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JP2716041B2 - Imaging optical system for solid-state imaging device - Google Patents

Imaging optical system for solid-state imaging device

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JP2716041B2
JP2716041B2 JP63061846A JP6184688A JP2716041B2 JP 2716041 B2 JP2716041 B2 JP 2716041B2 JP 63061846 A JP63061846 A JP 63061846A JP 6184688 A JP6184688 A JP 6184688A JP 2716041 B2 JP2716041 B2 JP 2716041B2
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JP
Japan
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lens
solid
optical system
imaging device
imaging
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重憲 逢坂
正史 乾谷
和則 大野
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Fujifilm Holdings Corp
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Fuji Photo Film Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明はカメラ、とくに色分離フィルタを用いた固体
撮像素子のための結像光学系に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a camera, and more particularly to an imaging optical system for a solid-state imaging device using a color separation filter.

背景技術 周知のようにカラー固体撮像素子には、色分離された
映像信号を出力するために、撮像セルアレイの表面に色
分離フィルタが配設されたものがある。色分離フィルタ
のセグメント配列の空間周波数より高い周波数を有する
絵柄を表わす入射光によって再生画像に偽色が発生する
のを防ぐために、そのような高域画像の入射光を除去す
る光学的低域通過フィルタを撮像素子の前方に配設す
る。
2. Description of the Related Art As is well known, some color solid-state imaging devices have a color separation filter disposed on the surface of an imaging cell array in order to output color-separated video signals. Optical low-pass to eliminate such high-frequency image incident light in order to prevent false colors from being generated in the reproduced image due to incident light representing a picture having a frequency higher than the spatial frequency of the segment arrangement of the color separation filter. A filter is provided in front of the image sensor.

たとえばビデオカメラなどの従来の結像光学系では、
この低域フィルタが撮像素子の直前に配置されている。
このため光学系レンズは、そのフランジバックを長くと
り、そこに低域フィルタを配設するように設計されてい
た。したがってレンズ系は、たとえばレトロタイプのよ
うに口径の大きな、しかもレンズ長の長いものを使用し
なければならず、大型化していた。
For example, in a conventional imaging optical system such as a video camera,
This low-pass filter is arranged immediately before the image sensor.
For this reason, the optical system lens has been designed so that its flange back is long and a low-pass filter is provided there. Therefore, a lens system having a large aperture and a long lens length, such as a retro type lens, must be used, and the lens system has been increased in size.

目的 本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、小型化
された固体撮像素子用結像光学系を提供することを目的
とする。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a compact imaging optical system for a solid-state imaging device that solves the drawbacks of the related art.

発明の開示 本発明によれば、光学的低域通過フィルタをレンズ系
の前またはその付近に配設することにより、結像光学系
にバックフォーカスの短いレンズの使用を可能にしてい
る。そのため、従来と同じ明るさを得るためにはレンズ
径の小さいレンズを使用することができる。
DISCLOSURE OF THE INVENTION According to the present invention, an optical low-pass filter is disposed in front of or near a lens system, so that a lens having a short back focus can be used in an imaging optical system. Therefore, a lens with a small lens diameter can be used in order to obtain the same brightness as the conventional one.

本発明によれば、色分離フィルタが撮像セルアレイの
上に配設されたカラー固体撮像素子の撮像セルアレイに
被写界の像を結像する固体撮像素子用結像光学系は、撮
像セルアレイの光軸上に配設され撮像セルアレイに像を
結像するレンズと、レンズに対してカラー固体撮像素子
とは反対の光軸上に配設され、被写界から入射する光の
うち色分離フィルタの色フィルタセグメント配列の空間
周波数より高い空間周波数を有する像の成分を除去する
光学フィルタとを有する。
According to the present invention, an imaging optical system for a solid-state imaging device that forms an image of an object field on an imaging cell array of a color solid-state imaging device in which a color separation filter is disposed on the imaging cell array is provided. A lens that is arranged on the axis and forms an image on the imaging cell array, and is arranged on the optical axis opposite to the color solid-state imaging device with respect to the lens, and includes a color separation filter of light incident from the object scene An optical filter for removing a component of an image having a spatial frequency higher than the spatial frequency of the color filter segment array.

実施例の説明 次に添付図面を参照して本発明による固体撮像素子用
結像光学系の実施例を詳細に説明する。
DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS Next, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the imaging optical system for a solid-state imaging device according to the present invention will be described in detail.

第1図を参照すると、カラー固体撮像素子10を有する
カメラの結像光学系に本発明を適用した実施例が示され
ている。カラー固体撮像素子10は、たとえばCCDなどの
電荷転送デバイスであり、その撮像セルアレイ12の表面
には色分離フィルタ14が配設されている。色分離フィル
タ14は、撮像セルアレイ12の各撮像セルに向う光を3分
解色に分離するように配列された多数の色フィルタセグ
メントを有する。同図は、これらの構成を表示の便宜
上、いくぶん誇張して概念的に示している。
Referring to FIG. 1, there is shown an embodiment in which the present invention is applied to an imaging optical system of a camera having a color solid-state imaging device 10. The color solid-state imaging device 10 is, for example, a charge transfer device such as a CCD, and a color separation filter 14 is provided on a surface of the imaging cell array 12. The color separation filter 14 has a number of color filter segments arranged so as to separate light directed to each imaging cell of the imaging cell array 12 into three separated colors. This figure shows these configurations conceptually in a somewhat exaggerated manner for convenience of display.

撮像セルアレイ12の前方には、アレイ12の主光軸16上
に本実施例では約1.5倍の倍率を有するズームレンズ18
が配設されている。レンズ18は、本実施例では前レンズ
群20と後レンズ群22の2群のレンズからなる凸凹型ズー
ムレンズである。その原理的構成を第3図に示すよう
に、前レンズ群20が光軸16方向Aに前後に可動であり、
後レンズ群22が光軸16方向Bに前後に可動し、ズーム機
能を実現している。第1図に示すレンズ位置が広角端状
態、第2図に示すレンズ位置が望遠端状態である。以降
の図において、第1図に示す構成要素と同様の要素は同
じ参照符号で示されている。
In front of the imaging cell array 12, a zoom lens 18 having a magnification of about 1.5 in this embodiment on a main optical axis 16 of the array 12 is provided.
Are arranged. In the present embodiment, the lens 18 is a concave-convex zoom lens composed of two groups of a front lens group 20 and a rear lens group 22. 3, the front lens group 20 is movable back and forth in the optical axis 16 direction A, as shown in FIG.
The rear lens group 22 moves back and forth in the direction B of the optical axis 16 to realize a zoom function. The lens position shown in FIG. 1 is in the wide-angle end state, and the lens position shown in FIG. 2 is in the telephoto end state. In the following figures, the same elements as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.

前レンズ群20の前方の光軸16上には、絞り24が、さら
にその前方には光学的低域通過フィルタ26が配設されて
いる。低域フィルタ26はたとえば、屈折率の異なる透明
材料の微小粒子をやはり透明な樹脂材料の平板内に分散
させたものが使用される。低域フィルタ26は、光軸16上
を被写界からこれに入射する入射光のうち色分離フィル
タ12のセグメント配列の空間周波数より実質的に高い空
間周波数を有する絵柄の成分を除去する。本実施例で
は、ズームレンズの前にフィルタ26を配置しており、焦
点距離の変化に伴って除去すべき周波数の成分は結像側
で変化する。しかし本実施例の場合、低倍率であり、実
用上問題ない。これによって、そのような空間的に高域
の絵柄を表わす入射光により固体撮像素子10からの再生
画像に偽色が発生するのを防ぐ。
A stop 24 is provided on the optical axis 16 in front of the front lens group 20, and an optical low-pass filter 26 is further provided in front of the stop 24. As the low-pass filter 26, for example, a filter in which fine particles of a transparent material having a different refractive index are dispersed in a flat plate of a transparent resin material is used. The low-pass filter 26 removes a picture component having a spatial frequency substantially higher than the spatial frequency of the segment arrangement of the color separation filter 12 from the incident light incident on the optical axis 16 from the object field. In the present embodiment, the filter 26 is disposed in front of the zoom lens, and the component of the frequency to be removed changes on the image forming side as the focal length changes. However, in this embodiment, the magnification is low, and there is no practical problem. This prevents a false color from being generated in a reproduced image from the solid-state imaging device 10 due to such incident light representing a spatially high-frequency pattern.

本実施例は、レンズ18の前方部分では被写界から入射
する入射光が実質的に平行光であることに着目し、低域
フィルタ26をレンズ18の前方に配設している。これによ
りレンズ18には、従来のように低域フィルタ26の配設の
ための空間を形成する必要がなく、したがってレンズ18
は、バックフォーカスおよびフランジバックの短いもの
を使用することが可能になる。そのため、従来と同じ明
るさを得るためにはレンズ径の小さいレンズを使用する
ことができる。
In this embodiment, the low-pass filter 26 is disposed in front of the lens 18 by focusing on the fact that the incident light from the object field is substantially parallel light in the front part of the lens 18. This eliminates the need for the lens 18 to form a space for disposing the low-pass filter 26 as in the related art.
Can use a lens having a short back focus and a short flange back. Therefore, a lens with a small lens diameter can be used in order to obtain the same brightness as the conventional one.

低域フィルタ26は本来、撮像素子10の撮像セルの配列
に対して光軸16について回転方向の位置的整合を精密に
とる必要がある。しかし本実施例では、低域フィルタ26
がレンズ18の前方に配設されているため、その調整作業
を行ないやすく、また高精度の取付け装置を必要としな
い。たとえば、撮像素子10から出力される映像信号を映
像モニタに再生してその再生画像を見ながらこの作業を
行なうことができる。
Originally, the low-pass filter 26 needs to precisely align the optical axis 16 in the rotational direction with respect to the arrangement of the imaging cells of the imaging device 10. However, in this embodiment, the low-pass filter 26
Since the lens is disposed in front of the lens 18, the adjustment operation can be easily performed, and a high-precision mounting device is not required. For example, this operation can be performed while reproducing a video signal output from the image sensor 10 on a video monitor and viewing the reproduced image.

比較のために従来の結像光学系の例を第6図に示す。
この従来例では、撮像素子10の光軸16上に撮像セルアレ
イ12から被写界に向って、低域通過フィルタ26、絞り2
4、ズームレンズ50がこの順に配列されている。レンズ5
0は約1.5倍のズーム機能を有し、その後レンズ群52が光
軸16方向Aに前後に可動であり、これによってズーム機
能を実現している。この従来例では、低域フィルタ26が
撮像素子10の直前に配置されているため、レンズ50は、
そのフランジバックおよびバックフォーカスを長くとる
ように設計されている逆望遠型(レトロフォーカスタイ
プ)である。したがってレンズ50は、大口径で焦点距離
の長いものを使用しなければならず、光学系全体がこれ
によって大型化する。
FIG. 6 shows an example of a conventional imaging optical system for comparison.
In this conventional example, a low-pass filter 26 and a diaphragm 2 are arranged on the optical axis 16 of the image sensor 10 from the imaging cell array 12 toward the field.
4. The zoom lenses 50 are arranged in this order. Lens 5
0 has a zoom function of about 1.5 times, and thereafter, the lens group 52 is movable back and forth in the optical axis 16 direction A, thereby realizing the zoom function. In this conventional example, since the low-pass filter 26 is disposed immediately before the image sensor 10, the lens 50 is
It is a reverse telephoto type (retro focus type) designed to have a long flange back and a long back focus. Therefore, it is necessary to use a lens having a large diameter and a long focal length as the lens 50, and the entire optical system is thereby enlarged.

第1図に示す本発明の実施例にて、これと同じ明るさ
およびズーム倍率の仕様を実現した場合の設計値例を第
1表に示す。この例は、明るさFが3.5,広角端焦点距離
fWが19.695mm、望遠端焦点距離fTが26.68mmのズームレ
ンズで、画角はそれぞれ31.2°、23.3°であり、第1図
に示すように5枚のレンズ18の10面と低域通過フィルタ
26の2面とで構成されている。絞り24は第2面と第3面
との間、または第8面と第9面との間に配置される。そ
の有限距離における収差図を第4図および第5図に示
す。第4図はレンズ位置が広角端状態の場合、第5図は
レンズ位置が望遠端状態の場合である。
Table 1 shows an example of design values when the same brightness and zoom magnification specifications are realized in the embodiment of the present invention shown in FIG. In this example, brightness F is 3.5, focal length at wide-angle end
This is a zoom lens with fW of 19.695 mm and telephoto end focal length fT of 26.68 mm. The angles of view are 31.2 ° and 23.3 °, respectively. As shown in FIG. 1, ten surfaces of five lenses 18 and a low-pass filter
It consists of 26 surfaces. The stop 24 is disposed between the second and third surfaces or between the eighth and ninth surfaces. 4 and 5 show aberration diagrams at the finite distance. FIG. 4 shows the case where the lens position is in the wide-angle end state, and FIG. 5 shows the case where the lens position is in the telephoto end state.

これらからわかるように本実施例では、光学的低域通
過フィルタ26がレンズ系20のアフォーカル部、たとえば
前方に配設されているので、結像光学系にバックフォー
カスやフランジバックの短い、たとえば望遠型(テレフ
ォトタイプ)のレンズが使用できる。そのため、従来と
同じ明るさではかなり小口径のレンズを使用することが
できる。この結果、光学的低域通過フィルタも小口径の
サイズでよい。
As can be seen from the above, in this embodiment, the optical low-pass filter 26 is disposed at the afocal portion of the lens system 20, for example, in front, so that the imaging optical system has a short back focus or a short flange back, for example, Telephoto (telephoto) lenses can be used. Therefore, a lens having a considerably small aperture can be used at the same brightness as the conventional one. As a result, the optical low-pass filter may have a small aperture size.

効果 このように本発明によれば、光学的低域通過フィルタ
がレンズ系における被写界側のアフォーカル部に配設さ
れているので、たとえば望遠型などのバックフォーカス
やフランジバックの短いレンズを結像光学系に使用で
き、また光学的低域通過フィルタも形状の小さいものを
使用することができる。また、射出瞳が長くなり、カラ
ーシェーディングの影響が小さい。したがって結像光学
系全体が従来より小型化、軽量化される。
As described above, according to the present invention, since the optical low-pass filter is disposed in the afocal portion on the object field side in the lens system, for example, a lens such as a telephoto type having a short back focus or a short flange back is used. It can be used in an imaging optical system, and an optical low-pass filter having a small shape can be used. Further, the exit pupil becomes longer, and the influence of color shading is small. Therefore, the entire imaging optical system can be made smaller and lighter than before.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図および第2図は、カラー固体撮像素子を有するカ
メラの結像光学系に本発明を適用した実施例を示す説明
図であり、第1図はレンズ位置が広角端状態の場合、第
2図はレンズ位置が望遠端状態の場合を示し、 第3図は、第1図および第2図に示す実施例の原理的構
成示す説明図、 第4図および第5図は、第6図に示す従来例と同じ明る
さおよびズーム倍率の仕様を本発明を適用して実現した
場合の設計例の有限距離における収差図を示し、第4図
はレンズ位置が広角端状態の場合、第5図はレンズ位置
が望遠端状態の場合であり、 第6図は従来の固体撮像素子カメラの結像光学系の例を
示す第1図と同様の図である。 主要部分の符号の説明 10……カラー固体撮像素子 12……撮像セルアレイ 18……レンズ 26……光学的低域通過フィルタ
1 and 2 are explanatory views showing an embodiment in which the present invention is applied to an imaging optical system of a camera having a color solid-state imaging device. FIG. 1 shows a case where a lens position is in a wide-angle end state. 2 shows the case where the lens position is in the telephoto end state, FIG. 3 is an explanatory view showing the principle configuration of the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, and FIGS. 4 and 5 are FIGS. FIG. 4 shows aberration diagrams at a finite distance in a design example when the same specifications of brightness and zoom magnification as those of the conventional example shown in FIG. FIG. 6 shows a case where the lens position is in the telephoto end state. FIG. 6 is a view similar to FIG. 1 showing an example of an image forming optical system of a conventional solid-state imaging device camera. Explanation of reference numerals of main parts 10: color solid-state imaging device 12: imaging cell array 18: lens 26: optical low-pass filter

フロントページの続き (72)発明者 乾谷 正史 東京都港区西麻布2丁目26番30号 富士 写真フイルム株式会社内 (72)発明者 大野 和則 埼玉県大宮市植竹町1丁目324番地 富 士写真光機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−278519(JP,A)Continued on the front page (72) Inventor Masafumi Inaya 2-26-30 Nishiazabu, Minato-ku, Tokyo Fuji Photo Film Co., Ltd. (72) Inventor Kazunori Ohno 1-324 Uetakecho, Omiya City, Saitama Prefecture Co., Ltd. (56) References JP-A-62-278519 (JP, A)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】色分離フィルタが撮像セルアレイの上に配
設されたカラー固体撮像素子の該撮像セルアレイに被写
界の像を結像する固体撮像素子用結像光学系において、
該結像光学系は、 前記撮像セルアレイの光軸上に配設され、該撮像セルア
レイに前記被写界の像を結像する望遠型のレンズと、 該レンズに対して前記カラー固体撮像素子とは反対の前
記被写界側における前記光軸上に配設され、前記被写界
から入射する光のうち前記色分離フィルタの色フィルタ
セグメント配列の空間周波数より高い空間周波数を有す
る前記像の成分を除去する光学フィルタと、 前記光学フィルタと前記レンズの間に配設された絞りで
あって、前記光学フィルタから射出された光の量を調節
して前記レンズに与える絞りとを有することを特徴とす
る固体撮像素子用結像光学系。
1. An imaging optical system for a solid-state imaging device, wherein a color separation filter forms an image of an object field on the imaging cell array of a color solid-state imaging device disposed on the imaging cell array.
The imaging optical system is disposed on an optical axis of the imaging cell array, a telephoto lens that forms the image of the object field on the imaging cell array, and the color solid-state imaging device with respect to the lens. Is a component of the image which is disposed on the optical axis on the opposite side of the object field and has a higher spatial frequency than the spatial frequency of the color filter segment array of the color separation filter among light incident from the object field. And an aperture provided between the optical filter and the lens, the aperture being provided to the lens by adjusting an amount of light emitted from the optical filter. An imaging optical system for a solid-state imaging device.
【請求項2】請求項1に記載の固体撮像素子用結像光学
系において、前記レンズは、ズームレンズであることを
特徴とする固体撮像素子用結像光学系。
2. An imaging optical system for a solid-state imaging device according to claim 1, wherein said lens is a zoom lens.
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