5.15201×10^-2
Ａ₈ =-4.92327×10^-3 。

上記実施例１〜４の無限遠合焦時での球面収差、非点収差、歪曲収差を示す収差図をそれぞれ図１２〜図１４示す。図１２及び図１３において、（ａ）は広角端、（ｂ）は中間状態、（ｃ）は望遠端での状態を示している。なお、これらの収差図中、“ＦＩＹ”は像高を示す。

ここで、プラスチックレンズについて説明する。

近年、デジタルカメラ、ビデオカメラ等の撮像装置を製品としてできるだけ安く製造することが求められている。このため、光学系にかかるコストもできるだけ安くすることが必須である。その解決策の１つとして、撮像装置に用いられる光学系を構成するレンズ部材（光学素子）の材料としてプラスチックを用いる場合がある。

一般的に、プラスチックレンズは、プラスチック材料を射出成型により製造する。射出成型とは、加熱により流動化したプラスチックを金型に射出して成型する方法である。

この方法を用いることにより、ガラス研磨やガラスの成型によりレンズを製造する場合に比べて、レンズ１枚当りのコストを低く抑えることが可能になる。その結果、光学系のコストを低く抑えることができる。

次に、プラスチックレンズに赤外カットコートを施す場合について説明する。

プラスチックレンズに赤外カットコートを施す場合、以下の点に留意する必要がある。すなわち、前述のように、真空蒸着によるコーティング作業を行う場合、蒸着する物質を加熱するため、コーティングを行う基板（本実施例の場合、レンズ）にも熱が伝わることになる。

例えば、図３６に示すような波長特性を得るために、蒸着面に４４層の赤外カットコートを施すような場合、（１）蒸着物質の加熱、（２）蒸着物質の蒸発、（３）蒸着面（本実施例の場合、レンズ面）にコーティングの（１）〜（３）の工程を４４回繰り返すことになり、層数の増加と共に基板（レンズ）の温度が上昇することになる。

通常、プラスチック材料の熱変形温度は１２０℃前後と撮像系に用いられるガラスレンズやガラスフィルターよりも低いため、ガラスレンズやガラスフィルターの場合と同様の方法でプラスチック材料にコーティングを行うと、無加熱環境下でもプラズマや蒸発源から発する輻射熱によりプラスチック材料の温度が徐々に上昇して熱変形温度に達し、多層を形成する内に形状変化が生じる場合がある。

しかしながら、本発明のように、プラスチック製のレンズ面にコーティングする膜の層数を少なくすることにより、熱変形温度に達する前に蒸着を完了できるため、蒸着時における形状変化を防止することができる。

特に、プラスチック製のレンズ面に赤外カットコートを施す場合、加熱による蒸着物質の蒸発は行わないマグネトロンスパッタリング法やイオンビームスパッタリング法を用いることが望ましい。マグネトロンスパッタリング法は、材料上にマグネトロンによって封じ込めたイオンによって材料を叩き出す手法で、基板の位置を材料上に生じるプラズマに曝されない距離に配置することが望ましい。また、イオンビームスパッタリング法は、イオンビームにより材料を叩き出し、基板上に材料を成膜する手法で、基板が直接イオンビームに曝されることがないため、スパッタリング法に比べてもより低温での成膜が可能である。こうした手法により、プラスチックレンズの温度の上昇を抑えることができ、形状変化を防止することが可能となる。

実施例１の光学系によれば、２つのレンズ面それぞれに２２層の赤外カットコートを施して所望の波長特性を得ている。すなわち、１つのレンズ面の層数（膜数）が、１面のみに赤外カットコートを施している光学系の約半分でよいため、各赤外カットコートの膜厚のばらつきが低減できる。これにより、不良品の発生を少なくすることが可能となり、歩留まりの向上と共にコスト低下にも有効である。

特に、プラスチック製レンズに赤外カットコートを施す場合、１つのレンズ面の層数が少ないと、コーティング工程に要する時間が短くて済み、コーティング工程におけるレンズの温度上昇を抑制することが可能になる。この結果、温度上昇によるプラスチックレンズの変形を防ぐことができ、面精度の悪化による結像性能の低下が起こり難い。

実施例１では、全レンズ部材がプラスチックから構成されているため、光学系全体を軽量化でき、それらを用いた撮像装置等の軽量化、小型化に有効である。さらに、プラスチックレンズはガラスレンズよりも安価に製造できるため、光学系製品や撮像装置等の製造コストを抑えることができる。また、プラスチックはガラスよりも成形しやすいため、所望の形状のレンズを容易に製造することが可能である。

また、実施例２の光学系によれば、４つのレンズ面それぞれに６層の赤外カットコートを施して所望の波長特性を得ている。すなわち、１つのレンズ面の層数（膜数）が、１面のみに赤外カットコートを施している光学系の半分以下でよいため、各赤外カットコートの膜厚のばらつきがさらに低減できる。これにより、不良品の発生が少なくすることが可能となり、歩留まりの向上と共にコスト低下にも有効である。

さらに、１つのレンズ面の層数をより少なくすることにより、コーティング工程に要する時間をさらに短くすることができる。これにより、温度上昇によるプラスチックレンズの変形を有効に防ぐことができ、面精度の悪化による結像性能の低下が起こり難い。

また、実施例３の光学系によれば、第４面に２２層の赤外カットコートを施し、第９面に８層の赤外カットコートを施して所望の波長特性を得ている。すなわち、１つのレンズ面の層数（膜数）が、１面のみに赤外カットコートを施している光学系の半分以下でよいため、各赤外カットコートの膜厚のばらつきがさらに低減できる。これにより、不良品の発生が少なくすることが可能となり、歩留まりの向上と共にコスト低下にも有効である。

また、実施例３における光学系は、少なくとも１枚のガラスレンズと少なくとも１枚のプラスチックレンズを有し、ガラスレンズの少なくとも１面に赤外カットコートを施すと共に、プラスチックレンズの少なくとも１面に赤外カットコートを施すしており、さらに、ガラスレンズに施した赤外カットコートの層数がプラスチックレンズに施した赤外カットコートの層数より多い。

このように、耐熱性のあるガラスレンズを光学系内に含ませることにより、プラスチックレンズにおける赤外カットコートの層数を少なくすることができるため、コーティング工程時の温度上昇によるプラスチックレンズの変形を防ぐことが可能となる。

実施例４の光学系によれば、実施例１と同様、全レンズ部材がプラスチックから構成されていると共に、少ないレンズ枚数であっても赤外光を良好にカットすることができる。したがって、単焦点レンズを用いた撮像装置等の軽量化、小型化にも有効である。

ところで、ＣＣＤの撮像面Ｉ上には、図１５に示す通り、シアン、マゼンダ、イエロー、グリーン（緑）の４色の色フィルターを撮像画素に対応してモザイク状に設けた補色モザイクフィルターを設けている。これら４種類の色フィルターは、それぞれが略同じ数になるように、かつ、隣り合う画素が同じ種類の色フィルターに対応しないようにモザイク状に配置されている。それにより、より忠実な色再現が可能となる。

補色モザイクフィルターは、具体的には、図１５に示すように少なくとも４種類の色フィルターから構成され、その４種類の色フィルターの特性は以下の通りであることが好ましい。

グリーンの色フイルターＧは波長Ｇ_Pに分光強度のピークを有し、
イエローの色フィルターＹ_eは波長Ｙ_Pに分光強度のピークを有し、
シアンの色フィルターＣは波長Ｃ_Pに分光強度のピークを有し、
マゼンダの色フィルターＭは波長Ｍ_P1とＭ_P2にピークを有し、以下の条件を満足する。

５１０ｎｍ＜Ｇ_P＜５４０ｎｍ
５ｎｍ＜Ｙ_P−Ｇ_P＜３５ｎｍ
−１００ｎｍ＜Ｃ_P−Ｇ_P＜−５ｎｍ
４３０ｎｍ＜Ｍ_P1＜４８０ｎｍ
５８０ｎｍ＜Ｍ_P2＜６４０ｎｍ
さらに、グリーン、イエロー、シアンの色フィルターはそれぞれの分光強度のピークに対して波長５３０ｎｍでは８０％以上の強度を有し、マゼンダの色フィルターはその分光強度のピークに対して波長５３０ｎｍでは１０％から５０％の強度を有することが、色再現性を高める上でより好ましい。

上記各実施例におけるそれぞれの波長特性の１例を図１６に示す。グリーンの色フィルターＧは５２５ｎｍに分光強度のビークを有している。イエローの色フィルターＹ_eは５５５ｎｍに分光強度のピークを有している。シアンの色フイルターＣは５１０ｎｍに分光強度のピークを有している。マゼンダの色フィルターＭは４４５ｎｍと６２０ｎｍにピークを有している。また、５３０ｎｍにおける各色フィルターは、それぞれの分光強度のピークに対して、Ｇは９９％、Ｙ_eは９５％、Ｃは９７％、Ｍは３８％としている。

このような補色フイルターの場合、図示しないコントローラー（若しくは、デジタルカメラに用いられるコントローラー）で、電気的に次のような信号処理を行い、
輝度信号
Ｙ＝｜Ｇ＋Ｍ＋Ｙ_e＋Ｃ｜×１／４
色信号
Ｒ−Ｙ＝｜（Ｍ＋Ｙ_e）−（Ｇ＋Ｃ）｜
Ｂ−Ｙ＝｜（Ｍ＋Ｃ）−（Ｇ＋Ｙ_e）｜
の信号処理を経てＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の信号に変換される。

本発明の撮像装置において、光量調整のために、明るさ絞りＳを複数の絞り羽にて構成し、その開口形状を可変とすることで調整する可変絞りを用いてもよい。図１７は、開口時絞り形状の例を示す説明図、図１８は、２段絞り時の絞り形状の例を示す説明図である。図１７、図１８において、ＯＰは光軸、Ｄａは６枚の絞り板、Ｘａ、Ｘｂは開口部を示している。本発明においては、絞りの開口形状を開放状態（図１７）と、所定の条件を満たすＦ値となる絞り値（２段絞り、図１８）の２種類のみとすることができる。

又は、形状又は透過率の異なる形状固定の複数の明るさ絞りを設けたターレットを用いて、必要な明るさに応じて、何れかの明るさ絞りを結像光学系の物体側光軸上に配置する構成とすると、絞り機構の薄型化が図れる。また、そのターレット上に配された複数の明るさ絞りの開口の中の最も光量を低減させる開口に、他の明るさ絞りの透過率よりも低い透過率の光量低減フィルターを配する構成としてもよい。それにより、絞りの開口径を絞り込みすぎることがなくなり、絞りの開口径が小さいことにより発生する回折による結像性能の悪化を抑えることができる。

この場合の１例の構成を示す斜視図を図１９に示す。実施例４の結像レンズ系の第１正レンズＬ１の物体側の光軸上の絞りＳの位置に、０段、−１段、−２段、−３段、−４段の明るさ調節を可能とするターレット１０を配置している。

ターレット１０には、０段の調整をする開口形状が最大絞り径の円形で固定の空間からなる開口１Ａ（波長５５０ｎｍに対する透過率は１００％）と、−１段補正するために開口１Ａの開口面積の約半分の開口面積を有する開口形状が固定の透明な平行平板（波長５５０ｎｍに対する透過率は９９％）からなる開口１Ｂと、開口１Ｂと同じ面積の円形開口部を有し、−２段、−３段、−４段に補正するため、各々波長５５０ｎｍに対する透過率が５０％、２５％、１３％のＮＤフィルターが設けられた開口部１Ｃ、１Ｄ、１Ｅとを有している。

そして、ターレット１０に設けた回転軸１１の周りの回動により何れかの開口を絞り位置に配することで光量調節を行っている。

また、図１９に示すターレット１０に代えて、図２０の正面図に示すターレット１０’を用いることができる。結像レンズ系の第１正レンズＬ１の物体側の光軸上の絞りＳの位置に、０段、−１段、−２段、−３段、−４段の明るさ調節を可能とするターレット１０’を配置している。

ターレット１０’には、０段の調整をする開口形状が最大絞り径の円形で固定の開口１Ａ' と、−１段補正するために開口１Ａ’の開口面積の約半分となる開口面積を有する開口形状が固定の開口１Ｂ' と、さらに開口面積が順に小さくなり、−２段、−３段、−４段に補正するための形状が固定の開口部１Ｃ' 、１Ｄ' 、１Ｅ' とを有している。

そして、ターレット１０’に設けた回転軸１１の周りの回動により何れかの開口を絞り位置に配することで光量調節を行っている。

また、より薄型化のために、明るさ絞りＳの開口を、形状、位置共に固定の絞りとし、光量調整は、撮像素子からの出力信号を電気的に調整するようにしもよい。また、レンズ系の他の空間、例えば第３負レンズＬ３とＣＣＤカバーガラスＣＧの間にＮＤフィルターを抜き差して光量調整を行う構成としてもよい。図２１はその１例を示す図であり、ターレット１０”の開口１Ａ”は素通し面又は中空の開口、開口１Ｂ”は透過率１／２のＮＤフィルター、開口１Ｃ”は透過率１／４のＮＤフィルター、開口１Ｄ”は透過率１／８のＮＤフィルター等を設けたターレット状のものを用い、中心の回転軸の周りの回動により何れかの開口を光路中の何れかの位置に配することで光量調節を行っている。

また、光量調節のフィルターとして、光量ムラを抑えるように光量調節が可能なフィルター面を設けてもよい。例えば、暗い被写体に対しては中心部の光量確保を優先して透過率を均一とし、明るい被写体に対してのみ明るさムラを補うように、図２２に示すように、同心円状に光量が中心程低下するフィルターを配する構成としてもよい。

また、絞りＳとしては、第１正レンズＬ１の入射面側の周辺部を黒塗りしたものでもよい。

また、本発明による撮像装置を、カメラ等のように映像を静止画として保存するものとする場合、光量調整のためのシャッターを光路中に配置するとよい。

そのようなシャッターとしては、ＣＣＤの直前に配置したフォーカルプレーンシャッターやロータリーシャッター、液晶シャッターでもよいし、開口絞り自体をシャッターとして構成してもよい。

図２３にシャッターの１例を示す。図２３に示すものは、フォーカルプレーンシャッターの１つであるロータリーフォーカルプレーンシャッターの例であり、図２３（ａ）は裏面側から見た図、図２３（ｂ）は表面側から見た図である。１５はシャッター基板であり、像面の直前又は任意の光路位置に配される構成となっている。基板１５には、光学系の有効光束を透過する開口部１６が設けられている。１７はロータリーシャッター幕である。１８はロータリーシャッター幕１７の回転軸であり、回転軸１８は基板１５に対して回転し、ロータリーシャッター幕１７と一体化されている。回転軸１８は基板１５の表面のギヤ１９、２０と連結されている。このギア１９、２０は図示しないモーターと連結されている。

このような構成において、図示しないモーターの駆動により、ギア１９、２０、回転軸１８を介して、ロータリーシャッター幕１７が回転軸１８を中心に回転するように構成されている。

このロータリーシャッター幕１７は略半円型に構成され、回転により基板１５の開口部１６の遮蔽と退避を行い、シャッターの役割を果たしている。シャッタースピードはこのロータリーシャッター幕１７の回転するスピードを変えることで調整される。

図２４（ａ）〜（ｄ）は、ロータリーシャッター幕１７が回転する様子を像面側からみた図である。時間を追って図の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ａ）の順で移動する。

以上のように、レンズ系の異なる位置に形状が固定の開口絞りＳと光量調整を行うフィルターあるいはシャッターを配置することにより、回折の影響を抑えて高画質を保ちつつ、フィルターやシャッターにより光量調整が行え、かつ、レンズ系の全長の短縮化も可能とした撮像装置を得ることができる。

また、機械的なシャッターを用いずに、ＣＣＤの電気信号の一部を取り出して静止画を得るような電気的な制御で行う構成としてもよい。このような構成の１例を、図２５、図２６によりＣＣＤ撮像の動作を説明しながら説明する。図２５は、インターレース式（飛び越し走査式）で信号の順次読み出しを行っているＣＣＤ撮像の動作説明図である。図２５において、Ｐａ〜Ｐｃはフォトダイオードを用いた感光部、Ｖａ〜ＶｃはＣＣＤによる垂直転送部、ＨａはＣＣＤによる水平転送部である。Ａフィールドは奇数フィールド、Ｂフィールドは偶数フィールドを示している。

図２５の構成では、基本動作が次のように行われる。すなわち、（１）感光部で光による信号電荷の蓄積（光電変換）、（２）感光部から垂直転送部への信号電荷のシフト（フィールドシフト）、（３）垂直転送部での信号電荷の転送（垂直転送）、（４）垂直転送部から水平転送部への信号電荷の転送（ラインシフト）、（５）水平転送部での信号電荷の転送（水平転送）、（６）水平転送部の出力端で信号電荷の検出（検出）。このような順次読み出しは、Ａフィールド（奇数フィールド）とＢフィールド（偶数フィールド）の何れか一方を用いて行うことができる。

図２５のインターレース式（飛び越し走査式）ＣＣＤ撮像は、ＴＶ放送方式やアナログビデオ方式では、ＡフィールドとＢフィールドの蓄積タイミングが１／６０ずれている。これをそのままＤＳＣ（ＤｉｊｉｔａｌＳｐｅｃｔｒａｍＣｏｍｐａｔｉｂｌｅ）用画像としてフレーム画を構成すると、動きのある被写体の場合、二重像のようなブレを起こす。そこで、このタイプのＣＣＤ撮像では、Ａ、Ｂフィールドを同時露光して隣接するフィールドの信号を混合する。そして、機械的なシャッターで露光終了時に湛光した後、ＡフィールドとＢフィールドそれぞれ別々に読み出して信号を合成する方法が取られている。

本発明においては、機械的なシャッターの役割をスミア防止用のみとして、Ａフィールドのみの順次読み出し、あるいは、Ａ、Ｂフィールドを同時混合読み出しとすることにより、垂直解像度は低下するが、機械的なシャッターの駆動スピードに左右されず（電子的なシャッターのみでコントロールできるため）、高速シャッターを切ることができる。図２５の例では、垂直転送部のＣＣＤの数が感光部を構成するフォトダイオードの数の半分であるので、小型化しやすいという利点がある。

図２６は、信号の順次読み出しをプログレッシブ式で行うＣＣＤ撮像の動作説明図である。図２６において、Ｐｄ〜Ｐｆはフォトダイオードを用いた感光部、Ｖｄ〜ＶｆはＣＣＤによる垂直転送部、ＨｂはＣＣＤによる水平転送部である。

図２６においては、画素の並び順に読み出すことができるので、電荷蓄積読み出し作業を全て電子的にコントロールすることが可能となる。したがって、露光時間を（１／１００００秒）程度に短くすることができる。図２６の例では、図２５の場合よりも垂直ＣＣＤの数が多く、小型化が困難という不利な点があるが、前記したような利点があるので、本発明においては、図２５、図２６の何れの方式も採用することができる。

さて、以上のような本発明の撮像装置は、結像レンズ系で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影を行う撮影装置、とりわけデジタルカメラやビデオカメラ、情報処理装置の例であるパソコン、電話、特に持ち運びに便利な携帯電話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。

図２７〜図２９は、本発明による光学系をデジタルカメラの撮影光学系４１に組み込んだ構成の概念図を示す。図２７はデジタルカメラ４０の外観を示す前方斜視図、図２８は同後方正面図、図２９はデジタルカメラ４０の構成を示す模式的な透視平面図である。ただし、図２７と図２９においては、撮影光学系４１の非沈胴時を示している。デジタルカメラ４０は、この例の場合、撮影用光路４２を有する撮影光学系４１、ファインダー用光路４４を有するファインダー光学系４３、シャッター４５、フラッシュ４６、液晶表示モニター４７、焦点距離変更ボタン６１、設定変更スイッチ６２等を含み、撮影光学系４１の沈胴時には、カバー６０をスライドすることにより、撮影光学系４１とファインダー光学系４３とフラッシュ４６はそのカバー６０で覆われる。そして、カバー６０を開いてカメラ４０を撮影状態に設定すると、撮影光学系４１は図２９の非沈胴状態になり、カメラ４０の上部に配置されたシャッター４５を押圧すると、それに連動して撮影光学系４１、例えば実施例１のズームレンズ系を通して撮影が行われる。撮影光学系４１によって形成された物体像が、ローパスフィルターＬＦとカバーガラスＣＧを介してＣＣＤ４９の撮像面上に形成される。このＣＣＤ４９で受光された物体像は、処理手段５１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４７に表示される。また、この処理手段５１には記録手段５２が接続され、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５２は処理手段５１と別体に設けてもよいし、フロッピーディスクやメモリーカード、ＭＯ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。また、ＣＣＤ４９に代わって銀塩フィルムを配置した銀塩カメラとして構成してもよい。

さらに、ファインダー用光路４４上にはファインダー用対物光学系５３が配置してある。ファインダー用対物光学系５３は、複数のレンズ群（図の場合は３群）と２つのプリズムからなり、撮影光学系４１のズームレンズ系に連動して焦点距離が変化するズーム光学系からなり、このファインダー用対物光学系５３によって形成された物体像は、像正立部材である正立プリズム５５の視野枠５７上に形成される。この正立プリズム５５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５９が配置されている。なお、接眼光学系５９の射出側にカバー部材５０が配置されている。

このように構成されたデジタルカメラ４０は、撮影光学系４１が高性能で小型で沈胴収納が可能であるあるので、高性能・小型化が実現できる。

次に、本発明の光学系が対物光学系として内蔵された情報処理装置の１例であるパソコンが図３０〜図３２に示される。図３０はパソコン３００のカバーを開いた前方斜視図、図３１はパソコン３００の撮影光学系３０３の断面図、図３２は図３０の状態の側面図である。図３０〜図３２に示されるように、パソコン３００は、外部から繰作者が情報を入力するためのキーボード３０１と、図示を省略した情報処理手段や記録手段と、情報を操作者に表示するモニター３０２と、操作者自身や周辺の像を撮影するための撮影光学系３０３とを有している。ここで、モニター３０２は、図示しないバックライトにより背面から照明する透過型液晶表示素子や、前面からの光を反射して表示する反射型液晶表示素子や、ＣＲＴディスプレイ等であってよい。また、図中、撮影光学系３０３は、モニター３０２の右上に内蔵されているが、その場所に限らず、モニター３０２の周囲や、キーボード３０１の周囲のどこであってもよい。

この撮影光学系３０３は、撮影光路３０４上に、本発明による光学系（図では略記）からなる対物レンズ１１２と、像を受光する撮像素子チップ１６２とを有している。これらはパソコン３００に内蔵されている。

ここで、撮像素子チップ１６２上にはローパスフィルター作用を持たせたカバーガラスＣＧが付加的に貼り付けられて撮像ユニット１６０として一体に形成され、対物レンズ１１２の鏡枠１１３の後端にワンタッチで嵌め込まれて取り付け可能になっているため、対物レンズ１１２と撮像素子チップ１６２の中心合わせや面間隔の調整が不要であり、組立が簡単となっている。また、鏡枠１１３の先端には、対物レンズ１１２を保護するためのカバーガラス１１４が配置されている。

撮像素子チップ１６２で受光された物体像は、端子１６６を介して、パソコン３００の処理手段に入力され、電子画像としてモニター３０２に表示される、図３０には、その１例として、操作者の撮影された画像３０５が示されている。また、この画像３０５は、処理手段を介し、インターネットや電話を介して、遠隔地から通信相手のパソコンに表示されることも可能である。

次に、本発明の光学系が撮影光学系として内蔵された情報処理装置の１例である電話、特に持ち運びに便利な携帯電話が図３３に示される。図３３（ａ）は携帯電話４００の正面図、図３３（ｂ）は側面図、図３３（ｃ）は撮影光学系４０５の断面図である。図３３（ａ）〜（ｃ）に示されるように、携帯電話４００は、操作者の声を情報として入力するマイク部４０１と、通話相手の声を出力するスピーカ部４０２と、操作者が情報を入力する入力ダイアル４０３と、操作者自身や通話相手等の撮影像と電話番号等の情報を表示するモニター４０４と、撮影光学系４０５と、通信電波の送信と受信を行うアンテナ４０６と、画像情報や通信情報、入力信号等の処理を行う処理手段（図示せず）とを有している。ここで、モニター４０４は液晶表示素子である。また、図中、各構成の配置位置は、特にこれらに限られない。この撮影光学系４０５は、撮影光路４０７上に配置された本発明による光学系（図では略記）からなる対物レンズ１１２と、物体像を受光する撮像素子チップ１６２とを有している。これらは、携帯電話４００に内蔵されている。

撮影素子チップ１６２で受光された物体像は、端子１６６を介して、図示していない処理手段に入力され、電子画像としてモニター４０４に、又は、通信相手のモニターに、又は、両方に表示される。また、通信相手に画像を送信する場合、撮像素子チップ１６２で受光された物体像の情報を、送信可能な信号へと変換する信号処理機能が処理手段には含まれている。

また、本発明の光学系は、内視鏡の対物光学系や顕微鏡の接眼光学系等にも適用可能である。

図３４に、内視鏡の対物光学系に適用した例を示す。図３４に示す内視鏡対物光学系は、物体側から順に、像側に凹面を向けた平凹レンズＬ１よりなる第１レンズ群Ｇ１と平行平板ガラスあるいは光学フィルターＦ１と、両凸レンズＬ２よりなる第２レンズ群Ｇ２と、明るさ絞りＳと、固体撮像素子（ＣＣＤ）に赤外光が入射するのを防止するためのフィルターＦ２と、凸面を物体側に向けた凸平レンズＬ３よりなる第３レンズ群Ｇ３と、ＣＣＤカバーガラスＣＧとにて構成されている。

図３４に示す内視鏡対物光学系は、通常の赤外吸収フィルターに赤外線領域を反射する干渉コートを施し、これにより薄いフィルターＦ２で従来の吸収型赤外カットフィルターの分光特性に比較的近い分光特性が得られるようにして内視鏡対物光学系をコンパクトにしたものである。

本発明をこの内視鏡対物光学系に適用する場合、例えば、フィルターＦ２の物体側面（第８面）及び像側面（第９面）にそれぞれ２２層の赤外カットコートを施すことにより、分光特性をさらに向上させるようにしてもよい。また、他の例としては、両凸レンズＬ２の物体側面（第５面）及び凸平レンズＬ３の物体側面（第１０面）にそれぞれ２２層の赤外カットコートを施して、フィルターＦ２を不要とする構成にしてもよい。これにより、内視鏡対物光学系をよりコンパクトにすることが可能となる。

また、顕微鏡においては、通常、光源から対物光学系にかけては赤外光も通す光学系として構成し、観察者が可視光から赤外光にかけて任意に波長を選べるように、可視光から赤外光とも透過する広帯域にかけて反射防止機能を有する膜を設けている。しかしながら、一般に、接眼光学系においては、コスト上の問題から有害な赤外光を透過してしまう可視用反射防止コートを設けている構成としている。

この顕微鏡の接眼光学系に、光学素子の複数面に赤外カットコートを施した本発明の光学系を適用することにより、赤外光をカットするための新たな部材を設けることなく、顕微鏡の接眼光学系で赤外光をカットさせることが可能となる。

本発明に用いられる実施例１のズームレンズ系の無限遠物点合焦時の広角端（ａ）、中間状態（ｂ）、望遠端（ｃ）のレンズ断面図である。本発明に用いられる実施例２のズームレンズ系の無限遠物点合焦時の広角端（ａ）、中間状態（ｂ）、望遠端（ｃ）のレンズ断面図である。本発明に用いられる実施例４の結像レンズ系の無限遠物点合焦時のレンズ断面図である。実施例１のズームレンズ系の第８面及び第９面の何れか１つの面での透過率特性を示す図である。実施例１のズームレンズ系の第８面及び第９面の２面の赤外カットコートによる光軸上の透過率特性を示す図である。実施例２のズームレンズ系の第４面、第６面、第８面及び第９面の何れか１つの面での透過率特性を示す図である。実施例２の光学系全体の光軸上における透過率特性を示す図である。実施例３のズームレンズ系の第４面の１つの面での透過率特性を示す図である。実施例３の光学系全体の光軸上における透過率特性を示す図である。実施例４の光学系の第５面及び第７面の何れか１つの面での透過率特性を示す図である。実施例４の光学系全体の光軸上における透過率特性を示す図である。実施例１の無限遠合焦時の広角端（ａ）、中間状態（ｂ）、望遠端（ｃ）での球面収差、非点収差、歪曲収差を示す収差図である。実施例２の無限遠合焦時の広角端（ａ）、中間状態（ｂ）、望遠端（ｃ）での球面収差、非点収差、歪曲収差を示す収差図である。実施例４の無限遠合焦時の球面収差、非点収差、歪曲収差を示す収差図である。補色モザイクフィルターの色フィルター配置を示す図である。補色モザイクフィルターの波長特性の一例を示す図である。絞りの開口形状を開放状態としたことを示す図である。絞りの開口形状を２段絞りとした状態を示す図である。形状と透過率の異なる形状固定の複数の明るさ絞りを設けたターレットを配置した本発明の結像光学系の構成を示す斜視図である。図１９に示すターレットに代わる別のターレットを示す正面図である。本発明において利用可能な別のターレット状の光量調整フィルターを示す図である。光量ムラを抑えるフィルターの例を示す図である。ロータリーフォーカルプレーンシャッターの例を示す裏面図と表面図である。図２３のシャッターのロータリーシャッター幕が回転する様子を示す図である。インターレース式ＣＣＤ撮像の動作説明図である。プログレッシブ式ＣＣＤ撮像の動作説明図である本発明による光学系をデジタルカメラの撮影光学系に組み込んだ構成の概念図である。図２７のデジタルカメラの後方斜視図である。図２７のデジタルカメラの断面図である。本発明による光学系が対物光学系として組み込れたパソコンのカバーを開いた前方斜視図である。パソコンの撮影光学系の断面図である。図３０の状態の側面図である。本発明による光学系が対物光学系として組み込れた携帯電話の正面図、側面図、その撮影光学系の断面図である。本発明による光学系を内視鏡の対物光学系に適用した例を示す断面図である。吸収型赤外カットフィルターの波長による透過率特性の一例を示す図である。反射型赤外カットフィルターの波長による透過率特性の一例を示す図である。

符号の説明

Ｇ１…第１レンズ群
Ｇ２…第２レンズ群
Ｇ３…第３レンズ群
Ｓ…開口絞り
ＣＧ…カバーガラス
Ｉ…像面
Ｌ１１…第１レンズ群負レンズ
Ｌ２１…第２レンズ群正レンズ
Ｌ２２…第２レンズ群負レンズ
Ｌ３１…第３レンズ群正レンズ
Ｌ１…第１正レンズ（又は、平凹レンズ）
Ｌ２…第２正レンズ（又は、両凸レンズ）
Ｌ３…第３負レンズ（又は、凸平レンズ）
Ｆ１、Ｆ２…光学フィルター
ＯＰ…光軸
Ｄａ…絞り板
Ｘａ、Ｘｂ…開口部
Ｐａ〜Ｐｆ…感光部
Ｖａ〜Ｖｆ…垂直転送部
Ｈａ、Ｈｂ…水平転送部
Ｅ …観察者眼球
ＬＦ…ローパスフィルター
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ…開口
１Ａ’、１Ｂ’、１Ｃ’、１Ｄ’、１Ｅ’…開口
１Ａ”、１Ｂ”、１Ｃ”、１Ｄ”…開口
１０…ターレット
１０’…ターレット
１０”…ターレット
１１…回転軸
１５…シャッター基板
１６…開口部
１７…ロータリーシャッター幕
１８…回転軸
１９、２０…ギヤ
４０…デジタルカメラ
４１…撮影光学系
４２…撮影用光路
４３…ファインダー光学系
４４…ファインダー用光路
４５…シャッター
４６…フラッシュ
４７…液晶表示モニター
４９…ＣＣＤ
５０…カバー部材
５１…処理手段
５２…記録手段
５３…ファインダー用対物光学系
５５…正立プリズム
５７…視野枠
５９…接眼光学系
６０…カバー
６１…焦点距離変更ボタン
６２…設定変更スイッチ
１１２…対物レンズ
１１３…鏡枠
１１４…カバーガラス
１６０…撮像ユニット
１６２…撮像素子チップ
１６６…端子
３００…パソコン
３０１…キーボード
３０２…モニター
３０３…撮影光学系
３０４…撮影光路
３０５…画像
４００…携帯電話
４０１…マイク部
４０２…スピーカ部
４０３…入力ダイアル
４０４…モニター
４０５…撮影光学系
４０６…アンテナ
４０７…撮影光路

Claims

有限の屈折力を有する光学素子を複数備える光学系と、該光学系の像側に配置された電子撮像素子とを備えた撮像装置において、
前記光学素子における複数面に赤外カットコートが施されていることを特徴とする撮像装置。
前記赤外カットコートは、複数の屈折面に施されていることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
前記赤外カットコートは、少なくとも３面以上に施されていることを特徴とする請求項１又は２記載の撮像装置。
少なくとも１つの面における前記赤外カットコートの層数は、２５層以下であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載の撮像装置。
少なくとも１つの面における前記赤外カットコートの層数は、１５層以下であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項記載の撮像装置。
少なくとも１つの面における前記赤外カットコートの層数は、５層以上であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項記載の撮像装置。
前記赤外カットコートは、互いに異なる光学素子の面に施されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項記載の撮像装置。
前記光学系はズーム光学系であって、該ズーム光学系の広角端焦点距離状態における最大像高の主光線の前記赤外カットコートが施されている各面への入射角の平均値が、前記赤外カットコートが施されていない少なくとも１つの面への入射角よりも小さいことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項記載の撮像装置。
前記光学系は単焦点光学系であって、該単焦点光学系の最大像高の主光線の前記赤外カットコートが施されている各面への入射角の平均値が、前記赤外カットコートが施されていない少なくとも１つの面への入射角よりも小さいことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項記載の撮像装置。
前記光学系全体の光軸上の透過率は、波長７５０ｎｍ〜８５０ｎｍに亘って、波長５００ｎｍ〜５５０ｎｍにおける透過率の平均値の１０％以下であることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項記載の撮像装置。
前記複数の光学素子の少なくとも１つはプラスチックからなることを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項記載の撮像装置。
前記複数の光学素子の少なくとも１つはプラスチックからなり、少なくとも１つはガラスからなることを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項記載の撮像装置。
前記赤外カットコートは、前記ガラスからなる光学素子の少なくとも１面及び前記プラスチックからなる光学素子の少なくとも１面に施され、かつ、前記ガラスからなる光学素子の少なくとも１面に施された赤外カットコートの層数は、前記プラスチックからなる光学素子の少なくとも１面に施された赤外カットコートの層数よりも多いことを特徴とする請求項１２記載の撮像装置。
複数の光学素子を備えた光学系において、
前記光学系における複数面に赤外カットコートが施されていることを特徴とする複数の光学素子を有する光学系。