JP2005148379A - 光学素子および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 塵が付着しにくく、表面反射の小さな光学素子の提供。
【解決手段】 光学素子１８は、デジタルカメラの撮影レンズ４と撮像素子ユニット１２との間に配置され、光学ローパスフィルタ２０と赤外カットフィルタ２１とを備えている。光学ローパスフィルタ２０は、１／４波長板２０１を複屈折特性を有する２枚のニオブ酸リチウム板２００ａ，２００ｂで挟持したものである。撮影レンズ４側のニオブ酸リチウム板２００ａの表面には、導電性の酸化スズ膜２２２と酸化スズ膜２２２よりも低屈折率材である酸化ケイ素膜２２１とから成る反射防止膜２２が成膜されている。酸化スズ膜２２２は接地されている。その結果、反射防止膜２２は反射防止機能と帯電防止機能とを兼ね備えている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、光学ローパスフィルタ等の光学素子およびその光学素子を搭載する撮像装置に関する。

デジタルカメラ等の撮像装置では、ＣＣＤ撮像素子等の固体撮像素子を用いて被写体像を撮像している。固体撮像素子は複数の画素が所定ピッチで二次元的に配列されたエリアセンサであり、被写体像を空間的に分離して各画素毎に取り込んでいる。そのため、取り扱える画像の細かさは、撮像素子の画素ピッチによって決まることになる。

被写体像の細かさが画素ピッチよりも細かい場合には、被写体像の空間周波数成分の中に画素ピッチよりも高い空間周波数が含まれるため、画素から得られる信号の中に偽信号が含まれることになる。また、画素上にカラーフィルタが配列されたカラー撮像素子では、カラーフィルタの同色におけるピッチよりも細かい被写体像が撮像された場合、撮像素子から出力される信号に各色の色モアレに関する成分が発生する。

そのため、従来の撮像装置では、上述したような偽信号の発生を防止するために、撮影レンズと撮像素子との間に光学ローパスフィルタを配置するのが一般的である。光学ローパスフィルタは水晶やニオブ酸リチウム等の複屈折材料で構成され、複屈折を利用して光束を分離して偽信号の発生を防止している。撮像装置では、このような光学ローパスフィルタに加えて赤外カットフィルタが撮像素子と撮影レンズとの間に配設されている。

ところで、光学ローパスフィルタや赤外カットフィルタなどの光学素子は絶縁体材料で構成されているため、圧電性や焦電性により表面が帯電しやすく、塵が付着し易いという欠点がある。これらの光学素子に塵が付着すると画面に塵が映り込んで画質を劣化させるという問題があった。従来は、この問題を解決するために、金属被膜などの透明導電性膜を光学素子の表面に形成して、帯電を除去し塵の付着を防止するようにしていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−３３９０５５号公報

しかしながら、金属被膜などの透明導電性膜の屈折率は１．７〜２．０と高く、透明導電性膜表面での反射が増加し、撮像素子に入射する被写体光の光量が低下するという欠点がある。また、反射光によるゴーストが発生し、それが画質劣化の原因となる。

請求項１の発明による光学素子は、光学素子基材と、光学素子基材の表面に形成された反射防止膜とを備え、反射防止膜を二層以上の多層膜とし、反射防止膜の露出面から数えて第二層目以上の少なくとも一層を、導電性材料である酸化アンチモン、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、ＩＴＯ（スズドープ酸化インジウム）およびＡＴＯ（アンチモンドープ酸化スズ）のいずれかを用いた導電性膜で形成し、第一層目を第二層目よりも低屈折率を有する膜で形成したことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載の光学素子において、導電性膜を、導電性材料が粒径１〜３０ｎｍの微粒子として含まれるコーティング膜で形成したものである。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の光学素子において、第一層目の膜を酸化ケイ素を含む膜としたものである。
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の光学素子において、光学素子基材が、複屈折性材料を用いた光学ローパスフィルタである。
請求項５の発明は、請求項４に記載の光学素子において、複屈折性材料が、ニオブ酸リチウム、水晶、ルチルおよびＹＶ０_４（四酸化バナジウム）のいずれか一つの材料から成るものである。
請求項６の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の光学素子において、光学素子基材が、赤外カットフィルタである。
請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の光学素子と、被写体を撮像する撮像素子と、被写体像を光学素子を介して撮像素子の撮像面上に結像する光学系とを備え、光学素子に形成された導電性膜を接地電位に接続したことを特徴とする。

本発明によれば、光学素子に設けられた反射防止膜は導電性膜を有しているので、帯電防止機能と反射防止機能とを兼ね備え、光学素子表面への塵の付着を防止できるとともに、光学素子表面での反射を低減することができる。

以下、図を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明による光学素子を備えたデジタルスチルカメラの概略構成を示す断面図である。図１に示すカメラ１はレンズ交換可能な一眼レフ方式のデジタルスチルカメラである。カメラ１のレンズマウント２には交換レンズ３が装着される。

交換レンズ３の撮影レンズ４を通った被写体光束Ｌは、半透明のクイックリターンミラー５によりオートフォーカス用の透過光Ｌ１とファインダ観察用の反射光Ｌ２とに分割される。反射光Ｌ２はファインダースクリーン６上に結像され、結像された被写体像はペンタプリズム７および接眼レンズ８を介してファインダー接眼窓９から観察される。ペンタプリズム７に導かれた光の一部は、測光センサ１５および測色センサ１６に導かれる。

透過光Ｌ１はクイックリターンミラー５の背面に設けられたサブミラー１０で反射され、焦点検出センサ１３に導かれる。クイックリターンミラー５の後方（図示右側）には撮像素子１１が設けられた撮像ユニット１２が配設されている。撮像素子１１にはＣＣＤ撮像素子やＣＭＯＳ撮像素子などが用いられる。撮像ユニット１２には、撮像素子１１を保護するためのカバーガラス１４が設けられている。撮像ユニット１２とクイックリターンミラー５との間にはシャッタユニット１７が配設されている。さらに、シャッタユニット１７と撮像ユニット１２との間には、カバーガラス１４の前面に近接して光学素子１８が設けられている。後述するように、光学素子１８には光学ローパスフィルタと赤外カットフィルタとが設けられている。

カメラ１のレリーズスイッチ（不図示）がオンされると、クイックリターンミラー５が光路外へと跳ね上げられ、シャッタユニット１７のシャッタ幕１７ａが開閉されることにより撮像素子１１が露光される。図１はシャッタ幕１７ａが閉じた状態を示している。交換レンズ式のカメラ１の場合、交換レンズ３をレンズマウント２から着脱するため、カメラ内部に塵が入りやすい。そのため、シャッタ開閉時にその塵が光学素子１８の表面に付着し易い。また、シャッタ１７の開閉動作によってシャッタ自身から発生した塵が、光学素子１８の表面に付着する場合もある。

図２は光学素子１８の構成を示す断面図である。光学素子１８は大きく分けて、光学ローパスフィルタ２０、赤外カットフィルタ２１および反射防止膜２２とから成る。光学素子１８をカメラ１に装着する際には、反射防止膜２２が形成された面を撮影レンズ４側に向け、赤外カットフィルタ２１が形成された面を撮像ユニット１２側に向けて配置する。

光学ローパスフィルタ２０は、２枚のニオブ酸リチウム板２００ａ，２００ｂの間に１／４波長板２０１を配設したものである。赤外カットフィルタ２１には、例えば、赤外カットガラスが用いられる。ニオブ酸リチウム板２００ａ，２００ｂ、１／４波長板２０１および赤外カットフィルタ２１を貼り合わせることにより、一体の素子が形成される。光学ローパスフィルタ用材料としては、ニオブ酸リチウム以外にも、水晶、ルチル、ＹＶ０_４（四酸化バナジウム）などを使用することもできる。なお、ニオブ酸リチウムは可視域での透過率が十分に高くかつ複屈折が高く、さらに工業的に安定して入手できるという利点を有しており、光学ローパスフィルタの材料として適している。

ニオブ酸リチウム板２００ａの表面（撮影レンズ４側の面）に形成された反射防止膜２２は二層構造になっている。反射防止膜２２の表面側から第一層２２１、第二層２２２とした場合、図２に示す例では第一層２２１は酸化ケイ素膜、第二層２２２は酸化スズ膜でそれぞれ形成されており、各層の厚さは１００ｎｍ程度である。本実施の形態では、このような二層構造とすることで、反射防止膜２２は光学素子１８の表面（撮影レンズ４側の面）における反射防止機能と、光学素子１８の帯電防止機能とを兼ね備えている。

反射防止膜２２が反射防止機能を有するようにするためには、第一層２２１を構成する材料として第二層２２２を構成する材料よりも低屈折率のものを用いる。なお、図２に示す例では、第一層２２１である酸化ケイ素膜の屈折率は１．２〜１．４６で、第二層２２２である酸化スズ膜の屈折率は１．６〜２．０である。

また、反射防止膜２２が帯電防止機能を有するようにするために、第二層２２２を導電性膜で形成する。第二層２２２を構成する膜には導電性に加えて可視光に対する高透過率も要求されるため、第二層２２２には酸化アンチモン、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、ＩＴＯ（スズドープ酸化インジウム）、ＡＴＯ（アンチモンドープ酸化スズ）などが材料として用いられる。第二層２２２をこれらの中のいずれか１種類で構成しても良いし、数種類を含んでいても良い。

なお、第二層２２２の帯電防止機能をより有効に機能させるためには、第二層２２２を接地するのが好ましい。図１に示したようにカメラ１に装着した場合には、カメラ本体側の接地電位の部材と接続させれば良く、例えば、撮像ユニット１２のケーシングを介して接地電位とするような構成が考えられる。

また、第一層２２１に用いる低屈折率材料としては、酸化ケイ素、フッ化マグネシウムなどがある。特に、酸化ケイ素で構成した場合、酸化ケイ素膜の表面のシラノール基に吸着した水分によって導電性も発現するため、第二層２２２の導電性膜の帯電防止機能を阻害することがなく、また反射防止膜２２の膜強度が向上するので都合が良い。

各層２２１，２２２の形成方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、ディッピング法、スピンコート法など一般的な成膜方法を使用することができる。特に、ディッピング法やスピンコート法などの湿式の成膜方法を用いた場合、真空蒸着法やスパッタリング法のように高価な設備を用いることなく安価に導電性膜を成膜することができる。また、第一層２２１の酸化ケイ素膜やフッ化マグネシウム膜を形成する場合にも、湿式の成膜方法を用いると真空蒸着法やスパッタリング法で形成した膜よりも低屈折率の膜が得られ、反射防止機能がより向上する。

ディッピング法やスピンコート法で成膜する場合、上述した材料の微粒子を分散させたコーティング液が用いられる。その場合、これらの微粒子の直径は１〜３０ｎｍであることが望ましい。例えば、微粒子の直径を１ｎｍ未満とした場合、コーティング液中における分散性が低下して均一な膜の形成が困難となる。また、直径が３０ｎｍよりも大きくなると、光の散乱によって形成した膜が白く見えるようになってしまい、光学素子として使用できなくなる。

図２に示した反射防止膜２２をスピンコート法で成膜した場合の一例を説明する。導電性膜の材料としては酸化スズを用い、直径約５ｎｍの酸化スズ微粒子をコーティング液に分散させる。まず、洗浄したニオブ酸リチウム２００ａの表面に上記コーティング液をスピンコート法により塗布する。回転速度は２０００ｒｐｍとした。コーティング液を塗布した後、約５０℃にて乾燥処理を行う。

次いで、酸化ケイ素のコーティング液をスピンコート法（回転速度２０００ｒｐｍ）で塗布した後、約１５０℃に加熱する。その後、図２に示すように、反射防止膜２２が形成されたニオブ酸リチウム板２００ａ、１／４波長板２０１、ニオブ酸リチウム板２００ｂ、赤外カットフィルタ２１を貼り合わせることにより光学素子１８が形成される。

このようにして形成した反射防止膜２２の表面抵抗率は４×１０^８Ωで、接地したときの表面電位は１Ｖであった。反射防止膜２２の帯電防止機能は、表面抵抗率が１０^９〜１０^１０Ω以下であれば十分機能するので、上記の反射防止膜２２は、反射防止機能と帯電防止機能とを兼ね備えている。なお、ニオブ酸リチウム板２００ａ，２００ｂは温度変化により帯電するという焦電性を有しているが、導電性膜である酸化スズ膜の層２２２を形成したので焦電性による帯電を防止することができ、光学素子１８の表面に塵が付着するのを防止することができる。また、光学素子１８をデジタルカメラ１に装着して実際に撮影したところ、反射によるゴースト等が画像に生じることはなかった。

図２に示す例では、撮影レンズ４側の面にだけ反射防止膜２２を形成したが、反射防止膜２２を撮影ユニット１２側の面にも形成しても良い。例えば、図１に示すように撮像ユニット１２との間に隙間を開けて光学素子１８を配設した場合、光学素子１８の裏面側（撮影ユニット１２側）にも塵が付着するおそれがあるので、反射防止膜２２を撮影ユニット１２側の面に形成することによりそのような付着を防止できる。また、光学素子１８を単体で取り扱う場合には表裏関係なく塵の付着の危険性があるので、表裏両面に反射防止膜２２を形成することにより組み付け時などにおける塵の付着を防止できる。

また、上述した例では反射防止膜２２を二層構造としたが、反射防止機能や膜強度の向上等を目的として、酸化ケイ素膜（第一層２２１）と酸化スズ膜（第二層２２２）との間や酸化スズ膜（第二層２２２）とニオブ酸リチウム板２００ａとの間に、他の層を導入しても良い。酸化ケイ素膜２２１と酸化スズ膜２２２との間に他の層を形成した場合、酸化スズ膜２２２が表面から２層目よりも深い層となってしまうが、表面抵抗率が１０^９〜１０^１０Ω以下であれば帯電防止膜として十分機能することができ、塵の付着を防止できる。ただし、酸化スズ膜２２２の帯電防止膜としての機能を効果的なものとするためには、図２のように表面から２層目に形成するのが好ましい。

（他の実施例）
本発明による光学素子の他の例を示したものであり、赤外カットフィルタに適用したものである。図３は赤外カットフィルタ３０の断面図である。３１は赤外カットガラスであり、その表裏両面には反射防止膜３２がそれぞれ形成されている。なお、赤外カットガラスに代えて、表面に赤外カットコートを施した光学ガラス基板や透明樹脂基板を用いても良い。各反射防止膜３２には、表面側の第一層３２１に酸化ケイ素膜が用いられ、第二層３２２には導電性膜としてＡＴＯ膜（屈折率１．６〜２．０）が用いられている。この場合も、導電性膜である各第二層３２２を接地することにより、帯電防止機能をより有効に機能させることができる。

反射防止膜３２の一例を示すと、直径約３０ｎｍのＡＴＯ微粒子を分散させたコーティング液をスピンコート法（回転数２０００ｒｐｍ）により塗布し、約５０℃で乾燥させる。その後、ＡＴＯ膜上に酸化ケイ素のコーティング液をスピンコート法（回転数２０００ｒｐｍ）で塗布し、約１５０℃に加熱する。この反射防止膜３２の表面抵抗率は１×１０^８Ωで、接地したときの表面電位は１Ｖであった。また、この赤外カットフィルタ３０をデジタルカメラに装着して撮影を行ったところ、画像にゴースト等は観察されなかった。

なお、図３の反射防止膜３２の場合にも、反射防止機能や膜強度の向上等を目的として、酸化ケイ素膜３２１とＡＴＯ膜３２２との間やＡＴＯ膜３２２と赤外カットガラス２１との間に、他の層を導入しても良い。

上述した実施の形態ではデジタルカメラに用いられる光学素子を例に説明したが、固体撮像素子を用いる他の撮像装置に搭載される光学素子についても同様に適用することができる。なお、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。

以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、光学ローパスフィルタ１０および赤外カットフィルタ３０は光学素子基材を、撮影レンズ４は光学系をそれぞれ構成する。

本発明による光学素子を備えたデジタルスチルカメラの概略構成を示す断面図である。 光学素子１８の構成を示す断面図である。 赤外カットフィルタ３０の断面図である。

符号の説明

１ カメラ
２ レンズマウント
３ 交換レンズ
４ 撮影レンズ
１１ 撮像素子
１２ 撮像ユニット
１７ シャッタ
１８ 光学素子
２０ 光学ローパスフィルタ
２１，３０ 赤外カットフィルタ
２２，３２ 反射防止膜
３１ 赤外カットガラス
２００ａ，２００ｂ ニオブ酸リチウム板
２０１ １／４波長板
２２１，３２１ 第一層
２２２，３２２ 第二層

Claims (7)

1. 光学素子基材と、
   前記光学素子基材の表面に形成された反射防止膜とを備え、
   前記反射防止膜を二層以上の多層膜とし、前記反射防止膜の露出面から数えて第二層目以上の少なくとも一層を、導電性材料である酸化アンチモン、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、ＩＴＯ（スズドープ酸化インジウム）およびＡＴＯ（アンチモンドープ酸化スズ）のいずれかを用いた導電性膜で形成し、第一層目を第二層目よりも低屈折率を有する膜で形成したことを特徴とする光学素子。
2. 請求項１に記載の光学素子において、
   前記導電性膜を、前記導電性材料が粒径１〜３０ｎｍの微粒子として含まれるコーティング膜で形成したことを特徴とする光学素子。
3. 請求項１または２に記載の光学素子において、
   前記第一層目の膜を酸化ケイ素を含む膜としたことを特徴とする光学素子。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の光学素子において、
   前記光学素子基材が、複屈折性材料を用いた光学ローパスフィルタであることを特徴とする光学素子。
5. 請求項４に記載の光学素子において、
   前記複屈折性材料が、ニオブ酸リチウム、水晶、ルチルおよびＹＶ０_４（四酸化バナジウム）のいずれか一つの材料から成ることを特徴とする光学素子。
6. 請求項１〜３のいずれかに記載の光学素子において、
   前記光学素子基材が、赤外カットフィルタであることを特徴とする光学素子。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の光学素子と、
   被写体を撮像する撮像素子と、
   被写体像を前記光学素子を介して前記撮像素子の撮像面上に結像する光学系とを備え、
   前記光学素子に形成された前記導電性膜を接地電位に接続したことを特徴とする撮像装置。
   

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