光学ローパスフィルタ、撮像装置ユニット、ディジタルカメラおよび携帯情報端末装置
【課題】 偽色やモアレを十分に抑制しつつ、解像度を極力損なわない光学ローパスフィルタを提供する。
【解決手段】 結像光学系と電子撮像素子との間に正のパワーを有する光学ローパスフィルタＰ１を配置する。光学ローパスフィルタＰ１は、前記電子撮像素子の画素ピッチをｐとし、空間周波数ｕにおけるｅ線での前記結像光学系の光軸上でのＭＴＦをＭ１０（ｕ）とし、空間周波数ｕにおけるｅ線での結像光学系の最大像高の８割の高さでのＭＴＦをＭ１（ｕ）とし、空間周波数ｕにおける光軸上での前記光学ローパスフィルタのＭＴＦをＭ２０（ｕ）とし、空間周波数ｕにおける最大像高８割の主光線が前記光学ローパスフィルタに入射する高さでの前記光学ローパスフィルタのＭＴＦをＭ２（ｕ）としたとき、次の条件：
０．９＜(Ｍ１(ｕ)×Ｍ２(ｕ))／(Ｍ１０(ｕ)×Ｍ２０(ｕ))＜１．３
但し、ｕ＝１／４ｐ
を満足する。
【解決手段】 結像光学系と電子撮像素子との間に正のパワーを有する光学ローパスフィルタＰ１を配置する。光学ローパスフィルタＰ１は、前記電子撮像素子の画素ピッチをｐとし、空間周波数ｕにおけるｅ線での前記結像光学系の光軸上でのＭＴＦをＭ１０（ｕ）とし、空間周波数ｕにおけるｅ線での結像光学系の最大像高の８割の高さでのＭＴＦをＭ１（ｕ）とし、空間周波数ｕにおける光軸上での前記光学ローパスフィルタのＭＴＦをＭ２０（ｕ）とし、空間周波数ｕにおける最大像高８割の主光線が前記光学ローパスフィルタに入射する高さでの前記光学ローパスフィルタのＭＴＦをＭ２（ｕ）としたとき、次の条件：
０．９＜(Ｍ１(ｕ)×Ｍ２(ｕ))／(Ｍ１０(ｕ)×Ｍ２０(ｕ))＜１．３
但し、ｕ＝１／４ｐ
を満足する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学ローパスフィルタに関し、より詳細には、電子撮像素子の素子ピッチと被写体のある特定の空間周波数との干渉による色モアレ（偽色）等のノイズを軽減ないしは除去し得る光学ローパスフィルタおよびこの光学ローパスフィルタを有する撮像装置ユニット、この撮像装置ユニットを有するディジタルカメラおよび携帯情報端末装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年においては、ディジタルカメラまたは電子カメラ等と称され、被写体像を、例えばＣＣＤ（電荷結合素子）撮像素子等の固体撮像素子により撮像し、被写体の静止画像（スティル画像）または動画像（ムービー画像）の画像データを得て、フラッシュメモリに代表される不揮発性半導体メモリ等にディジタル的に記録するタイプのカメラが、一般化している。このようなディジタルカメラの市場は非常に大きなものとなっており、ディジタルカメラに対するユーザの要求も広範囲に且つ高度になってきている。特に、広画角化、小型化ならびに低価格化と相俟って、画像の高画質化に対する要求が強い。
ところで、このようなディジタルカメラ等における撮影光学系のように、ＣＣＤ等の電子撮像素子を受光素子として用いる光学系においては、撮像素子にほぼ垂直に光線を入射させる必要があること、そして光学系と撮像素子との間に光学的ローパスフィルタおよび赤外カットフィルタ等のようなフィルタ類を配置する必要がある。
撮像素子にＣＣＤのような電子撮像素子を用いた機器においては、電子撮像素子の素子ピッチと被写体のある特定の空間周波数との干渉による色モアレ等のノイズを防止または軽減するために、結像光学系と電子撮像素子との間に光学ローパスフィルタを配置したものがある。
【０００３】
しかしながら、光学ローパスフィルタの効果を強めすぎると、色モアレ等のノイズの低減効果は高まるものの、解像力が低下し、細かい（空間周波数の高い）被写体の再現性が悪化するという問題もある。また一般的に、結像光学系は像面中心に比べ、画面周辺での性能が若干低い、すなわち画面中心のＭＴＦより画面周辺のＭＴＦが低い。従って、複屈折材料の平行平板による従来からの光学ローパスフィルタでは、フィルタの周波数特性は一定の厚みで一意的に決定されるため、画面中心部で最適化すると画面周辺部の解像力が低下し、逆に画面周辺部で最適化すると画面中心部ではノイズが発生しやすくなるという問題がある。
ところで、このような問題に着眼してなされた発明として、特許文献１（特開２００１−１１７１３９号公報）がある。
この特許文献１には、撮像レンズの光軸に対応するフィルタ中心から周部にわたって漸次変化する複数の板厚をもって構成してなる光学ローパスフィルタおよび撮像レンズにより撮像素子上に被写体画像を結像させ、この撮像素子上に結像させた被写体画像を取り込んで、その画像データを記録する撮像装置において、上述したローパスフィルタを上記撮像レンズの光軸上にフィルタの中心を位置させて配設してなる撮像装置が記載されている。
【０００４】
上記特許文献１に記載の光学ローパスフィルタは、フィルタ中心から周部にわたって、段階的に薄くなる板厚を有してなることから、像高が低い撮像レンズ光軸付近における偽解像や偽色を軽減し、且つ像高が高い撮像レンズ周部付近における偽解像や偽色もある程度軽減することができる、とされている。しかしながら、板厚を複数段階に変化させてなるものであるため、肉厚の異なる部分の影が映るおそれがあると共に、具体的解決手段についての記載がなく、周辺部の解像性能の劣化を防ぎ像面全体にわたって良好な像を得ることは困難である。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１１７１３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、請求項１の目的とするところは、偽色やモアレを十分に抑制しつつ、且つ解像度を極力損なわない光学ローパスフィルタを提供することにある。
本発明の請求項２の目的は、簡単な構成で、密閉構造を実現し得る光学ローパスフィルタを提供することにある。
本発明の請求項３の目的は、中心から周辺に向かってのローパスフィルタ効果の変化の具合を、より適切に変化させることが可能な光学ローパスフィルタを提供することにある。
本発明の請求項４の目的は、偽色やモアレを十分に抑制しつつ且つ画面全体にわたって解像度を極力損なわない撮像装置ユニットを提供することにある。
本発明の請求項５の目的は、偽色やモアレを十分に抑制しつつ且つ撮像画面全体にわたって解像度を極力損なわないディジタルカメラを提供することにある。
本発明の請求項６の目的は、偽色やモアレを十分に抑制しつつ且つ撮像画面全体にわたって解像度を極力損なわない携帯情報端末装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載したフィルタは、上述した目的を達成するために、結像光学系と電子撮像素子との間に配置される光学ローパスフィルタにおいて、正のパワーを有し、前記電子撮像素子の画素ピッチをｐとし、空間周波数ｕにおけるｅ線での前記結像光学系の光軸上でのＭＴＦをＭ１０（ｕ）とし、空間周波数ｕにおけるｅ線での結像光学系の最大像高の８割の高さでのＭＴＦをＭ１（ｕ）とし、空間周波数ｕにおける光軸上での前記光学ローパスフィルタのＭＴＦをＭ２０（ｕ）とし、空間周波数ｕにおける最大像高８割の主光線が前記光学ローパスフィルタに入射する高さでの前記光学ローパスフィルタのＭＴＦをＭ２（ｕ）としたとき、次の条件：
０．９＜(Ｍ１(ｕ)×Ｍ２(ｕ))／(Ｍ１０(ｕ)×Ｍ２０(ｕ))＜１．３
但し、ｕ＝１／４ｐ
を満足することを特徴としている。
請求項２に記載した発明に係る光学ローパスフィルタは、入射側または射出側のいずれか一方の面が平面であることを特徴としている。
請求項３に記載した発明に係る光学ローパスフィルタは、入射側または射出側のいずれか一方の面が非球面で形成されていることを特徴としている。
【０００８】
請求項４に記載した発明に係る撮像装置ユニットは、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学ローパスフィルタを有することを特徴としている。
請求項５に記載した発明に係るディジタルカメラは、前記請求項４に記載の前記撮像装置ユニットを有することを特徴としている。
請求項６に記載した発明に係る携帯情報端末装置は、前記請求項４に記載の前記撮像ユニットを有することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の請求項１に記載の光学ローパスフィルタによれば、結像光学系と電子撮像素子との間に配置される光学ローパスフィルタにおいて、正のパワーを有し、前記電子撮像素子の画素ピッチをｐとし、空間周波数ｕにおけるｅ線での前記結像光学系の光軸上でのＭＴＦをＭ１０（ｕ）とし、空間周波数ｕにおけるｅ線での結像光学系の最大像高の８割の高さでのＭＴＦをＭ１（ｕ）とし、空間周波数ｕにおける光軸上での前記光学ローパスフィルタのＭＴＦをＭ２０（ｕ）とし、空間周波数ｕにおける最大像高８割の主光線が前記光学ローパスフィルタに入射する高さでの前記光学ローパスフィルタのＭＴＦをＭ２（ｕ）としたとき、次の条件：
０．９＜(Ｍ１(ｕ)×Ｍ２(ｕ))／(Ｍ１０(ｕ)×Ｍ２０(ｕ))＜１．３
但し、ｕ＝１／４ｐ
を満足する構成としたので、画面全体にわたって解像力の低下を起こすことなく、モアレや偽色等のノイズを的確に軽減乃至は除去し得る光学ローパスフィルタを提供する。
また、請求項２に記載の光学ローパスフィルタによれば、入射側または射出側のいずれか一方の面を平面に形成したので、電子撮像素子に異物が付着するのを防止する密閉構造を構成する際に簡単な構造で、密閉構造を実現することができる。
【００１０】
また、請求項３に記載の光学ローパスフィルタによれば、入射側または射出側のいずれか一方の面が非球面で形成されているので、単に球面で正のパワーを持たせるものに比べ、中心から周辺に向ってのローパス効果の変化の度合いをより適切に、即ちより細かく、より微妙に変化させることが可能となる。
請求項４に記載の撮像装置ユニットによれば、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学ローパスフィルタを有する構成としたので、画面全体にわたって解像力の低下を起こすことなく、モアレや偽色等のノイズを的確に軽減乃至は除去することができる。
また、請求項５に記載のディジタルカメラによれば、前記請求項４に記載の前記撮像装置ユニットを有する構成としたので、画面全体にわたって解像力の低下を起こすことなく、モアレや偽色等のノイズを的確に軽減乃至は除去することができると共に、さらに、ＣＣＤ等の撮像素子を用いる撮像装置ユニットにおいては、撮像素子にほぼ垂直に光線を入射させるために、結像光学系の射出瞳位置を撮像素子から遠ざける必要があるが、撮像素子直前に配置される光学ローパスフィルタに正のパワーを持たせることは、射出瞳を遠ざけるとこにも有効となる。
また、請求項６に記載の携帯情報端末装置によれば、前記請求項４に記載の前記撮像ユニットを有する構成としたので、上記請求項５に記載のディジタルカメラの奏する効果と同等の効果を奏することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る実施の形態に基づき、図面を参照して本発明の光学ローパスフィルタ、撮像装置ユニット、ディジタルカメラおよび携帯情報端末装置を詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態であると共に、数値実施例である結像光学系と光学ローパスフィルタの構成を示す断面図である。
本発明に係る結像光学系は、単焦点レンズであって、物体側から像面側に向かって、順次、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第１レンズＥ１、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第２レンズＥ２、物体側に強い凸面を向けた両凸レンズからなる第３レンズＥ３、像面側に強い凸面を向けた両凸レンズからなる第４レンズＥ４、物体側に強い凹面を向けた両凹レンズからなる第５レンズＥ５、像面側に強い凸面を向けた両凸レンズからなる第６レンズＥ６を配置してなる。前記第４レンズＥ４と第５レンズＥ５とは、互いに密接して一体に接合してなる接合レンズである。
第１レンズＥ１と第２レンズＥ２と第３レンズＥ３とを一体的に支持することにより前群ＧＦを構成し、前記第４レンズＥ４と第５レンズＥ５、第６レンズＥ６とを、一体に支持することにより、後群ＧＲを構成してなり、後群ＧＲを移動させることによって物体距離、即ち、被写体距離の変化による焦点位置の調整、即ち、ピント合わせを行う。このような構成とすることにより、小型で且つ広画角および大口径を実現して、しかも広画角化した場合のピント合わせ時の像面の平面性の劣化を有効に補償し、被写体距離にかかわらず高性能を得ることが可能となる。
【００１２】
ここで、被写体が無限遠から近距離へ近づくと、周辺像の最良面は、画面中心に対して、光軸方向のプラス側（被写体から像面へ向かう方向をプラスとする）へ変化する。これに対し、前記前群と前記後群の間隔が狭くなるように変化すると、周辺像の最良面は、光軸方向のマイナス側へ変化する。無限遠被写体に合焦している状態から被写体位置が近距離へ変化した場合、ピントを合わせる（合焦させる）ために前記後群を移動させると、前記後群は被写体側へ移動することになる。すなわち、前記前群と前記後群との間隔が狭くなる。したがって、被写体距離の変化による周辺像最良面の変化を、ピント調整操作による前記前群と前記後群との間隔変化による周辺像最良面の移動が相殺することになる。この結果、被写体距離が変化しても周辺像最良面の位置がほぼ一定に保たれ、被写体距離変化による性能劣化を防止することができる。
図１において、前記結像光学系の背後、即ち、最も像面側の正の屈折力を有する第６レンズＥ６の像側面と像面ＦＳとの間には、１枚の正の屈折力を有する光学ローパスフィルタＰ１と、平行平面ガラスＰ２とからなる光学フィルタＯＦが介挿され、偽解像や偽色を適切に除去する機能を果たす。
尚、光学ローパスフィルタＰ１については、本発明の実施例の説明において詳細に説明する。
【実施例１】
【００１３】
次に、上述した本発明の実施の形態に基づく、具体的な数値実施例を詳細に説明する。以下に述べる実施例は、本発明に係る結像光学系の具体的数値例による具体的構成の実施例である。その後に、実施例に示されるような結像光学系を用いた撮像装置ユニット、ディジタルカメラまたは携帯情報端末装置の実施の形態を説明する。
本発明に係る結像光学系を示す実施例においては、結像光学系の構成およびその具体的な数値例を示している。
本発明のように結像光学系を構成することによって、充分な小型化を達成しながら非常に良好な結像性能を確保し得ることは、実施例から明らかとなるであろう。
以下の実施例に関連する説明においては、次のような各種記号を用いている。
光軸からの高さをＨとするとき、面頂点から光軸方向の変位量をＳ、曲率半径をＲ、そして非球面係数をＡ２ｉとして、非球面は、次式（１）で定義される。
【００１４】
【数１】
また、ｆは全系の焦点距離、面間隔はレンズ厚またはレンズ間隔に相当し、Ｎｄはｄ線の屈折率、そしてνｄはｄ線のアッベ数を示している。さらに、Ｋは、非球面の円錐定数、Ａ４は、４次の非球面係数、Ａ６は、６次の非球面係数、Ａ８は、８次の非球面係数、Ａ１０は、１０次の非球面係数とする。
【００１５】
図１は、本発明の実施例に係る結像光学系の構成を示しており、光軸に沿った縦断面を模式的に示している。図１に示す結像光学系は、物体側から像面に向かって、順次、凸面を物体側に向けた負メニスカスタイプの負レンズからなる第１レンズＥ１、物体側に凸面を向けた負メニスカスタイプの負レンズからなる第２レンズＥ２、物体側に強い凸面を向けた両凸タイプの正レンズである第３レンズＥ３、絞りＦＡ、像面側に強い凸面を向けた両凸タイプの正レンズである第４レンズＥ４と物体側に強い凹面を向けた両凹タイプの負レンズである第５レンズＥ５とを密接して貼り合わせてなる接合レンズ、像面側に強い凸面を向けた両凸タイプの正レンズである第６レンズＥ６を配置した構成となっている。第１レンズＥ１〜第３レンズＥ３が前群ＧＦを構成し、第４レンズＥ４〜第６レンズＥ６が後群ＧＲを構成する。この後群ＧＲを絞りＦＡと共に繰り出し移動させてピント合わせを行う。
【００１６】
例えば、ディジタルスティルカメラのようにＣＣＤ撮像素子等の固体撮像素子を用いるタイプのカメラの撮影光学系では、第６レンズＥ６の最終面と像面ＦＳとの間に、本願発明に係る光学ローパスフィルタ、赤外カットフィルタおよびＣＣＤ撮像素子の受光面を保護するためのカバーガラス類の少なくともいずれかを構成する、例えば正のパワーを有する光学ローパスフィルタＰ１および例えば赤外カットフィルタＰ２が挿入される。したがって、図４および図６に示すＭＴＦ特性図は、いずれも結像レンズの最終面１３と像面ＦＳとの間に２枚のフィルタＰ１およびＰ２が入った状態での特性を示している。なお、図１には、各光学面の面番号も付して示している。
この実施例においては、焦点距離ｆ＝５．９ｍｍ、Ｆナンバ＝２．４、そして半画角ω＝３８．６°としている。
各光学系の特性は、次表（表１）の通りである。
【００１７】
【表１】
【００１８】
表１において、面番号にアスタリスク「＊」を付した第４面、第１２面、第１３面および第１４面の各光学面が非球面であり、各非球面の上記（１）式におけるパラメータは、次表（表２）の通りである。
【００１９】
【表２】
【００２０】
次に、本発明に係る光学ローパスフィルタの実施例について説明する。
本発明に係る光学ローパスフィルタＰ１の実施例は、焦点距離ｆ＝５．９ｍｍ、Ｆナンバ２．４の結像レンズと、画素ピッチｐ＝２．５×１０−３ｍの電子撮像素子を用い、それらの間に被写体側の近軸曲率半径が、４７．２００ｍｍの非球面であり、像面側の近軸曲率半径が無限大（平面）の水晶でできた光学ローパスフィルタＰ１を配置したものである（図１参照）。
この実施例においては、光学ローパスフィルタＰ１は、１枚で、像分離方向は、撮像素子の水平／垂直方向に対して、４６°の方向としている。
ここで、本発明の要旨である光学ローパスフィルタの条件について述べる。
光学ローパスフィルタは、正のパワーを有するものであって、物体側の面が非球面とされ、電子撮像素子の画素ピッチをｐとし、空間周波数ｕにおけるｅ線（５４６．０７ｍｕ）での前記結像光学系の光軸上でのＭＴＦをＭ１０（ｕ）とし、空間周波数ｕにおけるｅ線での結像光学系の最大像高の８割の高さでのＭＴＦをＭ１（ｕ）とし、空間周波数ｕにおける光軸上での前記光学ローパスフィルタのＭＴＦをＭ２０（ｕ）とし、空間周波数ｕにおける最大像高８割の主光線が前記光学ローパスフィルタに入射する高さでの前記光学ローパスフィルタのＭＴＦをＭ２（ｕ）としたとき、次の条件：
０．９＜(Ｍ１(ｕ)×Ｍ２(ｕ))／(Ｍ１０(ｕ)×Ｍ２０(ｕ))＜１．３ …（２）
但し、ｕ＝１／４ｐ
を満足することにより、画面全体にわたって解像力の低下を落とすことなく、偽色や色モアレなどのノイズを軽減ないしは除去することができる。
【００２１】
上記（２）式の上限を超えた場合には、高い空間周波数の被写体に対して偽色や色モアレ等のノイズが現われ易くなり、上記（２）式の下限に満たない場合には、解像力の低下が起こり、高い空間周波数の被写体の再現性が悪くなる。
上述の実施例における結像光学系のＭＴＦであるＭ１０（ｕ）、Ｍ１（ｕ）と、光学ローパスフィルタ単独のＭＴＦであるＭ２０（ｕ）、Ｍ２（ｕ）を求めて演算した結果、
条件式（２）＝０．９４８（Ｔ）
条件式（２）＝１．０１７（Ｒ）
が得られた。
このとき、空間周波数ｕ＝１／４ｐ＝１００／ｍｍ
で計算される。
結像光学系と光学ローパスフィルタとを通した総合のＭＴＦは、軸上（像面中心）で５８％であり、像面上の最大像高の８割の位置でのＭＴＦは、タンジェンシャル（Ｔ）方向で５５％、ラジアル（Ｒ）方向で５９％である。
従って、条件式（２）の値は、上記したように、Ｔ方向で０．９４８、Ｒ方向で１．０１７となる。
仮に、この結像光学系の実施例において、光学ローパスフィルタとして従来の平板とした場合、その厚みを０．６ｍｍとすれば、軸上のＭＴＦは、上記と同じであるが、像高８割でのＭＴＦは、Ｔ方向で４６％、Ｒ方向で５０％となる。
【００２２】
従って、条件式（１）の値は、Ｔ方向では０．７９３、Ｒ方向では０．８６２しかない。
すなわち、Ｔ方向でみれば、中心に対して２割以上も結像性能が低下していることが分る。
尚、図２は、本発明に係る光学ローパスフィルタ単独のＭＴＦ特性曲線図で、横軸に空間周波数（本／ｍｍ）をとり、縦軸にＭＴＦ（％）をとっている。ＭＴＦ（レスポンス）は、空間周波数“２００（本／ｍｍ）”あたりでほぼ“０”となっている。
図３は、実施例にて説明した結像光学系の軸上のＭＴＦ特性曲線である。図４は、本発明に係る光学ローパスフィルタと結像光学系とを組み合わせた状態であって、両者のＭＴＦを乗じた場合のＭＴＦ特性曲線図を示すもので、この場合も、空間周波数が２００本／ｍｍのときが、ほぼ“０”となる。
図５は、本発明の実施例に係る結像光学系の最大像高の８割の高さでのＭＴＦ特性曲線図である。ここで、実線はラジアル（Ｒ）方向、破線はタンジェンシャル（Ｔ）方向のＭＴＦである（以下同じ。）。
【００２３】
図６は、本発明の実施例であるｅ線での光学ローパスフィルタと、結像光学系の最大像高の８割の高さでのＭＴＦ特性曲線図である。
図７は、光学ローパスフィルタとして従来の平板型の水晶を用いた場合の光学ローパスフィルタのＭＴＦ特性と、上述した本発明の実施例に係る結像光学系の像高８割のＭＴＦを乗じたＭＴＦ特性曲線図である。
上述したＭＴＦ特性曲線のうち、例えば、図４についてみると、この場合、本発明の実施例に係る光学ローパスフィルタのＭＴＦと、上記実施例に係る結像光学系の軸上のＭＴＦを乗じたＭＴＦ特性曲線図の空間周波数１５０本／ｍｍでは、２８％程度のＭＴＦとなっている。
これに対し、光学ローパスフィルタとして平板型の従来のローパスフィルタのＭＴＦと上記実施例に係る結像光学系のＭＴＦとを乗じてなるＭＴＦ特性曲線図である図７とを対比してみると、ＭＴＦは２０％程度になり、解像力の低下を招いていることが分る。
しかしながら、図６に示す、本発明に係る光学ローパスフィルタのＭＴＦ結像光学系の像高８割のＭＴＦを乗じたＭＴＦにおいては、空間周波数１５０本／ｍｍでのＭＴＦは、３０％程度あり、光軸中心に比べ同等程度の解像力を有していることを確認できた。
【００２４】
また、空間周波数１００本／ｍｍでみると、上記実施例の結像光学系と光学ローパスフィルタとを通した総合のＭＴＦは、図４で分るように、軸上（像面中心）で５８％であり、像面上の最大像高８割の位置でのＭＴＦは、図６で分るように、ＭＴＦは、タンジェンシャル（Ｔ）方向で５５％、ラジアル（Ｒ）方向で５９％である。このときの条件式（２）の値は、Ｔ方向で０．９４８、Ｒ方向で１．０１７であり、条件式（２）の範囲内である。
もし、光学ローパスフィルタを、従来の平板とした場合、その厚みを０．６ｍｍ（本実施例の正のパワーを持つ光学ローパスフィルタの軸上の厚みも０．６ｍｍである）とした場合、軸上のＭＴＦは、上記実施例の場合と同じであるが、像高８割でのＭＴＦは、図７から分るように、Ｔ方向で４６％、Ｒ方向で５０％と低くなってしまう。この場合の条件式（２）の値を算出してみると、ＭＴＦの値は、Ｔ方向で０．７９３、Ｒ方向で０．８６２しかなく、明らかに、上記条件式（２）の範囲から外れている。
【００２５】
次に、上述した実施例に示されたような本発明に係る結像光学系を用いて構成した撮像装置ユニットを撮影用光学系として採用してカメラを構成した本発明の実施の形態に係るディジタルカメラについて図８を参照して説明する。図８は、撮影者側である背面側から見たディジタルカメラの外観を示す斜視図である。なお、ここでは、カメラについて説明しているが、いわゆるＰＤＡ（personal data assistant）や携帯電話機等の携帯情報端末装置にカメラ機能を組み込んだものが、近年登場している。このような携帯情報端末装置も外観は若干異にするもののカメラと実質的に全く同様の機能・構成を含んでおり、このような携帯情報端末装置における撮影用光学系として本発明に係る撮影光学系を採用してもよい。
図８に示すように、ディジタルカメラは、撮像装置ユニット１０１、レリーズボタン１０２、光学ファインダ１０４、液晶表示部１０５、液晶モニタ１０６およびメインスイッチ１０７等を備えている。
ディジタルカメラは、撮像装置ユニット１０１とＣＣＤ（電荷結合素子）撮像素子等のエリアセンサとしての受光素子（図示していない）を有しており、撮影対象となる物体、つまり被写体、の像を、撮影光学系である撮像装置ユニット１０１によって結像して受光素子によって読み取るように構成されている。この撮像装置ユニット１０１としては、実施例において説明したような本発明に係る結像光学系を用いる。
【００２６】
受光素子の出力は、中央処理装置（ＣＰＵ）（図示されていない）によって制御される信号処理装置（図示されていない）によって処理され、ディジタル画像情報に変換される。信号処理装置によってディジタル化された画像情報は、やはり中央演算装置によって制御される画像処理装置（図示されていない）において所定の画像処理が施された後、不揮発性メモリ等の半導体メモリ（図示されていない）に記録される。この場合、半導体メモリは、メモリカードスロット等に装填されたメモリカードでもよく、カメラ本体に内蔵された半導体メモリでもよい。液晶モニタ１０６には、撮影中の画像を電子ファインダとして表示することもできるし、半導体メモリに記録されている画像を表示することもできる。また、半導体メモリに記録した画像は、通信カードスロット等に装填した通信カード等を介して外部へ送信することも可能である。
撮像装置ユニット１０１は、カメラの携帯時には沈胴状態にあってカメラのボディー内に埋没しており、ユーザがメインスイッチ１０７を操作して電源を投入すると、図示のように鏡胴が繰り出され、カメラのボディーから突出する構成とする。
【００２７】
多くの場合、レリーズボタン１０２の半押し操作により、フォーカシング、つまりピント合わせがなされる。本発明に係る結像光学系におけるフォーカシングは、この場合、後群ＧＲ、つまり第４レンズＥ４〜第６レンズＥ６、の移動によって行うことができる。レリーズボタン１０２をさらに押し込み全押し状態とすると撮影が行なわれ、その後に上述した通りの処理がなされる。
上述のようなカメラまたは携帯情報端末装置には、既に述べた通り、実施例に示されたような結像光学系を使用することができる。したがって、高画質で小型のカメラまたは携帯情報端末装置を達成することが可能となる。この場合、携帯情報端末装置では、高画質な画像を撮影し、その画像を外部へ送信することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施例に係る結像光学系の構成を示す光軸に沿った断面図である。
【図２】本発明の実施例に係る光学ローパスフィルタのＭＴＦ特性曲線図である。
【図３】本発明の実施例に係る結像光学系の軸上のＭＴＦ特性曲線図である。
【図４】本発明に係る光学ローパスフィルタのＭＴＦと同実施例に係る結像光学系の軸上のＭＴＦを乗じたＭＴＦ特性曲線図である。
【図５】本発明の実施例に係る結像光学系の像高８割のＭＴＦ特性曲線図である。
【図６】本発明の実施例に係る光学ローパスフィルタのＭＴＦと本発明の実施例に係る結像光学系の像高８割のＭＴＦを乗じたＭＴＦ特性曲線図である。
【図７】従来の水晶の平板を用いた場合の光学ローパスフィルタのＭＴＦと本発明の実施例に係る結像光学系の像高８割のＭＴＦを乗じた総合のＭＴＦ特性曲線図である。
【図８】本発明の結像光学系を含むディジタルカメラの要部の構成を模式的に示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２９】
ＧＦ 前群光学系
ＧＲ 後群光学系
Ｅ１〜Ｅ６ 第１レンズ〜第６レンズ
ＦＡ 絞り
Ｐ１ 光学ローパスフィルタ
Ｐ２ 平行平板ガラス（赤外線カットフィルタ、防塵ガラス等)
１０１ 撮像装置ユニット
１０２ レリーズボタン
１０４ 光学ファインダ
１０５ 液晶表示部
１０６ 液晶モニタ
１０７ メインスイッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学ローパスフィルタに関し、より詳細には、電子撮像素子の素子ピッチと被写体のある特定の空間周波数との干渉による色モアレ（偽色）等のノイズを軽減ないしは除去し得る光学ローパスフィルタおよびこの光学ローパスフィルタを有する撮像装置ユニット、この撮像装置ユニットを有するディジタルカメラおよび携帯情報端末装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年においては、ディジタルカメラまたは電子カメラ等と称され、被写体像を、例えばＣＣＤ（電荷結合素子）撮像素子等の固体撮像素子により撮像し、被写体の静止画像（スティル画像）または動画像（ムービー画像）の画像データを得て、フラッシュメモリに代表される不揮発性半導体メモリ等にディジタル的に記録するタイプのカメラが、一般化している。このようなディジタルカメラの市場は非常に大きなものとなっており、ディジタルカメラに対するユーザの要求も広範囲に且つ高度になってきている。特に、広画角化、小型化ならびに低価格化と相俟って、画像の高画質化に対する要求が強い。
ところで、このようなディジタルカメラ等における撮影光学系のように、ＣＣＤ等の電子撮像素子を受光素子として用いる光学系においては、撮像素子にほぼ垂直に光線を入射させる必要があること、そして光学系と撮像素子との間に光学的ローパスフィルタおよび赤外カットフィルタ等のようなフィルタ類を配置する必要がある。
撮像素子にＣＣＤのような電子撮像素子を用いた機器においては、電子撮像素子の素子ピッチと被写体のある特定の空間周波数との干渉による色モアレ等のノイズを防止または軽減するために、結像光学系と電子撮像素子との間に光学ローパスフィルタを配置したものがある。
【０００３】
しかしながら、光学ローパスフィルタの効果を強めすぎると、色モアレ等のノイズの低減効果は高まるものの、解像力が低下し、細かい（空間周波数の高い）被写体の再現性が悪化するという問題もある。また一般的に、結像光学系は像面中心に比べ、画面周辺での性能が若干低い、すなわち画面中心のＭＴＦより画面周辺のＭＴＦが低い。従って、複屈折材料の平行平板による従来からの光学ローパスフィルタでは、フィルタの周波数特性は一定の厚みで一意的に決定されるため、画面中心部で最適化すると画面周辺部の解像力が低下し、逆に画面周辺部で最適化すると画面中心部ではノイズが発生しやすくなるという問題がある。
ところで、このような問題に着眼してなされた発明として、特許文献１（特開２００１−１１７１３９号公報）がある。
この特許文献１には、撮像レンズの光軸に対応するフィルタ中心から周部にわたって漸次変化する複数の板厚をもって構成してなる光学ローパスフィルタおよび撮像レンズにより撮像素子上に被写体画像を結像させ、この撮像素子上に結像させた被写体画像を取り込んで、その画像データを記録する撮像装置において、上述したローパスフィルタを上記撮像レンズの光軸上にフィルタの中心を位置させて配設してなる撮像装置が記載されている。
【０００４】
上記特許文献１に記載の光学ローパスフィルタは、フィルタ中心から周部にわたって、段階的に薄くなる板厚を有してなることから、像高が低い撮像レンズ光軸付近における偽解像や偽色を軽減し、且つ像高が高い撮像レンズ周部付近における偽解像や偽色もある程度軽減することができる、とされている。しかしながら、板厚を複数段階に変化させてなるものであるため、肉厚の異なる部分の影が映るおそれがあると共に、具体的解決手段についての記載がなく、周辺部の解像性能の劣化を防ぎ像面全体にわたって良好な像を得ることは困難である。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１１７１３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、請求項１の目的とするところは、偽色やモアレを十分に抑制しつつ、且つ解像度を極力損なわない光学ローパスフィルタを提供することにある。
本発明の請求項２の目的は、簡単な構成で、密閉構造を実現し得る光学ローパスフィルタを提供することにある。
本発明の請求項３の目的は、中心から周辺に向かってのローパスフィルタ効果の変化の具合を、より適切に変化させることが可能な光学ローパスフィルタを提供することにある。
本発明の請求項４の目的は、偽色やモアレを十分に抑制しつつ且つ画面全体にわたって解像度を極力損なわない撮像装置ユニットを提供することにある。
本発明の請求項５の目的は、偽色やモアレを十分に抑制しつつ且つ撮像画面全体にわたって解像度を極力損なわないディジタルカメラを提供することにある。
本発明の請求項６の目的は、偽色やモアレを十分に抑制しつつ且つ撮像画面全体にわたって解像度を極力損なわない携帯情報端末装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載したフィルタは、上述した目的を達成するために、結像光学系と電子撮像素子との間に配置される光学ローパスフィルタにおいて、正のパワーを有し、前記電子撮像素子の画素ピッチをｐとし、空間周波数ｕにおけるｅ線での前記結像光学系の光軸上でのＭＴＦをＭ１０（ｕ）とし、空間周波数ｕにおけるｅ線での結像光学系の最大像高の８割の高さでのＭＴＦをＭ１（ｕ）とし、空間周波数ｕにおける光軸上での前記光学ローパスフィルタのＭＴＦをＭ２０（ｕ）とし、空間周波数ｕにおける最大像高８割の主光線が前記光学ローパスフィルタに入射する高さでの前記光学ローパスフィルタのＭＴＦをＭ２（ｕ）としたとき、次の条件：
０．９＜(Ｍ１(ｕ)×Ｍ２(ｕ))／(Ｍ１０(ｕ)×Ｍ２０(ｕ))＜１．３
但し、ｕ＝１／４ｐ
を満足することを特徴としている。
請求項２に記載した発明に係る光学ローパスフィルタは、入射側または射出側のいずれか一方の面が平面であることを特徴としている。
請求項３に記載した発明に係る光学ローパスフィルタは、入射側または射出側のいずれか一方の面が非球面で形成されていることを特徴としている。
【０００８】
請求項４に記載した発明に係る撮像装置ユニットは、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学ローパスフィルタを有することを特徴としている。
請求項５に記載した発明に係るディジタルカメラは、前記請求項４に記載の前記撮像装置ユニットを有することを特徴としている。
請求項６に記載した発明に係る携帯情報端末装置は、前記請求項４に記載の前記撮像ユニットを有することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の請求項１に記載の光学ローパスフィルタによれば、結像光学系と電子撮像素子との間に配置される光学ローパスフィルタにおいて、正のパワーを有し、前記電子撮像素子の画素ピッチをｐとし、空間周波数ｕにおけるｅ線での前記結像光学系の光軸上でのＭＴＦをＭ１０（ｕ）とし、空間周波数ｕにおけるｅ線での結像光学系の最大像高の８割の高さでのＭＴＦをＭ１（ｕ）とし、空間周波数ｕにおける光軸上での前記光学ローパスフィルタのＭＴＦをＭ２０（ｕ）とし、空間周波数ｕにおける最大像高８割の主光線が前記光学ローパスフィルタに入射する高さでの前記光学ローパスフィルタのＭＴＦをＭ２（ｕ）としたとき、次の条件：
０．９＜(Ｍ１(ｕ)×Ｍ２(ｕ))／(Ｍ１０(ｕ)×Ｍ２０(ｕ))＜１．３
但し、ｕ＝１／４ｐ
を満足する構成としたので、画面全体にわたって解像力の低下を起こすことなく、モアレや偽色等のノイズを的確に軽減乃至は除去し得る光学ローパスフィルタを提供する。
また、請求項２に記載の光学ローパスフィルタによれば、入射側または射出側のいずれか一方の面を平面に形成したので、電子撮像素子に異物が付着するのを防止する密閉構造を構成する際に簡単な構造で、密閉構造を実現することができる。
【００１０】
また、請求項３に記載の光学ローパスフィルタによれば、入射側または射出側のいずれか一方の面が非球面で形成されているので、単に球面で正のパワーを持たせるものに比べ、中心から周辺に向ってのローパス効果の変化の度合いをより適切に、即ちより細かく、より微妙に変化させることが可能となる。
請求項４に記載の撮像装置ユニットによれば、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学ローパスフィルタを有する構成としたので、画面全体にわたって解像力の低下を起こすことなく、モアレや偽色等のノイズを的確に軽減乃至は除去することができる。
また、請求項５に記載のディジタルカメラによれば、前記請求項４に記載の前記撮像装置ユニットを有する構成としたので、画面全体にわたって解像力の低下を起こすことなく、モアレや偽色等のノイズを的確に軽減乃至は除去することができると共に、さらに、ＣＣＤ等の撮像素子を用いる撮像装置ユニットにおいては、撮像素子にほぼ垂直に光線を入射させるために、結像光学系の射出瞳位置を撮像素子から遠ざける必要があるが、撮像素子直前に配置される光学ローパスフィルタに正のパワーを持たせることは、射出瞳を遠ざけるとこにも有効となる。
また、請求項６に記載の携帯情報端末装置によれば、前記請求項４に記載の前記撮像ユニットを有する構成としたので、上記請求項５に記載のディジタルカメラの奏する効果と同等の効果を奏することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る実施の形態に基づき、図面を参照して本発明の光学ローパスフィルタ、撮像装置ユニット、ディジタルカメラおよび携帯情報端末装置を詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態であると共に、数値実施例である結像光学系と光学ローパスフィルタの構成を示す断面図である。
本発明に係る結像光学系は、単焦点レンズであって、物体側から像面側に向かって、順次、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第１レンズＥ１、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズからなる第２レンズＥ２、物体側に強い凸面を向けた両凸レンズからなる第３レンズＥ３、像面側に強い凸面を向けた両凸レンズからなる第４レンズＥ４、物体側に強い凹面を向けた両凹レンズからなる第５レンズＥ５、像面側に強い凸面を向けた両凸レンズからなる第６レンズＥ６を配置してなる。前記第４レンズＥ４と第５レンズＥ５とは、互いに密接して一体に接合してなる接合レンズである。
第１レンズＥ１と第２レンズＥ２と第３レンズＥ３とを一体的に支持することにより前群ＧＦを構成し、前記第４レンズＥ４と第５レンズＥ５、第６レンズＥ６とを、一体に支持することにより、後群ＧＲを構成してなり、後群ＧＲを移動させることによって物体距離、即ち、被写体距離の変化による焦点位置の調整、即ち、ピント合わせを行う。このような構成とすることにより、小型で且つ広画角および大口径を実現して、しかも広画角化した場合のピント合わせ時の像面の平面性の劣化を有効に補償し、被写体距離にかかわらず高性能を得ることが可能となる。
【００１２】
ここで、被写体が無限遠から近距離へ近づくと、周辺像の最良面は、画面中心に対して、光軸方向のプラス側（被写体から像面へ向かう方向をプラスとする）へ変化する。これに対し、前記前群と前記後群の間隔が狭くなるように変化すると、周辺像の最良面は、光軸方向のマイナス側へ変化する。無限遠被写体に合焦している状態から被写体位置が近距離へ変化した場合、ピントを合わせる（合焦させる）ために前記後群を移動させると、前記後群は被写体側へ移動することになる。すなわち、前記前群と前記後群との間隔が狭くなる。したがって、被写体距離の変化による周辺像最良面の変化を、ピント調整操作による前記前群と前記後群との間隔変化による周辺像最良面の移動が相殺することになる。この結果、被写体距離が変化しても周辺像最良面の位置がほぼ一定に保たれ、被写体距離変化による性能劣化を防止することができる。
図１において、前記結像光学系の背後、即ち、最も像面側の正の屈折力を有する第６レンズＥ６の像側面と像面ＦＳとの間には、１枚の正の屈折力を有する光学ローパスフィルタＰ１と、平行平面ガラスＰ２とからなる光学フィルタＯＦが介挿され、偽解像や偽色を適切に除去する機能を果たす。
尚、光学ローパスフィルタＰ１については、本発明の実施例の説明において詳細に説明する。
【実施例１】
【００１３】
次に、上述した本発明の実施の形態に基づく、具体的な数値実施例を詳細に説明する。以下に述べる実施例は、本発明に係る結像光学系の具体的数値例による具体的構成の実施例である。その後に、実施例に示されるような結像光学系を用いた撮像装置ユニット、ディジタルカメラまたは携帯情報端末装置の実施の形態を説明する。
本発明に係る結像光学系を示す実施例においては、結像光学系の構成およびその具体的な数値例を示している。
本発明のように結像光学系を構成することによって、充分な小型化を達成しながら非常に良好な結像性能を確保し得ることは、実施例から明らかとなるであろう。
以下の実施例に関連する説明においては、次のような各種記号を用いている。
光軸からの高さをＨとするとき、面頂点から光軸方向の変位量をＳ、曲率半径をＲ、そして非球面係数をＡ２ｉとして、非球面は、次式（１）で定義される。
【００１４】
【数１】
また、ｆは全系の焦点距離、面間隔はレンズ厚またはレンズ間隔に相当し、Ｎｄはｄ線の屈折率、そしてνｄはｄ線のアッベ数を示している。さらに、Ｋは、非球面の円錐定数、Ａ４は、４次の非球面係数、Ａ６は、６次の非球面係数、Ａ８は、８次の非球面係数、Ａ１０は、１０次の非球面係数とする。
【００１５】
図１は、本発明の実施例に係る結像光学系の構成を示しており、光軸に沿った縦断面を模式的に示している。図１に示す結像光学系は、物体側から像面に向かって、順次、凸面を物体側に向けた負メニスカスタイプの負レンズからなる第１レンズＥ１、物体側に凸面を向けた負メニスカスタイプの負レンズからなる第２レンズＥ２、物体側に強い凸面を向けた両凸タイプの正レンズである第３レンズＥ３、絞りＦＡ、像面側に強い凸面を向けた両凸タイプの正レンズである第４レンズＥ４と物体側に強い凹面を向けた両凹タイプの負レンズである第５レンズＥ５とを密接して貼り合わせてなる接合レンズ、像面側に強い凸面を向けた両凸タイプの正レンズである第６レンズＥ６を配置した構成となっている。第１レンズＥ１〜第３レンズＥ３が前群ＧＦを構成し、第４レンズＥ４〜第６レンズＥ６が後群ＧＲを構成する。この後群ＧＲを絞りＦＡと共に繰り出し移動させてピント合わせを行う。
【００１６】
例えば、ディジタルスティルカメラのようにＣＣＤ撮像素子等の固体撮像素子を用いるタイプのカメラの撮影光学系では、第６レンズＥ６の最終面と像面ＦＳとの間に、本願発明に係る光学ローパスフィルタ、赤外カットフィルタおよびＣＣＤ撮像素子の受光面を保護するためのカバーガラス類の少なくともいずれかを構成する、例えば正のパワーを有する光学ローパスフィルタＰ１および例えば赤外カットフィルタＰ２が挿入される。したがって、図４および図６に示すＭＴＦ特性図は、いずれも結像レンズの最終面１３と像面ＦＳとの間に２枚のフィルタＰ１およびＰ２が入った状態での特性を示している。なお、図１には、各光学面の面番号も付して示している。
この実施例においては、焦点距離ｆ＝５．９ｍｍ、Ｆナンバ＝２．４、そして半画角ω＝３８．６°としている。
各光学系の特性は、次表（表１）の通りである。
【００１７】
【表１】
【００１８】
表１において、面番号にアスタリスク「＊」を付した第４面、第１２面、第１３面および第１４面の各光学面が非球面であり、各非球面の上記（１）式におけるパラメータは、次表（表２）の通りである。
【００１９】
【表２】
【００２０】
次に、本発明に係る光学ローパスフィルタの実施例について説明する。
本発明に係る光学ローパスフィルタＰ１の実施例は、焦点距離ｆ＝５．９ｍｍ、Ｆナンバ２．４の結像レンズと、画素ピッチｐ＝２．５×１０−３ｍの電子撮像素子を用い、それらの間に被写体側の近軸曲率半径が、４７．２００ｍｍの非球面であり、像面側の近軸曲率半径が無限大（平面）の水晶でできた光学ローパスフィルタＰ１を配置したものである（図１参照）。
この実施例においては、光学ローパスフィルタＰ１は、１枚で、像分離方向は、撮像素子の水平／垂直方向に対して、４６°の方向としている。
ここで、本発明の要旨である光学ローパスフィルタの条件について述べる。
光学ローパスフィルタは、正のパワーを有するものであって、物体側の面が非球面とされ、電子撮像素子の画素ピッチをｐとし、空間周波数ｕにおけるｅ線（５４６．０７ｍｕ）での前記結像光学系の光軸上でのＭＴＦをＭ１０（ｕ）とし、空間周波数ｕにおけるｅ線での結像光学系の最大像高の８割の高さでのＭＴＦをＭ１（ｕ）とし、空間周波数ｕにおける光軸上での前記光学ローパスフィルタのＭＴＦをＭ２０（ｕ）とし、空間周波数ｕにおける最大像高８割の主光線が前記光学ローパスフィルタに入射する高さでの前記光学ローパスフィルタのＭＴＦをＭ２（ｕ）としたとき、次の条件：
０．９＜(Ｍ１(ｕ)×Ｍ２(ｕ))／(Ｍ１０(ｕ)×Ｍ２０(ｕ))＜１．３ …（２）
但し、ｕ＝１／４ｐ
を満足することにより、画面全体にわたって解像力の低下を落とすことなく、偽色や色モアレなどのノイズを軽減ないしは除去することができる。
【００２１】
上記（２）式の上限を超えた場合には、高い空間周波数の被写体に対して偽色や色モアレ等のノイズが現われ易くなり、上記（２）式の下限に満たない場合には、解像力の低下が起こり、高い空間周波数の被写体の再現性が悪くなる。
上述の実施例における結像光学系のＭＴＦであるＭ１０（ｕ）、Ｍ１（ｕ）と、光学ローパスフィルタ単独のＭＴＦであるＭ２０（ｕ）、Ｍ２（ｕ）を求めて演算した結果、
条件式（２）＝０．９４８（Ｔ）
条件式（２）＝１．０１７（Ｒ）
が得られた。
このとき、空間周波数ｕ＝１／４ｐ＝１００／ｍｍ
で計算される。
結像光学系と光学ローパスフィルタとを通した総合のＭＴＦは、軸上（像面中心）で５８％であり、像面上の最大像高の８割の位置でのＭＴＦは、タンジェンシャル（Ｔ）方向で５５％、ラジアル（Ｒ）方向で５９％である。
従って、条件式（２）の値は、上記したように、Ｔ方向で０．９４８、Ｒ方向で１．０１７となる。
仮に、この結像光学系の実施例において、光学ローパスフィルタとして従来の平板とした場合、その厚みを０．６ｍｍとすれば、軸上のＭＴＦは、上記と同じであるが、像高８割でのＭＴＦは、Ｔ方向で４６％、Ｒ方向で５０％となる。
【００２２】
従って、条件式（１）の値は、Ｔ方向では０．７９３、Ｒ方向では０．８６２しかない。
すなわち、Ｔ方向でみれば、中心に対して２割以上も結像性能が低下していることが分る。
尚、図２は、本発明に係る光学ローパスフィルタ単独のＭＴＦ特性曲線図で、横軸に空間周波数（本／ｍｍ）をとり、縦軸にＭＴＦ（％）をとっている。ＭＴＦ（レスポンス）は、空間周波数“２００（本／ｍｍ）”あたりでほぼ“０”となっている。
図３は、実施例にて説明した結像光学系の軸上のＭＴＦ特性曲線である。図４は、本発明に係る光学ローパスフィルタと結像光学系とを組み合わせた状態であって、両者のＭＴＦを乗じた場合のＭＴＦ特性曲線図を示すもので、この場合も、空間周波数が２００本／ｍｍのときが、ほぼ“０”となる。
図５は、本発明の実施例に係る結像光学系の最大像高の８割の高さでのＭＴＦ特性曲線図である。ここで、実線はラジアル（Ｒ）方向、破線はタンジェンシャル（Ｔ）方向のＭＴＦである（以下同じ。）。
【００２３】
図６は、本発明の実施例であるｅ線での光学ローパスフィルタと、結像光学系の最大像高の８割の高さでのＭＴＦ特性曲線図である。
図７は、光学ローパスフィルタとして従来の平板型の水晶を用いた場合の光学ローパスフィルタのＭＴＦ特性と、上述した本発明の実施例に係る結像光学系の像高８割のＭＴＦを乗じたＭＴＦ特性曲線図である。
上述したＭＴＦ特性曲線のうち、例えば、図４についてみると、この場合、本発明の実施例に係る光学ローパスフィルタのＭＴＦと、上記実施例に係る結像光学系の軸上のＭＴＦを乗じたＭＴＦ特性曲線図の空間周波数１５０本／ｍｍでは、２８％程度のＭＴＦとなっている。
これに対し、光学ローパスフィルタとして平板型の従来のローパスフィルタのＭＴＦと上記実施例に係る結像光学系のＭＴＦとを乗じてなるＭＴＦ特性曲線図である図７とを対比してみると、ＭＴＦは２０％程度になり、解像力の低下を招いていることが分る。
しかしながら、図６に示す、本発明に係る光学ローパスフィルタのＭＴＦ結像光学系の像高８割のＭＴＦを乗じたＭＴＦにおいては、空間周波数１５０本／ｍｍでのＭＴＦは、３０％程度あり、光軸中心に比べ同等程度の解像力を有していることを確認できた。
【００２４】
また、空間周波数１００本／ｍｍでみると、上記実施例の結像光学系と光学ローパスフィルタとを通した総合のＭＴＦは、図４で分るように、軸上（像面中心）で５８％であり、像面上の最大像高８割の位置でのＭＴＦは、図６で分るように、ＭＴＦは、タンジェンシャル（Ｔ）方向で５５％、ラジアル（Ｒ）方向で５９％である。このときの条件式（２）の値は、Ｔ方向で０．９４８、Ｒ方向で１．０１７であり、条件式（２）の範囲内である。
もし、光学ローパスフィルタを、従来の平板とした場合、その厚みを０．６ｍｍ（本実施例の正のパワーを持つ光学ローパスフィルタの軸上の厚みも０．６ｍｍである）とした場合、軸上のＭＴＦは、上記実施例の場合と同じであるが、像高８割でのＭＴＦは、図７から分るように、Ｔ方向で４６％、Ｒ方向で５０％と低くなってしまう。この場合の条件式（２）の値を算出してみると、ＭＴＦの値は、Ｔ方向で０．７９３、Ｒ方向で０．８６２しかなく、明らかに、上記条件式（２）の範囲から外れている。
【００２５】
次に、上述した実施例に示されたような本発明に係る結像光学系を用いて構成した撮像装置ユニットを撮影用光学系として採用してカメラを構成した本発明の実施の形態に係るディジタルカメラについて図８を参照して説明する。図８は、撮影者側である背面側から見たディジタルカメラの外観を示す斜視図である。なお、ここでは、カメラについて説明しているが、いわゆるＰＤＡ（personal data assistant）や携帯電話機等の携帯情報端末装置にカメラ機能を組み込んだものが、近年登場している。このような携帯情報端末装置も外観は若干異にするもののカメラと実質的に全く同様の機能・構成を含んでおり、このような携帯情報端末装置における撮影用光学系として本発明に係る撮影光学系を採用してもよい。
図８に示すように、ディジタルカメラは、撮像装置ユニット１０１、レリーズボタン１０２、光学ファインダ１０４、液晶表示部１０５、液晶モニタ１０６およびメインスイッチ１０７等を備えている。
ディジタルカメラは、撮像装置ユニット１０１とＣＣＤ（電荷結合素子）撮像素子等のエリアセンサとしての受光素子（図示していない）を有しており、撮影対象となる物体、つまり被写体、の像を、撮影光学系である撮像装置ユニット１０１によって結像して受光素子によって読み取るように構成されている。この撮像装置ユニット１０１としては、実施例において説明したような本発明に係る結像光学系を用いる。
【００２６】
受光素子の出力は、中央処理装置（ＣＰＵ）（図示されていない）によって制御される信号処理装置（図示されていない）によって処理され、ディジタル画像情報に変換される。信号処理装置によってディジタル化された画像情報は、やはり中央演算装置によって制御される画像処理装置（図示されていない）において所定の画像処理が施された後、不揮発性メモリ等の半導体メモリ（図示されていない）に記録される。この場合、半導体メモリは、メモリカードスロット等に装填されたメモリカードでもよく、カメラ本体に内蔵された半導体メモリでもよい。液晶モニタ１０６には、撮影中の画像を電子ファインダとして表示することもできるし、半導体メモリに記録されている画像を表示することもできる。また、半導体メモリに記録した画像は、通信カードスロット等に装填した通信カード等を介して外部へ送信することも可能である。
撮像装置ユニット１０１は、カメラの携帯時には沈胴状態にあってカメラのボディー内に埋没しており、ユーザがメインスイッチ１０７を操作して電源を投入すると、図示のように鏡胴が繰り出され、カメラのボディーから突出する構成とする。
【００２７】
多くの場合、レリーズボタン１０２の半押し操作により、フォーカシング、つまりピント合わせがなされる。本発明に係る結像光学系におけるフォーカシングは、この場合、後群ＧＲ、つまり第４レンズＥ４〜第６レンズＥ６、の移動によって行うことができる。レリーズボタン１０２をさらに押し込み全押し状態とすると撮影が行なわれ、その後に上述した通りの処理がなされる。
上述のようなカメラまたは携帯情報端末装置には、既に述べた通り、実施例に示されたような結像光学系を使用することができる。したがって、高画質で小型のカメラまたは携帯情報端末装置を達成することが可能となる。この場合、携帯情報端末装置では、高画質な画像を撮影し、その画像を外部へ送信することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施例に係る結像光学系の構成を示す光軸に沿った断面図である。
【図２】本発明の実施例に係る光学ローパスフィルタのＭＴＦ特性曲線図である。
【図３】本発明の実施例に係る結像光学系の軸上のＭＴＦ特性曲線図である。
【図４】本発明に係る光学ローパスフィルタのＭＴＦと同実施例に係る結像光学系の軸上のＭＴＦを乗じたＭＴＦ特性曲線図である。
【図５】本発明の実施例に係る結像光学系の像高８割のＭＴＦ特性曲線図である。
【図６】本発明の実施例に係る光学ローパスフィルタのＭＴＦと本発明の実施例に係る結像光学系の像高８割のＭＴＦを乗じたＭＴＦ特性曲線図である。
【図７】従来の水晶の平板を用いた場合の光学ローパスフィルタのＭＴＦと本発明の実施例に係る結像光学系の像高８割のＭＴＦを乗じた総合のＭＴＦ特性曲線図である。
【図８】本発明の結像光学系を含むディジタルカメラの要部の構成を模式的に示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２９】
ＧＦ 前群光学系
ＧＲ 後群光学系
Ｅ１〜Ｅ６ 第１レンズ〜第６レンズ
ＦＡ 絞り
Ｐ１ 光学ローパスフィルタ
Ｐ２ 平行平板ガラス（赤外線カットフィルタ、防塵ガラス等)
１０１ 撮像装置ユニット
１０２ レリーズボタン
１０４ 光学ファインダ
１０５ 液晶表示部
１０６ 液晶モニタ
１０７ メインスイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結像光学系と電子撮像素子との間に配置される光学ローパスフィルタにおいて、正のパワーを有し、前記電子撮像素子の画素ピッチをｐとし、空間周波数ｕにおけるｅ線での前記結像光学系の光軸上でのＭＴＦをＭ１０（ｕ）とし、空間周波数ｕにおけるｅ線での結像光学系の最大像高の８割の高さでのＭＴＦをＭ１（ｕ）とし、空間周波数ｕにおける光軸上での前記光学ローパスフィルタのＭＴＦをＭ２０（ｕ）とし、空間周波数ｕにおける最大像高８割の主光線が前記光学ローパスフィルタに入射する高さでの前記光学ローパスフィルタのＭＴＦをＭ２（ｕ）としたとき、次の条件：
０．９＜(Ｍ１(ｕ)×Ｍ２(ｕ))／(Ｍ１０(ｕ)×Ｍ２０(ｕ))＜１．３
但し、ｕ＝１／４ｐ
を満足することを特徴とする光学ローパスフィルタ。
【請求項２】
入射側または射出側のいずれか一方の面が平面であることを特徴とする請求項１に記載の光学ローパスフィルタ。
【請求項３】
入射側または射出側のいずれか一方の面が非球面で形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光学ローパスフィルタ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学ローパスフィルタを有することを特徴とする撮像装置ユニット。
【請求項５】
前記請求項４に記載の前記撮像装置ユニットを有することを特徴とするディジタルカメラ。
【請求項６】
前記請求項４に記載の前記撮像ユニットを有することを特徴とする携帯情報端末装置。
【請求項１】
結像光学系と電子撮像素子との間に配置される光学ローパスフィルタにおいて、正のパワーを有し、前記電子撮像素子の画素ピッチをｐとし、空間周波数ｕにおけるｅ線での前記結像光学系の光軸上でのＭＴＦをＭ１０（ｕ）とし、空間周波数ｕにおけるｅ線での結像光学系の最大像高の８割の高さでのＭＴＦをＭ１（ｕ）とし、空間周波数ｕにおける光軸上での前記光学ローパスフィルタのＭＴＦをＭ２０（ｕ）とし、空間周波数ｕにおける最大像高８割の主光線が前記光学ローパスフィルタに入射する高さでの前記光学ローパスフィルタのＭＴＦをＭ２（ｕ）としたとき、次の条件：
０．９＜(Ｍ１(ｕ)×Ｍ２(ｕ))／(Ｍ１０(ｕ)×Ｍ２０(ｕ))＜１．３
但し、ｕ＝１／４ｐ
を満足することを特徴とする光学ローパスフィルタ。
【請求項２】
入射側または射出側のいずれか一方の面が平面であることを特徴とする請求項１に記載の光学ローパスフィルタ。
【請求項３】
入射側または射出側のいずれか一方の面が非球面で形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光学ローパスフィルタ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学ローパスフィルタを有することを特徴とする撮像装置ユニット。
【請求項５】
前記請求項４に記載の前記撮像装置ユニットを有することを特徴とするディジタルカメラ。
【請求項６】
前記請求項４に記載の前記撮像ユニットを有することを特徴とする携帯情報端末装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−７６６９１（Ｐ２００８−７６６９１Ａ）
【公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２５５０７７（Ｐ２００６−２５５０７７）
【出願日】平成１８年９月２０日（２００６．９．２０）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月２０日（２００６．９．２０）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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