JP4323048B2

JP4323048B2 - 撮像装置

Info

Publication number: JP4323048B2
Application number: JP2000022759A
Authority: JP
Inventors: 圭一森; 猛伊東; 英明吉田
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2000-01-31
Filing date: 2000-01-31
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2020-01-31
Also published as: JP2001218106A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤ等の撮像素子を用いた撮像装置に係わり、特に撮像素子に入射する光の分光特性を調節するための反射型赤外カットフィルタを備えた撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＣＤ等の撮像素子には、一般にＲＧＢのうちのＲ領域の感度が高いという分光感度特性がある。そこで、撮像素子を用いた撮像装置においては、撮像素子の前段に赤外カットフィルタを配置している。
【０００３】
赤外カットフィルタとしては、色素を混入した色ガラスのように吸収型のものとコーディングによる分光反射を利用した反射型のものがある。吸収型のものは、吸湿性による特性劣化が生じやすく、厚さも大きくコストも高いことから、反射型のものが有望視されている。図１に、撮像素子１１と集光レンズ１２との間に反射型赤外カットフィルタ１３を挿入した例を示す。なお、図中の１４は撮像素子１１の受光面（撮像面）、１５は赤外カットフィルタ１３のフィルタ面である。
【０００４】
ところで、この種の反射型赤外カットフィルタを用いた撮像装置においては、例えば信号機等を撮像すると赤のゴーストが強く現れる現象がある。本発明者らは、赤のゴーストが現れる現象について考察したところ、次のような事実を見出した。即ち、反射型赤外カットフィルタの特性の一例は図２に示すように、４００〜６２０ｎｍ付近の波長を透過するが、６４０ｎｍを越える波長に対しては透過率が急峻に低くなっている。ここで、過度領域即ち６３０ｎｍ付近における透過特性（反射特性）は、急峻ではあるもののある程度の傾斜を持つ。つまり、この傾斜領域は極めて限られた領域であるが、ここでは赤外領域の光がかなり透過することになる。
【０００５】
このように、赤外領域の光は大部分は反射型赤外カットフィルタ１３でカットされるものの、一部は透過して撮像素子１１の受光面１４に入る。そして、撮像素子１１の受光面１４で反射した赤外領域の光は、反射型赤外カットフィルタ１３のフィルタ面１５により反射され再び受光面１４に入ることになり、これがゴースト像を発生する要因となる。この様子を図３に示す。ゴースト像を形成する被写体の各点像の散乱円の大きさδは、受光面１４とフィルタ面１５との距離をｄ、レンズ１２の開口値をＦとすると、
δ＝２ｄ／Ｆ
となる。
【０００６】
上記のゴーストの強度は、受光面１４の分光反射率を別にすれば、
Ｔ（λ）Ｒ（λ）＝Ｔ（λ）｛１−Ｔ（λ）｝
に比例するから、Ｔ≒０．５で最大となる。言い換えれば、過度領域外ではＴ（λ）とＲ（λ）の何れか一方がほぼ０となるのでゴーストは生じることがないが、過度領域即ちカットオフ周波数近傍では特に強いゴーストを生じる、という特徴的な現象が存在している。そして、赤外カットの目的が色調整（撮像分光感度特性の最適化）にある場合には、これに対応するカットオフ波長λ_c0が例えば６３０ｎｍ等、感度領域に入らざるを得ない。
【０００７】
なお、光の周波数（振動数）νと波長λは、当該媒質中の高速度Ｃを仲立ちにしてＣ＝λ・νの関係で１対１に対応するところから、本明細書記載においては慣用に基づき、文脈によりこれらを同一視して使用する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来、反射型赤外カットフィルタを用いた撮像装置においては、フィルタの目的から必然的にカットオフ周波数が撮像素子の有効感度領域にあるため、カットオフ周波数近傍の波長の光源に対して特徴的なゴースト像を生じる問題があった。
【０００９】
本発明は、上記事情を考慮して成されたもので、その目的とするところは、反射型赤外カットフィルタを用いてもカットオフ光によるゴースト発生を防止できる撮像装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
（構成）
上記課題を解決するために本発明は次のような構成を採用している。
【００１１】
即ち本発明は、撮像素子と、被写体像を前記撮像素子の撮像面に結像する撮像光学系と、前記撮像光学系と撮像素子との間にあって前記撮像面に対して傾けて介挿され、且つカットオフ周波数が前記撮像素子の有効感度領域にあり、前記撮像面に入射する光の分光特性を調節するための反射型赤外カットフィルタとを備えた撮像装置において、前記反射型赤外カットフィルタと前記撮像素子との傾け角θは、傾け方向に対する撮像面長さをｈ、フィルタ反射面と撮像面との距離をｄとしたとき、ｔａｎ２θ≧ｈ／ｄを満たすものであることを特徴とする。
【００１２】
ここで、本発明の望ましい実施態様としては次のものがあげられる。
【００１４】
(1) 反射型赤外カットフィルタと撮像素子との傾け角θは、４５度であること。
【００１５】
(2) 反射型赤外カットフィルタを、ファインダ用分岐可視ハーフミラーと兼用したこと。
【００１６】
(3) 反射型赤外カットフィルタを、一眼レフファインダでクイックリターンミラーの下の空きスペースに配置したこと。
【００１７】
（作用）
本発明によれば、反射型赤外カットフィルタを撮像光学系と撮像素子との間に介挿し、反射型赤外カットフィルタと撮像素子との傾け角θを、ｔａｎ２θ≧ｈ／ｄ（ｈは傾け方向に対する撮像面長さ、ｄはフィルタ反射面と撮像面との距離を）を満たすように設定することにより、撮像面で反射されフィルタで反射した光が再び撮像面に戻るのを確実に防止することができ、これによりカットオフ光によるゴースト発生を防止することが可能となる。
【００１８】
ここで、反射型赤外カットフィルタを、ファインダ用分岐可視ハーフミラーと兼用することにより、構成の簡略化をはかることが可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
【００２０】
（第１の実施形態）
図４は、本発明の第１の実施形態に係わる撮像装置の光学系構成を示す図である。図中の１１はＣＣＤ撮像素子、１２は撮像素子１１の受光面（撮像面）に被写体像を結像するためのレンズ、１３は撮像素子１１とレンズ１２との間に挿入された反射型赤外カットフィルタ（カットオフ波長６３０ｎｍ）を示している。また、１４は撮像素子の受光面（撮像面）、１５は反射型赤外カットフィルタ１３のフィルタ面を示している。
【００２１】
ここで、反射型赤外カットフィルタ１３は光軸に対して垂直（撮像面と平行）から僅かに傾けて配置されている。この傾きにより、反射型赤外カットフィルタ１３を透過し撮像素子１１の受光面で反射し、さらにフィルタ１３で反射した赤外光が撮像素子１１に再び入射するのを防止している。
【００２２】
図５は、反射型赤外カットフィルタ１３の傾きを如何にして設定するかを説明するための図である。ここでは、計算を簡単にするために、テレセントリック光学系を仮定し、また主光線について解析する。
【００２３】
反射型赤外カットフィルタ１３を透過し撮像素子１１の受光面１４で反射し、さらに反射型赤外カットフィルタ１３のフィルタ面１５で反射した光が再度受光面１４に入らないためには、受光面１４の最上部で反射しフィルタ面１５で再反射した光が受光面１４の最下部よりも下に進行すればよいことから、フィルタ面１５の傾きをθ、受光面１４の高さをｈ、フィルタ面１５から受光面１４までの距離をｄとしたとき、
ｄ・ｔａｎ２θ≧ｈ
を満たすようにθを定めればよい。θ＝４５度であればｄ及びｈの値に拘わらずこの条件を満たすことができるから、この場合を第１の実施形態の一つの好適実施例として挙げることができる。これに対して、この式が許す範囲でθをなるべく小さな値、例えばθ＝｛ｔａｎ^-1（ｈ／ｄ）｝／２とすれば、フィルタを傾けるために必要な光軸方向のスペースをより小さくすることができるから、これはまた第１の実施形態の他の一つの好適実施例である。
【００２４】
このように本実施形態によれば、撮像素子１１とレンズ１２との間に挿入された反射型赤外カットフィルタ１３を撮像素子１１の撮像面１４に対して傾けて配置することにより、撮像面１４で反射されフィルタ面１５で再反射した光が再び撮像面１４に戻るのを防止することができる。このため、反射型赤外カットフィルタ１３を用いてもカットオフ光によるゴースト発生を防止することができる。また、格別の構成を付加する必要はなく、反射型カットフィルタ１３を傾けるのみの簡易な構成で実現し得る利点がある。
【００２５】
（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２の実施形態に係わる撮像装置の光学系構成を示す図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
【００２６】
本実施形態では、反射型赤外カットフィルタ１３を４５度傾け、被写体側から来た光の一部をこのフィルタ１３で反射し光学ファインダに導いている。つまり、反射型赤外カットフィルタ１３を光学ファインダのためのハーフミラーとして用いている。
【００２７】
ここで、反射型赤外カットフィルタ１３の透過率特性を、図７に示すように、６２０ｎｍまでは７０％とし、それを越えると急激に小さくなるようにすれば、約７割の光は撮像素子１１の受光面１４側に入り、通常通りの撮像が可能であり、約３割の光はファインダ側に入り、被写体像を確認することができる。なおこの場合、ファインダから見た像は若干赤くなるが、被写体像の確認のためには殆ど問題とならない。
【００２８】
このように本実施形態によれば、先に説明した第１の実施形態と同様の効果が得られるのは勿論のこと、反射型赤外カットフィルタ１３を光学ファインダのためのハーフミラーとして用いることができ、これにより構成の簡略化をはかることができる。
【００２９】
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。反射型赤外カットフィルタのカットオフ波長は６３０ｎｍに限定されるものではなく、使用する撮像素子の特性に応じて適宜変更可能である。また、撮像素子はＣＣＤに限るものではなく、仕様に応じて適宜変更可能である。
【００３０】
また、図８に示すように、一眼レフファインダにおいてクイックリターンミラー３１を用いる場合、ミラー３１の下の空きスペースに、例えば４５度の板状部材の形で反射型赤外カットフィルタ１３を挿入すれば、フィルタを傾けるために光軸方向のスペースを新たに必要としないため極めて好適である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、撮像素子の受光面に入射する光の分光特性を調節するための反射型赤外カットフィルタを撮像光学系と撮像素子との間に介挿し、反射型赤外カットフィルタと撮像素子との傾け角θを、ｔａｎ２θ≧ｈ／ｄ（ｈは傾け方向に対する撮像面長さ、ｄはフィルタ反射面と撮像面との距離を）を満たすように設定することにより、受光面における反射光がフィルタで反射して再度受光面に入るのを確実に防止でき、反射型赤外カットフィルタを用いてもカットオフ光によるゴースト発生を無くすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】撮像素子と集光レンズとの間に反射型赤外カットフィルタを挿入した従来例を示す図。
【図２】反射型赤外カットフィルタの光学特性を示す図。
【図３】図１の構成においてゴースト像を発生する様子を示す図。
【図４】第１の実施形態に係わる撮像装置の光学系構成を示す図。
【図５】第１の実施形態において反射型赤外カットフィルタの傾きを如何にして設定するかを説明するための図。
【図６】第２の実施形態に係わる撮像装置の光学系構成を示す図。
【図７】第２の実施形態に用いた反射型赤外カットフィルタの光学特性を示す図。
【図８】本発明の変形例を示す図。
【符号の説明】
１１…ＣＣＤ撮像素子
１２…集光レンズ
１３，２３…反射型赤外カットフィルタ
１４…受光面（撮像面）
１５…フィルタ面
３１…クイックリターンミラー

Claims

撮像素子と、被写体像を前記撮像素子の撮像面に結像する撮像光学系と、前記撮像光学系と撮像素子との間にあって前記撮像面に対して傾けて介挿され、且つカットオフ周波数が前記撮像素子の有効感度領域にあり、前記撮像面に入射する光の分光特性を調節するための反射型赤外カットフィルタとを具備してなり、
前記反射型赤外カットフィルタと前記撮像素子との傾け角θは、傾け方向に対する撮像面長さをｈ、フィルタ反射面と撮像面との距離をｄとしたとき、
ｔａｎ２θ≧ｈ／ｄ
を満たすものであることを特徴とする撮像装置。
前記反射型赤外カットフィルタと前記撮像素子との傾け角θは、４５度であることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
前記反射型赤外カットフィルタを、ファインダ用分岐可視ハーフミラーと兼用したことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。