JPH10170822A

JPH10170822A - 撮像装置

Info

Publication number: JPH10170822A
Application number: JP8330693A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Tanaka; 一幸田中; Katsuhiro Takada; 勝啓高田; Yorio Wada; 順雄和田; Tetsuya Ishii; 哲也石井
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1996-12-11
Filing date: 1996-12-11
Publication date: 1998-06-26
Anticipated expiration: 2016-12-11
Also published as: JP4012592B2

Abstract

(57)【要約】【課題】回折型光学素子を用いる場合の最適化波長以
外の波長に対する不要な次数の回折光による光学性能の
低下を有効に軽減でき、高精度の撮像ができる撮像装置
を提供する。【解決手段】対象物の像を結像光学系11により電子撮
像素子12上に結像させるようにした撮像装置において、
結像光学系11は、結像作用、もしくは、他のレンズ要素
との組み合わせにより結像性能を向上させる作用を有す
る回折型光学素子15と、この回折型光学素子15を経た光
の波長帯域を制限して、該回折型光学素子15による回折
光のうち、像形成に不要な次数の回折光の影響を低減す
るための波長帯域制限手段16とを有することを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、対象物の像を結
像光学系により固体撮像素子や撮像管等の電子撮像素子
上に結像させるようにした撮像装置、特に、結像光学系
に回折型光学素子を含む撮像装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】回折型光学素子には、複数の回折次数の
光路を分岐させる作用や、輪帯状の回折格子で回折光を
集光させる作用などを有することが知られている。例え
ば、集光作用を有するように構成した回折型光学素子
は、非球面波を容易に生成できるので、収差補正上大き
な効果があること、また実質的に厚みを持たないので、
構成上の自由度が高く、コンパクトな光学系の実現に有
効であること、さらに分散特性が、屈折レンズでいうア
ッベ数に相当する量が負の値となるので、屈折光学系と
の組み合わせにより、色収差の補正に大きな効果がある
ことなどが知られている。

【０００３】このような特長を利用して、光学系の性能
を向上させることに関しては、例えば、Binary Optics
Technology: The Theory and Design of Multi-Level D
iffractive Optical Element, Gary J.Swanson, Techno
logy Report 854, MIT Lincoln Laboratory, August 19
89. に詳しく説明されている。また、例えば、特開平６
−３３１９４１号公報および特開平６−３２４２６２号
公報には、上記のような回折型光学素子を結像レンズと
して含むものが記載されている。さらに、回折型光学素
子が有する複数の回折次数光による光路の分岐作用を利
用するものとして、例えば、特開平４−９８０３号公報
には、電子撮像素子のモアレ除去のためのローパスフィ
ルタとして用いるものが、また、特許第２５２４５６９
号には、色分解光学系として用いるものがそれぞれ記載
されている。

【０００４】一方、回折型光学素子に入射した光は、一
般に、複数の次数の回折光に分解されるが、例えば、回
折型光学素子をレンズ素子として構成する場合などは、
複数の次数の回折光が存在すると、複数の焦点が存在す
ることに相当するため、結像光学系としては、特殊な場
合を除き好ましくない。

【０００５】このため、特定の次数の回折光を利用して
光学系を構成するにあたって、それ以外の次数の回折光
が悪影響を与える場合などは、特定の次数以外の回折光
を除去する必要が生じる。そのような課題に対しては、
従来、図１６に示すように、使用する波長で透明な基材
１に形成する回折のためのレリーフパターン２の断面形
状を鋸歯状として（ブレーズ化して）、特定の次数の回
折光にエネルギーを集中させ、他の次数の回折光を発生
させないようにすることが知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１６
に示すように、レリーフパターン２の断面形状を鋸歯状
に加工したとしても、鋸歯形状の溝の深さによって、エ
ネルギーを最大限に集中できる波長（以下最適化波長と
称する）が異なり、波長幅を有する帯域光のエネルギー
を特定次数の回折光に集中させることは不可能である。
このような現象は、例えばレーザ光のような、単色光源
を利用する場合などでは問題にならないが、例えば、カ
メラのように白色光を利用する撮像装置などでは、最適
化波長以外の波長において、回折効率が低下し、他の次
数の回折光にエネルギーが分散するという問題がある。

【０００７】図１７は、図１６の断面形状を有する回折
型光学素子について、使用する１次回折効率と波長との
関係を示したものである。ここで、レリーフパターン
は、波長λ＝５００ｎｍにおいて１次回折効率が１００
％となるように溝深さを決め、ＢＫ７の基材に形成した
ものである。図１７に示した波長帯域は、一般に可視波
長領域と見做せるλ＝４００ｎｍからλ＝７００ｎｍで
あるが、回折効率は最適化波長λ＝５００ｎｍから離れ
るに従って低下することがわかる。

【０００８】また、図１８は、上記のように波長λ＝５
００ｎｍにおいて、１次回折効率が１００％となるよう
に最適化した回折型光学素子の０次回折効率および２次
回折効率と波長とのそれぞれの関係を示すものである。
図１８から明らかなように、１次回折光が低下する短波
長領域および長波長領域では、０次回折光および２次回
折光がそれぞれ増加することがわかる。

【０００９】このため、このような回折型光学素子を、
例えば白色光を用いるカメラのレンズ素子として用いる
と、利用する特定回折光以外の次数の回折光が、色付き
をもったフレアーやゴーストとなって現れ、結像性能を
低下させる原因となる。このようなことから、結像レン
ズによる像形成を利用する撮像装置に回折型光学素子を
用いる場合には、最適化波長以外の波長に対する、利用
する特定回折次数光以外の次数を、除去もしくは影響を
低減する必要があるが、この点については従来提案され
ていない。

【００１０】この発明は、かかる点に鑑みてなされたも
ので、回折型光学素子を用いる場合の最適化波長以外の
波長に対する不要な次数の回折光による光学性能の低下
を有効に軽減でき、高精度の撮像ができるよう適切に構
成した撮像装置を提供することを目的とするものであ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明は、対象物の像を結像光学系により電子撮
像素子上に結像させるようにした撮像装置において、前
記結像光学系は、結像作用、もしくは、他のレンズ要素
との組み合わせにより結像性能を向上させる作用を有す
る回折型光学素子と、この回折型光学素子を経た光の波
長帯域を制限して、該回折型光学素子による回折光のう
ち、像形成に不要な次数の回折光の影響を低減するため
の波長帯域制限手段とを有することを特徴とするもので
ある。

【００１２】さらに、この発明は、対象物の像を結像光
学系により電子撮像素子上に結像させるようにした撮像
装置において、前記結像光学系は、輪帯状の回折格子を
有する回折型光学素子と、この回折型光学素子を経た光
の波長帯域を制限して、該回折型光学素子による回折光
のうち、像形成に不要な次数の回折光の影響を低減する
ための波長帯域制限手段とを有することを特徴とするも
のである。

【００１３】さらに、この発明は、対象物の像を結像光
学系により電子撮像素子上に結像させるようにした撮像
装置において、前記結像光学系は、回折型光学素子と、
この回折型光学素子を経た光の波長帯域を制限して、該
回折型光学素子による回折光のうち、像形成に不要な次
数の回折光の影響を低減するための波長帯域制限手段と
を有し、前記電子撮像素子には、その出力信号を処理し
て、前記対象物の色情報を補正する信号処理手段を結合
したことを特徴とするものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】物体の像を結像レンズを経て、例
えば、一枚の固体撮像素子、または複数枚の固体撮像素
子上に結像させ、電子撮像素子の出力信号を処理してカ
ラー画像信号を得る撮像装置においては、通常、電子撮
像素子の物体側に、３原色である赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、
青（Ｂ）、またはそれらの補色であるシアン（Ｃ）、マ
ゼンダ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の帯域の光を透過する吸
収フィルタや干渉フィルタなどの波長帯域制限手段を配
置して、ＲＧＢの３原色またはＣＭＹの補色の映像信号
を得るようにしている。このような撮像装置において、
例えば、ＲＧＢ３原色の波長帯域の像を形成してカラー
画像信号を得る場合、撮像素子で受ける光強度の分光特
性は、光源の分光分布、代表的なレンズの分光透過率、
撮像素子の分光感度を考慮すると、一般には、図１９に
示すようになる。

【００１５】ここで、図１９に示す分光特性を有する撮
像装置において、撮像光学系に、例えば図１７に示した
１次光回折効率を有する回折型光学素子を用いると、そ
の１次回折光に対する分光特性は図２０に示すようにな
る。また、その場合の像形成に不要な０次および２次の
回折光の分光特性は、図２１のようになる。

【００１６】図２１から明らかなように、ＲＧＢ３原色
のうちＧの波長帯域では、像形成に不要な０次および２
次の回折光量が、Ｇの波長帯域での全光量の１％程度と
なり、無視できるレベルとなる。しかし、Ｒの波長帯域
では、像形成に不要な０次および２次の回折光量が、Ｒ
の波長帯域での全光量の１３％程度となり、また、Ｂの
波長帯域では、分光特性が実際には４００ｎｍより短い
波長に対しても、像形成に寄与しているため、像形成に
不要な０次および２次の回折光量が、Ｂの波長帯域での
全光量の１０％を超える程度となる。このため、このよ
うな撮像装置においては、像の品質劣化が無視できなく
なる。

【００１７】上述したように、回折型光学素子では、最
適化波長から離れると、それに従って不要な次数の回折
光量が増加する。そこで、この発明の一実施形態では、
利用する次数の回折光の最適化波長よりも短波長領域お
よび長波長領域において、像形成に寄与する波長帯域を
制限する。このようにすれば、対象とする波長帯域での
全光量に比較して、像形成に不要な次数の回折光の光量
が占める割合を低くできるので、像形成に与える影響を
低減することが可能となる。例えば、前述したように、
ＲＧＢ３原色のフィルタを用いてカラー画像信号を得る
場合には、Ｂの像を得る波長帯域の短波長領域を、また
Ｒの像を得る波長帯域の長波長領域を、波長帯域制限手
段を用いてカットすれば、像形成に不要な次数の回折光
による影響を低減することが可能となる。

【００１８】なお、この場合、本来のカラー画像を得る
のに必要な、ＲＧＢそれぞれの光量が減り、波長帯域が
狭くなるので、好ましくは、撮像素子の出力信号を、Ｒ
ＧＢそれぞれの信号強度の正規化や表現する色をシフト
させるなどの方法により、物体のカラー情報が損なわれ
ないように補正する。

【００１９】また、波長帯域を制限する波長帯域制限手
段は、具体的には、像形成に不要な次数の回折光量が無
視できないレベルとなる対象波長帯域において、該対象
波長帯域における全光量（Ａ_a）に対する像形成に不要
な次数の回折光の光量（Ａ₀）が、Ａ₀／Ａ_a＜０．１（１）を満足するよう構成するのが好ましい。この条件式
（１）を満たせば、像形成に不要な次数の回折光による
像品質の劣化を有効に無視することが可能となる。

【００２０】さらに具体的には、最適化波長λ_oよりも
短波長領域において、波長帯域を制限する場合には、光
量を５０％カットする波長λ_sが、以下の条件式（２）
を満足することが望ましい。０．７＜λ_s／λ_o＜０．９５（２）

【００２１】また、最適化波長λ_oよりも長波長領域に
おいて、波長帯域を制限する場合には、光量を５０％カ
ットする波長λ_Lが、以下の条件式（３）を満足するこ
とが望ましい。１．２＜λ_L／λ_o＜１．５（３）

【００２２】ここで、λ_s／λ_oが、条件式（２）の下
限値を越えて小さな値となったり、λ_L／λ_oが、条件
式（３）の上限値を越えて大きな値となると、不要な次
数の回折光による影響を十分低減することができず、像
性能の劣化を防ぐことが困難となる。また、λ_s／λ_o
が、条件式（２）の上限値を越えて大きな値となった
り、λ_L／λ_oが、条件式（３）の下限値を越えて小さ
な値となると、制限する波長帯域が最適化波長λ_oに接
近しすぎて、カラー画像を形成する波長帯域幅が狭くな
り、十分な色再現性を保つことができず、好ましくな
い。

【００２３】さて、前述したように、回折型光学素子の
波長に対する回折効率は、最適化する波長に対して、短
波長側にも長波長側にも低下する。このため、良好な色
再現性を保ち、かつ像形成に不要な次数の回折光の影響
を十分低減するには、最適化波長λ_oは、使用する波長
帯域λ₁＜λ＜λ₂に対して、｜Ｃ₁−Ｃ₂｜＜２０％（４）を満足するように定めることが望ましい。ただし、
Ｃ₁，Ｃ₂は、波長λ_oで利用する回折次数が最適化さ
れたときの、それぞれ波長λ₁，λ₂における利用する
回折次数光の回折効率（％）を示す。

【００２４】ここで、利用する回折次数を１次とする
と、最適化波長λ_oに対して、任意波長λでのｍ次回折
効率Ｃ_mは、以下の式（５）で計算することができる。

【数１】

【００２５】したがって、例えば、石英ガラス上に作成
した回折型光学素子を、１次回折光を利用して、波長帯
域４００ｎｍ＜λ＜７００ｎｍで使用すると、（４）を
満足する最適化波長λ_oは、おおよそ、４７５ｎｍ＜λ_o＜５４０ｎｍ（６）の範囲で定めることが望ましい。

【００２６】ここで、上記の｜Ｃ₁−Ｃ₂｜を、条件式
（４）の上限値を越えて大きな値とすると、短波長領域
または長波長領域での不要な回折次数光が増加して、像
の品質低下が著しくなるため、上記のように波長帯域の
制限をすると、カラーバランスを保つことが困難とな
る。

【００２７】なお、この発明において、像品質をさらに
向上させるためには、上記の条件式（１）の代わりに下
記の条件式（７）を、条件式（２）の代わりに下記の条
件式（８）を、条件式（３）の代わりに下記の条件式
（９）を、条件式（４）の代わりに下記の条件式（１
０）を満たすようにすることが望ましい。Ａ_o／Ａ_a＜０．０５（７）０．８＜λ_s／λ_o＜０．９５（８）１．２＜λ_L／λ_o＜１．４（９）｜Ｃ₁−Ｃ₂｜＜１０％（１０）

【００２８】さらに望ましくは、条件式（１０）の代わ
りに、下記の条件式（１１）を満たすようにすることが
望ましい。｜Ｃ₁−Ｃ₂｜＜５％（１１）

【００２９】以下、この発明の実施の形態について、図
面を参照して説明する。図１は、この発明の第１実施形
態における撮像装置の構成を模式的に示すものである。
この撮像装置は、対象物の像を結像光学系１１を経て固
体撮像素子１２の光電変換面上に結像させ、この固体撮
像素子１２の出力信号を信号処理回路１３で処理して映
像信号を得るようにしたものである。結像光学系１１
は、レンズ群１４、回折型光学素子１５および光学部材
１６を有する。なお、図１では、これらレンズ群１４、
回折型光学素子１５および光学部材１６を模式的に配置
してある。

【００３０】回折型光学素子１５は、この実施形態で
は、図２（ａ）および（ｂ）に平面図および断面図を示
すように、平行平板状の光学材料基板２１上に同心円状
にレリーフパターン２２を形成して構成する。ここで、
レリーフパターン２２は、１次回折光を利用するよう
に、また、他のレンズ素子との相互関係により結像性能
が最適となるように形成する。また、光学部材１６に
は、ローパスフィルタを設けると共に、図３に示す分光
透過率を有する波長帯域制限手段を構成する波長帯域制
限フィルタを設ける。さらに、撮像素子１２には、その
光電変換面上に、図４に示す分光特性を有するＲＧＢ３
原色のモザイク状の色フィルタを設ける。

【００３１】このようにして、固体撮像素子１２におい
て、結像光学系１１を経て結像された物体の像を、その
光強度に応じて電気信号に変換して信号処理回路１３に
供給し、ここで所要に応じてＲＧＢそれぞれの信号強度
の正規化や表現する色をシフトさせるなどの方法によ
り、物体のカラー情報が損なわれないように補正してカ
ラー映像信号に変換し、図示しないメモリに書き込んだ
り、パソコンや表示装置、あるいはプリンタなどの外部
に出力する。なお、このような処理は、外部の制御装置
あるいは撮像装置に組み込まれたＣＰＵにより制御す
る。

【００３２】図５は、図１に示す構成において、光学部
材１６に波長帯域制限フィルタを設けない場合に、固体
撮像素子１２に入射する回折型光学素子１５における２
次回折光および０次回折光の分光特性を示すものであ
る。また、図６は、この実施形態において、上述したよ
うに光学部材１６に図３に示す分光特性を有する波長帯
域制限フィルタを設けた場合の２次回折光および０次回
折光の分光特性を示すものである。図５および図６から
明らかなように、この実施形態によれば、結像に不要な
次数の回折光の強度を、無視できる程度に低減すること
ができる。

【００３３】なお、この実施形態では、波長帯域制限フ
ィルタを光学部材１６に設けるようにしたが、レンズ群
１４の前に配置したり、レンズ群１４から撮像素子１２
の光電変換面に至る結像光路の任意の位置に配置して
も、同様の効果を得ることができる。特に、撮像素子１
２の光電変換面を保護するカバーガラスを、波長帯域制
限フィルタで構成すれば、部品点数の削減、光学システ
ムの小型化の点で効果的である。

【００３４】この発明の第２実施形態では、図１に示す
構成において、光学部材１６に、波長帯域制限フィルタ
に代えて、図７に示す分光透過率を有する赤外カットフ
ィルタを設け、また、回折型光学素子１５のレリーフパ
ターンを形成した面とは反対側の面には、多層膜をコー
ティングして、図８に示すような分光透過率特性を有す
る波長帯域制限手段を設ける。ここで、多層膜は、回折
型光学素子１５の基板側から順に、それぞれＳｉＯ₂：
６６．４６ｎｍ、ＴｉＯ₂：２８．６２ｎｍ、Ｓｉ
Ｏ₂：５３．０６ｎｍ、ＴｉＯ₂：４２．４７ｎｍ、Ｓ
ｉＯ₂：６８．１６ｎｍ、ＴｉＯ₂：３５．４４ｎｍ、
ＳｉＯ₂：５５．５７ｎｍ、ＴｉＯ₂：３８．８９ｎ
ｍ、の厚みで重ねて構成する。このようにして、有害な
赤外光と、結像に不要な次数の回折光を同時に制限す
る。

【００３５】図９は、この実施形態において、固体撮像
素子１２に入射する回折型光学素子１５における２次回
折光および０次回折光の分光特性を示すものである。こ
の実施形態においても、図５との比較から明らかなよう
に、第１実施例と同様に、結像に不要な次数の回折光の
強度を、無視できる程度に低減することができる。

【００３６】なお、この実施形態では、回折型光学素子
１４に波長帯域制限手段を構成する多層膜を設けたが、
レンズ群１４を構成するレンズ素子の屈折面や、光学部
材１６、あるいは撮像素子１２の光電変換面を保護する
カバーガラスに、同様の多層膜をコーティングしても、
同じ効果を得ることができる。

【００３７】この発明の第３実施形態では、図１に示す
構成において、光学部材１６に波長帯域制限フィルタを
設けるのではなく、撮像素子１２の光電変換面上に設け
るＲＧＢ３原色のモザイク状の色フィルタを、図１０に
示す分光特性を有するように構成することにより、該色
フィルタを波長帯域制限手段としても作用させるように
したものである。

【００３８】図１１は、この実施形態において、固体撮
像素子１２に入射する回折型光学素子１５における２次
回折光および０次回折光の分光特性を示すものである。
この実施形態においても、図５との比較から明らかなよ
うに、結像に不要な次数の回折光の強度を、無視できる
程度に低減することができる。

【００３９】なお、この実施形態でのＲＧＢの色フィル
タは、ＲＧＢそれぞれのフィルタの分光感度が、図１０
に示す特性となるような、透過型フィルタや干渉型フィ
ルタなどで構成することはもちろん、例えば、図４に示
した一般的な分光感度を有するフィルタと、図３に示す
ような分光特性を有するフィルタとの２層構造で構成す
ることもできる。また、特に、短波長域での不要次数光
の影響を低減するために、撮像素子１２の光電変換面の
表層に設けられる短波長域の透過率を制御するためのＳ
ｉＯ₂と多結晶Ｓｉとの多層膜の厚みを調整したり、暗
電流除去のためのＰ型不純物注入層を厚くして、短波長
域の分光特性を制御することもでき、これにより同様の
効果を達成することができる。

【００４０】上述した第１〜３実施形態において、結像
光学系１１は、例えば、図１２に示すように、第１レン
ズ２５、絞り２６、第２レンズ２７、第３レンズ２８、
第４レンズ２９、第５レンズ３０および第６レンズ３１
をもって構成することができる。表１は、焦点距離７．
００ｍｍ、Ｆナンバー２．９としたときの各レンズの一
例のデータを示すものである。なお、図１２において、
第３レンズ２８は、回折型光学素子を示す。また、表１
において、♯はレンズ番号、ｒは屈折面の曲率半径、ｄ
はレンズ中心の厚みまたはレンズ間隔、ｎｄはｄ線の屈
折率、νｄはｄ線のアッベ数を示し、＊が付いている面
は、非球面を表わしている。

【００４１】

【表１】

【００４２】また、上記の非球面は、例えば、表２に示
す非球面係数を有するように形成する。

【００４３】

【表２】表１および表２から明らかなように、第３レンズ２８を
構成する回折型光学素子は、屈折率が１００１、アッベ
率が約−３．４５のいわゆる高屈折率近似として扱って
いる。

【００４４】なお、回折型光学素子は、図２に示したよ
うに、平板状の基板２１にレリーフパターン２２を形成
したものに限らず、球面基板や、非球面基板上にレリー
フパターン２２を形成して構成することもできるし、レ
リーフパターン２２も同心円状に限らず、結像光学系１
１の機能に応じて、例えば、回転非対称な結像性能を必
要とする場合には、楕円状のパターンとしたり、シリン
ドリカルレンズと同等の機能を有するように平行パター
ンとすることもできる。なお、実施形態においては、回
折光学素子の設計次数に１次光を用いたが、さらに高次
の次数を用いてもよい。

【００４５】また、以上の各実施形態では、撮像素子１
２の前にモザイク状のＲＧＢフィルタを配置した、いわ
ゆる原色単板式撮像装置を構成するようにしたが、もち
ろんＣＭＹＧフィルタをモザイク状に配置した、いわゆ
る補色単板式撮像装置を構成することもできるし、撮影
光束を色分解プリズムなどで波長帯域の異なる光束に分
岐して、例えばＲＧＢ３枚の撮像素子でカラー画像を得
る、いわゆる３板式撮像装置に代表される多板式撮像装
置を構成することもできる。

【００４６】図１３は、この発明の第４実施形態の要部
の構成を示すものである。この実施形態は、３板式撮像
装置を示すもので、対象物の像を結像光学系４１により
ＲＧＢに分解して、対応する固体撮像素子４２Ｒ，４２
Ｇ，４２Ｂに結像させるようにしたものである。結像光
学系４１は、図２に示したような回折型光学素子を含む
レンズ系４３と、このレンズ系４３による撮影光束をＲ
ＧＢに分解する色分解プリズム４４とを有する。ここで
色分解は、ダイクロイック膜を用いて行うことが、光の
高率の利用高率の点からも一般的である。

【００４７】この実施形態では、色分解プリズム４４の
ダイクロイック膜に、図１４に示すような分光透過率特
性を持たせることにより、該色分解プリズム４４を、レ
ンズ系４３に含まれる回折型光学素子からの不要次数の
回折光を低減する波長帯域制限手段としても作用させ
る。なお、この実施形態において、回折型光学素子は、
波長５３０ｎｍで最適化されている。

【００４８】図１５は、この実施形態において、撮像素
子４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂにそれぞれ入射する回折型光
学素子における２次回折光および０次回折光の分光特性
を示すものである。図１５から明らかなように、この実
施形態においても、上述した実施形態と同様に、結像に
不要な次数の回折光の強度を、無視できる程度に低減す
ることができる。

【００４９】なお、この実施形態においては、色分解プ
リズム４４のＲの分光透過率特性を長波長域まで広げる
と共に、撮像光路中に赤外カットフィルタを配置して、
色分解プリズム４４と赤外カットフィルタとの両方の作
用で、図１４に示す分光透過率特性を得るよう構成する
こともできる。

【００５０】以上の各実施形態では、電子撮像素子とし
て固体撮像素子を用いたが、撮像管を用いる場合でも、
この発明を有効に適用することができ、同様の効果を得
ることができる。

【００５１】付記項１．対象物の像を結像光学系により電子撮像素子上に結
像させるようにした撮像装置において、前記結像光学系
は、輪帯状の回折格子を有し、結像作用、もしくは、他
のレンズ要素との組み合わせにより結像性能を向上させ
る作用を有する回折型光学素子と、この回折型光学素子
を経た光の波長帯域を制限して、該回折型光学素子によ
る回折光のうち、像形成に不要な次数の回折光の影響を
低減するための波長帯域制限手段とを有することを特徴
とする撮像装置。２．対象物の像を結像光学系により電子撮像素子上に結
像させるようにした撮像装置において、前記結像光学系
は、結像作用、もしくは、他のレンズ要素との組み合わ
せにより結像性能を向上させる作用を有する回折型光学
素子と、この回折型光学素子を経た光の波長帯域を制限
して、該回折型光学素子による回折光のうち、像形成に
不要な次数の回折光の影響を低減するための波長帯域制
限手段とを有し、前記電子撮像素子には、その出力信号
を処理して、前記対象物の色情報を補正する信号処理手
段を結合したことを特徴とする撮像装置。３．対象物の像を結像光学系により電子撮像素子上に結
像させるようにした撮像装置において、前記結像光学系
は、輪帯状の回折格子を有する回折型光学素子と、この
回折型光学素子を経た光の波長帯域を制限して、該回折
型光学素子による回折光のうち、像形成に不要な次数の
回折光の影響を低減するための波長帯域制限手段とを有
し、前記電子撮像素子には、その出力信号を処理して、
前記対象物の色情報を補正する信号処理手段を結合した
ことを特徴とする撮像装置。４．請求項１，２または３記載の撮像装置において、前
記条件式（１）〜（４）の少なくとも一つを満足する撮
像装置。５．請求項１，２または３記載の撮像装置において、前
記条件式（７）〜（１０）の少なくとも一つを満足する
撮像装置。６．付記項４または５記載の撮像装置において、前記条
件式（４）または（１０）として、前記条件式（１１）
を用いることを特徴とする撮像装置。７．請求項１，２または３記載の撮像装置において、前
記結像光学系は、波長帯域を制限するフィルタを有する
ことを特徴とする撮像装置。８．請求項１，２または３記載の撮像装置において、前
記波長帯域制限手段を、前記電子撮像素子の光電変換面
を保護するカバーガラスに設けたことを特徴とする撮像
装置。９．請求項１，２または３記載の撮像装置において、前
記波長帯域制限手段は、前記結像光学系を構成する光学
部材の表面に設けた多層膜をもって構成したことを特徴
とする撮像装置。１０．請求項１，２または３記載の撮像装置において、
前記波長帯域制限手段は、カラー画像を得るために、前
記電子撮像素子の光電変換面に到達する波長帯域を制限
する機能を併せ持つ波長帯域制限フィルタをもって構成
したことを特徴とする撮像装置。１１．付記項７または１０記載の撮像装置において、前
記フィルタまたは波長帯域制限フィルタは、色素を含む
フィルタよりなることを特徴とする撮像装置。１２．付記項７または１０記載の撮像装置において、前
記フィルタまたは波長帯域制限フィルタは、干渉型フィ
ルタよりなることを特徴とする撮像装置。１３．付記項１０記載の撮像装置において、前記電子撮
像素子を１枚として、カラー画像を得るよう構成したこ
とを特徴とする撮像装置。１４．付記項１０記載の撮像装置において、前記電子撮
像素子を複数枚として、カラー画像を得るよう構成した
ことを特徴とする撮像装置。１５．付記項１３または１４記載の撮像装置において、
前記カラー画像を得るのに用いるフィルタが、前記波長
帯域制限手段をも構成することを特徴とする撮像装置。１６．付記項１３または１４記載の撮像装置において、
前記カラー画像を得るのに用いるフィルタが、カラー画
像を得るために、前記電子撮像素子の光電変換面に到達
する波長帯域を制限する機能を有するフィルタ部材と、
像形成に不要な次数の回折光の影響を低減するためのフ
ィルタ部材とからなることを特徴とする撮像装置。１７．請求項１，２または３記載の撮像装置において、
前記波長帯域制限手段を、前記電子撮像素子の光電変換
面上に設ける短波長吸収層をもって構成したことを特徴
とする撮像装置。１８．付記項７〜１７のいずれか記載の撮像装置におい
て、前記条件式（１）〜（４）の少なくとも一つを満足
する撮像装置。１９．付記項７〜１７のいずれか記載の撮像装置におい
て、前記条件式（７）〜（１０）の少なくとも一つを満
足する撮像装置。２０．付記項１８または１９記載の撮像装置において、
前記条件式（４）または（１０）として、前記条件式
（１１）を用いることを特徴とする撮像装置。

【００５２】

【発明の効果】この発明によれば、回折型光学素子を用
いる場合の最適化波長以外の波長に対する不要な次数の
回折光による光学性能の低下を有効に軽減できるので、
高精度の撮像装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施形態の概略構成図である。

【図２】図１に示す回折型光学素子の構成を示す図であ
る。

【図３】第１実施形態で用いる波長帯域制限フィルタの
分光特性を示す図である。

【図４】第１実施形態で用いるＲＧＢ色フィルタの分光
特性を示す図である。

【図５】第１実施形態において波長帯域制限を受けない
ときの像形成に不要な回折光の分光特性を示す図であ
る。

【図６】第１実施形態で波長帯域制限を受けたときの像
形成に不要な回折光の分光特性を示す図である。

【図７】この発明の第２実施形態で用いる赤外カットフ
ィルタの分光透過率特性を示す図である。

【図８】第２実施形態で用いる多層膜の分光透過率特性
を示す図である。

【図９】第２実施形態で波長帯域制限を受けたときの像
形成に不要な回折光の分光特性を示す図である。

【図１０】この発明の第３実施形態で用いるＲＧＢ色フ
ィルタの分光特性を示す図である。

【図１１】第３実施形態で波長帯域制限を受けたときの
像形成に不要な回折光の分光特性を示す図である。

【図１２】回折型光学素子を含む結像光学系の一例の構
成を示す図である。

【図１３】この発明の第４実施形態を示す概略構成図で
ある。

【図１４】第４実施形態で用いるダイクロイック膜の分
光透過率特性を示す図である。

【図１５】第４実施形態で波長帯域制限を受けたときの
像形成に不要な回折光の分光特性を示す図である。

【図１６】ブレーズ化さたレリーフパターンを示す図で
ある。

【図１７】１次回折光に対して最適化された回折型光学
素子の波長と１次回折光の回折効率との関係を示す図で
ある。

【図１８】１次回折光に対して最適化された回折型光学
素子の波長と、０次回折光および２次回折光との回折効
率の関係を示す図である。

【図１９】カラー画像を形成する撮像装置の分光特性を
示す図である。

【図２０】回折型光学素子を用いたときの像形成に寄与
する回折光の分光特性を示す図である。

【図２１】回折型光学素子を用いたときの像形成に不要
な回折光の分光特性を示す図である。

【符号の説明】

１１結像光学系１２固体撮像素子１３信号処理回路１４レンズ群１５回折型光学素子１６光学部材２１基板２２レリーフパターン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石井哲也東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対象物の像を結像光学系により電子撮像
素子上に結像させるようにした撮像装置において、前記結像光学系は、結像作用、もしくは、他のレンズ要
素との組み合わせにより結像性能を向上させる作用を有
する回折型光学素子と、この回折型光学素子を経た光の
波長帯域を制限して、該回折型光学素子による回折光の
うち、像形成に不要な次数の回折光の影響を低減するた
めの波長帯域制限手段とを有することを特徴とする撮像
装置。
【請求項２】対象物の像を結像光学系により電子撮像
素子上に結像させるようにした撮像装置において、前記結像光学系は、輪帯状の回折格子を有する回折型光
学素子と、この回折型光学素子を経た光の波長帯域を制
限して、該回折型光学素子による回折光のうち、像形成
に不要な次数の回折光の影響を低減するための波長帯域
制限手段とを有することを特徴とする撮像装置。
【請求項３】対象物の像を結像光学系により電子撮像
素子上に結像させるようにした撮像装置において、前記結像光学系は、回折型光学素子と、この回折型光学
素子を経た光の波長帯域を制限して、該回折型光学素子
による回折光のうち、像形成に不要な次数の回折光の影
響を低減するための波長帯域制限手段とを有し、前記電子撮像素子には、その出力信号を処理して、前記
対象物の色情報を補正する信号処理手段を結合したこと
を特徴とする撮像装置。