JP6824757B2 - Imaging device, its control method, and control program - Google Patents

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Description

本発明は、撮像装置、その制御方法、および制御プログラムに関し、特に、可視光および赤外光に感度を有する固体撮像素子を用いた撮像装置に関する。 The present invention relates to an image pickup device, a control method thereof, and a control program, and more particularly to an image pickup device using a solid-state image sensor having sensitivity to visible light and infrared light.

一般に、監視カメラなどの撮像装置では、夜間などの低照度時においても鮮明な被写体像を取得することが要求される。低照度時においても鮮明な被写体像を取得可能な撮像装置として、例えば、可視光のみでなく、赤外光に感度を有する固体撮像素子(以下単に撮像素子と呼ぶ)を用いるようにした撮像装置が知られている(特許文献1参照)。 In general, an imaging device such as a surveillance camera is required to acquire a clear subject image even in low illuminance such as at night. As an image pickup device capable of acquiring a clear subject image even in low illuminance, for example, an image pickup device in which a solid-state image sensor (hereinafter, simply referred to as an image sensor) having sensitivity to infrared light as well as visible light is used. Is known (see Patent Document 1).

さらに、撮像素子を用いた撮像装置において、折り返し成分に起因するモアレを抑制するため、撮像素子よりも光入射側に光学ローパスフィルタを配置した撮像装置が知られている。そして、特許文献1に記載の撮像装置においても、撮像素子よりも光入射側に光学ローパスフィルタを配置して、モアレを抑制した画像を得るようにしている。 Further, in an image pickup device using an image pickup device, an image pickup device in which an optical low-pass filter is arranged on the light incident side of the image pickup element is known in order to suppress moire caused by a folded component. Further, also in the image pickup apparatus described in Patent Document 1, an optical low-pass filter is arranged on the light incident side of the image pickup device so as to obtain an image in which moire is suppressed.

特開2005−99208号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-999208

ところで、特許文献1に記載の撮像装置では、可視光による撮影画像を取得する撮影モードと赤外光による撮影画像を取得する撮影モードとの双方において、同一の光学ローパスフィルタを挿入して画像を得ている。 By the way, in the imaging apparatus described in Patent Document 1, the same optical low-pass filter is inserted in both the photographing mode for acquiring an image photographed by visible light and the photographing mode for acquiring an image photographed by infrared light. It has gained.

ところが、撮影モードに拘わらず同一の光学ローパスフィルタを用いた場合には、結像光学系および撮像素子によっては、全ての撮影モードにおいて品質の高い画像を得ることが困難となる。 However, when the same optical low-pass filter is used regardless of the shooting mode, it is difficult to obtain a high-quality image in all shooting modes depending on the imaging optical system and the image sensor.

従って、本発明の目的は、全ての撮影モードにおいて品質の高い画像を得ることのできる撮像装置、その制御方法、および制御プログラムを提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide an image pickup apparatus capable of obtaining a high-quality image in all shooting modes, a control method thereof, and a control program.

上記の目的を達成するため、本発明による撮像装置は、結像光学系を介して光学像が結像され、前記光学像に応じた画像信号を出力する撮像素子と、前記結像光学系と前記撮像素子との間に配置された光学フィルタユニットとを備える撮像装置であって、前記光学フィルタユニットは、前記結像光学系の側から順に配置された第1の複屈折部材、赤外カットフィルタ、第1の位相部材、および第2の複屈折部材を有し、可視光によって前記画像信号を得る第1の撮影モードにおいて前記赤外カットフィルタおよび前記第1の位相部材を前記結像光学系の光路に挿入し、可視光および赤外光によって前記画像信号を得る第2の撮影モードにおいて前記赤外カットフィルタおよび前記第1の位相部材を前記結像光学系の光路から抜去する駆動手段を制御する制御手段を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the imaging device according to the present invention includes an imaging element in which an optical image is formed via an imaging optical system and an image signal corresponding to the optical image is output, and the imaging optical system. An image pickup apparatus including an optical filter unit arranged between the image pickup element, wherein the optical filter unit is a first compound refraction member arranged in order from the side of the imaging optical system, an infrared cut. The infrared cut filter and the first phase member are imaged with the imaging optics in a first imaging mode having a filter, a first phase member, and a second double refraction member to obtain the image signal by visible light. A driving means for removing the infrared cut filter and the first phase member from the optical path of the imaging optical system in a second photographing mode in which the image signal is obtained by visible light and infrared light by inserting into the optical path of the system. It is characterized by having a control means for controlling the above.

本発明によれば、可視光によって撮影を取得する撮影モードおよび赤外光によって画像を取得する撮影モードなど全ての撮影モードにおいて、品質の高い画像を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a high-quality image in all shooting modes such as a shooting mode in which shooting is acquired by visible light and a shooting mode in which an image is acquired by infrared light.

本発明の実施の形態による撮像装置の一例についてその構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure about the example of the image pickup apparatus by embodiment of this invention. 図1に示す光学フィルタユニットの構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the optical filter unit shown in FIG. 図2に示す光学フィルタユニットにおいて第2の撮影モードにおける光学ローパスフィルタの作用を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the operation of the optical low-pass filter in the 2nd shooting mode in the optical filter unit shown in FIG. 図2に示す光学フィルタユニットから出射された光の点像強度分布を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the point image intensity distribution of the light emitted from the optical filter unit shown in FIG. 図2に示す光学フィルタユニットにおいて位相差を0度から360度まで変化させた場合の点像強度分布を示す図である。It is a figure which shows the point image intensity distribution when the phase difference is changed from 0 degree to 360 degree in the optical filter unit shown in FIG. 図1に示す撮像素子におけるサンプリング位置を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the sampling position in the image sensor shown in FIG. 図1に示す撮像素子におけるサンプリング位置の他の例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating another example of a sampling position in the image sensor shown in FIG. 本発明の実施の形態による撮像装置の他の例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating another example of the image pickup apparatus according to embodiment of this invention.

以下に、本発明の実施の形態による撮像装置の一例について図面を参照して説明する。 An example of the image pickup apparatus according to the embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

<撮像装置>
図1は、本発明の実施の形態による撮像装置の一例についてその構成を示すブロック図である。
<Imaging device>
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an example of an image pickup apparatus according to an embodiment of the present invention.

図示の撮像装置100は、例えば、監視カメラであり、結像光学系101、固体撮像素子(以下単に撮像素子と呼ぶ)102、制御部103、および光学フィルタユニット104を有している。撮像素子102には結像光学系101を介して光学像が結像され、撮像素子102は光学像に応じた画像信号を出力する。なお、光学フィルタユニット104は撮像素子102よりも光入射側に配置されている。 The illustrated image pickup device 100 is, for example, a surveillance camera, and includes an imaging optical system 101, a solid-state imaging device (hereinafter, simply referred to as an imaging element) 102, a control unit 103, and an optical filter unit 104. An optical image is formed on the image pickup device 102 via the imaging optical system 101, and the image pickup device 102 outputs an image signal corresponding to the optical image. The optical filter unit 104 is arranged on the light incident side of the image sensor 102.

撮像素子102は、可視光および赤外光の双方に感度を有するSi、InGaAs、又は有機半導体などで形成されている。撮像装置100は、可視光によって撮影画像を取得する第1の撮影モードと、可視光および赤外光によって撮影画像を取得する第2の撮影モードを備えている。 The image pickup device 102 is made of Si, InGaAs, an organic semiconductor, or the like having sensitivity to both visible light and infrared light. The image pickup apparatus 100 includes a first shooting mode in which a captured image is acquired by visible light and a second photographing mode in which a captured image is acquired by visible light and infrared light.

制御部103は撮像素子102の駆動および撮像素子102からの信号読み出し、そして、撮像素子102の出力に応じて画像(撮影画像)の生成を行うとともに、光学フィルタ104の動作を制御する。 The control unit 103 drives the image sensor 102, reads out a signal from the image sensor 102, generates an image (photographed image) according to the output of the image sensor 102, and controls the operation of the optical filter 104.

<光学フィルタユニット>
図2は、図1に示す光学フィルタユニットの構成を説明するための図である。そして、図2(a)は光学フィルタユニットの構成を示す図であり、図2(b)は図2(a)に示す第1の位相部材の光学軸を示す図である。また、図2(c)は図2(a)に示す第2の位相部材の光学軸を示す図である。
<Optical filter unit>
FIG. 2 is a diagram for explaining the configuration of the optical filter unit shown in FIG. 2 (a) is a diagram showing the configuration of the optical filter unit, and FIG. 2 (b) is a diagram showing the optical axis of the first phase member shown in FIG. 2 (a). Further, FIG. 2 (c) is a diagram showing an optical axis of the second phase member shown in FIG. 2 (a).

光学フィルタユニット104は、結像光学系101の側(−Z側)から順に第1の複屈折部材105、第1の部材106、第2の位相部材107、および第2の複屈折部材108を有している。さらに、光学フィルタユニット104は駆動機構109を備え、駆動機構109は制御部103の制御下で第1の部材106をY軸に沿って挿抜する。 The optical filter unit 104 includes the first birefringence member 105, the first member 106, the second phase member 107, and the second birefringence member 108 in order from the side (−Z side) of the imaging optical system 101. Have. Further, the optical filter unit 104 includes a drive mechanism 109, and the drive mechanism 109 inserts and removes the first member 106 along the Y axis under the control of the control unit 103.

第1の複屈折部材105の光学軸は、ZX平面内において+Z方向から+X方向に向かって45度回転した方向であり、第2の複屈折部材108の光学軸は、ZX平面内において+Z方向から−X方向に向かって45度回転した方向である。 The optic axis of the first birefringence member 105 is a direction rotated by 45 degrees from the + Z direction to the + X direction in the ZX plane, and the optic axis of the second birefringence member 108 is in the + Z direction in the ZX plane. It is a direction rotated by 45 degrees in the direction of −X.

図2(a)に示すように、第1の部材106は、赤外カットフィルタ110および第1の位相部材111を備え、これら赤外カットフィルタ110および第1の位相部材111は互いに貼り合わされている。そして、第1の撮影モード(可視光撮影モードともいう)においては、駆動機構109によって第1の部材106は結像光学系101の光路に挿入される。一方、第2の撮影モード(赤外光撮影モードともいう)においては、駆動機構109によって第1の部材106は結像光学系101の光路から抜去される。 As shown in FIG. 2A, the first member 106 includes an infrared cut filter 110 and a first phase member 111, and the infrared cut filter 110 and the first phase member 111 are bonded to each other. There is. Then, in the first photographing mode (also referred to as a visible light photographing mode), the first member 106 is inserted into the optical path of the imaging optical system 101 by the drive mechanism 109. On the other hand, in the second photographing mode (also referred to as an infrared light photographing mode), the first member 106 is removed from the optical path of the imaging optical system 101 by the driving mechanism 109.

図2(b)および図2(c)に示すように、第1の位相部材111および第2の位相部材107の光学軸はともにXY平面内において+X方向から+Y方向に向かって45度回転した方向である。また、赤外カットフィルタ110は、可視光を選択的に透過し赤外光を選択的に吸収する樹脂などで成形されている。 As shown in FIGS. 2B and 2C, the optical axes of the first phase member 111 and the second phase member 107 are both rotated 45 degrees from the + X direction to the + Y direction in the XY plane. The direction. Further, the infrared cut filter 110 is formed of a resin or the like that selectively transmits visible light and selectively absorbs infrared light.

上述の構成によって、第1の撮影モードでは、第1の複屈折部材105、第1の位相部材111、第2の位相部材107、および第2の複屈折部材108によって光学ローパスフィルタが形成される。一方、第2の撮影モードでは、第1の複屈折部材105、第2の位相部材107、および第2の複屈折部材108によって光学ローパスフィルタが形成される。 With the above configuration, in the first imaging mode, the optical low-pass filter is formed by the first birefringent member 105, the first phase member 111, the second phase member 107, and the second birefringent member 108. .. On the other hand, in the second photographing mode, the optical low-pass filter is formed by the first birefringent member 105, the second phase member 107, and the second birefringent member 108.

ところで、光学ローパスフィルタの特性は、複屈折部材に挟まれた位相部材によって付加される位相差によって決定される。よって、光学ローパスフィルタの特性を第1の撮影モードおよび第2の撮影モードで変えることができる。その結果、後述するように、撮影モードに拘わらず品質の高い画像が取得することができる。 By the way, the characteristics of the optical low-pass filter are determined by the phase difference added by the phase member sandwiched between the birefringent members. Therefore, the characteristics of the optical low-pass filter can be changed between the first shooting mode and the second shooting mode. As a result, as will be described later, a high quality image can be acquired regardless of the shooting mode.

<第2の撮影モードにおける位相差と光学ローパスフィルタの特性>
図3は、図2に示す光学フィルタユニットにおいて第2の撮影モードにおける光学ローパスフィルタの作用を説明するための図である。そして、図3(a)は第2の位相部材による位相差が180度の場合の作用を示す図であり、図3(b)は第2の位相部材による位相差が90度の場合の作用を示す図である。また、図3(c)は第2の位相部材による位相差が0度の場合の作用を示す図である。
<Phase difference and optical low-pass filter characteristics in the second shooting mode>
FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the optical low-pass filter in the second photographing mode in the optical filter unit shown in FIG. FIG. 3A is a diagram showing the action when the phase difference due to the second phase member is 180 degrees, and FIG. 3B is a diagram showing the action when the phase difference due to the second phase member is 90 degrees. It is a figure which shows. Further, FIG. 3C is a diagram showing the operation when the phase difference due to the second phase member is 0 degrees.

なお、図3においては、第1の複屈折部材105および第2の複屈折部材108について、その材料(ここでは複屈折性の大きさ)および厚みが互いに等しいものとする。 In FIG. 3, the materials (here, the magnitude of birefringence) and the thickness of the first birefringent member 105 and the second birefringent member 108 are assumed to be equal to each other.

いま、自然光L1が第1の複屈折部材105に入射すると、第1の複屈折部材105の複屈折性によって、自然光L1は次のように2つの偏光成分に分離される。第1の複屈折部材105の光学軸に垂直な方向(Y軸方向)に電場が振動する光(以下Y偏光と呼ぶ)は、第1の複屈折部材105を直進する。一方、Y偏光とは垂直な方向(X軸方向)に電場が振動する光(以下X偏光と呼ぶ)は、複屈折の影響を受けて斜めに進み、第1の複屈折部材105の裏面から出射される。 Now, when the natural light L1 is incident on the first birefringent member 105, the natural light L1 is separated into two polarizing components by the birefringence of the first birefringent member 105 as follows. Light whose electric field vibrates in a direction perpendicular to the optical axis of the first birefringent member 105 (Y-axis direction) (hereinafter referred to as Y polarized light) travels straight through the first birefringent member 105. On the other hand, light whose electric field oscillates in a direction perpendicular to Y-polarized light (X-axis direction) (hereinafter referred to as X-polarized light) travels diagonally under the influence of birefringence, and from the back surface of the first birefringence member 105 It is emitted.

Y偏光とX偏光との間の分離幅d1は複屈折性の大きさと複屈折部材の厚みとによって決定される。つまり、第1の複屈折部材105は、自然光L1を分離幅d1で、Y偏光の透過光Lp2とX偏光の透過光Ls2とに分離する。 The separation width d1 between Y-polarized light and X-polarized light is determined by the magnitude of birefringence and the thickness of the birefringent member. That is, the first birefringent member 105 separates the natural light L1 into the Y-polarized transmitted light Lp2 and the X-polarized transmitted light Ls2 with a separation width d1.

第1の複屈折部材105から出射された光は第2の位相部材107に入射する。この際、第2の位相部材107による位相差に応じて偏光成分が変化する。図3(a)に示すように位相差が180度の場合には、Y偏光の光Lp2がX偏光に変化してLps3となり、X偏光の光Ls2はY偏光に変化してLsp3となって第1の位相部材107から出射される。 The light emitted from the first birefringent member 105 is incident on the second phase member 107. At this time, the polarization component changes according to the phase difference due to the second phase member 107. As shown in FIG. 3A, when the phase difference is 180 degrees, the Y-polarized light Lp2 changes to X-polarized light to become Lps3, and the X-polarized light Ls2 changes to Y-polarized light to become Lsp3. It is emitted from the first phase member 107.

図3(b)に示すように、第2の位相部材107の位相差が90度の場合には、Y偏光の光Lp2およびX偏光の光Ls2はともに円偏光に変化する(ここでは、それぞれLpr3およびLsr3と呼ぶ)。図3(c)に示すように、第2の位相部材107の位相差が0度の場合には、Y偏光の光Lp2はY偏光のまま(Lpp3)であり、X偏光の光Ls2はX偏光のまま(Lss3)である。 As shown in FIG. 3B, when the phase difference of the second phase member 107 is 90 degrees, both the Y-polarized light Lp2 and the X-polarized light Ls2 change to circularly polarized light (here, respectively). Lpr3 and Lsr3). As shown in FIG. 3C, when the phase difference of the second phase member 107 is 0 degrees, the Y-polarized light Lp2 remains Y-polarized (Lpp3), and the X-polarized light Ls2 is X. It remains polarized (Lss3).

第2の位相部材107から出射された光は、第2の複屈折部材108の複屈折性によって偏光毎に異なる方向に伝搬する。第1の複屈折部材105と同様に、Y偏光の光は第2の複屈折部材108を直進し、X偏光の光は第2の複屈折部材108を斜めに進み、裏面から出射される。 The light emitted from the second phase member 107 propagates in different directions for each polarized light due to the birefringence of the second birefringent member 108. Similar to the first birefringent member 105, the Y-polarized light travels straight through the second birefringent member 108, and the X-polarized light travels diagonally through the second birefringent member 108 and is emitted from the back surface.

図3(a)に示す例の場合、第2の複屈折部材108は、分離幅d1で入射した光Lps3およびLsp3を、さらに分離幅d1で分離して、Y偏光の光Lpss4およびX偏光の光Lspp4として出射する。つまり、光Lps3およびLsp3の間隔はd1の2倍となる。 In the case of the example shown in FIG. 3A, the second birefringent member 108 further separates the light Lps3 and Lsp3 incident on the separation width d1 by the separation width d1 to obtain the Y-polarized light Lpss4 and the X-polarized light. It is emitted as light Lsp4. That is, the interval between the optical Lps3 and Lsp3 is twice that of d1.

図3(b)に示す例の場合、第2の複屈折部材108は、光Lpr3を分離幅d1でY偏光の光Lprp4およびX偏光の光Lprs4に分離し、光Lsr3を分離幅d1でY偏光の光Lsrp4およびX偏光の光Lsrs4に分離して出射する。つまり、光Lprs4およびLsrp4の間隔はd1の2倍となり、その中間に光Lprp4およびLsrs4が重なって出射される。 In the case of the example shown in FIG. 3B, the second compound refraction member 108 separates the light Lpr3 into Y-polarized light Lprp4 and X-polarized light Lprs4 with a separation width d1, and Y with the light Lsr3 at a separation width d1. The polarized light Lsrp4 and the X-polarized light Lsrs4 are separated and emitted. That is, the interval between the optical Lprs4 and the Lsrp4 is twice that of d1, and the optical Lprs4 and the Lsrs4 are emitted overlapping in the middle.

図3(c)に示す例の場合、第2の複屈折部材108は、分離幅d1で入射した光Lpp3およびLpp3を重なった光Lppp4およびLsss4として出射する。 In the case of the example shown in FIG. 3C, the second birefringent member 108 emits the incident light Lpp3 and Lpp3 having the separation width d1 as the overlapping light Lppp4 and Lsss4.

<点像強度分布>
図4は、図2に示す光学フィルタユニットから出射された光の点像強度分布を説明するための図である。そして、図4(a)、図4(b)、および図4(c)はそれぞれ図3(a)、図3(b)、および図3(c)に示す状態である場合の点像強度分布の一例を示す図である。また、図4(d)は第1の複屈折部材および第2の複屈折部材の分離幅が異なる場合の点像強度分布の一例を示す図である。
<Point image intensity distribution>
FIG. 4 is a diagram for explaining a point image intensity distribution of light emitted from the optical filter unit shown in FIG. Then, FIGS. 4 (a), 4 (b), and 4 (c) are point image intensities in the states shown in FIGS. 3 (a), 3 (b), and 3 (c), respectively. It is a figure which shows an example of a distribution. Further, FIG. 4D is a diagram showing an example of a point image intensity distribution when the separation widths of the first birefringent member and the second birefringence member are different.

第2の位相部材107による位相差が180度の場合には、図4(a)に示すように、光Lpss4およびLspp4によって点像強度分布に2つのピークp2およびp3が生じる。 When the phase difference due to the second phase member 107 is 180 degrees, as shown in FIG. 4A, the light Lpss4 and Lspp4 cause two peaks p2 and p3 in the point image intensity distribution.

第2の位相部材107による位相差が90度の場合には、図4(b)に示すように、点像強度分布には光Lprs4によるピークp2とLsrp4によるピークp3とが生じる。さらに、点像強度分布には、重なって射出された光Lprp4およびLsrs4によるピークp1が生じる。つまり、点像強度分布には3つのピークが生じる。 When the phase difference due to the second phase member 107 is 90 degrees, as shown in FIG. 4B, a peak p2 due to optical Lprs4 and a peak p3 due to Lsrp4 occur in the point image intensity distribution. Further, in the point image intensity distribution, a peak p1 due to the overlappingly emitted light Lprp4 and Lsrs4 occurs. That is, three peaks occur in the point image intensity distribution.

第2の位相部材107による位相差が0度の場合には、図4(c)に示すように、重なって射出された光Lppp4およびLsss4によって点像強度分布に1つのピークp1が生じる。 When the phase difference due to the second phase member 107 is 0 degrees, as shown in FIG. 4C, one peak p1 is generated in the point image intensity distribution due to the overlappingly emitted light Lpppp4 and Lsss4.

このように、第2の位相部材107によって与えられる位相差によって、透過光による点像強度分布を変化させることができる。 In this way, the point image intensity distribution due to the transmitted light can be changed by the phase difference given by the second phase member 107.

一般に、点像強度分布の拡がりが大きい程、光ローパスフィルタのカットオフ周波数は小さく、点像強度分布の拡がりが小さい程、光ローパスカットフィルタのカットオフ周波数は大きい。 In general, the larger the spread of the point image intensity distribution, the smaller the cutoff frequency of the optical low-pass filter, and the smaller the spread of the point image intensity distribution, the larger the cutoff frequency of the optical low-pass cut filter.

なお、ここで、点像強度分布の拡がりとは、結像光学系101とローパスフィルタとを合わせた系における点像強度分布の拡がりをいう。つまり、図4(a)および図4(b)に示すように、入射した光が複数に分割されて出射される場合には、分割して出射された複数の光によって形成された点像全体の拡がりをいう。 Here, the expansion of the point image intensity distribution means the expansion of the point image intensity distribution in the system in which the imaging optical system 101 and the low-pass filter are combined. That is, as shown in FIGS. 4A and 4B, when the incident light is divided into a plurality of emitted light, the entire point image formed by the plurality of dividedly emitted light is emitted. The spread of.

従って、図4(a)に示すように、位相差が180度の場合が最もカットオフ周波数が小さく、図4(c)に示すように、位相差が0度の場合が最もカットオフ周波数が大きい。図4(b)に示すピークp2およびp3の間隔は、図4(a)に示すピークp2およびp3の間隔と等しい。一方、図4(a)においては、ピークp2およびp3の間に、ピークp2およびp3の倍の強度のピークp1が存在する。このため、位相差が90度の場合の方が位相差が180度の場合よりもカットオフ周波数が大きい。 Therefore, as shown in FIG. 4 (a), the cutoff frequency is the smallest when the phase difference is 180 degrees, and as shown in FIG. 4 (c), the cutoff frequency is the smallest when the phase difference is 0 degrees. large. The spacing between peaks p2 and p3 shown in FIG. 4B is equal to the spacing between peaks p2 and p3 shown in FIG. 4A. On the other hand, in FIG. 4A, a peak p1 having twice the intensity of the peaks p2 and p3 exists between the peaks p2 and p3. Therefore, the cutoff frequency is larger when the phase difference is 90 degrees than when the phase difference is 180 degrees.

<中間の位相時について>
上述の説明では、位相差が180度、90度、および0度の場合について説明したが、他の位相差を与えた場合においても、光学ローパスフィルタの特性を変化させることができる。
<About intermediate phase time>
In the above description, the cases where the phase difference is 180 degrees, 90 degrees, and 0 degrees have been described, but the characteristics of the optical low-pass filter can be changed even when other phase differences are given.

図5は、図2に示す光学フィルタユニットにおいて位相差を0度から360度まで変化させた場合の点像強度分布を示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing a point image intensity distribution when the phase difference is changed from 0 degree to 360 degrees in the optical filter unit shown in FIG.

図5から容易に理解できるように、第2の位相部材107による位相差が180度に近い程、点像強度分布の拡がりが大きく、位相差が0度に近い程、点像強度分布の拡がりが小さい。従って、第2の位相部材107による位相差が180度に近い程、光学ローパスフィルタのカットオフ周波数を小さく、位相差が0度に近い程、光学ローパスフィルタのカットオフ周波数を大きくすることができる。 As can be easily understood from FIG. 5, the closer the phase difference due to the second phase member 107 is to 180 degrees, the wider the point image intensity distribution spreads, and the closer the phase difference is to 0 degrees, the wider the point image intensity distribution spreads. Is small. Therefore, the closer the phase difference due to the second phase member 107 is to 180 degrees, the smaller the cutoff frequency of the optical low-pass filter, and the closer the phase difference is to 0 degrees, the larger the cutoff frequency of the optical low-pass filter. ..

<第1の撮影モードにおける位相差および光学ローパスフィルタの特性>
上述のように、複屈折部材間に配置された第2の位相部材107によって与えられる位相差によって、第2の撮影モード(赤外光撮影モード)における光学ローパスフィルタの特性が決定される。一方、第1の撮影モード(可視光撮影モード)では、第1の位相部材111および第2の位相部材107の2つの位相部材が配置される。よって、第1の撮影モードでは、第1の位相部材111による位相差と第2の位相部材107による位相差との合計によって光学ローパスフィルタの特性が決定される。
<Phase difference and optical low-pass filter characteristics in the first shooting mode>
As described above, the characteristics of the optical low-pass filter in the second imaging mode (infrared light imaging mode) are determined by the phase difference given by the second phase member 107 arranged between the birefringent members. On the other hand, in the first photographing mode (visible light photographing mode), two phase members of the first phase member 111 and the second phase member 107 are arranged. Therefore, in the first photographing mode, the characteristics of the optical low-pass filter are determined by the sum of the phase difference due to the first phase member 111 and the phase difference due to the second phase member 107.

<第1の撮影モードと第2の撮影モードにおける特性比較>
前述のように、位相差が180度に近い程、光学ローパスフィルタのカットオフ周波数が小さく(低く)、位相差が0度に近い程、光学ローパスフィルタのカットオフ周波数が大きい(高い)。ここで、第1の位相部材111による位相差をα度、第2の位相部材107による位相差をβ度とする。この際、(α+β)度およびβ度のどちらが0度に近いかに応じて、第1の撮影モードと第2の撮影モードにおけるカットオフ周波数の大小関係が規定される。
<Comparison of characteristics between the first shooting mode and the second shooting mode>
As described above, the closer the phase difference is to 180 degrees, the smaller (lower) the cutoff frequency of the optical low-pass filter is, and the closer the phase difference is to 0 degrees, the larger (higher) the cutoff frequency of the optical low-pass filter is. Here, the phase difference due to the first phase member 111 is defined as α degree, and the phase difference due to the second phase member 107 is defined as β degree. At this time, the magnitude relationship of the cutoff frequency in the first shooting mode and the second shooting mode is defined according to which of the (α + β) degree and the β degree is closer to 0 degree.

次の式(1)を満たす場合には、第2の撮影モードにおける光学ローパスフィルタのカットオフ周波数を、第2の撮影モードにおける光学ローパスフィルタのカットオフ周波数よりも大きくすることができる。特に、式(1)において左辺が0に近く、右辺が180に近い程、第1の撮影モードにおける光学ローパスフィルタのカットオフ周波数と第2の撮影モードにおける光学ローパスフィルタのカットオフ周波数との差が大きくなる。例えば、第1の位相部材111による位相差が180度であって、第2の位相部材107による位相差が0度である場合が最も好ましい。
|(α+β)(mod 360)―180|<|β(mod 360)―180| (1)
When the following equation (1) is satisfied, the cutoff frequency of the optical low-pass filter in the second shooting mode can be made larger than the cutoff frequency of the optical low-pass filter in the second shooting mode. In particular, in the equation (1), the closer the left side is to 0 and the right side is closer to 180, the difference between the cutoff frequency of the optical low-pass filter in the first shooting mode and the cutoff frequency of the optical low-pass filter in the second shooting mode. Becomes larger. For example, it is most preferable that the phase difference due to the first phase member 111 is 180 degrees and the phase difference due to the second phase member 107 is 0 degrees.
| (Α + β) (mod 360) -180 | <| β (mod 360) -180 | (1)

一方、次の式(2)を満たす場合には、第2の撮影モードにおける光学ローパスフィルタのカットオフ周波数を、第1の撮影モードにおける光学ローパスフィルタのカットオフ周波数よりも小さくすることができる。特に、式(2)において左辺が180に近く、右辺が0に近い程、第1の撮影モードにおける光学ローパスフィルタのカットオフ周波数と第2の撮影モードにおける光学ローパスフィルタのカットオフ周波数の差が大きくなる。例えば、第1の位相部材111による位相差と第2の位相部材107による位相差がともに180度である場合が最も好ましい。
|(α+β)(mod 360)―180|>|β(mod 360)―180| (2)
On the other hand, when the following equation (2) is satisfied, the cutoff frequency of the optical low-pass filter in the second shooting mode can be made smaller than the cutoff frequency of the optical low-pass filter in the first shooting mode. In particular, in the equation (2), the closer the left side is to 180 and the right side is closer to 0, the difference between the cutoff frequency of the optical low-pass filter in the first shooting mode and the cutoff frequency of the optical low-pass filter in the second shooting mode. growing. For example, it is most preferable that the phase difference due to the first phase member 111 and the phase difference due to the second phase member 107 are both 180 degrees.
| (Α + β) (mod 360) -180 |> | β (mod 360) -180 | (2)

<本発明と従来例との比較>
前述の特許文献1に示す撮像装置(従来例)においても、第1の撮影モード(可視光撮影モード)においては赤外カットフィルタを挿入し、第2の撮影モード(赤外光撮影モード)においては赤外カットフィルタを抜去している。但し、第1の撮影モードおよび第2の撮影モードの双方において同一の光学ローパスフィルタを用いている。
<Comparison between the present invention and conventional examples>
Also in the image pickup apparatus (conventional example) shown in Patent Document 1 described above, an infrared cut filter is inserted in the first shooting mode (visible light shooting mode), and in the second shooting mode (infrared light shooting mode). Has removed the infrared cut filter. However, the same optical low-pass filter is used in both the first shooting mode and the second shooting mode.

一方、図1に示す撮像装置100(本発明)では、赤外カットフィルタおよび位相部材を一体化して挿抜している。これによって、本発明では、従来例に対して挿抜機構を追加することなく、撮影モードに応じて光学ローパスフィルタの特性を変化させることができる。 On the other hand, in the image pickup apparatus 100 (invention) shown in FIG. 1, the infrared cut filter and the phase member are integrally inserted and removed. Thereby, in the present invention, the characteristics of the optical low-pass filter can be changed according to the photographing mode without adding the insertion / extraction mechanism as compared with the conventional example.

<第1の部材の構成>
前述の図2に示す第1の部材106では、光入射側から順に赤外カットフィルタ110および第1の位相部材111が貼り合わされているが、赤外カットフィルタ110と第1の位相部材111の順は逆でもよい。また、赤外カットフィルタ110と第1の位相部材111は必ずしも貼り合されていなくてもよい。
<Structure of the first member>
In the first member 106 shown in FIG. 2 described above, the infrared cut filter 110 and the first phase member 111 are bonded in order from the light incident side, but the infrared cut filter 110 and the first phase member 111 The order may be reversed. Further, the infrared cut filter 110 and the first phase member 111 do not necessarily have to be bonded to each other.

<第2の位相部材および複屈折部材の貼り合わせ>
前述の図2では、第2の位相部材107と第2の複屈折部材108とは分離して配置されている。一方、第2の位相部材107と第2の複屈折部材108とを貼り合わせて一体化させればその構成が単純となるので好ましい。
<Lasting of second phase member and birefringent member>
In FIG. 2 described above, the second phase member 107 and the second birefringent member 108 are arranged separately. On the other hand, it is preferable that the second phase member 107 and the second birefringent member 108 are laminated and integrated because the configuration becomes simple.

<第2の位相部材の有無>
第2の位相部材107は必ずしも設ける必要はない。第2の位相部材107を設けない場合には、次のように複屈折部材および位相部材を設計すればよい。まず、第2の撮影モードにおいて、所望のカットオフ周波数が得られるように、第1の複屈折部材および第2の複屈折部材を設計する。そして、第1の撮影モードにおいて所望のカットオフ周波数が得られるように、第1の位相部材を設計する。このような構成をとれば、第2の位相部材が不要となるので構造上好ましい。
<Presence / absence of second phase member>
The second phase member 107 does not necessarily have to be provided. When the second phase member 107 is not provided, the birefringent member and the phase member may be designed as follows. First, in the second imaging mode, the first birefringent member and the second birefringent member are designed so that a desired cutoff frequency can be obtained. Then, the first phase member is designed so that a desired cutoff frequency can be obtained in the first photographing mode. Such a configuration is structurally preferable because a second phase member is not required.

<第1の部材と第2の位相部材との位置関係>
図2においては、第1の部材106は第2の位相部材107よりも光入射側に位置しているが、第2の位相部材107を第1の部材106よりも光入射側に配置するようにしてもよい。第2の位相部材107が第1の部材106よりも光入射側に位置している場合、第2の位相部材107と第1の複屈折部材105とを貼り合わせて一体化すれば、構成が単純する。
<Positional relationship between the first member and the second phase member>
In FIG. 2, the first member 106 is located on the light incident side of the second phase member 107, but the second phase member 107 is arranged on the light incident side of the first member 106. It may be. When the second phase member 107 is located on the light incident side of the first member 106, the configuration can be obtained by laminating and integrating the second phase member 107 and the first birefringent member 105. Keep it simple.

<複屈折部材の光学軸>
第1の複屈折部材105の光学軸方向および第2の複屈折部材108の光学軸方向は、図2に示す例に限定されない。この場合、第1の複屈折部材105による分離方向と第2の複屈折部材108による分離方向とは逆方向であることが必要である。このため、第1の複屈折部材105の光学軸を光入射方向に垂直な平面(XY平面)に射影した方向と第2の複屈折部材108の光学軸を光入射方向に垂直な平面(XY平面)に射影した方向は平行であることが必要である。
<Optic axis of birefringent member>
The optical axis direction of the first birefringence member 105 and the optical axis direction of the second birefringence member 108 are not limited to the example shown in FIG. In this case, it is necessary that the separation direction by the first birefringent member 105 and the separation direction by the second birefringence member 108 are opposite directions. Therefore, the direction in which the optical axis of the first birefringence member 105 is projected onto a plane (XY plane) perpendicular to the light incident direction and the optical axis of the second birefringence member 108 are perpendicular to the light incident direction (XY plane). The directions projected onto the plane) must be parallel.

さらに、第1の複屈折部材105の光学軸と第2の複屈折部材の光学軸108とは、光入射方向に垂直な平面(XY平面)に対して互いに逆方向であることが必要である。例えば、図2に示す例では、第1の複屈折部材105の光学軸は+Z方向から+X方向に向かって回転した方向であり、第2の複屈折部材108の光学軸は+Z方向から−X方向に向かって回転した方向である。よって、XY平面に対して逆方向となる。 Further, the optical axis of the first birefringent member 105 and the optical axis 108 of the second birefringent member need to be opposite to each other with respect to a plane (XY plane) perpendicular to the light incident direction. .. For example, in the example shown in FIG. 2, the optical axis of the first birefringent member 105 is the direction rotated from the + Z direction to the + X direction, and the optical axis of the second birefringent member 108 is −X from the + Z direction. It is the direction rotated in the direction. Therefore, the direction is opposite to the XY plane.

<位相部材の光学軸>
図2においては、第1の位相部材111および第2の位相部材107の光学軸はともに、XY平面内において+X方向から+Y方向に向かって45度回転した方向であるが、必ずしもこの方向に限定されない。但し、偏光方向を回転する必要があるので、第1の位相部材111および第2の位相部材107の光学軸はともに、光入射方向(Z方向)に対して垂直であることが必要である。さらに、双方の光学軸は、第1の複屈折部材105の光学軸を光入射方向に垂直な平面(XY平面)に射影した方向に対して平行でない方向であることが必要である。
<Optic axis of phase member>
In FIG. 2, the optical axes of the first phase member 111 and the second phase member 107 are both directions rotated by 45 degrees from the + X direction to the + Y direction in the XY plane, but are not necessarily limited to this direction. Not done. However, since it is necessary to rotate the polarization direction, both the optical axes of the first phase member 111 and the second phase member 107 need to be perpendicular to the light incident direction (Z direction). Further, both optical axes need to be in a direction not parallel to the direction in which the optical axis of the first birefringence member 105 is projected onto a plane (XY plane) perpendicular to the light incident direction.

<複屈折部材の材料および厚み>
図3においては、第1の複屈折部材105および第2の複屈折部材108に用いる材料(つまり、複屈折性の大きさ)および厚みは互いに等しいとしたが、材料および厚みが互いに異なっていてもよい。但し、第1の複屈折部材105および第2の複屈折部材108の複屈折性の大きさが等しければ、光学ローパスフィルタの特性の自由度が向上するので好ましい。
<Material and thickness of birefringent member>
In FIG. 3, the materials (that is, the magnitude of birefringence) and the thickness used for the first birefringent member 105 and the second birefringent member 108 are assumed to be equal to each other, but the materials and thickness are different from each other. May be good. However, if the magnitudes of the birefringence of the first birefringent member 105 and the second birefringence member 108 are equal, the degree of freedom in the characteristics of the optical low-pass filter is improved, which is preferable.

いま、第1の複屈折部材105による分離幅をd1、第2の複屈折部材108による分離幅をd2とする。この場合、第1の複屈折部材105を通過して、分離幅d1で分離された光Lp2およびLs2は、第2の複屈折部材108を通過して分離幅d2で分離される。このため、位相部材による位相差が0度の場合であっても、光LpppおよびLsss4は重ならず、その結果、点像強度分布は図4(d)に示すように、複数のピークを有する。よって、図4(d)においては、図4(c)に比べて、光学ローパスフィルタのカットオフ周波数が小さくなってしまう。 Now, let d1 be the separation width by the first birefringence member 105, and d2 be the separation width by the second birefringence member 108. In this case, the light Lp2 and Ls2 that have passed through the first birefringent member 105 and are separated by the separation width d1 pass through the second birefringence member 108 and are separated by the separation width d2. Therefore, even when the phase difference due to the phase member is 0 degrees, the optical Lpppp and Lsss4 do not overlap, and as a result, the point image intensity distribution has a plurality of peaks as shown in FIG. 4D. .. Therefore, in FIG. 4D, the cutoff frequency of the optical low-pass filter is smaller than that in FIG. 4C.

前述のように、位相部材による位相差が0度である場合、最も光学ローパスフィルタのカットオフ周波数が大きい。よって、第1の複屈折部材105と第2の複屈折部材108の複屈折性の大きさが異なると、位相差の調整によって得られるカットオフ周波数の下限値は、複屈折性の大きさが等しい場合に比べて上がることになる。つまり、位相差の調整によって得られる光学ローパスフィルタの特性の自由度が低減してしまうことになる。 As described above, when the phase difference due to the phase member is 0 degrees, the cutoff frequency of the optical low-pass filter is the largest. Therefore, if the magnitude of the birefringence of the first birefringence member 105 and the second birefringence member 108 is different, the lower limit of the cutoff frequency obtained by adjusting the phase difference is the magnitude of the birefringence. It will be higher than when they are equal. That is, the degree of freedom in the characteristics of the optical low-pass filter obtained by adjusting the phase difference is reduced.

<反射防止膜>
前述の複屈折部材の各々および位相部材にはその表面に反射防止膜を形成するようにしてもよい。第1の複屈折部材105、第2の位相部材107、および第2の複屈折部材108は、第1の撮影モードおよび第2の撮影モードの双方において光路内に位置している。このため、第1の複屈折部材105、第2の位相部材107、および第2の複屈折部材108は、可視光および赤外光の双方の波長帯域において機能する反射防止膜を備えていることが好ましい。
<Anti-reflective coating>
An antireflection film may be formed on the surface of each of the above-mentioned birefringence members and the phase member. The first birefringent member 105, the second phase member 107, and the second birefringent member 108 are located in the optical path in both the first imaging mode and the second imaging mode. Therefore, the first birefringence member 105, the second phase member 107, and the second birefringence member 108 are provided with an antireflection film that functions in both visible and infrared wavelength bands. Is preferable.

一方、第1の部材106は第1の撮影モードのみで用いられるので、第1の部材106は可視光の波長帯域で機能する反射防止膜を備えていればよい。 On the other hand, since the first member 106 is used only in the first photographing mode, the first member 106 may be provided with an antireflection film that functions in the wavelength band of visible light.

反射防止の機能が必要な波長帯域が広い程、反射防止膜の構成は複雑になる。第1の部材106は、赤外光の波長帯域では機能せず、可視光の波長帯域で機能する反射防止膜を備えていることが好ましい。なお、赤外カットフィルタ110および第1の位相部材111が貼り合されていない際には、赤外カットフィルタ110および第1の位相部材111は赤外光の波長帯域で機能せず、可視光の波長帯域で機能する反射防止膜を備えていることが好ましい。 The wider the wavelength band in which the antireflection function is required, the more complicated the configuration of the antireflection film is. The first member 106 preferably includes an antireflection film that does not function in the wavelength band of infrared light but functions in the wavelength band of visible light. When the infrared cut filter 110 and the first phase member 111 are not bonded together, the infrared cut filter 110 and the first phase member 111 do not function in the wavelength band of infrared light, and visible light. It is preferable to have an antireflection film that functions in the wavelength band of.

<第1の位相部材による位相差の波長依存性>
上述の説明では、第2の位相部材107による位相差は第1の撮影モードおよび第2の撮影モードにおいて等しいとした。ところで、位相部材を構成する材料および製造方法によっては、位相差は波長依存性を有する。特に、位相部材を低コストで製造する場合には、位相差の波長依存性が大きい。
<Wavelength dependence of phase difference due to first phase member>
In the above description, the phase difference due to the second phase member 107 is assumed to be equal in the first photographing mode and the second photographing mode. By the way, the phase difference has wavelength dependence depending on the material constituting the phase member and the manufacturing method. In particular, when the phase member is manufactured at low cost, the wavelength dependence of the phase difference is large.

図1に示す撮像装置は、第2の位相部材107による位相差が波長依存性を有している場合においても、次のように第1の撮影モードおよび第2の撮影モードの双方で所望の位相差を得ることができる。 The image pickup apparatus shown in FIG. 1 is desired in both the first shooting mode and the second shooting mode as follows, even when the phase difference due to the second phase member 107 has wavelength dependence. The phase difference can be obtained.

第1の撮影モードにおいて必要な光学ローパスフィルタの特性から、第1の位相部材111および第2の位相部材107に必要となる可視光における合計の位相差γが求められる。同様に、第2の撮影モードにおいて必要な光学ローパスフィルタの特性から、第2の位相部材107に必要となる赤外光における位相差βが求められる。 From the characteristics of the optical low-pass filter required in the first imaging mode, the total phase difference γ in visible light required for the first phase member 111 and the second phase member 107 can be obtained. Similarly, from the characteristics of the optical low-pass filter required in the second photographing mode, the phase difference β in the infrared light required for the second phase member 107 can be obtained.

そこで、赤外光の波長帯域において所望の位相差βを与えるように第2の位相部材107を設計する。この際、可視光の波長帯域における第2の位相部材107による位相差はβ´(≠β)となる。従って、可視光の波長帯域における第1の位相部材111による位相差をγ―β´とすれば、第1の撮影モードおよび第2の撮影モードにおいて所望の位相差を得ることができる。 Therefore, the second phase member 107 is designed so as to provide a desired phase difference β in the wavelength band of infrared light. At this time, the phase difference due to the second phase member 107 in the wavelength band of visible light is β'(≠ β). Therefore, if the phase difference due to the first phase member 111 in the wavelength band of visible light is γ-β', a desired phase difference can be obtained in the first imaging mode and the second imaging mode.

特許文献1に記載の撮像装置では、第1の撮影モードおよび第2の撮影モードにおいて同一の光学ローパスフィルタを用いている。従って、光学ローパスフィルタ中の位相部材が波長依存性を有する場合には、第1の撮影モードおよび第2の撮影モードにおいて光学ローパスフィルタの特性が変化する。 The image pickup apparatus described in Patent Document 1 uses the same optical low-pass filter in the first photographing mode and the second photographing mode. Therefore, when the phase member in the optical low-pass filter has wavelength dependence, the characteristics of the optical low-pass filter change in the first imaging mode and the second imaging mode.

一方、図1に示す撮像装置では、第2の位相部材107が有する波長依存性を、第1の撮影モードのみで用いる第1の位相部材111で補償することによって、第一の撮影モードおよび第2の撮影モードにおいて所望の位相差を得ることができる。 On the other hand, in the imaging apparatus shown in FIG. 1, the wavelength dependence of the second phase member 107 is compensated by the first phase member 111 used only in the first imaging mode, so that the first imaging mode and the first imaging mode A desired phase difference can be obtained in the two shooting modes.

第1の位相部材111による位相補償を適用するか否かについては、光学ローパスフィルタのカットオフ周波数に求められる精度によって決定すればよい。光学ローパスフィルタのカットオフ周波数が高い程、位相差βおよびβ´の差が小さい場合であっても位相補償を行うことが望ましい。具体的には、位相差βおよびβ´の差が30度以上の場合に位相補償を行うことが望ましい。 Whether or not to apply the phase compensation by the first phase member 111 may be determined by the accuracy required for the cutoff frequency of the optical low-pass filter. The higher the cutoff frequency of the optical low-pass filter, the more it is desirable to perform phase compensation even when the difference between the phase differences β and β ′ is small. Specifically, it is desirable to perform phase compensation when the difference between the phase differences β and β ′ is 30 degrees or more.

<縦方向の分離>
図1に示す撮像装置では、単一の光学フィルタユニット104を備えて、光学ローパスフィルタによる光の分離方向が一方向(図2に示す例ではX方向)のみである。一方、光学フィルタユニット104を複数備えて、光を複数の方向に分離するようにしてもよい。光を複数の方向に分離すれば、点像強度分布が2次元的に拡がるので、被写体のテクスチャ方向に拘わらず、モアレを抑制できる。
<Vertical separation>
The image pickup apparatus shown in FIG. 1 includes a single optical filter unit 104, and the light is separated by the optical low-pass filter in only one direction (X direction in the example shown in FIG. 2). On the other hand, a plurality of optical filter units 104 may be provided to separate light in a plurality of directions. If the light is separated in a plurality of directions, the point image intensity distribution is two-dimensionally expanded, so that moire can be suppressed regardless of the texture direction of the subject.

特に、光学フィルタユニットを2つ備えて、各光学フィルタユニットによる光の分離方向を直交させれば、点像強度分布の拡がりが円形に近づくので好ましい。例えば、2つの光学フィルタユニット間において、複屈折部材の光軸を光入射方向に垂直な平面(XY平面)に射影した方向が直交していることが好ましい。 In particular, if two optical filter units are provided and the light separation directions of the optical filter units are orthogonal to each other, the spread of the point image intensity distribution approaches a circle, which is preferable. For example, it is preferable that the directions in which the optical axis of the birefringent member is projected onto a plane (XY plane) perpendicular to the light incident direction are orthogonal to each other between the two optical filter units.

続いて、第1の撮影モードおよび第2の撮影モードにおいて、光学ローパスフィルタの特性を変化させる例について説明する。 Subsequently, an example of changing the characteristics of the optical low-pass filter in the first shooting mode and the second shooting mode will be described.

<赤外のサンプリングピッチが可視よりも小さい場合>
ここでは、第2の撮影モードにおける画像生成の際のサンプリングピッチが第1の撮影モードにおける画像生成の際のサンプリングピッチよりも小さい場合について説明する。
<When the infrared sampling pitch is smaller than visible>
Here, a case where the sampling pitch at the time of image generation in the second shooting mode is smaller than the sampling pitch at the time of image generation in the first shooting mode will be described.

図6は、図1に示す撮像素子におけるサンプリング位置の一例を説明するための図である。そして、図6(a)は第1の撮影モードにおけるサンプリング位置を示す図であり、図6(b)は第2の撮影モードにおけるサンプリング位置を示す図である。なお、図6において、サンプリング位置は斜線のハッチングで示されている。 FIG. 6 is a diagram for explaining an example of sampling positions in the image pickup device shown in FIG. FIG. 6A is a diagram showing a sampling position in the first imaging mode, and FIG. 6B is a diagram showing a sampling position in the second imaging mode. In FIG. 6, the sampling position is indicated by hatching with diagonal lines.

第1の撮影モードにおいて、被写体の色情報を取得するため、撮像素子104における画素配列はベイヤー配列となっている。第1の撮影モードにおいては、緑画素(G画素)がサンプリング位置となる。一方、第2の撮影モードにおいては、被写体の色情報を必要としないので、全ての画素がサンプリング位置となる。 In the first shooting mode, the pixel arrangement in the image sensor 104 is a Bayer arrangement in order to acquire the color information of the subject. In the first shooting mode, the green pixel (G pixel) is the sampling position. On the other hand, in the second shooting mode, since the color information of the subject is not required, all the pixels are the sampling positions.

サンプリングピッチが大きい場合にはナイキスト周波数が小さくなるので、折り返し成分によるモアレを抑制するため、光学ローパスフィルタのカットオフ周波数を小さくした方がよい。一方、サンプリングピッチが小さい場合にはナイキスト周波数が大きくなるので、解像度の高い画像を得るため、光学ローパスフィルタのカットオフ周波数を大きくした方がよい。 When the sampling pitch is large, the Nyquist frequency becomes small, so it is better to make the cutoff frequency of the optical low-pass filter small in order to suppress moire due to the folding component. On the other hand, when the sampling pitch is small, the Nyquist frequency becomes large, so it is better to increase the cutoff frequency of the optical low-pass filter in order to obtain a high-resolution image.

よって、第2の撮影モードにおける光学ローパスフィルタのカットオフ周波数を第2の撮影モードのそれよりも大きくすれば、第1の撮影モードおよび第2の撮影モードにおいて品質の高い画像を得ることができる。 Therefore, if the cutoff frequency of the optical low-pass filter in the second shooting mode is made larger than that in the second shooting mode, high quality images can be obtained in the first shooting mode and the second shooting mode. ..

第2の撮影モードにおける光学ローパスフィルタのカットオフ周波数を、第1の撮影モードにおけるカットオフ周波数よりも大きくするためには、第1の位相部材よる位相差と第2の位相部材による位相差とが前述の式(1)を満たしていればよい。 In order to make the cutoff frequency of the optical low-pass filter in the second shooting mode larger than the cutoff frequency in the first shooting mode, the phase difference due to the first phase member and the phase difference due to the second phase member are required. Satisfies the above-mentioned equation (1).

<赤外のサンプリングピッチが可視よりも大きい場合>
ここでは、第2の撮影モードにおける画像生成の際のサンプリングピッチが第1の撮影モードにおける画像生成の際のサンプリングピッチよりも大きい場合について説明する。
<When the infrared sampling pitch is larger than visible>
Here, a case where the sampling pitch at the time of image generation in the second shooting mode is larger than the sampling pitch at the time of image generation in the first shooting mode will be described.

図7は、図1に示す撮像素子におけるサンプリング位置の他の例を説明するための図である。そして、図7(a)は第1の撮影モードにおけるサンプリング位置を示す図であり、図7(b)は第2の撮影モードにおけるサンプリング位置を示す図である。なお、図7において、サンプリング位置は斜線のハッチングで示されている。 FIG. 7 is a diagram for explaining another example of the sampling position in the image pickup device shown in FIG. FIG. 7A is a diagram showing a sampling position in the first imaging mode, and FIG. 7B is a diagram showing a sampling position in the second imaging mode. In FIG. 7, the sampling position is indicated by hatching with diagonal lines.

<画素が異なる場合>
図7に示すように、撮像素子は、赤色の光を受光する画素(R画素)、緑色の光を受光する画素(G画素)、青色の光を受光する画素(B画素)、および赤外光を受光する画素(IR画素)を有している。G画素については通常のベイヤー配列と同一の画素配置で配列され、IR画素はベイヤー配列におけるR画素およびB画素の一部を置き換えて配置されている。そして、第1の撮影モードにおいては、G画素がサンプリング位置となり、第2の撮影モードにおいては、IR画素がサンプリング位置となる。このため、第1の撮影モードよりも第2の撮影モードの方がサンプリングピッチが大きくなる。
<When the pixels are different>
As shown in FIG. 7, the image sensor includes pixels that receive red light (R pixels), pixels that receive green light (G pixels), pixels that receive blue light (B pixels), and infrared pixels. It has pixels (IR pixels) that receive light. The G pixels are arranged in the same pixel arrangement as the normal Bayer arrangement, and the IR pixels are arranged by replacing a part of the R pixel and the B pixel in the Bayer arrangement. Then, in the first shooting mode, the G pixel is the sampling position, and in the second shooting mode, the IR pixel is the sampling position. Therefore, the sampling pitch is larger in the second shooting mode than in the first shooting mode.

従って、第2の撮影モードにおける光学ローパスフィルタのカットオフ周波数を、第1の撮影モードのそれよりも小さくした方が第1の撮影モードおよび第2の撮影モードにおいて品質の高い画像を得ることができる。 Therefore, if the cutoff frequency of the optical low-pass filter in the second shooting mode is made smaller than that in the first shooting mode, high quality images can be obtained in the first shooting mode and the second shooting mode. it can.

第2の撮影モードにおける光学ローパスフィルタのカットオフ周波数を、第1の撮影モードにおけるカットオフ周波数よりも小さくするためには、第1の位相部材による位相差と第2の位相部材による位相差とが前述の式(2)を満たしていればよい。 In order to make the cutoff frequency of the optical low-pass filter in the second shooting mode smaller than the cutoff frequency in the first shooting mode, the phase difference due to the first phase member and the phase difference due to the second phase member are required. Satisfies the above-mentioned equation (2).

なお、R画素、G画素、B画素、およびIR画素の配置は、図7に示す配置に限るものではなく、G画素のサンプリングピッチがIR画素のサンプリングピッチよりも小さくなっていればよい。 The arrangement of the R pixel, the G pixel, the B pixel, and the IR pixel is not limited to the arrangement shown in FIG. 7, and the sampling pitch of the G pixel may be smaller than the sampling pitch of the IR pixel.

<加算読みを行う場合>
さらに、撮像素子102の画素配列がベイヤー配列であって、第1の撮影モードおよび第2の撮影モードにおいてサンプリングピッチが異なっていてもよい。例えば、赤外光を取得する第2の撮影モードは、主に低照度の環境で用いられるので、第1の撮影モードに比べて画像のSN比が低下し易い。よって、第2の撮影モードにおいては、複数の画素信号を加算平均して読み出す所謂加算読みを行って、SN比を向上させる。
<When performing additive reading>
Further, the pixel arrangement of the image sensor 102 may be a Bayer arrangement, and the sampling pitches may be different in the first shooting mode and the second shooting mode. For example, since the second shooting mode for acquiring infrared light is mainly used in a low illuminance environment, the SN ratio of the image is likely to decrease as compared with the first shooting mode. Therefore, in the second shooting mode, so-called additive reading, in which a plurality of pixel signals are added and averaged and read out, is performed to improve the SN ratio.

言い替えると、第1の撮影モードにおいては加算読みを行わず、第2の撮影モードにおいては加算読みを行う。または、第1の撮影モードおよび第2の撮影モードともに加算読みを行い、この際、第2の撮影モードの方を第1の撮影モードよりも加算する画素数を多くする。 In other words, the additive reading is not performed in the first imaging mode, and the additive reading is performed in the second imaging mode. Alternatively, additional reading is performed in both the first shooting mode and the second shooting mode, and at this time, the number of pixels to be added in the second shooting mode is larger than that in the first shooting mode.

このような読み出しを行えば、第2の撮影モードにおけるサンプリングピッチは、第一の撮影モードのサンプリングピッチよりも大きくなる。 When such reading is performed, the sampling pitch in the second shooting mode becomes larger than the sampling pitch in the first shooting mode.

<結像光学系の性能が異なる場合>
ここでは、波長によって結像光学系101の結像性能が異なる場合について説明する。一般に、結像光学系101の結像性能において波長依存性を抑制しようとすると、結像光学系101が大型化して、さらに製造コストが増大する。このため、特に、小型化、そして、低コスト化を重視すると、結像性能の波長依存性を抑えることが難しくなる。
<When the performance of the imaging optical system is different>
Here, a case where the imaging performance of the imaging optical system 101 differs depending on the wavelength will be described. In general, when trying to suppress the wavelength dependence in the imaging performance of the imaging optical system 101, the imaging optical system 101 becomes large and the manufacturing cost further increases. For this reason, it is difficult to suppress the wavelength dependence of imaging performance, especially when emphasis is placed on miniaturization and cost reduction.

結像光学系101の結像性能が低い程、空間周波数の大きい被写体像のコントラストは低下する。このため、光学ローパスフィルタのカットオフ周波数が大きくても、折り返し成分によるモアレは目立ちにくい。 The lower the imaging performance of the imaging optical system 101, the lower the contrast of the subject image having a large spatial frequency. Therefore, even if the cutoff frequency of the optical low-pass filter is large, moire due to the folding component is not noticeable.

一方、結像光学系101の結像性能が低い場合に、光学ローパスフィルタのカットオフ周波数を小さくすると、空間周波数が大きい被写体像のコントラストも低下してしまう。このため、被写体像の品質が低下してしまう。よって、結像光学系101の結像性能が低い場合には、光学ローパスフィルタのカットオフ周波数を大きくすることが望ましい。 On the other hand, when the imaging performance of the imaging optical system 101 is low and the cutoff frequency of the optical low-pass filter is reduced, the contrast of the subject image having a large spatial frequency is also reduced. Therefore, the quality of the subject image is deteriorated. Therefore, when the imaging performance of the imaging optical system 101 is low, it is desirable to increase the cutoff frequency of the optical low-pass filter.

例えば、結像光学系101の赤外光に対する結像性能が、可視光に対する結像性能よりも低い場合、第2の撮影モードにおける光学ローパスフィルタのカットオフ周波数を第1の撮影モードのそれよりも大きくすることが望ましい。このためには、第1の位相部材107による位相差と第2の位相部材111による位相差が前述の式(1)を満たしていればよい。 For example, when the imaging performance of the imaging optical system 101 with respect to infrared light is lower than the imaging performance with respect to visible light, the cutoff frequency of the optical low-pass filter in the second imaging mode is set to be lower than that of the first imaging mode. It is also desirable to increase. For this purpose, the phase difference due to the first phase member 107 and the phase difference due to the second phase member 111 may satisfy the above-mentioned equation (1).

<要求される画質が異なる場合>
ここでは、第1の撮影モードおよび第2の撮影モードにおいて、要求される画質が異なる場合について説明する。
<When the required image quality is different>
Here, a case where the required image quality differs between the first shooting mode and the second shooting mode will be described.

可視光を取得する第1の撮影モードでは、カラー画像を取得している。一方、可視光と赤外光を同時に取得する第2の撮影モードではモノクロ画像を所得している。ここで、一般に輝度成分によるモアレよりも色成分によるモアレの方が目立ちやすいことが知られている。従って、カラー画像を取得する第1の撮影モードではモアレの抑制を重視し、モノクロ画像を取得する第2の撮影モードでは解像感を重視する場合がある。この際、第2の撮影モードによる光学ローパスフィルタのカットオフ周波数を第1の撮影モードのそれよりも大きくする。これによって、第2の撮影モードにおいては解像感を重視した画像を取得でき、第1の撮影モードにおいてはモアレの抑制を重視した画像を取得することができる。 In the first shooting mode for acquiring visible light, a color image is acquired. On the other hand, in the second shooting mode in which visible light and infrared light are acquired at the same time, a monochrome image is obtained. Here, it is generally known that moire due to color components is more conspicuous than moire due to luminance components. Therefore, in the first shooting mode for acquiring a color image, the suppression of moire may be emphasized, and in the second shooting mode for acquiring a monochrome image, the resolution may be emphasized. At this time, the cutoff frequency of the optical low-pass filter in the second shooting mode is made larger than that in the first shooting mode. As a result, in the second shooting mode, an image with an emphasis on resolution can be acquired, and in the first shooting mode, an image with an emphasis on suppression of moire can be acquired.

第2の撮影モードにおける光学ローパスフィルタのカットオフ周波数を第1の撮影モードのそれよりも大きくするためには、第1の位相部材107による位相差と第2の位相部材111による位相差が前述の式(1)を満たしていればよい。 In order to make the cutoff frequency of the optical low-pass filter in the second imaging mode higher than that in the first imaging mode, the phase difference due to the first phase member 107 and the phase difference due to the second phase member 111 are described above. It suffices if the equation (1) of is satisfied.

<赤外光のみのモード>
ここでは、第1の撮影モードおよび第2の撮影モードに加えて、赤外光のみによって画像を取得する第3の撮影モードを備える撮像装置について説明する。
<Infrared light only mode>
Here, in addition to the first shooting mode and the second shooting mode, an imaging device including a third shooting mode for acquiring an image only by infrared light will be described.

可視光よりも波長の長い赤外光は大気中の煙および霧による散乱が小さいので、赤外光のみによる撮影画像においては、遠くの被写体が鮮明となる。このため、第3の撮影モードは、例えば、霧および煙が濃い場合に遠くの被写体を鮮明に撮影する際に用いられる。 Infrared light, which has a longer wavelength than visible light, is less scattered by smoke and fog in the atmosphere, so that a distant subject becomes clear in an image taken only by infrared light. Therefore, the third shooting mode is used, for example, when shooting a distant subject clearly when the fog and smoke are thick.

図8は、本発明の実施の形態による撮像装置の他の例を説明するための図である。そして、図8(a)は撮像装置の構成を示すブロック図であり、図8(b)は図8(a)に示す光学フィルタユニットの構成を示す図である。 FIG. 8 is a diagram for explaining another example of the image pickup apparatus according to the embodiment of the present invention. 8 (a) is a block diagram showing the configuration of the image pickup apparatus, and FIG. 8 (b) is a diagram showing the configuration of the optical filter unit shown in FIG. 8 (a).

なお、図8において、図1および図2に示す構成要素と同一の構成要素については、同一の参照番号を付して説明を省略する。 In FIG. 8, the same components as those shown in FIGS. 1 and 2 are designated by the same reference numbers, and the description thereof will be omitted.

図8(a)に示す撮像装置200は、結像光学系101と撮像素子102との間に配置された光学フィルタユニット204を有している。光学フィルタユニット204においては、第2の位相部材107に可視カットフィルタ212が貼り合わされて第2の部材213とされる。そして、第1の部材106および第2の部材213は、制御部103によって駆動制御される駆動機構209によって光路に対して挿抜される。なお、可視カットフィルタ212は可視光を選択的に吸収し、赤外光を選択的に透過する樹脂などの材料から成形される。 The image pickup apparatus 200 shown in FIG. 8A has an optical filter unit 204 arranged between the image pickup optical system 101 and the image pickup element 102. In the optical filter unit 204, the visible cut filter 212 is attached to the second phase member 107 to form the second member 213. Then, the first member 106 and the second member 213 are inserted and removed from the optical path by the drive mechanism 209 which is driven and controlled by the control unit 103. The visible cut filter 212 is formed from a material such as a resin that selectively absorbs visible light and selectively transmits infrared light.

図示の撮像装置200においては、第1の撮影モードにおいて第1の部材106を光路に挿入し、第2の部材213を光路から抜去する。一方、第2の撮影モードにおいて第1の部材106および第2の部材213を共に光路から抜去する。また、第3の撮影モードにおいては第1の部材106を抜去し、第2の部材213を光路に挿入する。 In the illustrated image pickup apparatus 200, in the first photographing mode, the first member 106 is inserted into the optical path, and the second member 213 is removed from the optical path. On the other hand, in the second photographing mode, both the first member 106 and the second member 213 are removed from the optical path. Further, in the third photographing mode, the first member 106 is removed and the second member 213 is inserted into the optical path.

このような制御を行うことによって、第1の撮影モードにおいては、第1の複屈折部材105、第1の位相部材111、および第2の複屈折部材108によって光学ローパスフィルタが形成される。一方、第2の撮影モードにおいては、第1の複屈折部材105および第2の複屈折部材108によって光学ローパスフィルタが形成される。そして、第3の撮影モードにおいては、第1の複屈折部材105、第2の位相部材107、第2のおよび複屈折部材108によって光学ローパスフィルタが形成される。つまり、第1の撮影モード、第2の撮影モード、および第3の撮影モードの3つの撮影モードにおいて、それぞれ光学ローパスフィルタの特性を変化させることができる。 By performing such control, in the first photographing mode, the optical low-pass filter is formed by the first birefringent member 105, the first phase member 111, and the second birefringent member 108. On the other hand, in the second photographing mode, the optical low-pass filter is formed by the first birefringent member 105 and the second birefringent member 108. Then, in the third photographing mode, the optical low-pass filter is formed by the first birefringent member 105, the second phase member 107, the second and the birefringent member 108. That is, the characteristics of the optical low-pass filter can be changed in each of the three shooting modes of the first shooting mode, the second shooting mode, and the third shooting mode.

続いて、各複屈折部材および位相部材の設計について説明する。 Subsequently, the design of each birefringent member and the phase member will be described.

第2の撮影モードにおいては、第1の複屈折部材105および第2の複屈折部材108の間に位相部材が存在しない。よって、前述の図4(a)で説明したように、ピーク間の距離がd1の2倍である2つのピークを有する点像強度分布が得られる。前述のように、d1は、第1の複屈折部材105および第2の複屈折部材108の厚みおよび複屈折性の大きさによって決定される。従って、第2の撮影モードにおいて、所望のカットオフ周波数が得られるように、第1の複屈折部材105および第2の複屈折部材108を設計すればよい。 In the second photographing mode, there is no phase member between the first birefringent member 105 and the second birefringent member 108. Therefore, as described in FIG. 4A described above, a point image intensity distribution having two peaks in which the distance between the peaks is twice d1 can be obtained. As described above, d1 is determined by the thickness and the magnitude of birefringence of the first birefringent member 105 and the second birefringent member 108. Therefore, the first birefringent member 105 and the second birefringent member 108 may be designed so that a desired cutoff frequency can be obtained in the second photographing mode.

複屈折部材の特性に加えて、第1の撮影モードおよび第3の撮影モードにおいては、それぞれ第1の位相部材111および第2の位相部材107による位相差によって、光学ローパスフィルタの特性が決定される。従って、第1の撮影モードおよび第3の撮影モードにおいてそれぞれ所望のカットオフ周波数が得られるように、第1の位相部材111および第2の位相部材107を設計すればよい。 In addition to the characteristics of the birefringent member, in the first imaging mode and the third imaging mode, the characteristics of the optical low-pass filter are determined by the phase difference between the first phase member 111 and the second phase member 107, respectively. To. Therefore, the first phase member 111 and the second phase member 107 may be designed so that desired cutoff frequencies can be obtained in the first imaging mode and the third imaging mode, respectively.

第3の撮影モードは、遠くの被写体を鮮明に撮影する際に用いられるので、解像感を重視した画像を得にくい。このため、第2の位相部材107による位相差は180度に近いことが好ましい。一方、第1の撮影モードおよび第2の撮影モードにおいては、前述のように、画像生成の際のサンプリングピッチ、結像光学系101の特性、および所望する画質に応じてカットオフ周波数が決定される。 Since the third shooting mode is used when a distant subject is clearly shot, it is difficult to obtain an image with an emphasis on resolution. Therefore, the phase difference due to the second phase member 107 is preferably close to 180 degrees. On the other hand, in the first shooting mode and the second shooting mode, as described above, the cutoff frequency is determined according to the sampling pitch at the time of image generation, the characteristics of the imaging optical system 101, and the desired image quality. To.

例えば、前述のように、第2の撮影モードにおける光学ローパスフィルタのカットオフ周波数を第2の撮影モードのそれよりも大きくしたいとする。この場合には、第1の位相部材111による位相差を90度、そして、第2の位相部材107による位相差を180度とすればよい。 For example, as described above, it is desired that the cutoff frequency of the optical low-pass filter in the second shooting mode is made higher than that in the second shooting mode. In this case, the phase difference due to the first phase member 111 may be 90 degrees, and the phase difference due to the second phase member 107 may be 180 degrees.

これによって、第1の撮影モードにおいては、図4(b)に示す点像強度分布が得られ、第2の撮影モードにおいては、図4(a)に示す点像強度分布が得られる。そして、第3の撮影モードにおいては、図4(c)に示す点像強度分布が得られる。つまり、光ローパスフィルタのカットオフ周波数は、第2の撮影モードにおいて最も小さくなり、続いて、第1の撮影モード、そして、第3の撮影モードにおいて最も大きくなる。この結果、撮影モードに拘わらず品質の高い画像を得ることができる。 As a result, in the first photographing mode, the point image intensity distribution shown in FIG. 4B is obtained, and in the second photographing mode, the point image intensity distribution shown in FIG. 4A is obtained. Then, in the third photographing mode, the point image intensity distribution shown in FIG. 4C is obtained. That is, the cutoff frequency of the optical low-pass filter is the smallest in the second shooting mode, followed by the highest in the first shooting mode and the third shooting mode. As a result, a high quality image can be obtained regardless of the shooting mode.

このように、本発明の実施の形態では、可視光によって画像を得る撮影モードおよび赤外光によって画像を得る撮影モードにおいても、品質の高い画像を取得することができる。 As described above, in the embodiment of the present invention, a high quality image can be acquired even in the shooting mode in which the image is obtained by visible light and the shooting mode in which the image is obtained by infrared light.

以上、本発明について実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。 Although the present invention has been described above based on the embodiments, the present invention is not limited to these embodiments, and various embodiments within the scope of the gist of the present invention are also included in the present invention. ..

例えば、上記の実施の形態の機能を制御方法として、この制御方法を撮像装置に実行させるようにすればよい。また、上述の実施の形態の機能を有するプログラムを制御プログラムとして、当該制御プログラムを撮像装置が備えるコンピュータに実行させるようにしてもよい。なお、制御プログラムは、例えば、コンピュータに読み取り可能な記録媒体に記録される。 For example, the function of the above embodiment may be used as a control method, and the image pickup apparatus may be made to execute this control method. Further, a program having the functions of the above-described embodiment may be used as a control program, and the control program may be executed by a computer included in the image pickup apparatus. The control program is recorded on a computer-readable recording medium, for example.

[その他の実施形態]
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
[Other Embodiments]
The present invention supplies a program that realizes one or more functions of the above-described embodiment to a system or device via a network or storage medium, and one or more processors in the computer of the system or device reads and executes the program. It can also be realized by the processing to be performed. It can also be realized by a circuit (for example, ASIC) that realizes one or more functions.

100,200 撮像装置
101 結像光学系
102 撮像素子
103 制御部
104,204 光学フィルタユニット
105,108 複屈折部材
107,111 位相部材
109,209 駆動機構
110 赤外カットフィルタ
212 可視カットフィルタ
100, 200 Imaging device 101 Imaging optical system 102 Image sensor 103 Control unit 104, 204 Optical filter unit 105, 108 Birefringence member 107, 111 Phase member 109, 209 Drive mechanism 110 Infrared cut filter 212 Visible cut filter

Claims (23)

結像光学系を介して光学像が結像され、前記光学像に応じた画像信号を出力する撮像素子と、前記結像光学系と前記撮像素子との間に配置された光学フィルタユニットとを備える撮像装置であって、
前記光学フィルタユニットは、前記結像光学系の側から順に配置された第1の複屈折部材、赤外カットフィルタ、第1の位相部材、および第2の複屈折部材を有し、
可視光によって前記画像信号を得る第1の撮影モードにおいて前記赤外カットフィルタおよび前記第1の位相部材を前記結像光学系の光路に挿入し、可視光および赤外光によって前記画像信号を得る第2の撮影モードにおいて前記赤外カットフィルタおよび前記第1の位相部材を前記結像光学系の光路から抜去する駆動手段を制御する制御手段を有することを特徴とする撮像装置。
An image pickup element in which an optical image is formed via an imaging optical system and an image signal corresponding to the optical image is output, and an optical filter unit arranged between the imaging optical system and the image pickup element are provided. It is an image sensor equipped with
The optical filter unit includes a first birefringence member, an infrared cut filter, a first phase member, and a second birefringence member arranged in order from the side of the imaging optical system.
In the first photographing mode in which the image signal is obtained by visible light, the infrared cut filter and the first phase member are inserted into the optical path of the imaging optical system, and the image signal is obtained by visible light and infrared light. An imaging apparatus comprising: a control means for controlling a driving means for extracting the infrared cut filter and the first phase member from the optical path of the imaging optical system in a second photographing mode.
前記赤外カットフィルタおよび前記第1の位相部材は一体化されていることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 The imaging device according to claim 1, wherein the infrared cut filter and the first phase member are integrated. 前記第1の複屈折部材の光学軸を、前記結像光学系の光入射方向に垂直な平面に射影した方向と、前記第2の複屈折部材の光学軸を前記光入射方向に垂直な平面に射影した方向とが平行であり、
前記第1の複屈折部材の光学軸と前記第2の複屈折部材の光学軸とが前記光入射方向に垂直な平面に対して互いに逆方向であることを特徴とする請求項1又は2に記載の撮像装置。
The direction in which the optical axis of the first birefringence member is projected onto a plane perpendicular to the light incident direction of the imaging optical system, and the plane perpendicular to the light incident direction of the optical axis of the second birefringence member. Is parallel to the direction projected on the
According to claim 1 or 2, the optical axis of the first birefringence member and the optical axis of the second birefringence member are opposite to each other with respect to a plane perpendicular to the light incident direction. The imaging device described.
前記第1の位相部材の光学軸は前記結像光学系の光入射方向に対して垂直であり、かつ前記第1の複屈折部材の光学軸を前記光入射方向に垂直な平面に射影した方向に対して平行ではないことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の撮像装置。 The optical axis of the first phase member is perpendicular to the light incident direction of the imaging optical system, and the optical axis of the first birefringence member is projected onto a plane perpendicular to the light incident direction. The imaging apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the image pickup apparatus is not parallel to the image. 前記第1の複屈折部材の複屈折性の大きさと前記第2の複屈折部材の複屈折性の大きさとは互いに等しいことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の撮像装置。 The imaging according to any one of claims 1 to 4, wherein the magnitude of the birefringence of the first birefringent member and the magnitude of the birefringence of the second birefringence member are equal to each other. apparatus. 前記赤外カットフィルタおよび前記第1の位相部材は、赤外光の波長帯域において機能せず可視光の波長帯域で機能する反射防止膜を備えていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の撮像装置。 The infrared cut filter and the first phase member include antireflection films that do not function in the wavelength band of infrared light but function in the wavelength band of visible light, according to claims 1 to 5. The imaging apparatus according to any one item. 前記光学フィルタユニットは、さらに、前記第1の複屈折部材と前記第2の複屈折部材との間に配置された第2の位相部材を備えていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の撮像装置。 The optical filter unit according to claim 1 to 6, further comprising a second phase member arranged between the first birefringent member and the second birefringent member. The imaging apparatus according to any one item. 前記第2の位相部材と前記第1の複屈折部材とが一体化されているか又は前記第2の位相部材と前記第2の複屈折部材とが一体化されていることを特徴とする請求項7に記載の撮像装置。 A claim characterized in that the second phase member and the first birefringent member are integrated, or the second phase member and the second birefringence member are integrated. 7. The imaging apparatus according to 7. 前記第1の位相部材による位相差をα度、前記第2の位相部材による位相差をβ度とした場合に、次の式を満たすことを特徴とする請求項7又は8に記載の撮像装置。
|(α+β)(mod 360)―180|<|β(mod 360)―180|
The imaging apparatus according to claim 7 or 8, wherein when the phase difference due to the first phase member is α degree and the phase difference due to the second phase member is β degree, the following equation is satisfied. ..
| (Α + β) (mod 360) -180 | <| β (mod 360) -180 |
前記第1の位相部材による位相差が180度であって、前記第2の位相部材による位相差が0度であることを特徴とする請求項9に記載の撮像装置。 The imaging apparatus according to claim 9, wherein the phase difference due to the first phase member is 180 degrees, and the phase difference due to the second phase member is 0 degrees. 前記第2の撮影モードにおける前記撮像素子のサンプリングピッチは前記第1の撮影モードにおける前記撮像素子のサンプリングピッチよりも小さいことを特徴とする請求項9又は10に記載の撮像装置。 The imaging device according to claim 9 or 10, wherein the sampling pitch of the image pickup device in the second shooting mode is smaller than the sampling pitch of the image pickup device in the first shooting mode. 前記第2の撮影モードにおける前記結像光学系の結像性能は前記第1の撮影モードにおける前記結像光学系の結像性能よりも低いことを特徴とする請求項9乃至11のいずれか1項に記載の撮像装置。 Any one of claims 9 to 11, wherein the imaging performance of the imaging optical system in the second imaging mode is lower than the imaging performance of the imaging optical system in the first imaging mode. The imaging apparatus according to the section. 前記第2の撮影モードで得られた画像信号の解像度は前記第1の撮影モードで得られた画像信号の解像度よりも高いことを特徴とする請求項9乃至12のいずれか1項に記載の撮像装置。 The invention according to any one of claims 9 to 12, wherein the resolution of the image signal obtained in the second shooting mode is higher than the resolution of the image signal obtained in the first shooting mode. Imaging device. 前記第1の位相部材による位相差をα度、前記第2の位相部材による位相差をβ度とした場合、次の式を満たすことを特徴とする請求項7又は8に記載の撮像装置。
|(α+β)(mod 360)―180|>|β(mod 360)―180|
The imaging apparatus according to claim 7 or 8, wherein when the phase difference due to the first phase member is α degree and the phase difference due to the second phase member is β degree, the following equation is satisfied.
| (Α + β) (mod 360) -180 |> | β (mod 360) -180 |
前記第1の位相部材による位相差と前記第2の位相部材による位相差とはともに180度であることを特徴とする請求項14に記載の撮像装置。 The imaging apparatus according to claim 14, wherein the phase difference due to the first phase member and the phase difference due to the second phase member are both 180 degrees. 前記第2の撮影モードにおける前記撮像素子のサンプリングピッチは前記第の撮影モードにおける前記撮像素子のサンプリングピッチよりも大きいことを特徴とする、請求項14又は15に記載の撮像装置。 The imaging device according to claim 14 or 15, wherein the sampling pitch of the image pickup device in the second shooting mode is larger than the sampling pitch of the image pickup element in the first shooting mode. 前記撮像素子は、赤色の光を取得する画素、緑色の光を取得する画素、青色の光を取得する画素、および赤外光を取得する画素を有しており、
前記赤外光を取得する画素のサンプリングピッチは前記緑色の光を取得する画素のサンプリングピッチよりも大きいことを特徴とする請求項16に記載の撮像装置。
The image pickup element has a pixel that acquires red light, a pixel that acquires green light, a pixel that acquires blue light, and a pixel that acquires infrared light.
The imaging apparatus according to claim 16, wherein the sampling pitch of the pixel that acquires the infrared light is larger than the sampling pitch of the pixel that acquires the green light.
前記第1の撮影モードにおいては前記撮像素子に備えられた画素の出力を加算する加算読みが行われず、前記第2の撮影モードにおいては前記加算読みを行うことを特徴とする請求項14又は16に記載の撮像装置。 14 or 16 according to claim 14, wherein in the first shooting mode, the additive reading for adding the outputs of the pixels provided in the image sensor is not performed, and in the second shooting mode, the additive reading is performed. The imaging apparatus according to. 前記第1の撮影モードおよび前記第2の撮影モードともに前記撮像素子に備えられた画素の出力を加算する加算読みが行われ、前記第2の撮影モードにおける前記加算読みの画素数は前記第1の撮影モードにおける加算読みの画素数よりも多いことを特徴とする請求項14又は16に記載の撮像装置。 In both the first shooting mode and the second shooting mode, additive reading is performed by adding the outputs of the pixels provided in the image sensor, and the number of pixels of the additional reading in the second shooting mode is the first. The image pickup apparatus according to claim 14 or 16, wherein the number of pixels for additional reading in the photographing mode is larger than the number of pixels. 前記第2の位相部材による位相差は可視光の波長帯域と赤外光の波長帯域とにおいて異なることを特徴とする請求項7から19のいずれか1項に記載の撮像装置。 The imaging apparatus according to any one of claims 7 to 19, wherein the phase difference due to the second phase member is different between the wavelength band of visible light and the wavelength band of infrared light. 前記光学フィルタユニットは、さらに、前記第1の複屈折部材と前記第2の複屈折部材との間に配置された可視カットフィルタを備えており、
前記駆動手段は、前記可視カットフィルタおよび前記第2の位相部材を前記光路に対して選択的に挿抜し、
前記制御手段は、前記第1の撮影モードおよび前記第2の撮影モードにおいて前記駆動手段を制御して前記可視カットフィルタおよび前記第2の位相部材を前記光路から抜去し、赤外光によって前記画像信号を取得する第3の撮影モードにおいて前記駆動手段を制御して前記可視カットフィルタおよび前記第2の位相部材を前記光路に挿入することを特徴とする請求項7乃至20のいずれか1項に記載の撮像装置。
The optical filter unit further includes a visible cut filter arranged between the first birefringence member and the second birefringence member.
The driving means selectively inserts and removes the visible cut filter and the second phase member with respect to the optical path.
The control means controls the driving means in the first shooting mode and the second shooting mode to remove the visible cut filter and the second phase member from the optical path, and the image is emitted by infrared light. The invention according to any one of claims 7 to 20, wherein in the third photographing mode in which a signal is acquired, the driving means is controlled to insert the visible cut filter and the second phase member into the optical path. The imaging apparatus described.
結像光学系を介して光学像が結像され、前記光学像に応じた画像信号を出力する撮像素子と、前記結像光学系と前記撮像素子との間に配置された光学フィルタユニットとを備える撮像装置の制御方法であって、
前記光学フィルタユニットには、前記結像光学系の側から順に配置された第1の複屈折部材、赤外カットフィルタ、第1の位相部材、および第2の複屈折部材が備えられており、
可視光によって前記画像信号を得る第1の撮影モードにおいて前記赤外カットフィルタおよび前記第1の位相部材を前記結像光学系の光路に挿入する第1のステップと、
可視光および赤外光によって前記画像信号を得る第2の撮影モードにおいて前記赤外カットフィルタおよび前記第1の位相部材を前記結像光学系の光路から抜去する第2のステップと、
を有することを特徴とする制御方法。
An image pickup element in which an optical image is formed via an imaging optical system and an image signal corresponding to the optical image is output, and an optical filter unit arranged between the imaging optical system and the image pickup element are provided. It is a control method of the image sensor provided.
The optical filter unit includes a first birefringence member, an infrared cut filter, a first phase member, and a second birefringence member arranged in order from the side of the imaging optical system.
The first step of inserting the infrared cut filter and the first phase member into the optical path of the imaging optical system in the first photographing mode in which the image signal is obtained by visible light.
A second step of removing the infrared cut filter and the first phase member from the optical path of the imaging optical system in a second imaging mode in which the image signal is obtained by visible light and infrared light.
A control method characterized by having.
結像光学系を介して光学像が結像され、前記光学像に応じた画像信号を出力する撮像素子と、前記結像光学系と前記撮像素子との間に配置された光学フィルタユニットとを備える撮像装置で用いられる制御プログラムであって、
前記光学フィルタユニットには、前記結像光学系の側から順に配置された第1の複屈折部材、赤外カットフィルタ、第1の位相部材、および第2の複屈折部材が備えられており、
前記撮像装置に備えられたコンピュータに、
可視光によって前記画像信号を得る第1の撮影モードにおいて前記赤外カットフィルタおよび前記第1の位相部材を前記結像光学系の光路に挿入する第1のステップと、
可視光および赤外光によって前記画像信号を得る第2の撮影モードにおいて前記赤外カットフィルタおよび前記第1の位相部材を前記結像光学系の光路から抜去する第2のステップと、
を実行させることを特徴とする制御プログラム。
An image pickup element in which an optical image is formed via an imaging optical system and an image signal corresponding to the optical image is output, and an optical filter unit arranged between the imaging optical system and the image pickup element are provided. It is a control program used in the built-in image sensor.
The optical filter unit includes a first birefringence member, an infrared cut filter, a first phase member, and a second birefringence member arranged in order from the side of the imaging optical system.
In the computer provided in the imaging device,
The first step of inserting the infrared cut filter and the first phase member into the optical path of the imaging optical system in the first photographing mode in which the image signal is obtained by visible light.
A second step of removing the infrared cut filter and the first phase member from the optical path of the imaging optical system in a second imaging mode in which the image signal is obtained by visible light and infrared light.
A control program characterized by executing.
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