JP2000209510A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 赤外線カットフィルタの挿脱等フィルタの切
り換え手段を用いることなく、可視光、赤外の両領域の
撮像に対応した小型の撮像装置を得る。 【解決手段】 撮像装置は、撮像光路の光軸Ａ上に結像
光学系１と、赤外線カットコート３の形成された光学ロ
ーパスフィルタ２と、入射光を光電変換し撮像イメージ
を得るＣＣＤ（電荷結合素子）４が配列された構成であ
る。可視状況下での撮像においては、赤外線カットフィ
ルタを最大量回転（例えば４５度回転）させた状態で、
可視光を透過し赤外光を遮断する特性を得るよう構成
し、この状態で通常の可視光の撮像を行う。暗視カメラ
等の赤外線カメラとして用いる場合は、前記回転量を小
さくすることにより赤外光領域までを透過させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、可視領域と赤外領域の
両方において撮影が可能な撮像装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般的なビデオカメラは、光学的光軸上
に垂直に被写体側より結合光学系、赤外線カットフィル
タ、光学ローパスフィルタ、ＣＣＤ等の撮像デバイスの
順で構成されている。ＣＣＤ等の撮像デバイスの画素ピ
ッチに近い色情報を有する被写体では、撮像デバイスに
本来の映像情報と異なる疑似信号が発生し、出力された
映像において色がにじむモアレ現象が発生することがあ
った。光学ローパスフィルタはこのような上述の疑似信
号に関連する空間周波数成分を遮断、減衰させるために
用いる。

【０００３】ところで、ＣＣＤ等の撮像デバイスは比較
的広い感度特性を有しており、可視領域の光に加えて、
一部赤外領域の光にも応答する。しかしながら通常の被
写体撮影に用いられる撮像装置においては、赤外入射光
は迷光となり、解像度の低下、画像のシミ、ムラが生
じ、色再現性に悪影響を与える。

【０００４】このような悪影響を排除するために赤外線
カットフィルタが用いられており、従来着色ガラスが用
いられることが多かった。また最近においてはＡｌ２Ｏ
３、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２等の誘電体を多層に形成した多
層膜赤外線カットコート（以下赤外線カットコートとい
う）が用いられることが多くなった。これは例えば赤外
線カットコートが光学ローパスフィルタの表面に蒸着等
の手段により形成されるもので、このような構成により
全体の光路長を短くし、かつ部品点数を削減し、撮像装
置の小型化をめざすことも考えられている。

【０００５】また近年、近赤外あるいは赤外領域におい
ても撮像可能なビデオカメラ等の撮像装置が実用に供せ
られている。これは光路中の赤外線カットフィルタの挿
脱を行うことにより、切り換えを行うもので、例えば撮
像装置において、可視光領域の撮影時には着色ガラス等
の赤外線カットフィルタを撮像光路中に挿入し、赤外領
域の撮影時には当該赤外線カットフィルタを当該光路か
ら除去する構成となっている（特開昭５２−１２５２３
３号）。また、可視光カットフィルタと赤外線カットフ
ィルタを切り換える構成も考案されている（特開昭６１
−１３９７４号）。これら構成により撮像環境の切り換
えを行っていた。

【０００６】しかしながらこのような赤外線カットフィ
ルタの挿脱あるはフィルタの切り換えは、部品点数も多
くなるとともに、その機構上大きくならざるを得ず、光
路長も長くなるという欠点があった。

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題点を
解決するためになされたもので、赤外線カットフィルタ
の挿脱等フィルタの切り換え手段を用いることなく、可
視光、赤外の両領域の撮像に対応した小型の撮像装置を
得ることを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、多層膜赤外線
カットコートの遮断特性が当該赤外線カットコートへの
入射角に依存することに着目し、これを可視光、赤外光
両用の撮像装置に適用したものであり、次の各構成を特
徴とするものである。

【０００８】すなわち、請求項１には、光軸に沿って配
列された結像光学系と撮像デバイスの間に、多層膜赤外
線カットコートを形成した可視光透過板からなる赤外線
カットフィルタと光学ローパスフィルタを各々配置した
撮像装置であって、前記多層膜赤外線カットコートは、
光軸に垂直な面から所定回転範囲の最大量回転した状態
で、可視光を透過し赤外光を遮断する特性を得るよう構
成し、また前記回転量が小さくなるに従って赤外領域の
光を透過させるよう構成した撮像装置を開示している。

【０００９】また請求項２には、光軸に沿って配列され
た結像光学系と撮像デバイスの間に、多層膜赤外線カッ
トコートを前面あるいは背面に形成した光学ローパスフ
ィルタを配置した撮像装置であって、前記光学ローパス
フィルタは光軸に垂直な面から０〜４５度の範囲で回転
可能とし、前記多層膜赤外線カットコートは、前記回転
範囲の最大量回転した状態で、可視光を透過し赤外光を
遮断する特性を得るよう構成し、また前記回転量が小さ
くなるに従って赤外領域の光を透過させるよう構成した
撮像装置を示している。

【００１０】いずれの構成も、多層膜赤外線カットコー
トを形成した可視光透過板あるいは多層膜赤外線カット
コートを形成した光学ローパスフィルタを最大量回転し
た状態で、可視光を透過し赤外光を遮断する特性を得る
よう構成し、この状態で通常の可視光の撮像を行う。暗
視カメラ等の赤外線カメラとして用いる場合は、前記回
転量を小さくすることにより赤外光を透過させる。

【００１１】前述したとおり、多層膜赤外線カットコー
トの透過率特性（フィルタ特性）が当該赤外線カットコ
ートへの入射角に依存する。以下サンプルＡとサンプル
Ｂを用いて光入射角に対する透過率特性の変化をグラフ
に示す。

【００１２】サンプルＡは１枚の水晶板の片面に赤外線
カットコートを形成している。赤外線カットコートはＴ
ｉＯ２、ＳｉＯ２の薄膜が繰り返し形成されたもので、
全体で３２層構成であり、光入射角０度の時に、透過率
５０％となる波長が６５０ｎｍになるように設計してい
る。図５はサンプルＡにおいて光入射角０度の時、図６
は同２０度の時、図７は同３５度の時、図８は同４５度
の時、図９は同５５度の時において、それぞれ光入射角
に対する透過率特性の変化を示すグラフである。

【００１３】サンプルＢはサンプルＡと同じく、１枚の
水晶板の片面に赤外線カットコートを形成している。赤
外線カットコートはＴｉＯ２、ＳｉＯ２の薄膜が繰り返
し形成されたもので、全体で３２層構成であり、光入射
角４５度の時に、透過率５０％となる波長が６５０ｎｍ
になるように設計している。図１０はサンプルＢにおい
て光入射角０度の時、図１１は同２０度の時、図１２は
同３５度の時、図１３は同４５度の時、図１４は同５５
度の時において、それぞれ光入射角に対する透過率特性
の変化を示すグラフである。

【００１４】両サンプルにおいて、いずれも回転角に対
応して透過率特性が短波長側に移動していることがわか
る。このような特性を利用して、赤外線カットフィルタ
（赤外線カットコート）を光軸に対して回転可能とする
ことにより、可視光領域と赤外光領域の撮影を行うこと
ができる。

【００１５】すなわち、赤外線カットフィルタ（赤外線
カットコート）の透過率特性を予め長波長（赤外線）側
に設定しておき、この状態で暗視撮像装置として赤外領
域までの撮像に使用する。可視光領域のみの撮像時に
は、所定角度回転させて赤外光を遮断して可視光領域の
みで使用する。

【００１６】赤外線カットフィルタ（赤外線カットコー
ト）のフィルタ特性（光線透過領域）を長波長（赤外
線）側に設定するには、各層厚を設計波長に対し所定値
で除算した値に設定する。一般的には 各膜厚は設計波
長の１／８から１／４の範囲で設定する。すなわち設計
波長を長波長側に設定した場合、各層厚は厚くなる。

【００１７】ただし、回転角が大きすぎると透過領域の
波長範囲においても透過率の低下している波長領域が出
現してくる。例えば両サンプルにおいて５５度回転させ
た図９，図１４のグラフにおいては、透過領域において
も一部波長の光の透過率が低下しており、撮像品質を低
下させる。いずれのサンプルにおいても４５度までの回
転においては、ほぼ実用に供しうる透過率特性を得てい
る。

【００１８】また赤外線カットフィルタを回転させると
フィルタの有効範囲が狭小化する。例えば、回転させな
い場合のフィルタ有効範囲を１００％とした場合、４５
度回転させた場合は約７０％の有効範囲、６０度回転さ
せると５０％の有効範囲と半減してしまう。実用上の有
効範囲の下限は７０％程度であり、これ以下になるとフ
ィルタの大型化ひいては撮像装置の大型化につながり好
ましくない。

【００１９】実際の設計にあたっては、サンプルＢに示
すように光入射角が最大の時（この例では４５度）の透
過率特性が良好になるよう多層膜の材料、膜厚等を決定
する必要がある。

【００２０】上記回転機構は、ツマミによる手動であっ
てもよいし、アクチュエータ等による駆動手段により回
転動作させてもよい。また光学ローパスフィルタは複屈
折効果によるものであってもよいし、回折格子によるも
のであってもよい。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明による実施の形態を図面と
ともに説明する。図１、図２は撮像装置を示す模式図
で、図１は可視光領域撮像時の模式図、図２は赤外光領
域まで撮像範囲を拡げた場合の模式図である。また図３
は本発明で用いる撮像装置の模式的斜視図であり、赤外
線カットコート３の形成された光学ローパスフィルタの
回転機構を説明する図である。

【００２２】撮像装置は、撮像光路の光軸Ａ上に結像光
学系１と、赤外線カットコート３の形成された光学ロー
パスフィルタ２と、入射光を光電変換し撮像イメージを
得るＣＣＤ（電荷結合素子）４が配列された構成であ
る。結像光学系１は複数のレンズから構成されている。
光学ローパスフィルタ２は複数の水晶板からなり、全体
として所望の光分離パターンが得られるよう光分離方向
の異なる水晶板が組み合わせられ、接着剤等により貼着
されている。光学ローパスフィルタの前面にもうけられ
る赤外線カットコートはＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ
３、ＺｒＯ２、あるいはＭｇＦ２等の誘電体薄膜が適宜
複数層組み合わされて構成される。

【００２３】本実施の形態においては、Ａｌ２Ｏ３、Ｓ
ｉＯ２、ＴｉＯ２の組み合わせ層が真空蒸着法により繰
り返し形成され、全体として約３μｍ程度の厚さを形成
している。なお、各１層の厚さは約０．１μｍであり、
これにより薄膜の光の干渉作用を利用して、赤外領域の
光のみを選択的に反射させるとともに、可視光をきわめ
て効率よく透過させる。

【００２４】赤外線カットコート３の形成された光学ロ
ーパスフィルタ２は、その入射面が光軸に対して垂直に
なる面から０〜４５度回転可能に構成されている。この
回転角度はそれ以上の回転角に設定することも可能であ
るが、実際上の赤外線カットフィルタ特性並びに光学ロ
ーパスフィルタの特性を考慮すると、上記範囲が実際上
有効な範囲であり、上述のとおり０〜３０度がフィルタ
特性上からもより好ましい範囲である。

【００２５】このような撮像装置において、可視状況下
での撮像においては、赤外線カットフィルタを最大量回
転（例えば４５度回転）させた状態で、可視光を透過し
赤外光を遮断する特性を得るよう構成し、この状態で通
常の可視光の撮像を行う。暗視カメラ等の赤外線カメラ
として用いる場合は、前記回転量を小さくすることによ
り赤外光領域までを透過させる。

【００２６】なお、回転機構は例えば図３に示すように
光学ローパスフィルタを回転テーブル５１に設置し、駆
動機構からの外部エネルギーにより回転させてもよい
し、ツマミを設け、手動で調整できるようにしてもよ
い。なお、上記回転は逆方向の回転であってもよいこと
は言うまでもない。

【００２７】本発明による他の実施の形態を図４ととも
に説明する。図４は撮像装置を示す模式図であり、光学
ローパスフィルタと赤外線カットフィルタとを個別に設
けた構成としている。上述の実施の形態と同じ構成部分
については同番号を用いて説明する。撮像装置は、撮像
光路の光軸上に結像光学系１と、赤外線カットコート７
０の形成された赤外線カットフィルタ７と、光学ローパ
スフィルタ８と、入射光を光電変換し撮像イメージを得
るＣＣＤ４が配列された構成である。結像光学系１は複
数のレンズから構成されている。赤外線カットフィルタ
は透明ガラス等の可視光透過板６と赤外線カットコート
７０からなり、赤外線カットコートとして、ＳｉＯ２、
ＴｉＯ２の誘電体薄膜が交互に複数層組み合わされて構
成される。

【００２８】この実施の形態においては、光学ローパス
フィルタと赤外線カットフィルタとを個別に設け、赤外
線カットフィルタのみを回転させる構成であるので、光
学ローパスフィルタを回転させることによる空間周波数
の遮断特性の変化を考慮しなくてもよい。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、多層膜赤外線カットコ
ートを形成した可視光透過板あるいは多層膜赤外線カッ
トコートを形成した光学ローパスフィルタを最大量回転
した状態で、可視光を透過し赤外光を遮断する特性を得
るよう構成し、この状態で通常の可視光の撮像を行う。
また暗視カメラ等の赤外線カメラとして用いる場合は、
前記回転量を小さくすることにより赤外光を透過させ
る。従って、従来のように赤外線カットフィルタを挿脱
する必要もないので、構造上大型化することなく、小型
化された可視、赤外両用の撮像装置を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す撮像装置の模式図。

【図２】本発明の実施の形態を示す撮像装置の模式図。

【図３】本発明の実施の形態を示す撮像装置の模式的斜
視図。

【図４】本発明の他の実施の形態を示す撮像装置の模式
図。

【図５】入射角に対する透過率特性例を示すグラフ

【図６】入射角に対する透過率特性例を示すグラフ

【図７】入射角に対する透過率特性例を示すグラフ

【図８】入射角に対する透過率特性例を示すグラフ

【図９】入射角に対する透過率特性例を示すグラフ

【図１０】入射角に対する透過率特性の他の例を示すグ
ラフ

【図１１】入射角に対する透過率特性の他の例を示すグ
ラフ

【図１２】入射角に対する透過率特性の他の例を示すグ
ラフ

【図１３】入射角に対する透過率特性の他の例を示すグ
ラフ

【図１４】入射角に対する透過率特性の他の例を示すグ
ラフ

【符号の説明】

１ 結像光学系 ２、８ 光学ローパスフィルタ ３、７０ 赤外線カットコート ４ ＣＣＤ ６ 可視光透過板 ７ 赤外線カットフィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H048 GA01 GA19 GA24 GA25 GA33 GA51 GA61 GA66 5C022 AA15 AB13 AC42 AC51 AC74 5C024 AA01 AA06 EA08 FA01 GA11

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光軸に沿って配列された結像光学系と撮
   像デバイスの間に、多層膜赤外線カットコートを形成し
   た可視光透過板からなる赤外線カットフィルタと光学ロ
   ーパスフィルタを各々配置した撮像装置であって、 前記多層膜赤外線カットコートは、光軸に垂直な面から
   所定回転範囲の最大量回転した状態で可視光を透過し赤
   外光を遮断する特性を得るよう構成し、また前記回転量
   が小さくなるに従って赤外領域の光を透過させるよう構
   成した撮像装置。
2. 【請求項２】 光軸に沿って配列された結像光学系と撮
   像デバイスの間に、多層膜赤外線カットコートを前面あ
   るいは背面に形成した水晶光学ローパスフィルタを配置
   した撮像装置であって、 前記水晶光学ローパスフィルタは光軸に垂直な面から０
   〜４５度の範囲で回転可能とし、前記多層膜赤外線カッ
   トコートは、前記回転範囲の最大量回転した状態で、可
   視光を透過し赤外光を遮断する特性を得るよう構成し、
   また前記回転量が小さくなるに従って赤外領域の光を透
   過させるよう構成した撮像装置。