共用光学レンズ系および光学レンズ系の共用取り付け方法
【課題】 簡単な構成で、高解像度のメガCCDと、通常の解像度を有するレギュラーCCDに共用できる光学レンズ系を提供する。
【解決手段】 任意の解像度の撮像装置に使用される共用光学レンズ系は、複数のレンズ群で構成され一定の焦点距離を有するレンズ系と、前記レンズ系と撮像装置の撮像面との間に挿入される交換可能な光学ローパスフィルタとを含む。光学ローパスフィルタは、使用される撮像装置の解像度にかかわりなく一定の厚さを有すし、（ａ）撮像装置の解像度を定義する画素ピッチに比例して決定される厚さの水晶体と、（ｂ）水晶体の厚さの変化分を補償する厚さを有し、かつ所定の光透過特性（ＩＲカット特性）を有する赤外カットフィルタとで構成される。
【解決手段】 任意の解像度の撮像装置に使用される共用光学レンズ系は、複数のレンズ群で構成され一定の焦点距離を有するレンズ系と、前記レンズ系と撮像装置の撮像面との間に挿入される交換可能な光学ローパスフィルタとを含む。光学ローパスフィルタは、使用される撮像装置の解像度にかかわりなく一定の厚さを有すし、（ａ）撮像装置の解像度を定義する画素ピッチに比例して決定される厚さの水晶体と、（ｂ）水晶体の厚さの変化分を補償する厚さを有し、かつ所定の光透過特性（ＩＲカット特性）を有する赤外カットフィルタとで構成される。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はビデオカメラ等の撮像装置に用いられる、光学ローパスフィルタを含む光学レンズ系に関し、特に異なる解像度の撮像装置間で共用される光学レンズ系に関する。
【０００２】
【従来の技術】ビデオカメラ等の撮像装置は、通常、撮像レンズと、ＣＣＤ等の撮像素子の間に、ノイズ（偽信号）の抑制を目的とする光学ローパスフィルタが挿入されている。
【０００３】図１は、一般的なビデオカメラで用いられる撮像光学ユニット１００の一部省略断面図である。撮像光学ユニット１００は、鏡筒１０１の中に、たとえば第１〜第４レンズ群（第３レンズ群は図示省略）１０２ａ〜１０２ｄで構成される撮像レンズを収納する。撮像レンズを通過した光は、ＣＣＤアレイ１０３上に配置される撮像素子（不図示）に入射する前に、光学ローパスフィルタ１０７を通過する。
【０００４】光学ローパスフィルタ１０７は、水晶体１０５と、水晶体の出射面に貼り合わせられた赤外カットフィルタ１０６と、ＣＣＤアレイ１０３の解像度に応じて、水晶体１０５および赤外カットフィルタ１０６を通過した光の結像位置を調整するためのダミーガラス１０４を有する。
【０００５】水晶体は複屈折性を有し、入射光線を空間的に光路が離間した常光線１０９ａと異常光線１０９ｂとに分離して出射する。この複屈折による分離幅は、ＣＣＤアレイ１０３の画素ピッチに応じたものであり、被写体からの光のうち、ＣＣＤアレイ１０３の画素ピッチに近接する空間周波数成分が減衰されてＣＣＤアレイ１０３の光電変換面に像が結ばれる。これにより、被写体の特定空間周波数と画素ピッチとの干渉に起因するサンプリングノイズ（偽信号）が抑制される。
【０００６】また、水晶体１０５の出射面に位置する赤外カットフィルタ１０６は、入射光のうち近赤外域を中心とした波長の光を除去する。一般にビデオカメラに使用されている撮像素子の光の分光特性は、可視領域から近赤外域である９５０ｎｍあたりまで延びているため、近赤外域を除去して、ＣＣＤ等の撮像素子の波長感度特性を人間の視感度に近い特性に補正する必要があるからである。
【０００７】具体的には、４００〜５２０ｎｍの光の透過率を極力高く、６００ｎｍ〜９５０ｎｍの光を極力吸収することのできるガラス材を赤外カットフィルタとして使用するが、ガラス材そのものの種類が限られており、ガラス材が決まると、赤外カットフィルタとして上述した光学特性を出すことのできる最良の厚さが一義的に決まってくる。
【０００８】ところで、ＣＣＤアレイ１０３の画素ピッチは、ビデオカメラの解像度によって異なる。上述したように、光学ローパスフィルタ１０７の水晶体１０５は、ＣＣＤアレイ１０３の画素ピッチに対応する空間周波数成分を減衰させる目的で挿入されるので、水晶体１０５の厚さｔは、使用されるビデオカメラの画素ピッチに応じて決定される。
【０００９】具体的には、図２（ａ）に示すように、常光線と異常光線との分離幅ｄが、ＣＣＤアレイ１０３上のＣＣＤ１１１の配列ピッチにほぼ一致する場合に、被写体の空間周波数と画素ピッチとの干渉を排除できる。逆にいえば、分離幅ｄが画素ピッチにほぼ一致するように、水晶体１０５の厚さを設定する必要がある。
【００１０】水晶体の厚さをｔ（ｍｍ）、分離幅をｄ（μｍ）とすると、一般に、ｄ＝５．８８ｔ （１）
の関係がある。
【００１１】式（１）の関係を満たすように、使用するＣＣＤアレイの画素ピッチに応じて、水晶体１０５の厚さｔが選択されるのである。
【００１２】解像度が比較的低い、すなわち画素ピッチが比較的広いＣＣＤアレイで厚さｔ１の水晶体１０５を用いるとする。この場合、図２（ｂ）の実線で示すように、入射光線は、水晶体１０５で複屈折し、厚さｔ’の赤外カットフィルタ１０６を通過して撮像面上の点Ｘで結像する。
【００１３】次に、より高解像の、すなわち画素ピッチが狭いＣＣＤアレイに光学ローパスフィルタ１０７を使用する場合は、その画素ピッチに対応する空間周波数の干渉を排除するために、水晶体の厚さをより薄いｔ２に設定する必要がある。しかし、赤外カットフィルタ１０６の厚さｔ’と、レンズ系１０２自体の焦点距離は一定なので、入射光線は図２（ｂ）の破線で示すように複屈折して、撮像面より距離Δだけ手前の点Ｙで結像する。
【００１４】撮像面上で結像しなくなると、画像がぼやけ、画質が損なわれる。したがって、焦点位置のずれΔ（Δ＝０．２６×（ｔ２−ｔ１））を解消しなければならない。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】焦点位置のずれΔを解消するために、以下の３つの方法が用いられてきた。
【００１６】（１） 図１に示すように、光学ローフィルタ１０７にΔの厚さに対応するダミーガラス１０４を挿入して、結像位置をＸに一致させる。
【００１７】（２） 解像度の異なる撮像装置ごとに、鏡筒１０１の設計を変更する。
【００１８】（３） ＣＣＤアレイ１０３の保持部に取り外し可能のスペーサ（不図示）を挿入して、ＣＣＤアレイ１０３の撮像面を結像点Ｙに一致させる。
【００１９】しかし、光学ローパスフィルタにローパスダミーガラス１０４を挿入すると、製造工程が増える上に、コストも高くなる。
【００２０】鏡筒の設計を変更するには、金型自体の設計を変更する必要があり、金型の設計、作製のための費用がかかる。また、作製した鏡筒は、その光学ローパスフィルタを含む光学レンズ系専用にしか使用できない。
【００２１】ＣＣＤアレイ１０３の保持部にスペーサを挿入して撮像面の位置を調整する方法では、部品コストが余分にかかるうえに、スペーサとＣＣＤアレイとの間の位置決めピンを要するため、位置精度が劣り、結果的に画質が劣る。
【００２２】したがって、本発明では、鏡筒の設計を変えずに、かつ、余分な部品や構成要素を増やすことなく、光学ローパスフィルタを含めた一本のレンズ系で、解像度の異なるＣＣＤアレイに共用できる光学レンズ系および共用方法を提供する。
【００２３】
【課題を解決するための手段】解像度に応じた水晶体の厚さの変化にかかわらず結像位置を一定に保つには、光学ローパスフィルタ自体の厚さが一定であればよい。従来は、必要な厚さのダミーガラス１０４を挿入することによって、光学ローパスフィルタ１０７全体の厚さを一定にしていた。赤外カットフィルタ１０６は、所定の光透過特性を出すための厚さが一義的に決まっていたからである。
【００２４】本発明では、ダミーガラスを用いずに、赤外カットフィルタの厚さそのものを調整して、結果的に光学ローパスフィルタの厚さが一定となるようにする。すなわち、水晶体の厚さの変化分を、赤外カットフィルタの厚さで補償するのである。たとえば、解像度のより低いビデオカメラで使用するために、水晶体の厚さを厚くした場合は、その厚さの変化分だけ、赤外カットフィルタの厚さを薄くして、トータルの光学ローパスフィルタの厚さを一定とする。
【００２５】本発明の第１の態様において、任意の解像度の撮像装置に使用される共用光学レンズ系は、一定の焦点距離を有するレンズ部と、レンズ部と撮像装置の撮像面との間に挿入される交換可能な光学ローパスフィルタとを含む。光学ローパスフィルタは、使用される撮像装置の解像度にかかわりなく一定の厚さを有し、（ａ）撮像装置の解像度を定義する画素ピッチに比例して決定される厚さの水晶体と、（ｂ）水晶体の厚さの変化分を補償する厚さを有し、かつ所定の光透過特性（ＩＲカット特性）を有する赤外カットフィルタとで構成される。
【００２６】この共用光学レンズ系は、追加の部品を必要とせず、鏡筒の設計を変更しなくとも、異なる解像度の撮像装置間で共用することができる。また、部品追加による誤差の蓄積がないので、高精度を維持できる。
【００２７】さらに、スペーサやダミーガラスのための部品コストを削減できる。複数種類の撮像装置間で共用できるため、ロット数を増やして量産コストも低減できる。
【００２８】本発明の第２の態様では、異なる解像度の撮像装置間での光学レンズ系の共用取り付け方法を提供する。この方法は、（ａ）第１の解像度を有する第１撮像装置の光学レンズ系に、第１の解像度に応じた第１の厚さの水晶体と、所定の光透過特性を有する赤外カットフィルタとで構成される、所定の厚さの第１光学ローパスフィルタを挿入する；
（ｂ）第１光学ローパスフィルタに代えて、前記光学レンズ系に、第１の厚さと異なる第２の厚さの水晶体と、水晶体の厚さの変化分を補償する厚さかつ前記所定の光透過特性を示す別の赤外カットフィルタとで構成され、前記所定の厚さを有する第２光学ローパスフィルタを挿入する；そして（ｃ）第２光学ローパスフィルタを含む光学レンズ系を、第２の解像度を有する第２撮像装置に取り付けるというステップを含む。
【００２９】この方法では、新たに鏡筒のための金型設計や作製工程が不要であり、ダミーガラスやスペーサの製造、組み込みの工程も不要である。
【００３０】
【発明の実施の形態】図３は、本発明の一実施形態に係る共用光学レンズ系１０を示す。共用光学レンズ系１０は、複数のレンズ群で構成され一定の焦点距離を有するレンズ系１１と、前記レンズ系１１と撮像装置の撮像面１３との間に挿入される交換可能な光学ローパスフィルタ１７とを含む。光学ローパスフィルタ１７は、使用される撮像装置の解像度にかかわりなく一定の厚さＴを有する。光学ローパスフィルタ１７は、撮像装置の解像度を定義する画素ピッチに比例して決定される厚さの水晶体１５と、水晶体１５の厚さの変化分を補償する厚さを有し、かつ所定の光透過特性（ＩＲカット特性）を有する赤外カットフィルタ１６とで構成される。
【００３１】図３（ａ）において、共用光学レンズ系１０は、高解像度の、たとえば１３３万画素のビデオカメラに使用される態様にある。この場合、画素ピッチを２．８μｍとする。水晶体１５は一定の複屈折性を有するため、入射光線の分離幅ｄを、画素ピッチに合わせて選択する必要がある。実用面では、完全に分離幅と画素ピッチ（ＣＣＤ撮像素子の格子幅）とが一致する設計もあるし、撮像素子の格子幅に対して分離幅を数％ほど高域に（すなわち狭く）設定する設計もあり、ケースバイケースで選択する。
【００３２】今、水晶体の厚さをｔ（ｍｍ）、分離幅をｄ（μｍ）とすると、一般にｔ＝ｄ／５．８８ （２）
の関係がある。
【００３３】したがって、図３（ａ）の１３３万画素の例では、ｄの値を画素ピッチ２．８μｍより若干小さく設定して式（２）に代入すると、水晶体１５の厚さｔ１は、 ｔ１＝２．８×０．９３／５．８８＝０．４４ｍｍ （３）
となる。
【００３４】このとき、赤外カットフィルタ１６として、たとえばＳＣＭ５０４（住田光学製）を用いる。ＳＣＭ５０４を用いたときの良好なＩＲカット特性を示すＩＲカットフィルタ１６の厚さは、０．７５ｍｍである。光学ローパスフィルタ１７のトータルの厚さＴは、１．１９ｍｍとなる。この光学ローパスフィルタ１７を共用光学レンズ系１０に挿入して、１３３万画素のビデオカメラに使用すると、結像位置が正確で、干渉が低減され、かつＩＲカット特性が良好で色モアレ等のない良好な画像が得られる。
【００３５】次に、図３（ｂ）に示すように、この共用光学レンズ系１０をスペーサやダミーガラスを用いず、かつ鏡筒の設計も変更することなく、一般的な６３万画素のビデオカメラに使用する。６３万画素のＣＣＤアレイ１３の画素ピッチは、３．８μｍである。したがって、水晶体１５の厚さを、画素ピッチ３．８μｍに対応する厚さｔ２に設定する必要がある。この場合も、分離幅を若干高域に設定する例を用いると、 ｔ２＝３．８×０．９６／５．８８＝０．６２ｍｍ （４）
光学ローパスフィルタ２７の厚さＴを一定にして、結像位置を撮像面１３上に維持するには、赤外カットフィルタの厚さを、 Ｔ−ｔ２＝１．１９−０．６２＝０．５７ｍｍ （５）
にしなければならない。図３（ａ）で使用したＳＣＭ５０４を、そのまま薄くするだけでは、ビデオカメラに必要な所定のＩＲカット特性が得られない。ＳＣＭ５０４は厚さ０．７５ｍｍで最良のＩＲ特性を示すからである。
【００３６】そこで、厚さを０．５７ｍｍまで低減でき、かつ０．７５ｍｍのＳＣＭ５０４と同等のＩＲカット特性を有する赤外カットフィルタ２６が必要になる。
【００３７】本実施形態では、レギュラー解像度（６３万画素）用の赤外カットフィルタ２６として、厚さ０．５７ｍｍの松浪ガラス製のＢＳ−１５ＥＤを使用する。この赤外カットフィルタは、厚さ０．７５ｍｍで最良のＩＲ特性を示すＳＣＭ５０４に比較して、ＣｕＯの含有量が多く設定してある。したがって、０．５７ｍｍの薄さでも同様のＩＲカット特性を示す。
【００３８】なお、光学ローパスフィルタ２７自体の厚さは変わらず、トータルで１．１９ｍｍである。この光学ローパスフィルタ２７を、図３（ａ）の光学ローパスフィルタに代えて、共用光学レンズ系１０に挿入すると、６３万画素のビデオカメラに好適に共用できる。
【００３９】これをまとめると以下のようになる。
【００４０】
解像度 水晶厚（ｍｍ） ＩＲフィルタ（ｍｍ） 合計（ｍｍ）
６３万画素 ０．６２ ０．５７（BS-15ED） １．１９１３３万画素 ０．４４ ０．７５（SCM504） １．１９ 変化量 −０．１８ ＋０．１８
【００４１】図４は、上述した２つのＩＲカットフィルタの分光特性グラフである。厚さ０．５７ｍｍのＢＳ１５ＥＤを用いたレギュラーＣＣＤ用の光学ローパスフィルタの分光特性（光透過特性）を実線で、厚さ０．７５ｍｍのＳＣＭ５０４を用いたメガＣＣＤ用の光学フィルタの分光特性を破線で示す。いずれを用いた場合も、可視領域で９０％近い透過率を維持し、５５０ｎｍから赤外領域にかけて急激に光透過をカットする良好な特性を得ることができる。
【００４２】このように、撮像素子の画素ピッチ、すなわち解像度に応じて決定される水晶体の厚さの変化分を補償するように、ＩＲカットフィルタの厚さを決定し、決定した厚さにおいて、変更前のＩＲカット特性と同等の特性を示す素材のＩＲカットフィルタを選択する。これによって、光学ローパスフィルタのトータルの厚さを一定に維持する。
【００４３】この構成によると、撮像装置の解像度に応じて水晶体の厚さが変わっても、光学ローパスフィルタのトータルの厚さは一定であり、結像位置が一定に維持される。したがって、結像位置を調整するためのダミーガラスや、結像位置に撮像面を合わせるためのスペーサが不要になる。鏡筒を再設計する必要もない。解像度に応じた光学ローパスフィルタを光学レンズ系に交換可能に挿入するだけで、光学レンズ系を異なる解像度の撮像装置間で共用して取り付けることが可能になる。
【００４４】なお、上述した実施形態では、ズームレンズに光学ローパスフィルタを挿入した光学レンズ系を示したが、これに限定されず、単焦点のレンズにも適用可能であることはいうまでもない。
【００４５】
【発明の効果】簡単な手法で、高解像度のメガCCDと、通常の解像度を有するレギュラーCCDに光学レンズ系を共用することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的なビデオカメラの撮像光学系の概略断面図である。
【図２】撮像装置で使用される光学ローパスフィルタの作用を示す図であり、図２（ａ）は水晶体の複屈折性による入射光線の分離を、図２（ｂ）は水晶体の厚さの変化による結像位置のずれを示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る共用光学レンズ系の概略図であり、図３（ａ）は高解像度用の光学ローパスフィルタを含む共用光学レンズ系を、図３（ｂ）は通常の解像度用の光学ローパスフィルタに交換した共用光学レンズ系を示す図である。
【図４】図３の異なる解像度用の光学ローパスフィルタの光学透過特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 共用光学レンズ系
１１ レンズ系
１３ 撮像面（ＣＣＤアレイ）
１５ 水晶体
１６ 赤外（ＩＲ）カットフィルタ
１７ 光学ローパスフィルタ
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はビデオカメラ等の撮像装置に用いられる、光学ローパスフィルタを含む光学レンズ系に関し、特に異なる解像度の撮像装置間で共用される光学レンズ系に関する。
【０００２】
【従来の技術】ビデオカメラ等の撮像装置は、通常、撮像レンズと、ＣＣＤ等の撮像素子の間に、ノイズ（偽信号）の抑制を目的とする光学ローパスフィルタが挿入されている。
【０００３】図１は、一般的なビデオカメラで用いられる撮像光学ユニット１００の一部省略断面図である。撮像光学ユニット１００は、鏡筒１０１の中に、たとえば第１〜第４レンズ群（第３レンズ群は図示省略）１０２ａ〜１０２ｄで構成される撮像レンズを収納する。撮像レンズを通過した光は、ＣＣＤアレイ１０３上に配置される撮像素子（不図示）に入射する前に、光学ローパスフィルタ１０７を通過する。
【０００４】光学ローパスフィルタ１０７は、水晶体１０５と、水晶体の出射面に貼り合わせられた赤外カットフィルタ１０６と、ＣＣＤアレイ１０３の解像度に応じて、水晶体１０５および赤外カットフィルタ１０６を通過した光の結像位置を調整するためのダミーガラス１０４を有する。
【０００５】水晶体は複屈折性を有し、入射光線を空間的に光路が離間した常光線１０９ａと異常光線１０９ｂとに分離して出射する。この複屈折による分離幅は、ＣＣＤアレイ１０３の画素ピッチに応じたものであり、被写体からの光のうち、ＣＣＤアレイ１０３の画素ピッチに近接する空間周波数成分が減衰されてＣＣＤアレイ１０３の光電変換面に像が結ばれる。これにより、被写体の特定空間周波数と画素ピッチとの干渉に起因するサンプリングノイズ（偽信号）が抑制される。
【０００６】また、水晶体１０５の出射面に位置する赤外カットフィルタ１０６は、入射光のうち近赤外域を中心とした波長の光を除去する。一般にビデオカメラに使用されている撮像素子の光の分光特性は、可視領域から近赤外域である９５０ｎｍあたりまで延びているため、近赤外域を除去して、ＣＣＤ等の撮像素子の波長感度特性を人間の視感度に近い特性に補正する必要があるからである。
【０００７】具体的には、４００〜５２０ｎｍの光の透過率を極力高く、６００ｎｍ〜９５０ｎｍの光を極力吸収することのできるガラス材を赤外カットフィルタとして使用するが、ガラス材そのものの種類が限られており、ガラス材が決まると、赤外カットフィルタとして上述した光学特性を出すことのできる最良の厚さが一義的に決まってくる。
【０００８】ところで、ＣＣＤアレイ１０３の画素ピッチは、ビデオカメラの解像度によって異なる。上述したように、光学ローパスフィルタ１０７の水晶体１０５は、ＣＣＤアレイ１０３の画素ピッチに対応する空間周波数成分を減衰させる目的で挿入されるので、水晶体１０５の厚さｔは、使用されるビデオカメラの画素ピッチに応じて決定される。
【０００９】具体的には、図２（ａ）に示すように、常光線と異常光線との分離幅ｄが、ＣＣＤアレイ１０３上のＣＣＤ１１１の配列ピッチにほぼ一致する場合に、被写体の空間周波数と画素ピッチとの干渉を排除できる。逆にいえば、分離幅ｄが画素ピッチにほぼ一致するように、水晶体１０５の厚さを設定する必要がある。
【００１０】水晶体の厚さをｔ（ｍｍ）、分離幅をｄ（μｍ）とすると、一般に、ｄ＝５．８８ｔ （１）
の関係がある。
【００１１】式（１）の関係を満たすように、使用するＣＣＤアレイの画素ピッチに応じて、水晶体１０５の厚さｔが選択されるのである。
【００１２】解像度が比較的低い、すなわち画素ピッチが比較的広いＣＣＤアレイで厚さｔ１の水晶体１０５を用いるとする。この場合、図２（ｂ）の実線で示すように、入射光線は、水晶体１０５で複屈折し、厚さｔ’の赤外カットフィルタ１０６を通過して撮像面上の点Ｘで結像する。
【００１３】次に、より高解像の、すなわち画素ピッチが狭いＣＣＤアレイに光学ローパスフィルタ１０７を使用する場合は、その画素ピッチに対応する空間周波数の干渉を排除するために、水晶体の厚さをより薄いｔ２に設定する必要がある。しかし、赤外カットフィルタ１０６の厚さｔ’と、レンズ系１０２自体の焦点距離は一定なので、入射光線は図２（ｂ）の破線で示すように複屈折して、撮像面より距離Δだけ手前の点Ｙで結像する。
【００１４】撮像面上で結像しなくなると、画像がぼやけ、画質が損なわれる。したがって、焦点位置のずれΔ（Δ＝０．２６×（ｔ２−ｔ１））を解消しなければならない。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】焦点位置のずれΔを解消するために、以下の３つの方法が用いられてきた。
【００１６】（１） 図１に示すように、光学ローフィルタ１０７にΔの厚さに対応するダミーガラス１０４を挿入して、結像位置をＸに一致させる。
【００１７】（２） 解像度の異なる撮像装置ごとに、鏡筒１０１の設計を変更する。
【００１８】（３） ＣＣＤアレイ１０３の保持部に取り外し可能のスペーサ（不図示）を挿入して、ＣＣＤアレイ１０３の撮像面を結像点Ｙに一致させる。
【００１９】しかし、光学ローパスフィルタにローパスダミーガラス１０４を挿入すると、製造工程が増える上に、コストも高くなる。
【００２０】鏡筒の設計を変更するには、金型自体の設計を変更する必要があり、金型の設計、作製のための費用がかかる。また、作製した鏡筒は、その光学ローパスフィルタを含む光学レンズ系専用にしか使用できない。
【００２１】ＣＣＤアレイ１０３の保持部にスペーサを挿入して撮像面の位置を調整する方法では、部品コストが余分にかかるうえに、スペーサとＣＣＤアレイとの間の位置決めピンを要するため、位置精度が劣り、結果的に画質が劣る。
【００２２】したがって、本発明では、鏡筒の設計を変えずに、かつ、余分な部品や構成要素を増やすことなく、光学ローパスフィルタを含めた一本のレンズ系で、解像度の異なるＣＣＤアレイに共用できる光学レンズ系および共用方法を提供する。
【００２３】
【課題を解決するための手段】解像度に応じた水晶体の厚さの変化にかかわらず結像位置を一定に保つには、光学ローパスフィルタ自体の厚さが一定であればよい。従来は、必要な厚さのダミーガラス１０４を挿入することによって、光学ローパスフィルタ１０７全体の厚さを一定にしていた。赤外カットフィルタ１０６は、所定の光透過特性を出すための厚さが一義的に決まっていたからである。
【００２４】本発明では、ダミーガラスを用いずに、赤外カットフィルタの厚さそのものを調整して、結果的に光学ローパスフィルタの厚さが一定となるようにする。すなわち、水晶体の厚さの変化分を、赤外カットフィルタの厚さで補償するのである。たとえば、解像度のより低いビデオカメラで使用するために、水晶体の厚さを厚くした場合は、その厚さの変化分だけ、赤外カットフィルタの厚さを薄くして、トータルの光学ローパスフィルタの厚さを一定とする。
【００２５】本発明の第１の態様において、任意の解像度の撮像装置に使用される共用光学レンズ系は、一定の焦点距離を有するレンズ部と、レンズ部と撮像装置の撮像面との間に挿入される交換可能な光学ローパスフィルタとを含む。光学ローパスフィルタは、使用される撮像装置の解像度にかかわりなく一定の厚さを有し、（ａ）撮像装置の解像度を定義する画素ピッチに比例して決定される厚さの水晶体と、（ｂ）水晶体の厚さの変化分を補償する厚さを有し、かつ所定の光透過特性（ＩＲカット特性）を有する赤外カットフィルタとで構成される。
【００２６】この共用光学レンズ系は、追加の部品を必要とせず、鏡筒の設計を変更しなくとも、異なる解像度の撮像装置間で共用することができる。また、部品追加による誤差の蓄積がないので、高精度を維持できる。
【００２７】さらに、スペーサやダミーガラスのための部品コストを削減できる。複数種類の撮像装置間で共用できるため、ロット数を増やして量産コストも低減できる。
【００２８】本発明の第２の態様では、異なる解像度の撮像装置間での光学レンズ系の共用取り付け方法を提供する。この方法は、（ａ）第１の解像度を有する第１撮像装置の光学レンズ系に、第１の解像度に応じた第１の厚さの水晶体と、所定の光透過特性を有する赤外カットフィルタとで構成される、所定の厚さの第１光学ローパスフィルタを挿入する；
（ｂ）第１光学ローパスフィルタに代えて、前記光学レンズ系に、第１の厚さと異なる第２の厚さの水晶体と、水晶体の厚さの変化分を補償する厚さかつ前記所定の光透過特性を示す別の赤外カットフィルタとで構成され、前記所定の厚さを有する第２光学ローパスフィルタを挿入する；そして（ｃ）第２光学ローパスフィルタを含む光学レンズ系を、第２の解像度を有する第２撮像装置に取り付けるというステップを含む。
【００２９】この方法では、新たに鏡筒のための金型設計や作製工程が不要であり、ダミーガラスやスペーサの製造、組み込みの工程も不要である。
【００３０】
【発明の実施の形態】図３は、本発明の一実施形態に係る共用光学レンズ系１０を示す。共用光学レンズ系１０は、複数のレンズ群で構成され一定の焦点距離を有するレンズ系１１と、前記レンズ系１１と撮像装置の撮像面１３との間に挿入される交換可能な光学ローパスフィルタ１７とを含む。光学ローパスフィルタ１７は、使用される撮像装置の解像度にかかわりなく一定の厚さＴを有する。光学ローパスフィルタ１７は、撮像装置の解像度を定義する画素ピッチに比例して決定される厚さの水晶体１５と、水晶体１５の厚さの変化分を補償する厚さを有し、かつ所定の光透過特性（ＩＲカット特性）を有する赤外カットフィルタ１６とで構成される。
【００３１】図３（ａ）において、共用光学レンズ系１０は、高解像度の、たとえば１３３万画素のビデオカメラに使用される態様にある。この場合、画素ピッチを２．８μｍとする。水晶体１５は一定の複屈折性を有するため、入射光線の分離幅ｄを、画素ピッチに合わせて選択する必要がある。実用面では、完全に分離幅と画素ピッチ（ＣＣＤ撮像素子の格子幅）とが一致する設計もあるし、撮像素子の格子幅に対して分離幅を数％ほど高域に（すなわち狭く）設定する設計もあり、ケースバイケースで選択する。
【００３２】今、水晶体の厚さをｔ（ｍｍ）、分離幅をｄ（μｍ）とすると、一般にｔ＝ｄ／５．８８ （２）
の関係がある。
【００３３】したがって、図３（ａ）の１３３万画素の例では、ｄの値を画素ピッチ２．８μｍより若干小さく設定して式（２）に代入すると、水晶体１５の厚さｔ１は、 ｔ１＝２．８×０．９３／５．８８＝０．４４ｍｍ （３）
となる。
【００３４】このとき、赤外カットフィルタ１６として、たとえばＳＣＭ５０４（住田光学製）を用いる。ＳＣＭ５０４を用いたときの良好なＩＲカット特性を示すＩＲカットフィルタ１６の厚さは、０．７５ｍｍである。光学ローパスフィルタ１７のトータルの厚さＴは、１．１９ｍｍとなる。この光学ローパスフィルタ１７を共用光学レンズ系１０に挿入して、１３３万画素のビデオカメラに使用すると、結像位置が正確で、干渉が低減され、かつＩＲカット特性が良好で色モアレ等のない良好な画像が得られる。
【００３５】次に、図３（ｂ）に示すように、この共用光学レンズ系１０をスペーサやダミーガラスを用いず、かつ鏡筒の設計も変更することなく、一般的な６３万画素のビデオカメラに使用する。６３万画素のＣＣＤアレイ１３の画素ピッチは、３．８μｍである。したがって、水晶体１５の厚さを、画素ピッチ３．８μｍに対応する厚さｔ２に設定する必要がある。この場合も、分離幅を若干高域に設定する例を用いると、 ｔ２＝３．８×０．９６／５．８８＝０．６２ｍｍ （４）
光学ローパスフィルタ２７の厚さＴを一定にして、結像位置を撮像面１３上に維持するには、赤外カットフィルタの厚さを、 Ｔ−ｔ２＝１．１９−０．６２＝０．５７ｍｍ （５）
にしなければならない。図３（ａ）で使用したＳＣＭ５０４を、そのまま薄くするだけでは、ビデオカメラに必要な所定のＩＲカット特性が得られない。ＳＣＭ５０４は厚さ０．７５ｍｍで最良のＩＲ特性を示すからである。
【００３６】そこで、厚さを０．５７ｍｍまで低減でき、かつ０．７５ｍｍのＳＣＭ５０４と同等のＩＲカット特性を有する赤外カットフィルタ２６が必要になる。
【００３７】本実施形態では、レギュラー解像度（６３万画素）用の赤外カットフィルタ２６として、厚さ０．５７ｍｍの松浪ガラス製のＢＳ−１５ＥＤを使用する。この赤外カットフィルタは、厚さ０．７５ｍｍで最良のＩＲ特性を示すＳＣＭ５０４に比較して、ＣｕＯの含有量が多く設定してある。したがって、０．５７ｍｍの薄さでも同様のＩＲカット特性を示す。
【００３８】なお、光学ローパスフィルタ２７自体の厚さは変わらず、トータルで１．１９ｍｍである。この光学ローパスフィルタ２７を、図３（ａ）の光学ローパスフィルタに代えて、共用光学レンズ系１０に挿入すると、６３万画素のビデオカメラに好適に共用できる。
【００３９】これをまとめると以下のようになる。
【００４０】
解像度 水晶厚（ｍｍ） ＩＲフィルタ（ｍｍ） 合計（ｍｍ）
６３万画素 ０．６２ ０．５７（BS-15ED） １．１９１３３万画素 ０．４４ ０．７５（SCM504） １．１９ 変化量 −０．１８ ＋０．１８
【００４１】図４は、上述した２つのＩＲカットフィルタの分光特性グラフである。厚さ０．５７ｍｍのＢＳ１５ＥＤを用いたレギュラーＣＣＤ用の光学ローパスフィルタの分光特性（光透過特性）を実線で、厚さ０．７５ｍｍのＳＣＭ５０４を用いたメガＣＣＤ用の光学フィルタの分光特性を破線で示す。いずれを用いた場合も、可視領域で９０％近い透過率を維持し、５５０ｎｍから赤外領域にかけて急激に光透過をカットする良好な特性を得ることができる。
【００４２】このように、撮像素子の画素ピッチ、すなわち解像度に応じて決定される水晶体の厚さの変化分を補償するように、ＩＲカットフィルタの厚さを決定し、決定した厚さにおいて、変更前のＩＲカット特性と同等の特性を示す素材のＩＲカットフィルタを選択する。これによって、光学ローパスフィルタのトータルの厚さを一定に維持する。
【００４３】この構成によると、撮像装置の解像度に応じて水晶体の厚さが変わっても、光学ローパスフィルタのトータルの厚さは一定であり、結像位置が一定に維持される。したがって、結像位置を調整するためのダミーガラスや、結像位置に撮像面を合わせるためのスペーサが不要になる。鏡筒を再設計する必要もない。解像度に応じた光学ローパスフィルタを光学レンズ系に交換可能に挿入するだけで、光学レンズ系を異なる解像度の撮像装置間で共用して取り付けることが可能になる。
【００４４】なお、上述した実施形態では、ズームレンズに光学ローパスフィルタを挿入した光学レンズ系を示したが、これに限定されず、単焦点のレンズにも適用可能であることはいうまでもない。
【００４５】
【発明の効果】簡単な手法で、高解像度のメガCCDと、通常の解像度を有するレギュラーCCDに光学レンズ系を共用することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的なビデオカメラの撮像光学系の概略断面図である。
【図２】撮像装置で使用される光学ローパスフィルタの作用を示す図であり、図２（ａ）は水晶体の複屈折性による入射光線の分離を、図２（ｂ）は水晶体の厚さの変化による結像位置のずれを示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る共用光学レンズ系の概略図であり、図３（ａ）は高解像度用の光学ローパスフィルタを含む共用光学レンズ系を、図３（ｂ）は通常の解像度用の光学ローパスフィルタに交換した共用光学レンズ系を示す図である。
【図４】図３の異なる解像度用の光学ローパスフィルタの光学透過特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 共用光学レンズ系
１１ レンズ系
１３ 撮像面（ＣＣＤアレイ）
１５ 水晶体
１６ 赤外（ＩＲ）カットフィルタ
１７ 光学ローパスフィルタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】 任意の解像度の撮像装置に使用される共用光学レンズ系であって、一定の焦点距離を有するレンズ部と、前記レンズ部と、前記撮像装置の撮像面との間に挿入される交換可能な光学ローパスフィルタとを備え、前記光学ローパスフィルタは、使用される撮像装置の解像度にかかわりなく一定の厚さを有し、前記解像度を定義する画素ピッチに基づいて決定される厚さの水晶体と、前記解像度の変化に応じた水晶体の厚さの変化分を補償する厚さを有し、かつ所定の光透過特性を有する赤外カットフィルタとで構成されることを特徴とする共用光学レンズ系。
【請求項２】 第１の解像度を有する第１撮像装置の光学レンズ系に、前記第１の解像度に応じた第１の厚さの水晶体と、所定の光透過特性を有する赤外カットフィルタとで構成される、所定の厚さの第１光学ローパスフィルタを挿入するステップと、前記第１光学ローパスフィルタに代えて、前記光学レンズ系に、前記第１の厚さと異なる第２の厚さの水晶体と、前記水晶体の厚さの変化分を補償する厚さかつ前記所定の光透過特性を有する別の赤外カットフィルタとで構成され、前記所定の厚さを有する第２光学ローパスフィルタを挿入するステップと、当該第２光学ローパスフィルタを含む光学レンズ系を、第２の解像度を有する第２撮像装置に取り付けるステップとを含む、光学レンズ系の共用取り付け方法。
【請求項１】 任意の解像度の撮像装置に使用される共用光学レンズ系であって、一定の焦点距離を有するレンズ部と、前記レンズ部と、前記撮像装置の撮像面との間に挿入される交換可能な光学ローパスフィルタとを備え、前記光学ローパスフィルタは、使用される撮像装置の解像度にかかわりなく一定の厚さを有し、前記解像度を定義する画素ピッチに基づいて決定される厚さの水晶体と、前記解像度の変化に応じた水晶体の厚さの変化分を補償する厚さを有し、かつ所定の光透過特性を有する赤外カットフィルタとで構成されることを特徴とする共用光学レンズ系。
【請求項２】 第１の解像度を有する第１撮像装置の光学レンズ系に、前記第１の解像度に応じた第１の厚さの水晶体と、所定の光透過特性を有する赤外カットフィルタとで構成される、所定の厚さの第１光学ローパスフィルタを挿入するステップと、前記第１光学ローパスフィルタに代えて、前記光学レンズ系に、前記第１の厚さと異なる第２の厚さの水晶体と、前記水晶体の厚さの変化分を補償する厚さかつ前記所定の光透過特性を有する別の赤外カットフィルタとで構成され、前記所定の厚さを有する第２光学ローパスフィルタを挿入するステップと、当該第２光学ローパスフィルタを含む光学レンズ系を、第２の解像度を有する第２撮像装置に取り付けるステップとを含む、光学レンズ系の共用取り付け方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００３−２７９８５２（Ｐ２００３−２７９８５２Ａ）
【公開日】平成１５年１０月２日（２００３．１０．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００２−７９４３５（Ｐ２００２−７９４３５）
【出願日】平成１４年３月２０日（２００２．３．２０）
【出願人】（０００００４３２９）日本ビクター株式会社 (3,896)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１５年１０月２日（２００３．１０．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１４年３月２０日（２００２．３．２０）
【出願人】（０００００４３２９）日本ビクター株式会社 (3,896)
【Ｆターム（参考）】
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