JP2990448B2 - 撮像装置 - Google Patents

撮像装置

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JP2990448B2
JP2990448B2 JP3077232A JP7723291A JP2990448B2 JP 2990448 B2 JP2990448 B2 JP 2990448B2 JP 3077232 A JP3077232 A JP 3077232A JP 7723291 A JP7723291 A JP 7723291A JP 2990448 B2 JP2990448 B2 JP 2990448B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、テレビジョンカメラ,
電子スチルカメラ,電子内視鏡等に用いられる撮像光学
系に関するものである。
【0002】
【従来技術】テレビジョンカメラ,電子スチルカメラ,
電子内視鏡などのように、固体撮像素子や撮像管を用い
てカラー画像を得るようにした光学装置においては、固
体撮像素子の画素配列や固体撮像素子,撮像管の前に設
けられた色符号化フィルタのピッチにより定まるサンプ
リング周波数と、これらの受光面上に形成される物体像
の空間周波数成分との干渉により、モアレ,エリアジン
グ等と呼ばれる偽信号が発生し、画質劣化の大きな要因
となっている。斯かる偽信号を除去するため、従来から
撮像素子の受光面上に物体像を形成する撮像光学系中
に、水晶等の複屈折板から成る光学的ローパスフィルタ
ーを設けることが行なわれている(例えば特公昭51−
14033号公報参照)。
【0003】ところが、従来の光学的ローパスフィルタ
は特定の空間周波数に大きなスペクトル成分を持つ物体
を撮像する場合には物体の結像条件が変化する偽信号の
除去が不十分になるかあるいは全く出来なくなり、著し
い画質の劣化を生ずるという問題があった。このような
現象は、ファイバースコープの接眼部にテレビジョンカ
メラを取付けて撮像を行なう場合などに顕著に生ずるの
で、この例について詳しく説明する。
【0004】図24はファイバースコープの接眼部にテ
レビジョンカラメを取付けた状態を模式的に描いたもの
で、イメージガイドファイバー束1と接眼レンズ2とを
内蔵したファイバースコープ3の接眼部に、撮影レンズ
4,複屈折板から成る光学的ローパスフィルター5,C
CD撮像素子6を内蔵したテレビジョンカメラ7が取付
けられており、イメージガイドファイバー束1の射出端
面に形成された物体像を接眼レンズ2,撮影レンズ4に
より光学的ローパスフィルター5を介してCCD撮像素
子6の受光面上に再結像させることにより、撮像を行な
うようになっている。周知のように、イメージガイドフ
ァイバー束は多数の光学ファイバーをいわゆる六方稠密
に束ねたもので、その射出端面を拡大すると、図25に
示すように規則的に配列された各ファイバーのコアー部
8のみが明るく光るようなものである。したがって、射
出端面に形成された像はこのコアー部8の光班配列が物
体の明るさ分布で変調されたものと考えることができ、
この物体像の空間周波数スペクトルはコアー部の配列に
よって定まる基本周波数に大きなスペクトル成分を有す
るものである。この基本周波数とCCD撮像素子6のサ
ンプリング周波数との干渉により偽信号が発生するが、
一つのテレビジョンカメラに種々のファイバースコープ
を取付けて撮像を行なうと偽信号の除去が不十分にな
る。
【0005】図26はこれを説明するためのもので、フ
ァイバースコープの接眼部にテレビジョンカメラを取り
付けた際に形成される撮像光学系の構成を示す図であ
る。図中1はファイバースコープのイメージガイドファ
イバー束、2は接眼レンズ、14,14' は接眼レンズの
射出瞳、4はテレビカメラの撮影レンズ、6は撮像素子
で、イメージガイド1の射出端面に現われる物体像を接
眼レンズ2と撮影レンズ4とからなる撮像光学系により
撮像素子6上に結像させるようになっている。ファイバ
ースコープにおいては、イメージガイドファイバー束1
の各ファイバーからの射出光のNA(開口数)は一定で
あるので、接眼レンズ4と射出瞳14,14' の大きさに
より撮像光学系のFナンバーが決定される。
【0006】又ファイバースコープは、用途に応じて太
いものから細いものまで種々雑多であり、各ファイバー
スコープ毎に使用されるイメージガイドファイバー束の
太さもまちまちである。しかし接眼レンズを覗いた時に
見える視野の大きさは、大体同じである方が見易いため
に、細いイメージガイドファイバー束のファイバースコ
ープの接眼レンズは高倍率、太いイメージガイドファイ
バー束のファイバースコープの接眼レンズは低倍率であ
って、接眼レンズの倍率もまちまちである。この時見え
る像の明るさを揃えるためには、各ファイバーから射出
する光のNAが一定であることから図4(A) に示すよう
に接眼レンズの倍率が低い(焦点距離が長い)場合は瞳
14を大きくし、又図4(B) に示すように接眼レンズの
倍率が高い場合には瞳14' を小さくすることになる。そ
のため撮影レンズ4の側から見ると、接眼レンズの倍率
が低い場合はFナンバーが小さく、高い場合にはFナン
バーが大きいことになる。
【0007】今、仮りにイメージガイドを構成する各フ
ァイバーの太さが同じで、その配列ピッチがP,接眼レ
ンズ2が低倍率の場合の接眼レンズ2と撮影レンズ4と
の合成の倍率がβL 、高い倍率の場合の接眼レンズ2と
撮影レンズ4との合成の倍率がβH であるとすると、接
眼レンズが低倍率の場合は、イメージガイドファイバー
束の各ファイバーによる網目状のパターンが撮像素子の
受光面上に周波数1/(P・βL)で細かく投影され、高倍率
の場合には1/(P・βH)で粗く投影される。したがって低
倍率の接眼レンズを備えた内視鏡により撮像する場合、
つまりFナンバーが小さい場合には、物体像の基本周波
数は高くなり、高倍率の接眼レンズを備えた内視鏡によ
り撮像する場合、つまりFナンバーが大きい場合は物体
像の基本周波数が低くなる。
【0008】このような撮像レンズで繰返しピッチPを
持つイメージガイドファイバー束のコアー部8により形
成される明暗のパターン13を撮像すると、その像は受
光面上においては、図26の(A)に示す繰返しピッチ
の最も小さいP・βL から図26の(B)に示す繰返し
ピッチの最も大きいP・βH までの間の任意の大きさに
なる。それにより前述の基本周波数も1/(P・βL)から1/
(P・βH)の間で変化する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】光学的ローパスフィル
ターは特定の空間周波数より高周波側において物体の解
像度を低下させることにより、物体像の空間周波数成分
と撮像素子のサンプリング周波数との干渉を防ぐもので
あるが、MTFを縦軸、空間周波数を横軸にとって光学
的ローパスフィルターの周波数特性を示すとき、図6の
実線で示すようにFナンバーが小さい時に基本周波数1/
(P・βL)でMTFが零になるように光学的ローパスフィ
ルターを構成すると、Fナンバーが小さい時には充分な
偽信号除去効果があるが、Fナンバーが大きい時の基本
周波数1/(P・βM)に対してはMTFが大きな値を有する
ため解像度が充分低下せず、偽信号を除去することがで
きない。一方、高倍時に偽信号が除去されるように周波
数1/(P・βH)でMTFが零になるように構成すると、低
倍時には1/(P・βL)以下の周波数ではMTFが大きな値
を有する方が望ましいにも拘らず、1/(P・βH)の周波数
でMTFが零になってしまうため、必要以上に解像度が
低下し過ぎ、画質を損ねてしまうことになる。
【0010】このように、ズームレンズと像面との間に
光学的ローパスフィルターを配置した撮像光学系では、
特に特定の空間周波数に大きなスペクトル成分を有する
物体の撮像を行なう場合に、偽信号の除去に関して種々
の問題を有している。
【0011】ところで、光学的ローパスフィルターとし
ては水晶等の複屈折板を適宜組み合わせたフィルタが用
いられることが多い。しかし、水晶板は単体としてはい
わゆる櫛型フィルタの空間周波数特性を持っている。こ
のため、カットオフ周波数以外の周波数においては高域
側、低域側のいずれにおいても空間周波数レスポンスが
高く、特に物体が特定の空間周波数に大きなスペクトル
成分を持つ場合の偽信号除去には不十分である。また、
水晶は高価であることも実用上は問題である。
【0012】複屈折板を用いない光学的ローパスフィル
ターの例として特開平1−151880号公報に記載さ
れたものがある。このローパスフィルターによる方法
は、回転対称でかつ画面に一様なボケを与えるために球
面収差やデフォーカスを用いるものである。
【0013】しかし、この方法では空間周波数平面上に
おけるカットオフ周波数の位置が原点に対して回転対称
分布になっているため、例えば固体撮像素子の水平方向
と垂直方向とで解像力が違う場合でも、解像力の低い方
にカットオフ周波数を合わせるために必要以上に解像力
を低下させ好ましくない。
【0014】本発明は、これら諸問題に鑑みなされたも
ので、種々の状況において常に良好な偽信号除去効果の
得られる撮像装置を提供することを目的とするものであ
る。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明の撮像装置は、離
散的なサンプリング構造を持つ撮像素子と、物体面を所
定の結像面に形成するための撮像光学系を有しており、
この撮像光学系にはそのFナンバーを決めるための開口
絞りが設けられ、その開口の近傍に配置されていて結像
面に均一な方向性のある高次の収差を与えることによっ
て光学系の周波数レスポンスを低下させて撮像素子と物
体像との干渉を除去するための光学手段を配置したこと
を特徴としている。
【0016】また、本発明の撮像装置においては、上記
光学手段が開口の範囲内において基準面に対して少なく
とも1周期以上の波状の形をしていることを特徴として
いる。また、上記開口絞りは絞り開口の大きさが可変で
あり、前記光学手段は前記絞り開口の大きさの変化に応
じてカットオフ周波数が変化するように構成されている
ことも特徴としている。また、前記光学手段が、少なく
とも前記撮像素子の水平方向に方向性を持つ高次収差を
与えることも特徴としている。
【0017】次に本発明の内容を詳細に説明する。
【0018】すでに述べたように、ファイバースコープ
の接眼部に取り付けられ、その射出瞳を明るさ絞りとし
てイメージガイドファイバー束の射出端面の像を撮像す
る光学系においては、イメージガイドのファイバーの配
列の周波数(すなわち、物体の空間周波数)と明るさ絞
りの径との間に図5のような関係がある。図は縦軸に絞
り径、横軸に空間周波数をとっており、図中のAは図4
(A)の場合、Bは図4(B)の場合にそれぞれ対応し
ている。
【0019】この様な撮像光学系においては、絞り開孔
の大きさの変化に伴って光学系の空間周波数レスポンス
のカットオフ周波数が図6の周波数AとBの間で徐々に
変化していくようにすれば、常に良好な偽信号除去効果
が得られることになる。
【0020】図7は本発明の概念図であって、4は撮影
レンズ、6は固体撮像素子、Fは光学的ローパスフィル
ターである。このフィルターFは固体撮像素子6の水平
走査方向γに沿って光軸を中心に左右対称な波形に形成
された面を有している。そして、この波形面の形状を適
当に定めることにより、水平方向γにのみ所望の収差を
発生させる。その結果、水平方向とそれに直交する方向
の空間周波数レスポンスを互いに異ならせ、方向性を持
つ空間周波数特性を得るようにしている。
【0021】そこで、次に水平方向において発生させる
収差の性質について説明する。
【0022】図8は水平方向の断面内において撮影レン
ズの像面上での水平断面内の光束による点像の結像の様
子を示す図である。ここでは縦軸を開口の大きさ、横軸
を光軸に垂直に測った距離として、結像状態を横収差で
示してある。また、ΔAは開口の大きさの変化する範囲
を示している。開口を小さくするとMTFが下がり、一
方開口を大きくするとMTFが上がるようにするために
は、開口が変化する範囲ΔAでの横収差によるγ方向の
スポットの大きさφA が開口変化する範囲での最小の開
口で決定される横収差量φmin より小さくなる必要があ
る。つまり次の関係が成立つように横収差によるγ方向
のスポットの大きさを操作する必要がある。 φmin >φA (1) そうすると、点像の拡がりは図9(A),(B),
(C)のようになる。これらの図は縦軸を点像の強度
(最大値1に規格化してある)、横軸を光軸に垂直な方
向の距離として結像スポットの形状を示したもので、
(A)は開口が変化する範囲で最小時の状態を、(B)
は開口が変化する範囲で最大時の状態を、(C)はその
途中の開口状態を夫々示している。
【0023】第8図から明らかなように、この撮像レン
ズ系では、最小開口値までは横収差が一定であるからス
ポットの拡がりも(A)に示すように横収差φmin の幅
をもった矩形となる。開口の大きさが最小値より大きく
なると横収差φA に対応する光束が増加するためスポッ
トは(B)に示すように幅φA の成分8が中心に突出し
た形状になり、それに応じてスポットの平均的な大きさ
もφmin よりも小さくなって行く。更に開口の大きさが
最大になると横収差φA に対応する光束が最も多くなる
ので、スポットの形状は(C)に示すように幅φA の凸
出部分が高くなり、スポットの平均的な大きさも更に小
さくなってφA に近い値をとるようになる。
【0024】現実には、横収差がある開口の大きさの範
囲内で完全に一定値をもつことはなかなか実現し難いと
考えられるので、スポットの結像状態も第9図に示すよ
うな段のついた形ではなく連続的に外径が変化して行く
ものになるが概念的には以上のような考察で充分その特
性を表現することができるのである。
【0025】次に以上のような結像特性を空間周波数の
角度から検討するがここでは、この様子をジェー、グッ
ドマン「イントロダクション トゥ フーリエ オプテ
ィクス」(J.Goodman "Introduction to Fourier Optic
s")で定義されている特殊関数を用いて表現する。
【0026】図9は、1次元的にみると高さ1、幅φmi
n のrect関数であり、特殊関数表現では次の式(2)の
ように表現できる。 rect (r/φmin) (2) ここで、rect関数は rect(x)=1 |x|≦1/2 0 |x|>1/2 である。
【0027】この式(2)のフーリエ変換は、光学系の
水平方向γ方向のMTFで次の式(3)のように表わさ
れる。 φmin sinc(φmin ρ) ここで sinc(x)=sin(x/2)/(x/2) であり、またρは撮像素子の水平走査方向の周波数空間
座標の原点からの距離である。この式から、1時のカッ
トオフ周波数ρmin は次のようになる。 ρmin =1/φmin 次に、図9(C)の場合について考察する。図9(C)
は図10(A),(B)に示した2つの関数の重ね合わ
せと考えることができるので、両者の1次結合として表
現できる。計算の都合上10(A)の関数の高さを1と
すると、図9(C)は次式で与えられる。 f(r)=rect(r/φmin )+a・rect(r/φA ) (4) ここで、aは図9(C)における幅φmin の部分と
幅φA の部分との高さの比に応じて定まる係数であ
る。この式のフーリエ変換F(ρ)は F(ρ)=φmin・sinc(φmin・ρ)+a・φA・sinc(φA ρ) (5) となる。この式を最大値1に規格化したものが図9
(C)の状態における撮像光学形の空間周波数レスポン
ス(MTF)を与えることになる。
【0028】ここで、F(ρ)の右辺の各項の係数は図
10(A),(B)の面積比を表しているので、その比
をAとするとAは次式で与えられる。 A=a・φA /φmin (6) ここで、aの値を決めるのは光学系の開口絞りの水平方
向の長さである。図11に示すように開口絞りの開口の
大きさの最小値を1、最大値をRとすると、 A=(φA /φmin )(R−1) (7) である。これを用いると、 (1/φmin )F(ρ)=sinc(φmin・ρ)+Asinc(φA ρ) (8) となる。したがって、撮像光学系のMTFは第2項の係
数Aは開口の大きさと共に変化する。すなわち、R=1
つまり開口の大きさが最小値のときは(1/φmin)
F(ρ) は第1項のみになり撮像レンズ系のMTFは
ρ=1/φminをカットオフ周波数とするなだらかな
カーブを描く。しかし開口の大きさが大きくなるにつれ
て、式(8)の第2項が加わるためにMTFは周波数ρ
=1/φmin では零でなくなり、第2項の値すなわ
ち (φA/φmin)( R−1)sinc(φA ρ) なる値を持つことになる。この値は、Rの増大とともに
大きくなるから、開口が大きくなるにつれて、ρ=1/
φmin はカットオフ周波数ではなくなる。
【0029】一方、sine関数は、最初の零点より高
周波側ではその値が急速に小さくなるから、Rの値が大
きくなるとρ=1/φA が実質的な意味でのカットオ
フ周波数になってくる。
【0030】以上のように式(8)で与えられるMTF
特性は、絞り開口の大きさが最小値から最大値へと移行
するにつれて当初カットオフ周波数であったρ=1/φ
min におけるMTFの値が徐々に大きくなる一方、
それよりも高周波側のρ=1/φA が新たなカットオ
フ周波数として徐々に明確になってくるような性質を持
っており、開口の大きさの大小に応じてカットオフ周波
数が高低に変化するという当初の目的に適ったものであ
ることが理解される。
【0031】次に上記のようなMTF特性をもった撮像
レンズ系を得るための具体的な手段について説明する。
【0032】本発明においては、撮像レンズ系に特別な
球面収差を発生させることにより上記の特性を実現し
た。
【0033】第12図(A),(B)は、このような球
面収差を横収差表示で示した図である。いずれも開口の
小さい部分で球面収差が大きなふくらみを有し、開口の
大きい部分では、球面収差のふくらみが小さくなってい
て、ほぼ第12図に示したものと同様の特性になってい
ることがわかる。
【0034】ここで第12図(A),(B)の二つの場
合を比較してみると、この図の(A)に示すタイプのも
のは、ほぼガウス像面での所望のMTFが得られるのに
対して、(B)に示すタイプのものは、ガウス像面から
一定距離デフォーカスすることによって所望のMTFが
得られるという違いがある。
【0035】このようなMTFとデフォーカス量との関
係を示したのが第13図である。この図で縦軸はMTF
値、横軸はデフォーカス量(ベスト像面からのずれ量)
を表わしている。第12図(A),(B)のいずれのタ
イプも、夫々のベスト像面において所望のMTF値をも
つが、(B)のタイプのものは、光線の像面への入射位
置が光軸に対して一方の側に片寄っているため、ベスト
像面から離れると急激にMTF値が小さくなってしまう
特性がある。したがって、デフォーカスに対して撮像レ
ンズ系のMTF特性が不安定である。これに対して第1
2図(A)のタイプのものは、比較的安定した特性を持
っており、しかもデフォーカスにした場合でもMTFが
低下する方向に変化するためモアレを除去する効果が減
少することがないという特徴がある。また、この形状の
球面収差は、非球面を用いることで容易に実現できる。
【0036】以上の考察では、撮像レンズ系について
は、格別の限定を設けていないが、このレンズ系がズー
ムレンズ等の変倍レンズ系である場合には、変倍機能を
持つレンズ群よりも入射側にフィルターFを設けること
が望ましい。
【0037】第14図は、変倍レンズ系の一例として最
も物体側に入射瞳を有するフロント絞りタイプのレンズ
系を示してある。この図において14は開口絞り、Fは
本発明に係る光学的ローパスフィルター、9は固定レン
ズ群、17は水晶板からなる光学的ローパスフィルタ
ー、10はバリエーターレンズ群、12はコンペンセー
ターレンズ群である。
【0038】この例では、本発明の方式に加えて水晶板
も備えているため、両者の特性を加え合わせたモアレ除
去効果がある。この例のようにMTFを制御する手段を
組合わせる場合には、両者の関係が第16図に示すよう
になることが望ましい。この図で実線aは、水晶フィル
ター、鎖線cは前述の特殊な収差による、破線bは両方
合わせた時の夫々MTFを表わす。図示するように水晶
の特徴は、デフォーカスに対して影響が全くない。又低
周波でのMTFの少ないことも特徴である。しかしMT
Fが高周波で再度高くなりモアレの除去が不充分であ
る。これに対して前述の特殊な収差のカットオフ周波数
は、高周波でのMTFは充分小さく押えられるが図13
のようにデフォーカスによって特に高周波のMTFの値
が変動する。そのために水晶等の複屈折板と組合わせて
用いることによって両者の欠点を補うことが出来る。
【0039】この場合、次に示す条件を満足するように
組合わせて、所望のMTFを得るようにすればデフォー
カスに強く、低周波での劣化が少なくかつ高周波でのM
TFが充分押えられた、モアレ除去に適したMTFが得
られる。νc <νmただしνc ,νm は夫々水晶および
本発明のフィルタ−のカットオフ周波数である。
【0040】以上は、イメージガイドを撮影する等の特
殊な場合について述べたが、一般の電子カメラ等におい
ては、開口でMTFが変化しないように(9)式におい
てφA =φmin とすればよい。
【0041】
【実施例】次に本発明の撮像装置の実施例を示す。図1
は本発明の実施例の断面図で(A),(B)は夫々ワイ
ド端およびテレ端での状態を示している。
【0042】この実施例のデーターは下記の通りであ
る。 r1 =∞(絞り) d1 =0.3000 r2 =∞ d2 =1.0000 n1 =1.51633 ν1 =64.15 r3 =∞ d3 =2.5000 r4 =∞ d4 =1.0000 n2 =1.51633 ν2 =64.15 r5 =∞ d5 =4.5000 r6 =∞(非球面) d6 =1.0000 n3 =1.51633 ν3 =64.15 r7 =∞ d7 =D1(可変) r8 =9.0310 d8 =3.0700 n4 =1.51633 ν4 =64.15 r9 =25.3350 d9 =D2(可変) r10=∞ d10=2.7000 n5 =1.54869 ν5 =45.55 r11=∞ d11=2.3300 n6 =1.54869 ν6 =45.55 r12=∞ d12=2.4300 n7 =1.54869 ν7 =45.55 r13=∞ d13=1.2000 r14=-8.6190 d14=0.8000 n8 =1.88300 ν8 =40.78 r15=16.9840 d15=D3(可変) r16=∞ d16=3.0000 n9 =1.69680 ν9 =55.52 r17=-10.1010 d17=0.2000 r18=30.5000 d18=2.5000 n10=1.51633 ν10=64.15 r19=-267.8860 d19=0.2000 r20=9.8350 d20=4.0000 n11=1.69680 ν11=55.52 r21=∞ d21=0.9700 n12=1.84666 ν12=23.78 r22=17.4010 d22=3.5000 r23=∞ d23=2.4300 n13=1.54869 ν13=45.55 r24=∞ d24=2.3000 n14=1.54869 ν14=45.55 r25=∞ d25=2.2300 r26=∞ d26=0.7900 n15=1.51633 ν15=64.15 r27=∞ d27=1.2000 r28=∞ 非球面係数 P=1,B=0,E=-0.24250×10-2,F=0.28949 ×
10-2,G=-0.13801×10-2,H=0.33659 ×10-3,I=
-0.44436×10-4,J=0.30188 ×10-5,K=-0.82612×
10-7 この実施例では、図1に符号Fで示すものが本発明
における特殊収差を発生させるフィルターで、その物体
側の面が非球面である。
【0043】この非球面の形状を表わす式は、下記の通
りである。
【0044】上記式でx,yは光軸をx軸にとり像の方
向を正方向とし、面と光軸との交点を原点としてx軸に
直交する方向をy軸にとった時の座標値、Cは光軸近傍
でこの非球面と接する円の曲率半径の逆数、Pは非球面
の形状をあらわすパラメーター、B,E,F,G,…は
夫々2次,4次,6次,8次,…の非球面係数である。
尚P=1でB,E,F,G,…がすべて0である時は上
記の式は球面を表わす。
【0045】この実施例では、特定方向にのみ上記式を
適用するいわゆるシリンドリカルレンズに類似の形状を
している。
【0046】図2は、それぞれワイド端およびテレ端で
の固体撮像素子の水平方向に沿った断面の軸上収差曲線
〔(A)はワイド端縦収差、(B)はワイド端横収差、
(C)はテレ端縦収差、(D)はテレ端横収差〕である
が、ワイド端においては φmin =0.025,φA =0.02 テレ端においては φmin =0.05,φA =0.03 である。
【0047】図3は、図2と同じ状態でのCCD水平方
向に対して垂直な方向の軸上収差である。
【0048】フィルターの形状は図17の通りである。
この図は固体撮像素子の水平方向の断面において基準面
を平面としたときの非球面量(基準面からのズレ量)を
表している。なお、垂直方向の断面は平面である。
【0049】図18はワイド端におけるこの実施例のM
TF曲線、図19はテレ端におけるMTF曲線である。
なお、これらの図で横軸は固体撮像素子面上での空間周
波数である。図から明らかなように、垂直方向では絞り
径を小さくするとMTFが向上する(通常の場合はこう
なる)が、水平方向では絞り開口を小さくすると共にM
TFが低下しており、本発明の目的を達成していること
が分かる。
【0050】この実施例では、バリエーターの前に1枚
の水晶フィルターを配置している。水晶フィルターによ
る点の分離方向はCCDの水平走査方向と一致させ、フ
ィルターの厚さを2.587mmとすると、水晶フィルタ
ーによる点の分離に対する後群の倍率がワイド端で×
0.7613、テレ端で×1.1309であるため、回
折によるMTFの低下も含めてMTF曲線はワイド端で
図20(A)、テレ端で図20(B)の実線のようにな
る。これに開口が最大のときの球面収差によるMTF曲
線を掛けたものが、図20(A),(B)の1点鎖線の
カーブである。この図からわかるように複屈折板による
MTFとCCD水平方向のみ発生する収差によるMTF
の長所が出ている。カットオフ周波数が確実に決めら
れ、複屈折板の欠点である高周波でのMTFの持ち上が
りが低く押えられている。
【0051】この実施例では、バリエーターよりも前に
水晶フィルターをおいてあるが、CCDの直前に水晶等
のローパスフィルターを配置してもよい。
【0052】各実施例においては光学的ローパスフィル
ターをレンズとは別に設ける構成としているが、レンズ
系を構成する複数のレンズのいずれかを水晶等の複屈折
物質で作り、そのレンズに光学的ローパスフィルターの
機能を負担させても良い。この場合は該レンズとバリエ
ータレンズとの配置関係を各実施例における光学的ロー
パスフィルターとバリエータレンズの配置関係と同様に
設定すれば、所期の目的を達成することができる。
【0053】非球面を設ける面は、図1におけるカバー
ガラスCに設けても、又パワーのある面に設けてもよ
い。また数面用いてもよい。
【0054】上記の特殊フィルターは、図21(A),
(B)のようにx方向から見た形状(A)とx方向と垂
直な方向から見た形状(B)のようにフィルターの両面
にその波形状の進行方向を別にしたものを形成したもの
にしてもよい。又図22に示すように一つの面に一方向
以上の波を組合わせた形状のものでも良い。
【0055】また高次の収差を発生する手段は、非球面
のみでなく不均質レンズを用いたものでもよい。その場
合図23のような一方向のみ屈折率分布を変化したもの
等が考えられる。
【0056】
【発明の効果】本発明の撮像装置によれば、種々の状況
において良好な偽信号除去効果の得られる撮像装置を提
供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明装置で用いる光学系の一実施例を示す
断面図。
【図2】 上記実施例の収差曲線図。
【図3】 上記実施例の垂直方向の収差曲線図。
【図4】 従来撮像光学系の構成を示す図。
【図5】 内視鏡における空間周波数と絞りの関係を示
す図。
【図6】 上記光学系のMTFを示す図。
【図7】 本発明で用いる光学手段の概要を示す図。
【図8】 開口と収差との関係を示す図。
【図9】 図5を開口毎に分けて示した図。
【図10】図6を二つの成分に分けて示した図。
【図11】明るさ絞りを示す図。
【図12】特殊フィルターで発生させる収差の代表例を
示す図。
【図13】デフォーカスさせた時の図9の収差図。
【図14】本発明の装置で用いる光学系の基本構成を示
す図。
【図15】図11の光学系のMTF。
【図16】上記光学系に複屈折板を設けた時のMTF。
【図17】本発明の実施例で用いる非球面の基準球面か
らのずれ量。
【図18】上記実施例のワイド端でのMTF。
【図19】上記実施例のテレ端でのMTF。
【図20】上記実施例に水晶板を配置した時のMTF。
【図21】特殊フィルターの他の例を示す図。
【図22】特殊フィルターの他の例を示す図。
【図23】不均質媒質を用いた特殊フィルターを示す
図。
【図24】内視鏡の構成を示す図。
【図25】内視鏡で用いる繊維束の端面を示す図。
【図26】撮像レンズとしてズームレンズを用いた撮像
光学系の断面図。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】物体の像を形成する結像レンズと、開口絞
    りと、前記結像レンズによる像を離散的にサンプリング
    する撮像素子とを備えた撮像装置において、 前記結像レンズの像面に方向性を持つ高次収差を与えて
    前記撮像光学系の空間周波数レスポンスを低下させるこ
    とにより前記撮像素子と物体の像との干渉を除去する光
    学手段を前記開口絞りの近傍に配置したことを特徴とす
    る撮像装置。
  2. 【請求項2】前記光学手段は、開口の範囲内において基
    準面に対して少なくとも1周期以上の波状の形をしてい
    ることを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
  3. 【請求項3】前記開口絞りは絞り開口の大きさが可変で
    あり、前記光学手段は前記絞り開口の大きさの変化に応
    じてカットオフ周波数が変化するように構成されている
    ことを特徴とする請求項1または請求項2記載の撮像装
    置。
  4. 【請求項4】前記光学手段は、少なくとも前記撮像素子
    の水平方向に方向性を持つ高次収差を与えることを特徴
    とする請求項1から請求項3いずれか1項記載の撮像装
    置。
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