WO2006030863A1

WO2006030863A1 - 光学ローパスフィルタおよび撮像装置

Info

Publication number: WO2006030863A1
Application number: PCT/JP2005/017050
Authority: WO
Inventors: Masaki Shiozawa; Tatsushi Nomura
Original assignee: Nikon Corporation
Priority date: 2004-09-17
Filing date: 2005-09-15
Publication date: 2006-03-23
Also published as: US7940309B2; US20070247733A1

Abstract

　本発明の光学ローパスフィルタは、光透過性部材（４１）と、光透過性部材（４１）の面内で周期的に変化する屈折率分布を形成する屈折率分布形成手段（４２）とを備えることを特徴とする。屈折率分布形成手段は、例えば、圧電体で構成され、圧電体に高周波電圧を印加することにより、光透過性部材（４１）に疎密波を発生させて前記屈折率分布を形成する。

Description

明細書

光学ローパスフィルタおよび撮像装置

技術分野

[0001] 本発明は、光線分岐を行う光学ローパスフィルタ、およびその光学ローパスフィルタを使用した撮像装置に関する。

背景技術

[0002] ビデオカメラやデジタルカメラなど撮像素子を使用した撮像装置では、レンズによつて結像された像は撮像素子によって電気信号に変換される。このとき、被写体像の中に撮像素子のサンプリング周波数と同程度以上の高周波数成分が含まれていると、撮像画像が劣化するという好ましくない現象が起こる。そのため、このような撮像装置では、結像された被写体像の高周波を減衰させる目的で光学ローパスフィルタが使用されている。

[0003] 光学ローパスフィルタは、被写体光を複数に分岐することで、高周波成分の像を除去しょうとするものであり、一般的には結晶材料の複屈折性を利用して光線を常光と異常光とに分岐する方法が用いられている。複屈折性を有する結晶材料としては、水晶やチリ硝石などが知られている (例えば、特許文献 1参照)。また、複屈折性結晶材料を使用する代わりに、微細な周期構造による回折効果を利用する場合もある。

[0004] さらに、上述した一般的な光学ローパスフィルタでは周波数特性が固定であるが、周波数特性の変更が可能なものも提案されている（例えば、特許文献 2参照)。その光学ローパスフィルタでは、光学材料に機械的な応力を加えることで発生する複屈折性を利用して、被写体光を複数に分離するようにしている。

[0005] 特許文献 1 :特開 2002— 122813号公報

特許文献 2 :特開 2003— 167123号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] しかしながら、上述した結晶材料の複屈折性や周期構造の回折効果を利用する一般的な光学ローパスフィルタでは、光学ローパスフィルタの分離特性が固定されているため、撮影者の意図に応じた撮影が困難であった。

[0007] また、フィルタ材料に機械的な応力を加えたときの複屈折性を利用する光学ローバスフィルタでは、必要な複屈折を発生させるためには非常に大きな応力が必要となる。そのため、構造を堅固にする必要があり、装置が大が力りになるとともに重くなるという欠点があった。

課題を解決するための手段

[0008] 本発明による光学ローパスフィルタは、光透過性部材と、光透過性部材の面内で周期的に変化する屈折率分布を形成する屈折率分布形成手段とを備えることを特徴とする。

なお、光透過性部材として、少なくとも波長 450nmから波長 750nmの範囲の光透過率が部材厚さ lmmあたり 50%以上である光透過性部材を用いるのが好ましい。また、屈折率分布形成手段は、光透過性部材の面内の異なる複数の方向に屈折率分布をそれぞれ形成したり、光透過性部材の少なくとも一辺に沿って複数配設されたりする。

さらに、複数の屈折率分布形成手段により発生された屈折率分布の方向と交差する方向に光透過性部材の面内で周期的に変化する屈折率分布を各々形成する、複数の交差用屈折率分布形成手段を備えるようにしても良い。

屈折率分布形成手段には、光透過性部材に疎密波を発生させて屈折率分布を形成するものが使用され、例えば高周波電圧が印加される圧電体が用いられる。そして、高周波電圧の周波数を制御する周波数制御手段や、圧電体に印加される電力を制御する電力制御手段を設けるようにしても良ヽ。

電力制御手段は、光透過性部材から出射される被写体光の 0次回折光強度が極小値となる電力の内で最小のものを Pとしたとき、圧電体に供給される電力をゼロから Pまでの範囲で制御するのが好ましい。また、光透過性部材から出射される被写体光の 0次回折光強度が、電力ゼロ時の 0次回折光強度の 50%となる電力の内で最小のものを Pとしたとき、圧電体に供給される電力をゼロから Pまでの範囲で制御するようにしても良い。

また、光透過性部材の疎密波進行方向端部に、疎密波を多重反射する多重反射部を形成するようにしても良い。多重反射部としては、例えば、疎密波進行方向に対して傾斜した複数の面を疎密波進行方向端部に形成し、入射した疎密波を複数の面の間で多重反射するものがあり、その場合、疎密波進行方向に対して傾斜した複数の切り欠き溝を疎密波進行方向端部に形成して、切り欠き溝の側面を複数の面としても良い。

また、疎密波進行方向端部に貫通孔を複数形成して多重反射部とし、多重反射部に入射した疎密波を貫通孔の側面により多重反射するようにしても良、。

本発明による撮像装置の第 1の態様は、撮影光学系により結像された被写体像を撮像する撮像素子と、上述した光学ローパスフィルタのいずれか一つとを備える。その光学ローパスフィルタは、撮影光学系と撮像素子との間の光軸上に配設される。本発明による撮像装置の第 2の態様は、撮影光学系により結像された被写体像を撮像する撮像素子と、屈折率分布形成手段を光透過性部材の少なくとも一辺に沿つて複数配設した光学ローパスフィルタ、または、複数の公差用屈折率分布形成手段を備えた光学ローパスフィルタと、複数の異なる撮影モードから、ずれか一つを選択して設定するモード設定手段と、モード設定手段で設定された撮影モードに応じて複数の屈折率分布形成手段をそれぞれ独立に制御する制御手段とを備えることを特徴とする。

本発明による撮像装置の第 3の態様は、撮影光学系により結像された被写体像を撮像する撮像素子と、圧電体に供給される電力をゼロから P間での範囲で制御する光学ローパスフィルタと、電力 Pを設定する設定手段とを備えたことを特徴とする。発明の効果

[0009] 本発明によれば、光透過性部材の面内で周期的に変化する屈折率分布を形成することにより入射光線が回折によって分離されるので、例えば、圧電体に対する供給電力をゼロ力 Pまでの範囲で変えることによって屈折率分布を可変とすることで、光学ローパスフィルタの分離特性を容易に変えることができる。図面の簡単な説明

[0010] [図 1]本発明の撮像装置の概略構成を示すブロック図。

[図 2]光学ローパスフィルタ 4を撮影光学系 1側から見た平面図。 [図 3]ラマン ·ナス回折による光線分岐を説明する図。

[図 4]圧電体 42へ印加される電力と回折光強度との関係を示す図。

[図 5]2方向に光線分岐する場合の光学ローパスフィルタ 4を示す図。

[図 6]3つの圧電体 42A, 42B, 42Cが設けられた光学ローパスフィルタ 4を示す図。

[図 7]動作形態 1を説明する図。

[図 8]動作形態 2を説明する図。

[図 9]動作形態 3を説明する図。

[図 10]辺 A, Bに圧電体 42a〜42dを配設した場合の光学ローパスフィルタ 4を示す図。

[図 11]多重反射部 45が形成された光透過性部材 41を示す図。

[図 12]多重反射部 45の拡大図。

[図 13]多重反射部 45の他の例を示す図。

[図 14]多重反射部 45A, 45Bに切り欠き溝 450が形成された光透過性部材 41を示す図。

[図 15]多重反射部 45A, 45Bに貫通孔 452が形成された光透過性部材 41を示す図発明を実施するための最良の形態

[0011] 以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。図 1は本発明による撮像装置の一実施の形態を示す図であり、一眼レフ式のデジタルスチルカメラの概略構成を示したものである。図 1において、 1は撮影光学系、 3はクイックリターンミラー、 4は光学ローパスフィルタ、 5はフォーカルプレーンシャツタ、 6は撮像素子、 7はフアインダ一光学系、 8は光学ローパスフィルタ 4の駆動回路である。駆動回路 8は制御部 9 に接続されている。 10は操作ボタンや操作ダイヤル等を有する操作部であり、ユーザは操作部 10を操作することにより、カメラに対して種々の操作指示をすることができる。また、図示していないが、カメラは LCDモニタ等の表示部を備えており、操作部 10を操作してその表示部に操作設定画面を表示させ、後述する圧電体の条件設定等を行うことが可能な構成になっている。

[0012] 光学ローパスフィルタ 4,フォーカルプレーンシャツタ 5および撮像素子 6は、それぞれ撮影光学系 1の光軸 2上に配設されている。クイックリターンミラー 3は、図 1に示す光軸位置と不図示の光軸外位置との間を移動可能な構造となっている。クイックリターンミラー 3が図 1のように光軸位置に配設されると、撮影光学系 1からの被写体光はクイックリターンミラー 3によりファインダー光学系 7へと反射される。ファインダー光学系 7にはペンタプリズム 71や接眼レンズ 72が設けられており、接眼レンズ 72を介して被写体像を観察することができる。

[0013] 一方、被写体を撮影する場合には、クイックリターンミラー 3は不図示の光軸外位置に移動されるとともにフォーカルプレーンシャツタ 5の開閉動作が行われ、被写体光に対して撮像素子 6が所定時間露光される。この露光の際には、駆動回路 8により光学ローパスフィルタ 4が駆動される。すなわち、撮像素子 6に入射する被写体光は、光学ローパスフィルタ 4により高周波成分が除去される。撮像素子 6は CCDや CMO S等の固体撮像素子で構成され、複数の受光画素が 2次元的に配列されている。

[0014] 《光学ローパスフィルタ 4の説明》

次に、光学ローノスフィルタ 4について説明する。図 2は光学ローパスフィルタ 4を撮影光学系 1側から見た平面図である。 41は矩形平板状の光透過性部材であり、ここでは石英ガラス力成る矩形状の平行平板を用いて、るが、光透過性部材 41に用 V、る材料としては、使用する光の透過性が良好なガラスや単結晶などが好ま、。

[0015] 例えば、可視光を取り扱うカメラ等の場合には、少なくとも波長 450nmから 750nm の範囲の光を透過する材料を使用する。また、光透過性の程度としては、上記波長帯域の分光透過率が部材厚さ lmmあたり 50%以上であることが望ましい。このような光透過性の定量は、分光光度計などの分光透過率測定装置で行う。光透過性が良好な材料としては、ガラスの場合にはクラウンガラス，フリントガラス，石英ガラス等があり、結晶材料の場合にはモリブデン酸鉛、二酸ィ匕テルル等が好適である。もちろん、本発明における光透過性部材 41は、これらのガラスや結晶材料に限定されるものではない。

[0016] 矩形状の光透過性部材 41の下辺 Aには、電歪素子である圧電体 42が固設されている。なお、図 2に示す例は、光学ローパスフィルタ 4により光線を一方向（図示上下方向）に分離する場合を示したものであり、一方向に分離する場合、圧電体 42の固設位置は下辺 Aに限らず、 4辺 A, B, C, Dのいずれか一つに設ければ良い。圧電素子 42を辺 A, Cに設ければ光線は上下に分離され、辺 B, Dに設けた場合には光線は左右に分離される。分離動作の原理はいずれの場合も同じなので、ここでは代表して辺 Aに固設した場合で説明する。

[0017] 駆動回路 8から圧電体 42に高周波電圧が印加されると、圧電体 42は図示上下方向に振動する。光学ローパスフィルタとして機能させる場合には、 1ΜΗζ〜100ΜΗ z程度の周波数を有する高周波電圧が圧電体 42に印加される。この周波数域は音として人間の耳に聞こえない超音波の周波数帯域であり、このような周波数帯域の振動を発生させる圧電体 42としてはジルコン酸チタン酸鉛 (PZT)やチタン酸バリウム等のセラミックスが好適である力、必ずしもこれらに限定されるものではない。

[0018] 圧電体 42を振動させると、矢印 43で示すように光透過性部材 41の下辺 Aから上辺 Cへと進行する疎密波が発生し、その周波数は圧電体 42に印加された電力の周波数に等しくなる。その結果、光透過性部材 41の内部に周期的な密度分布が形成され、光透過性部材 41の面内で周期的に変化する屈折率分布が形成される。 44は疎密波の波面を示したものであり、波面 44は進行方向 43に垂直となる。

[0019] 例えば、波面 44の位置を分布が密な部分とすれば、それらの中間に分布が疎となる部分が発生する。密部分同士の間隔は疎密波の波長 Λになっている。すなわち、屈折率分布の空間的な周期は Λとなっている。なお、圧電体 42を辺 Aの全域に設けたが、被写体光入射領域に疎密波が形成されるならば必ずしも全域に設ける必要はなぐ辺 Aの中央部だけに設けても力まわな!/、。

[0020] 図 2に示すような周期的な屈折率分布が形成された光透過性部材 41に光が入射すると、音響効果によるラマン'ナス (Raman-Nath)回折と呼ばれる回折現象が生じる。本実施の形態の光学ローパスフィルタ 4は、この回折現象を利用して光線分岐を行うものである。図 3はラマン'ナス回折による光線分岐を説明する図であり、図 1と同様の方向から見た図である。

[0021] 光透過性部材 41には周期的な屈折率分布が形成されており、このような光透過性部材 41に光が入射した場合には、屈折率が高い部分を通過した光は位相が遅れ、屈折率が低い部分を通過した光は位相が進む。その結果、回折現象が発現することになる。光透過性部材 41に入射した光線の一部は 0次回折光として入射光と同一方向に出射され、一部は高次回折光として進行方向を特定の角度だけ変えられて出射される。一般に、ラマン'ナス回折では、回折光は 0次光、 ±1次光、 ±2次光、…のように複数現れ、ブラッグ回折では 0次光と 1次光とに分離される。

[0022] このとき、回折次数を m、光の波長を λとすると、 m次回折光の分岐角度 Θ は次式

(1)で表される。また、周期的な屈折率分布の周期（幅） Λは、圧電体 42に印加する高周波電圧の周波数を f、光透過性部材 41内における音速を Vとすると、次式（2)のように表される。

sin0 =πιλ/Λ

Λ=ν/ί ---(2)

[0023] 光透過性部材 41から撮像素子 6の撮像面までの距離を Lとし、撮像面での分離幅を dとすると、次式（3)が成り立つ。分岐角度 0 は小さいので tan 0 =sin0 とみな

m m m すことができ、周波数 fは次式 (4)のように表される。

tan0 =d/L ·'·(3)

m

f=dv/(lL) ---(4)

[0024] 例えば、光の波長をえ =600nm、距離 L = 5mmとし、光透過性部材 41に石英ガラスを用いた場合を考える。石英ガラス中の音速 Vは v=6kmZsであるので、分離幅 d^d=5_u mとするためには、印加電圧の周波数を f=10MHzとすれば良いことがわかる。このように、高周波電圧の周波数 fを変更することにより、分離幅 dすなわち光学ローパスフィルタ 4のカットオフ周波数を調整することができる。その結果、同一光学ローパスフィルタ 4で、画素ピッチの異なる種々の撮像素子 6や被写体像の空間周波数の違いに対応することができる。

[0025] さらに、圧電体 42に印加する電力の大きさを変更することにより、 0次光の強度と高次光の強度との比率が変化させることができ、撮影者の意図に応じた撮影に容易に対応することができる。印加電力の大きさを変化させて光透過性部材 41の疎密波の強度を変えると、光透過性部材 41中に形成される周期的な屈折率分布の振幅が変化する。例えば、印加電力を大きくすると疎密波が強くなり、その結果、周期的な屈折率分布の振幅が大きくなつて、 0次光の強度が小さくなり、 ±1次光や ±2次光などの高次回折光の強度が大きくなる。逆に、印加電力を小さくすると疎密波が弱くなり、結果的に周期的な屈折率分布の振幅が小さくなつて、 0次光の強度が大きくなり、士 1次光や ± 2次光などの高次回折光の強度が小さくなる。

[0026] 図 4は、圧電体 42へ印加される電力と回折光強度との関係を示す図である。この図は、電力が印加された圧電体 42に可視域（400nm〜800nm)の特定の波長 λの光を入射したときに計測された、ラマン'ナス回折による 0次光、 ± 1次光、 ± 2次光の強度を示したものである。図 4において、曲線 L (O)は 0次光の強度を表し、 1次光に関する曲線 L (± 1)は + 1次光の強度と 1次光の強度との合計を表し、 2次光に関する曲線し (士 2)は + 2次光の強度と 2次光の強度との合計を表したものである。

[0027] 印加電力 =0の場合にはラマン'ナス回折は生じないので、 0次光のみが現れる。

光透過性部材 41による表面反射や内部吸収を無視すれば、 0次光の強度は入射光の強度と実質的に等しい。そこで、電力を印加しないときの 0次光の強度を 100%として考える。印加電力をゼロから大きくして行くと、まずラマン'ナス回折によって生じる 1次光の強度が徐々に大きくなり、それにつれて 0次光の強度が徐々に小さくなる。図 4の電力 P10の所では、回折光の大部分は 0次光と 1次光とが占めており、 0次光の強度は 90%近くあり、士 1次光（+ 1次光と— 1次光との合計)の強度は残りの 10% 程度である。

[0028] P10からさらに電力を大きくすると、 ± 2次光が現れて電力増加とともにも強度が増加する。そして、電力 P2において 0次光の強度が 50%まで減少する。さらに電力を増加すると、増加していた ± 1次光の強度が電力 P11においてピークとなり、電力が P 11を越えると 0次光だけでなく士 1次光も減少し始める。さらに電力を大きくして P 1 としたときに、 0次光の強度が極小値をとる。このとき、 0次光の強度はゼロとなり 0次光が消失する。電力 P1からさらに電力を大きくすると 0次光は再び増加し始め、電力 P12にお!/、て士 2次光のピークが現れる。

[0029] 印加電力の増加とともに 0次光、 ± 1次光、 ± 2次光が図 4に示すように変化するので、例えば、印加電力を P10とすれば、 ± 1次光、 ± 2次光は小さく 0次光が 90%となり、光学ローパスフィルタとしての効果が小さくなる。一方、印加電力を P2より大きくすると ± 1次光、 ± 2次光の強度は 0次光と同程度または大きくなるので、光学ローバスフィルタの効果を大きくすることができる。

[0030] このように、印加電力の大きさを変えることによって光学ローパスフィルタ 4のフィルタ効果を容易に変えることができ、ユーザの様々な要求性能に容易に対応することができる。例えば、モアレの影響が少ない状況においてシャープな画像を撮影したい場合には、電力をゼロあるいは P11のように小さく設定する。逆に、モアレの影響が大きくそれを低減したい場合には、例えば電力 P2や P12のように大きくしてモアレ除去効果が出るようにする。このように、電力を変えることによって、光学ローパスフィルタ 4への様々な要求性能に容易に対応することができる。

[0031] さらに印加電力を P1とすると、 0次光の強度はゼロとなり入射光は 0次光以外の高次光に分岐して、るので、光学ローパスフィルタとしての効果を変えるためにこれ以上印加電力を大きくする必要がない。すなわち、電力を 0から P1まで変化させれば、 0次光強度を 100%力も 0%までの任意の値に設定できる。そのため、デジタルスチルカメラ等の撮像装置における電力供給部の最大能力を P1とすれば良いことがわかつた。その結果、電力供給部に必要な最大電力を P1に抑えつつ、光透過性部材 41 の光学ローパスフィルタとして可能な特性を達成することができる。

[0032] また、電力 P2においては 0次光の強度が 50%となっており、これは、複屈折性結晶材料を用いた光学ローパスフィルタと同水準の光分岐効果を示している。すなわち、印加電力をゼロ力 P2の間で変化させることにより、光透過性部材 41のフィルタ性能を、従来の光学ローパスフィルタと同性能を有する状態と、 0次光のみの状態 (光学ローパスフィルタとして機能していない状態）との間の任意の状態に設定することが可能となる。このように、光透過性部材 41のフィルタ性能を、複屈折性結晶材料と同様の性能を達成できる程度と設定した場合には、電力供給部に必要な最大電力を P 1よりも低い P2に抑えることができ、コスト低減をさらに図ることができる。

[0033] [フィルタ動作の説明]

上述したように、光学ローパスフィルタ 4は圧電体 42を駆動して、る間だけ光学口一パスフィルタとして機能する。そのため、撮像素子 6による被写体像の撮像を行う時だけ圧電体 42を駆動すれば十分であり、撮像動作を行っていない場合には圧電体 42を駆動する必要がない。例えば、以下のように光学ローパスフィルタ 4を動作させればよい。

[0034] 撮影者がカメラのレリーズボタン (付図示）を全押しすると、レリーズボタンの全押しに連動してオンするレリーズスィッチ (不図示）が作動して撮影動作を開始する。レリーズスィッチがオンされると、駆動回路 8により圧電体 42に高周波電圧 (例えば、 10 MHzの電圧）を印加するとともに、クイックリターンミラー 3を光軸外位置へと移動する。圧電体 42に高周波電圧が印加されると、光透過性部材 41内を疎密波が図 2のように辺 Aから辺 Cへと進行する。

[0035] 上述したように石英ガラス中の音速 Vは v= 6kmZsなので、 AC間の距離が lcmであれば、約 1. 7 s後には光透過性部材 41の面内全域に周期的な屈折率分布が形成されることになる。次いで、フォーカルプレーンシャツタ 5を解放状態にして撮像素子 6を被写体光束中に露光し、撮像を行う。その後、フォーカルプレーンシャツタ 5を閉じ、クイックリターンミラー 3を光軸位置へと移動した後、圧電体 42への印加電圧をオフする。

[0036] 本実施の形態の光学ローパスフィルタ 4は、光透過性部材 41内に疎密波 (超音波）が発生されるだけで、光透過性部材 41自体が機械的に振動することがない。そのため、光学ローノスフィルタ 4自体力塵等が発生することがなぐ塵が撮像画像に写り込んでしまう t 、つた問題は生じな、。

[0037] [変形例]

図 5〜7は、光学ローパスフィルタ 4の変形例を示す図である。図 5に示す光学ローパスフィルタ 4では、光透過性部材 41の下辺 Aおよび右辺 Bに圧電体 42A,圧電体 42Bを設けて、光学ローパスフィルタ 4の上下'左右の 2方向に入射光を分岐するようにした。この場合、圧電体 42Bは左右方向に進行する疎密波 45を発生させ、光透過性部材 41の左右方向に周期的な屈折率分布を形成する。その結果、光透過性部材 41の面内の異なる 2方向に周期的に変化する屈折率分布が形成され、光透過性部材 41に入射した光線は、図示上下方向および左右方向の両方に 2次元的に分岐される。

[0038] 図 6に示す光学ローパスフィルタ 4では、光透過性部材 41を六角形状に形成し、その三つの辺 A, B, Cに 3つの圧電体 42A, 42B, 42Cを設けた。この場合も、疎密波 44, 45, 46の各進行方向に沿って、周期的に変化する屈折率分布がそれぞれ得られる。

[0039] このように、光透過性部材 41に複数の圧電体を設けて、進行方向の異なる複数の疎密波を発生させることにより、光透過性部材 41の面内の異なる複数の方向に周期的に変化する屈折率分布を形成することができる。その結果、一つの光学ローバスフィルタ 4で光線を複数の方向に分岐することができ、従来に比べて光軸方向の寸法が低減され、装置の小型化を図ることができる。一方、従来の複屈折性結晶材料を用いた光学ローパスフィルタでは、分岐の方向に応じて複数の光学部材を光軸上に配設する必要があった。

[0040] また、図 7に示す光学ローパスフィルタ 4では、光透過性部材 41の辺 Aに 2つの圧電体 42a, 42bが並設されている。駆動回路 8は圧電体 42a, 42bに対してそれぞれ独立して高周波電圧を印加することができる。すなわち、印加電圧の周波数や電圧の大きさを圧電体 42aと圧電体 42bとの間で同じにすることもできるし、異ならせることちでさる。

[0041] 例えば、左右の圧電体 42a, 42bの間に個体差がある場合でも、印加する電力の大きさや周波数を調整することにより、光透過性部材 41の全域にほぼ均一なローバスフィルタ特性を与えることができる。図 7に示した例は、圧電体 42a, 42bに同一電圧'同一周波数の高周波電圧を印加した場合であり、同一周波数の疎密波が矢印 4 3で示すように下辺 Aから上辺 C方向へと進行する。

[0042] 圧電体 42a, 42bは独立に駆動制御できるため、状況に応じて種々の動作形態が可能となる。ここでは、代表的な動作形態について数種類説明する。

(動作形態 1)

動作形態 1では、通常の撮影の際には図 7に示すように光透過性部材 41の全領域に同一の疎密波を発生させ、光透過性部材 41の全領域においてローパスフィルタ効果を発生させる。そして、モアレの影響が少ない状況や風景撮影のような状況においてシャープな画像を撮影したい場合には、操作部 10を操作して圧電体 42a, 42b の印加電圧をオフする。この場合、光透過性部材 41はローパスフィルタとして機能しなヽため、シャープな画像を得ることができる。 [0043] この場合、カメラに設けられた表示部に圧電体 42a, 42bの設定画面を表示させて設定するようにしても良い。また、圧電体 42a, 42bを個別に設定する代わりに、例えば、操作部 10を「シャープな撮影モード」や「風景撮影モード」などの撮影モードを選択できるセレクタダイヤルとし、これらの撮影モードが選択されると圧電体 42a, 42b の印加電圧がゼロに設定されるようにしても良!、。

[0044] (動作形態 2)

動作形態 2では、光透過性部材 41の一部の領域に疎密波を発生させて、その領域だけにローパスフィルタ効果を発生させる。例えば、図 8に示すように圧電体 42aは印加電圧をオフし、圧電体 42bの印加電圧をオンする。このように動作させた場合、周波数が超音波域の疎密波は直進性が高いため、圧電体 42bが設けられた右側の領域 41bだけに疎密波が発生する。

[0045] その結果、光透過性部材 41の領域 41bにだけローパスフィルタ効果が発生する。

例えば、領域 41aの被写体をシャープに撮影したい場合には、図 8のように設定する。逆に、通常は圧電体 42a, 42bをオフにしておき、領域 41bにモアレの影響が見られる場合には、圧電体 42bの印加電圧をオンにする。

[0046] (動作形態 3)

動作形態 2では、圧電体 42a, 42bの印加電圧のオン'オフ状態を個別に制御した力動作形態 3では周波数 (波長)や印加電力の大きさを個別に制御することにより、領域 4 la, 4 lbのフィルタ特性を異なる状態とする。その結果、画像の領域別に撮影者の意図を反映した画質を実現することができる。図 9は、圧電体 42a, 42bに異なる周波数の電圧を印加した場合を示す。圧電体 42a, 42bの周波数が異なるため、光透過性部材 41の領域 41aでは屈折率分布の空間的周期は Λ 1となっており、領域 4 lbでは Λ 2となっている。

[0047] 図 7〜9に示す光学ローパスフィルタ 4では、矩形状の光透過性部材 41の一辺 Aに複数の圧電体 42a, 42bを配設した力図 10に示すように辺 Aに直交する辺 Bにも複数の圧電体 42c, 42dを配設するようにしてもよい。各圧電体 42a〜42dは、駆動回路 8 (不図示）によって個別に駆動される。圧電体 42c, 42dは図示左右方向に進行する疎密波を発生させ、光透過性部材 41の左右方向に周期的な屈折率分布を形成する。その結果、光透過性部材 41には面内の異なる 2方向に周期的な屈折率分布を形成され、光透過性部材 41に入射した光線は、図示上下方向および左右方向に 2次元的に分岐される。

[0048] 各圧電体 42a〜42dに異なる周波数や異なる電力の高周波電圧を印加することにより、各圧電体 42a〜42dから光透過性部材 41に導入される疎密波の波長と強度を個別に制御することができる。その結果、それぞれの疎密波が作用する光透過性部材 41の各領域 41a〜41dにおいて、光線の分岐角や分岐光の強度を個別に設定することがでさる。

[0049] 図 10に示した例では、圧電体 42a, 42cの印加電圧をオンし、圧電体 42b, 42dの印加電圧をオフ状態とした。領域 41aに入射した光線は上下左右 2方向に分岐され、領域 4 lbに入射した光線は左右方向に分岐され、領域 41cに入射した光線は上下方向に分岐される。また、領域 41dには疎密波が形成されないので、ローパスフィルタ作用がオフ状態となっている。すなわち、領域 41dの画像はシャープに撮影される

[0050] なお、上述した実施の形態では、光透過性部材 41の一辺上に 2つの圧電体を配設したが、辺に沿って 3以上の圧電体を配設するようにしても良い。圧電体の数が多いほど、フィルタ効果の制御領域の範囲をより細力べ設定することができる。また、光透過性部材 41の形状も矩形に限らず多角形でも良!、。

[0051] 上述したように、印加電圧を制御してフィルタ機能を制御する場合、次のような方式が考えられる。

(a)周波数を変えることにより分岐された光線の分離幅を制御する方式。

(b)電力の大きさを変えることにより分岐された光線の強度を制御する方式。

(c)これらを組み合わせることによって、領域毎にフィルタ機能を微妙にコントロールする方式。

[0052] このような、電力や周波数の変更および印加電圧のオンオフは、図 1に示した操作部 10を操作することにより任意に行うことができる。また、カメラ側で撮影された画像を解析して最適設定条件を求め、その最適設定条件を撮影者に提示したり、自動的に最適設定条件に設定するようなことも可能である。例えば、周波数を自動設定する場合、同一被写体に対して周波数条件の異なる複数の画像を撮影し、その中で最もモアレの影響が少ない画像の周波数を最適条件に設定する。

[0053] 例えば、上述した撮影モードとして、光透過性部材によるローパス特性を変更しつつ複数回撮影する「光分岐ブラケティング撮影モード」を備え、撮影モード選択用セレクタダイヤルとして構成された操作部 10を操作して、「光分岐ブラケティング撮影モード」を選択できるような構成とすれば良い。

[0054] [端面における疎密波反射防止対策]

ところで、光透過性部材 41の内部を進行した疎密波は、進行方向の端面で反射されることになる。そこで、進行方向端面に吸音材を設けて、端面での疎密波の反射を防止するようにしても良い。また、進行方向端面にも圧電体を設けて、光透過性部材 41内に定在波を形成するようにしても良い。この場合にも、光透過性部材 41内は屈折率分布が形成され、進行波の場合と同様の効果を得ることができる。

[0055] また、図 11に示す光学ローパスフィルタ 4のように、面 Aと対向する進行方向端面に吸音材を付加する代わりに、光透過性部材 41の進行方向端部に多重反射部 45を形成するようにしても良い。図 12は多重反射部 45の拡大図であり、多重反射部 45には、疎密波の進行方向に対して斜めに傾斜した切り欠き溝 450が端部に沿って複数形成されている。その結果、多重反射部 45は櫛歯形状になっており、図示上方に進行して多重反射部 45に入射した疎密波は、各櫛歯部 451内に進入する。

[0056] 櫛歯部 451に進入した疎密波は、櫛歯部 451の図示左側の面 451Aにより反射される。面 451Aで反射された疎密波は反対側の面 451Bに入射し、面 451Bにより反射される。このような面 451A, 451B間の反射を繰り返しながら櫛歯部 451内を斜め右上に進行し、櫛歯 451の端面 451Cに達する。疎密波は端面 451Cにより反射され、櫛歯 451内を逆行する。この際も、面 451A, 451B間の反射を繰り返しながら逆行する。

[0057] 疎密波は反射の度に減衰するため、櫛歯 451内に進入した疎密波は面 451 A, 45 1B間で多重反射されて十分減衰し、疎密波が多重反射部 45から図示下方に出射されることはほとんどない。その結果、図 11に示した光透過性部材 41の内の多重反射部 45を除いた領域を、全てフィルタ領域として利用することができる。櫛歯部 451の幅寸法 Wを小さくするほど多重反射の反射回数が増加するので、幅 Wを小さくすることにより多重反射部 45の高さ hをより小さくすることができ、光透過性部材 41における多重反射部 45の割合を小さくすることができる。

[0058] 図 12に示した例では、切り欠き溝 450を形成することにより疎密波が多重反射される界面を形成したが、これに限らず、面 451A, 451Bに相当する界面を光透過性部材 41に形成できる方法であるならば適用することができる。図 13は多重反射部 45の他の例を示す図であり、多重反射部 45に複数の貫通孔 452を形成したものである。多重反射部 45には、貫通孔 452によって紙面表裏方向に延びる円筒形状の界面が複数形成されることになる。

[0059] この場合も円筒形状界面は疎密波の進行方向（矢印 43の方向）に対して傾斜しているので、多重反射部 45に入射した疎密波は円筒形状の各界面によって反射され、反射を繰り返すことにより減衰する。また、端面 Bに達して反射された疎密波も、逆行する間に貫通孔 452の界面によって繰り返し反射されて減衰する。その結果、多重反射部 45から図示下方に逆行する疎密波を非常に小さく抑えることができ、上述した図 11に示す光学ローパスフィルタ 4の場合と同様の効果を奏することができる。

[0060] 上述した図 11, 13に示す例では、入射光線を 1方向（図示上下方向）に分岐する場合を示したが、図 5に示す光学ローパスフィルタ 4のように上下左右の 2方向に分岐させる場合にも、同様に適用することができる。図 14は、光透過性部材 41の多重反射部 45A, 45Bに切り欠き溝 450を形成した場合を示し、図 15は、多重反射部 45 A, 45Bに貫通孔 452を形成した場合を示す。

[0061] いずれの場合も、光透過性部材 41の面 A, Dに圧電体 42 (不図示）を設け、面 Aから上方向に、また面 D力右方向に疎密波をそれぞれ導入する。このように 2方向に疎密波を導入することにより、上下方向および左右方向に周期的な屈折率分布がそれぞれ形成され、紙面に垂直に入射した光線は上下方向および左右方向の 2方向に分岐される。面 Aに対向する部分には多重反射部 45Aが形成され、面 Dに対向する部分には多重反射部 45Bが形成されているので、それぞれ疎密波に対して反射の影響を低減することができる。

[0062] 上述した実施の形態では、一眼レフ式のデジタルカメラの光学ローパスフィルタに適用した場合について説明した力レンズ一体型のデジタルカメラにも同様に適用することができる。さら〖こ、デジタルスチルカメラに限らず、ビデオカメラなどのように撮像素子を備えた撮像装置の光学ローパスフィルタにも適用できる。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。例えば、屈折率分布形成手段として圧電体を用いた力光透過性部材 41内に疎密波 (超音波）を発生させることができるならば、圧電体に限らず他のトランスデューサを用いても良い。

[0063] 上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

[0064] 次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。

日本国特許出願 2004年第 271785号（2004年 9月 17日出願）

日本国特許出願 2005年第 38917号（2005年 2月 16日出願）

日本国特許出願 2005年第 40261号（2005年 2月 17日出願）

日本国特許出願 2005年第 150026号（2005年 5月 23日出願）

Claims

請求の範囲

[1] 光学ローパスフィルタであって、

光透過性部材と、

前記光透過性部材の面内で周期的に変化する屈折率分布を形成する屈折率分布形成手段とを備る。

[2] 請求項 1に記載の光学ローパスフィルタにおヽて、

前記光透過性部材として、少なくとも波長 450nm力も波長 750nmの範囲の光透過率が部材厚さ lmmあたり 50%以上である光透過性部材を用いる。

[3] 請求項 1または 2に記載の光学ローパスフィルタにおいて、

前記屈折率分布形成手段は、前記光透過性部材の面内の異なる複数の方向に前記屈折率分布をそれぞれ形成する。

[4] 請求項 1または 2に記載の光学ローパスフィルタにおいて、

前記屈折率分布形成手段は、前記光透過性板材の少なくとも一辺に沿って複数配設される。

[5] 請求項 4に記載の光学ローパスフィルタにおいて、

前記複数の屈折率分布形成手段により発生された屈折率分布の方向と交差する方向に前記光透過性部材の面内で周期的に変化する屈折率分布を各々形成する、複数の交差用屈折率分布形成手段を備える。

[6] 請求項 1〜5のいずれか一項に記載の光学ローパスフィルタにおいて、

前記屈折率分布形成手段は、前記光透過性部材に疎密波を発生させて前記屈折率分布を形成する。

[7] 請求項 6に記載の光学ローパスフィルタにおヽて、

前記屈折率分布形成手段は、高周波電圧が印加されることによって前記光透過性部材に疎密波を発生させる圧電体を有する。

[8] 請求項 7に記載の光学ローパスフィルタにおいて、

前記高周波電圧の周波数を制御する周波数制御手段を備える。

[9] 請求項 7または 8に記載の光学ローパスフィルタにおヽて、

前記圧電体に印加される電力を制御する電力制御手段を備える。

[10] 請求項 9に記載の光学ローパスフィルタにお!/ヽて、

前記電力制御手段は、前記光透過性部材から出射される被写体光の 0次回折光強度が極小値となる電力の内で最小のものを Pとしたとき、前記圧電体に供給される電力をゼロから Pまでの範囲で制御する。

[11] 請求項 9に記載の光学ローパスフィルタにおヽて、

前記電力制御手段は、前記光透過性部材から出射される被写体光の 0次回折光強度力電力ゼロ時の 0次回折光強度の 50%となる電力の内で最小のものを Pとしたとき、前記圧電体に供給される電力をゼロから Pまでの範囲で制御する。

[12] 請求項 6〜： L 1の!、ずれか一項に記載の光学ローパスフィルタにお!/ヽて、

光学ローパスフィルタであって、

前記光透過性部材の疎密波進行方向端部に形成され、疎密波を多重反射する多重反射部を備える。

[13] 請求項 12に記載の光学ローパスフィルタにおいて、

疎密波進行方向に対して傾斜した複数の面を前記疎密波進行方向端部に形成して前記多重反射部とし、前記多重反射部に入射した疎密波を前記複数の面の間で多重反射する。

[14] 請求項 13に記載の光学ローパスフィルタにお!/ヽて、

前記疎密波進行方向に対して傾斜した複数の切り欠き溝を前記疎密波進行方向端部に形成し、前記切り欠き溝の側面を前記複数の面とする。

[15] 請求項 12に記載の光学ローパスフィルタにおいて、

前記疎密波進行方向端部に貫通孔を複数形成して前記多重反射部とし、前記多重反射部に入射した疎密波を前記貫通孔の側面により多重反射する。

[16] 撮像装置であって、

撮影光学系により結像された被写体像を撮像する撮像素子と、

前記撮影光学系と前記撮像素子との間の光軸上に配設される請求項 1〜15のいずれか一項に記載の光学ローパスフィルタとを備える。

[17] 撮像装置であって、

撮影光学系により結像された被写体像を撮像する撮像素子と、前記撮影光学系と前記撮像素子との間の光軸上に配設される請求項 4または 5〖こ記載の光学ローパスフィルタと、

複数の異なる撮影モードからいずれか一つを選択して設定するモード設定手段と、前記モード設定手段で設定された撮影モードに応じて前記複数の屈折率分布形成手段をそれぞれ独立に制御する制御手段とを備える。

撮像装置であって、

前記撮影光学系と前記撮像素子との間の光軸上に配設される請求項 10または 11 に記載の光学ローパスフィルタと、

前記電力 Pを設定する設定手段とを備える。