CN100412615C

CN100412615C - 高分子光学低通滤波器及其制造方法、和数字照相机

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Publication number: CN100412615C
Application number: CNB2003101013941A
Authority: CN
Inventors: 岩根透; 松原隆
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2002-10-17
Filing date: 2003-10-17
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2023-10-17
Also published as: JP4052084B2; US7825981B2; US20040080659A1; CN1497294A; JP2004138807A

Abstract

把光学各向异性高分子材料相对其光学轴斜着切下而形成的高分子光学低通滤波器。

Description

高分子光学低通滤波器及其制造方法、和数字照相机

技术领域

本发明涉及一种高分子光学低通滤波器、高分子光学低通滤波器的制造方法以及具有该高分子光学低通滤波器的数字照相机。

背景技术

数字静物照相机和摄像机等电子摄像装置使用CCD元件和MOS元件等固体摄像元件来摄像被摄体像。这种摄像元件中的感光象素是规则排列的，所以根据感光象素的排列图形和被摄体像的图形容易产生莫尔条纹和假色等。通常，为了消除这些影响，在摄像元件的前面设置光学低通滤波器。

作为光学低通滤波器，例如，使用向规定方向以一定厚度切下水晶和铌酸锂(LiNbO₃)的滤波器。这是利用了结晶具有的折射率椭球体结构，利用使结晶轴相对光轴倾斜规定量而产生的双折射。使用水晶时，使用相对光轴倾斜约45度而切断后的所得物。通过双折射而产生的被摄体的双重像被投影到摄像元件上，与双重像的分离宽度对应的空间频率成分被截止。通过把该截止频率调整为感光元件的排列频率，可防止产生莫尔条纹。

但是，光学低通滤波器使用的水晶和铌酸锂那样的无机质结晶体具有上述的光学各向异性，同时具有压电效应。所以，向光学低通滤波器施加了些许应力时，光学低通滤波器带电并产生静电，浮游于空气中的尘埃被吸附到滤波器表面上。光学低通滤波器多被配置在摄像元件前面，光学低通滤波器一附着上尘埃，尘埃像和被摄体像一起被摄像。摄像元件的一个象素的尺寸小于10μm见方，所以所附着的尘埃大小超过数十μm时，将会影响到图像。

埃大小超过数十μm时，将会影响到图像。

特别是，单镜头莱福式数字照相机采用在光学低通滤波器的前面设置快速反向反射镜和快门的结构，所以由于齿轮和快门羽片的相互摩擦产生喷涂面和金属等颗粒，这些颗粒附着在带静电的光学低通滤波器表面。另外，为了清除尘埃而用布等擦拭光学滤波器表面时，将进一步诱发静电，结果导致尘埃不能清除掉。

作为防止带静电的方法，可以考虑使用高分子材料作为光学低通滤波器的材料。例如，公知的有使液晶斜着取向来作为双折射型高分子光学低通滤波器。例如，参照特开2001-75054号公报。

但是，把液晶斜着取向来形成光学低通滤波器时，由于是通过研磨处理等来进行取向，所以很难精度良好地把取向方向制作为所期望方向。另外，由于具有足够的厚度，所以还有难以使液晶均一取向的缺点。

发明内容

本发明的目的是，提供一种能容易获得具有均一的光学各向异性的所期望厚度的高分子光学低通滤波器，通过把该高分子光学低通滤波器应用于数字照相机，来防止尘埃附着在低通滤波器上的技术。

本发明的高分子光学低通滤波器，通过把光学各向异性高分子材料相对其光学轴斜着切下而形成。

本发明的高分子光学低通滤波器，通过使光学上基本各向同性的高分子材料向一个方向延伸而得到板状的光学各向异性高分子材料，并且使该板状的高分子材料在与其光学轴的方向一致的情况下，层叠多个而形成叠层体，把该叠层体相对光学轴斜着切下而形成。

这些高分子光学低通滤波器的高分子材料优选把光学上基本各向同性的高分子材料向一个方向延伸而得的延伸材料。

另外，高分子材料优选把液晶分子取向为规定方向并固化而得的高分子聚合物。

此外，优选高分子光学低通滤波器的表面具有导电性涂层。

本发明的数字照相机具有：来自摄影光学系统的被摄体光束被投影，多个感光象素规则配置的摄像元件；和配置在摄影光学系统和摄像元件之间的光轴上的上述高分子光学低通滤波器。

这些数字照相机的高分子光学低通滤波器优选沿着摄影光学系统的光轴被配置多个，并使各高分子光学低通滤波器的光学轴的方向朝向各不相同的方向。

本发明的高分子光学低通滤波器的制造方法，由把光学各向异性高分子材料相对其光学轴斜着切下的步骤构成。

本发明的高分子光学低通滤波器的制造方法，由使板状的光学各向异性高分子材料在与其光学轴的方向一致的情况下，层叠多个而形成叠层体的步骤，和把该叠层体相对光学轴斜着切下的步骤构成。

本发明的高分子光学低通滤波器的制造方法，优选还具有通过使光学上基本各向同性的高分子材料向一个方向延伸来形成光学各向异性的高分子材料的步骤。

本发明的高分子光学低通滤波器，由使板状的光学各向异性高分子材料在与其光学轴的方向一致的情况下层叠多个而得的叠层体构成，叠层体的高分子材料的光学轴相对高分子光学低通滤波器的光束入射面而倾斜。

附图说明

图1是本发明的数字照相机的一个实施方式的说明图。

图2A是光学低通滤波器24的制造工序说明图，是表示聚碳酸酯材料的特性的图。

图2B是光学低通滤波器24的制造工序说明图，是表示延伸工序的图。

图2C是光学低通滤波器24的制造工序说明图，是表示层叠·切下工序的图。

图2D是光学低通滤波器24的制造工序说明图，图2D是表示切下后的光学低通滤波器24的特性的图。

图3是使用两个光学低通滤波器24a、24b时的分离动作说明图。

图4是表示光学低通滤波器的变形图。

图5是表示光学低通滤波器的第2变形图。

图6是表示光学低通滤波器的第3变形图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。图1是本发明的数字照相机的一个实施方式的说明图，表示可更换透镜的单镜头莱福式数字照相机的概略构成剖面图。在数字照相机1的透镜框架2安装更换透镜3。已通过更换透镜3的摄影透镜4的摄影光束L入射到快速反向反射镜5的主反射镜5a。主反射镜5a由半反射镜构成，光束L通过主反射镜5a被分割成两个光束L1、L2。经由主反射镜5a反射后的光束L2成像在检像镜6上。通过五棱镜7和接眼透镜8可以从检像接眼窗口9观察已成像在检像镜6上的被摄体像。被引导到五棱镜7的光的一部分被引导到测光传感器15和测色传感器16。

在主反射镜5a的背面侧设有子反射镜5b。在不进行释放动作时，快速反向反射镜5呈图1所示配置状态，已透过主反射镜5a的的光束L1的一部分L12经由子反射镜5b被反射，并被引导到测距传感器13。测距传感器13被配置在从光学上和CCD摄像元件11共轭的位置，被摄体像成像于测距传感器13上。另一方面，进行释放动作时，快速反向反射镜5跳起，光束L1通过呈打开状态的快门单元14和光学低通滤波器12成像于CCD摄像元件11上。

如前所述，光学低通滤波器12是从摄影光束L去除CCD摄像元件11的象素栅格的空间频率附近的频率成分，为了防止以象素被规则配置为起因而产生的莫尔条纹和假色而设置的。光学低通滤波器12使用的光学部件，以往是使用水晶和铌酸锂等，但本实施方式使用高分子材料。

图2A～图2D是表示使用了高分子材料的光学低通滤波器12的一个示例图，表示光学低通滤波器12的制造工序。作为高分子材料，例如可以使用聚碳酸酯等透明树脂。这种高分子材料基本没有压电效应，所以即使应力作用于光学低通滤波器12时也不会带电。因此，不会象使用水晶和铌钛的现有光学低通滤波器那样吸附浮游的尘埃。作为高分子材料，除上述的聚碳酸酯以外，可以使用各种高分子固形物质。以下，说明高分子材料是聚碳酸酯时的情况。

象聚碳酸酯这样的塑料，通常是光学各向同性。图2A是聚碳酸酯薄板部件20的剖面图。聚碳酸酯部件20在光学上是各向同性的，所以其折射率椭球体21形成球形，不会显示出双折射特性。但是，如果使聚碳酸酯部件20按图2B的箭头所示延伸，折射率椭球体21变成向延伸方向延伸后的椭球体。因此，折射率椭球体21的光学轴22基本朝向聚碳酸酯部件20的延伸方向。

然后，层叠多个按图2B延伸后的聚碳酸酯部件20，并使用UV固化树脂等粘接剂使它们贴合。从这样形成的叠层体23斜着切下光学低通滤波器24。图2C中的虚线表示光学低通滤波器24的截面，切下时使光学低通滤波器24的入射·射出面相对叠层体23的表面形成规定角度θ(＞0)。

如图2D所示，光学低通滤波器24的旋转椭球体21的光学轴22相对入射·射出面形成角度θ，即形成倾斜状，所以光学低通滤波器24具有双折射特性。因此，光束25一入射到光学低通滤波器24，即分离成正常光26和异常光27。此时的分离宽度H在光学轴22相对入射光25的角度为45度时达到最大。如果设正常光26的折射率为n₀，异常光27的折射率为n_e，光学低通滤波器24的厚度为t，分离宽度H可以用下述公式(1)表达。

H＝(n_e ²-n₀ ²)t/2n_en₀……(1)

在图2D中把光束25分离成两个光束26、27，但如图3所示，通过使用两个光学低通滤波器24a、24b，可以分离成两个方向上的四支光束。在光学低通滤波器24a和光学低通滤波器24b之间设置1/4波长板30。在图3中，光束(被摄体光束)32向z轴方向行进，光学低通滤波器24a、24b、1/4波长板30和CCD摄像元件11的各个入射面被配置成与xy平面平行的状态。箭头31a、31b用于把各光学低通滤波器24a、24b的折射率椭球体21的光学轴22投影到xy面。即，光学低通滤波器24a的光学轴22位于yz面内，从光束入射方向看时朝向y轴方向。另一方面，光学低通滤波器24b的光学轴22位于xz面内，从光束入射方向看时朝向x轴方向。

光束32通过光学低通滤波器24a被分离成两个光束(正常光)33和光束(异常光)34。此时的分离方向是y方向，分离宽度为H1。光束33、34形成相互垂直的直线偏振光，1/4波长板30被配置成使光学轴相对光束33、34的振动方向倾斜45度的状态。因此，光束33、34通过1/4波长板30时，被从直线偏振光变换成圆偏振光。

射出1/4波长板30的圆偏振光光束33、34分别入射到第2个光学低通滤波器24b。光学低通滤波器24b的光学轴朝向x方向，所以光束33、34被分别向x方向分离，光束33分离成光束35、36，光束34分离成光束37、38。分离宽度均是H2。各光学低通滤波器24a、24b的光学轴22的倾斜θ及厚度t分别相等时，分离宽度H1、H2也相等。

CCD摄像元件11的各象素被二维排列在x方向和y方向，例如，通过调整光学低通滤波器24a、24b的厚度，以使分离宽度H1、H2与CCD摄像元件11的x方向和y方向的象素间距一致，由此可以从被摄体光束32中去除与这些象素间距对应的频率成分。结果，可以防止产生莫尔条纹。另外，本实施方式的光学低通滤波器24、24a、24b使用高分子材料，所以不会产生象使用水晶的光学低通滤波器那样的因压电效应导致的带静电现象，可以防止因快门单元14的动作等而伴随的尘埃附着。

(变形示例)

在上述的实施方式中，作为光学低通滤波器24、24a、24b的材料使用的是把高分子材料延伸而得的材料，但作为滤波器材料也可以使用液晶。该场合时，有把液晶取向成规定方向、并用聚合物等进行固化，从而使取向特性固定的方法等。图4表示使用这种液晶时的图。首先，向玻璃基板40的液晶接触面涂覆取向膜，并实施研磨处理。然后，向这些玻璃基板40之间注入混合了液晶和UV固化单体的液晶单体混合体。液晶通过自组织性排列成图4所示状态。在图4中是排列在图示上下方向，也可以排列成与玻璃基板40平行的图示左右方向。

然后，照射UV光，液晶单体混合体中的UV固化单体固化，液晶在图4所示取向状态，即在保持光学各向异性的状态下固化。固化后，剥离玻璃基板40，斜着切下已固化的液晶单体混合体41，从而形成光学低通滤波器42。该光学低通滤波器42具有和上述的光学低通滤波器24、24a、24b相同的滤波特性。从液晶的取向性能看，用这种方法制得的液晶混合高分子聚合体41的厚度有限制，所以也可以形成重叠了多个液晶混合高分子聚合体41的叠层体，斜着切下该叠层体来形成光学低通滤波器。

如图5所示，液晶分子43也可以被斜着取向成相对玻璃基板表面呈角度θ，并使UV固化。该场合时，相对垂直入射到玻璃基板40的光束，液晶混合高分子聚合体44具有光学各向异性。因此，可以直接用作光学低通滤波器。关于玻璃基板40，可以将其剥离后使用，也可以在带着玻璃基板40的状态下使用。

如图6所示，如果改变上侧玻璃基板50的液晶分子52的取向方向和下侧玻璃基板51的液晶分子52的取向方向，液晶分子52斜着排列在中间区域53。因此，如果将其用作光学低通滤波器，向图示上下方向入射光束，可以获得与图5所示使液晶分子斜着取向时相同的效果。

但是，与图5和图6所示使液晶分子斜着取向比，图4所示的上下方向取向或左右方向取向时容易得到均一的取向。另外，图4所示斜着切下的方式与斜着取向时比，可以高精度地设定光学轴的角度θ。

另外，通过在上述的光学低通滤波器24、24a、24b、42的表面实施导电涂层处理，可以进一步提高不带电性。例如，即使在用布等擦拭光学低通滤波器24、24a、24b、42时产生静电的场合，也能通过导电涂层使其从照相机主体侧泄漏出去。

在上述的实施方式中，层叠聚碳酸酯20，是从其叠层体23切下光学低通滤波器24，但延伸后的物质相对光学低通滤波器24的厚度t具有充足的厚度时，也可以不层叠而从单体物质中切下。另外，也可以仅使用使在一个方向取向的液晶混合高分子聚合物41(参照图4)的取向均一的部分，从把其层叠多个而得的叠层体中切下光学低通滤波器。该场合时，仅利用液晶混合高分子聚合物41的取向均一的部分，所以能获得高性能的光学低通滤波器。

以上说明的实施方式中，虽以数字照相机的光学低通滤波器为例进行了说明，但本发明的高分子光学低通滤波器不限定于数字照相机，只要是使用象素被规则配置的摄像元件的摄影装置均可适用。

如上所述，根据本发明，通过调整切下角度，能够容易获得具有所期望的取向角的高分子光学低通滤波器。另外，通过调整切下角度和层叠数目，能够容易获得所期望厚度的取向均一的高分子光学低通滤波器。通过把这些高分子光学低通滤波器应用于数字照相机的光学低通滤波器，可以防止尘埃等附着在光学低通滤波器上。

如上所述的实施方案只是示例，在不脱离本发明的精神和范畴内，可以作各式各样的改型。

Claims

1. 一种高分子光学低通滤波器，通过使光学上基本各向同性的高分子材料向一个方向延伸而得到板状的光学各向异性高分子材料，并且使该板状的高分子材料在与其光学轴的方向一致的情况下，层叠多个而形成叠层体，把该叠层体相对所述光学轴斜着切下而形成。

2. 一种高分子光学低通滤波器，通过使液晶分子利用其自组织性取向并固化而得到高分子聚合物，并且使该高分子聚合物在与其光学轴的方向一致的情况下，层叠多个而形成叠层体，把该叠层体相对所述光学轴斜着切下而形成。

3. 根据权利要求1或2所述的高分子光学低通滤波器，所述高分子光学低通滤波器的表面具有导电性涂层。

4. 一种数字照相机，具有：

来自摄影光学系统的被摄体光束被投影，多个感光象素被规则配置的摄像元件；和

配置在所述摄影光学系统和所述摄像元件之间的光轴上的权利要求1所述的高分子光学低通滤波器。

5. 一种数字照相机，具有：

配置在所述摄影光学系统和所述摄像元件之间的光轴上的权利要求2所述的高分子光学低通滤波器。

6. 根据权利要求4或5所述的数字照相机，沿着所述摄影光学系统的光轴以分离宽度与所述感光象素的间距一致的厚度配置多个所述高分子光学低通滤波器，并且

使各高分子光学低通滤波器的光学轴的方向朝向各不相同的方向，

在所述多个高分子光学低通滤波器之间的所述光轴上具有1/4波长板。

7. 一种高分子光学低通滤波器的制造方法，由

使光学上基本各向同性的高分子材料向一个方向延伸而得到板状的光学各向异性高分子材料的步骤，

使上述板状的高分子材料在与其光学轴的方向一致的情况下，层叠多个而形成叠层体的步骤，和

把所述叠层体相对所述光学轴斜着切下的步骤构成。

8. 一种高分子光学低通滤波器，

由使光学上基本各向同性的高分子材料向一个方向延伸而得到板状的光学各向异性高分子材料，并且使该板状的高分子材料在与其光学轴的方向一致的情况下层叠多个而得的叠层体构成，

所述叠层体的高分子材料的光学轴相对所述高分子光学低通滤波器的光束入射面而倾斜。