JPH06289323A - 撮像光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光学的ローパスフィルタを１枚の水晶等の複
屈折板だけで構成しても、十分に偽信号の抑圧効果が発
揮できるようにする。 【構成】 複数のレンズが多段に配された撮像レンズ系
５を有し、被写体像を撮像デバイスの撮像面に結像する
ための撮像光学系において、撮像レンズ系５の後段に１
枚の複屈折板を配し、開口の絞りによって撮像レンズ系
５のＦ値を決定し、かつこのＦ値が所定値Ｆｄ以上であ
る場合に、複屈折板と共に、カットオフ周波数ｒ_c 以上
の空間周波数のＭＴＦを低下させる絞り装置３と、Ｆ値
が所定値Ｆｄ以下である場合に、非球面による収差によ
って、複屈折板と共に、カットオフ周波数ｒ_c 以上の空
間周波数領域のＭＴＦを低下させる第２の光学手段とを
設けて構成する。例えば、インナーフォーカスユニット
４における第１２面、第１３面及び第１６面を非球面に
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ビデオカメラ等の撮像
装置に用いられる撮像光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、離散的な画素構造の固体撮像素
子や、色分解フィルタを有する撮像管等を用いた撮像光
学系では、被写体像を光学的に空間サンプリングして撮
像出力を得るようにしている。

【０００３】このような撮像光学系の取り扱うことので
きる絵柄の細かさはサンプリング周波数に関連して決ま
り、それ以上の高空間周波数成分が含まれると、モア
レ、エリアジング等と呼ばれる偽信号の発生の原因とな
る。このため撮像光学系の中に、被写体の高空間周波数
成分を制限する光学的ローパスフィルタを配置する必要
がある。

【０００４】従来、上記光学的ローパスフィルタとし
て、水晶板の複屈折を利用したものが用いられてきた。
この水晶板による光学的ローパスフィルタは、水晶板の
複屈折作用により光学的なぼけを与え、被写体像の高空
間周波数成分を低減させて偽信号を抑制するものであ
る。

【０００５】この水晶板を用いた光学的ローパスフィル
タの例としては、例えば特開昭５７−３９６８３号公報
で提案された水晶板３枚を用いた光学的ローパスフィル
タが知られている。

【０００６】ここで、水晶板３枚を用いた光学的ローパ
スフィルタと水晶板１枚を用いた光学的ローパスフィル
タの各ＭＴＦ−空間周波数特性をそれぞれ図２１及び図
２２に基づいて説明すると、水晶板３枚を用いた光学的
ローパスフィルタは、図２１に示すように、カットオフ
周波数８０ｌｐ／ｍｍ以上のＭＴＦの値が小さく、偽信
号の抑制効果が十分であるのに対し、水晶板１枚の光学
的ローパスフィルタでは、図２２に示すように、上記カ
ットオフ周波数８０ｌｐ／ｍｍ以上のＭＴＦの値が大き
くなり、偽信号の抑制効果は不十分となる。

【０００７】従って、従来では、３枚以上の水晶板にて
光学的ローパスフィルタを構成することにより、カット
オフ周波数以上のＭＴＦを抑えるようにしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
撮像光学系においては、光学的ローパスフィルタを３枚
以上の水晶板にて構成するようにしているため、以下の
ような問題が生じていた。

【０００９】即ち、一般に、水晶は結晶成長に長期間を
要し、コストが高い。しかも、このコストの高い水晶板
を３枚以上使用するため、撮像光学系、ひいてはこの撮
像光学系を用いた撮像装置の製造コストが高くなる。ま
た、３枚以上の水晶板を貼り合せて光学的ローパスフィ
ルタを作製することから、水晶板同士を貼り合わせる際
の位置合わせが煩雑になり、製造工程の複雑化、工数の
増大化を招くという問題があった。

【００１０】本発明は、上記の課題に鑑みてなされたも
ので、その目的とするところは、光学的ローパスフィル
タを１枚の水晶等の複屈折板だけで構成しても、十分に
偽信号の抑圧効果を発揮させることができ、撮像光学
系、ひいてはこの撮像光学系を用いた撮像装置の製造コ
ストの低廉化を効率よく図ることができる撮像光学系を
提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、複数のレンズ
が多段に配された撮像レンズ系５を有し、被写体像を撮
像デバイスの撮像面に結像するための撮像光学系におい
て、撮像レンズ系５の後段に複屈折板を配し、開口の絞
りによって撮像レンズ系のＦ値を決定し、かつこのＦ値
が所定値Ｆｄ以上である場合に、複屈折板と共に、偽信
号が発生する空間周波数ｒ_c 以上の空間周波数領域のＭ
ＴＦを低下させる第１の光学手段３と、Ｆ値が所定値Ｆ
ｄ以下である場合に、非球面による収差によって、複屈
折板と共に、偽信号が発生する空間周波数ｒ_c 以上の空
間周波数領域のＭＴＦを低下させる第２の光学手段（例
えば、インナーフォーカスユニット４における第１２
面、第１３面及び第１６面）とを設けて構成する。

【００１２】この場合、第１の光学手段３における開口
が全開放とされたＦ値以上の全てのＦ値において、ＭＴ
Ｆ（２ｒ_c ）≦０．４を満足するように構成する。但
し、上記ＭＴＦ（２ｒ_c ）は、撮像レンズ系５と複屈折
板を組み合わせた場合の結像面内の軸上でのＭＦＴ値で
あって、複屈折板によるカットオフ周波数をｒ_c と定義
した場合の、空間周波数２ｒ_c でのＭＴＦ値である。

【００１３】具体的には、撮像光学系の分光透過率をＴ
（λ）、撮像デバイスの感度特性をＳ（λ）とした場
合、Ｗ（λ）＝Ｔ（λ）・Ｓ（λ）の重みを付けて、単
色でのＯＴＦ｛λ（ｒ）｝を可視域で波長λに対して積
分した以下の数２で示す白色光ＯＴＦ値ＯＦＴ（ｒ）の
絶対値であって、複屈折板によるカットオフ周波数をｒ
_c と定義した場合の、空間周波数２ｒ_c でのＭＴＦ値で
ある。

【００１４】

【数２】

【００１５】上記数２によるＭＴＦ値は、５波長程度の
近似の絶対値で求めることができる。

【００１６】また、上記構成において、第１の光学手段
３における上記開口を全開放したときのＦ値から上記所
定値Ｆｄまで変化させた場合の、空間周波数ｒ_c／２に
おけるＭＴＦの最大値及び最小値を、それぞれＭＴＦ
_MAX（ｒ_c／２）及びＭＴＦ_MIN（ｒ_c／２）としたとき、
以下の数３を満足するように構成するようにしてもよ
い。

【００１７】

【数３】

【００１８】但し、上記所定値Ｆｄは、上記撮像レンズ
系５が無収差で上記第１光学手段３における絞りの開口
の回折のみがＭＴＦに寄与すると仮定した場合での撮像
レンズ系５のＭＴＦ値であって、かつ上記複屈折板によ
るカットオフ周波数をｒ_c と定義した場合の、空間周波
数２ｒ_c でのＭＴＦ値が０．４を満たす時のＦ値であ
る。

【００１９】また、撮像レンズ系５のｅ線での球面収差
が、所定値ＦｄよりもＦ値が大きな領域で、１箇所以上
の極値をもつように構成する。

【００２０】なお、上記第２の光学手段における非球面
を収差補正と兼用にして構成するようにしてもよい。

【００２１】

【作用】通常、カットオフ周波数ｒ_c を持つ水晶板１枚
を用いた光学的ローパスフィルタは、水晶板を３枚貼り
合わせて構成された光学的ローパスフィルタと比較し
て、カットオフ周波数ｒ_c より高い空間周波数でのＭＴ
Ｆが大きな値となり、偽信号の抑圧が不十分である。

【００２２】ところが、本発明においては、開口の絞り
によって撮像レンズ系５のＦ値を決定する第１の光学手
段３の開口の絞りをある程以上絞った場合、撮像レンズ
系５の収差は無視できるほど小さくなり、撮像レンズ系
５の特性は、絞られた開口での回折現象により支配され
ることになる。このことから、上記第１の光学手段３に
よって撮像レンズ系５のＦ値が大きくなるに従って、そ
の回折現象によりＭＴＦが低下する（図２参照）。

【００２３】従って、本発明に係る撮像光学系において
は、上記第１の光学手段３による回折作用と、複屈折板
による複屈折作用（即ち、光学的ローパスフィルタ機
能）の組合せによって、上記カットオフ周波数ｒ_c より
高い空間周波数でのＭＴＦが低下する。

【００２４】一方、撮像レンズ系５のＦ値が小さくなる
と、カットオフ周波数ｒ_c より高い空間周波数でのＭＴ
Ｆが徐々に大きくなり、偽信号の抑圧効果が弱くなる。
しかし、本発明においては、撮像レンズ系５に非球面を
導入し、この非球面により積極的に球面収差を発生させ
て、高空間周波数でのＭＴＦを低下させるようにしてい
る。

【００２５】従って、本発明に係る撮像光学系において
は、上記第２の光学手段の非球面による収差と、複屈折
板による複屈折作用（光学的ローパスフィルタ機能）の
組合せによって、上記カットオフ周波数ｒ_c より高い空
間周波数でのＭＴＦが低下する。

【００２６】以上のことから、本発明に係る撮像光学系
においては、複屈折板１枚のみでも、従来の３枚の水晶
板を用いた光学的ローパスフィルタとほぼ同じ偽信号抑
圧効果を得ることができ、従来より複屈折板の枚数が削
減され、撮像光学系の製造コストを低廉化に寄与するこ
とができる。また、複屈折板を１枚用いるだけであるた
め、従来から必要であった貼り合わせ等の製造上困難な
工程が不要となり、撮像光学系の量産化が向上する。

【００２７】特に、、第２の光学手段における非球面を
収差補正と兼用にすることにより、非球面の数が減り、
更に製造コストの低廉化を促進させることができる。こ
の非球面の数が減るということは、構成上、例えば両面
非球面レンズが片面非球面レンズになるなどの場合があ
り、この場合、光軸合わせが容易になるなどの製造工程
の簡略化が達成できる。

【００２８】

【実施例】以下、本発明に係る撮像光学系の２つの実施
例を図１〜図２０を参照しながら説明する。なお、これ
ら実施例においては、撮像デバイスとしてＣＣＤ固体撮
像素子を用いた例を示すものである。

【００２９】まず、第１実施例に係る撮像光学系は、図
１に示すように、光軸に対して、前方より前玉ユニット
１、ズームユニットを構成するバリエータ２、絞り装置
３、固定レンズ及び可動レンズ群からなるインナーフォ
ーカスユニット４で構成された撮像レンズ系５と、赤外
線吸収ガラス、ＣＣＤ固体撮像素子のカバーガラス及び
１枚の複屈折板（水晶板）で構成された平行平面板６
と、ＣＣＤセンサー７とが順次配設されて構成されてい
る。

【００３０】前玉ユニット１は、この撮像光学系の第１
面〜第５面を構成し、バリエータ２は、撮像光学系の第
６面〜第１０面を構成し、絞り装置３は、撮像光学系の
第１１面を構成し、インナーフォーカスユニット４は、
撮像光学系５の第１２面〜第１６面を構成し、赤外線吸
収ガラス、カバーガラス及び１枚の複屈折板（水晶板）
で構成された平行平面板６は、撮像光学系５の第１７面
及び第１８面を構成する。

【００３１】図１中、同図Ａは、バリエータ２が前玉ユ
ニット１に最も近づいた状態、即ち撮像レンズ系５のズ
ーム位置がＷｉｄｅ端となっている状態を示し、同図Ｂ
は、バリエータ２が前玉ユニット１から最も遠ざかった
状態、即ち撮像レンズ系５のズーム位置がＴｅｌｅ端と
なっている状態を示す。

【００３２】まず、これらの図を用いて、回折現象によ
るローパスフィルタ効果を説明する。

【００３３】図１Ａ及びＢ中のＡは、絞り装置３の開口
絞りを表わす。この開口絞りＡをある程度以上絞った場
合、撮像レンズ系５の収差は無視できるほど小さくな
り、撮像レンズ系５の特性は絞りの開口における回折現
象により支配される。絞りの開口形状が円形の場合、撮
像レンズ系５の特性を表わすＯＴＦ（Optical transfer
function）は、上記収差を無視した場合、結像面内の光
軸上で以下の（１）式で表される。

【００３４】

【数４】 ここで、λは光の波長、Ｆは撮像レンズ系のＦ値、ｒは
空間周波数を表わす。

【００３５】上記（１）式は、ある波長λの単色光に対
して成り立つが、通常の撮像レンズ系５は光の波長λと
して可視域を取扱うので、可視域に対する総合特性を表
わすＯＴＦである白色光ＯＴＦを求める必要がある。

【００３６】上記白色光ＯＴＦは、以下のようにして求
めることができる。即ち、撮像光学系の分光透過率をＴ
（λ）、ＣＣＤ固体撮像素子の感度特性をＳ（λ）とす
ると、Ｗ（λ）＝Ｔ（λ）・Ｓ（λ）の重みＷ（λ）を
付けて、（１）式を可視域で波長に対して積分した以下
の（２）式で白色光ＯＴＦは求められる。

【００３７】

【数５】

【００３８】この（２）式で示す積分は、通常、５波長
程度で近似され、その波長として例えば、ｇ，Ｆ，ｅ，
ｄ，ｃを選ぶと、白色光ＯＴＦは、以下の（３）式で表
される。

【００３９】

【数６】

【００４０】ここで、図２に上記（３）式を基にして計
算した、絞りの開口形状が円形の場合の白色光ＭＴＦ
（Modulation transfer function）を示す。ＭＴＦはＯ
ＴＦの絶対値として定義される。各線に対する重みは
（２）式のＴ（λ）、Ｓ（λ）より求め、以下で示すパ
ラメータ値を用いた。 Ｗｇ＝０．０９９、ＷF＝０．２２２、Ｗｅ＝０．４０
６ Ｗｄ＝０．２３１、Ｗｃ＝０．０４２

【００４１】この図２から、Ｆ４，Ｆ５．６，Ｆ８とＦ
値が大きくなるのに伴って、ＭＴＦが低下するが、この
ＭＴＦの低下は特に高い空間周波数に対して顕著である
ことがわかる。光学的ローパスフィルタは高い空間周波
数のＭＴＦを低下させることを目的に使用されているの
で、この回折現象は光学的ローパスフィルタにとって有
用である。

【００４２】比較として、図２１に、特開昭５７−３９
６８３号公報で提案された従来の水晶板を３枚用いた光
学的ローパスフィルタの特性を示す。この図２１で示す
特性を有する従来の光学的ローパスフィルタは、水平走
査線方向の画素ピッチＰH が、 ＰH＝０．００６３５ｍｍ のＣＣＤ固体撮像素子に対して設計されており、そのカ
ットオフ周波数ｒ_c は、以下の（４）式で示すナイキス
ト周波数にほぼ等しいｒ_c ＝８０［ｌｐ／ｍｍ］であ
る。。

【００４３】

【数７】 ここで、単位［ｌｐ／ｍｍ］は、空間周波数の単位を示
すもので、１ｍｍ当りの白・黒一対のラインの本数を示
す。

【００４４】同じカットオフ周波数ｒ_c を持つ水晶板
（複屈折板）１枚を用いた光学的ローパスフィルタの特
性を図２２に示す。水晶板（複屈折板）３枚を用いた光
学的ローパスフィルタの特性（図２１参照）と比較し
て、カットオフ周波数ｒ_c より高い空間周波数でのＭＴ
Ｆが大きな値を持ち、偽信号の抑制が十分でないことが
わかる。この図２２に示した水晶板１枚を用いた光学的
ローパスフィルタを、図２のＭＴＦ−空間周波数特性で
示したＦ８に絞った撮像レンズ系５と組み合せた場合の
ＭＴＦ−空間周波数特性を図３に示す。

【００４５】この図３から、カットオフ周波数（ｒ_c ＝
８０［ｌｐ／ｍｍ］）より高い空間周波数でのＭＴＦの
値が、上記の回折現象により低下し、図２１に示した従
来の水晶板３枚を用いた光学的ローパスフィルタとほぼ
同じ偽信号抑圧効果を示すことがわかる。通常、偽信号
を抑圧するためには、カットオフ周波数ｒ_c 以上のＭＴ
Ｆが、偽信号が半分以下となる以下の（５）式で示す条
件を満足することが必要である。

【００４６】 ＭＴＦ（ｒ）≦０．４ …………（５）

【００４７】但し、（５）式のＭＴＦは（２）式あるい
はその近似の（３）式等で定義された白色光ＯＴＦの絶
対値である。

【００４８】水晶板１枚を用いた光学的ローパスフィル
タは、図２２からわかるように、空間周波数２ｒ_c （例
えば２ｒ_c ＝１６０［ｌｐ／ｍｍ］）で最大値１．０を
持つ。従って、撮像レンズ系５と水晶板１枚を組み合せ
た場合、この空間周波数２ｒ_c でのＭＴＦが、以下の
（６）式を満足すれば、カットオフ周波数ｒ_c 以上の高
い周波数でも上記（６）式をほぼ満足することになり、
ＭＴＦ（２ｒ_c ）の値が偽信号抑圧効果の目安とな
る。

【００４９】 ＭＴＦ（２ｒ_c）≦０．４ …………（６）

【００５０】この（６）式より、以下の（７）式が導き
出され、撮像レンズ系５と水晶板１枚を組み合せた撮像
光学系では、ＭＴＦ_lens（２ｒ_c） が０．４より小さい
ことが条件となる。なお、以下の（７）式において、Ｍ
ＴＦ_crys（２ｒ_c）＝１を用いた。

【００５１】 ＭＴＦ（２ｒ_c）＝ＭＴＦ_lens（２ｒ_c）・ＭＴＦ_crys（２ｒ_c） ＝ＭＴＦ_lens（ ２ｒ_c）≦０．４ …………（７）

【００５２】ここで、以下の（８）式を満足する撮像レ
ンズ系５のＦ値を基準値Ｆｄと定義する。 ＭＴＦ_lens（２ｒ_c）＝０．４ …………（８）

【００５３】但し、上述したように、このＭＴＦ
_lensは、撮像レンズ系５の収差を無視し、絞り装置３に
おける絞りの開口の回折だけを考慮した場合の結像面内
の光軸上でのＭＴＦである。

【００５４】そして、図２からわかるように、Ｆ値が大
きくなるに従って、ＭＴＦ（２ｒ_c）は小さくなるの
で、Ｆ値が基準値Ｆｄより大きい場合、ＭＴＦ_lens（２
ｒ_c ）は０．４よりさらに低下する。

【００５５】以上よりＦ値が基準値Ｆｄより大きな領域
では、水晶板を３枚用いることなく撮像レンズ系５の回
折作用と水晶板１枚の複屈折作用でローパスフィルタと
して十分な偽信号抑圧効果を出すことが可能になる。

【００５６】次に、Ｆ値が基準値Ｆｄより小さい場合、
即ちＦ値が絞り開放から基準値Ｆｄまでの領域に関して
以下に述べる。

【００５７】Ｆ値が基準値Ｆｄより小さくなると、ＭＴ
Ｆ_lens（２ｒ_c ）は０．４より大きくなり、偽信号の抑
圧効果は弱くなる。そこで、この領域では撮像レンズ系
５中のレンズ要素に非球面を導入し、この非球面により
積極的に球面収差を発生させ、高空間周波数のＭＴＦが
（６）式を満足するようにする。

【００５８】以下に、図１で示す撮像レンズ系５に対し
て、上記非球面を第１２面に設定した場合の実施例（数
値例）を示す。なお、第１３面、第１６面は通常の収差
補正用の非球面である。以下の表１で示す数値例は、Ｗ
ｉｄｅ端での数値例である。

【００５９】

【表１】

【００６０】Ｔｅｌｅ端は、以下で示す面間隔以外は、
Ｗｉｄｅ端と同じである。 ｄ_s＝１４．４５３ ｄ₁₀＝１．３０１ ｄ₁₃＝５．８２７ ｄ₁₆＝７．６７９

【００６１】また、非球面（第１２面、第１３面及び第
１６面）の非球面係数を以下の表２に示す。

【００６２】

【表２】

【００６３】但し、上記非球面（第１２面、第１３面及
び第１６面）の非球面形状は、光軸を結像面側を正とす
るＺ軸とし、各レンズの頂点とＺ軸の交点を原点に採
り、以下の（９）式で定義する。

【００６４】

【数８】

【００６５】ここで、図４に、Ｗｉｄｅ端におけるＭＴ
Ｆ（空間周波数２ｒ_c ＝１６０［ｌｐ／ｍｍ］）のＦ値
依存性を示し、図５に、Ｔｅｌｅ端におけるＭＴＦ（空
間周波数２ｒ_c＝１６０［ｌｐ／ｍｍ］）のＦ値依存性
を示す。但し、これらは撮像レンズ系５と水晶板１枚を
組み合せた場合の結像面内の光軸上の値である。これら
の図４及び図５から明らかなように、両者ともに上記
（６）式を満足している。

【００６６】また、図６及び図７に、それぞれＷｉｄｅ
端及びＴｅｌｅ端でのＦ２．８の撮像レンズ系と水晶板
１枚を組み合せた場合のＭＴＦ−空間周波数特性を示
す。これらの図６及び図７で示す特性から、カットオフ
周波数ｒ_c 以上の高空間周波数の領域で上記（５）式を
満足している。

【００６７】このときのＷｉｄｅ端及びＴｅｌｅ端での
撮像レンズ系５の球面収差を、それぞれ図８及び図９に
示す。但し、これらの図において、縦軸はＦ値を表わ
す。

【００６８】いま、可視域のほぼ中心波長であるｅ線に
着目すると、基準値ＦｄよりＦ値が大きな領域で球面収
差は必ず１個の極値を持っている。この領域で極値を持
たず、球面収差が単調に増加あるいは減少する場合、通
常、光軸方向の結像位置は変化するがＭＴＦの低下は小
さい。無理にＭＴＦの低下を大きくすると、結像面の近
軸像面からのずれが非常に大きくなり、絞りを変化させ
た場合の結像位置の移動が大きな問題になってくる。

【００６９】例えば、図１０に示すように、Ｗｉｄｅ端
でＦ４までｅ線の球面収差が単調減少し、Ｆ４でのＭＴ
Ｆ（２ｒ_c ）が０．２４である場合、光軸上のＭＴＦ
（ｒ_c／２＝４０［ｌｐ／ｍｍ］）が最大となる像面は
近軸像面から−０．１５５ｍｍの位置にあり、図８で示
すＦ４の場合の−０．０１ｍｍに比べて非常に大きい。
従って、撮像レンズ系５の球面収差、その代表としてｅ
線の球面収差に対して、基準値ＦｄよりＦ値が大きな領
域で少なくとも１個の極値を持つことが重要な条件とな
る。

【００７０】また、光学的ローパスフィルタの性能とし
て、偽信号の抑圧と共に画像のコントラストが重要な項
目となる。この画像のコントラストにはカットオフ周波
数ｒ_c までのＭＴＦ−空間周波数特性が寄与する。偽信
号の抑圧効果の目安としてＭＴＦ（２ｒ_c ）の値を用い
たが、画像のコントラストに対しては、ＭＴＦ（ｒ_c／
２）を目安とする。本実施例では、ｒ_c ／２＝４０［ｌ
ｐ／ｍｍ］である。

【００７１】図１１及び図１２にぞれぞれＷｉｄｅ端及
びＴｅｌｅ端でのＭＴＦ（空間周波数ｒ_c ／２＝４０
［ｌｐ／ｍｍ］）のＦ値依存性を示す。但し、これらの
ＭＴＦは撮像レンズ系５と水晶板１枚を組み合せた場合
の、結像面内の光軸上での値である。Ｆ値が絞り開放か
ら基準値Ｆｄまでの領域でほぼ一定の値を示している。

【００７２】絞り開放のＦ値から基準値ＦｄまでのＭＴ
Ｆ（ｒ_c ／２）の最大値及び最小値をＭＴＦ_MAX（ｒ_c
／２）、ＭＴＦ_MIN（ｒ_c ／２）とすると、通常、以下
の（１０）式を満足すれば、絞り開放から基準値Ｆｄま
でのＦ値に対してほぼ一定のコントラストの画像を得る
ことができる。

【００７３】

【数９】

【００７４】実施例では、上記（１０）式の左辺の値が
Ｗｉｄｅ端で０．１２、Ｔｅｌｅ端で０．０８であり
（１０）式の条件を満たす。

【００７５】一方、Ｆ値が基準値Ｆｄを越えて大きくな
ると、絞り装置３における開口の回折現象により、ＭＴ
Ｆ（ｒ_c ／２）は低下する。例えば図１１にその様子が
示されている。この場合のＦ１６での値を上記（１０）
式のＭＴＦ_MIN（ｒ_c ／２）に代入すると、（１０）式
の左辺の値は０．３４となり、０．３を越えることにな
る。このことから、絞り装置３による開口絞りをＦ１１
程度以上に絞らないようにすることが肝要となってく
る。

【００７６】この回折現象によるＭＴＦの劣化は、通常
の撮影用カメラのレンズ系でも同様に発生し、非常に明
るい被写体に対してはＮＤフィルタ（Neutral density
filter）等で入射光量を低下させることにより、開口絞
りが、あるＦ値以上に絞らないように制限するようにし
ている。本実施例の場合も同様に、ＮＤフィルタ等を設
けることにより、Ｆ値に制限を与えることができ、実使
用領域（実施例では、絞り開放でのＦ値からＦ１１程度
までの領域）で上記（１０）式を満足することが可能と
なる。

【００７７】なお、図１３に、ローパスフィルタ効果を
持たせた第１２面の非球面の球面からのずれを示す。こ
の非球面レンズは例えば型によるガラス成形で製造可能
である。

【００７８】以上をまとめると、本実施例の構成は、以
下の通りである。 （〓）Ｆ値≧Ｆｄの場合 撮像レンズ系５における絞り装置３の開口による回折作
用と、水晶板１枚の複屈折作用を組み合せる。 （〓）Ｆ値≦Ｆｄの場合 撮像レンズ系５中の非球面による収差と、水晶板１枚の
複屈折作用を組み合せる。このとき、ｅ線に対する球面
収差が基準値Ｆｄより大きなＦ値の領域で最低１個の極
値を持つこと。

【００７９】以上の構成により、偽信号の抑圧効果が、
十分（（６）式を満足）でＦ値によるコントラスト変化
の少ない（（１０）式を満足）、実用上十分な特性を兼
ね備えた光学的ローパスフィルタとなる。これまで結像
面内の光軸上の性能を示してきたが、軸外では一般に撮
像レンズ系５の収差が光軸上に比べて大きく、ＭＴＦの
高空間周波数成分より低下することになる。回折作用も
光軸上とほぼ同様に作用する。

【００８０】従って、光軸上で十分な偽信号抑圧効果が
あれば、軸外では光軸上と同等あるいはそれ以外の効果
が期待できる。このことより、光軸上のＭＴＦ値を光学
的ローパスフィルタの特性の代表値として扱うことにす
る。また絞りの開口形状を円形と仮定したが、他の形状
の場合も以下のようにＦ値を定義することにより、円形
の場合と同様なことが言える。

【００８１】即ち、撮像レンズ系５の焦点距離をｆとす
ると、円形の場合、以下の（１１）式でＦ値が定義され
る。 Ｆ ＝ ｆ／Ｄ …………（１１） Ｄ：入射瞳の直径

【００８２】他の形状の場合は、以下の（１２）式でＦ
値が定義される。 Ｆ ＝ ｆ／Ｄ´ …………（１２） Ｄ´：水晶板１枚の光線の分離方向に対する入射瞳の直
径の幅

【００８３】ここで、Ｄ´として水晶板の光線の分離方
向の幅を選んだ理由は、分離方向の水晶板の特性と撮像
レンズ系５の特性を組み合せるためである。通常、この
方向には、偽信号が特に多く発生する水平走査線方向を
選ぶ。なお、水晶板の代わりに、方解石などの他の複屈
折板を用いてもよい。

【００８４】次に、第２実施例に係る撮像光学系を説明
する。第１実施例では、もとは球面であった第１２面を
非球面化することにより、Ｆ値＜Ｆｄの領域でローパス
フィルタ効果を持たせたが、もとが収差補正用の非球面
の場合でも、非球面係数を変更することにより、ローパ
スフィルタ効果を出すことができる。

【００８５】即ち、この非球面は収差補正、ローパスフ
ィルタ兼用となる。この場合の例を第２実施例として以
下の表３に数値例を挙げて示すが、第１２面が球面、
１３面（収差補正、ローパスフィルタ兼用の非球面）
の非球面係数（表３で示す）が異なる点以外は、第１実
施例と同じなのでその部分の数値例は省略する。

【００８６】

【表３】

【００８７】なお、Ｆ値＞Ｆｄでの回折作用によるロー
パスフィルタ効果は、変更する項目が上記２項目だけな
ので、原理的に第１実施例と同じである。これは、以下
で示す事項からもうなずける。

【００８８】即ち、第２実施例に係る撮像レンズ系５の
Ｗｉｄｅ端の球面収差及びＴｅｌｅ端の球面収差をみる
と、それぞれ図１４及び図１５に示すように、Ｗｉｄｅ
端及びＴｅｌｅ端共に、ｅ線の球面収差は、基準値Ｆｄ
以上のＦ値で極値を持っている。

【００８９】また、第２実施例に係る撮像レンズ系５の
Ｆ値に対するＷｉｄｅ端でのＭＴＦ（空間周波数２ｒ_c
＝１６０［ｌｐ／ｍｍ］）の変化及びＴｅｌｅ端でのＭ
ＴＦ（空間周波数２ｒ_c ＝１６０［ｌｐ／ｍｍ］）の変
化をみると、図１６及び図１７に示すように、Ｗｉｄｅ
端及びＴｅｌｅ端共に、すべてのＦ値で（６）式の条件
を満足している。

【００９０】また、第２実施例に係る撮像レンズ系５の
Ｆ値に対するＷｉｄｅ端でのＭＴＦ（空間周波数ｒ_c ／
２＝４０［ｌｐ／ｍｍ］）の変化及びＴｅｌｅ端でのＭ
ＴＦ（空間周波数ｒ_c ／２＝４０［ｌｐ／ｍｍ］）の変
化をみると、図１８及び図１９に示すように、Ｆ値＜Ｆ
ｄの領域で、（１１）式の左辺の値は、Ｗｉｄｅ端で
０．１１、Ｔｅｌｅ端で０．０８であり、（１０）式の
条件を満たす。

【００９１】以上のことから、第２実施例に係る撮像光
学系は、第１実施例に係る撮像光学系とほぼ同等の特性
を持つ光学的ローパスフィルタを有することになる。な
お、図２０に第１３面のもとの非球面（第１実施例の第
１３面）からのずれを示す。この非球面も第１実施例と
同様、例えば型によるガラスの成形で製造可能である。

【００９２】この第２実施例に係る撮像光学系を、第１
実施例の場合と比較すると、第１２面が球面となり、結
果的に非球面が１面減る。従って、第１２面の金型とし
ては製作が容易で安価な球面金型が使用可能となる。ま
た、第１実施例の場合では、第１２面及び第１３面が非
球面なので芯合せが比較的難しい両面非球面レンズとな
るが、この第２実施例では片面非球面レンズとなり、芯
合せが両面非球面レンズに比較して容易になる長所もあ
る。

【００９３】このように、第１実施例及び第２実施例に
係る撮像光学系によれば、まず、Ｆ値が基準値Ｆｄ以上
の領域においては、絞り装置３の開口による回折作用
と、１枚の複屈折板による複屈折作用（即ち、光学的ロ
ーパスフィルタ機能）の組合せによって、上記カットオ
フ周波数ｒ_c 以上の高空間周波数でのＭＴＦが低下し、
Ｆ値が基準値Ｆｄ以下の領域においては、第１２面、第
１３面及び第１６面（あるいは第１３面及び第１６面）
の非球面による収差と、１枚の複屈折板による複屈折作
用の組合せによって、上記カットオフ周波数ｒ_c 以上の
高空間周波数でのＭＴＦが低下する。

【００９４】従って、複屈折板１枚のみでも、従来の３
枚の水晶板を用いた光学的ローパスフィルタとほぼ同じ
偽信号抑圧効果を得ることができ、従来より複屈折板の
枚数が削減され、撮像光学系の製造コストを低廉化に寄
与することができる。また、複屈折板を１枚用いるだけ
であるため、従来から必要であった貼り合わせ等の製造
上困難な工程が不要となり、撮像光学系の量産化が向上
する。

【００９５】特に、、第２実施例においては、非球面を
収差補正と兼用にして、第１２面を球面とし、第１３面
及び第１６面を非球面とするようにしたので、全体的に
非球面の数が減り、更に製造コストの低廉化を促進させ
ることができる。この非球面の数が減るということは、
構成上、例えば両面非球面レンズが片面非球面レンズに
なるなどの場合があり、この場合、光軸合わせが容易に
なるなどの製造工程の簡略化が達成できる。

【００９６】上記第１実施例及び第２実施例において
は、撮像デバイスとしてＣＣＤ固体撮像素子を用いた例
を示したが、その他、撮像デバイスとして撮像管を用い
る場合にも適用させることができる。

【００９７】

【発明の効果】上述のように、本発明に係る撮像光学系
によれば、複数のレンズが多段に配された撮像レンズ系
を有し、被写体像を撮像デバイスの撮像面に結像するた
めの撮像光学系において、上記撮像レンズ系の後段に複
屈折板を配し、開口の絞りによって上記撮像レンズ系の
Ｆ値を決定し、かつこのＦ値が所定値以上である場合
に、上記複屈折板と共に、偽信号が発生する空間周波数
以上の空間周波数領域のＭＴＦを低下させる第１の光学
手段と、Ｆ値が上記所定値以下である場合に、非球面に
よる収差によって、上記複屈折板と共に、偽信号が発生
する空間周波数以上の空間周波数領域のＭＴＦを低下さ
せる第２の光学手段とを設けるようにしたので、光学的
ローパスフィルタを１枚の水晶等の複屈折板だけで構成
しても、十分に偽信号の抑圧効果を発揮させることがで
き、撮像光学系、ひいてはこの撮像光学系を用いた撮像
装置の製造コストの低廉化を効率よく図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る撮像光学系の第１実施例を示す構
成図であり、同図Ａは、撮像レンズ系のズーム位置がＷ
ｉｄｅ端となっている状態の構成を示し、同図Ｂは、撮
像レンズ系のズーム位置がＴｅｌｅ端となっている状態
の構成を示す。

【図２】第１実施例に係る絞り装置における絞りの開口
形状が円形の場合での白色光のＭＴＦ−空間周波数特性
を示す特性図である。

【図３】水晶板１枚を用いた光学的ローパスフィルタ
を、絞り装置をＦ８に絞った撮像レンズ系５と組み合せ
た場合のＭＴＦ−空間周波数特性を示す特性図である。

【図４】第１実施例に係る撮像光学系のＷｉｄｅ端にお
けるＭＴＦ（空間周波数２ｒ_c＝１６０［ｌｐ／ｍ
ｍ］）のＦ値依存性を示す特性図である。

【図５】第１実施例に係る撮像光学系のＴｅｌｅ端にお
けるＭＴＦ（空間周波数２ｒ_c＝１６０［ｌｐ／ｍ
ｍ］）のＦ値依存性を示す特性図である。

【図６】第１実施例に係る撮像光学系のＷｉｄｅ端での
Ｆ２．８の撮像レンズ系と水晶板１枚を組み合せた場合
のＭＴＦ−空間周波数特性を示す特性図である。

【図７】第１実施例に係る撮像光学系のＴｅｌｅ端での
Ｆ２．８の撮像レンズ系と水晶板１枚を組み合せた場合
のＭＴＦ−空間周波数特性を示す特性図である。

【図８】第１実施例に係る撮像光学系のＷｉｄｅ端での
撮像レンズ系の球面収差を示す特性図である。

【図９】第１実施例に係る撮像光学系のＴｅｌｅ端での
撮像レンズ系の球面収差を示す特性図である。

【図１０】Ｆ値が基準値Ｆｄより大きな領域で球面収差
が極値を持たず、球面収差が単調に増加あるいは減少す
る場合を示す特性図である。

【図１１】第１実施例に係る撮像光学系のＷｉｄｅ端で
のＭＴＦ（空間周波数ｒ_c ／２＝４０［ｌｐ／ｍｍ］）
のＦ値依存性を示す特性図である。

【図１２】第１実施例に係る撮像光学系のＴｅｌｅ端で
のＭＴＦ（空間周波数ｒ_c ／２＝４０［ｌｐ／ｍｍ］）
のＦ値依存性を示す特性図である。

【図１３】ローパスフィルタ効果を持たせた第１２面の
非球面の球面からのずれを示す特性図である。

【図１４】第２実施例に係る撮像光学系のＷｉｄｅ端の
球面収差を示す特性図である。

【図１５】第２実施例に係る撮像光学系のＴｅｌｅ端の
球面収差を示す特性図である。

【図１６】第２実施例に係る撮像光学系のＷｉｄｅ端で
のＭＴＦ（空間周波数２ｒ_c ＝１６０［ｌｐ／ｍｍ］）
のＦ値依存性を示す特性図である。

【図１７】第２実施例に係る撮像光学系のＴｅｌｅ端で
のＭＴＦ（空間周波数２ｒ_c ＝１６０［ｌｐ／ｍｍ］）
のＦ値依存性を示す特性図である。

【図１８】第２実施例に係る撮像光学系のＷｉｄｅ端で
のＭＴＦ（空間周波数ｒ_c ／２＝４０［ｌｐ／ｍｍ］）
のＦ値依存性を示す特性図である。

【図１９】第２実施例に係る撮像光学系のＴｅｌｅ端で
のＭＴＦ（空間周波数ｒ_c ／２＝４０［ｌｐ／ｍｍ］）
のＦ値依存性を示す特性図である。

【図２０】第１３面のもとの非球面（第１実施例の第１
３面）からのずれを示す特性図である。

【図２１】従来の水晶板３枚を用いた光学的ローパスフ
ィルタのＭＴＦ−空間周波数特性を示す特性図である。

【図２２】従来の水晶板１枚を用いた光学的ローパスフ
ィルタのＭＴＦ−空間周波数特性を示す特性図である。

【符号の説明】

１ 前玉ユニット ２ バリエータ ３ 絞り装置 ４ インナーフォーカスユニット ５ 撮像レンズ系 ６ 赤外線吸収ガラス、ＣＣＤ固体撮像素子のカバーガ
ラス及び１枚の複屈折板（水晶板）で構成された平行平
面板 ７ ＣＣＤセンサー

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年１０月１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項２

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】この場合、第１の光学手段３における開口
が全開放とされたＦ値以上の全てのＦ値において、ＭＴ
Ｆ（２ｒ_Ｃ）≦０．４を満足するように構成する。但
し、上記ＭＴＦ（２ｒ_Ｃ）は、撮像レンズ系５と複屈折
板を組み合わせた場合の結像面内の軸上でのＭＴＦ値で
あって、複屈折板によるカットオフ周波数をｒ_Ｃと定義
した場合の、空間周波数２ｒ_ＣでのＭＴＦ値である。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１３】具体的には、撮像光学系の分光透過率をＴ
（λ）、撮像デバイスの感度特性をＳ（λ）とした場
合、Ｗ（λ）＝Ｔ（λ）・Ｓ（λ）の重みを付けて、単
色でのＯＴＦ｛λ（ｒ）｝を可視域で波長λに対して積
分した以下の数２で示す白色光ＯＴＦ値ＯＴＦ（ｒ）の
絶対値であって、複屈折板によるカットオフ周波数をｒ
_Ｃと定義した場合の、空間周波数２ｒ_ＣでのＭＴＦ値で
ある。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】

【数２】

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２２】ところが、本発明においては、開口の絞り
によって撮像レンズ系５のＦ値を決定する第１の光学手
段３の開口の絞りをある程度以上絞った場合、撮像レン
ズ系５の収差は無視できるほど小さくなり、撮像レンズ
系５の特性は、絞られた開口での回折現象により支配さ
れることになる。このことから、上記第１の光学手段３
によって撮像レンズ系５のＦ値が大きくなるに従って、
その回折現象によりＭＴＦが低下する（図２参照）。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３４】

【数４】 ここで、λは光の波長、Ｆは撮像レンズ系のＦ値、ｒは
空間周波数を表わす。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３７】

【数５】

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３８】この（２）式で示す積分は、通常、５波長
程度で近似され、その波長として例えば、ｇ，Ｆ，ｅ，
ｄ，Ｃを選ぶと、白色光ＯＴＦは、以下の（３）式で表
される。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３９】

【数６】

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４０】ここで、図２に上記（３）式を基にして計
算した、絞りの開口形状が円形の場合の白色光ＭＴＦ
（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｆｕｎｃ
ｔｉｏｎ）を示す。ＭＴＦはＯＴＦの絶対値として定義
される。各線に対する重みは（２）式のＴ（λ）、Ｓ
（λ）より求め、以下で示すパラメータ値を用いた。 Ｗｇ＝０．０９９、ＷＦ＝０．２２２、Ｗｅ＝０．４０
６ Ｗｄ＝０．２３１、ＷＣ＝０．０４２

【手続補正１１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４８】水晶板１枚を用いた光学的ローパスフィル
タは、図２２からわかるように、空間周波数２ｒ_Ｃ（例
えば２ｒ_Ｃ＝１６０［１ｐ／ｍｍ］）で最大値１．０を
持つ。従って、撮像レンズ系５と水晶板１枚を組み合せ
た場合、この空間周波数２ｒ_ＣでのＭＴＦが、以下の
（６）式を満足すれば、カットオフ周波数ｒ_Ｃ以上の高
い周波数でも上記（５）式をほぼ満足することになり、
ＭＴＦ（２ｒ_Ｃ）の値が偽信号抑圧効果の目安となる。

【手続補正１２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５４】そして、図２からわかるように、Ｆ値が大
きくなるに従って、ＭＴＦ_ｌｅｎｓ（２ｒ_Ｃ）は小さく
なるので、Ｆ値が基準値Ｆｄより大きい場合、ＭＴＦ
_ｌｅｎｓ（２ｒ_Ｃ）は０．４よりさらに低下する。

【手続補正１３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６０】Ｔｅｌｅ端は、以下で示す面間隔以外は、
Ｗｉｄｅ端と同じである。 ｄ_５＝１４．４５３ ｄ_１０＝１．３０１ ｄ_１３＝５．８２７ ｄ_１６＝７．６７９

【手続補正１４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６４】

【数８】 上記（９）式でρは光軸と垂直な方向の高さ、ｒは近軸
曲率半径、Ａｉはｉ次の非球面係数を表す。

【手続補正１５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００８２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００８２】他の形状の場合は、以下の（１２）式でＦ
値が定義される。 Ｆ＝ｆ／Ｄ′ …………（１２） Ｄ′：水晶板１枚の光線の分離方向に対する入射瞳の幅

【手続補正１６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００９０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００９０】また、第２実施例に係る撮像レンズ系５の
Ｆ値に対するＷｉｄｅ端でのＭＴＦ（空間周波数ｒ_Ｃ／
２＝４０［ｌｐ／ｍｍ］）の変化及びＴｅｌｅ端でのＭ
ＴＦ（空間周波数ｒ_Ｃ／２＝４０［ｌｐ／ｍｍ］）の変
化をみると、図１８及び図１９に示すように、Ｆ値＜Ｆ
ｄの領域で、（１０）式の左辺の値は、Ｗｉｄｅ端で
０．１１、Ｔｅｌｅ端で０．０８であり、（１０）式の
条件を満たす。

【手続補正１７】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

【手続補正１８】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】

【手続補正１９】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１６】

【手続補正２０】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１７

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１７】

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のレンズが多段に配された撮像レン
   ズ系を有し、被写体像を撮像デバイスの撮像面に結像す
   るための撮像光学系において、 上記撮像レンズ系の後段に複屈折板を有し、 開口の絞りによって上記撮像レンズ系のＦ値を決定し、
   かつこのＦ値が所定値以上である場合に、上記複屈折板
   と共に、偽信号が発生する空間周波数以上の空間周波数
   領域のＭＴＦを低下させる第１の光学手段と、 上記Ｆ値が所定値以下である場合に、非球面による収差
   によって、上記複屈折板と共に、偽信号が発生する空間
   周波数以上の空間周波数領域のＭＴＦを低下させる第２
   の光学手段とを有することを特徴とする撮像光学系。
2. 【請求項２】 上記第１の光学手段における上記開口が
   全開放とされたＦ値以上の全てのＦ値において、ＭＴＦ
   （２ｒ_c ）≦０．４を満足することを特徴とする請求項
   １記載の撮像光学系。但し、上記ＭＴＦ（２ｒ_c ）は、
   上記撮像レンズ系と上記複屈折板を組み合わせた場合の
   結像面内の軸上でのＭＦＴ値であって、上記複屈折板に
   よるカットオフ周波数をｒ_c と定義した場合の、空間周
   波数２ｒ_c でのＭＴＦ値である。
3. 【請求項３】 上記第１の光学手段における上記開口を
   全開放したときのＦ値から上記所定値まで変化させた場
   合の、空間周波数ｒ_c／２におけるＭＴＦの最大値及び
   最小値を、それぞれＭＴＦ_MAX（ｒ_c／２）及びＭＴＦ
   _MIN（ｒ_c／２）としたとき、以下の数１を満足すること
   を特徴とする請求項２記載の撮像光学系。 【数１】 但し、上記所定値は、上記撮像レンズ系が無収差で上記
   第１光学手段における絞りの開口の回折のみがＭＴＦに
   寄与すると仮定した場合での撮像レンズ系のＭＴＦ値で
   あって、上記複屈折板によるカットオフ周波数をｒ_c と
   定義した場合の、空間周波数２ｒ_c でのＭＴＦ値が０．
   ４を満たす時のＦ値である。
4. 【請求項４】 上記撮像レンズ系のｅ線での球面収差
   が、上記所定値よりもＦ値が大きな領域で、１箇所以上
   の極値をもつことを特徴とする請求項３記載の撮像光学
   系。
5. 【請求項５】 上記第２の光学手段における非球面が収
   差補正と兼用にされていることを特徴とする請求項１〜
   ４記載のいずれかの撮像光学系。