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JPH10170822A - Image pickup device - Google Patents

Image pickup device

Info

Publication number
JPH10170822A
JPH10170822A JP8330693A JP33069396A JPH10170822A JP H10170822 A JPH10170822 A JP H10170822A JP 8330693 A JP8330693 A JP 8330693A JP 33069396 A JP33069396 A JP 33069396A JP H10170822 A JPH10170822 A JP H10170822A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
image
diffracted light
optical element
wavelength band
diffractive optical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP8330693A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4012592B2 (en
Inventor
Kazuyuki Tanaka
一幸 田中
Katsuhiro Takada
勝啓 高田
Yorio Wada
順雄 和田
Tetsuya Ishii
哲也 石井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
Priority to JP33069396A priority Critical patent/JP4012592B2/en
Publication of JPH10170822A publication Critical patent/JPH10170822A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4012592B2 publication Critical patent/JP4012592B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

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Landscapes

  • Lenses (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To effectively reduce the lowering of optical performance caused by a diffracted light beams of unnecessary order with respect to wavelength other than optimized wavelength obtained in the case a diffraction type optical element is used so as to highly accurately perform image picking-up, by limiting the wavelength band area of a light passing through the diffraction type optical element so that the influence of the diffracted light beams of the order, which is unnecessary for image formation among the diffracted light beams by the diffraction type optical element is reduced. SOLUTION: The image of an object is formed on the photoelectric conversion surface of a solid image pickup element 12 through an image formation optical system 11, the output signal of the element 12 is processed at a signal processing circuit 13, so that a video signal is obtained. The system 11 has a lens group 14, the diffraction type optical element 15, and an optical member 16. A low-pass filter is provided on the member 16, and also a wavelength band area limiting filter constituting a wavelength band area limiting means having a spectral transmission factor is provided. Thus, the intensity of the diffracted light beams having the order unnecessary for image formation can be reduced to an ignorable extent.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、対象物の像を結
像光学系により固体撮像素子や撮像管等の電子撮像素子
上に結像させるようにした撮像装置、特に、結像光学系
に回折型光学素子を含む撮像装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image pickup apparatus which forms an image of an object on an electronic image pickup device such as a solid-state image pickup device or an image pickup tube by an image formation optical system, and more particularly to an image formation optical system. The present invention relates to an imaging device including a diffractive optical element.

【0002】[0002]

【従来の技術】回折型光学素子には、複数の回折次数の
光路を分岐させる作用や、輪帯状の回折格子で回折光を
集光させる作用などを有することが知られている。例え
ば、集光作用を有するように構成した回折型光学素子
は、非球面波を容易に生成できるので、収差補正上大き
な効果があること、また実質的に厚みを持たないので、
構成上の自由度が高く、コンパクトな光学系の実現に有
効であること、さらに分散特性が、屈折レンズでいうア
ッベ数に相当する量が負の値となるので、屈折光学系と
の組み合わせにより、色収差の補正に大きな効果がある
ことなどが知られている。
2. Description of the Related Art It is known that a diffractive optical element has a function of branching optical paths of a plurality of diffraction orders and a function of condensing diffracted light by a ring-shaped diffraction grating. For example, a diffractive optical element configured to have a light condensing function can easily generate an aspherical wave, so that it has a large effect on aberration correction, and since it has substantially no thickness,
It has a high degree of freedom in configuration and is effective in realizing a compact optical system.In addition, the dispersion characteristic has a negative value corresponding to the Abbe number of a refraction lens. It is known that there is a great effect in correcting chromatic aberration.

【0003】このような特長を利用して、光学系の性能
を向上させることに関しては、例えば、Binary Optics
Technology: The Theory and Design of Multi-Level D
iffractive Optical Element, Gary J.Swanson, Techno
logy Report 854, MIT Lincoln Laboratory, August 19
89. に詳しく説明されている。また、例えば、特開平6
−331941号公報および特開平6−324262号
公報には、上記のような回折型光学素子を結像レンズと
して含むものが記載されている。さらに、回折型光学素
子が有する複数の回折次数光による光路の分岐作用を利
用するものとして、例えば、特開平4−9803号公報
には、電子撮像素子のモアレ除去のためのローパスフィ
ルタとして用いるものが、また、特許第2524569
号には、色分解光学系として用いるものがそれぞれ記載
されている。
[0003] With respect to improving the performance of an optical system by utilizing such features, for example, Binary Optics
Technology: The Theory and Design of Multi-Level D
iffractive Optical Element, Gary J. Swanson, Techno
logy Report 854, MIT Lincoln Laboratory, August 19
See Section 89. In addition, for example, Japanese Patent Application Laid-Open
JP-A-331941 and JP-A-6-324262 describe an apparatus including such a diffractive optical element as an imaging lens. Further, as a device utilizing a branching action of an optical path by a plurality of diffraction orders of a diffraction optical element, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 4-9803 discloses a device used as a low-pass filter for removing moire of an electronic image pickup device. But also patent 2524569.
In each of the publications, the one used as a color separation optical system is described.

【0004】一方、回折型光学素子に入射した光は、一
般に、複数の次数の回折光に分解されるが、例えば、回
折型光学素子をレンズ素子として構成する場合などは、
複数の次数の回折光が存在すると、複数の焦点が存在す
ることに相当するため、結像光学系としては、特殊な場
合を除き好ましくない。
On the other hand, light incident on a diffractive optical element is generally decomposed into a plurality of orders of diffracted light. For example, when the diffractive optical element is configured as a lens element,
The presence of a plurality of orders of diffracted light is equivalent to the presence of a plurality of focal points, and therefore is not preferable as an imaging optical system except in special cases.

【0005】このため、特定の次数の回折光を利用して
光学系を構成するにあたって、それ以外の次数の回折光
が悪影響を与える場合などは、特定の次数以外の回折光
を除去する必要が生じる。そのような課題に対しては、
従来、図16に示すように、使用する波長で透明な基材
1に形成する回折のためのレリーフパターン2の断面形
状を鋸歯状として(ブレーズ化して)、特定の次数の回
折光にエネルギーを集中させ、他の次数の回折光を発生
させないようにすることが知られている。
[0005] Therefore, when constructing an optical system using diffracted light of a specific order, when diffracted light of other orders has an adverse effect, it is necessary to remove the diffracted light of other orders. Occurs. For such issues,
Conventionally, as shown in FIG. 16, the cross-sectional shape of a relief pattern 2 for diffraction formed on a transparent substrate 1 at a wavelength to be used is made saw-toothed (blazed), and energy is given to diffracted light of a specific order. It is known to concentrate and avoid diffracted light of other orders.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図16
に示すように、レリーフパターン2の断面形状を鋸歯状
に加工したとしても、鋸歯形状の溝の深さによって、エ
ネルギーを最大限に集中できる波長(以下最適化波長と
称する)が異なり、波長幅を有する帯域光のエネルギー
を特定次数の回折光に集中させることは不可能である。
このような現象は、例えばレーザ光のような、単色光源
を利用する場合などでは問題にならないが、例えば、カ
メラのように白色光を利用する撮像装置などでは、最適
化波長以外の波長において、回折効率が低下し、他の次
数の回折光にエネルギーが分散するという問題がある。
However, FIG.
As shown in the figure, even if the cross-sectional shape of the relief pattern 2 is processed into a sawtooth shape, the wavelength at which energy can be concentrated to the maximum (hereinafter referred to as an optimized wavelength) differs depending on the depth of the sawtooth-shaped groove. It is impossible to concentrate the energy of the band light having
Such a phenomenon is not a problem when, for example, using a monochromatic light source, such as laser light, but, for example, in an imaging device using white light such as a camera, at a wavelength other than the optimized wavelength, There is a problem that diffraction efficiency is reduced and energy is dispersed in diffracted lights of other orders.

【0007】図17は、図16の断面形状を有する回折
型光学素子について、使用する1次回折効率と波長との
関係を示したものである。ここで、レリーフパターン
は、波長λ=500nmにおいて1次回折効率が100
%となるように溝深さを決め、BK7の基材に形成した
ものである。図17に示した波長帯域は、一般に可視波
長領域と見做せるλ=400nmからλ=700nmで
あるが、回折効率は最適化波長λ=500nmから離れ
るに従って低下することがわかる。
FIG. 17 shows the relationship between the first-order diffraction efficiency and the wavelength used for the diffractive optical element having the sectional shape shown in FIG. Here, the relief pattern has a first-order diffraction efficiency of 100 at a wavelength λ = 500 nm.
% Is determined on the base material of BK7 with the groove depth determined. Although the wavelength band shown in FIG. 17 is from λ = 400 nm to λ = 700 nm, which can be generally regarded as a visible wavelength region, it can be seen that the diffraction efficiency decreases as the distance from the optimization wavelength λ = 500 nm increases.

【0008】また、図18は、上記のように波長λ=5
00nmにおいて、1次回折効率が100%となるよう
に最適化した回折型光学素子の0次回折効率および2次
回折効率と波長とのそれぞれの関係を示すものである。
図18から明らかなように、1次回折光が低下する短波
長領域および長波長領域では、0次回折光および2次回
折光がそれぞれ増加することがわかる。
FIG. 18 shows that the wavelength λ = 5 as described above.
FIG. 9 shows the respective relationships between the 0th-order diffraction efficiency and the 2nd-order diffraction efficiency and the wavelength of the diffractive optical element optimized so that the first-order diffraction efficiency becomes 100% at 00 nm.
As is clear from FIG. 18, in the short wavelength region and the long wavelength region where the first-order diffracted light decreases, the 0th-order diffracted light and the second-order diffracted light respectively increase.

【0009】このため、このような回折型光学素子を、
例えば白色光を用いるカメラのレンズ素子として用いる
と、利用する特定回折光以外の次数の回折光が、色付き
をもったフレアーやゴーストとなって現れ、結像性能を
低下させる原因となる。このようなことから、結像レン
ズによる像形成を利用する撮像装置に回折型光学素子を
用いる場合には、最適化波長以外の波長に対する、利用
する特定回折次数光以外の次数を、除去もしくは影響を
低減する必要があるが、この点については従来提案され
ていない。
For this reason, such a diffractive optical element is
For example, when used as a lens element of a camera using white light, diffracted light of an order other than the specific diffracted light to be used appears as a colored flare or ghost, which causes deterioration in imaging performance. For this reason, when a diffractive optical element is used in an imaging device that uses image formation by an imaging lens, orders other than the specific diffraction order light used for wavelengths other than the optimized wavelength are removed or affected. However, this point has not been proposed in the past.

【0010】この発明は、かかる点に鑑みてなされたも
ので、回折型光学素子を用いる場合の最適化波長以外の
波長に対する不要な次数の回折光による光学性能の低下
を有効に軽減でき、高精度の撮像ができるよう適切に構
成した撮像装置を提供することを目的とするものであ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above point, and it is possible to effectively reduce the decrease in optical performance due to unnecessary orders of diffracted light with respect to wavelengths other than the optimized wavelength when a diffractive optical element is used. It is an object of the present invention to provide an imaging device appropriately configured to enable accurate imaging.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明は、対象物の像を結像光学系により電子撮
像素子上に結像させるようにした撮像装置において、前
記結像光学系は、結像作用、もしくは、他のレンズ要素
との組み合わせにより結像性能を向上させる作用を有す
る回折型光学素子と、この回折型光学素子を経た光の波
長帯域を制限して、該回折型光学素子による回折光のう
ち、像形成に不要な次数の回折光の影響を低減するため
の波長帯域制限手段とを有することを特徴とするもので
ある。
In order to achieve the above object, the present invention relates to an image pickup apparatus wherein an image of an object is formed on an electronic image pickup device by an image forming optical system. Is a diffractive optical element having an image forming action, or an action of improving the image forming performance in combination with another lens element, and limiting the wavelength band of light passing through the diffractive optical element, Wavelength band limiting means for reducing the influence of diffracted light of an order unnecessary for image formation among the diffracted light by the optical element.

【0012】さらに、この発明は、対象物の像を結像光
学系により電子撮像素子上に結像させるようにした撮像
装置において、前記結像光学系は、輪帯状の回折格子を
有する回折型光学素子と、この回折型光学素子を経た光
の波長帯域を制限して、該回折型光学素子による回折光
のうち、像形成に不要な次数の回折光の影響を低減する
ための波長帯域制限手段とを有することを特徴とするも
のである。
Further, according to the present invention, in an image pickup apparatus in which an image of an object is formed on an electronic image pickup device by an image forming optical system, the image forming optical system has a diffraction type having an annular diffraction grating. An optical element and a wavelength band limiter for limiting the wavelength band of light passing through the diffractive optical element to reduce the influence of diffracted light of an order unnecessary for image formation among the diffracted light by the diffractive optical element. Means.

【0013】さらに、この発明は、対象物の像を結像光
学系により電子撮像素子上に結像させるようにした撮像
装置において、前記結像光学系は、回折型光学素子と、
この回折型光学素子を経た光の波長帯域を制限して、該
回折型光学素子による回折光のうち、像形成に不要な次
数の回折光の影響を低減するための波長帯域制限手段と
を有し、前記電子撮像素子には、その出力信号を処理し
て、前記対象物の色情報を補正する信号処理手段を結合
したことを特徴とするものである。
Further, according to the present invention, in an image pickup apparatus in which an image of an object is formed on an electronic image pickup device by an image forming optical system, the image forming optical system comprises: a diffractive optical element;
Wavelength band limiting means for limiting the wavelength band of the light passing through the diffractive optical element and reducing the influence of the diffracted light of the order unnecessary for image formation among the diffracted light by the diffractive optical element. The electronic image pickup device is characterized in that signal processing means for processing the output signal and correcting the color information of the object is connected to the electronic image pickup device.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】物体の像を結像レンズを経て、例
えば、一枚の固体撮像素子、または複数枚の固体撮像素
子上に結像させ、電子撮像素子の出力信号を処理してカ
ラー画像信号を得る撮像装置においては、通常、電子撮
像素子の物体側に、3原色である赤(R)、緑(G)、
青(B)、またはそれらの補色であるシアン(C)、マ
ゼンダ(M)、イエロー(Y)の帯域の光を透過する吸
収フィルタや干渉フィルタなどの波長帯域制限手段を配
置して、RGBの3原色またはCMYの補色の映像信号
を得るようにしている。このような撮像装置において、
例えば、RGB3原色の波長帯域の像を形成してカラー
画像信号を得る場合、撮像素子で受ける光強度の分光特
性は、光源の分光分布、代表的なレンズの分光透過率、
撮像素子の分光感度を考慮すると、一般には、図19に
示すようになる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An image of an object is formed, for example, on a single solid-state imaging device or a plurality of solid-state imaging devices through an imaging lens, and an output signal of an electronic imaging device is processed to produce a color image. In an imaging device for obtaining an image signal, usually, the three primary colors red (R), green (G),
A wavelength band limiting unit such as an absorption filter or an interference filter that transmits light in the blue (B) or their complementary colors, cyan (C), magenta (M), and yellow (Y), is arranged, and RGB is Video signals of three primary colors or complementary colors of CMY are obtained. In such an imaging device,
For example, when a color image signal is obtained by forming an image in the wavelength bands of the three primary colors RGB, the spectral characteristics of the light intensity received by the image sensor include the spectral distribution of a light source, the spectral transmittance of a typical lens,
In consideration of the spectral sensitivity of the image sensor, the image is generally as shown in FIG.

【0015】ここで、図19に示す分光特性を有する撮
像装置において、撮像光学系に、例えば図17に示した
1次光回折効率を有する回折型光学素子を用いると、そ
の1次回折光に対する分光特性は図20に示すようにな
る。また、その場合の像形成に不要な0次および2次の
回折光の分光特性は、図21のようになる。
Here, in the imaging apparatus having the spectral characteristics shown in FIG. 19, if the imaging optical system uses, for example, a diffractive optical element having the first-order light diffraction efficiency shown in FIG. The characteristics are as shown in FIG. In this case, the spectral characteristics of the zero-order and second-order diffracted light unnecessary for image formation are as shown in FIG.

【0016】図21から明らかなように、RGB3原色
のうちGの波長帯域では、像形成に不要な0次および2
次の回折光量が、Gの波長帯域での全光量の1%程度と
なり、無視できるレベルとなる。しかし、Rの波長帯域
では、像形成に不要な0次および2次の回折光量が、R
の波長帯域での全光量の13%程度となり、また、Bの
波長帯域では、分光特性が実際には400nmより短い
波長に対しても、像形成に寄与しているため、像形成に
不要な0次および2次の回折光量が、Bの波長帯域での
全光量の10%を超える程度となる。このため、このよ
うな撮像装置においては、像の品質劣化が無視できなく
なる。
As is apparent from FIG. 21, in the G wavelength band of the three primary colors RGB, the 0th order and 2nd order unnecessary for image formation are obtained.
The next amount of diffracted light is about 1% of the total amount of light in the G wavelength band, which is negligible. However, in the R wavelength band, the zero-order and second-order diffracted light amounts unnecessary for image formation are R
In the wavelength band of B, the spectral characteristic actually contributes to image formation even at a wavelength shorter than 400 nm, and is therefore unnecessary for image formation. The 0th-order and 2nd-order diffracted light amounts exceed 10% of the total light amount in the B wavelength band. For this reason, in such an imaging apparatus, deterioration of image quality cannot be ignored.

【0017】上述したように、回折型光学素子では、最
適化波長から離れると、それに従って不要な次数の回折
光量が増加する。そこで、この発明の一実施形態では、
利用する次数の回折光の最適化波長よりも短波長領域お
よび長波長領域において、像形成に寄与する波長帯域を
制限する。このようにすれば、対象とする波長帯域での
全光量に比較して、像形成に不要な次数の回折光の光量
が占める割合を低くできるので、像形成に与える影響を
低減することが可能となる。例えば、前述したように、
RGB3原色のフィルタを用いてカラー画像信号を得る
場合には、Bの像を得る波長帯域の短波長領域を、また
Rの像を得る波長帯域の長波長領域を、波長帯域制限手
段を用いてカットすれば、像形成に不要な次数の回折光
による影響を低減することが可能となる。
As described above, in the diffractive optical element, as the distance from the optimized wavelength increases, the amount of diffraction light of an unnecessary order increases accordingly. Therefore, in one embodiment of the present invention,
In a shorter wavelength region and a longer wavelength region than the optimized wavelength of the diffracted light of the order to be used, a wavelength band contributing to image formation is limited. By doing so, the ratio of the amount of diffracted light of orders unnecessary for image formation can be made lower than the total amount of light in the target wavelength band, so that the effect on image formation can be reduced. Becomes For example, as mentioned above,
When a color image signal is obtained using the RGB three primary color filters, the short wavelength region of the wavelength band for obtaining the B image and the long wavelength region of the wavelength band for obtaining the R image are determined by using the wavelength band limiting means. By cutting, it is possible to reduce the influence of the diffracted light of the order unnecessary for image formation.

【0018】なお、この場合、本来のカラー画像を得る
のに必要な、RGBそれぞれの光量が減り、波長帯域が
狭くなるので、好ましくは、撮像素子の出力信号を、R
GBそれぞれの信号強度の正規化や表現する色をシフト
させるなどの方法により、物体のカラー情報が損なわれ
ないように補正する。
In this case, the amount of light of each of RGB required to obtain an original color image is reduced, and the wavelength band is narrowed.
Correction is performed so that the color information of the object is not impaired by a method such as normalizing the signal strength of each of the GBs or shifting the color to be expressed.

【0019】また、波長帯域を制限する波長帯域制限手
段は、具体的には、像形成に不要な次数の回折光量が無
視できないレベルとなる対象波長帯域において、該対象
波長帯域における全光量(Aa )に対する像形成に不要
な次数の回折光の光量(A0)が、 A0 /Aa <0.1 (1) を満足するよう構成するのが好ましい。この条件式
(1)を満たせば、像形成に不要な次数の回折光による
像品質の劣化を有効に無視することが可能となる。
The wavelength band limiting means for limiting the wavelength band specifically includes, in a target wavelength band where the amount of diffracted light of an order unnecessary for image formation becomes a nonnegligible level, the total light amount (A) in the target wavelength band. It is preferable that the light quantity (A 0 ) of the diffracted light of the order unnecessary for image formation with respect to a ) satisfies A 0 / A a <0.1 (1). If this conditional expression (1) is satisfied, it is possible to effectively ignore the deterioration of the image quality due to the diffracted light of the order unnecessary for image formation.

【0020】さらに具体的には、最適化波長λo よりも
短波長領域において、波長帯域を制限する場合には、光
量を50%カットする波長λs が、以下の条件式(2)
を満足することが望ましい。 0.7<λs /λo <0.95 (2)
[0020] More specifically, in the short wavelength region than optimizing the wavelength lambda o, to limit the wavelength band, the wavelength lambda s to cut amount 50%, the following conditional expression (2)
It is desirable to satisfy 0.7 <λ s / λ o < 0.95 (2)

【0021】また、最適化波長λo よりも長波長領域に
おいて、波長帯域を制限する場合には、光量を50%カ
ットする波長λL が、以下の条件式(3)を満足するこ
とが望ましい。 1.2<λL /λo <1.5 (3)
Further, in the wavelength region longer than the optimized wavelength lambda o, to limit the wavelength band, the wavelength lambda L to cut amount 50%, it is desirable to satisfy the following conditional expression (3) . 1.2 <λ L / λ o <1.5 (3)

【0022】ここで、λs /λo が、条件式(2)の下
限値を越えて小さな値となったり、λL /λo が、条件
式(3)の上限値を越えて大きな値となると、不要な次
数の回折光による影響を十分低減することができず、像
性能の劣化を防ぐことが困難となる。また、λs /λo
が、条件式(2)の上限値を越えて大きな値となった
り、λL /λo が、条件式(3)の下限値を越えて小さ
な値となると、制限する波長帯域が最適化波長λo に接
近しすぎて、カラー画像を形成する波長帯域幅が狭くな
り、十分な色再現性を保つことができず、好ましくな
い。
Here, λ s / λ o is a small value exceeding the lower limit of conditional expression (2), and λ L / λ o is a large value exceeding the upper limit of conditional expression (3). In this case, the influence of unnecessary orders of diffracted light cannot be sufficiently reduced, and it becomes difficult to prevent the image performance from deteriorating. Also, λ s / λ o
Is larger than the upper limit of conditional expression (2), or is smaller than λ L / λ o below the lower limit of conditional expression (3). too close to lambda o, the wavelength bandwidth of forming a color image becomes narrow, it can not be kept sufficient color reproducibility, which is not preferable.

【0023】さて、前述したように、回折型光学素子の
波長に対する回折効率は、最適化する波長に対して、短
波長側にも長波長側にも低下する。このため、良好な色
再現性を保ち、かつ像形成に不要な次数の回折光の影響
を十分低減するには、最適化波長λo は、使用する波長
帯域λ1 <λ<λ2 に対して、 |C1 −C2 |<20% (4) を満足するように定めることが望ましい。ただし、
1 ,C2 は、波長λo で利用する回折次数が最適化さ
れたときの、それぞれ波長λ1 ,λ2 における利用する
回折次数光の回折効率(%)を示す。
As described above, the diffraction efficiency of the diffractive optical element with respect to the wavelength decreases with respect to the wavelength to be optimized on both the short wavelength side and the long wavelength side. Therefore, maintaining good color reproducibility, and to sufficiently reduce the effects of unwanted orders of diffracted light for image formation is optimized wavelength lambda o is the wavelength band λ 1 <λ <λ 2 used | C 1 −C 2 | <20% (4) However,
C 1 and C 2 indicate the diffraction efficiencies (%) of the used diffraction orders at the wavelengths λ 1 and λ 2 when the diffraction orders used at the wavelength λ o are optimized.

【0024】ここで、利用する回折次数を1次とする
と、最適化波長λo に対して、任意波長λでのm次回折
効率Cm は、以下の式(5)で計算することができる。
Here, assuming that the diffraction order to be used is the first order, the m-th order diffraction efficiency C m at an arbitrary wavelength λ with respect to the optimized wavelength λ o can be calculated by the following equation (5). .

【数1】 (Equation 1)

【0025】したがって、例えば、石英ガラス上に作成
した回折型光学素子を、1次回折光を利用して、波長帯
域400nm<λ<700nmで使用すると、(4)を
満足する最適化波長λo は、おおよそ、 475nm<λo <540nm (6) の範囲で定めることが望ましい。
Therefore, for example, when a diffractive optical element formed on quartz glass is used in a wavelength band of 400 nm <λ <700 nm using first-order diffracted light, the optimized wavelength λ o satisfying (4) is Approximately, 475 nm <λ o <540 nm (6).

【0026】ここで、上記の|C1 −C2 |を、条件式
(4)の上限値を越えて大きな値とすると、短波長領域
または長波長領域での不要な回折次数光が増加して、像
の品質低下が著しくなるため、上記のように波長帯域の
制限をすると、カラーバランスを保つことが困難とな
る。
Here, if | C 1 -C 2 | is set to a large value exceeding the upper limit of conditional expression (4), unnecessary diffraction order light in a short wavelength region or a long wavelength region increases. Therefore, since the quality of the image is significantly reduced, it is difficult to maintain the color balance if the wavelength band is limited as described above.

【0027】なお、この発明において、像品質をさらに
向上させるためには、上記の条件式(1)の代わりに下
記の条件式(7)を、条件式(2)の代わりに下記の条
件式(8)を、条件式(3)の代わりに下記の条件式
(9)を、条件式(4)の代わりに下記の条件式(1
0)を満たすようにすることが望ましい。 Ao /Aa <0.05 (7) 0.8<λs /λo <0.95 (8) 1.2<λL /λo <1.4 (9) |C1 −C2 |<10% (10)
In the present invention, in order to further improve the image quality, the following conditional expression (7) is used instead of conditional expression (1), and the following conditional expression is used instead of conditional expression (2). (8) is replaced by conditional expression (9) below instead of conditional expression (3), and conditional expression (1) below instead of conditional expression (4)
It is desirable to satisfy 0). A o / A a <0.05 ( 7) 0.8 <λ s / λ o <0.95 (8) 1.2 <λ L / λ o <1.4 (9) | C 1 -C 2 | <10% (10)

【0028】さらに望ましくは、条件式(10)の代わ
りに、下記の条件式(11)を満たすようにすることが
望ましい。 |C1 −C2 |<5% (11)
More preferably, the following conditional expression (11) should be satisfied instead of conditional expression (10). | C 1 -C 2 | <5% (11)

【0029】以下、この発明の実施の形態について、図
面を参照して説明する。図1は、この発明の第1実施形
態における撮像装置の構成を模式的に示すものである。
この撮像装置は、対象物の像を結像光学系11を経て固
体撮像素子12の光電変換面上に結像させ、この固体撮
像素子12の出力信号を信号処理回路13で処理して映
像信号を得るようにしたものである。結像光学系11
は、レンズ群14、回折型光学素子15および光学部材
16を有する。なお、図1では、これらレンズ群14、
回折型光学素子15および光学部材16を模式的に配置
してある。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 schematically shows the configuration of the imaging apparatus according to the first embodiment of the present invention.
This imaging apparatus forms an image of an object on a photoelectric conversion surface of a solid-state imaging device 12 via an imaging optical system 11, processes an output signal of the solid-state imaging device 12 by a signal processing circuit 13, and generates a video signal. Is obtained. Imaging optical system 11
Has a lens group 14, a diffractive optical element 15, and an optical member 16. In FIG. 1, these lens groups 14,
The diffraction optical element 15 and the optical member 16 are schematically arranged.

【0030】回折型光学素子15は、この実施形態で
は、図2(a)および(b)に平面図および断面図を示
すように、平行平板状の光学材料基板21上に同心円状
にレリーフパターン22を形成して構成する。ここで、
レリーフパターン22は、1次回折光を利用するよう
に、また、他のレンズ素子との相互関係により結像性能
が最適となるように形成する。また、光学部材16に
は、ローパスフィルタを設けると共に、図3に示す分光
透過率を有する波長帯域制限手段を構成する波長帯域制
限フィルタを設ける。さらに、撮像素子12には、その
光電変換面上に、図4に示す分光特性を有するRGB3
原色のモザイク状の色フィルタを設ける。
In this embodiment, as shown in plan and sectional views in FIGS. 2A and 2B, the diffractive optical element 15 has a relief pattern concentrically formed on a parallel plate-shaped optical material substrate 21. 22 are formed. here,
The relief pattern 22 is formed so as to utilize the first-order diffracted light, and to optimize the imaging performance in accordance with the correlation with other lens elements. In addition, the optical member 16 is provided with a low-pass filter and a wavelength band limiting filter constituting a wavelength band limiting unit having the spectral transmittance shown in FIG. Further, the image sensor 12 has RGB3 having the spectral characteristics shown in FIG.
A mosaic color filter of primary colors is provided.

【0031】このようにして、固体撮像素子12におい
て、結像光学系11を経て結像された物体の像を、その
光強度に応じて電気信号に変換して信号処理回路13に
供給し、ここで所要に応じてRGBそれぞれの信号強度
の正規化や表現する色をシフトさせるなどの方法によ
り、物体のカラー情報が損なわれないように補正してカ
ラー映像信号に変換し、図示しないメモリに書き込んだ
り、パソコンや表示装置、あるいはプリンタなどの外部
に出力する。なお、このような処理は、外部の制御装置
あるいは撮像装置に組み込まれたCPUにより制御す
る。
As described above, in the solid-state image pickup device 12, the image of the object formed through the image forming optical system 11 is converted into an electric signal in accordance with the light intensity and supplied to the signal processing circuit 13, Here, the color information of the object is corrected so that the color information of the object is not impaired by a method such as normalization of the signal strength of each of RGB and shifting of the color to be expressed as necessary, and converted into a color video signal. Write or output to external devices such as personal computers, display devices, and printers. Note that such processing is controlled by an external control device or a CPU incorporated in the imaging device.

【0032】図5は、図1に示す構成において、光学部
材16に波長帯域制限フィルタを設けない場合に、固体
撮像素子12に入射する回折型光学素子15における2
次回折光および0次回折光の分光特性を示すものであ
る。また、図6は、この実施形態において、上述したよ
うに光学部材16に図3に示す分光特性を有する波長帯
域制限フィルタを設けた場合の2次回折光および0次回
折光の分光特性を示すものである。図5および図6から
明らかなように、この実施形態によれば、結像に不要な
次数の回折光の強度を、無視できる程度に低減すること
ができる。
FIG. 5 shows the structure of the diffractive optical element 15 incident on the solid-state imaging device 12 when the optical member 16 is not provided with the wavelength band limiting filter in the configuration shown in FIG.
It shows the spectral characteristics of the first-order diffracted light and zero-order diffracted light. FIG. 6 shows the spectral characteristics of the second-order diffracted light and the zero-order diffracted light when the optical member 16 is provided with the wavelength band limiting filter having the spectral characteristics shown in FIG. is there. As is clear from FIGS. 5 and 6, according to this embodiment, the intensity of the diffracted light of the order unnecessary for image formation can be reduced to a negligible level.

【0033】なお、この実施形態では、波長帯域制限フ
ィルタを光学部材16に設けるようにしたが、レンズ群
14の前に配置したり、レンズ群14から撮像素子12
の光電変換面に至る結像光路の任意の位置に配置して
も、同様の効果を得ることができる。特に、撮像素子1
2の光電変換面を保護するカバーガラスを、波長帯域制
限フィルタで構成すれば、部品点数の削減、光学システ
ムの小型化の点で効果的である。
In this embodiment, the wavelength band limiting filter is provided on the optical member 16. However, the wavelength band limiting filter may be provided before the lens group 14,
The same effect can be obtained by arranging at an arbitrary position on the imaging optical path to the photoelectric conversion surface. In particular, the image sensor 1
If the cover glass for protecting the photoelectric conversion surface of No. 2 is constituted by a wavelength band limiting filter, it is effective in reducing the number of parts and miniaturizing the optical system.

【0034】この発明の第2実施形態では、図1に示す
構成において、光学部材16に、波長帯域制限フィルタ
に代えて、図7に示す分光透過率を有する赤外カットフ
ィルタを設け、また、回折型光学素子15のレリーフパ
ターンを形成した面とは反対側の面には、多層膜をコー
ティングして、図8に示すような分光透過率特性を有す
る波長帯域制限手段を設ける。ここで、多層膜は、回折
型光学素子15の基板側から順に、それぞれSiO2
66.46nm、TiO2 :28.62nm、Si
2 :53.06nm、TiO2 :42.47nm、S
iO2 :68.16nm、TiO2 :35.44nm、
SiO2 :55.57nm、TiO2 :38.89n
m、の厚みで重ねて構成する。このようにして、有害な
赤外光と、結像に不要な次数の回折光を同時に制限す
る。
In the second embodiment of the present invention, in the configuration shown in FIG. 1, an infrared cut filter having a spectral transmittance shown in FIG. 7 is provided in the optical member 16 instead of the wavelength band limiting filter. The surface of the diffractive optical element 15 opposite to the surface on which the relief pattern is formed is coated with a multilayer film, and wavelength band limiting means having spectral transmittance characteristics as shown in FIG. 8 is provided. Here, the multilayer films are formed of SiO 2 :
66.46 nm, TiO 2 : 28.62 nm, Si
O 2 : 53.06 nm, TiO 2 : 42.47 nm, S
iO 2 : 68.16 nm, TiO 2 : 35.44 nm,
SiO 2 : 55.57 nm, TiO 2 : 38.89 n
m, so as to overlap each other. In this way, the harmful infrared light and the diffracted light of the order unnecessary for imaging are simultaneously limited.

【0035】図9は、この実施形態において、固体撮像
素子12に入射する回折型光学素子15における2次回
折光および0次回折光の分光特性を示すものである。こ
の実施形態においても、図5との比較から明らかなよう
に、第1実施例と同様に、結像に不要な次数の回折光の
強度を、無視できる程度に低減することができる。
FIG. 9 shows the spectral characteristics of the second-order diffracted light and the zero-order diffracted light in the diffractive optical element 15 incident on the solid-state imaging device 12 in this embodiment. Also in this embodiment, as is clear from the comparison with FIG. 5, similarly to the first embodiment, the intensity of the diffracted light of the order unnecessary for image formation can be reduced to a negligible extent.

【0036】なお、この実施形態では、回折型光学素子
14に波長帯域制限手段を構成する多層膜を設けたが、
レンズ群14を構成するレンズ素子の屈折面や、光学部
材16、あるいは撮像素子12の光電変換面を保護する
カバーガラスに、同様の多層膜をコーティングしても、
同じ効果を得ることができる。
In this embodiment, the diffractive optical element 14 is provided with the multilayer film constituting the wavelength band limiting means.
Even if a similar multilayer film is coated on the refracting surface of the lens element constituting the lens group 14, the optical member 16, or the cover glass for protecting the photoelectric conversion surface of the imaging device 12,
The same effect can be obtained.

【0037】この発明の第3実施形態では、図1に示す
構成において、光学部材16に波長帯域制限フィルタを
設けるのではなく、撮像素子12の光電変換面上に設け
るRGB3原色のモザイク状の色フィルタを、図10に
示す分光特性を有するように構成することにより、該色
フィルタを波長帯域制限手段としても作用させるように
したものである。
In the third embodiment of the present invention, in the configuration shown in FIG. 1, instead of providing a wavelength band limiting filter on the optical member 16, a mosaic color of three primary colors of RGB provided on the photoelectric conversion surface of the image pickup device 12. By configuring the filter to have the spectral characteristics shown in FIG. 10, the color filter also functions as wavelength band limiting means.

【0038】図11は、この実施形態において、固体撮
像素子12に入射する回折型光学素子15における2次
回折光および0次回折光の分光特性を示すものである。
この実施形態においても、図5との比較から明らかなよ
うに、結像に不要な次数の回折光の強度を、無視できる
程度に低減することができる。
FIG. 11 shows the spectral characteristics of the second-order diffracted light and the zero-order diffracted light in the diffractive optical element 15 incident on the solid-state imaging device 12 in this embodiment.
Also in this embodiment, as is clear from the comparison with FIG. 5, the intensity of the diffracted light of the order unnecessary for image formation can be reduced to a negligible level.

【0039】なお、この実施形態でのRGBの色フィル
タは、RGBそれぞれのフィルタの分光感度が、図10
に示す特性となるような、透過型フィルタや干渉型フィ
ルタなどで構成することはもちろん、例えば、図4に示
した一般的な分光感度を有するフィルタと、図3に示す
ような分光特性を有するフィルタとの2層構造で構成す
ることもできる。また、特に、短波長域での不要次数光
の影響を低減するために、撮像素子12の光電変換面の
表層に設けられる短波長域の透過率を制御するためのS
iO2 と多結晶Siとの多層膜の厚みを調整したり、暗
電流除去のためのP型不純物注入層を厚くして、短波長
域の分光特性を制御することもでき、これにより同様の
効果を達成することができる。
In this embodiment, the RGB color filters have the spectral sensitivity of each of the RGB filters shown in FIG.
In addition to the filter having the general spectral sensitivity shown in FIG. 4 and the spectral filter shown in FIG. It can also be configured with a two-layer structure with a filter. In addition, in order to reduce the influence of unnecessary order light in the short wavelength region, in particular, S for controlling the transmittance in the short wavelength region provided on the surface layer of the photoelectric conversion surface of the imaging element 12 is used.
It is also possible to control the spectral characteristics in the short wavelength region by adjusting the thickness of the multilayer film of iO 2 and polycrystalline Si, or by increasing the thickness of the P-type impurity implantation layer for removing dark current. The effect can be achieved.

【0040】上述した第1〜3実施形態において、結像
光学系11は、例えば、図12に示すように、第1レン
ズ25、絞り26、第2レンズ27、第3レンズ28、
第4レンズ29、第5レンズ30および第6レンズ31
をもって構成することができる。表1は、焦点距離7.
00mm、Fナンバー2.9としたときの各レンズの一
例のデータを示すものである。なお、図12において、
第3レンズ28は、回折型光学素子を示す。また、表1
において、♯はレンズ番号、rは屈折面の曲率半径、d
はレンズ中心の厚みまたはレンズ間隔、ndはd線の屈
折率、νdはd線のアッベ数を示し、*が付いている面
は、非球面を表わしている。
In the above-described first to third embodiments, the imaging optical system 11 includes, for example, a first lens 25, a diaphragm 26, a second lens 27, a third lens 28, as shown in FIG.
Fourth lens 29, fifth lens 30, and sixth lens 31
Can be configured. Table 1 shows the focal length of 7.
9 shows data of an example of each lens when the F number is set to 00 mm and the F number is set to 2.9. In FIG. 12,
The third lens 28 is a diffractive optical element. Table 1
Where ♯ is the lens number, r is the radius of curvature of the refraction surface, d
Denotes the thickness or lens interval at the center of the lens, nd denotes the refractive index of the d-line, vd denotes the Abbe number of the d-line, and the surface marked with * denotes an aspheric surface.

【0041】[0041]

【表1】 [Table 1]

【0042】また、上記の非球面は、例えば、表2に示
す非球面係数を有するように形成する。
The above-mentioned aspherical surface is formed so as to have, for example, an aspherical surface coefficient shown in Table 2.

【0043】[0043]

【表2】 表1および表2から明らかなように、第3レンズ28を
構成する回折型光学素子は、屈折率が1001、アッベ
率が約−3.45のいわゆる高屈折率近似として扱って
いる。
[Table 2] As is clear from Tables 1 and 2, the diffractive optical element constituting the third lens 28 is treated as a so-called high refractive index approximation having a refractive index of 1001 and an Abbe ratio of about -3.45.

【0044】なお、回折型光学素子は、図2に示したよ
うに、平板状の基板21にレリーフパターン22を形成
したものに限らず、球面基板や、非球面基板上にレリー
フパターン22を形成して構成することもできるし、レ
リーフパターン22も同心円状に限らず、結像光学系1
1の機能に応じて、例えば、回転非対称な結像性能を必
要とする場合には、楕円状のパターンとしたり、シリン
ドリカルレンズと同等の機能を有するように平行パター
ンとすることもできる。なお、実施形態においては、回
折光学素子の設計次数に1次光を用いたが、さらに高次
の次数を用いてもよい。
The diffractive optical element is not limited to the one in which the relief pattern 22 is formed on the flat substrate 21 as shown in FIG. 2, but the relief pattern 22 is formed on a spherical substrate or an aspherical substrate. The relief pattern 22 is not limited to the concentric shape, and the imaging optical system 1
According to the first function, for example, when rotationally asymmetric imaging performance is required, an elliptical pattern or a parallel pattern having the same function as a cylindrical lens can be used. In the embodiment, the first order light is used as the design order of the diffractive optical element, but a higher order may be used.

【0045】また、以上の各実施形態では、撮像素子1
2の前にモザイク状のRGBフィルタを配置した、いわ
ゆる原色単板式撮像装置を構成するようにしたが、もち
ろんCMYGフィルタをモザイク状に配置した、いわゆ
る補色単板式撮像装置を構成することもできるし、撮影
光束を色分解プリズムなどで波長帯域の異なる光束に分
岐して、例えばRGB3枚の撮像素子でカラー画像を得
る、いわゆる3板式撮像装置に代表される多板式撮像装
置を構成することもできる。
In each of the above embodiments, the image sensor 1
Although a so-called primary-color single-chip image pickup device in which mosaic RGB filters are arranged before 2 is configured, a so-called complementary-color single-plate image pickup device in which CMYG filters are arranged in a mosaic shape can of course be configured. It is also possible to configure a multi-chip imaging device represented by a so-called three-chip imaging device in which a photographing light beam is split into light beams having different wavelength bands by a color separation prism or the like, and a color image is obtained by, for example, three image sensors of RGB. .

【0046】図13は、この発明の第4実施形態の要部
の構成を示すものである。この実施形態は、3板式撮像
装置を示すもので、対象物の像を結像光学系41により
RGBに分解して、対応する固体撮像素子42R,42
G,42Bに結像させるようにしたものである。結像光
学系41は、図2に示したような回折型光学素子を含む
レンズ系43と、このレンズ系43による撮影光束をR
GBに分解する色分解プリズム44とを有する。ここで
色分解は、ダイクロイック膜を用いて行うことが、光の
高率の利用高率の点からも一般的である。
FIG. 13 shows a configuration of a main part of a fourth embodiment of the present invention. This embodiment shows a three-plate type imaging device, in which an image of an object is decomposed into RGB by an imaging optical system 41, and corresponding solid-state imaging devices 42R, 42R.
G, 42B. The imaging optical system 41 includes a lens system 43 including a diffractive optical element as shown in FIG.
A color separation prism 44 for separating the color into GB. Here, the color separation is generally performed using a dichroic film also from the viewpoint of the high light utilization rate.

【0047】この実施形態では、色分解プリズム44の
ダイクロイック膜に、図14に示すような分光透過率特
性を持たせることにより、該色分解プリズム44を、レ
ンズ系43に含まれる回折型光学素子からの不要次数の
回折光を低減する波長帯域制限手段としても作用させ
る。なお、この実施形態において、回折型光学素子は、
波長530nmで最適化されている。
In this embodiment, the dichroic film of the color separation prism 44 is provided with a spectral transmittance characteristic as shown in FIG. It also functions as a wavelength band limiting means for reducing the unnecessary order diffracted light from the light. In this embodiment, the diffractive optical element is
It is optimized at a wavelength of 530 nm.

【0048】図15は、この実施形態において、撮像素
子42R,42G,42Bにそれぞれ入射する回折型光
学素子における2次回折光および0次回折光の分光特性
を示すものである。図15から明らかなように、この実
施形態においても、上述した実施形態と同様に、結像に
不要な次数の回折光の強度を、無視できる程度に低減す
ることができる。
FIG. 15 shows the spectral characteristics of the second-order diffracted light and the zero-order diffracted light in the diffractive optical elements incident on the image pickup devices 42R, 42G, and 42B in this embodiment. As is clear from FIG. 15, in this embodiment, similarly to the above-described embodiment, the intensity of the diffracted light of the order unnecessary for image formation can be reduced to a negligible level.

【0049】なお、この実施形態においては、色分解プ
リズム44のRの分光透過率特性を長波長域まで広げる
と共に、撮像光路中に赤外カットフィルタを配置して、
色分解プリズム44と赤外カットフィルタとの両方の作
用で、図14に示す分光透過率特性を得るよう構成する
こともできる。
In this embodiment, the spectral transmittance characteristic of R of the color separation prism 44 is extended to a long wavelength range, and an infrared cut filter is arranged in the imaging optical path.
The spectral transmittance characteristics shown in FIG. 14 can be obtained by the action of both the color separation prism 44 and the infrared cut filter.

【0050】以上の各実施形態では、電子撮像素子とし
て固体撮像素子を用いたが、撮像管を用いる場合でも、
この発明を有効に適用することができ、同様の効果を得
ることができる。
In each of the embodiments described above, the solid-state image pickup device is used as the electronic image pickup device.
The present invention can be effectively applied, and the same effect can be obtained.

【0051】付記項 1.対象物の像を結像光学系により電子撮像素子上に結
像させるようにした撮像装置において、前記結像光学系
は、輪帯状の回折格子を有し、結像作用、もしくは、他
のレンズ要素との組み合わせにより結像性能を向上させ
る作用を有する回折型光学素子と、この回折型光学素子
を経た光の波長帯域を制限して、該回折型光学素子によ
る回折光のうち、像形成に不要な次数の回折光の影響を
低減するための波長帯域制限手段とを有することを特徴
とする撮像装置。 2.対象物の像を結像光学系により電子撮像素子上に結
像させるようにした撮像装置において、前記結像光学系
は、結像作用、もしくは、他のレンズ要素との組み合わ
せにより結像性能を向上させる作用を有する回折型光学
素子と、この回折型光学素子を経た光の波長帯域を制限
して、該回折型光学素子による回折光のうち、像形成に
不要な次数の回折光の影響を低減するための波長帯域制
限手段とを有し、前記電子撮像素子には、その出力信号
を処理して、前記対象物の色情報を補正する信号処理手
段を結合したことを特徴とする撮像装置。 3.対象物の像を結像光学系により電子撮像素子上に結
像させるようにした撮像装置において、前記結像光学系
は、輪帯状の回折格子を有する回折型光学素子と、この
回折型光学素子を経た光の波長帯域を制限して、該回折
型光学素子による回折光のうち、像形成に不要な次数の
回折光の影響を低減するための波長帯域制限手段とを有
し、前記電子撮像素子には、その出力信号を処理して、
前記対象物の色情報を補正する信号処理手段を結合した
ことを特徴とする撮像装置。 4.請求項1,2または3記載の撮像装置において、前
記条件式(1)〜(4)の少なくとも一つを満足する撮
像装置。 5.請求項1,2または3記載の撮像装置において、前
記条件式(7)〜(10)の少なくとも一つを満足する
撮像装置。 6.付記項4または5記載の撮像装置において、前記条
件式(4)または(10)として、前記条件式(11)
を用いることを特徴とする撮像装置。 7.請求項1,2または3記載の撮像装置において、前
記結像光学系は、波長帯域を制限するフィルタを有する
ことを特徴とする撮像装置。 8.請求項1,2または3記載の撮像装置において、前
記波長帯域制限手段を、前記電子撮像素子の光電変換面
を保護するカバーガラスに設けたことを特徴とする撮像
装置。 9.請求項1,2または3記載の撮像装置において、前
記波長帯域制限手段は、前記結像光学系を構成する光学
部材の表面に設けた多層膜をもって構成したことを特徴
とする撮像装置。 10.請求項1,2または3記載の撮像装置において、
前記波長帯域制限手段は、カラー画像を得るために、前
記電子撮像素子の光電変換面に到達する波長帯域を制限
する機能を併せ持つ波長帯域制限フィルタをもって構成
したことを特徴とする撮像装置。 11.付記項7または10記載の撮像装置において、前
記フィルタまたは波長帯域制限フィルタは、色素を含む
フィルタよりなることを特徴とする撮像装置。 12.付記項7または10記載の撮像装置において、前
記フィルタまたは波長帯域制限フィルタは、干渉型フィ
ルタよりなることを特徴とする撮像装置。 13.付記項10記載の撮像装置において、前記電子撮
像素子を1枚として、カラー画像を得るよう構成したこ
とを特徴とする撮像装置。 14.付記項10記載の撮像装置において、前記電子撮
像素子を複数枚として、カラー画像を得るよう構成した
ことを特徴とする撮像装置。 15.付記項13または14記載の撮像装置において、
前記カラー画像を得るのに用いるフィルタが、前記波長
帯域制限手段をも構成することを特徴とする撮像装置。 16.付記項13または14記載の撮像装置において、
前記カラー画像を得るのに用いるフィルタが、カラー画
像を得るために、前記電子撮像素子の光電変換面に到達
する波長帯域を制限する機能を有するフィルタ部材と、
像形成に不要な次数の回折光の影響を低減するためのフ
ィルタ部材とからなることを特徴とする撮像装置。 17.請求項1,2または3記載の撮像装置において、
前記波長帯域制限手段を、前記電子撮像素子の光電変換
面上に設ける短波長吸収層をもって構成したことを特徴
とする撮像装置。 18.付記項7〜17のいずれか記載の撮像装置におい
て、前記条件式(1)〜(4)の少なくとも一つを満足
する撮像装置。 19.付記項7〜17のいずれか記載の撮像装置におい
て、前記条件式(7)〜(10)の少なくとも一つを満
足する撮像装置。 20.付記項18または19記載の撮像装置において、
前記条件式(4)または(10)として、前記条件式
(11)を用いることを特徴とする撮像装置。
Additional Items 1. In an image pickup apparatus configured to form an image of an object on an electronic image pickup device by an image forming optical system, the image forming optical system has a ring-shaped diffraction grating, and forms an image forming function or another lens. A diffractive optical element having an effect of improving the imaging performance by a combination of elements, and restricting the wavelength band of light passing through the diffractive optical element, of diffracted light by the diffractive optical element, for forming an image. An imaging apparatus comprising: a wavelength band limiting unit for reducing an influence of an unnecessary order of diffracted light. 2. In an image pickup apparatus configured to form an image of an object on an electronic image pickup device by an image forming optical system, the image forming optical system has an image forming function or an image forming performance by a combination with another lens element. A diffractive optical element having an effect of improving, and by limiting the wavelength band of light passing through the diffractive optical element, of the diffracted light by the diffractive optical element, the influence of the diffracted light of an order unnecessary for image formation is reduced. An image pickup apparatus, comprising: a wavelength band limiting unit for reducing, and a signal processing unit for processing an output signal of the electronic image pickup device and correcting color information of the object. . 3. In an image pickup apparatus in which an image of an object is formed on an electronic image pickup device by an image forming optical system, the image forming optical system includes a diffractive optical element having a ring-shaped diffraction grating, and the diffractive optical element. Wavelength band limiting means for limiting the wavelength band of light that has passed through, and of reducing the influence of diffracted light of an order unnecessary for image formation, out of the diffracted light by the diffractive optical element, The element processes the output signal,
An imaging apparatus, wherein signal processing means for correcting color information of the object is combined. 4. The imaging device according to claim 1, wherein the imaging device satisfies at least one of the conditional expressions (1) to (4). 5. The imaging device according to claim 1, wherein the imaging device satisfies at least one of the conditional expressions (7) to (10). 6. In the imaging device according to additional item 4 or 5, the conditional expression (11) may be used as the conditional expression (4) or (10).
An imaging device characterized by using: 7. The imaging apparatus according to claim 1, wherein the imaging optical system includes a filter that limits a wavelength band. 8. 4. The imaging apparatus according to claim 1, wherein the wavelength band limiting unit is provided on a cover glass that protects a photoelectric conversion surface of the electronic imaging device. 9. 4. The image pickup apparatus according to claim 1, wherein said wavelength band limiting means comprises a multilayer film provided on a surface of an optical member constituting said imaging optical system. 10. The imaging device according to claim 1, 2, or 3,
The imaging apparatus according to claim 1, wherein the wavelength band limiting unit includes a wavelength band limiting filter having a function of limiting a wavelength band reaching a photoelectric conversion surface of the electronic image sensor in order to obtain a color image. 11. 11. The imaging device according to claim 7 or 10, wherein the filter or the wavelength band limiting filter comprises a filter containing a dye. 12. 11. The imaging device according to claim 7 or 10, wherein the filter or the wavelength band limiting filter comprises an interference filter. 13. 11. The imaging device according to claim 10, wherein the electronic imaging device is configured to be one and a color image is obtained. 14. 11. The imaging device according to claim 10, wherein a plurality of electronic imaging elements are used to obtain a color image. 15. In the imaging device according to additional item 13 or 14,
An imaging apparatus, wherein a filter used to obtain the color image also constitutes the wavelength band limiting unit. 16. In the imaging device according to additional item 13 or 14,
A filter used to obtain the color image, in order to obtain a color image, a filter member having a function of limiting a wavelength band reaching the photoelectric conversion surface of the electronic imaging device,
An image pickup apparatus, comprising: a filter member for reducing the influence of diffracted light of an order unnecessary for image formation. 17. The imaging device according to claim 1, 2, or 3,
An image pickup apparatus, wherein the wavelength band limiting means includes a short wavelength absorption layer provided on a photoelectric conversion surface of the electronic image pickup device. 18. 18. The imaging device according to any one of additional items 7 to 17, wherein at least one of the conditional expressions (1) to (4) is satisfied. 19. 18. The imaging device according to any one of additional items 7 to 17, wherein at least one of the conditional expressions (7) to (10) is satisfied. 20. In the imaging device according to additional item 18 or 19,
An imaging apparatus characterized by using the conditional expression (11) as the conditional expression (4) or (10).

【0052】[0052]

【発明の効果】この発明によれば、回折型光学素子を用
いる場合の最適化波長以外の波長に対する不要な次数の
回折光による光学性能の低下を有効に軽減できるので、
高精度の撮像装置を得ることができる。
According to the present invention, it is possible to effectively reduce a decrease in optical performance due to unnecessary orders of diffracted light with respect to wavelengths other than the optimized wavelength when a diffractive optical element is used.
A highly accurate imaging device can be obtained.

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

【図1】この発明の第1実施形態の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a first embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す回折型光学素子の構成を示す図であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of the diffractive optical element shown in FIG.

【図3】第1実施形態で用いる波長帯域制限フィルタの
分光特性を示す図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating spectral characteristics of a wavelength band limiting filter used in the first embodiment.

【図4】第1実施形態で用いるRGB色フィルタの分光
特性を示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating spectral characteristics of RGB color filters used in the first embodiment.

【図5】第1実施形態において波長帯域制限を受けない
ときの像形成に不要な回折光の分光特性を示す図であ
る。
FIG. 5 is a diagram illustrating spectral characteristics of diffracted light unnecessary for image formation when wavelength band limitation is not applied in the first embodiment.

【図6】第1実施形態で波長帯域制限を受けたときの像
形成に不要な回折光の分光特性を示す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating spectral characteristics of diffracted light unnecessary for image formation when wavelength bands are restricted in the first embodiment.

【図7】この発明の第2実施形態で用いる赤外カットフ
ィルタの分光透過率特性を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a spectral transmittance characteristic of an infrared cut filter used in a second embodiment of the present invention.

【図8】第2実施形態で用いる多層膜の分光透過率特性
を示す図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating spectral transmittance characteristics of a multilayer film used in a second embodiment.

【図9】第2実施形態で波長帯域制限を受けたときの像
形成に不要な回折光の分光特性を示す図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating spectral characteristics of diffracted light unnecessary for image formation when wavelength bands are restricted in the second embodiment.

【図10】この発明の第3実施形態で用いるRGB色フ
ィルタの分光特性を示す図である。
FIG. 10 is a diagram illustrating spectral characteristics of an RGB color filter used in a third embodiment of the present invention.

【図11】第3実施形態で波長帯域制限を受けたときの
像形成に不要な回折光の分光特性を示す図である。
FIG. 11 is a diagram illustrating spectral characteristics of diffracted light unnecessary for image formation when wavelength bands are restricted in the third embodiment.

【図12】回折型光学素子を含む結像光学系の一例の構
成を示す図である。
FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration of an example of an imaging optical system including a diffractive optical element.

【図13】この発明の第4実施形態を示す概略構成図で
ある。
FIG. 13 is a schematic configuration diagram showing a fourth embodiment of the present invention.

【図14】第4実施形態で用いるダイクロイック膜の分
光透過率特性を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing spectral transmittance characteristics of a dichroic film used in a fourth embodiment.

【図15】第4実施形態で波長帯域制限を受けたときの
像形成に不要な回折光の分光特性を示す図である。
FIG. 15 is a diagram illustrating spectral characteristics of diffracted light unnecessary for image formation when wavelength bands are restricted in the fourth embodiment.

【図16】ブレーズ化さたレリーフパターンを示す図で
ある。
FIG. 16 is a diagram showing a blazed relief pattern.

【図17】1次回折光に対して最適化された回折型光学
素子の波長と1次回折光の回折効率との関係を示す図で
ある。
FIG. 17 is a diagram showing the relationship between the wavelength of the diffractive optical element optimized for the first-order diffracted light and the diffraction efficiency of the first-order diffracted light.

【図18】1次回折光に対して最適化された回折型光学
素子の波長と、0次回折光および2次回折光との回折効
率の関係を示す図である。
FIG. 18 is a diagram illustrating a relationship between the wavelength of the diffractive optical element optimized for the first-order diffracted light and the diffraction efficiencies of the zero-order diffracted light and the second-order diffracted light.

【図19】カラー画像を形成する撮像装置の分光特性を
示す図である。
FIG. 19 is a diagram illustrating spectral characteristics of an imaging device that forms a color image.

【図20】回折型光学素子を用いたときの像形成に寄与
する回折光の分光特性を示す図である。
FIG. 20 is a diagram illustrating the spectral characteristics of diffracted light that contributes to image formation when a diffractive optical element is used.

【図21】回折型光学素子を用いたときの像形成に不要
な回折光の分光特性を示す図である。
FIG. 21 is a diagram showing spectral characteristics of diffracted light unnecessary for image formation when a diffractive optical element is used.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 結像光学系 12 固体撮像素子 13 信号処理回路 14 レンズ群 15 回折型光学素子 16 光学部材 21 基板 22 レリーフパターン DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Imaging optical system 12 Solid-state image sensor 13 Signal processing circuit 14 Lens group 15 Diffractive optical element 16 Optical member 21 Substrate 22 Relief pattern

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石井 哲也 東京都渋谷区幡ヶ谷2丁目43番2号 オリ ンパス光学工業株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Tetsuya Ishii 2-43-2 Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo Inside Olympus Optical Co., Ltd.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 対象物の像を結像光学系により電子撮像
素子上に結像させるようにした撮像装置において、 前記結像光学系は、結像作用、もしくは、他のレンズ要
素との組み合わせにより結像性能を向上させる作用を有
する回折型光学素子と、この回折型光学素子を経た光の
波長帯域を制限して、該回折型光学素子による回折光の
うち、像形成に不要な次数の回折光の影響を低減するた
めの波長帯域制限手段とを有することを特徴とする撮像
装置。
1. An image pickup apparatus in which an image of an object is formed on an electronic image pickup device by an image forming optical system, wherein the image forming optical system has an image forming function or a combination with another lens element. A diffractive optical element having an effect of improving the imaging performance by limiting the wavelength band of light passing through the diffractive optical element, of the diffracted light by the diffractive optical element, of an order unnecessary for image formation. An imaging apparatus comprising: a wavelength band limiting unit for reducing an influence of diffracted light.
【請求項2】 対象物の像を結像光学系により電子撮像
素子上に結像させるようにした撮像装置において、 前記結像光学系は、輪帯状の回折格子を有する回折型光
学素子と、この回折型光学素子を経た光の波長帯域を制
限して、該回折型光学素子による回折光のうち、像形成
に不要な次数の回折光の影響を低減するための波長帯域
制限手段とを有することを特徴とする撮像装置。
2. An image pickup apparatus in which an image of an object is formed on an electronic image pickup device by an image forming optical system, wherein the image forming optical system includes a diffractive optical element having an annular diffraction grating; Wavelength band limiting means for limiting the wavelength band of the light passing through the diffractive optical element and reducing the influence of diffracted light of an order unnecessary for image formation among the diffracted light by the diffractive optical element. An imaging device characterized by the above-mentioned.
【請求項3】 対象物の像を結像光学系により電子撮像
素子上に結像させるようにした撮像装置において、 前記結像光学系は、回折型光学素子と、この回折型光学
素子を経た光の波長帯域を制限して、該回折型光学素子
による回折光のうち、像形成に不要な次数の回折光の影
響を低減するための波長帯域制限手段とを有し、 前記電子撮像素子には、その出力信号を処理して、前記
対象物の色情報を補正する信号処理手段を結合したこと
を特徴とする撮像装置。
3. An image pickup apparatus in which an image of an object is formed on an electronic image pickup device by an image forming optical system, wherein the image forming optical system passes through a diffractive optical element and the diffractive optical element. A wavelength band limiting unit for limiting the wavelength band of light, of the diffracted light by the diffractive optical element, for reducing the influence of the diffracted light of the order unnecessary for image formation; and An image pickup apparatus, further comprising a signal processing unit for processing the output signal and correcting the color information of the object.
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