フィルター保持機構、レンズ装置および撮像装置
【課題】可視光から近赤外光までの波長範囲を撮像し、かつ色収差によるボケを低減すること。
【解決手段】光路１１１上において、ＩＲカットフィルター１３１と、可視光から近赤外光の間の特定の区間の波長を遮断する第１の光学フィルター１３２とを切り替える切替装置１３０を、レンズ装置１１０の物体側、レンズ装置１１０の光学系の中、レンズ装置１１０の光学系の後ろに配置する。したがって、レンズ装置１１０を透過した外光は、光路１１１上に保持されたＩＲカットフィルター１３１または第１の光学フィルター１３２を介して撮像素子１２１に受光される。このため、撮像素子１２１においては、ＩＲカットフィルター１３１または第１の光学フィルター１３２によって一部の波長が遮断された外光が入射される。
【解決手段】光路１１１上において、ＩＲカットフィルター１３１と、可視光から近赤外光の間の特定の区間の波長を遮断する第１の光学フィルター１３２とを切り替える切替装置１３０を、レンズ装置１１０の物体側、レンズ装置１１０の光学系の中、レンズ装置１１０の光学系の後ろに配置する。したがって、レンズ装置１１０を透過した外光は、光路１１１上に保持されたＩＲカットフィルター１３１または第１の光学フィルター１３２を介して撮像素子１２１に受光される。このため、撮像素子１２１においては、ＩＲカットフィルター１３１または第１の光学フィルター１３２によって一部の波長が遮断された外光が入射される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光学性能を調整する光学フィルターを備えたフィルター保持機構、レンズ装置および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルカメラなどの撮像装置において、より一層の小型化とともに高倍率化が要求されている。この要求に応えるために、撮像装置に搭載する小型で高変倍が可能なレンズ装置が求められている。撮像装置本体内には、撮像用の光電変換素子すなわち撮像素子が配置されている。撮像素子は、レンズ装置を介して入射した外光を受光し、光電変換して、入射光量に応じた電気信号を出力する。
【０００３】
撮像素子は、具体的には、たとえばＣＣＤイメージセンサ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ Ｉｍａｇｅ Ｓｅｎｓｏｒ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサなどの固体撮像素子によって実現される。これらの撮像素子は、紫外光から可視光を含み近赤外光までの広い範囲の波長を受光するため、色収差が生じる。
【０００４】
ここで、可視光の波長範囲を、たとえば４００ｎｍ以上７００ｎｍ未満と定義する。その理由は、写真レンズでは、人間の目の感度から可視光の波長範囲を、たとえば３６０ｎｍ以上７００ｎｍ未満とすることが一般的であるが、ＣＣＤイメージセンサなどの電子記録媒体においては、波長が３６０ｎｍ以上４００ｎｍ未満の光の感度が低いためである。また、近赤外光の波長範囲を、たとえば７００ｎｍ以上１１００ｎｍ未満と定義する。その理由は、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどの感度の上限が、波長が１１００ｎｍの光まで撮像可能であるためである。なお、可視光または近赤外光の波長範囲は、これに限ることなく、レンズの種類や使用目的によって種々変更可能である。
【０００５】
図１２は、可視光の色収差の補正について示す説明図である。また、図１３は、可視光から近赤外光までの色収差について示す説明図である。図１２に示すように、可視光（たとえば、波長が４００ｎｍ以上７００ｎｍ未満の光）の色収差を補正しても、図１３に示すように、近赤外光（たとえば、波長が７００ｎｍ以上１１００ｎｍ未満の光）の色収差までは補正しきれない。
【０００６】
このような問題を解決するため、可視光域カットフィルターと近赤外光域カットフィルター（ＩＲカットフィルター）をレンズ系の光路内で出し入れして、可視光または近赤外光のみを撮像する撮像装置及びレンズ装置が提案されている（たとえば、下記特許文献１参照。）。
【０００７】
図１４は、ＩＲカットフィルターを挿入した場合の色収差の補正について示す説明図である。ＩＲカットフィルターは、可視光を透過し近赤外光を吸収する。したがって、図１４に示すように、明るい被写体に対しては、ＩＲカットフィルターをレンズの光路内に挿入して可視光のみを受光するため、撮像素子の受光する波長の範囲が狭くなり、小型化を保ったまま色収差の補正を行うことができる。
【０００８】
また、図１５は、近赤外投光器によって近赤外光を投光した場合の色収差について示す説明図である。可視光域カットフィルターは、赤外光を透過し可視光を吸収する。したがって、図１５に示すように、ＩＲカットフィルターをはずし、可視光カットフィルターを挿入した場合、近赤外光を被写体に投光して撮影するため、可視光のピント位置と近赤外光のピント位置が多少ずれていても投光している光の像にピントを合わせなおすことが出来る。したがって、図１２に示すように可視光の色収差が補正されていれば、図１３に示すように近赤外光までの色収差が補正されていなくても、図１５に示すように、近赤外光投光器によって近赤外光を投光する場合、解像に大きな問題は起こらなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−１５２０３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、時間帯によって明るい被写体と、暗い被写体と、を１台の撮像装置で撮像する監視用途に使用されるカメラにおいては、可視光から近赤外光までの光を出来るだけ取り込んで、監視の死角をなくすことが求められている。このため、上述した特許文献１のように、可視光カットフィルターとＩＲカットフィルターを切り替える方式では、ＩＲカットフィルターに切り替えた場合に、近赤外光があっても可視光がなければ被写体を撮影することが出来ないし、逆に、可視光カットフィルターに切り替えた場合は、可視光があっても近赤外光が無ければ被写体を撮影することができないという問題がある。
【００１１】
このような問題を解決するため、近年では、暗い被写体に投光しないで、撮像素子への入射光量を増やす目的でＩＲカットフィルターをはずし、可視光カットフィルターを挿入せずに、可視光から近赤外光までを撮影する場合が多くなってきた。このため、可視光カットフィルターもＩＲカットフィルターもレンズ系の光路内に挿入せずに、可視光から近赤外光までのどの光で照明された被写体に対しても、色収差によって解像力が低下することなく撮像することが求められている。
【００１２】
しかしながら、可視光から近赤外光までの混合光による像を結像することになるので、図１２に示すように、可視光の色収差が補正されていても、図１３に示すように可視光から近赤外光までの色収差が補正されていないと、大きくボケた像になってしまう。このため、分散の小さな硝子で形成されたレンズを用いることが考えられるが、分散の小さな硝子は高価であるため、コストが高くなるという問題がある。また、分散の小さな硝子は屈折率が低いので、レンズの曲率が強くなるために収差が発生して、この収差を補正するために、レンズが大型化してしまうという問題がある。
【００１３】
特に、高変倍のレンズ装置の場合は、可視光の範囲だけでも、ワイド端からテレ端までの全ズーム域において色収差を補正することが難しいのにも関わらず、可視光から近赤外光までの色収差を補正することは、小型化を保ったままでは困難である。このように、時間帯によって明るい被写体と、暗い被写体と、を１台の撮像装置で撮像する監視用途に使用されるカメラにおいては、小型化・高性能化・低コスト化を両立させることは難しいという問題がある。
【００１４】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、可視光から近赤外光までの波長範囲を撮像することができ、かつ色収差によるボケを低減することができるフィルター保持機構、レンズ装置および撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１の発明にかかるフィルター保持機構は、可視光から近赤外光までの波長域の中の一部の波長を遮断し、かつ可視光の少なくとも一部の波長ならびに近赤外光の少なくとも一部の波長を透過させる第１の光学フィルターと、前記第１の光学フィルターを光路上に保持する保持部と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
この請求項１の発明によれば、可視光から近赤外光までの波長範囲の一部を遮断するのみであるため、可視光または近赤外光のどちらの光が入射されても撮像することができ、かつ使用波長範囲が可視光から近赤外光の全ての波長範囲より狭いため、色収差によるボケを抑えることができる。
【００１７】
また、請求項２の発明にかかるフィルター保持機構は、請求項１に記載の発明において、前記第１の光学フィルターと、近赤外光を遮断する第２の光学フィルターと、を切り替える切替部をさらに備えたことを特徴とする。
【００１８】
この請求項２の発明によれば、明るい被写体を撮影する場合は、近赤外光を遮断するＩＲカットフィルターを用いることで鮮明なカラー画像を撮像することができる。さらに、暗い被写体を撮影する場合は、可視光領域でも近赤外領域でも撮像することができる。
【００１９】
また、請求項３の発明にかかるフィルター保持機構は、請求項１または２に記載の発明において、前記第１の光学フィルターは、可視光の短波長側の一部の波長を遮断することを特徴とする。
【００２０】
この請求項３の発明によれば、可視光の長波長側の一部と近赤外光に使用波長範囲を狭めることができるので、色収差によるボケを低減することができる。
【００２１】
また、請求項４の発明にかかるフィルター保持機構は、請求項１または２に記載の発明において、前記第１の光学フィルターは、近赤外光の長波長側の一部の波長を遮断することを特徴とする。
【００２２】
この請求項４の発明によれば、可視光と近赤外光の短波長側の一部に使用波長範囲を狭めることができるので、色収差によるボケを低減することができる。
【００２３】
また、請求項５の発明にかかるフィルター保持機構は、請求項１または２に記載の発明において、前記第１の光学フィルターは、可視光の短波長側の一部の波長および近赤外光の長波長側の一部の波長を遮断することを特徴とする。
【００２４】
この請求項５の発明によれば、可視光の長波長側の一部と近赤外光の短波長側の一部に使用波長範囲を狭めることができるので、色収差によるボケをより低減することができる。
【００２５】
また、請求項６の発明にかかるフィルター保持機構は、請求項２に記載の発明において、前記切替部は、前記第１の光学フィルターとして、可視光の短波長側の一部の波長を遮断する光学フィルター、近赤外光の長波長側の一部の波長を遮断する光学フィルターまたは可視光の短波長側の一部の波長および近赤外光の長波長側の一部の波長を遮断する光学フィルターのいずれか一つと、前記第２の光学フィルターと、を切り替えることを特徴とする。
【００２６】
この請求項６の発明によれば、色収差や使用目的の異なるレンズ装置を用いる場合でも、可視光または近赤外光のどちらの光が入射されても撮像することができ、かつ色収差によるボケを低減することができる。
【００２７】
また、請求項７の発明にかかるレンズ装置は、請求項１〜６に記載の、光学フィルターを有するフィルター保持機構と、外光を前記光学フィルターに入射させる複数のレンズと、を備え、前記フィルター保持機構は、前記レンズの物体側、前記レンズの間または前記レンズの後ろ側のいずれか一つに配置されたことを特徴とする。
【００２８】
この請求項７の発明によれば、可視光から近赤外光までの波長範囲の一部を遮断するのみであるため、可視光または近赤外光のどちらの光が入射されても撮像することができ、かつ使用波長範囲が可視光から近赤外光の全ての波長範囲より狭いため、色収差によるボケを抑えることができる。さらに、高い光学性能を備え、光変倍が可能な小型のレンズ装置にも、簡単に、安い製造コストで適用することができる。
【００２９】
また、請求項８の発明にかかる撮像装置は、請求項１〜６に記載の、光学フィルターを有するフィルター保持機構と、撮像用の光電変換素子と、外光を前記光学フィルターを介して前記光電変換素子に入射させる複数のレンズを有するレンズ装置と、を備えたことを特徴とする。
【００３０】
この請求項８の発明によれば、可視光から近赤外光までの波長範囲の一部を遮断するのみであるため、可視光または近赤外光のどちらの光が入射されても撮像することができ、かつ使用波長範囲が可視光から近赤外光の全ての波長範囲より狭いため、色収差によるボケを抑えることができる。さらに、高い光学性能を備え、光変倍が可能な小型のレンズ装置を備えた撮像装置にも、簡単に、安い製造コストで適用することができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明にかかるフィルター保持機構、レンズ装置および撮像装置によれば、可視光から近赤外光までの波長範囲を撮像することができ、かつ色収差によるボケを低減することができるという効果を奏する。さらに、高い光学性能を備え、光変倍が可能な小型のレンズ装置にも、簡単に、安い製造コストで適用することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施の形態１にかかる撮像装置の構成について示す説明図である。
【図２】実施の形態１にかかる撮像装置の構成について示す説明図である。
【図３】実施の形態１にかかる撮像装置の構成について示す説明図である。
【図４】実施の形態１にかかる撮像装置の他の構成について示す説明図である。
【図５】実施の形態１にかかる第１の光学フィルターの特性について示す特性図である。
【図６】実施の形態１にかかる第１の光学フィルターを透過した外光の像面上での軸上スポット像について示す説明図である。
【図７】実施の形態２にかかる第１の光学フィルターの特性について示す特性図である。
【図８】実施の形態２にかかる第１の光学フィルターを透過した外光の像面上での軸上スポット像について示す説明図である。
【図９】実施の形態３にかかる第１の光学フィルターの特性について示す特性図である。
【図１０】実施の形態３にかかる第１の光学フィルターの最適な特性について示す特性図である。
【図１１】実施の形態３にかかる第１の光学フィルターを透過した外光の像面上での軸上スポット像について示す説明図である。
【図１２】可視光の色収差の補正について示す説明図である。
【図１３】可視光から近赤外光までの色収差について示す説明図である。
【図１４】ＩＲカットフィルターを挿入した場合の色収差の補正について示す説明図である。
【図１５】近赤外投光器によって近赤外光を投光した場合の色収差について示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかるフィルター保持機構、レンズ装置および撮像装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００３４】
（実施の形態１）
（撮像装置の構成について）
まず、この発明の実施の形態１にかかる撮像装置の構成について説明する。図１〜図３は、実施の形態１にかかる撮像装置の構成について示す説明図である。図１〜図３に示すように、撮像装置１００は、レンズ装置１１０と、撮像装置本体１２０とを備えている。撮像装置本体１２０には、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどの撮像素子１２１が備えられており、レンズ装置１１０によって外光が入射される。
【００３５】
また、レンズ装置１１０は、第１の光学フィルター１３２と、第２の光学フィルター１３１と、を切り替える切替装置１３０を備えている。切替装置１３０は、第１の光学フィルター１３２または第２の光学フィルター１３１のいずれか一つを光路１１１上に保持する。第２の光学フィルター１３１は、可視光を透過し近赤外光を遮断するＩＲカットフィルター等である（以下、第２の光学フィルターをＩＲカットフィルターとする）。具体的には、たとえばＩＲカットフィルター１３１は、波長が７００ｎｍ以上の光を遮断する。また、第１の光学フィルター１３２は、詳細は後述するが、可視光から近赤外光（たとえば、波長が４００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下）までの波長域の中の一部の波長を遮断し、かつ可視光の少なくとも一部の波長ならびに近赤外光の少なくとも一部の波長を透過させる。切替装置１３０は、レンズ装置１１０の物体側に配置されてもよいし（図１）、レンズ装置１１０の光学系の中に配置されてもよいし（図２）、レンズ装置１１０の光学系の後ろに配置されていてもよい（図３）。
【００３６】
このように、レンズ装置１１０を透過した外光は、光路１１１上に保持されたＩＲカットフィルター１３１または第１の光学フィルター１３２を介して撮像素子１２１に受光される。このため、撮像素子１２１においては、ＩＲカットフィルター１３１または第１の光学フィルター１３２によって一部の波長が遮断された外光が入射される。
【００３７】
（撮像装置の他の構成について）
つぎに、実施の形態１にかかる撮像装置の他の構成について説明する。図４は、実施の形態１にかかる撮像装置の他の構成について示す説明図である。図４に示すように、切替装置１３０は、光路１１１上、かつ撮像素子１２１の前であれば、撮像装置本体１２０内に配置されていてもよい。
【００３８】
（第１の光学フィルターの特性について）
つぎに、実施の形態１にかかる第１の光学フィルター１３２の特性について説明する。図５は、実施の形態１にかかる第１の光学フィルターの特性について示す特性図である。図５においては、縦軸は透過率であり、横軸は波長である。図５に示すように、第１の光学フィルター１３２は、可視光の短波長側の光を遮断する。第１の光学フィルター１３２は、具体的には、たとえば波長が４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の光のうちの任意の波長未満の光を遮断する。
【００３９】
その理由は、可視光の波長の範囲を、たとえば４００ｎｍ以上７００ｎｍ未満とした場合、色収差の発生が比較的小さいレンズでは、波長が４５０ｎｍ以下の光を遮断することで画像の劣化を防止することが出来るからである。また、色収差の発生が比較的大きいレンズでは、可視光を撮像可能な最短の波長、たとえば、波長が６５０ｎｍ以下の光までを遮断することにより、可視光と近赤外光の混合光で撮像した画像の劣化を低減することができるからである。さらに、波長が６５０ｎｍより大きい波長の光を遮断すると、可視光の範囲の全てを遮断することとほとんど変わらない為、可視光が入射されても撮像できなくなってしまうからである。
【００４０】
図６は、実施の形態１にかかる第１の光学フィルターを透過した外光の像面上での軸上スポット像について示す説明図である。図６においては、波長が５５０ｎｍ未満の光を遮断する第１の光学フィルター１３２を挿入した場合について説明する。図６には、第１の光学フィルター１３２を透過し像面に入射される光のうち、可視光の短波長側の最短波長（たとえば、５５０ｎｍ）、可視光と近赤外光との境界の波長（たとえば、７００ｎｍ）、近赤外光の長波長側の最長波長（たとえば、１１００ｎｍ）の光の軸上スポット像を示している。図６に示すように、図１３において像面に入射される光のうちの、可視光の短波長側の最短波長（たとえば、４００ｎｍ）、可視光と近赤外光との境界の波長（たとえば、７００ｎｍ）、近赤外光の長波長側の最長波長（たとえば、１１００ｎｍ）の光の軸上スポット像の範囲と比べると、それぞれのスポット像の範囲が狭くなっているのがわかる。すなわち、色収差によるボケが少ないため、可視光と近赤外光の混合光を受光しても、撮像した画像の劣化を低減することができる。
【００４１】
なお、実施の形態１においては、光路上にＩＲカットフィルター１３１と第１の光学フィルター１３２を切り替える切替装置１３０を配置しているが、これに限るものではない。たとえば、切替装置１３０ではなく、第１の光学フィルターのみを保持する保持装置を配置してもよい。このようにすることで、明るい被写体の画像の解像度は若干落ちるが、ＩＲカットフィルターと第１の光学フィルターとを切り替えずに、明るい被写体も暗い被写体も撮像することができる。具体的には、たとえば時間帯によって明るい被写体と、暗い被写体と、を１台の撮像装置で撮像する監視用途に使用されるカメラにおいて、昼間と夜間で光学フィルターを切り替えなくても、監視の死角をなくすことができる。
【００４２】
（実施の形態２）
（撮像装置の構成について）
つぎに、実施の形態２にかかるレンズ装置または撮像装置について説明する。実施の形態２にかかるレンズ装置または撮像装置は、切替装置１３０におけるＩＲカットフィルター１３１と切り替える第１の光学フィルターが、実施の形態１にかかる第１の光学フィルター１３２とは異なる波長の光を遮断する。その他の構成については、実施の形態１と同様のため、説明を省略する。
【００４３】
（第１の光学フィルターの特性について）
つぎに、実施の形態２にかかる第１の光学フィルター１３３の特性について説明する。図７は、実施の形態２にかかる第１の光学フィルターの特性について示す特性図である。図７においては、縦軸は透過率であり、横軸は波長である。図７に示すように、第２の光学フィルター１３３は、近赤外光の長波長側の光を遮断する。第１の光学フィルター１３３は、具体的には、たとえば波長が９００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の光のうちの任意の波長より大きい波長の光を遮断する。
【００４４】
その理由は、一般的に用いられている赤外ＬＥＤ投光器から投光される赤外光の波長が８５０ｎｍ程度であり、この赤外ＬＥＤ投光器から投光された光によって照射された物体を撮像できるようにするためである。また、ＬＥＤ投光器から投光される光には、ある程度の波長幅があるため、９００ｎｍより大きい波長の光を遮断することで、画像の劣化を低減することができる。また、赤外ＬＥＤ投光器には、投光される赤外光の波長が９５０ｎｍ程度のものもある。このため、波長が９５０ｎｍ程度の赤外光によって照射された物体を撮像できるように、ある程度の波長幅を考慮して１０００ｎｍより大きい波長の光を遮断することで、画像の劣化を低減することができる。また、ＬＥＤ投光器よりも波長が長い光源の光に照射された物体の撮像に対しては、現在市販されているＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子の感度が概ね１１００ｎｍの波長の光までであり、それ以上の波長の光に対しては非常に感度が低く、色収差による画像ボケの影響が少ない為である。
【００４５】
図８は、実施の形態２にかかる第１の光学フィルターを透過した外光の像面上での軸上スポット像について示す説明図である。図８においては、波長が９００ｎｍより大きい波長の光を遮断する第１の光学フィルター１３３を挿入した場合について説明する。図８には、第１の光学フィルター１３３を透過し像面に入射される光のうちの、可視光の短波長側の最短波長（たとえば、４００ｎｍ）、可視光と近赤外光との境界の波長（たとえば、７００ｎｍ）、近赤外光の長波長側の最長波長（たとえば、９００ｎｍ）の光の軸上スポット像を示している。図８に示すように、図１３において像面に入射される光のうちの、可視光の短波長側の最短波長（たとえば、４００ｎｍ）、可視光と近赤外光との境界の波長（たとえば、７００ｎｍ）、近赤外光の長波長側の最長波長（たとえば、１１００ｎｍ）の光の軸上スポット像の範囲と比べると、それぞれのスポット像の範囲が狭くなっているのがわかる。
【００４６】
実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００４７】
（実施の形態３）
（撮像装置の構成について）
つぎに、実施の形態３にかかるレンズ装置または撮像装置について説明する。実施の形態３にかかるレンズ装置または撮像装置は、切替装置１３０におけるＩＲカットフィルター１３１と切り替える第１の光学フィルターが、実施の形態１または実施の形態２にかかる第１の光学フィルター１３２、１３３とは異なる波長の光を遮断する。その他の構成については、実施の形態１と同様のため、説明を省略する。
【００４８】
（第１の光学フィルターの特性について）
つぎに、実施の形態３にかかる第１の光学フィルター１３４の特性について説明する。図９は、実施の形態３にかかる第１の光学フィルターの特性について示す特性図である。図９においては、縦軸は透過率であり、横軸は波長である。図９に示すように、第１の光学フィルター１３４は、可視光の短波長側の光と近赤外光の長波長側の光を遮断する。第１の光学フィルター１３４は、具体的には、たとえば波長が４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の光のうちの任意の波長未満の光と、波長が９００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の光のうちの任意の波長より大きい波長の光と、を遮断する。
【００４９】
その理由は、実施の形態１および実施の形態２に示した理由と同様である。
【００５０】
（第１の光学フィルターの最適な特性について）
つぎに、実施の形態３にかかる第１の光学フィルターの最適な特性について説明する。図１０は、実施の形態３にかかる第１の光学フィルターの最適な特性について示す特性図である。図１０においては、縦軸は透過率であり、横軸は波長である。図１０に示すように、最適な特性の第１の光学フィルター１３４は、たとえば波長が５５０ｎｍ未満の光と、波長が９００ｎｍより大きい波長の光と、を遮断する。
【００５１】
その理由は、波長が５５０ｎｍ未満の光を遮断した場合、可視光の波長範囲において短波長側の半分（たとえば、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ未満の波長範囲）の光を遮断することができるので、色収差が改善され、画像の劣化が抑えられるからである。また、ＣＣＤイメージセンサなどの撮像素子においては、波長が５５０ｎｍ以上６００ｎｍ未満の光の感度が高いため、この範囲の波長の光を透過させることで輝度が大きく下がることを抑えることができるからである。
【００５２】
また、実施の形態２において説明したように、一般的に用いられているＬＥＤ投光器から投光される光の波長が８５０ｎｍ程度であり、ある程度の波長幅を考慮して、波長が９００ｎｍ以上の光を遮断しても、比較的明るい画像を撮像することができ、また画像の劣化を防ぐことができるためである。
【００５３】
図１１は、実施の形態３にかかる第１の光学フィルターを透過した外光の像面上での軸上スポット像について示す説明図である。図１１においては、図１０に示す最適な特性の第１の光学フィルター１３４を挿入した場合について説明する。図１１には、最適な特性の第１の光学フィルター１３４を透過し像面に入射される光のうち、可視光の短波長側の最短波長（たとえば、５５０ｎｍ）、可視光と近赤外光との境界の波長（たとえば、７００ｎｍ）、近赤外光の長波長側の最長波長（たとえば、９００ｎｍ）の光の軸上スポット像を示している。図１１に示すように、図１３において像面に入射される光のうちの、可視光の短波長側の最短波長（たとえば、４００ｎｍ）、可視光と近赤外光との境界の波長（たとえば、７００ｎｍ）、近赤外光の長波長側の最長波長（たとえば、１１００ｎｍ）の光の軸上スポット像の範囲と比べると、それぞれのスポット像の範囲が狭くなっているのがわかる。
【００５４】
さらに、図１１においては、図６および図８に示す像面上での軸上スポット像と比べても、像面に入射される光のうちの、可視光の短波長側の最短波長、可視光と近赤外光との境界の波長、近赤外光の長波長側の最長波長の光の軸上スポット像が、それぞれ狭くなっているのがわかる。
【００５５】
実施の形態３によれば、実施の形態１または実施の形態２と同様の効果を得ることができる。さらに、実施の形態３によれば、実施の形態１または実施の形態２と比べても、より色収差が少なく、劣化の少ない画像を撮像することができる。
【００５６】
（実施の形態４）
（撮像装置の構成について）
つぎに、実施の形態４にかかるレンズ装置または撮像装置について説明する。実施の形態４にかかるレンズ装置または撮像装置は、切替装置１３０が、ＩＲカットフィルター１３１に加え、実施の形態１にかかる第１の光学フィルター１３２、実施の形態２にかかる第１の光学フィルター１３３または実施の形態３にかかる第１の光学フィルター１３４のうちの少なくとも２つ以上の光学フィルターを備えている。そして、切替装置１３０によってレンズ装置１１０の色収差と使用目的により切り替えて、ＩＲカットフィルター１３１、実施の形態１にかかる第１の光学フィルター１３２、実施の形態２にかかる第１の光学フィルター１３３、実施の形態３にかかる第１の光学フィルター１３４のいずれか一つを光路内に挿入するようにする。その他の構成については、実施の形態１と同様のため、説明を省略する。
【００５７】
実施の形態４によれば、実施の形態１〜実施の形態３と同様の効果を得ることができる。さらに、実施の形態４によれば、色収差や使用目的の異なる様々な種類のレンズ装置または撮像装置に切替装置１３０を配置することができる。
【００５８】
以上説明したように、フィルター保持機構、レンズ装置および撮像装置によれば、明るい被写体を撮影する場合は、ＩＲカットフィルター１３１を挿入することでカラー画像を撮像し、暗い被写体を撮影する場合には、ＩＲカットフィルター１３１をレンズの光路から出して、可視光から近赤外光の間の特定の区間の波長を遮断するフィルターを挿入して撮像する。このようにすることで、ビデオカメラまたはビデオカメラ用のレンズ装置において、可視光の色収差は補正できているが、可視光から近赤外光までの色収差が充分に補正しきれていないレンズ装置で撮像する場合であっても、撮影をおこなう波長範囲を狭めることができるので、色収差による画像のボケを低減しながら被写体の撮影光量および撮影波長の死角を低減することができる。なお、フィルターによって遮断する、可視光から近赤外光の間の波長の範囲については、各レンズの色収差と使用目的により選択してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
以上のように、本発明にかかるフィルター保持機構、レンズ装置および撮像装置は、ビデオカメラまたはビデオカメラ用のレンズ装置に有用であり、特に、監視用途に使用されるビデオカメラまたはビデオカメラ用のレンズ装置に適している。
【符号の説明】
【００６０】
１００ 撮像装置
１１０ レンズ装置
１１１ 光路
１２０ 撮像装置本体
１２１ 撮像素子
１３０ 切替装置
１３１ ＩＲカットフィルター
１３２ 第１の光学フィルター
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光学性能を調整する光学フィルターを備えたフィルター保持機構、レンズ装置および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルカメラなどの撮像装置において、より一層の小型化とともに高倍率化が要求されている。この要求に応えるために、撮像装置に搭載する小型で高変倍が可能なレンズ装置が求められている。撮像装置本体内には、撮像用の光電変換素子すなわち撮像素子が配置されている。撮像素子は、レンズ装置を介して入射した外光を受光し、光電変換して、入射光量に応じた電気信号を出力する。
【０００３】
撮像素子は、具体的には、たとえばＣＣＤイメージセンサ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ Ｉｍａｇｅ Ｓｅｎｓｏｒ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサなどの固体撮像素子によって実現される。これらの撮像素子は、紫外光から可視光を含み近赤外光までの広い範囲の波長を受光するため、色収差が生じる。
【０００４】
ここで、可視光の波長範囲を、たとえば４００ｎｍ以上７００ｎｍ未満と定義する。その理由は、写真レンズでは、人間の目の感度から可視光の波長範囲を、たとえば３６０ｎｍ以上７００ｎｍ未満とすることが一般的であるが、ＣＣＤイメージセンサなどの電子記録媒体においては、波長が３６０ｎｍ以上４００ｎｍ未満の光の感度が低いためである。また、近赤外光の波長範囲を、たとえば７００ｎｍ以上１１００ｎｍ未満と定義する。その理由は、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどの感度の上限が、波長が１１００ｎｍの光まで撮像可能であるためである。なお、可視光または近赤外光の波長範囲は、これに限ることなく、レンズの種類や使用目的によって種々変更可能である。
【０００５】
図１２は、可視光の色収差の補正について示す説明図である。また、図１３は、可視光から近赤外光までの色収差について示す説明図である。図１２に示すように、可視光（たとえば、波長が４００ｎｍ以上７００ｎｍ未満の光）の色収差を補正しても、図１３に示すように、近赤外光（たとえば、波長が７００ｎｍ以上１１００ｎｍ未満の光）の色収差までは補正しきれない。
【０００６】
このような問題を解決するため、可視光域カットフィルターと近赤外光域カットフィルター（ＩＲカットフィルター）をレンズ系の光路内で出し入れして、可視光または近赤外光のみを撮像する撮像装置及びレンズ装置が提案されている（たとえば、下記特許文献１参照。）。
【０００７】
図１４は、ＩＲカットフィルターを挿入した場合の色収差の補正について示す説明図である。ＩＲカットフィルターは、可視光を透過し近赤外光を吸収する。したがって、図１４に示すように、明るい被写体に対しては、ＩＲカットフィルターをレンズの光路内に挿入して可視光のみを受光するため、撮像素子の受光する波長の範囲が狭くなり、小型化を保ったまま色収差の補正を行うことができる。
【０００８】
また、図１５は、近赤外投光器によって近赤外光を投光した場合の色収差について示す説明図である。可視光域カットフィルターは、赤外光を透過し可視光を吸収する。したがって、図１５に示すように、ＩＲカットフィルターをはずし、可視光カットフィルターを挿入した場合、近赤外光を被写体に投光して撮影するため、可視光のピント位置と近赤外光のピント位置が多少ずれていても投光している光の像にピントを合わせなおすことが出来る。したがって、図１２に示すように可視光の色収差が補正されていれば、図１３に示すように近赤外光までの色収差が補正されていなくても、図１５に示すように、近赤外光投光器によって近赤外光を投光する場合、解像に大きな問題は起こらなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−１５２０３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、時間帯によって明るい被写体と、暗い被写体と、を１台の撮像装置で撮像する監視用途に使用されるカメラにおいては、可視光から近赤外光までの光を出来るだけ取り込んで、監視の死角をなくすことが求められている。このため、上述した特許文献１のように、可視光カットフィルターとＩＲカットフィルターを切り替える方式では、ＩＲカットフィルターに切り替えた場合に、近赤外光があっても可視光がなければ被写体を撮影することが出来ないし、逆に、可視光カットフィルターに切り替えた場合は、可視光があっても近赤外光が無ければ被写体を撮影することができないという問題がある。
【００１１】
このような問題を解決するため、近年では、暗い被写体に投光しないで、撮像素子への入射光量を増やす目的でＩＲカットフィルターをはずし、可視光カットフィルターを挿入せずに、可視光から近赤外光までを撮影する場合が多くなってきた。このため、可視光カットフィルターもＩＲカットフィルターもレンズ系の光路内に挿入せずに、可視光から近赤外光までのどの光で照明された被写体に対しても、色収差によって解像力が低下することなく撮像することが求められている。
【００１２】
しかしながら、可視光から近赤外光までの混合光による像を結像することになるので、図１２に示すように、可視光の色収差が補正されていても、図１３に示すように可視光から近赤外光までの色収差が補正されていないと、大きくボケた像になってしまう。このため、分散の小さな硝子で形成されたレンズを用いることが考えられるが、分散の小さな硝子は高価であるため、コストが高くなるという問題がある。また、分散の小さな硝子は屈折率が低いので、レンズの曲率が強くなるために収差が発生して、この収差を補正するために、レンズが大型化してしまうという問題がある。
【００１３】
特に、高変倍のレンズ装置の場合は、可視光の範囲だけでも、ワイド端からテレ端までの全ズーム域において色収差を補正することが難しいのにも関わらず、可視光から近赤外光までの色収差を補正することは、小型化を保ったままでは困難である。このように、時間帯によって明るい被写体と、暗い被写体と、を１台の撮像装置で撮像する監視用途に使用されるカメラにおいては、小型化・高性能化・低コスト化を両立させることは難しいという問題がある。
【００１４】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、可視光から近赤外光までの波長範囲を撮像することができ、かつ色収差によるボケを低減することができるフィルター保持機構、レンズ装置および撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１の発明にかかるフィルター保持機構は、可視光から近赤外光までの波長域の中の一部の波長を遮断し、かつ可視光の少なくとも一部の波長ならびに近赤外光の少なくとも一部の波長を透過させる第１の光学フィルターと、前記第１の光学フィルターを光路上に保持する保持部と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
この請求項１の発明によれば、可視光から近赤外光までの波長範囲の一部を遮断するのみであるため、可視光または近赤外光のどちらの光が入射されても撮像することができ、かつ使用波長範囲が可視光から近赤外光の全ての波長範囲より狭いため、色収差によるボケを抑えることができる。
【００１７】
また、請求項２の発明にかかるフィルター保持機構は、請求項１に記載の発明において、前記第１の光学フィルターと、近赤外光を遮断する第２の光学フィルターと、を切り替える切替部をさらに備えたことを特徴とする。
【００１８】
この請求項２の発明によれば、明るい被写体を撮影する場合は、近赤外光を遮断するＩＲカットフィルターを用いることで鮮明なカラー画像を撮像することができる。さらに、暗い被写体を撮影する場合は、可視光領域でも近赤外領域でも撮像することができる。
【００１９】
また、請求項３の発明にかかるフィルター保持機構は、請求項１または２に記載の発明において、前記第１の光学フィルターは、可視光の短波長側の一部の波長を遮断することを特徴とする。
【００２０】
この請求項３の発明によれば、可視光の長波長側の一部と近赤外光に使用波長範囲を狭めることができるので、色収差によるボケを低減することができる。
【００２１】
また、請求項４の発明にかかるフィルター保持機構は、請求項１または２に記載の発明において、前記第１の光学フィルターは、近赤外光の長波長側の一部の波長を遮断することを特徴とする。
【００２２】
この請求項４の発明によれば、可視光と近赤外光の短波長側の一部に使用波長範囲を狭めることができるので、色収差によるボケを低減することができる。
【００２３】
また、請求項５の発明にかかるフィルター保持機構は、請求項１または２に記載の発明において、前記第１の光学フィルターは、可視光の短波長側の一部の波長および近赤外光の長波長側の一部の波長を遮断することを特徴とする。
【００２４】
この請求項５の発明によれば、可視光の長波長側の一部と近赤外光の短波長側の一部に使用波長範囲を狭めることができるので、色収差によるボケをより低減することができる。
【００２５】
また、請求項６の発明にかかるフィルター保持機構は、請求項２に記載の発明において、前記切替部は、前記第１の光学フィルターとして、可視光の短波長側の一部の波長を遮断する光学フィルター、近赤外光の長波長側の一部の波長を遮断する光学フィルターまたは可視光の短波長側の一部の波長および近赤外光の長波長側の一部の波長を遮断する光学フィルターのいずれか一つと、前記第２の光学フィルターと、を切り替えることを特徴とする。
【００２６】
この請求項６の発明によれば、色収差や使用目的の異なるレンズ装置を用いる場合でも、可視光または近赤外光のどちらの光が入射されても撮像することができ、かつ色収差によるボケを低減することができる。
【００２７】
また、請求項７の発明にかかるレンズ装置は、請求項１〜６に記載の、光学フィルターを有するフィルター保持機構と、外光を前記光学フィルターに入射させる複数のレンズと、を備え、前記フィルター保持機構は、前記レンズの物体側、前記レンズの間または前記レンズの後ろ側のいずれか一つに配置されたことを特徴とする。
【００２８】
この請求項７の発明によれば、可視光から近赤外光までの波長範囲の一部を遮断するのみであるため、可視光または近赤外光のどちらの光が入射されても撮像することができ、かつ使用波長範囲が可視光から近赤外光の全ての波長範囲より狭いため、色収差によるボケを抑えることができる。さらに、高い光学性能を備え、光変倍が可能な小型のレンズ装置にも、簡単に、安い製造コストで適用することができる。
【００２９】
また、請求項８の発明にかかる撮像装置は、請求項１〜６に記載の、光学フィルターを有するフィルター保持機構と、撮像用の光電変換素子と、外光を前記光学フィルターを介して前記光電変換素子に入射させる複数のレンズを有するレンズ装置と、を備えたことを特徴とする。
【００３０】
この請求項８の発明によれば、可視光から近赤外光までの波長範囲の一部を遮断するのみであるため、可視光または近赤外光のどちらの光が入射されても撮像することができ、かつ使用波長範囲が可視光から近赤外光の全ての波長範囲より狭いため、色収差によるボケを抑えることができる。さらに、高い光学性能を備え、光変倍が可能な小型のレンズ装置を備えた撮像装置にも、簡単に、安い製造コストで適用することができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明にかかるフィルター保持機構、レンズ装置および撮像装置によれば、可視光から近赤外光までの波長範囲を撮像することができ、かつ色収差によるボケを低減することができるという効果を奏する。さらに、高い光学性能を備え、光変倍が可能な小型のレンズ装置にも、簡単に、安い製造コストで適用することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施の形態１にかかる撮像装置の構成について示す説明図である。
【図２】実施の形態１にかかる撮像装置の構成について示す説明図である。
【図３】実施の形態１にかかる撮像装置の構成について示す説明図である。
【図４】実施の形態１にかかる撮像装置の他の構成について示す説明図である。
【図５】実施の形態１にかかる第１の光学フィルターの特性について示す特性図である。
【図６】実施の形態１にかかる第１の光学フィルターを透過した外光の像面上での軸上スポット像について示す説明図である。
【図７】実施の形態２にかかる第１の光学フィルターの特性について示す特性図である。
【図８】実施の形態２にかかる第１の光学フィルターを透過した外光の像面上での軸上スポット像について示す説明図である。
【図９】実施の形態３にかかる第１の光学フィルターの特性について示す特性図である。
【図１０】実施の形態３にかかる第１の光学フィルターの最適な特性について示す特性図である。
【図１１】実施の形態３にかかる第１の光学フィルターを透過した外光の像面上での軸上スポット像について示す説明図である。
【図１２】可視光の色収差の補正について示す説明図である。
【図１３】可視光から近赤外光までの色収差について示す説明図である。
【図１４】ＩＲカットフィルターを挿入した場合の色収差の補正について示す説明図である。
【図１５】近赤外投光器によって近赤外光を投光した場合の色収差について示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかるフィルター保持機構、レンズ装置および撮像装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００３４】
（実施の形態１）
（撮像装置の構成について）
まず、この発明の実施の形態１にかかる撮像装置の構成について説明する。図１〜図３は、実施の形態１にかかる撮像装置の構成について示す説明図である。図１〜図３に示すように、撮像装置１００は、レンズ装置１１０と、撮像装置本体１２０とを備えている。撮像装置本体１２０には、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどの撮像素子１２１が備えられており、レンズ装置１１０によって外光が入射される。
【００３５】
また、レンズ装置１１０は、第１の光学フィルター１３２と、第２の光学フィルター１３１と、を切り替える切替装置１３０を備えている。切替装置１３０は、第１の光学フィルター１３２または第２の光学フィルター１３１のいずれか一つを光路１１１上に保持する。第２の光学フィルター１３１は、可視光を透過し近赤外光を遮断するＩＲカットフィルター等である（以下、第２の光学フィルターをＩＲカットフィルターとする）。具体的には、たとえばＩＲカットフィルター１３１は、波長が７００ｎｍ以上の光を遮断する。また、第１の光学フィルター１３２は、詳細は後述するが、可視光から近赤外光（たとえば、波長が４００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下）までの波長域の中の一部の波長を遮断し、かつ可視光の少なくとも一部の波長ならびに近赤外光の少なくとも一部の波長を透過させる。切替装置１３０は、レンズ装置１１０の物体側に配置されてもよいし（図１）、レンズ装置１１０の光学系の中に配置されてもよいし（図２）、レンズ装置１１０の光学系の後ろに配置されていてもよい（図３）。
【００３６】
このように、レンズ装置１１０を透過した外光は、光路１１１上に保持されたＩＲカットフィルター１３１または第１の光学フィルター１３２を介して撮像素子１２１に受光される。このため、撮像素子１２１においては、ＩＲカットフィルター１３１または第１の光学フィルター１３２によって一部の波長が遮断された外光が入射される。
【００３７】
（撮像装置の他の構成について）
つぎに、実施の形態１にかかる撮像装置の他の構成について説明する。図４は、実施の形態１にかかる撮像装置の他の構成について示す説明図である。図４に示すように、切替装置１３０は、光路１１１上、かつ撮像素子１２１の前であれば、撮像装置本体１２０内に配置されていてもよい。
【００３８】
（第１の光学フィルターの特性について）
つぎに、実施の形態１にかかる第１の光学フィルター１３２の特性について説明する。図５は、実施の形態１にかかる第１の光学フィルターの特性について示す特性図である。図５においては、縦軸は透過率であり、横軸は波長である。図５に示すように、第１の光学フィルター１３２は、可視光の短波長側の光を遮断する。第１の光学フィルター１３２は、具体的には、たとえば波長が４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の光のうちの任意の波長未満の光を遮断する。
【００３９】
その理由は、可視光の波長の範囲を、たとえば４００ｎｍ以上７００ｎｍ未満とした場合、色収差の発生が比較的小さいレンズでは、波長が４５０ｎｍ以下の光を遮断することで画像の劣化を防止することが出来るからである。また、色収差の発生が比較的大きいレンズでは、可視光を撮像可能な最短の波長、たとえば、波長が６５０ｎｍ以下の光までを遮断することにより、可視光と近赤外光の混合光で撮像した画像の劣化を低減することができるからである。さらに、波長が６５０ｎｍより大きい波長の光を遮断すると、可視光の範囲の全てを遮断することとほとんど変わらない為、可視光が入射されても撮像できなくなってしまうからである。
【００４０】
図６は、実施の形態１にかかる第１の光学フィルターを透過した外光の像面上での軸上スポット像について示す説明図である。図６においては、波長が５５０ｎｍ未満の光を遮断する第１の光学フィルター１３２を挿入した場合について説明する。図６には、第１の光学フィルター１３２を透過し像面に入射される光のうち、可視光の短波長側の最短波長（たとえば、５５０ｎｍ）、可視光と近赤外光との境界の波長（たとえば、７００ｎｍ）、近赤外光の長波長側の最長波長（たとえば、１１００ｎｍ）の光の軸上スポット像を示している。図６に示すように、図１３において像面に入射される光のうちの、可視光の短波長側の最短波長（たとえば、４００ｎｍ）、可視光と近赤外光との境界の波長（たとえば、７００ｎｍ）、近赤外光の長波長側の最長波長（たとえば、１１００ｎｍ）の光の軸上スポット像の範囲と比べると、それぞれのスポット像の範囲が狭くなっているのがわかる。すなわち、色収差によるボケが少ないため、可視光と近赤外光の混合光を受光しても、撮像した画像の劣化を低減することができる。
【００４１】
なお、実施の形態１においては、光路上にＩＲカットフィルター１３１と第１の光学フィルター１３２を切り替える切替装置１３０を配置しているが、これに限るものではない。たとえば、切替装置１３０ではなく、第１の光学フィルターのみを保持する保持装置を配置してもよい。このようにすることで、明るい被写体の画像の解像度は若干落ちるが、ＩＲカットフィルターと第１の光学フィルターとを切り替えずに、明るい被写体も暗い被写体も撮像することができる。具体的には、たとえば時間帯によって明るい被写体と、暗い被写体と、を１台の撮像装置で撮像する監視用途に使用されるカメラにおいて、昼間と夜間で光学フィルターを切り替えなくても、監視の死角をなくすことができる。
【００４２】
（実施の形態２）
（撮像装置の構成について）
つぎに、実施の形態２にかかるレンズ装置または撮像装置について説明する。実施の形態２にかかるレンズ装置または撮像装置は、切替装置１３０におけるＩＲカットフィルター１３１と切り替える第１の光学フィルターが、実施の形態１にかかる第１の光学フィルター１３２とは異なる波長の光を遮断する。その他の構成については、実施の形態１と同様のため、説明を省略する。
【００４３】
（第１の光学フィルターの特性について）
つぎに、実施の形態２にかかる第１の光学フィルター１３３の特性について説明する。図７は、実施の形態２にかかる第１の光学フィルターの特性について示す特性図である。図７においては、縦軸は透過率であり、横軸は波長である。図７に示すように、第２の光学フィルター１３３は、近赤外光の長波長側の光を遮断する。第１の光学フィルター１３３は、具体的には、たとえば波長が９００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の光のうちの任意の波長より大きい波長の光を遮断する。
【００４４】
その理由は、一般的に用いられている赤外ＬＥＤ投光器から投光される赤外光の波長が８５０ｎｍ程度であり、この赤外ＬＥＤ投光器から投光された光によって照射された物体を撮像できるようにするためである。また、ＬＥＤ投光器から投光される光には、ある程度の波長幅があるため、９００ｎｍより大きい波長の光を遮断することで、画像の劣化を低減することができる。また、赤外ＬＥＤ投光器には、投光される赤外光の波長が９５０ｎｍ程度のものもある。このため、波長が９５０ｎｍ程度の赤外光によって照射された物体を撮像できるように、ある程度の波長幅を考慮して１０００ｎｍより大きい波長の光を遮断することで、画像の劣化を低減することができる。また、ＬＥＤ投光器よりも波長が長い光源の光に照射された物体の撮像に対しては、現在市販されているＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子の感度が概ね１１００ｎｍの波長の光までであり、それ以上の波長の光に対しては非常に感度が低く、色収差による画像ボケの影響が少ない為である。
【００４５】
図８は、実施の形態２にかかる第１の光学フィルターを透過した外光の像面上での軸上スポット像について示す説明図である。図８においては、波長が９００ｎｍより大きい波長の光を遮断する第１の光学フィルター１３３を挿入した場合について説明する。図８には、第１の光学フィルター１３３を透過し像面に入射される光のうちの、可視光の短波長側の最短波長（たとえば、４００ｎｍ）、可視光と近赤外光との境界の波長（たとえば、７００ｎｍ）、近赤外光の長波長側の最長波長（たとえば、９００ｎｍ）の光の軸上スポット像を示している。図８に示すように、図１３において像面に入射される光のうちの、可視光の短波長側の最短波長（たとえば、４００ｎｍ）、可視光と近赤外光との境界の波長（たとえば、７００ｎｍ）、近赤外光の長波長側の最長波長（たとえば、１１００ｎｍ）の光の軸上スポット像の範囲と比べると、それぞれのスポット像の範囲が狭くなっているのがわかる。
【００４６】
実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００４７】
（実施の形態３）
（撮像装置の構成について）
つぎに、実施の形態３にかかるレンズ装置または撮像装置について説明する。実施の形態３にかかるレンズ装置または撮像装置は、切替装置１３０におけるＩＲカットフィルター１３１と切り替える第１の光学フィルターが、実施の形態１または実施の形態２にかかる第１の光学フィルター１３２、１３３とは異なる波長の光を遮断する。その他の構成については、実施の形態１と同様のため、説明を省略する。
【００４８】
（第１の光学フィルターの特性について）
つぎに、実施の形態３にかかる第１の光学フィルター１３４の特性について説明する。図９は、実施の形態３にかかる第１の光学フィルターの特性について示す特性図である。図９においては、縦軸は透過率であり、横軸は波長である。図９に示すように、第１の光学フィルター１３４は、可視光の短波長側の光と近赤外光の長波長側の光を遮断する。第１の光学フィルター１３４は、具体的には、たとえば波長が４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の光のうちの任意の波長未満の光と、波長が９００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の光のうちの任意の波長より大きい波長の光と、を遮断する。
【００４９】
その理由は、実施の形態１および実施の形態２に示した理由と同様である。
【００５０】
（第１の光学フィルターの最適な特性について）
つぎに、実施の形態３にかかる第１の光学フィルターの最適な特性について説明する。図１０は、実施の形態３にかかる第１の光学フィルターの最適な特性について示す特性図である。図１０においては、縦軸は透過率であり、横軸は波長である。図１０に示すように、最適な特性の第１の光学フィルター１３４は、たとえば波長が５５０ｎｍ未満の光と、波長が９００ｎｍより大きい波長の光と、を遮断する。
【００５１】
その理由は、波長が５５０ｎｍ未満の光を遮断した場合、可視光の波長範囲において短波長側の半分（たとえば、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ未満の波長範囲）の光を遮断することができるので、色収差が改善され、画像の劣化が抑えられるからである。また、ＣＣＤイメージセンサなどの撮像素子においては、波長が５５０ｎｍ以上６００ｎｍ未満の光の感度が高いため、この範囲の波長の光を透過させることで輝度が大きく下がることを抑えることができるからである。
【００５２】
また、実施の形態２において説明したように、一般的に用いられているＬＥＤ投光器から投光される光の波長が８５０ｎｍ程度であり、ある程度の波長幅を考慮して、波長が９００ｎｍ以上の光を遮断しても、比較的明るい画像を撮像することができ、また画像の劣化を防ぐことができるためである。
【００５３】
図１１は、実施の形態３にかかる第１の光学フィルターを透過した外光の像面上での軸上スポット像について示す説明図である。図１１においては、図１０に示す最適な特性の第１の光学フィルター１３４を挿入した場合について説明する。図１１には、最適な特性の第１の光学フィルター１３４を透過し像面に入射される光のうち、可視光の短波長側の最短波長（たとえば、５５０ｎｍ）、可視光と近赤外光との境界の波長（たとえば、７００ｎｍ）、近赤外光の長波長側の最長波長（たとえば、９００ｎｍ）の光の軸上スポット像を示している。図１１に示すように、図１３において像面に入射される光のうちの、可視光の短波長側の最短波長（たとえば、４００ｎｍ）、可視光と近赤外光との境界の波長（たとえば、７００ｎｍ）、近赤外光の長波長側の最長波長（たとえば、１１００ｎｍ）の光の軸上スポット像の範囲と比べると、それぞれのスポット像の範囲が狭くなっているのがわかる。
【００５４】
さらに、図１１においては、図６および図８に示す像面上での軸上スポット像と比べても、像面に入射される光のうちの、可視光の短波長側の最短波長、可視光と近赤外光との境界の波長、近赤外光の長波長側の最長波長の光の軸上スポット像が、それぞれ狭くなっているのがわかる。
【００５５】
実施の形態３によれば、実施の形態１または実施の形態２と同様の効果を得ることができる。さらに、実施の形態３によれば、実施の形態１または実施の形態２と比べても、より色収差が少なく、劣化の少ない画像を撮像することができる。
【００５６】
（実施の形態４）
（撮像装置の構成について）
つぎに、実施の形態４にかかるレンズ装置または撮像装置について説明する。実施の形態４にかかるレンズ装置または撮像装置は、切替装置１３０が、ＩＲカットフィルター１３１に加え、実施の形態１にかかる第１の光学フィルター１３２、実施の形態２にかかる第１の光学フィルター１３３または実施の形態３にかかる第１の光学フィルター１３４のうちの少なくとも２つ以上の光学フィルターを備えている。そして、切替装置１３０によってレンズ装置１１０の色収差と使用目的により切り替えて、ＩＲカットフィルター１３１、実施の形態１にかかる第１の光学フィルター１３２、実施の形態２にかかる第１の光学フィルター１３３、実施の形態３にかかる第１の光学フィルター１３４のいずれか一つを光路内に挿入するようにする。その他の構成については、実施の形態１と同様のため、説明を省略する。
【００５７】
実施の形態４によれば、実施の形態１〜実施の形態３と同様の効果を得ることができる。さらに、実施の形態４によれば、色収差や使用目的の異なる様々な種類のレンズ装置または撮像装置に切替装置１３０を配置することができる。
【００５８】
以上説明したように、フィルター保持機構、レンズ装置および撮像装置によれば、明るい被写体を撮影する場合は、ＩＲカットフィルター１３１を挿入することでカラー画像を撮像し、暗い被写体を撮影する場合には、ＩＲカットフィルター１３１をレンズの光路から出して、可視光から近赤外光の間の特定の区間の波長を遮断するフィルターを挿入して撮像する。このようにすることで、ビデオカメラまたはビデオカメラ用のレンズ装置において、可視光の色収差は補正できているが、可視光から近赤外光までの色収差が充分に補正しきれていないレンズ装置で撮像する場合であっても、撮影をおこなう波長範囲を狭めることができるので、色収差による画像のボケを低減しながら被写体の撮影光量および撮影波長の死角を低減することができる。なお、フィルターによって遮断する、可視光から近赤外光の間の波長の範囲については、各レンズの色収差と使用目的により選択してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
以上のように、本発明にかかるフィルター保持機構、レンズ装置および撮像装置は、ビデオカメラまたはビデオカメラ用のレンズ装置に有用であり、特に、監視用途に使用されるビデオカメラまたはビデオカメラ用のレンズ装置に適している。
【符号の説明】
【００６０】
１００ 撮像装置
１１０ レンズ装置
１１１ 光路
１２０ 撮像装置本体
１２１ 撮像素子
１３０ 切替装置
１３１ ＩＲカットフィルター
１３２ 第１の光学フィルター
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視光から近赤外光までの波長域の中の一部の波長を遮断し、かつ可視光の少なくとも一部の波長ならびに近赤外光の少なくとも一部の波長を透過させる第１の光学フィルターと、
前記第１の光学フィルターを光路上に保持する保持部と、
を備えたことを特徴とするフィルター保持機構。
【請求項２】
前記第１の光学フィルターと、近赤外光を遮断する第２の光学フィルターと、を切り替える切替部をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のフィルター保持機構。
【請求項３】
前記第１の光学フィルターは、可視光の短波長側の一部の波長を遮断することを特徴とする請求項１または２に記載のフィルター保持機構。
【請求項４】
前記第１の光学フィルターは、近赤外光の長波長側の一部の波長を遮断することを特徴とする請求項１または２に記載のフィルター保持機構。
【請求項５】
前記第１の光学フィルターは、可視光の短波長側の一部の波長および近赤外光の長波長側の一部の波長を遮断することを特徴とする請求項１または２に記載のフィルター保持機構。
【請求項６】
前記切替部は、前記第１の光学フィルターとして、可視光の短波長側の一部の波長を遮断する光学フィルター、近赤外光の長波長側の一部の波長を遮断する光学フィルターまたは可視光の短波長側の一部の波長および近赤外光の長波長側の一部の波長を遮断する光学フィルターのいずれか一つと、前記第２の光学フィルターと、を切り替えることを特徴とする請求項２に記載のフィルター保持機構。
【請求項７】
請求項１〜６に記載の、光学フィルターを有するフィルター保持機構と、
外光を前記光学フィルターに入射させる複数のレンズと、
を備え、
前記フィルター保持機構は、前記レンズの物体側、前記レンズの間または前記レンズの後ろ側のいずれか一つに配置されたことを特徴とするレンズ装置。
【請求項８】
請求項１〜６に記載の、光学フィルターを有するフィルター保持機構と、
撮像用の光電変換素子と、
外光を前記光学フィルターを介して前記光電変換素子に入射させる複数のレンズを有するレンズ装置と、
を備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項１】
可視光から近赤外光までの波長域の中の一部の波長を遮断し、かつ可視光の少なくとも一部の波長ならびに近赤外光の少なくとも一部の波長を透過させる第１の光学フィルターと、
前記第１の光学フィルターを光路上に保持する保持部と、
を備えたことを特徴とするフィルター保持機構。
【請求項２】
前記第１の光学フィルターと、近赤外光を遮断する第２の光学フィルターと、を切り替える切替部をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のフィルター保持機構。
【請求項３】
前記第１の光学フィルターは、可視光の短波長側の一部の波長を遮断することを特徴とする請求項１または２に記載のフィルター保持機構。
【請求項４】
前記第１の光学フィルターは、近赤外光の長波長側の一部の波長を遮断することを特徴とする請求項１または２に記載のフィルター保持機構。
【請求項５】
前記第１の光学フィルターは、可視光の短波長側の一部の波長および近赤外光の長波長側の一部の波長を遮断することを特徴とする請求項１または２に記載のフィルター保持機構。
【請求項６】
前記切替部は、前記第１の光学フィルターとして、可視光の短波長側の一部の波長を遮断する光学フィルター、近赤外光の長波長側の一部の波長を遮断する光学フィルターまたは可視光の短波長側の一部の波長および近赤外光の長波長側の一部の波長を遮断する光学フィルターのいずれか一つと、前記第２の光学フィルターと、を切り替えることを特徴とする請求項２に記載のフィルター保持機構。
【請求項７】
請求項１〜６に記載の、光学フィルターを有するフィルター保持機構と、
外光を前記光学フィルターに入射させる複数のレンズと、
を備え、
前記フィルター保持機構は、前記レンズの物体側、前記レンズの間または前記レンズの後ろ側のいずれか一つに配置されたことを特徴とするレンズ装置。
【請求項８】
請求項１〜６に記載の、光学フィルターを有するフィルター保持機構と、
撮像用の光電変換素子と、
外光を前記光学フィルターを介して前記光電変換素子に入射させる複数のレンズを有するレンズ装置と、
を備えたことを特徴とする撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１０−２３１０５１（Ｐ２０１０−２３１０５１Ａ）
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７９５０４（Ｐ２００９−７９５０４）
【出願日】平成２１年３月２７日（２００９．３．２７）
【出願人】（０００１３３２２７）株式会社タムロン (355)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２７日（２００９．３．２７）
【出願人】（０００１３３２２７）株式会社タムロン (355)
【Ｆターム（参考）】
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