JP2008035199A - 光学フィルター手段を有する撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 広いダイナミックレンジでかつ被写体の明るさに応じて分光特性を変え、撮影することができる光学フィルター手段を有する撮像装置を得ること。
【解決手段】 撮像素子２１と、撮影光学系１０から前記撮像素子に至る光の光路中に対して、複数の光学素子を選択的に挿脱する光学フィルター手段２０を有する撮像装置であって、前記複数の光学素子は、赤外カット作用とＮＤ作用とを併せ持つハイブリッド赤外カットフィルターＬ２を含んでおり、前記光学フィルター手段は、前記複数の光学素子を１つの駆動手段で駆動すること。
【選択図】 図１

Description

本発明は光学フィルター手段を有する撮像装置に関し、赤外カットフィルター、ＮＤフィルターなどの各種の光学フィルターが搭載されたデジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、監視用カメラ等に好適なものである。

ＣＣＤ等の撮像素子の露出感度領域は、銀塩フィルムのそれに比べて狭い。このため従来、ＣＣＤ等の撮像素子を用いる撮像装置では、被写体の明るさに応じてＮＤフィルターを光路中から挿脱させる機構を用いて露出ダイナミックレンジを広くとることが行われている（特許文献１、２）。

また多くの撮像装置では、カラー画像を得るのに有害光である近赤外光をカットするための赤外カットフィルターを撮像素子の光入射側に配置している。

赤外カットフィルターを用いると撮像素子に入射する光量が少なくなる。このため被写体が暗いときは、カラー画像のカラーバランスを犠牲にして、赤外カットフィルターを光路中から退避させて撮像素子に多くの光が入射するようにしている。

これによって光量を十分確保して暗所での撮影を可能にしてダイナミックレンジを広げた撮像装置が知られている（特許文献３、４）
特開平１０−９０７４８号公報 特開２０００−１２２１０９号公報 特開平１１−９８３９０号公報 特開２００２−１８９２３８号公報

従来の撮像装置では、広いダイナミックレンジを有し、かつ被写体の明るさに応じて分光特性を変えて撮影するため赤外カットフィルターとＮＤフィルターを各々有していた。

そして赤外カットフィルターを光路中から挿脱させる駆動手段とＮＤフィルターを光路中から挿脱させる駆動手段を別々に有していた。このため駆動手段及びその配置スペースが２ヶ所必要となり、装置全体が複雑に成る傾向があった。

本発明は複数の光学フィルターのうち任意の１つの光学フィルターの光路中からの挿脱を簡易な駆動手段で行うことができ、広いダイナミックレンジでかつ被写体の明るさに応じて分光特性を変え、撮影することができる撮像装置の提供を目的とする。

本発明の光学フィルター手段を有する撮像装置は、
撮像素子と、撮影光学系から前記撮像素子に至る光の光路中に対して、複数の光学素子を選択的に挿脱する光学フィルター手段を有する撮像装置であって、
前記複数の光学素子は、赤外カット作用とＮＤ作用とを併せ持つハイブリッド赤外カットフィルターを含んでおり、
前記光学フィルター手段は、前記複数の光学素子を１つの駆動手段で駆動することを特徴としている。

本発明によれば被写体光量に応じて赤外カット作用とＮＤ作用を有するハイブリッド赤外カットフィルターの挿脱を一つの駆動手段で行うことができる。さらに本発明によれば撮影時の広いダイナミックレンジを確保しつつ装置全体の小型化を図ることができる光学フィルター手段を有する撮像装置を達成することができる。

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

図１は本発明の光学フィルター装置を有したデジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置の実施例１の要部概略図である。

図１において、１０は被写体からの光（撮影光）を撮像素子に導く撮影光学系であり、レンズ部Ｌ１、開口絞り（虹彩絞り）ＳＰ、レンズ部Ｌ２を有している。撮影光学系１０は単一焦点距離の撮影レンズまたはズームレンズ等であって、後述する撮像素子２１の物体側（光入射側）に配置されている。

２０は光学フィルター手段である。光学フィルタ手段２０は複数の光学フィルター（光学素子）Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を有している。Ｌ１は赤外カット作用を有する赤外カットフィルターで、Ｌ２は赤外カット作用とＮＤ作用を有するハイブリッド赤外カットフィルターで、Ｌ３は可視域と赤外域において透明な平行平板である。Ｌ３は赤外光も可視光もカットしない場合に光路に挿入される透明な平行平板（ガラス平板）であって、光学フィルターＬ１やＬ２を挿入した際と光路長が変わらないようにするための、光路長調整用の光学素子である。

光学フィルター手段２０が有する光学フィルター（光学素子）は、上述の限りでは無く、ローパスフィルター、色フィルター、色温度変換フィルター等であっても良い。但し、光学フィルター手段２０が有する複数の光学フィルター（光学素子）は、その光学特性が互いに異なる複数の光学フィルターであることが望ましい。

２１は撮像素子で、２２は、光学フィルター手段の一部の駆動手段（勿論、光学フィルター手段とは別であっても構わない）である。ここで、光学フィルター手段２０のうち１つのフィルターが撮影光学系１０の光路中に選択的に配置されるように光学フィルター手段２０を矢印の方向に往復駆動している。ちなみに、ここで言う「１つの駆動手段」とは一つのモータであることが望ましい。しかしながら、一つの部材（本実施例でのフィルター保持枠２３）を移動させたり、一つの軸を回転させたり、一つのターレットを回転させたりするために、実質的に同じ機能を果たす複数のモータであっても構わない。

本実施例では、赤外カット作用を持つ赤外カットフィルターと、赤外カット作用の他にもう一つの波長特性を併せ持つハイブリッド赤外カットフィルターとを、一つの駆動手段（モータ等）で駆動している。本実施例においては、ハイブリッド赤外カットフィルターが持つもう一つの波長特性は、可視波長範囲において均一に透過率を減ずることができるＮＤ作用である。

図２は図１に示した各フィルターＬ１、Ｌ２、Ｌ３の分光特性の説明図である。曲線ＳＬ１は赤外カットフィルターＬ１の分光特性である。曲線ＳＬ２はハイブリッド赤外カットフィルターＬ２の分光特性である。曲線Ｌ３は光学フィルターＬ３の分光特性である。

ここで赤外カット作用とは波長４００ｎｍ〜６２０ｎｍにおける透過率が９０％以上で、波長７２０ｎｍ〜９００ｎｍにおける透過率が１％以下のことをいう。

このような赤外カット作用は薄膜を積層した多層膜がある。

ＮＤ作用とは波長４００ｎｍ〜７００ｎｍにおいて均一（透過率の差が１５％以内、好ましくは１０％以内）に透過率を低下させる光学作用のことである。ＮＤ作用を有するフィルターとしては、所謂Ｎｅｗｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙフィルター（灰色フィルター）がある。

図３、図４は各々本発明に係わるハイブリッド赤外カットフィルターＬ２の概略図である。図３は赤外カットフィルターとＮＤフィルターを貼り合わせたものであり、図４は赤外カットフィルターとＮＤフィルターを１つのユニットとしたものである。

図４のハイブリッド赤外カットフィルターＬ２は、赤外カット作用を有する赤外カットフィルター（光学部材）にＮＤ効果を持たせるため金属元素（Ｃｕ、Ｔｉ）をドープした構成またはＴｉＯ、ＴｉＯ_２、ＺｎＯ_２等の吸収成分を含む誘電体膜を蒸着したものである。ここで言う赤外カットフィルターとは、可視光を透過し、赤外光を吸収、或いは反射する光学部材のことである。

図５は図１の光学フィルター手段２０の要部概略図である。光学フィルター手段２０はフィルター保持枠２３にハイブリッド赤外カットフィルターＬ２と、赤外カットフィルターＬ１そして光学フィルターＬ３を直線的に配置して構成している。

図５ではハイブリッド赤外カットフィルターＬ２が撮影光学系１０の光軸１０ａ上に位置している場合を示している。

本実施例では通常の可視光線領域において被写体を撮影するときは駆動手段２２により光学フィルター手段２０を駆動して赤外カットフィルターＬ１が光路中に位置するようにする。即ち、有害光となる赤外光をカットして撮像素子２１に赤外光が入射しないようにしている。

被写体側の照度（輝度）が非常に大きい（明るい）ときは、ハイブリッド赤外カットフィルターＬ２が光路中に位置するようにする。これによって赤外光をカットすると共にＮＤ効果によって可視光の透過量を制限し、撮像素子２１に入射する入射量を制限する。このとき赤外カットフィルター効果も併せ持っているため撮像素子２１で得られる被写体像のカラーバランスが変わることはない。

被写体側の照度が非常に小さく暗いときは、光学フィルターＬ３が光路中に位置するようにする。このとき撮像素子２１に赤外光線が入射し、カラーバランスが多少低下するが、被写体像を先鋭に映し出すことができる。

本実施例における各フィルターは、表面反射を防ぐための反射防止コートを施していても良く、これによれば更に高い光学性能を発揮することができる。

以上のように本実施例によれば被写体光量に応じて赤外カット作用とＮＤ作用を有するハイブリッド赤外カットフィルターの挿脱を一つの駆動手段で行なうことができ、撮影時の広いダイナミックレンジを確保しつつ装置全体の小型化を図ることができる。

尚、本実施例においては、撮像素子２１と、光学フィルター手段２０と、駆動手段２２は、撮像装置本体（カメラ本体）の構成要素であるが、撮影光学系１０は必ずしも撮像装置本体の構成要素で無くても構わない。つまり、撮影光学系１０は、撮像装置本体に対して脱着可能な構成としても良い。

図６は本発明の光学フィルター手段を有する撮影装置の実施例２の要部概略図である。特に記載しない点に関しては、実施例１と同様である。

図６のズームレンズＺＬは、物体側より像側へ順に、負の屈折力の第１レンズ群Ｂ１、負の屈折力の第２レンズ群Ｂ２、開口絞りＳＰ、正の屈折力の第３レンズ群Ｂ３、正の屈折力の第４レンズ群Ｂ４より成っている。

広角端から望遠端へのズーミングに関して、第２レンズ群Ｂ２が像側へ、第３レンズ群Ｂ３が物体側へ、各々移動している。

２０は光学フィルター手段であり、図１で示したのと同様の構成より成っている。２１は撮像素子である。

本実施例においても、光学フィルター手段２０のうちの１つのフィルターを選択して、その選択された１つのフィルターを、１つの駆動手段２２によってズームレンズＺＬ中に挿脱している。

本発明の光学フィルター手段を有する撮影装置の実施例１の要部概略図 本発明に係わる各フィルターの分光特性の説明図 本発明に係わるハイブリッド赤外カットフィルターの構成図 本発明に係わるハイブリッド赤外カットフィルターの構成図 本発明に係わるハイブリッド赤外カットフィルターユニットの構成図 本発明の光学フィルター手段を有する撮影装置の実施例２の要部概略図

符号の説明

１０ 撮影光学系
２０ 光学フィルター手段
２１ 撮像素子
２２ 駆動手段
２３ フィルター保持枠
Ｌ１ 赤外カットフィルター
Ｌ２ ハイブリッド赤外カットフィルター
Ｌ３ 光学フィルター
ＺＬ ズームレンズ
Ｂ１〜Ｂ４：第１〜４レンズ群
ＳＰ：絞り装置

Claims (6)

1. 撮像素子と、撮影光学系から前記撮像素子に至る光の光路中に対して、複数の光学素子を選択的に挿脱する光学フィルター手段を有する撮像装置であって、
   前記複数の光学素子は、赤外カット作用とＮＤ作用とを併せ持つハイブリッド赤外カットフィルターを含んでおり、
   前記光学フィルター手段は、前記複数の光学素子を１つの駆動手段で駆動することを特徴とする撮像装置。
2. 前記複数の光学素子は、赤外カットフィルターを含んでおり、
   前記ハイブリッド赤外カットフィルターと前記赤外カットフィルターとは、前記１つの駆動手段によって前記光路中に挿脱されることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
3. 前記複数の光学素子は、透明な平行平板より成る光学素子を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の撮像装置。
4. 前記ハイブリッド赤外カットフィルターは、赤外カット作用を有する光学部材に金属元素をドープしたもの又はＴｉＯ、ＴｉＯ_２、ＺｎＯ_２のうち少なくとも１つを含む誘電体膜を蒸着したものであることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の光学フィルター手段を有する撮像装置。
5. 前記撮像装置は、被写体からの光を前記撮像素子に導く撮影光学系を有することを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の撮像装置。
6. 撮像素子と、該撮像素子の光入射側に位置した複数の光学フィルターを含む光学フィルター手段と、該光学フィルター手段の複数の光学フィルターのうちの１つの光学フィルターを該撮像素子の光入射面上から挿脱させる１つの駆動手段と、を有する光学フィルター手段を有する撮像装置であって、
   該光学フィルター手段は、赤外カット作用とＮＤ作用を有するハイブリッド赤外カットフィルターを有していることを特徴とする光学フィルター手段を有する撮像装置。