JP4079551B2 - 撮像装置及び撮像光学系 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像装置及び撮像光学系に関し、特に、ＣＣＤ等の電子撮像素子を用いた撮像装置及び撮像光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電子撮像素子を用いた電子撮像装置では、電子撮像素子の受光量を確保するため、４００ｎｍ以下の波長に対する感度を確保している。また、電子撮像素子で受光した光量が弱い場合等、ガンマ特性をコントロールすることで、画像再生時に光電変換素子への入力の比率以上の出力を得る場合もある。この場合、被写体の分光状態が略一定であれば特に問題ないが、４００ｎｍ付近の波長のエネルギーが、例えば４５０ｎｍに対して大きい場合、再生像の色味が実際の人間の目で見た色味に対して例えば青くなるという問題が出てくる。これは、人間の目の感度は可視域の短波長側に対してはかなり小さいにもかかわらず、電子撮像素子の感度が短波長域でも高いため、これを人間の見えやすい色に再生してしまうからである。
【０００３】
一方、近年のデジタルカメラの高画素化と低価格化と小型化が進み、撮像光学系も、高性能化、小型化、ズーム等の高機能化、低コスト化の要求が高まっている。高性能化を達成するには、系の受光感度の持つ波長域全体での結像性能を高くする必要がある。ここでは、波長による結像性能の変化を色収差と呼ぶ。色収差は、一般に材質毎に波長に対する屈折率の変化の割合（分散）が異なることを利用して補正される。例えば正の焦点距離を持つ光学系の場合、正の屈折力を持つ光学素子に分散の小さい材質を、負の屈折力を持つ光学素子に分散の大きい材質を用いて色収差を補正する。
【０００４】
また、前述のように光学素子を組み合わせて色収差を補正する場合、色収差だけではなく像面全体の結像性能をも考慮しなければならず、光学素子の枚数を増やす等の対応をとる。正の焦点距離を有するレンズ群と負の焦点距離を有するレンズ群を含む複数のレンズ群の間隔を変化させて全系の焦点距離を変化させるズームレンズ系では、さらに複雑な光学素子の組み合わせが必要となる。このとき、ガラスやプラスチックの材質で屈折型光学素子（レンズ）を形成するとき、材質により差があるが、長波長から短波長に波長が変化するにつれて屈折率が高くなり、さらにその変化の程度が激しくなる。
【０００５】
図２１は、５５０ｎｍの波長で屈折力（焦点距離の逆数）が１となる単レンズを代表的な硝子材料と超低分散ガラスと呼ばれる材質で構成したときの、波長による屈折力の変化を示す図である。また、図２２は、５００ｎｍを基準にしたとき、一般的な屈折型光学素子のみからなる光学系の波長に対する後側焦点位置のずれ量を示す図で、横軸が波長で縦軸がずれ量である。図２１から分かるように、屈折型光学素子は、普通の材質も超低分散の材質も波長に対するパワーの変化は同じような傾向であるので、実用的な範囲の材質よりなる屈折型光学素子で構成された撮像光学系の軸上色収差は、図２２に示すようにＶ字型になり、２つの波長でのみ同じ点に結像し短波長側と長波長側で色収差が大になる。特に短波長側での色収差の変化は激しい。この色収差の変化を緩和するために螢石や超低分散ガラス等のような特殊なガラスを用いることが提案されているが、これらの特殊なガラスも図２１で示したような特性を持っており、短波長側の色収差の変化を十分少なくすることは困難である。よって、電子撮像素子を用いた場合、短波長での色が色収差と共に現れ、不自然な色にじみとして認識されてしまうといった問題が生じる。
【０００６】
先行技術として、回折型光学素子を用いてこの短波長側の色収差の変化を十分少なくした提案が特開平１０−１７０８２２号で提案されている。この公報では、回折光学素子の逆分散特性を利用することで使用次数光での色収差を補正している。しかしながら、回折光学素子は、使用次数光以外の次数の回折光が不要次数光として現われ、ゴースト、フレアーの原因となる。この公報では、回折光学素子の不要次数光の影響を低減するために波長帯域を制限することで解決している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この不要次数光は、使用次数光とは非連続的（独立的）に結像面に到達する。また、分光波長特性も不要次数光と使用次数とは非連続的である。この公報は、全く正規（使用次数光による）の結像と無関係な不要次数光をその波長特性の差に着目して低減するものである。そのため、良像を得るためには、不要次数光による像の強度を大幅に低減させる必要が生じる。この公報では、具体的には、４２０ｎｍでほとんど感度のない系を具体例として提案している。
【０００８】
しかしながら、４２０ｎｍは、人間の視覚において特に色の認知に対して影響を有しており、この波長域を低減するのは、色再現の観点からみると必要以上に短波長成分を低減させてしまうことになり、自然な色の再現を損なう可能性が高い。よって、この公報に示される技術では、不要次数光による影響を目立たなくするために、人間の視覚に影響を与える短波長域を大幅にカットしなければならないために、高水準での色再現性と、フレア除去との両立が難しいという問題点があった。
【０００９】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、簡易な構成で、幅広い自然の被写体に対して、色を含め良好な像の再現を可能とする光学系を提供することである。言い換えると、
イ）本発明の目的は、被写体の色を自然に再現するため、人間の視覚でほとんど考慮していない波長の再生像の色の決定への関与を低減若しくは削除することである。
【００１０】
ロ）本発明の別の目的は、人間の視覚でほとんど考慮していない波長による再生像の劣化を低減若しくはなくすことである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の撮像装置は、少なくとも撮像光学系とカラー画像を得るための３つ以上の異なる分光特性を有する電子撮像素子と該電子撮像素子からの出力を基に信号処理や画像処理を行うコントローラとを有する撮像装置において、
前記撮像光学系中の焦点距離の決定に関わる光学素子は、屈折現象のみを用いた光学素子から構成され、
同一物点から発し該撮像光学系に入射する入射光束の光量を入力光量とし、その入射光束に対応してコントローラから出力する信号の強さを出力信号強度とするとき、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで入力光量に対する出力信号強度の比が最も高い波長の入出力比に対して、波長４００ｎｍの入出力比が１０％以下であることを特徴とするものである。
【００１２】
第１の撮像装置の作用を説明する。撮像光学系中の焦点距離の決定に関わる光学素子が屈折現象のみを用いた光学素子から構成される点について、回折光学素子を焦点距離の決定に関わる光学素子として用いると、有効次数の色収差は良好に補正することができるが、人の視覚特性に近い波長域での撮影では、不要次数光による長波長側、短波長側に別の結像がなされ、総合的な激しい像の劣化が生じる。そこで、屈折素子のみを用い、回折光学素子を用いないので、簡易に構成できると共に、使用する波長域での像の性質をなだらかに変化させることができる（ただし、ローパスフィルター等、回折現象による複数の次数の光束を積極的に用いる光学素子を含むものは、この第１の撮像装置に含まれる。）。
【００１３】
また、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで入力光量に対する出力信号強度の比が最も高い波長の入出力比に対して、波長４００ｎｍの入出力比が１０％以下である点について、４００ｎｍ以下の比視感度に占めるウエイトは約０．０１％であり、また、ＣＩＥ１９６４ＸＹＺ表色系１０°視野の等色関数ｚの占めるウエイトは約０. ６％である。ＣＩＥ１９６４ＸＹＺ表色系１０°視野の等色関数ｘの占めるウエイトは約０. １％である。すなわち、この点の構成を満足しないと、特に４００ｎｍ以下の波長のエネルギーが他に比べ比較的高い場合、人が直接物体を見て感じる色と撮像装置を通じて再生された物体のを見て感じる色との間に乖離が発生し、不自然な色になる場合がある。より好ましくは、波長４００ｎｍの入出力比が５％以下であることが望ましく、さらに好ましくは、波長４００ｎｍの入出力比が２％以下であることが望ましい。なお、色と波長の関係、ＣＩＥ１９６４ＸＹＺ表色系１０°視野の等色関数は、例えば「色彩工学の基礎」池田光男、朝倉書店等を参照。
【００１４】
なお、第１の撮像装置で言う「カラー画像を得るための３つ以上の異なる分光特性を有する電子撮像素子」とは、像を形成することを目的とした画像素子であり、直接は画像を形成しないＡＥ（自動露出調節）やＡＦ（オートフォーカス）のための画像素子を指すものではない。当然、像を形成することを目的とした画像素子にＡＥやＡＦの機能が付加されたものは、この第１の撮像装置に含まれる。
【００１５】
本発明の第２の撮像装置は、第１の撮像装置において、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで入力光量に対する出力信号強度の比が最も高い波長の入出力比に対して、波長４２０ｎｍの入出力比が１０％以上であることを特徴とするものである。
【００１６】
第２の撮像装置の作用を説明する。波長４２０ｎｍ付近（４１５ｎｍから４２５ｎｍ）の比視感度に占めるウエイトは約１. ６％であり、また、ＣＩＥ１９６４ＸＹＺ表色系１０°視野の等色関数ｚの占めるウエイトは約１２％である。ＣＩＥ１９６４ＸＹＺ表色系１０°視野の等色関数ｘの占めるウエイトは約２. ６％である。比視感度における影響度は低いものの、色味を決定する要素としては十分影響を及ぼす波長域である。波長４２０ｎｍの入出力比が１０％を下回って少ないと、自然な色の再現ができない。より好ましくは、波長４２０ｎｍの入出力比が１５％以上であることが望ましく、さらに好ましくは、波長４２０ｎｍの入出力比が２０％以上であることが望ましい。
【００１７】
本発明の第３の撮像装置は、少なくとも撮像光学系とカラー画像を得るための３つ以上の異なる分光特性を有する電子撮像素子とを有する撮像装置において、前記撮像光学系中の焦点距離の決定に関わる光学素子は、屈折現象のみを用いた光学素子から構成され、
同一物点から発し該撮像光学系に入射する入射光束の光量を入力光量とし、その入射光束に対応して撮像素子から出力する信号の強さを出力信号強度とするとき、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで入力光量に対する出力信号強度の比が最も高い波長の入出力比に対して、波長４００ｎｍの入出力比が６％以下であることを特徴とするものである。
【００１８】
第３の撮像装置の作用を説明する。コントローラでは、撮像素子から出力される信号が弱いとき、ガンマー補正等で入出力比を変えることを行う場合がある。コントローラでの信号処理や画像処理は必要に応じてソフト的に変更することができる。この第３の撮像装置では、この変更されることを考慮し、撮影光学系から撮像素子までの出力において、色の再現性を良好にする構成としている。なお、より好ましくは、波長４００ｎｍの入出力比が３％以下であることが望ましく、さらに好ましくは、波長４００ｎｍの入出力比が１．２％以下であることが望ましい。
【００１９】
本発明の第４の撮像装置は、第３の撮像装置において、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで入力光量に対して出力信号強度の比が高い波長の入出力比に対して、波長４２０ｎｍの入出力比が６％以上であることを特徴とするものである。
【００２０】
この第４の撮像装置の作用は第２の撮像装置のと同じである。より好ましくは、波長４２０ｎｍの入出力比が９％以上であることが望ましく、さらに好ましくは、波長４２０ｎｍの入出力比が１２％以上であることが望ましい。
【００２１】
本発明の第５の撮像装置は、少なくとも撮像光学系とカラー画像を得るための３つ以上の異なる分光特性を有する電子撮像素子とを有する撮像装置において、
前記撮像光学系中の焦点距離の決定に関わる光学素子は、屈折現象のみを用いた光学素子から構成され、
該撮像光学系の入射部から該電子撮像素子の入射部までの分光透過率が、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで透過率が最も高い波長の透過率に対する４００ｎｍの波長の透過率の比が１５％以下であることを特徴とするものである。
【００２２】
第５の撮像装置の作用を説明する。撮像素子は、そのコストにおいて量産効果の大きい構成部材である。室内等４００ｎｍ付近の光束がほとんどない被写体を撮影する撮像装置や、ディスプレーやプリント時等に画面部位毎に色の補正を行うことを前提とする等色の再現性の自然さを余り要求しない撮像装置に搭載する撮像素子を共通の撮像素子として使うことは、コスト上、また、生産上好ましいことである。これら両用途の撮像装置では、色の再現性等より光量の確保の方が優先される。第５の撮像装置では、例えば太陽光線下等の短波長を多く含む光源下でこのような撮像素子を用いた場合であっても、撮像光学系の入射部から電子撮像素子の入射部までの分光透過率について、波長４００ｎｍの透過率を限定することにより、色再現性の良好な画像が得られる撮像装置を提供することが可能となる。なお、より好ましくは、波長４００ｎｍの透過率の比が８％以下であることが望ましく、さらに好ましくは、波長４００ｎｍの透過率の比が３％以下であることが望ましい。
【００２３】
本発明の第６の撮像装置は、第５の撮像装置において、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで透過率が最も高い波長の透過率に対する４２０ｎｍの波長の透過率の比が１５％以上であることを特徴とするものである。
【００２４】
この第６の撮像装置の作用は第２の撮像装置のと同じである。より好ましくは、４２０ｎｍの波長の透過率の比が２０％以上であることが望ましく、さらに好ましくは、４２０ｎｍの波長の透過率の比が２５％以上であることが望ましい。
【００２５】
本発明の第７の撮像装置は、第５又は第６の撮像装置において、カラー画像を得るための３つ以上の異なる分光特性を有する電子撮像素子の内、少なくとも一つの分光特性は、２つの高い感度を持つピーク波長を持ち、その２つのピーク波長の間に、２つのピーク波長の感度の双方に対して５０％以下の感度の波長を有することを特徴とするものである。
【００２６】
第７の撮像装置の作用を説明する。第７の撮像装置の撮像素子はいわゆる補色フィルターによるカラー対応撮像装置である。補色フィルターは原色フィルターに対して、光量を確保しやすいという利点があるが、２つの高い感度を持つピーク波長を有するフィルターを少なくとも１種類配置する必要がある。フィルターに求められるのは、ピークとピークの間の谷の底ができるだけ一定でかつ急激立ちあがりでピーク感度になるものである。これにさらに短波長側のピーク感度から４００ｎｍ付近の感度を落とすことは、フィルター構成上複雑になり、さらに４２０ｎｍの感度をある程度確保するとさらに複雑となり好ましくない。第７の撮像装置では、撮像素子に入射する前に４００ｎｍ又は４００ｎｍと４２０ｎｍの透過率を限定した撮像装置とすることにより、光量が確保しやすく汎用性のある撮像装置を提供するものである。
【００２７】
本発明の第８の撮像光学系は、カラー画像を得るための３つ以上の異なる分光特性を有する電子撮像素子を有する撮像装置に装着可能な撮像光学系において、前記撮像光学系中の焦点距離の決定に関わる光学素子は、屈折現象のみを用いた光学素子から構成され、
該撮像光学系の分光透過率が、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで透過率が最も高い波長の透過率に対する４００ｎｍの波長の透過率の比が１５％以下であることを特徴とするものである。
【００２８】
第８の撮像光学系の作用を説明する。このような撮像光学系を異なる撮像装置に装着しても、良い色再現を得ることができる。なお、より好ましくは、波長４００ｎｍの透過率の比が８％以下であることが望ましく、さらに好ましくは、波長４００ｎｍの透過率の比が３％以下であることが望ましい。
【００２９】
本発明の第９の撮像光学系は、第８の撮像光学系において、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで透過率が最も高い波長の透過率に対して、波長４２０ｎｍ透過率の比が１５％以上であることを特徴とするものである。
【００３０】
なお、より好ましくは、波長４２０ｎｍ透過率の比が２０％以上であることが望ましく、さらに好ましくは、波長４２０ｎｍ透過率の比が２５％以上であることが望ましい。
【００３１】
本発明の第１０の撮像装置は、カラー画像を得るための３つ以上の異なる分光特性を有する電子撮像素子と該電子撮像素子からの出力を基に信号処理や画像処理を行うコントローラと前記電子撮像素子に外界の像を導く撮像光学系を着脱可能にするマウント部とを有する撮像装置において、
入射光束の光量を入力光量とし、その入射光束に対応してコントローラから出力する信号の強さを出力信号強度とするとき、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで入力光量に対する出力信号強度の比が最も高い波長の入出力比に対して、波長４００ｎｍの入出力比が１０％以下とする波長域調整手段を有することを特徴とするものである。
【００３２】
第１０の撮像装置の作用を説明する。この第１０の撮像装置に異なる撮像光学系を装着しても、良い色再現を得ることができる。なお、より好ましくは、波長４００ｎｍの入出力比が５％以下であることが望ましく、さらに好ましくは、波長４００ｎｍの入出力比が２％以下であることが望ましい。
【００３３】
本発明の第１１の撮像装置は、その波長域調整手段により波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで入力光量に対する出力信号強度の比が最も高い波長の入出力比に対して、波長４２０ｎｍの入出力比が２０％以上としたことを特徴とするものである。
【００３４】
本発明の第１２の撮像装置は、第１０又は第１１の撮像装置において、波長域調整手段が、電子撮像素子とマウント部の間に配されたフィルターであることを特徴とするものである。
【００３５】
第１２の撮像装置の作用を説明する。撮像素子のモザイクフィルターや、撮像素子の入射面に他のフィルターを配することで、信号処理を複雑化させることなく色再現の良好な像を得ることができる。
【００３６】
本発明の第１３の撮像装置は、第１から第７の撮像装置の何れかにおいて、撮像光学系の有効画面の７０％で無限遠物点に合焦したときの波長４００ｎｍの子午断面での色収差が４画素以上であることを特徴とするものである。
【００３７】
第１３の撮像装置の作用を説明する。撮像光学系に用いる光学素子の屈折力は波長の変化と共に変化する。所謂ガラスやプラスチックの材質は、波長が短くなると屈折力が高くなる性質を持つ。すなわち、波長の変化によって結像性能が変化する。波長による屈折力の変化の急激さを示す指標としてアッべ数がある。アッべ数の異なる材質を正レンズ、負レンズにて配置し、波長の変化による結像性能の変化を低減することが行われている。顕微鏡等と異なり、一般的なデジタルカメラ等画角の比較的広い撮像装置においては、画面全体の結像性能を維持しつつ広い範囲の波長の変化による結像性能の変化を維持することは、撮像光学系の構成を複雑にし、また、高価で加工性の良くない材質を必要とし、また、製作精度の要求レベルが高くなることにつながる。
【００３８】
この第１３の撮像装置によれば、有効画面の７０％の範囲で無限遠物点に合焦したときの波長４００ｎｍの子午断面での色収差が４画素以上になるように光学系を構成することにより、画像形成にかかわる波長域の結像性能を高くする光学系を簡易な構成で提供できる。
【００３９】
ここで、子午断面での色収差が４画素とは、撮像装置で無限遠物点に合焦させた状態（つまり、オートフォーカス機構により略無限遠物点に対して合焦を行った状態、あるいは、マニアルフォーカスにて無限遠メモリに合わせて略無限遠物点に対して合焦を行った状態あるいは光軸上にある無限遠物点に対し光軸上でｄ線（５８７．６ｎｍ）のＰＳＦ（Point Spread Function ）強度のピークを最大にした状態）にて、特定波長におけるＰＳＦの強度の最大値に対しその最大値の１．６％以上となる範囲の子午断面上の寸法δを色収差と定義し、波長４００ｎｍにおけるその寸法δ（４００）が４画素以上となる構成にすることを意味する。
【００４０】
また、有効画面の７０％の範囲とは、撮像面の中心から最大有効像高までを１としたとき、撮像面中心から最大有効像高の０．７倍を半径とする円の内側を言う。
【００４１】
本発明の第１４の撮像装置は、第１３の撮像装置において、波長４３５ｎｍから６００ｎｍの色収差が、有効画面の７０％の範囲で３画素以内であることを特徴とするものである。
【００４２】
第１４の撮像装置の作用を説明する。この構成により、波長による結像性能変化が実用上問題ない撮像光学系が提供できる。なお、撮像光学系が撮像装置から着脱可能であっても、撮像光学系がその撮像装置に着けて使用することを前提とするものは本発明に含まれる。
【００４３】
また、上記構成に代えて、電子撮像素子の有効対角長をＤ、上記定義による有効画面の７０％の範囲での波長４００ｎｍでの色収差をδ（４００）、波長４２０ｎｍでの色収差をδ（４２０）と定義したとき、
δ（４００）／Ｄ＞２．０×１０-3
を満たすとよい。
【００４４】
さらに、
δ（４２０）／Ｄ＜１．５×１０-3
を満たすとよい。
【００４５】
また、色収差について、波長４００ｎｍと４２０ｎｍについて論じたが、波長４００ｎｍの色収差に代えてｈ線（４０４．７ｎｍ）の色収差、波長４２０ｎｍの色収差に代えてｇ線（４３５．８ｎｍ）の色収差に置き換えても同様の効果を得ることができる。
【００４６】
また、倍率の色収差に注目すると、ｄ線の中心ベストにて、ｄ線スポットのピークとｇ線スポットのピークの距離が電子撮像素子の有効な全画面にわたり７画素以下とするとよく、さらに、ｄ線とｈ線との距離が１０画素以上のところを含む構成とするとよい。
【００４７】
又は、先のｄ線とｈ線のピーク間の距離をΔｄｈ、ｄ線とｇ線のピーク間の距離をΔｄｇ、電子撮像素子の有効対角長をＤと定義したとき、画面の少なくとも一部で、
Δｄｈ／Ｄ＞６．０×１０-3
を満たすとよい。
【００４８】
さらに、全画面にわたり、
Δｄｇ／Ｄ＜４．５×１０-3
を満たすとよい。
【００４９】
なお、上記第１３の撮像装置、第１４の撮像装置等に記載の撮像光学系は以下のような光学素子の配置をすると好ましい。
【００５０】
本発明の第１５の撮像装置は、第１から第１４の撮像装置の何れかにおいて、撮像光学系は、開口絞りを有し、前記開口絞りより撮像素子側の光学系は全体に正の屈折力を持ち、さらに少なくとも１枚の負レンズを含むことを特徴とするものである。
【００５１】
第１５の撮像装置の作用を説明する。開口絞りより撮像素子側の光学系が全体に正の屈折力を持つ点は、撮像素子への入射光束の光電変換の効率を上げるための条件（テレセントリックに近づける）である。また、さらに少なくとも１枚の負レンズを含むことは、球面収差、軸上・倍率の色収差を補正するための条件である。この条件を満たすことにより、波長４００ｎｍの色収差は大きくなるが、必要な波長域の結像性能を良好にできる簡易な構成の撮像光学系が提供できる。
【００５２】
本発明の第１６の撮像装置は、第１５の撮像装置において、撮像光学系は、開口絞りと、それよりも撮像素子側の構成が、物体側から順に、正レンズ・負レンズと正レンズ群又は正レンズ・正レンズ・負レンズと正レンズ群であることを特徴とするものである。
【００５３】
第１６の撮像装置の作用を説明する。このような配置により、絞りより撮像素子側の全長を短くする作用がある。負レンズのパワーを大きくすることによりこの作用を高めることができるが、同時に波長４００ｎｍ付近の収差が大きくなる。
【００５４】
本発明の第１７の撮像装置は、第１５の撮像装置において、撮像光学系は、絞りより撮像素子側に、広角端から望遠端に変倍する際、像側から物体側に単調に移動しかつ負レンズをを含む群を有することを特徴とするものである。
【００５５】
第１７の撮像装置の作用を説明する。この構成は、全長短縮・ 変倍比・ 大口径比化に効果があることが知られている。この構成は、絞りよりも後ろの群も変倍に寄与している。また、負先行タイプでは絞りより後ろの群のみが変倍に寄与している。また、含まれる負レンズは像面湾曲等の収差の補正と色収差の補正の機能を有している。この負レンズは、基準波長の収差の補正のためにパワーや形状に制約を受け、適切なアッベ数の材質で構成することにより色収差を補正する。しかし、短波長に行く程屈折率の変化が大きくなるという特性のため、波長４００ｎｍの色収差まで補正することは困難である。
【００５６】
本発明の第１８の撮像装置は、第１７の撮像装置において、撮像光学系の移動群は絞りの直後に位置することを特徴とするものである。
【００５７】
第１８の撮像装置の作用を説明する。この構成にすることにより、さらに全長短縮・ 変倍比・ 大口径比化に効果があることが知られているが、この負レンズでは近軸光線高が高く、波長４００ｎｍ付近の色収差が大きくなりやすい。特にＦ値が明るいと色収差は大きくなり、第１８の撮像装置の効果は大きくなる。
【００５８】
本発明の第１９の撮像装置は、第１５から第１７の撮像装置の何れかにおいて、前記負レンズが以下の条件を満たすことを特徴とするものである。
【００５９】
（３） ０．２＜ SＲRN／Ｄ＜２
（４） １．７＜ｎRN＜１．９５
（５） ２０＜νRN＜３０
（６） ０．００４＜ΔθRN＜０．０５
ただし、 SＲRNは前記負レンズの小さい方の曲率半径の絶対値、Ｄは撮像素子の有効撮像面の対角長、ｎRNは前記負レンズの屈折率、νRNは前記負レンズのアッベ数、ΔθRNは硝材のθg-F とνd をプロットした内のガラスコード５１１６０５（（株）オハラの商品名ＮＳＬ７。θg-F の値は０．５４３６、νd の値は６０．４９）とガラスコード６２０３６３（（株）オハラの商品名ＰＢＭ２。θg-F の値は０．５８２８、νd の値は３６．２６）の間の直線上を基準にしたときの前記負レンズの硝材のθg-F 方向への変位量で、異常分散性を数値的に表したものである。
【００６０】
条件式（３）は、撮像光学系の必要なｆバックを確保するためのものである。上限の２を越えると、必要なｆバックが確保するのが困難になり、下限の０．２を越えると、（４）から（６）の条件式を満足しても、必要な波長における色収差が大きくなりすぎる。条件式（４）、（５）、（６）に規定される硝材を選択することにより、必要な波長における色収差を良好にコントロールすることができる。ただし、これらは部分分散比の異常さが大きいので、短波長になる程色収差が急速に出るようになり、波長４００ｎｍの色収差を補正するのは困難である。なお、この条件式（３）の左辺は、好ましくは０．３であることが望ましく、さらに好ましくは０．５であることがより望ましい。また、条件式（６）の左辺は、好ましくは０．００７であることが望ましく、さらに好ましくは０．０１であることがより望ましい。
【００６１】
本発明の第２０の撮像装置は、第１５から第１８の撮像装置の何れかにおいて、撮像光学系の最も物体側の屈折力を有する光学素子は正レンズであることを特徴とするものである。
【００６２】
このような構成にすることにより、全長を小さくできることが知られているが、この正レンズの色収差がこれより撮像素子側の光学系で拡大されることになる。波長４００ｎｍの色収差は例えば波長４３５ｎｍの色収差より大きく、この差が拡大されることになる。特に倍率の色収差への影響が大きい。
【００６３】
本発明の第２１の撮像装置は、第２０の撮像装置において、その正レンズと隣りのレンズとの空気間隔が変倍に際して変化することを特徴とするものである。
【００６４】
このように構成すると、ズーム時の群の移動量が少なくなり好ましい。
【００６５】
本発明の第２２の撮像装置は、第１５から第２１の撮像装置の何れかにおいて、撮像光学系が、物体側から順に、正の屈折力を有する第１群、負の屈折力を有する第２群、正の屈折力を有する第３群、正の屈折力を有する第４群を含む変倍系より構成されていることを特徴とするものである。
【００６６】
このように構成すると、ズーム時の群の移動量が少なくなり好ましい。また、全長を短くすることやＦ値を明るくすることが容易である。
【００６７】
本発明の第２３の撮像装置又は撮像光学系は、第１から第９、第１３、第１４の撮像装置又は撮像光学系の何れかにおいて、撮像光学系中に反射率が波長４００ｎｍで５０％以上、波長４２０ｎｍで１０％以下である反射面を有することを特徴とするものである。
【００６８】
第２３の撮像装置の作用を説明する。波長４２０ｎｍでは反射防止、波長４００ｎｍでは反射増加の作用を持つ反射面を配置することにより、クリアな画像を得ることができる。
【００６９】
本発明の第２４の撮像装置又は撮像光学系は、第２３の撮像装置又は撮像光学系において、その反射面は、少なくとも２つの異なる屈折率を有する複数の薄膜を積層させた面からなることを特徴とするものである。
【００７０】
第２４の撮像装置の作用を説明する。その反射面は光学素子面に多層膜を積層することにより構成することが望ましい。
【００７１】
本発明の第２５の撮像装置は、少なくとも撮像光学系とフィルタ又はプリズムとカラー画像を得るための３つ以上の異なる分光特性を有する電子撮像素子とを有する撮像装置において、
前記撮像光学系中の焦点距離の決定に関わる光学素子は、屈折現象のみを用いた光学素子から構成され、
少なくとも１枚のフィルター又はプリズムの透過率が、最大透過率波長の透過率に対して波長４００ｎｍで１０％以下であることを特徴とするものである。
【００７２】
第２５の撮像装置の作用を説明する。撮像装置では、赤外線カットフィルター、ローパスフィルター、光路分割プリズムを配置することが求められることが多い。このフィルター又はプリズムの材質を、透過率が、最大透過率に対して波長４００ｎｍで１０％以下にすることにより、新たな波長４００ｎｍの光束を制限する部材を追加する必要がなく、好ましい。なお、波長４２０ｎｍの透過率は最大透過率波長に対して４０％以上であることが望ましい。
【００７３】
本発明の第２６の撮像装置は、少なくとも撮像光学系と前記撮像光学系の光路中に設けられ、一方をファインダー系光路とし、他方を撮影系光路とすべく光路を分割する光路分割手段とカラー画像を得るための３つ以上の異なる分光特性を有する電子撮像素子とを有する撮像装置において、
前記撮像光学系中の焦点距離の決定に関わる光学素子は、屈折現象のみを用いた光学素子から構成され、
該光路分割手段での入射光束に対する電子撮像素子側への射出光束の割合が、使用波長域の最長波長の射出率に対する波長４００ｎｍの射出率が１未満であることを特徴とするものである。
【００７４】
第２６の撮像装置の作用を説明する。その量がファイダーを外して眺めても問題ない被写体からの入射光に対して、ファインダー系に波長４００ｎｍ以下の光束が多く入射しても、人間の視覚での色の認識や像の認識への影響は少ない。一方、撮像素子では、波長４００ｎｍの光束は、波長４３５ｎｍの光束と同様に扱われるので、色の認識への影響がある。すなわち、波長４００ｎｍの光束をよりファインダー系に分割する構成を許す第２６の撮像装置は好ましい。
【００７５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の撮像装置の発明の実施形態と実施例について図面を参照にして説明する。
【００７６】
図１は、所謂デジタルカメラ１０の構成図である。物点を発した光束は、屈折現象のみを用いた光学素子から構成される撮影レンズ系１で結像作用を受け、ＣＣＤ等の撮像素子３に像を形成する。このとき、撮像素子３が規則正しい光電変換素子の集まりであることから生じる所謂モワレ現象を防ぐため、ローパス効果を持つフィルター２を撮像面３より物体側に配置する。また、赤外光をカットするＩＲカットの効果を持つフィルターを配置することもある。撮像素子３に入射した光束は、その光電変換素子で電気信号となり、コントローラ４に入力される。コントローラ４でガンマー補正や画像圧縮処理等の信号処理がなされ、内蔵メモリー５やインターフェース７を介し、パソコン８等に出力される。また、コントローラ４から液晶モニター６へ通信され、撮影しようとする画像や撮像された画像を撮影者が確認するができるようにもできる。また、内蔵メモリー５から所謂スマートメディア（商標）等の補助メモリー９へ画像データを通信することができるようにもできる。このとき、撮影光学系１に入射する波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで入力光量に対して出力信号強度の比が高い波長の入出力比（入力光量に対する出力信号強度比）に対して、波長４００ｎｍの入出力比が１０％以下、より好ましくは５％以下、さらに好ましくは２％以下であるようにシステム構成している。
【００７７】
また、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで入力光量に対して出力信号強度の比が高い波長の入出力比（入力光量に対する出力信号強度比）に対して、波長４２０ｎｍの入出力比が１０％以上、より好ましくは１５％以上、さらに好ましくは２０％以上であるようにシステム構成してもよい。
【００７８】
ところで、カラー画像を得るには、３つ以上の異なる波長特性の光電変換素子を有するよう、撮像素子に図２や図３に示したようなフィルター配置のカラーフィルターを配置する。図２は、原色フィルターと呼ばれるタイプで、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のフィルターからなる。それぞれの波長特性を図４に示す。図３は、補色フィルターと呼ばれるタイプで、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙe ）のフィルターからなる。それぞれの波長特性を図５に示す。補色フィルターの場合、コントローラ４で、次のような処理を行い、
輝度信号
Ｙ＝｜Ｇ＋Ｍ＋Ｙe ＋Ｃ｜＊１／４
色信号
Ｒ−Ｙ＝｜（Ｍ＋Ｙe ）−（Ｇ＋Ｃ）｜
Ｂ−Ｙ＝｜（Ｍ＋Ｃ）−（Ｇ＋Ｙe ）｜
Ｒ，Ｇ，Ｂに変換される。原色フィルターは、色を再現するための処理が容易であり、補色フィルターは、光電変換面への光量を増やすことができる。
【００７９】
また、カラー画像を得るには、撮影レンズ系１の像側に色分解フィルターを配置し、３つ以上の撮像素子の上に像を形成するようにしてもよい。図６は、Ｒ，Ｇ，Ｂに分解した例である。すなわち、物点を発した光束は、屈折現象のみを用いた光学素子から構成される撮影レンズ系１で結像作用を受け、第１プリズム１１1 、第２プリズム１１2 、第３プリズム１１3 からなり、界面にダイクロイックミラーを施してなる色分解プリズム１１によりＲ，Ｇ，Ｂに分解され、色分解されたＲ，Ｇ，Ｂの結像光束はそれぞれＲ，Ｇ，Ｂ用撮像素子３R 、３G 、３B に像を形成する。
【００８０】
また、図７に示すように、図１と異なる形態として、撮像素子３より物体側で、ハーフミラープリズム１２で光束を分割し、その分割された光束をファインダー光学系１３に導く所謂ＴＴＬファインダー形式もある。このタイプは、電力の消費を少なくし、被写体を観察することができる特徴がある。ファインダー系と撮影系との光路分割手段１２での入射光束に対する撮像素子３側への射出光束の割合が、最大波長に対して、波長４００ｎｍで１未満であるように構成してもよい。なお、図７では、透過側に撮像素子３を、反射側にファインダー光学系１３を配置しているが、反射側に撮像素子、透過側にファインダー光学系を配置するようにしてもよい。
【００８１】
これらの実施の形態において、その入射光束の対応して撮像素子から出力する信号の強さを出力信号強度比とするとき、何れの画像形成を行う分光感度特性を持つ撮像素子においても、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで入力光量に対して出力信号強度の比が高い波長の入出力比（入力光量に対する出力信号強度比）に対して、波長４００ｎｍの入出力比が１０％以下、より好ましくは５％以下、さらに好ましくは２％以下であるように構成してもよい。
【００８２】
そのとき、カラーフィルターの特性を図８や図９のようにして実施してもよい。図９の場合、図５の特性のフィルターと図１０のような特性のフィルターを重ねることにより実現してもよい。これにより、マゼンタの特性を容易に実現することができる。
【００８３】
また、撮像レンズの透過率を図１１のように波長４２０ｎｍの感度を保ちながら波長４００ｎｍの感度を下げるようにしてしてもよい。また、このとき、図１２に示すように、透過率をコントロールするためのフィルター１４を撮像素子３より物体側に配置してもよいし、このフィルター１４の作用を他のフィルターに持たせてもよい。また、撮影レンズ系を構成するレンズ素子上に、図１３のような特性を持つ反射防止コートを配置してもよい。このコートは、ＭｇＦ2 とＳｉＯ2 等の材質を適宜重ねて蒸着することによって構成してもよい。
【００８４】
実施の別の形態として、図１４に示すように、撮影レンズ系１と撮像素子３を含む本体を着脱可能にしてもよい。マウント部１５としては、スクリュータイプやバヨネットタイプ等を用いる。また、このとき、撮影レンズ系１で波長４００ｎｍと４２０ｎｍの透過率をコントロールしてもよいし、撮像素子３を含む本体で波長４００ｎｍと４２０ｎｍの入射光に対する出力信号をコントロールしてもよい。例えば、撮影レンズ系１で波長４００ｎｍと４２０ｎｍの透過率をコントロールすることにより、前述のように撮像素子３の量産性を上げることができる。また、色の再現性より特に短波長側の光量を必要とする用途については、別の撮影レンズ系を用意することで対応できる。また、撮像素子３を含む本体で波長４００ｎｍと４２０ｎｍの入射光に対する出力信号をコントロールすることにより、従来通りの撮影レンズ系を装着しても、良い色再現や結像性能を得ることができる。
【００８５】
さて、次に以上のような本発明の実施の形態に適した光学系の実施例Ａ〜Ｆを示す。これらの実施例には、フィルターが含まれているものとないものがあるが、適宜必要に応じて配置してよい。
【００８６】
図１５〜図１７にそれぞれ実施例Ａ〜Ｃの光軸を含む断面図を示す。また、図１８〜図２０にそれぞれ実施例Ｄ〜Ｆの広角端での光軸を含む断面図を示す。実施例Ａ〜Ｃは固定焦点距離のレンズ系であり、実施例Ｄ〜Ｆは可変焦点距離のズームレンズ系である。図中、Ｆはフィルター、プリズム類、Ｉは像面を示す。実施例Ｂは、撮像光学系内に反射部材Ｒが配置され、カメラの薄型化に適しているが、この反射部材Ｒの反射特性を波長４２０ｎｍでは反射率を確保し、波長４００ｎｍでは反射率を落とすようにしてもよい。実施例Ｄは、所謂ＴＴＬファインダー形式や色分解プリズムを用いた３板式に適している。
【００８７】
以下、各実施例のレンズ構成を説明する。
【００８８】
実施例Ａは、図１５に示すように、物体側へ凸面を向けた正メニスカスレンズと、物体側へ凸面を向けた負メニスカスレンズと、絞りと、両凹レンズを両凸レンズの接合レンズと、両凸レンズの４群５枚構成である。また、非球面は、最も像面側の両凸レンズの物体側の面１面に用いている。
【００８９】
実施例Ｂは、図１６に示すように、物体側へ凸面を向けた負メニスカスレンズと、光路を折り曲げるための反射面Ｒと、絞りと、両凸レンズと、両凸レンズを両凹レンズの接合レンズと、像面側に強い凸面を向けた正レンズの４群５枚構成である。また、非球面は、絞りの後の両凸レンズに１面と、最も像面側の正レンズの１面の合計２面に用いている。
【００９０】
実施例Ｃは、図１７に示すように、物体側へ凸面を向けた２枚の負メニスカスレンズと、凸レンズと、絞りと、両凹レンズを両凸レンズの接合レンズと、両凸レンズの５群６枚構成である。また、非球面は、２番目の負メニスカスレンズの１面、最も像面側の両凸レンズの１面の合計２面に用いている。
【００９１】
実施例Ｄは、図１８に示すように、第１群Ｇ１は、物体側へ凸面を向けた負メニスカスレンズと物体側へ凸面を向けた正メニスカスレンズの接合レンズと、物体側へ凸面を向けた正メニスカスレンズとの３枚からなり、第２群Ｇ２は、物体側へ凸面を向けた負メニスカスレンズと、両凹レンズと、両凹レンズと物体側へ凸面を向けた正メニスカスレンズの接合レンズとの４枚からなり、その後に絞りＳが位置し、第３群Ｇ３は、物体側へ凸面を向けた正メニスカスレンズと、両凸レンズと、物体側へ凸面を向けた負メニスカスレンズとの３枚からなり、第４群Ｇ４は、像面側に凸面を向けた負メニスカスレンズと像面側に凸面を向けた正メニスカスレンズの接合レンズと、両凸レンズ２枚との４枚からなる。また、非球面は、第３群Ｇ３の両凸レンズの物体側の面と、第４群Ｇ４の最も像面側レンズに１面の合計２面に用いている。広角端から望遠端への変倍の際、図に矢印で示すように、第１群Ｇ１と絞りＳは固定で、第２群Ｇ２は物体側から像面側に移動し、第３群Ｇ３と第４群Ｇ４は像面側から物体側に移動する。
【００９２】
実施例Ｅは、図１９に示すように、第１群Ｇ１は、凸レンズ１枚からなり、第２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からなり、その後に絞りＳが位置し、第３群Ｇ３は、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の接合レンズからなり、第４群Ｇ４は、両凸レンズ１枚からなる。また、非球面は、第３群Ｇ３の最も物体側のレンズに１面と、第４群Ｇ４の最も物体側の面の２面に用いている。広角端から望遠端への変倍の際、図に矢印で示すように、第１群Ｇ１と絞りＳは固定で、第２群Ｇ２は物体側から像面側に移動し、第３群Ｇ３と第４群Ｇ４は相互の間隔を広げながら像面側から物体側に移動する。
【００９３】
実施例Ｆは、図２０に示すように、第１群Ｇ１は、物体側に凸面を向けた正レンズ１枚からなり、第２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、物体側に強い凸面を向けた正レンズからなり、その後に絞りＳが位置し、第３群Ｇ３は、両凸レンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなり、第４群Ｇ４は、像面側に強い凸面を向けた正レンズ１枚からなる。また、非球面は、第４群Ｇ４の物体側の面１面に用いている。広角端から望遠端への変倍の際、図に矢印で示すように、第１群Ｇ１と絞りＳは固定で、第２群Ｇ２は物体側から像面側に移動し、第３群Ｇ３と第４群Ｇ４は像面側から物体側に移動する。
【００９４】
以下に、上記各実施例の数値データを示すが、記号は上記の他、ｆは全系焦点距離、ＦNOはＦナンバー、２ωは画角、ｐは画素ピッチ、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、ｎd1、ｎd2…は各レンズのｄ線の屈折率、ｎg1、ｎg2…は各レンズのｇ線の屈折率、ｎh1、ｎh2…は各レンズのｈ線の屈折率、ΔθRN1 、ΔθRN2 …は各レンズのΔθRNの値、νd1、νd2…は各レンズのｄ線のアッベ数である。曲率半径、間隔の単位はｍｍ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を光軸と直行する方向にとると、下記の式にて表される。
【００９５】
ｘ＝（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。
【００９６】
【００９７】
【００９８】
【００９９】
【０１００】
【０１０１】
以上の本発明の撮像装置及び撮像光学系は例えば次のように構成することができる。
【０１０２】
〔１〕 少なくとも撮像光学系とカラー画像を得るための３つ以上の異なる分光特性を有する電子撮像素子と該電子撮像素子からの出力を基に信号処理や画像処理を行うコントローラとを有する撮像装置において、
前記撮像光学系中の焦点距離の決定に関わる光学素子は、屈折現象のみを用いた光学素子から構成され、
同一物点から発し該撮像光学系に入射する入射光束の光量を入力光量とし、その入射光束に対応してコントローラから出力する信号の強さを出力信号強度とするとき、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで入力光量に対する出力信号強度の比が最も高い波長の入出力比に対して、波長４００ｎｍの入出力比が１０％以下であることを特徴とする撮像装置。
【０１０３】
〔２〕 波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで入力光量に対する出力信号強度の比が最も高い波長の入出力比に対して、波長４２０ｎｍの入出力比が１０％以上であることを特徴とする上記１記載の撮像装置。
【０１０４】
〔３〕 少なくとも撮像光学系とカラー画像を得るための３つ以上の異なる分光特性を有する電子撮像素子とを有する撮像装置において、
前記撮像光学系中の焦点距離の決定に関わる光学素子は、屈折現象のみを用いた光学素子から構成され、
同一物点から発し該撮像光学系に入射する入射光束の光量を入力光量とし、その入射光束に対応してコントローラから出力する信号の強さを出力信号強度とするとき、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで入力光量に対する出力信号強度の比が最も高い波長の入出力比に対して、波長４００ｎｍの入出力比が６％以下であることを特徴とする撮像装置。
【０１０５】
〔４〕 波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで入力光量に対して出力信号強度の比が高い波長の入出力比に対して、波長４２０ｎｍの入出力比が６％以上であることを特徴とする上記３記載の撮像装置。
【０１０６】
〔５〕 少なくとも撮像光学系とカラー画像を得るための３つ以上の異なる分光特性を有する電子撮像素子とを有する撮像装置において、
前記撮像光学系中の焦点距離の決定に関わる光学素子は、屈折現象のみを用いた光学素子から構成され、
該撮像光学系の入射部から該電子撮像素子の入射部までの分光透過率が、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで透過率が最も高い波長の透過率に対する４００ｎｍの波長の透過率の比が１５％以下であることを特徴とする撮像装置。
【０１０７】
〔６〕 波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで透過率が最も高い波長の透過率に対する４２０ｎｍの波長の透過率の比が１５％以上であることを特徴とする上記５記載の撮像装置。
【０１０８】
〔７〕 上記５又は６において、カラー画像を得るための３つ以上の異なる分光特性を有する電子撮像素子の内、少なくとも一つの分光特性は、２つの高い感度を持つピーク波長を持ち、その２つのピーク波長の間に、２つのピーク波長の感度の双方に対して５０％以下の感度の波長を有することを特徴とする撮像装置。
【０１０９】
〔８〕 カラー画像を得るための３つ以上の異なる分光特性を有する電子撮像素子を有する撮像装置に装着可能な撮像光学系において、
前記撮像光学系中の焦点距離の決定に関わる光学素子は、屈折現象のみを用いた光学素子から構成され、
該撮像光学系の分光透過率が、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで透過率が最も高い波長の透過率に対する４００ｎｍの波長の透過率の比が１５％以下であることを特徴とする撮像光学系。
【０１１０】
〔９〕 波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで透過率が最も高い波長の透過率に対して、波長４２０ｎｍ透過率の比が１５％以上であることを特徴とする上記８記載の撮像光学系。
【０１１１】
〔１０〕 カラー画像を得るための３つ以上の異なる分光特性を有する電子撮像素子と該電子撮像素子からの出力を基に信号処理や画像処理を行うコントローラと前記電子撮像素子に外界の像を導く撮像光学系を着脱可能にするマウント部とを有する撮像装置において、
入射光束の光量を入力光量とし、その入射光束に対応してコントローラから出力する信号の強さを出力信号強度とするとき、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで入力光量に対する出力信号強度の比が最も高い波長の入出力比に対して、波長４００ｎｍの入出力比が１０％以下とする波長域調整手段を有することを特徴とする撮像装置。
【０１１２】
〔１１〕 前記波長域調整手段により波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで入力光量に対する出力信号強度の比が最も高い波長の入出力比に対して、波長４２０ｎｍの入出力比が２０％以上としたことを特徴とする上記１０記載の撮像装置。
【０１１３】
〔１２〕 前記波長域調整手段が、前記電子撮像素子と前記マウント部の間に配されたフィルターであることを特徴とする上記１０又は１１記載の撮像装置。
【０１１４】
〔１３〕 該撮像光学系の有効画面の７０％で無限遠物点に合焦したときの波長４００ｎｍの子午断面での色収差が４画素以上であることを特徴とする上記１から７の何れか１項記載の撮像装置。
【０１１５】
〔１４〕 波長４３５ｎｍから６００ｎｍの色収差が、有効画面の７０％の範囲で３画素以内であることを特徴とする上記１３記載の撮像装置。
【０１１６】
〔１５〕 前記撮像光学系は、開口絞りを有し、前記開口絞りより撮像素子側の光学系は全体に正の屈折力を持ち、さらに少なくとも１枚の負レンズを含むことを特徴とする上記１から１４の何れか１項記載の撮像装置。
【０１１７】
〔１６〕 前記撮像光学系は、開口絞りと、それよりも撮像素子側の構成が、物体側から順に、正レンズ・負レンズと正レンズ群又は正レンズ・正レンズ・負レンズと正レンズ群であることを特徴とする上記１５記載の撮像装置。
【０１１８】
〔１７〕 前記撮像光学系は、絞りより撮像素子側に、広角端から望遠端に変倍する際、像側から物体側に単調に移動しかつ負レンズをを含む群を有することを特徴とする上記１５記載の撮像装置。
【０１１９】
〔１８〕 前記撮像光学系の移動群は絞りの直後に位置することを特徴とする上記１７記載の撮像装置。
【０１２０】
〔１９〕 前記負レンズが以下の条件を満たすことを特徴とする上記１５から１７の何れか１項記載の撮像装置。
【０１２１】
（３） ０．２＜ SＲRN／Ｄ＜２
（４） １．７＜ｎRN＜１．９５
（５） ２０＜νRN＜３０
（６） ０．００４＜ΔθRN＜０．０５
ただし、 SＲRNは前記負レンズの小さい方の曲率半径の絶対値、Ｄは撮像素子の有効撮像面の対角長、ｎRNは前記負レンズの屈折率、νRNは前記負レンズのアッベ数、ΔθRNは硝材のθg-F とνd をプロットした内のガラスコード５１１６０５（（株）オハラの商品名ＮＳＬ７。θg-F の値は０．５４３６、νd の値は６０．４９）とガラスコード６２０３６３（（株）オハラの商品名ＰＢＭ２。θg-F の値は０．５８２８、νd の値は３６．２６）の間の直線上を基準にしたときの前記負レンズの硝材のθg-F 方向への変位量で、異常分散性を数値的に表したものである。
【０１２２】
〔２０〕 前記撮像光学系の最も物体側の屈折力を有する光学素子は正レンズであることを特徴とする上記１５から１８の何れか１項記載の撮像装置。
【０１２３】
〔２１〕 前記正レンズと隣りのレンズとの空気間隔が変倍に際して変化することを特徴とする上記２０記載の撮像装置。
【０１２４】
〔２２〕 前記撮像光学系が、物体側から順に、正の屈折力を有する第１群、負の屈折力を有する第２群、正の屈折力を有する第３群、正の屈折力を有する第４群を含む変倍系より構成されていることを特徴とする上記１５から２１の何れか１項記載の撮像装置。
【０１２５】
〔２３〕 上記１から９、１３、１４の何れか１項において、撮像光学系中に反射率が波長４００ｎｍで５０％以上、波長４２０ｎｍで１０％以下である反射面を有することを特徴とする撮像装置又は撮像光学系。
【０１２６】
〔２４〕 上記２３において、前記反射面は、少なくとも２つの異なる屈折率を有する複数の薄膜を積層させた面からなることを特徴とする撮像装置又は撮像光学系。
【０１２７】
〔２５〕 少なくとも撮像光学系とフィルタ又はプリズムとカラー画像を得るための３つ以上の異なる分光特性を有する電子撮像素子とを有する撮像装置において、
前記撮像光学系中の焦点距離の決定に関わる光学素子は、屈折現象のみを用いた光学素子から構成され、
少なくとも１枚のフィルター又はプリズムの透過率が、最大透過率波長の透過率に対して波長４００ｎｍで１０％以下であることを特徴とする撮像装置。
【０１２８】
〔２６〕 少なくとも撮像光学系と前記撮像光学系の光路中に設けられ、一方をファインダー系光路とし、他方を撮影系光路とすべく光路を分割する光路分割手段とカラー画像を得るための３つ以上の異なる分光特性を有する電子撮像素子とを有する撮像装置において、
前記撮像光学系中の焦点距離の決定に関わる光学素子は、屈折現象のみを用いた光学素子から構成され、
該光路分割手段での入射光束に対する電子撮像素子側への射出光束の割合が、使用波長域の最長波長の射出率に対する波長４００ｎｍの射出率が１未満であることを特徴とする撮像装置。
【０１２９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によると、簡易な構成で、幅広い自然の被写体に対して、色を含め良好な像の再現を可能とする撮像装置及び撮像光学系を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施形態のデジタルカメラの構成図である。
【図２】原色フィルターのフィルター配置を示す図である。
【図３】補色フィルターのフィルター配置を示す図である。
【図４】図２の波長特性を示す図である。
【図５】図３の波長特性を示す図である。
【図６】本発明の別の実施形態のデジタルカメラの構成図である。
【図７】本発明のさらに別の実施形態のデジタルカメラの構成図である。
【図８】原色カラーフィルターの特性の１例を示す図である。
【図９】補色カラーフィルターの特性の１例を示す図である。
【図１０】図５の特性のフィルターと重ねることにより図９の特性を得るために用いるフィルターの特性を示す図である。
【図１１】撮像レンズの透過率特性を１例を示す図である。
【図１２】透過率をコントロールするためのフィルターを撮像素子より物体側に配置した実施形態の構成図である。
【図１３】反射防止コートの特性の１例を示す図である。
【図１４】本発明のもう１つ別の実施形態のデジタルカメラの構成図である。
【図１５】実施例Ａの光軸を含む断面図である。
【図１６】実施例Ｂの光軸を含む断面図である。
【図１７】実施例Ｃの光軸を含む断面図である。
【図１８】実施例Ｄの広角端での光軸を含む断面図である。
【図１９】実施例Ｅの広角端での光軸を含む断面図である。
【図２０】実施例Ｆの広角端での光軸を含む断面図である。
【図２１】５５０ｎｍの波長で屈折力が１となる単レンズの波長による屈折力の変化を示す図である。
【図２２】５００ｎｍを基準にしたときの一般的な屈折型光学素子のみからなる光学系の波長に対する後側焦点位置のずれ量を示す図である。
【符号の説明】
１…撮影レンズ系
２…ローパス効果を持つフィルター
３…撮像素子
３R …Ｒ用撮像素子
３G …Ｇ用撮像素子
３B …Ｂ用撮像素子
４…コントローラ
５…内蔵メモリー
６…液晶モニター
７…インターフェース
８…パソコン
９…補助メモリー
１０…デジタルカメラ
１１…色分解プリズム
１１1 …第１プリズム
１１2 …第２プリズム
１１2 …第３プリズム
１２…ハーフミラープリズム
１３…ファインダー光学系
１４…透過率をコントロールするフィルター
１５…マウント部
Ｇ１…第１群
Ｇ２…第２群
Ｇ３…第３群
Ｇ４…第４群
Ｓ…絞り
Ｆ…フィルター、プリズム類
Ｉ…像面
Ｒ…反射部材
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像装置及び撮像光学系に関し、特に、ＣＣＤ等の電子撮像素子を用いた撮像装置及び撮像光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電子撮像素子を用いた電子撮像装置では、電子撮像素子の受光量を確保するため、４００ｎｍ以下の波長に対する感度を確保している。また、電子撮像素子で受光した光量が弱い場合等、ガンマ特性をコントロールすることで、画像再生時に光電変換素子への入力の比率以上の出力を得る場合もある。この場合、被写体の分光状態が略一定であれば特に問題ないが、４００ｎｍ付近の波長のエネルギーが、例えば４５０ｎｍに対して大きい場合、再生像の色味が実際の人間の目で見た色味に対して例えば青くなるという問題が出てくる。これは、人間の目の感度は可視域の短波長側に対してはかなり小さいにもかかわらず、電子撮像素子の感度が短波長域でも高いため、これを人間の見えやすい色に再生してしまうからである。
【０００３】
一方、近年のデジタルカメラの高画素化と低価格化と小型化が進み、撮像光学系も、高性能化、小型化、ズーム等の高機能化、低コスト化の要求が高まっている。高性能化を達成するには、系の受光感度の持つ波長域全体での結像性能を高くする必要がある。ここでは、波長による結像性能の変化を色収差と呼ぶ。色収差は、一般に材質毎に波長に対する屈折率の変化の割合（分散）が異なることを利用して補正される。例えば正の焦点距離を持つ光学系の場合、正の屈折力を持つ光学素子に分散の小さい材質を、負の屈折力を持つ光学素子に分散の大きい材質を用いて色収差を補正する。
【０００４】
また、前述のように光学素子を組み合わせて色収差を補正する場合、色収差だけではなく像面全体の結像性能をも考慮しなければならず、光学素子の枚数を増やす等の対応をとる。正の焦点距離を有するレンズ群と負の焦点距離を有するレンズ群を含む複数のレンズ群の間隔を変化させて全系の焦点距離を変化させるズームレンズ系では、さらに複雑な光学素子の組み合わせが必要となる。このとき、ガラスやプラスチックの材質で屈折型光学素子（レンズ）を形成するとき、材質により差があるが、長波長から短波長に波長が変化するにつれて屈折率が高くなり、さらにその変化の程度が激しくなる。
【０００５】
図２１は、５５０ｎｍの波長で屈折力（焦点距離の逆数）が１となる単レンズを代表的な硝子材料と超低分散ガラスと呼ばれる材質で構成したときの、波長による屈折力の変化を示す図である。また、図２２は、５００ｎｍを基準にしたとき、一般的な屈折型光学素子のみからなる光学系の波長に対する後側焦点位置のずれ量を示す図で、横軸が波長で縦軸がずれ量である。図２１から分かるように、屈折型光学素子は、普通の材質も超低分散の材質も波長に対するパワーの変化は同じような傾向であるので、実用的な範囲の材質よりなる屈折型光学素子で構成された撮像光学系の軸上色収差は、図２２に示すようにＶ字型になり、２つの波長でのみ同じ点に結像し短波長側と長波長側で色収差が大になる。特に短波長側での色収差の変化は激しい。この色収差の変化を緩和するために螢石や超低分散ガラス等のような特殊なガラスを用いることが提案されているが、これらの特殊なガラスも図２１で示したような特性を持っており、短波長側の色収差の変化を十分少なくすることは困難である。よって、電子撮像素子を用いた場合、短波長での色が色収差と共に現れ、不自然な色にじみとして認識されてしまうといった問題が生じる。
【０００６】
先行技術として、回折型光学素子を用いてこの短波長側の色収差の変化を十分少なくした提案が特開平１０−１７０８２２号で提案されている。この公報では、回折光学素子の逆分散特性を利用することで使用次数光での色収差を補正している。しかしながら、回折光学素子は、使用次数光以外の次数の回折光が不要次数光として現われ、ゴースト、フレアーの原因となる。この公報では、回折光学素子の不要次数光の影響を低減するために波長帯域を制限することで解決している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この不要次数光は、使用次数光とは非連続的（独立的）に結像面に到達する。また、分光波長特性も不要次数光と使用次数とは非連続的である。この公報は、全く正規（使用次数光による）の結像と無関係な不要次数光をその波長特性の差に着目して低減するものである。そのため、良像を得るためには、不要次数光による像の強度を大幅に低減させる必要が生じる。この公報では、具体的には、４２０ｎｍでほとんど感度のない系を具体例として提案している。
【０００８】
しかしながら、４２０ｎｍは、人間の視覚において特に色の認知に対して影響を有しており、この波長域を低減するのは、色再現の観点からみると必要以上に短波長成分を低減させてしまうことになり、自然な色の再現を損なう可能性が高い。よって、この公報に示される技術では、不要次数光による影響を目立たなくするために、人間の視覚に影響を与える短波長域を大幅にカットしなければならないために、高水準での色再現性と、フレア除去との両立が難しいという問題点があった。
【０００９】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、簡易な構成で、幅広い自然の被写体に対して、色を含め良好な像の再現を可能とする光学系を提供することである。言い換えると、
イ）本発明の目的は、被写体の色を自然に再現するため、人間の視覚でほとんど考慮していない波長の再生像の色の決定への関与を低減若しくは削除することである。
【００１０】
ロ）本発明の別の目的は、人間の視覚でほとんど考慮していない波長による再生像の劣化を低減若しくはなくすことである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の撮像装置は、少なくとも撮像光学系とカラー画像を得るための３つ以上の異なる分光特性を有する電子撮像素子と該電子撮像素子からの出力を基に信号処理や画像処理を行うコントローラとを有する撮像装置において、
前記撮像光学系中の焦点距離の決定に関わる光学素子は、屈折現象のみを用いた光学素子から構成され、
同一物点から発し該撮像光学系に入射する入射光束の光量を入力光量とし、その入射光束に対応してコントローラから出力する信号の強さを出力信号強度とするとき、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで入力光量に対する出力信号強度の比が最も高い波長の入出力比に対して、波長４００ｎｍの入出力比が１０％以下であることを特徴とするものである。
【００１２】
第１の撮像装置の作用を説明する。撮像光学系中の焦点距離の決定に関わる光学素子が屈折現象のみを用いた光学素子から構成される点について、回折光学素子を焦点距離の決定に関わる光学素子として用いると、有効次数の色収差は良好に補正することができるが、人の視覚特性に近い波長域での撮影では、不要次数光による長波長側、短波長側に別の結像がなされ、総合的な激しい像の劣化が生じる。そこで、屈折素子のみを用い、回折光学素子を用いないので、簡易に構成できると共に、使用する波長域での像の性質をなだらかに変化させることができる（ただし、ローパスフィルター等、回折現象による複数の次数の光束を積極的に用いる光学素子を含むものは、この第１の撮像装置に含まれる。）。
【００１３】
また、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで入力光量に対する出力信号強度の比が最も高い波長の入出力比に対して、波長４００ｎｍの入出力比が１０％以下である点について、４００ｎｍ以下の比視感度に占めるウエイトは約０．０１％であり、また、ＣＩＥ１９６４ＸＹＺ表色系１０°視野の等色関数ｚの占めるウエイトは約０. ６％である。ＣＩＥ１９６４ＸＹＺ表色系１０°視野の等色関数ｘの占めるウエイトは約０. １％である。すなわち、この点の構成を満足しないと、特に４００ｎｍ以下の波長のエネルギーが他に比べ比較的高い場合、人が直接物体を見て感じる色と撮像装置を通じて再生された物体のを見て感じる色との間に乖離が発生し、不自然な色になる場合がある。より好ましくは、波長４００ｎｍの入出力比が５％以下であることが望ましく、さらに好ましくは、波長４００ｎｍの入出力比が２％以下であることが望ましい。なお、色と波長の関係、ＣＩＥ１９６４ＸＹＺ表色系１０°視野の等色関数は、例えば「色彩工学の基礎」池田光男、朝倉書店等を参照。
【００１４】
なお、第１の撮像装置で言う「カラー画像を得るための３つ以上の異なる分光特性を有する電子撮像素子」とは、像を形成することを目的とした画像素子であり、直接は画像を形成しないＡＥ（自動露出調節）やＡＦ（オートフォーカス）のための画像素子を指すものではない。当然、像を形成することを目的とした画像素子にＡＥやＡＦの機能が付加されたものは、この第１の撮像装置に含まれる。
【００１５】
本発明の第２の撮像装置は、第１の撮像装置において、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで入力光量に対する出力信号強度の比が最も高い波長の入出力比に対して、波長４２０ｎｍの入出力比が１０％以上であることを特徴とするものである。
【００１６】
第２の撮像装置の作用を説明する。波長４２０ｎｍ付近（４１５ｎｍから４２５ｎｍ）の比視感度に占めるウエイトは約１. ６％であり、また、ＣＩＥ１９６４ＸＹＺ表色系１０°視野の等色関数ｚの占めるウエイトは約１２％である。ＣＩＥ１９６４ＸＹＺ表色系１０°視野の等色関数ｘの占めるウエイトは約２. ６％である。比視感度における影響度は低いものの、色味を決定する要素としては十分影響を及ぼす波長域である。波長４２０ｎｍの入出力比が１０％を下回って少ないと、自然な色の再現ができない。より好ましくは、波長４２０ｎｍの入出力比が１５％以上であることが望ましく、さらに好ましくは、波長４２０ｎｍの入出力比が２０％以上であることが望ましい。
【００１７】
本発明の第３の撮像装置は、少なくとも撮像光学系とカラー画像を得るための３つ以上の異なる分光特性を有する電子撮像素子とを有する撮像装置において、前記撮像光学系中の焦点距離の決定に関わる光学素子は、屈折現象のみを用いた光学素子から構成され、
同一物点から発し該撮像光学系に入射する入射光束の光量を入力光量とし、その入射光束に対応して撮像素子から出力する信号の強さを出力信号強度とするとき、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで入力光量に対する出力信号強度の比が最も高い波長の入出力比に対して、波長４００ｎｍの入出力比が６％以下であることを特徴とするものである。
【００１８】
第３の撮像装置の作用を説明する。コントローラでは、撮像素子から出力される信号が弱いとき、ガンマー補正等で入出力比を変えることを行う場合がある。コントローラでの信号処理や画像処理は必要に応じてソフト的に変更することができる。この第３の撮像装置では、この変更されることを考慮し、撮影光学系から撮像素子までの出力において、色の再現性を良好にする構成としている。なお、より好ましくは、波長４００ｎｍの入出力比が３％以下であることが望ましく、さらに好ましくは、波長４００ｎｍの入出力比が１．２％以下であることが望ましい。
【００１９】
本発明の第４の撮像装置は、第３の撮像装置において、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで入力光量に対して出力信号強度の比が高い波長の入出力比に対して、波長４２０ｎｍの入出力比が６％以上であることを特徴とするものである。
【００２０】
この第４の撮像装置の作用は第２の撮像装置のと同じである。より好ましくは、波長４２０ｎｍの入出力比が９％以上であることが望ましく、さらに好ましくは、波長４２０ｎｍの入出力比が１２％以上であることが望ましい。
【００２１】
本発明の第５の撮像装置は、少なくとも撮像光学系とカラー画像を得るための３つ以上の異なる分光特性を有する電子撮像素子とを有する撮像装置において、
前記撮像光学系中の焦点距離の決定に関わる光学素子は、屈折現象のみを用いた光学素子から構成され、
該撮像光学系の入射部から該電子撮像素子の入射部までの分光透過率が、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで透過率が最も高い波長の透過率に対する４００ｎｍの波長の透過率の比が１５％以下であることを特徴とするものである。
【００２２】
第５の撮像装置の作用を説明する。撮像素子は、そのコストにおいて量産効果の大きい構成部材である。室内等４００ｎｍ付近の光束がほとんどない被写体を撮影する撮像装置や、ディスプレーやプリント時等に画面部位毎に色の補正を行うことを前提とする等色の再現性の自然さを余り要求しない撮像装置に搭載する撮像素子を共通の撮像素子として使うことは、コスト上、また、生産上好ましいことである。これら両用途の撮像装置では、色の再現性等より光量の確保の方が優先される。第５の撮像装置では、例えば太陽光線下等の短波長を多く含む光源下でこのような撮像素子を用いた場合であっても、撮像光学系の入射部から電子撮像素子の入射部までの分光透過率について、波長４００ｎｍの透過率を限定することにより、色再現性の良好な画像が得られる撮像装置を提供することが可能となる。なお、より好ましくは、波長４００ｎｍの透過率の比が８％以下であることが望ましく、さらに好ましくは、波長４００ｎｍの透過率の比が３％以下であることが望ましい。
【００２３】
本発明の第６の撮像装置は、第５の撮像装置において、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで透過率が最も高い波長の透過率に対する４２０ｎｍの波長の透過率の比が１５％以上であることを特徴とするものである。
【００２４】
この第６の撮像装置の作用は第２の撮像装置のと同じである。より好ましくは、４２０ｎｍの波長の透過率の比が２０％以上であることが望ましく、さらに好ましくは、４２０ｎｍの波長の透過率の比が２５％以上であることが望ましい。
【００２５】
本発明の第７の撮像装置は、第５又は第６の撮像装置において、カラー画像を得るための３つ以上の異なる分光特性を有する電子撮像素子の内、少なくとも一つの分光特性は、２つの高い感度を持つピーク波長を持ち、その２つのピーク波長の間に、２つのピーク波長の感度の双方に対して５０％以下の感度の波長を有することを特徴とするものである。
【００２６】
第７の撮像装置の作用を説明する。第７の撮像装置の撮像素子はいわゆる補色フィルターによるカラー対応撮像装置である。補色フィルターは原色フィルターに対して、光量を確保しやすいという利点があるが、２つの高い感度を持つピーク波長を有するフィルターを少なくとも１種類配置する必要がある。フィルターに求められるのは、ピークとピークの間の谷の底ができるだけ一定でかつ急激立ちあがりでピーク感度になるものである。これにさらに短波長側のピーク感度から４００ｎｍ付近の感度を落とすことは、フィルター構成上複雑になり、さらに４２０ｎｍの感度をある程度確保するとさらに複雑となり好ましくない。第７の撮像装置では、撮像素子に入射する前に４００ｎｍ又は４００ｎｍと４２０ｎｍの透過率を限定した撮像装置とすることにより、光量が確保しやすく汎用性のある撮像装置を提供するものである。
【００２７】
本発明の第８の撮像光学系は、カラー画像を得るための３つ以上の異なる分光特性を有する電子撮像素子を有する撮像装置に装着可能な撮像光学系において、前記撮像光学系中の焦点距離の決定に関わる光学素子は、屈折現象のみを用いた光学素子から構成され、
該撮像光学系の分光透過率が、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで透過率が最も高い波長の透過率に対する４００ｎｍの波長の透過率の比が１５％以下であることを特徴とするものである。
【００２８】
第８の撮像光学系の作用を説明する。このような撮像光学系を異なる撮像装置に装着しても、良い色再現を得ることができる。なお、より好ましくは、波長４００ｎｍの透過率の比が８％以下であることが望ましく、さらに好ましくは、波長４００ｎｍの透過率の比が３％以下であることが望ましい。
【００２９】
本発明の第９の撮像光学系は、第８の撮像光学系において、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで透過率が最も高い波長の透過率に対して、波長４２０ｎｍ透過率の比が１５％以上であることを特徴とするものである。
【００３０】
なお、より好ましくは、波長４２０ｎｍ透過率の比が２０％以上であることが望ましく、さらに好ましくは、波長４２０ｎｍ透過率の比が２５％以上であることが望ましい。
【００３１】
本発明の第１０の撮像装置は、カラー画像を得るための３つ以上の異なる分光特性を有する電子撮像素子と該電子撮像素子からの出力を基に信号処理や画像処理を行うコントローラと前記電子撮像素子に外界の像を導く撮像光学系を着脱可能にするマウント部とを有する撮像装置において、
入射光束の光量を入力光量とし、その入射光束に対応してコントローラから出力する信号の強さを出力信号強度とするとき、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで入力光量に対する出力信号強度の比が最も高い波長の入出力比に対して、波長４００ｎｍの入出力比が１０％以下とする波長域調整手段を有することを特徴とするものである。
【００３２】
第１０の撮像装置の作用を説明する。この第１０の撮像装置に異なる撮像光学系を装着しても、良い色再現を得ることができる。なお、より好ましくは、波長４００ｎｍの入出力比が５％以下であることが望ましく、さらに好ましくは、波長４００ｎｍの入出力比が２％以下であることが望ましい。
【００３３】
本発明の第１１の撮像装置は、その波長域調整手段により波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで入力光量に対する出力信号強度の比が最も高い波長の入出力比に対して、波長４２０ｎｍの入出力比が２０％以上としたことを特徴とするものである。
【００３４】
本発明の第１２の撮像装置は、第１０又は第１１の撮像装置において、波長域調整手段が、電子撮像素子とマウント部の間に配されたフィルターであることを特徴とするものである。
【００３５】
第１２の撮像装置の作用を説明する。撮像素子のモザイクフィルターや、撮像素子の入射面に他のフィルターを配することで、信号処理を複雑化させることなく色再現の良好な像を得ることができる。
【００３６】
本発明の第１３の撮像装置は、第１から第７の撮像装置の何れかにおいて、撮像光学系の有効画面の７０％で無限遠物点に合焦したときの波長４００ｎｍの子午断面での色収差が４画素以上であることを特徴とするものである。
【００３７】
第１３の撮像装置の作用を説明する。撮像光学系に用いる光学素子の屈折力は波長の変化と共に変化する。所謂ガラスやプラスチックの材質は、波長が短くなると屈折力が高くなる性質を持つ。すなわち、波長の変化によって結像性能が変化する。波長による屈折力の変化の急激さを示す指標としてアッべ数がある。アッべ数の異なる材質を正レンズ、負レンズにて配置し、波長の変化による結像性能の変化を低減することが行われている。顕微鏡等と異なり、一般的なデジタルカメラ等画角の比較的広い撮像装置においては、画面全体の結像性能を維持しつつ広い範囲の波長の変化による結像性能の変化を維持することは、撮像光学系の構成を複雑にし、また、高価で加工性の良くない材質を必要とし、また、製作精度の要求レベルが高くなることにつながる。
【００３８】
この第１３の撮像装置によれば、有効画面の７０％の範囲で無限遠物点に合焦したときの波長４００ｎｍの子午断面での色収差が４画素以上になるように光学系を構成することにより、画像形成にかかわる波長域の結像性能を高くする光学系を簡易な構成で提供できる。
【００３９】
ここで、子午断面での色収差が４画素とは、撮像装置で無限遠物点に合焦させた状態（つまり、オートフォーカス機構により略無限遠物点に対して合焦を行った状態、あるいは、マニアルフォーカスにて無限遠メモリに合わせて略無限遠物点に対して合焦を行った状態あるいは光軸上にある無限遠物点に対し光軸上でｄ線（５８７．６ｎｍ）のＰＳＦ（Point Spread Function ）強度のピークを最大にした状態）にて、特定波長におけるＰＳＦの強度の最大値に対しその最大値の１．６％以上となる範囲の子午断面上の寸法δを色収差と定義し、波長４００ｎｍにおけるその寸法δ（４００）が４画素以上となる構成にすることを意味する。
【００４０】
また、有効画面の７０％の範囲とは、撮像面の中心から最大有効像高までを１としたとき、撮像面中心から最大有効像高の０．７倍を半径とする円の内側を言う。
【００４１】
本発明の第１４の撮像装置は、第１３の撮像装置において、波長４３５ｎｍから６００ｎｍの色収差が、有効画面の７０％の範囲で３画素以内であることを特徴とするものである。
【００４２】
第１４の撮像装置の作用を説明する。この構成により、波長による結像性能変化が実用上問題ない撮像光学系が提供できる。なお、撮像光学系が撮像装置から着脱可能であっても、撮像光学系がその撮像装置に着けて使用することを前提とするものは本発明に含まれる。
【００４３】
また、上記構成に代えて、電子撮像素子の有効対角長をＤ、上記定義による有効画面の７０％の範囲での波長４００ｎｍでの色収差をδ（４００）、波長４２０ｎｍでの色収差をδ（４２０）と定義したとき、
δ（４００）／Ｄ＞２．０×１０-3
を満たすとよい。
【００４４】
さらに、
δ（４２０）／Ｄ＜１．５×１０-3
を満たすとよい。
【００４５】
また、色収差について、波長４００ｎｍと４２０ｎｍについて論じたが、波長４００ｎｍの色収差に代えてｈ線（４０４．７ｎｍ）の色収差、波長４２０ｎｍの色収差に代えてｇ線（４３５．８ｎｍ）の色収差に置き換えても同様の効果を得ることができる。
【００４６】
また、倍率の色収差に注目すると、ｄ線の中心ベストにて、ｄ線スポットのピークとｇ線スポットのピークの距離が電子撮像素子の有効な全画面にわたり７画素以下とするとよく、さらに、ｄ線とｈ線との距離が１０画素以上のところを含む構成とするとよい。
【００４７】
又は、先のｄ線とｈ線のピーク間の距離をΔｄｈ、ｄ線とｇ線のピーク間の距離をΔｄｇ、電子撮像素子の有効対角長をＤと定義したとき、画面の少なくとも一部で、
Δｄｈ／Ｄ＞６．０×１０-3
を満たすとよい。
【００４８】
さらに、全画面にわたり、
Δｄｇ／Ｄ＜４．５×１０-3
を満たすとよい。
【００４９】
なお、上記第１３の撮像装置、第１４の撮像装置等に記載の撮像光学系は以下のような光学素子の配置をすると好ましい。
【００５０】
本発明の第１５の撮像装置は、第１から第１４の撮像装置の何れかにおいて、撮像光学系は、開口絞りを有し、前記開口絞りより撮像素子側の光学系は全体に正の屈折力を持ち、さらに少なくとも１枚の負レンズを含むことを特徴とするものである。
【００５１】
第１５の撮像装置の作用を説明する。開口絞りより撮像素子側の光学系が全体に正の屈折力を持つ点は、撮像素子への入射光束の光電変換の効率を上げるための条件（テレセントリックに近づける）である。また、さらに少なくとも１枚の負レンズを含むことは、球面収差、軸上・倍率の色収差を補正するための条件である。この条件を満たすことにより、波長４００ｎｍの色収差は大きくなるが、必要な波長域の結像性能を良好にできる簡易な構成の撮像光学系が提供できる。
【００５２】
本発明の第１６の撮像装置は、第１５の撮像装置において、撮像光学系は、開口絞りと、それよりも撮像素子側の構成が、物体側から順に、正レンズ・負レンズと正レンズ群又は正レンズ・正レンズ・負レンズと正レンズ群であることを特徴とするものである。
【００５３】
第１６の撮像装置の作用を説明する。このような配置により、絞りより撮像素子側の全長を短くする作用がある。負レンズのパワーを大きくすることによりこの作用を高めることができるが、同時に波長４００ｎｍ付近の収差が大きくなる。
【００５４】
本発明の第１７の撮像装置は、第１５の撮像装置において、撮像光学系は、絞りより撮像素子側に、広角端から望遠端に変倍する際、像側から物体側に単調に移動しかつ負レンズをを含む群を有することを特徴とするものである。
【００５５】
第１７の撮像装置の作用を説明する。この構成は、全長短縮・ 変倍比・ 大口径比化に効果があることが知られている。この構成は、絞りよりも後ろの群も変倍に寄与している。また、負先行タイプでは絞りより後ろの群のみが変倍に寄与している。また、含まれる負レンズは像面湾曲等の収差の補正と色収差の補正の機能を有している。この負レンズは、基準波長の収差の補正のためにパワーや形状に制約を受け、適切なアッベ数の材質で構成することにより色収差を補正する。しかし、短波長に行く程屈折率の変化が大きくなるという特性のため、波長４００ｎｍの色収差まで補正することは困難である。
【００５６】
本発明の第１８の撮像装置は、第１７の撮像装置において、撮像光学系の移動群は絞りの直後に位置することを特徴とするものである。
【００５７】
第１８の撮像装置の作用を説明する。この構成にすることにより、さらに全長短縮・ 変倍比・ 大口径比化に効果があることが知られているが、この負レンズでは近軸光線高が高く、波長４００ｎｍ付近の色収差が大きくなりやすい。特にＦ値が明るいと色収差は大きくなり、第１８の撮像装置の効果は大きくなる。
【００５８】
本発明の第１９の撮像装置は、第１５から第１７の撮像装置の何れかにおいて、前記負レンズが以下の条件を満たすことを特徴とするものである。
【００５９】
（３） ０．２＜ SＲRN／Ｄ＜２
（４） １．７＜ｎRN＜１．９５
（５） ２０＜νRN＜３０
（６） ０．００４＜ΔθRN＜０．０５
ただし、 SＲRNは前記負レンズの小さい方の曲率半径の絶対値、Ｄは撮像素子の有効撮像面の対角長、ｎRNは前記負レンズの屈折率、νRNは前記負レンズのアッベ数、ΔθRNは硝材のθg-F とνd をプロットした内のガラスコード５１１６０５（（株）オハラの商品名ＮＳＬ７。θg-F の値は０．５４３６、νd の値は６０．４９）とガラスコード６２０３６３（（株）オハラの商品名ＰＢＭ２。θg-F の値は０．５８２８、νd の値は３６．２６）の間の直線上を基準にしたときの前記負レンズの硝材のθg-F 方向への変位量で、異常分散性を数値的に表したものである。
【００６０】
条件式（３）は、撮像光学系の必要なｆバックを確保するためのものである。上限の２を越えると、必要なｆバックが確保するのが困難になり、下限の０．２を越えると、（４）から（６）の条件式を満足しても、必要な波長における色収差が大きくなりすぎる。条件式（４）、（５）、（６）に規定される硝材を選択することにより、必要な波長における色収差を良好にコントロールすることができる。ただし、これらは部分分散比の異常さが大きいので、短波長になる程色収差が急速に出るようになり、波長４００ｎｍの色収差を補正するのは困難である。なお、この条件式（３）の左辺は、好ましくは０．３であることが望ましく、さらに好ましくは０．５であることがより望ましい。また、条件式（６）の左辺は、好ましくは０．００７であることが望ましく、さらに好ましくは０．０１であることがより望ましい。
【００６１】
本発明の第２０の撮像装置は、第１５から第１８の撮像装置の何れかにおいて、撮像光学系の最も物体側の屈折力を有する光学素子は正レンズであることを特徴とするものである。
【００６２】
このような構成にすることにより、全長を小さくできることが知られているが、この正レンズの色収差がこれより撮像素子側の光学系で拡大されることになる。波長４００ｎｍの色収差は例えば波長４３５ｎｍの色収差より大きく、この差が拡大されることになる。特に倍率の色収差への影響が大きい。
【００６３】
本発明の第２１の撮像装置は、第２０の撮像装置において、その正レンズと隣りのレンズとの空気間隔が変倍に際して変化することを特徴とするものである。
【００６４】
このように構成すると、ズーム時の群の移動量が少なくなり好ましい。
【００６５】
本発明の第２２の撮像装置は、第１５から第２１の撮像装置の何れかにおいて、撮像光学系が、物体側から順に、正の屈折力を有する第１群、負の屈折力を有する第２群、正の屈折力を有する第３群、正の屈折力を有する第４群を含む変倍系より構成されていることを特徴とするものである。
【００６６】
このように構成すると、ズーム時の群の移動量が少なくなり好ましい。また、全長を短くすることやＦ値を明るくすることが容易である。
【００６７】
本発明の第２３の撮像装置又は撮像光学系は、第１から第９、第１３、第１４の撮像装置又は撮像光学系の何れかにおいて、撮像光学系中に反射率が波長４００ｎｍで５０％以上、波長４２０ｎｍで１０％以下である反射面を有することを特徴とするものである。
【００６８】
第２３の撮像装置の作用を説明する。波長４２０ｎｍでは反射防止、波長４００ｎｍでは反射増加の作用を持つ反射面を配置することにより、クリアな画像を得ることができる。
【００６９】
本発明の第２４の撮像装置又は撮像光学系は、第２３の撮像装置又は撮像光学系において、その反射面は、少なくとも２つの異なる屈折率を有する複数の薄膜を積層させた面からなることを特徴とするものである。
【００７０】
第２４の撮像装置の作用を説明する。その反射面は光学素子面に多層膜を積層することにより構成することが望ましい。
【００７１】
本発明の第２５の撮像装置は、少なくとも撮像光学系とフィルタ又はプリズムとカラー画像を得るための３つ以上の異なる分光特性を有する電子撮像素子とを有する撮像装置において、
前記撮像光学系中の焦点距離の決定に関わる光学素子は、屈折現象のみを用いた光学素子から構成され、
少なくとも１枚のフィルター又はプリズムの透過率が、最大透過率波長の透過率に対して波長４００ｎｍで１０％以下であることを特徴とするものである。
【００７２】
第２５の撮像装置の作用を説明する。撮像装置では、赤外線カットフィルター、ローパスフィルター、光路分割プリズムを配置することが求められることが多い。このフィルター又はプリズムの材質を、透過率が、最大透過率に対して波長４００ｎｍで１０％以下にすることにより、新たな波長４００ｎｍの光束を制限する部材を追加する必要がなく、好ましい。なお、波長４２０ｎｍの透過率は最大透過率波長に対して４０％以上であることが望ましい。
【００７３】
本発明の第２６の撮像装置は、少なくとも撮像光学系と前記撮像光学系の光路中に設けられ、一方をファインダー系光路とし、他方を撮影系光路とすべく光路を分割する光路分割手段とカラー画像を得るための３つ以上の異なる分光特性を有する電子撮像素子とを有する撮像装置において、
前記撮像光学系中の焦点距離の決定に関わる光学素子は、屈折現象のみを用いた光学素子から構成され、
該光路分割手段での入射光束に対する電子撮像素子側への射出光束の割合が、使用波長域の最長波長の射出率に対する波長４００ｎｍの射出率が１未満であることを特徴とするものである。
【００７４】
第２６の撮像装置の作用を説明する。その量がファイダーを外して眺めても問題ない被写体からの入射光に対して、ファインダー系に波長４００ｎｍ以下の光束が多く入射しても、人間の視覚での色の認識や像の認識への影響は少ない。一方、撮像素子では、波長４００ｎｍの光束は、波長４３５ｎｍの光束と同様に扱われるので、色の認識への影響がある。すなわち、波長４００ｎｍの光束をよりファインダー系に分割する構成を許す第２６の撮像装置は好ましい。
【００７５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の撮像装置の発明の実施形態と実施例について図面を参照にして説明する。
【００７６】
図１は、所謂デジタルカメラ１０の構成図である。物点を発した光束は、屈折現象のみを用いた光学素子から構成される撮影レンズ系１で結像作用を受け、ＣＣＤ等の撮像素子３に像を形成する。このとき、撮像素子３が規則正しい光電変換素子の集まりであることから生じる所謂モワレ現象を防ぐため、ローパス効果を持つフィルター２を撮像面３より物体側に配置する。また、赤外光をカットするＩＲカットの効果を持つフィルターを配置することもある。撮像素子３に入射した光束は、その光電変換素子で電気信号となり、コントローラ４に入力される。コントローラ４でガンマー補正や画像圧縮処理等の信号処理がなされ、内蔵メモリー５やインターフェース７を介し、パソコン８等に出力される。また、コントローラ４から液晶モニター６へ通信され、撮影しようとする画像や撮像された画像を撮影者が確認するができるようにもできる。また、内蔵メモリー５から所謂スマートメディア（商標）等の補助メモリー９へ画像データを通信することができるようにもできる。このとき、撮影光学系１に入射する波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで入力光量に対して出力信号強度の比が高い波長の入出力比（入力光量に対する出力信号強度比）に対して、波長４００ｎｍの入出力比が１０％以下、より好ましくは５％以下、さらに好ましくは２％以下であるようにシステム構成している。
【００７７】
また、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで入力光量に対して出力信号強度の比が高い波長の入出力比（入力光量に対する出力信号強度比）に対して、波長４２０ｎｍの入出力比が１０％以上、より好ましくは１５％以上、さらに好ましくは２０％以上であるようにシステム構成してもよい。
【００７８】
ところで、カラー画像を得るには、３つ以上の異なる波長特性の光電変換素子を有するよう、撮像素子に図２や図３に示したようなフィルター配置のカラーフィルターを配置する。図２は、原色フィルターと呼ばれるタイプで、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のフィルターからなる。それぞれの波長特性を図４に示す。図３は、補色フィルターと呼ばれるタイプで、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙe ）のフィルターからなる。それぞれの波長特性を図５に示す。補色フィルターの場合、コントローラ４で、次のような処理を行い、
輝度信号
Ｙ＝｜Ｇ＋Ｍ＋Ｙe ＋Ｃ｜＊１／４
色信号
Ｒ−Ｙ＝｜（Ｍ＋Ｙe ）−（Ｇ＋Ｃ）｜
Ｂ−Ｙ＝｜（Ｍ＋Ｃ）−（Ｇ＋Ｙe ）｜
Ｒ，Ｇ，Ｂに変換される。原色フィルターは、色を再現するための処理が容易であり、補色フィルターは、光電変換面への光量を増やすことができる。
【００７９】
また、カラー画像を得るには、撮影レンズ系１の像側に色分解フィルターを配置し、３つ以上の撮像素子の上に像を形成するようにしてもよい。図６は、Ｒ，Ｇ，Ｂに分解した例である。すなわち、物点を発した光束は、屈折現象のみを用いた光学素子から構成される撮影レンズ系１で結像作用を受け、第１プリズム１１1 、第２プリズム１１2 、第３プリズム１１3 からなり、界面にダイクロイックミラーを施してなる色分解プリズム１１によりＲ，Ｇ，Ｂに分解され、色分解されたＲ，Ｇ，Ｂの結像光束はそれぞれＲ，Ｇ，Ｂ用撮像素子３R 、３G 、３B に像を形成する。
【００８０】
また、図７に示すように、図１と異なる形態として、撮像素子３より物体側で、ハーフミラープリズム１２で光束を分割し、その分割された光束をファインダー光学系１３に導く所謂ＴＴＬファインダー形式もある。このタイプは、電力の消費を少なくし、被写体を観察することができる特徴がある。ファインダー系と撮影系との光路分割手段１２での入射光束に対する撮像素子３側への射出光束の割合が、最大波長に対して、波長４００ｎｍで１未満であるように構成してもよい。なお、図７では、透過側に撮像素子３を、反射側にファインダー光学系１３を配置しているが、反射側に撮像素子、透過側にファインダー光学系を配置するようにしてもよい。
【００８１】
これらの実施の形態において、その入射光束の対応して撮像素子から出力する信号の強さを出力信号強度比とするとき、何れの画像形成を行う分光感度特性を持つ撮像素子においても、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで入力光量に対して出力信号強度の比が高い波長の入出力比（入力光量に対する出力信号強度比）に対して、波長４００ｎｍの入出力比が１０％以下、より好ましくは５％以下、さらに好ましくは２％以下であるように構成してもよい。
【００８２】
そのとき、カラーフィルターの特性を図８や図９のようにして実施してもよい。図９の場合、図５の特性のフィルターと図１０のような特性のフィルターを重ねることにより実現してもよい。これにより、マゼンタの特性を容易に実現することができる。
【００８３】
また、撮像レンズの透過率を図１１のように波長４２０ｎｍの感度を保ちながら波長４００ｎｍの感度を下げるようにしてしてもよい。また、このとき、図１２に示すように、透過率をコントロールするためのフィルター１４を撮像素子３より物体側に配置してもよいし、このフィルター１４の作用を他のフィルターに持たせてもよい。また、撮影レンズ系を構成するレンズ素子上に、図１３のような特性を持つ反射防止コートを配置してもよい。このコートは、ＭｇＦ2 とＳｉＯ2 等の材質を適宜重ねて蒸着することによって構成してもよい。
【００８４】
実施の別の形態として、図１４に示すように、撮影レンズ系１と撮像素子３を含む本体を着脱可能にしてもよい。マウント部１５としては、スクリュータイプやバヨネットタイプ等を用いる。また、このとき、撮影レンズ系１で波長４００ｎｍと４２０ｎｍの透過率をコントロールしてもよいし、撮像素子３を含む本体で波長４００ｎｍと４２０ｎｍの入射光に対する出力信号をコントロールしてもよい。例えば、撮影レンズ系１で波長４００ｎｍと４２０ｎｍの透過率をコントロールすることにより、前述のように撮像素子３の量産性を上げることができる。また、色の再現性より特に短波長側の光量を必要とする用途については、別の撮影レンズ系を用意することで対応できる。また、撮像素子３を含む本体で波長４００ｎｍと４２０ｎｍの入射光に対する出力信号をコントロールすることにより、従来通りの撮影レンズ系を装着しても、良い色再現や結像性能を得ることができる。
【００８５】
さて、次に以上のような本発明の実施の形態に適した光学系の実施例Ａ〜Ｆを示す。これらの実施例には、フィルターが含まれているものとないものがあるが、適宜必要に応じて配置してよい。
【００８６】
図１５〜図１７にそれぞれ実施例Ａ〜Ｃの光軸を含む断面図を示す。また、図１８〜図２０にそれぞれ実施例Ｄ〜Ｆの広角端での光軸を含む断面図を示す。実施例Ａ〜Ｃは固定焦点距離のレンズ系であり、実施例Ｄ〜Ｆは可変焦点距離のズームレンズ系である。図中、Ｆはフィルター、プリズム類、Ｉは像面を示す。実施例Ｂは、撮像光学系内に反射部材Ｒが配置され、カメラの薄型化に適しているが、この反射部材Ｒの反射特性を波長４２０ｎｍでは反射率を確保し、波長４００ｎｍでは反射率を落とすようにしてもよい。実施例Ｄは、所謂ＴＴＬファインダー形式や色分解プリズムを用いた３板式に適している。
【００８７】
以下、各実施例のレンズ構成を説明する。
【００８８】
実施例Ａは、図１５に示すように、物体側へ凸面を向けた正メニスカスレンズと、物体側へ凸面を向けた負メニスカスレンズと、絞りと、両凹レンズを両凸レンズの接合レンズと、両凸レンズの４群５枚構成である。また、非球面は、最も像面側の両凸レンズの物体側の面１面に用いている。
【００８９】
実施例Ｂは、図１６に示すように、物体側へ凸面を向けた負メニスカスレンズと、光路を折り曲げるための反射面Ｒと、絞りと、両凸レンズと、両凸レンズを両凹レンズの接合レンズと、像面側に強い凸面を向けた正レンズの４群５枚構成である。また、非球面は、絞りの後の両凸レンズに１面と、最も像面側の正レンズの１面の合計２面に用いている。
【００９０】
実施例Ｃは、図１７に示すように、物体側へ凸面を向けた２枚の負メニスカスレンズと、凸レンズと、絞りと、両凹レンズを両凸レンズの接合レンズと、両凸レンズの５群６枚構成である。また、非球面は、２番目の負メニスカスレンズの１面、最も像面側の両凸レンズの１面の合計２面に用いている。
【００９１】
実施例Ｄは、図１８に示すように、第１群Ｇ１は、物体側へ凸面を向けた負メニスカスレンズと物体側へ凸面を向けた正メニスカスレンズの接合レンズと、物体側へ凸面を向けた正メニスカスレンズとの３枚からなり、第２群Ｇ２は、物体側へ凸面を向けた負メニスカスレンズと、両凹レンズと、両凹レンズと物体側へ凸面を向けた正メニスカスレンズの接合レンズとの４枚からなり、その後に絞りＳが位置し、第３群Ｇ３は、物体側へ凸面を向けた正メニスカスレンズと、両凸レンズと、物体側へ凸面を向けた負メニスカスレンズとの３枚からなり、第４群Ｇ４は、像面側に凸面を向けた負メニスカスレンズと像面側に凸面を向けた正メニスカスレンズの接合レンズと、両凸レンズ２枚との４枚からなる。また、非球面は、第３群Ｇ３の両凸レンズの物体側の面と、第４群Ｇ４の最も像面側レンズに１面の合計２面に用いている。広角端から望遠端への変倍の際、図に矢印で示すように、第１群Ｇ１と絞りＳは固定で、第２群Ｇ２は物体側から像面側に移動し、第３群Ｇ３と第４群Ｇ４は像面側から物体側に移動する。
【００９２】
実施例Ｅは、図１９に示すように、第１群Ｇ１は、凸レンズ１枚からなり、第２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からなり、その後に絞りＳが位置し、第３群Ｇ３は、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の接合レンズからなり、第４群Ｇ４は、両凸レンズ１枚からなる。また、非球面は、第３群Ｇ３の最も物体側のレンズに１面と、第４群Ｇ４の最も物体側の面の２面に用いている。広角端から望遠端への変倍の際、図に矢印で示すように、第１群Ｇ１と絞りＳは固定で、第２群Ｇ２は物体側から像面側に移動し、第３群Ｇ３と第４群Ｇ４は相互の間隔を広げながら像面側から物体側に移動する。
【００９３】
実施例Ｆは、図２０に示すように、第１群Ｇ１は、物体側に凸面を向けた正レンズ１枚からなり、第２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、物体側に強い凸面を向けた正レンズからなり、その後に絞りＳが位置し、第３群Ｇ３は、両凸レンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなり、第４群Ｇ４は、像面側に強い凸面を向けた正レンズ１枚からなる。また、非球面は、第４群Ｇ４の物体側の面１面に用いている。広角端から望遠端への変倍の際、図に矢印で示すように、第１群Ｇ１と絞りＳは固定で、第２群Ｇ２は物体側から像面側に移動し、第３群Ｇ３と第４群Ｇ４は像面側から物体側に移動する。
【００９４】
以下に、上記各実施例の数値データを示すが、記号は上記の他、ｆは全系焦点距離、ＦNOはＦナンバー、２ωは画角、ｐは画素ピッチ、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、ｎd1、ｎd2…は各レンズのｄ線の屈折率、ｎg1、ｎg2…は各レンズのｇ線の屈折率、ｎh1、ｎh2…は各レンズのｈ線の屈折率、ΔθRN1 、ΔθRN2 …は各レンズのΔθRNの値、νd1、νd2…は各レンズのｄ線のアッベ数である。曲率半径、間隔の単位はｍｍ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を光軸と直行する方向にとると、下記の式にて表される。
【００９５】
ｘ＝（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。
以上の本発明の撮像装置及び撮像光学系は例えば次のように構成することができる。
【０１０２】
〔１〕 少なくとも撮像光学系とカラー画像を得るための３つ以上の異なる分光特性を有する電子撮像素子と該電子撮像素子からの出力を基に信号処理や画像処理を行うコントローラとを有する撮像装置において、
前記撮像光学系中の焦点距離の決定に関わる光学素子は、屈折現象のみを用いた光学素子から構成され、
同一物点から発し該撮像光学系に入射する入射光束の光量を入力光量とし、その入射光束に対応してコントローラから出力する信号の強さを出力信号強度とするとき、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで入力光量に対する出力信号強度の比が最も高い波長の入出力比に対して、波長４００ｎｍの入出力比が１０％以下であることを特徴とする撮像装置。
【０１０３】
〔２〕 波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで入力光量に対する出力信号強度の比が最も高い波長の入出力比に対して、波長４２０ｎｍの入出力比が１０％以上であることを特徴とする上記１記載の撮像装置。
【０１０４】
〔３〕 少なくとも撮像光学系とカラー画像を得るための３つ以上の異なる分光特性を有する電子撮像素子とを有する撮像装置において、
前記撮像光学系中の焦点距離の決定に関わる光学素子は、屈折現象のみを用いた光学素子から構成され、
同一物点から発し該撮像光学系に入射する入射光束の光量を入力光量とし、その入射光束に対応してコントローラから出力する信号の強さを出力信号強度とするとき、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで入力光量に対する出力信号強度の比が最も高い波長の入出力比に対して、波長４００ｎｍの入出力比が６％以下であることを特徴とする撮像装置。
【０１０５】
〔４〕 波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで入力光量に対して出力信号強度の比が高い波長の入出力比に対して、波長４２０ｎｍの入出力比が６％以上であることを特徴とする上記３記載の撮像装置。
【０１０６】
〔５〕 少なくとも撮像光学系とカラー画像を得るための３つ以上の異なる分光特性を有する電子撮像素子とを有する撮像装置において、
前記撮像光学系中の焦点距離の決定に関わる光学素子は、屈折現象のみを用いた光学素子から構成され、
該撮像光学系の入射部から該電子撮像素子の入射部までの分光透過率が、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで透過率が最も高い波長の透過率に対する４００ｎｍの波長の透過率の比が１５％以下であることを特徴とする撮像装置。
【０１０７】
〔６〕 波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで透過率が最も高い波長の透過率に対する４２０ｎｍの波長の透過率の比が１５％以上であることを特徴とする上記５記載の撮像装置。
【０１０８】
〔７〕 上記５又は６において、カラー画像を得るための３つ以上の異なる分光特性を有する電子撮像素子の内、少なくとも一つの分光特性は、２つの高い感度を持つピーク波長を持ち、その２つのピーク波長の間に、２つのピーク波長の感度の双方に対して５０％以下の感度の波長を有することを特徴とする撮像装置。
【０１０９】
〔８〕 カラー画像を得るための３つ以上の異なる分光特性を有する電子撮像素子を有する撮像装置に装着可能な撮像光学系において、
前記撮像光学系中の焦点距離の決定に関わる光学素子は、屈折現象のみを用いた光学素子から構成され、
該撮像光学系の分光透過率が、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで透過率が最も高い波長の透過率に対する４００ｎｍの波長の透過率の比が１５％以下であることを特徴とする撮像光学系。
【０１１０】
〔９〕 波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで透過率が最も高い波長の透過率に対して、波長４２０ｎｍ透過率の比が１５％以上であることを特徴とする上記８記載の撮像光学系。
【０１１１】
〔１０〕 カラー画像を得るための３つ以上の異なる分光特性を有する電子撮像素子と該電子撮像素子からの出力を基に信号処理や画像処理を行うコントローラと前記電子撮像素子に外界の像を導く撮像光学系を着脱可能にするマウント部とを有する撮像装置において、
入射光束の光量を入力光量とし、その入射光束に対応してコントローラから出力する信号の強さを出力信号強度とするとき、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで入力光量に対する出力信号強度の比が最も高い波長の入出力比に対して、波長４００ｎｍの入出力比が１０％以下とする波長域調整手段を有することを特徴とする撮像装置。
【０１１２】
〔１１〕 前記波長域調整手段により波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで入力光量に対する出力信号強度の比が最も高い波長の入出力比に対して、波長４２０ｎｍの入出力比が２０％以上としたことを特徴とする上記１０記載の撮像装置。
【０１１３】
〔１２〕 前記波長域調整手段が、前記電子撮像素子と前記マウント部の間に配されたフィルターであることを特徴とする上記１０又は１１記載の撮像装置。
【０１１４】
〔１３〕 該撮像光学系の有効画面の７０％で無限遠物点に合焦したときの波長４００ｎｍの子午断面での色収差が４画素以上であることを特徴とする上記１から７の何れか１項記載の撮像装置。
【０１１５】
〔１４〕 波長４３５ｎｍから６００ｎｍの色収差が、有効画面の７０％の範囲で３画素以内であることを特徴とする上記１３記載の撮像装置。
【０１１６】
〔１５〕 前記撮像光学系は、開口絞りを有し、前記開口絞りより撮像素子側の光学系は全体に正の屈折力を持ち、さらに少なくとも１枚の負レンズを含むことを特徴とする上記１から１４の何れか１項記載の撮像装置。
【０１１７】
〔１６〕 前記撮像光学系は、開口絞りと、それよりも撮像素子側の構成が、物体側から順に、正レンズ・負レンズと正レンズ群又は正レンズ・正レンズ・負レンズと正レンズ群であることを特徴とする上記１５記載の撮像装置。
【０１１８】
〔１７〕 前記撮像光学系は、絞りより撮像素子側に、広角端から望遠端に変倍する際、像側から物体側に単調に移動しかつ負レンズをを含む群を有することを特徴とする上記１５記載の撮像装置。
【０１１９】
〔１８〕 前記撮像光学系の移動群は絞りの直後に位置することを特徴とする上記１７記載の撮像装置。
【０１２０】
〔１９〕 前記負レンズが以下の条件を満たすことを特徴とする上記１５から１７の何れか１項記載の撮像装置。
【０１２１】
（３） ０．２＜ SＲRN／Ｄ＜２
（４） １．７＜ｎRN＜１．９５
（５） ２０＜νRN＜３０
（６） ０．００４＜ΔθRN＜０．０５
ただし、 SＲRNは前記負レンズの小さい方の曲率半径の絶対値、Ｄは撮像素子の有効撮像面の対角長、ｎRNは前記負レンズの屈折率、νRNは前記負レンズのアッベ数、ΔθRNは硝材のθg-F とνd をプロットした内のガラスコード５１１６０５（（株）オハラの商品名ＮＳＬ７。θg-F の値は０．５４３６、νd の値は６０．４９）とガラスコード６２０３６３（（株）オハラの商品名ＰＢＭ２。θg-F の値は０．５８２８、νd の値は３６．２６）の間の直線上を基準にしたときの前記負レンズの硝材のθg-F 方向への変位量で、異常分散性を数値的に表したものである。
【０１２２】
〔２０〕 前記撮像光学系の最も物体側の屈折力を有する光学素子は正レンズであることを特徴とする上記１５から１８の何れか１項記載の撮像装置。
【０１２３】
〔２１〕 前記正レンズと隣りのレンズとの空気間隔が変倍に際して変化することを特徴とする上記２０記載の撮像装置。
【０１２４】
〔２２〕 前記撮像光学系が、物体側から順に、正の屈折力を有する第１群、負の屈折力を有する第２群、正の屈折力を有する第３群、正の屈折力を有する第４群を含む変倍系より構成されていることを特徴とする上記１５から２１の何れか１項記載の撮像装置。
【０１２５】
〔２３〕 上記１から９、１３、１４の何れか１項において、撮像光学系中に反射率が波長４００ｎｍで５０％以上、波長４２０ｎｍで１０％以下である反射面を有することを特徴とする撮像装置又は撮像光学系。
【０１２６】
〔２４〕 上記２３において、前記反射面は、少なくとも２つの異なる屈折率を有する複数の薄膜を積層させた面からなることを特徴とする撮像装置又は撮像光学系。
【０１２７】
〔２５〕 少なくとも撮像光学系とフィルタ又はプリズムとカラー画像を得るための３つ以上の異なる分光特性を有する電子撮像素子とを有する撮像装置において、
前記撮像光学系中の焦点距離の決定に関わる光学素子は、屈折現象のみを用いた光学素子から構成され、
少なくとも１枚のフィルター又はプリズムの透過率が、最大透過率波長の透過率に対して波長４００ｎｍで１０％以下であることを特徴とする撮像装置。
【０１２８】
〔２６〕 少なくとも撮像光学系と前記撮像光学系の光路中に設けられ、一方をファインダー系光路とし、他方を撮影系光路とすべく光路を分割する光路分割手段とカラー画像を得るための３つ以上の異なる分光特性を有する電子撮像素子とを有する撮像装置において、
前記撮像光学系中の焦点距離の決定に関わる光学素子は、屈折現象のみを用いた光学素子から構成され、
該光路分割手段での入射光束に対する電子撮像素子側への射出光束の割合が、使用波長域の最長波長の射出率に対する波長４００ｎｍの射出率が１未満であることを特徴とする撮像装置。
【０１２９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によると、簡易な構成で、幅広い自然の被写体に対して、色を含め良好な像の再現を可能とする撮像装置及び撮像光学系を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施形態のデジタルカメラの構成図である。
【図２】原色フィルターのフィルター配置を示す図である。
【図３】補色フィルターのフィルター配置を示す図である。
【図４】図２の波長特性を示す図である。
【図５】図３の波長特性を示す図である。
【図６】本発明の別の実施形態のデジタルカメラの構成図である。
【図７】本発明のさらに別の実施形態のデジタルカメラの構成図である。
【図８】原色カラーフィルターの特性の１例を示す図である。
【図９】補色カラーフィルターの特性の１例を示す図である。
【図１０】図５の特性のフィルターと重ねることにより図９の特性を得るために用いるフィルターの特性を示す図である。
【図１１】撮像レンズの透過率特性を１例を示す図である。
【図１２】透過率をコントロールするためのフィルターを撮像素子より物体側に配置した実施形態の構成図である。
【図１３】反射防止コートの特性の１例を示す図である。
【図１４】本発明のもう１つ別の実施形態のデジタルカメラの構成図である。
【図１５】実施例Ａの光軸を含む断面図である。
【図１６】実施例Ｂの光軸を含む断面図である。
【図１７】実施例Ｃの光軸を含む断面図である。
【図１８】実施例Ｄの広角端での光軸を含む断面図である。
【図１９】実施例Ｅの広角端での光軸を含む断面図である。
【図２０】実施例Ｆの広角端での光軸を含む断面図である。
【図２１】５５０ｎｍの波長で屈折力が１となる単レンズの波長による屈折力の変化を示す図である。
【図２２】５００ｎｍを基準にしたときの一般的な屈折型光学素子のみからなる光学系の波長に対する後側焦点位置のずれ量を示す図である。
【符号の説明】
１…撮影レンズ系
２…ローパス効果を持つフィルター
３…撮像素子
３R …Ｒ用撮像素子
３G …Ｇ用撮像素子
３B …Ｂ用撮像素子
４…コントローラ
５…内蔵メモリー
６…液晶モニター
７…インターフェース
８…パソコン
９…補助メモリー
１０…デジタルカメラ
１１…色分解プリズム
１１1 …第１プリズム
１１2 …第２プリズム
１１2 …第３プリズム
１２…ハーフミラープリズム
１３…ファインダー光学系
１４…透過率をコントロールするフィルター
１５…マウント部
Ｇ１…第１群
Ｇ２…第２群
Ｇ３…第３群
Ｇ４…第４群
Ｓ…絞り
Ｆ…フィルター、プリズム類
Ｉ…像面
Ｒ…反射部材
Claims (1)
- 少なくとも撮像光学系とカラー画像を得るための３つ以上の異なる分光特性を有する電子撮像素子とを有する撮像装置において、
前記撮像光学系は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１群、負の屈折力を有する第２群、正の屈折力を有する第３群、正の屈折力を有する第４群を含む変倍系より構成されており、第１群は、物体側へ凸面を向けた負メニスカスレンズと物体側へ凸面を向けた正メニスカスレンズの接合レンズと、物体側へ凸面を向けた正メニスカスレンズとの３枚からなり、第２群は、物体側へ凸面を向けた負メニスカスレンズと、両凹レンズと、両凹レンズと物体側へ凸面を向けた正メニスカスレンズの接合レンズとの４枚からなり、その後に開口絞りが位置し、第３群は、物体側へ凸面を向けた正メニスカスレンズと、両凸レンズと、物体側へ凸面を向けた負メニスカスレンズとの３枚からなり、第４群は、像面側に凸面を向けた負メニスカスレンズと像面側に凸面を向けた正メニスカスレンズの接合レンズと、両凸レンズ２枚との４枚からなり、
前記撮像光学系中の焦点距離の決定に関わる光学素子は、屈折現象のみを用いた光学素子から構成され、
該撮像光学系の入射部から該電子撮像素子の入射部までの分光透過率が、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍで透過率が最も高い波長の透過率に対する４００ｎｍの波長の透過率の比が１５％以下であり、
前記撮像光学系の前記開口絞りより撮像素子側の光学系は全体に正の屈折力を持ち、その中の少なくとも１枚の負レンズが以下の条件を満たすことを特徴とする撮像装置。
（３） ０．２＜ SＲRN／Ｄ＜２
（４） １．７＜ｎRN＜１．９５
（５） ２０＜νRN＜３０
（６） ０．００４＜ΔθRN＜０．０５
ただし、 SＲRNは前記負レンズの小さい方の曲率半径の絶対値、Ｄは撮像素子の有効撮像面の対角長、ｎRNは前記負レンズの屈折率、νRNは前記負レンズのアッベ数、ΔθRNは硝材のθg-F とνd をプロットした内のθg-F の値が０．５４３６、νd の値が６０．４９である硝材とθg-F の値が０．５８２８、νd の値が３６．２６である硝材の間の直線上を基準にしたときの前記負レンズの硝材のθg-F 方向への変位量で、異常分散性を数値的に表したものである。
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