CN102004369B - 光学元件、成像光学系统和成像设备 - Google Patents
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Abstract
公开了光学元件、成像光学系统和成像设备。所述光学元件包括：基底材料，由具有红外吸收作用的膜状树脂材料形成；以及多层式膜，其调整光谱特性，并形成在基底材料的物侧表面和像侧表面上。将所述光学元件布置在成像光学系统的光路上，并且所述光学元件具有这种特性：物侧表面和像侧表面上的其光谱透射率以及其光谱反射率满足条件(1)到(4)：(1)0.75＜TIRCF(600)/TIRCF(540)＜0.95；(2)615＜λLT50％＜670；(3)|TIRCF(700)/TIRCF(540)|＜0.05；以及(4)680≤λLR50％，其中TIRCF(600)、TIRCF(540)和TIRCF(700)分别是具有600nm、540nm和700nm波长的光的光谱透射率，以及λLT50％和λLR50％分别是在50％光谱透射率处和50％光谱反射率处的近红外光的波长。
Description
技术领域
本发明涉及光学元件、成像光学系统和成像设备的技术领域，具体地涉及调整成像器件上入射光的光谱特性以期望地提高诸如红色区域中的彩色再现性之类的特性的技术领域。
背景技术
成像设备(如数码摄像机和数码相机)在保持画面和视频的图像质量的情况下的小型化已经成为近来的需求。
为了满足这种需求，已经提出了这样的成像设备：其包括小型化的成像光学系统以及作为成像器件安装的高密度CCD(电荷耦合器件)或高密度CMOS(互补金属氧化物半导体)。
一般而言，已知了很多技术，它们实现高分辨率以提高使用成像器件的成像光学系统中的图像质量。除了高分辨率以外，提高图像质量涉及另一个重要因素——对于画面和视频的期望的彩色再现性。保证期望的彩色再现性的成功或失败极大地受光路上布置的光学元件的光谱特性影响。
例如，在现有技术的一个成像设备中，将具有红外吸收作用的光学元件布置在成像光学系统的光路上(参见，例如，JP-A-2004-345680)。在提供有这种光学元件的成像设备中，对于光学元件来说，需要保证期望的光谱特性。
响应于旨在成像光学系统或容纳成像光学系统的镜筒的小型化的潮流，存在在镜筒的光学构件处(特别在包括干扰紫外线和红外线的多层式膜的光学元件处)由于光反射导致反射重影(reflection ghost)出现的不断增大的趋势。因此，反射重影的抑制对于同时实现高图像质量和小型化很重要。
图10到图12是现有技术的光学元件的光谱特性的图形表示。在每一幅图中，上部曲线图表示波长与光谱透射率之间的关系，而下部曲线图表示波长与每一表面上的光谱反射率之间的关系。在下部曲线图中，符号A和B分别表示光学元件的物侧表面和像侧表面。
图10表示光学元件的测量值，所述光学元件包括：基底材料，其由透明玻璃片形成；光谱调整多层式膜，其形成在基底材料的物侧表面上；以及防反射膜，其形成在基底材料的像侧表面上。
图11和图12表示两种类型的光学元件的测量值，所述两种类型的光学元件包括：基底材料，其由红外吸收玻璃形成；光谱调整多层式膜，其形成在基底材料的物侧表面上；以及防反射膜，其形成在基底材料的像侧表面上。
如图10中所示，在使用用于基底材料的透明玻璃片的光学元件中，光谱透射率在650nm附近突然变化，这是因为基底材料不具有红外吸收作用。因此，与图11和图12中表示的光学元件不同，不必要的光入射到成像器件上。
已知易于导致红色反射重影的光的波长是从大约600nm到大约680nm。在图10到图12中表示的所有光学元件中，在该波长区域中光谱反射率很高，并且红色反射重影有可能出现。
发明内容
包括具有红外吸收作用的光学元件的现有技术的成像设备具有可以实现高图像质量的高分辨率。然而，红色反射重影使得彩色再现性不够。
进一步，由于成像光学系统的光路上布置的光学元件具有一定的厚度，因此阻止了成像设备在尺寸上充分地减小。
因此，存在可以解决前述问题、且可以在红色区域中实现期望的彩色再现性同时实现小型化的光学元件、成像光学系统和成像设备的需求。
根据本发明的实施例，提供了一种光学元件，包括：
基底材料，由具有红外吸收作用的膜状树脂材料形成；以及
多层式膜，其调整光谱特性，并形成在基底材料的物侧表面和像侧表面上。
将所述光学元件布置在成像光学系统的光路上，并且所述光学元件具有这种特性：在物侧表面和像侧表面上的其光谱透射率以及其光谱反射率满足如下条件(1)到(4)
(1)0.75＜TIRCF(600)/TIRCF(540)＜0.95
(2)615＜λLT50％＜670
(3)|TIRCF(700)/TIRCF(540)|＜0.05
(4)680≤λLR50％，
其中
TIRCF(600)是具有600nm波长的光的光谱透射率，
TIRCF(540)是具有540nm波长的光的光谱透射率，
λLT50％是在50％光谱透射率处的近红外光的波长，
TIRCF(700)是具有700nm波长的光的光谱透射率，以及
λLR50％是在50％光谱反射率处的近红外光的波长，
其中波长的单位是nm。
以这种方式，在光学元件中，基底材料吸收红外线，并且多层式膜调整光谱特性。结果，在红色区域中光谱反射率降低。
优选地是，将所述光学元件布置在成像器件与成像光学系统中最靠近图像布置的透镜之间。
通过将光学元件布置在成像器件与成像光学系统中最靠近图像布置的透镜之间的配置，将光学元件布置在使得主光线和外围光线彼此靠近的位置处。
在光学元件中，优选地是，物侧表面和像侧表面上的光谱反射率满足如下条件(5)：
(5)λLR50％[A]≥λLR50％[B]，
其中λLR50％[A]是物侧表面上50％光谱反射率处的近红外光的波长，而λLR50％[B]是像侧表面上50％光谱反射率处的近红外光的波长。
通过满足条件(5)，从红色波长区域到近红外区域的光谱反射率和反射波长区域在像侧表面上变成比物侧表面上更大。
在光学元件中，优选地是，在基底材料和基底材料的两个表面上形成的多层式膜的总厚度为120μm或更小。
当基底材料和多层式膜的总厚度为120μm或更小时，厚度可以减小。
在光学元件中，优选地是，基底材料由聚烯树脂构成。
通过由聚烯树脂构成的基底材料，可以确保出色的光学性能和耐热性以及低吸水性。
在光学元件中，优选地是，基底材料包含至少一种有机色素作为具有红外吸收作用的着色剂。
在包含至少一种有机色素作为具有红外吸收作用的着色剂的基底材料中，该着色剂可以期望地与基底材料混合。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种成像光学系统，包括布置在光路上的至少一个透镜或透镜元件、光学元件以及成像器件。
所述光学元件包括：基底材料，由具有红外吸收作用的膜状树脂材料形成，以及多层式膜，其调整光谱特性，并且形成在基底材料的物侧表面和像侧表面上。
所述光学元件具有这种特性：在物侧表面和像侧表面上的其光谱透射率以及其光谱反射率满足如下条件(1)到(4)
(1)0.75＜TIRCF(600)/TIRCF(540)＜0.95
(2)615＜λLT50％＜670
(3)|TIRCF(700)/TIRCF(540)|＜0.05
(4)680≤λLR50％，
其中
TIRCF(600)是具有600nm波长的光的光谱透射率，
TIRCF(540)是具有540nm波长的光的光谱透射率，
λLT50％是在50％光谱透射率处的近红外光的波长，
TIRCF(700)是具有700nm波长的光的光谱透射率，以及
λLR50％是在50％光谱反射率处的近红外光的波长，
其中波长的单位是nm。
以这种方式，在成像光学系统中，基底材料吸收红外线，并且多层式膜调整光谱特性。结果，在红色区域中光谱反射率下降。
根据本发明的再一个实施例，提供了一种成像设备，包括成像光学系统，该成像光学系统包括布置在光路上的至少一个透镜或透镜元件、光学元件以及成像器件。
所述光学元件包括基底材料，由具有红外吸收作用的膜状树脂材料形成，以及多层式膜，其调整光谱特性，并且形成在基底材料的物侧表面和像侧表面上。
所述光学元件具有这种特性：在物侧表面和像侧表面上的其光谱透射率以及其光谱反射率满足如下条件(1)到(4)
(1)0.75＜TIRCF(600)/TIRCF(540)＜0.95
(2)615＜λLT50％＜670
(3)|TIRCF(700)/TIRCF(540)|＜0.05
(4)680≤λLR50％，
其中
TIRCF(600)是具有600nm波长的光的光谱透射率，
TIRCF(540)是具有540nm波长的光的光谱透射率，
λLT50％是在50％光谱透射率处的近红外光的波长，
TIRCF(700)是具有700nm波长的光的光谱透射率，以及
λLR50％是在50％光谱反射率处的近红外光的波长，
其中波长的单位是nm。
以这种方式，在成像设备中，基底材料吸收红外线，并且多层式膜调整光谱特性。结果，在红色区域中，光谱反射率下降。
根据本发明的实施例的光学元件包括：
基底材料，由具有红外吸收作用的膜状树脂材料形成；以及
多层式膜，其调整光谱特性，并且形成在基底材料的物侧表面和像侧表面上。
将光学元件布置在成像光学系统的光路上，并且具有这种特性：在物侧表面和像侧表面上的其光谱透射率以及其光谱反射率满足如下条件(1)到(4)
(1)0.75＜TIRCF(600)/TIRCF(540)＜0.95
(2)615＜λLT50％＜670
(3)|TIRCF(700)/TIRCF(540)|＜0.05
(4)680≤λLR50％，
其中
TIRCF(600)是具有600nm波长的光的光谱透射率，
TIRCF(540)是具有540nm波长的光的光谱透射率，
λLT50％是在50％光谱透射率处的近红外光的波长，
TIRCF(700)是具有700nm波长的光的光谱透射率，以及
λLR50％是在50％光谱反射率处的近红外光的波长，
其中波长的单位是nm。
以这种方式，在实现小型化的同时，可以在红色区域中实现期望的彩色再现性。
根据本发明的实施例，将光学元件布置在成像器件与成像光学系统中最靠近图像布置的透镜之间。以这种方式，可以抑制成像光学系统的分辨率的恶化，并且可以减小在制造中或响应于温度变化而可能出现的后焦点偏移量。
根据本发明的实施例，物侧表面和像侧表面上的光谱反射率满足如下条件(5)：
(5)λLR50％[A]≥λLR50％[B]，
其中λLR50％[A]是物侧表面上50％光谱反射率处的近红外光的波长，而λLR50％[B]是像侧表面上50％光谱反射率处的近红外光的波长。
以这种方式，可以抑制红色重影，并且可以提高图像质量。
根据本发明的实施例，基底材料和基底材料的两个表面上形成的多层式膜的总厚度是120μm或更小。以这种方式，可以充分地减小厚度。
根据本发明的实施例，基底材料由聚烯树脂构成。以这种方式，即使在恶劣的温度和湿度条件下使用时也可以确保期望的特性。
根据本发明的实施例，基底材料包含至少一种有机色素作为具有红外吸收作用的着色剂。以这种方式，着色剂可以期望地与基底材料混合，使得可以均匀地将着色剂与基底材料混合。
根据本发明实施例的成像光学系统包括布置在光路上的至少一个透镜或透镜元件、光学元件和成像器件。
光学元件包括由具有红外吸收作用的膜状树脂材料形成的基底材料以及调整光谱特性且形成在基底材料的物侧表面和像侧表面上的多层式膜。
光学元件具有这种特性：在物侧表面和像侧表面上的其光谱透射率以及其光谱反射率满足如下条件(1)到(4)：
(1)0.75＜TIRCF(600)/TIRCF(540)＜0.95
(2)615＜λLT50％＜670
(3)|TIRCF(700)/TIRCF(540)|＜0.05
(4)680≤λLR50％，
其中
TIRCF(600)是具有600nm波长的光的光谱透射率，
TIRCF(540)是具有540nm波长的光的光谱透射率，
λLT50％是在50％光谱透射率处的近红外光的波长，
TIRCF(700)是具有700nm波长的光的光谱透射率，以及
λLR50％是在50％光谱反射率处的近红外光的波长，
其中波长的单位是nm。
以这种方式，在实现小型化的同时，可以在红色区域中实现期望的彩色再现性。
根据本发明实施例的成像设备包括布置在光路上的至少一个透镜或透镜元件、光学元件和成像器件的成像光学系统。
光学元件包括：基底材料，由具有红外吸收作用的膜状树脂材料形成；以及多层式膜，其调整光谱特性，并且形成在基底材料的物侧表面和像侧表面上。
光学元件具有这种特性：在物侧表面和像侧表面上的其光谱透射率以及其光谱反射率满足如下条件(1)到(4)：
(1)0.75＜TIRCF(600)/TIRCF(540)＜0.95
(2)615＜λLT50％＜670
(3)|TIRCF(700)/TIRCF(540)|＜0.05
(4)680≤λLR50％，
其中
TIRCF(600)是具有600nm波长的光的光谱透射率，
TIRCF(540)是具有540nm波长的光的光谱透射率，
λLT50％是在50％光谱透射率处的近红外光的波长，
TIRCF(700)是具有700nm波长的光的光谱透射率，以及
λLR500％是在50％光谱反射率处的近红外光的波长，
其中波长的单位是nm。
以这种方式，在实现小型化的同时，可以在红色区域中实现彩色再现性。
附图说明
图1是图示根据本发明实施例的成像设备的构造的示意图，其联系图2到图9示出。
图2是图示光学元件的构造的示意图。
图3是图示成像设备的另一构造的示意图。
图4是图示成像设备的再一构造的示意图。
图5是第一示例的光学元件的光谱透射特性和光谱反射特性的图形表示。
图6是第二示例的光学元件的光谱透射特性和光谱反射特性的图形表示。
图7是第三示例的光学元件的光谱透射特性和光谱反射特性的图形表示。
图8是将第一示例的光学元件的光谱反射特性与现有技术的光学元件的光谱反射特性进行比较的图形表示。
图9是本发明的成像设备的实施例的框图。
图10是现有技术的光学元件的光谱透射特性和光谱反射特性的图形表示。
图11是现有技术的另一光学元件的光谱透射特性和光谱反射特性的图形表示。
图12是现有技术的再一光学元件的光谱透射特性和光谱反射特性的图形表示。
具体实施方式
下面参照附图，描述本发明的光学元件、成像光学系统和成像设备的实施例。
下述实施例基于本发明实施例的成像设备对于数码相机的应用、本发明实施例的成像光学系统对于数码相机的成像光学系统的应用以及本发明实施例的光学元件对于成像光学系统的光学元件的应用。
应该注意的是，本发明的可应用范围不只限于数码相机、数码相机的成像光学系统和成像光学系统的光学元件。例如，本发明可应用于数码摄像机、集成在蜂窝电话、个人计算机和PDA(个人数字助理)中的相机、在各种相机中提供的成像光学系统以及在各种成像光学系统中提供的光学元件的宽范围。
[整体构造]
如图1所示，例如，成像设备(数码相机)1包括布置在光路上的五个透镜元件2和成像器件3(如，CCD和CMOS)。图1中图示的成像设备1是五元件构造；然而，这仅为示例，并且成像设备1可以包括任意数量的透镜元件2。最靠近物体的透镜元件(第一透镜元件)2具有将光路弯曲90°的棱镜2a。
在光路上将成像器件3布置得最靠近图像。
将光学元件4布置在成像器件3与透镜2b(其布置在最靠近图像的透镜元件(第五透镜元件)2中最靠近图像)之间。
将盖玻片5布置在光学元件4与成像器件3之间。将孔径光阑6布置在相对于从物侧到像侧的方向在透镜元件2的次序中第三个布置的透镜元件(第三透镜元件)2的像侧上。
透镜元件2、成像器件3、光学元件4、盖玻片5和孔径光阑6是成像设备1的各构件之中实现成像光学系统的构件。
包括棱镜2a的成像设备1可以在厚度上减小，因为棱镜2a以直角弯曲光路。
[光学元件的构造]
光学元件4具有红外吸收作用，并且如图2所示，包括：基底材料8，由膜状树脂材料形成；以及多层式膜9和10，分别形成在基底材料8的物侧表面和像侧表面上。
光学元件4可以具有充分减小的厚度，因为基底材料8由膜状材料形成。这使得成像光学系统和成像设备1尺寸减小，尤其所谓可缩回型成像设备(其中镜筒在不用时缩回而为了拍摄而伸长)的通常厚度减小。
光学元件4中的基底材料8以及多层式膜9和10的总厚度优选地为120μm或更小，因为这使得厚度减小的有利效果更加显著。
基底材料8具有红外吸收作用，具体地说，具有从红色波长区域到靠近红外线区域(大约540nm到大约700nm)的吸收特性。
这使得最优地调整成像器件3上的入射光的光谱强度的平衡(例如，蓝色区域、绿色区域和红色区域的光强的平衡)，使得可以期望地执行画面和视频的白平衡调整以及彩色再现。
也可以防止由于过度电方式彩色调整(over electrical color adjustment)引起的色彩噪声。
进一步，可以抑制由于不必要的光的反射而在成像光学系统中产生的、且可能引起图像质量恶化的红色反射重影，以提高图像质量。
进一步，由于光学元件4包括多层式膜9和10，其在基底材料8的两个表面上调整光谱特性，可以更加精细地调整单独通过基底材料8的近红外区域吸收特性不能充分调整的光谱特性。结果，可以确保透射光谱特性，通过所述透射光谱特性可以最优地执行画面和视频的彩色调整。
进一步，由于多层式膜9和10形成在基底材料8的两个表面上，因此即使当使用低刚性膜状树脂材料形成基底材料8时，由于多层式膜9和10引起的应力也可以在基底材料8的两个表面上平衡。因此可以最小化扭曲或弯曲的程度，由此提高光学元件4的表面精度。结果，可以防止成像光学系统的光学性能恶化，并且可以抑制反射重影的出现。
为了最大化提高光学元件4的表面精度的效果，优选地是对于多层式膜9和10提供基本上相同数量的层，以便应力可以在基底材料8的两个表面上平衡。
光学元件4被构造为使得物侧表面和像侧表面上的光谱透射率和光谱反射率满足如下条件(1)到(4)。
(1)0.75＜TIRCF(600)/TIRCF(540)＜0.95
(2)615＜λLT50％＜670
(3)|TIRCF(700)/TIRCF(540)|＜0.05
(4)680≤λLR50％，
其中，TIRCF(600)是具有600nm波长的光的光谱透射率，
TIRCF(540)是具有540nm波长的光的光谱透射率，
λLT50％是在50％光谱透射率处的近红外光的波长，
TIRCF(700)是具有700nm波长的光的光谱透射率，以及
λLR50％是在50％光谱反射率处的近红外光的波长。
波长的单位是nm。
条件(1)到(3)指定了从红色波长区域到近红外区域的光学元件4的光谱透射特性。
在条件(1)的范围以上和以下，相对于其他可见光区域中的光量，波长600nm附近的光量变成过度不平衡，使得难以在彩色再现中调整白平衡。进一步，由于图像处理中涉及的过度电方式信号增益，将存在色彩噪声的大量入射，导致图像质量恶化。
在条件(2)的上限以上，光学元件4中红外线的透射截止波长变成太长，并且在近红外区域中，透射光量和透射波长区域变成太大，使得难以充分地执行画面和视频的彩色调整。例如，白平衡调整变成困难。另一个问题是利用红外区域光的成像器件3的曝光，这不能可视地察觉。
另一方面，在条件(2)的下限以下，光学元件4中红外线的透射截止波长变成太短，并且在红色区域中透射光量和透射波长区域变成太小，使得难以充分地执行画面和视频的彩色调整。红色和紫色的再现性特别受到影响。
在条件(3)的上限以上，靠近波长700nm的光量变成太大，并且入射到成像器件3上的近红外区域中的光量变成过度。这对于输出画面和视频的彩色再现性是有害的，特别在红色和黑色中。例如，白平衡调整变成困难。另一个问题是利用红外区域光的成像器件3的曝光，这不能可视地察觉。
条件(4)指定了从红色波长区域到近红外区域光学元件4的光谱反射特性。
在条件(4)的下限以下，从红色区域到红外线区域，光学元件4的光谱反射率和反射波长区域变成太大。在这种情况下，由于光学元件4的反射光引起的红色反射重影变成明显，导致图像质量的严重恶化。例如，由于成像器件3或成像光学系统的透镜与光学元件4之间的反射而出现红色反射重影。
随着光学元件4上重影引起光(ghost-causing light)的入射角度增大，红色反射重影变成更加频繁，这是因为增大了多层式膜9和10对于光学元件4上的入射光的干扰。因此，特别地，当光学元件4上重影引起光的入射角度或者光学元件4上入射光的密度作为减小成像光学系统和成像设备1的尺寸的结果而增大时，红色反射重影更有可能出现。
如上所述，通过满足条件(1)到(4)的光学元件4，可以抑制红色反射重影。另外，可以确保期望的白平衡，并且可以关于红色区域实现期望的彩色再现性。结果，可以极大地提高图像质量。具体地说，如上所述，即使当光学元件4上重影引起光的入射角度或者光学元件4上入射光的密度作为减小成像设备1的尺寸的结果而增大时，通过满足条件(1)到(4)，也可以关于红色区域确保期望的彩色再现性。
在成像设备1中，将光学元件4布置在成像器件3与透镜2b(在成像光学系统中，其最靠近图像而布置)之间。
通过布置在透镜2b与成像器件3之间的光学元件4，与将成像元件4布置在孔径光阑6(其中，主光线和外围光线远离)的附近时相比，可以更多地减小由于球面像差引起的干扰或恶化。结果，可以抑制成像光学系统的分辨率的恶化，并且可以减小在制造中可能出现的、或者响应于温度变化而出现的后焦点偏移量。
一般而言，包括成像器件的成像设备与像侧远心系统类似地设计，以便使得成像光学系统的场照明均匀。通过与像侧远心系统类似地设计，通过允许相对容易地在成像器件与成像光学系统中最靠近图像布置的透镜之间形成空间的光学设计，可以减小成像光学系统的尺寸。
可以使用这种空间以将光学元件4布置在成像器件3与透镜2b(如成像设备1中那样，布置在光路上最靠近图像)之间，使得可以容易地减小成像设备1的尺寸。
在成像设备1中，优选的是物侧和像侧表面上的光学元件4的光谱反射率满足如下条件(5)：
(5)λLR50％[A]≥λLR50％[B]
其中λLR50％[A]是在物侧表面上50％光谱反射率处的近红外光的波长，而λLR50％[B]是像侧表面上50％光谱发射率处的近红外光的波长。
条件(5)指定了光学元件4的朝向。具体地说，它指定了从红色波长区域到近红外区域具有更高光谱反射率的光学元件4的表面位于成像器件3一侧。
当相反地布置光学元件4从而不满足条件(5)时，从红色波长区域到近红外区域的光谱反射率和反射波长区域在物侧表面变成比像侧表面更大。在这种情况下，由于光学元件4与布置在光学元件4的物侧上的各光学构件(如透镜2)之间的反射引起的红色反射重影变成更加频繁，并且图像质量恶化。
即使当布置光学元件4以便满足条件(5)时，仍然可能在光学元件4的像侧表面与成像器件3之间出现反射重影。然而，考虑与对光进行反射的组件的数量相关联的反射重影样式的数量、入射光角度的条件以及在画面和视频中出现的重影图像的大小和形状，满足条件(5)的光学元件4的朝向产生了比相反地布置光学元件4从而不满足条件(5)时更好的图像质量。
进一步，当光学元件4满足条件(1)到(4)时，可以防止当布置光学元件4以便满足条件(5)时由于反射重影引起的图像质量的任何下降。
使用膜状树脂材料形成光学元件4的基底材料8。优选地是，例如使用聚烯树脂(polyolefinic resin)作为基底材料8的材料。
聚烯树脂是具有多种优点、包括出色的光学特性(高透射率、低双折射、高阿贝(Abbel)数或色散系数等)、高耐热性和低吸水性的材料。因此，通过将聚烯树脂用于基底材料8，即使当在恶劣的温度和湿度条件下使用成像设备1时也可以保持光学元件4的期望特性。
进一步，与现有技术中用作基底材料8的材料的红外吸收玻璃相比，聚烯树脂更便宜。因此，通过使用聚烯树脂形成基底材料8，可以减小成像设备1和成像光学系统的制造成本。
进一步，由于聚烯树脂具有出色的可塑性，因此与使用例如红外吸收玻璃作为基底材料相比，可以以减小的厚度来形成光学元件4。例如，可以将厚度减小到120μm或更小，以减小成像设备1和成像光学系统的尺寸。
当如以上那样将聚烯树脂用于光学元件4的基底材料8时，优选地是，将树脂与在近红外区域中具有光吸收特性的有机色素着色剂(如，花青甙色素和氰蓝色素)进行混合，作为红外吸收材料。
例如，存在与关于花青甙色素的耐热性和耐光性的改进有关的许多报道(例如，参见JP-A-2003-292810)。进一步，由于花青甙色素是自然着色剂，并且希望即使在极度温度条件下仍具有稳定的可靠性，因此与合成着色剂不同，花青甙色素可以容易地克服环境担忧。
进一步，通过使用有机色素作为红外吸收材料，着色剂可以期望地与聚烯树脂混合。
已经将成像设备1描述为例如包括五个透镜元件2。然而，例如可以在如下所述的成像设备1A或成像设备1B中提供光学元件4(参见图3和图4)。
如图3所示，例如，成像设备1A包括布置在光路上的三个透镜元件2A和成像器件3(如，CCD和CMOS)。
将光学元件4布置在成像器件3与透镜2c(其布置在最靠近图像的透镜元件(第三透镜元件)2A中最靠近图像)之间。
将盖玻片5布置在光学元件4与成像器件3之间。将孔径光阑6布置在相对于从物侧到像侧的方向在透镜元件2A的次序中第二个布置的透镜元件(第二透镜元件)2A的像侧上。
透镜元件2A、成像器件3、光学元件4、盖玻片5和孔径光阑6是成像设备1A的各构件之中实现成像光学系统的构件。
如图4所示，例如，成像设备1B包括布置在光路上的四个透镜元件2B和成像器件3(如，CCD和CMOS)。
将光学元件4布置在成像器件3与透镜2d(其布置在最靠近图像的透镜元件(第四透镜元件)2B中最靠近图像)之间。
在光学元件4与成像器件3之间从物侧以次布置低通滤光片7和盖玻片5。将孔径光阑6布置在相对于从物侧到像侧的方向在透镜元件2B的次序中第三个布置的透镜元件(第三透镜元件)2B的物侧上。
透镜元件2B、成像器件3、光学元件4、盖玻片5、孔径光阑6和低通滤光片7是成像设备1B的各构件之中实现成像光学系统的构件。
在提供有低通滤光片7的成像设备1B中，低通滤光片7可以防止莫尔(moire)条纹的产生。
[示例]
下面参照图5到图7描述光学元件4的特定示例。注意，在下面的第一、第二和第三示例中，光学元件4的厚度是100μm。在图5到图7的图形表示中，上部曲线图表示波长与光谱透射率之间的关系，而下部曲线图表示波长与每一个表面上的光谱反射率之间的关系。在下部曲线图中，表面A是物侧上光学元件4的表面，而表面B是像侧上光学元件4的表面。
图5是第一示例的图形表示。
在第一示例中，满足下面的条件(1)到(5)。
(1)TIRCF(600)/TIRCF(540)＝0.906
(2)λLT50％＝650nm
(3)|TIRCF(700)/TIRCF(540)|＝0.002
(4)λLR50％＝729nm，697nm
(5)λLR50％[A]＝729nm，λLR50％[B]＝697nm
如图5所表示的那样，在第一示例中，光谱透射率逐渐地朝着红色区域(大约600nm到大约700nm的波长)中的更长波长侧减小。
在表面A和表面B二者上，光谱反射率在大约600nm到大约680nm的波长(易于引起红色反射重影的光的波长区域)处低，并且在更长波长侧的区域中高。
因此，在第一示例中，可以确保期望的白平衡，并且在红色区域中可以实现期望的彩色再现性。
图6是第二示例的图形表示。
在第二示例中，满足下面的条件(1)到(5)。
(1)TIRCF(600)/TIRCF(540)＝0.946
(2)λLT50％＝655nm
(3)|TIRCF(700)/TIRCF(540)|＝0.002
(4)λLR50％＝729nm，697nm
(5)λLR50％[A]＝729nm，λLR50％[B]＝697nm
如图6中所表示的那样，在第二示例中，光谱透射率逐渐地朝着红色区域(大约600nm到大约700nm的波长)中的更长波长侧减小。
在表面A和表面B二者上，光谱反射率在大约600nm到大约680nm的波长(易于引起红色反射重影的光的波长区域)处低，并且在更长波长侧的区域中高。
因此，在第二示例中，可以确保期望的白平衡，并且在红色区域中可以实现期望的彩色再现性。
图7是第三示例的图形表示。
在第三示例中，满足下面的条件(1)到(5)。
(1)TIRCF(600)/TIRCF(540)＝0.807
(2)λLT50％＝622nm
(3)|TIRCF(700)/TIRCF(540)|＝0.0001
(4)λLR50％＝739nm，694nm
(5)λLR50％[A]＝739nm，λLR50％[B]＝694nm
如图7中所表示的那样，在第三示例中，光谱透射率逐渐地朝着红色区域(大约600nm到大约700nm的波长)中的更长波长侧减小。
在表面A和表面B二者上，光谱反射率在大约600nm到大约680nm的波长(易于引起红色反射重影的光的波长区域)处低，并且在更长波长侧的区域中高。
因此，在第三示例中，可以确保期望的白平衡，并且在红色区域中可以实现期望的彩色再现性。
作为示例，图8将第一示例的光学元件4的光谱反射率与现有技术的光学元件的光谱反射率(图10中所示的示例)进行比较。
如图8中所表示的那样，现有技术的光学元件在大约600nm到大约680nm的波长(易于引起红色反射重影的光的波长区域)处具有高光谱反射率，而光学元件4在从大约600nm到大约680nm的区域的更长波长侧具有高光谱反射率。
因此，通过使用光学元件4，在易于引起红色反射重影的光的波长区域的更长波长侧，光谱反射率变高。因此，可以抑制红色反射重影。结果，可以确保期望的白平衡，并且可以在红色区域中实现期望的彩色再现性。
[多层式膜的示例性构造]
表1呈现了多层式膜的示例性构造。在表中，符号A和B分别表示物侧和像侧的光学元件4的表面。表1中所表示的光学元件4的多层式膜9和多层式膜10分别具有19层和17层。
表1
*λ0＝550nm
[成像设备的实施例]
图9是图示作为本发明实施例的成像设备的数码相机的框图。
成像设备(数码相机)100包括相机块10、相机信号处理器20、图像处理器30、LCD(液晶显示器)40、R/W(读取器/写入器)50、CPU(中央处理单元)60、输入部件70和透镜驱动控制器80。
相机块10具有成像功能。相机信号处理器20执行拍摄图像信号的信号处理(如，模数转换)。图像处理器30执行图像信号的记录和再现。提供LCD40以显示信息(如，拍摄图像)。R/W 50执行到存储卡1000的图像信号的写入和从存储卡1000的图像信号的读取。CPU 60控制成像设备100的整体操作。输入部件70例如包括由用户操纵以执行必要操作的各种开关。透镜驱动控制器80控制相机块10中布置的各透镜的驱动。
例如，相机块10包括成像光学系统，所述成像光学系统包括变焦透镜11和成像器件12(如，CCD和CMOS)。
相机信号处理器20执行各种类型的信号处理，包括来自成像器件12的输出信号的数字转换、噪声去除、图像质量补偿以及到亮度和色差信号的转换。
例如，图像处理器30基于预定图像数据格式，执行图像信号的压缩编码和解压缩解码以及数据规格(如分辨率)的转换。
LCD 40显示关于输入部件70的信息(如用户操作的状态)和拍摄图像。
R/W 50将图像处理器30编码的图像数据写入存储卡1000，并从存储卡1000读取记录的图像数据。
CPU 60用作控制处理器，例如，基于来自输入部件70的输入命令信号，控制成像设备100的每一电路块。
例如，输入部件70包括：快门释放按钮，通过其操作快门；以及选择开关，用以选择操作模式，并且输入部件70响应于用户操作将输入命令信号输出到CPU 60。
例如，透镜驱动控制器80基于来自CPU 60的控制信号，控制驱动变焦透镜11中的各透镜的电机。
例如，存储卡1000是对于连接到R/W 50的槽而可拆卸地提供的半导体存储器。
下面描述成像设备100的操作。
在用于拍摄的待机模式期间，在CPU 60的控制之下，将相机块10中的拍摄图像信号经由相机信号处理器20输出到LCD 40，并且显示为相机通过图像(camera through image)。一旦从输入部件70输入用于变焦的输入命令信号，CPU 60就将控制信号输出到透镜驱动控制器80，并且在透镜驱动控制器80的控制之下移动变焦透镜11中的预定透镜。
当响应于来自输入部件70的输入命令信号而操作相机块10的快门(未示出)时，相机信号处理器20将拍摄图像信号输出到图像处理器30用于压缩编码，并且将信号转换为预定数据格式的数字数据。将经转换的数据输出到R/W 50，并写入存储卡1000。
注意，例如当半按输入部件50的快门释放按钮时执行对焦，或者全按下用于记录(拍摄)，此时透镜驱动控制器80基于来自CPU 60的控制信号移动变焦透镜11中的预定透镜用于对焦。
对于存储卡1000中记录的图像数据的再现，R/W 50根据输入部件70的操作，从存储卡1000读取预定图像数据，并且在通过图像处理器30的解压缩解码之后，将再现图像信号输出到LCD 40并显示再现图像。
优选实施例中描述的各构件的具体形状和构造本质上仅为示例，并且已经对其进行了描述以简单地体现本发明。本发明的前述描述因此不能理解为限制本发明的技术范围。
本申请包含与2009年8月26日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2009-195506中公开的主题有关的主题，将其通过引用的方式合并在此。
Claims (8)
1.一种光学元件，包括：
基底材料，由具有红外吸收作用的膜状树脂材料形成；以及
多层式膜，其调整光谱特性，并形成在基底材料的物侧表面和像侧表面上，
将所述光学元件布置在成像光学系统的光路上，并且所述光学元件具有这种特性：物侧表面和像侧表面上的其光谱透射率以及其光谱反射率满足如下条件(1)到(4)
(1)0.75＜TIRCF(600)/TIRCF(540)＜0.95
(2)615＜λLT50％＜670
(3)|TIRCF(700)/TIRCF(540)|＜0.05
(4)680≤λLR50％，
其中
TIRCF(600)是600nm波长的光的光谱透射率，
TIRCF(540)是540nm波长的光的光谱透射率，
λLT50％是在50％光谱透射率处的近红外光的波长，
TIRCF(700)是700nm波长的光的光谱透射率，以及
λLR50％是在50％光谱反射率处的近红外光的波长，
其中波长的单位是nm。
2.根据权利要求1所述的光学元件，其中将所述光学元件布置在成像器件与成像光学系统中最靠近图像布置的透镜之间。
3.根据权利要求1所述的光学元件，其中物侧表面和像侧表面上的光谱反射率满足如下条件(5)
(5)λLR50％[A]≥λLR50％[B]，
其中λLR50％[A]是物侧表面上50％光谱反射率处的近红外光的波长，而λLR50％[B]是像侧表面上50％光谱反射率处的近红外光的波长。
4.根据权利要求1所述的光学元件，其中在基底材料和基底材料的两个表面上形成的多层式膜的总厚度为120μm或更小。
5.根据权利要求1所述的光学元件，其中所述基底材料由聚烯树脂构成。
6.根据权利要求1所述的光学元件，其中所述基底材料包含至少一种有机色素作为具有红外吸收作用的着色剂。
7.一种成像光学系统，包括：
至少一个透镜或透镜元件；
光学元件；以及
成像器件，
该至少一个透镜或透镜元件、光学元件和成像器件布置在光路上，
所述光学元件包括
基底材料，由具有红外吸收作用的膜状树脂材料形成，以及
多层式膜，其调整光谱特性，并且形成在基底材料的物侧表面和像侧表面上，以及
所述光学元件具有这种特性：在物侧表面和像侧表面上的其光谱透射率以及其光谱反射率满足如下条件(1)到(4)
(1)0.75＜TIRCF(600)/TIRCF(540)＜0.95
(2)615＜λLT50％＜670
(3)|TIRCF(700)/TIRCF(540)|＜0.05
(4)680≤λLR50％，
其中
TIRCF(600)是600nm波长的光的光谱透射率，
TIRCF(540)是540nm波长的光的光谱透射率，
λLT50％是在50％光谱透射率处的近红外光的波长，
TIRCF(700)是700nm波长的光的光谱透射率，以及
λLR50％是在50％光谱反射率处的近红外光的波长，
其中波长的单位是nm。
8.一种成像设备，包括：
成像光学系统，包括
至少一个透镜或透镜元件；
光学元件；以及
成像器件，
该至少一个透镜或透镜元件、光学元件和成像器件布置在光路上，
所述光学元件包括
基底材料，由具有红外吸收作用的膜状树脂材料形成，以及
多层式膜，其调整光谱特性，并且形成在基底材料的物侧表面和像侧表面上，以及
所述光学元件具有这种特性：在物侧表面和像侧表面上的其光谱透射率以及其光谱反射率满足如下条件(1)到(4)
(1)0.75＜TIRCF(600)/TIRCF(540)＜0.95
(2)615＜λLT50％＜670
(3)|TIRCF(700)/TIRCF(540)|＜0.05
(4)680≤λLR50％，
其中
TIRCF(600)是600nm波长的光的光谱透射率，
TIRCF(540)是540nm波长的光的光谱透射率，
λLT50％是在50％光谱透射率处的近红外光的波长，
TIRCF(700)是700nm波长的光的光谱透射率，以及
λLR50％是在50％光谱反射率处的近红外光的波长，
其中波长的单位是nm。
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