JP2006154395A - Optical filter and imaging device having the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は撮像素子を使用して画像を形成するときに光路中に配置する光学フィルタに関し、例えばデジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置に好適なものである。 The present invention relates to an optical filter disposed in an optical path when an image is formed using an imaging device, and is suitable for an imaging device such as a digital camera or a video camera.
従来、CCDやCMOS等の固体撮像素子を用いた撮像装置において、高い周波数成分を持った被写体を撮像したときに撮像素子のサンプリング周波数に依存して発生する偽信号を低減させることを目的とした光学ローパスフィルタが種々と提案されている。 Conventionally, in an imaging apparatus using a solid-state imaging device such as a CCD or a CMOS, an object is to reduce a false signal generated depending on a sampling frequency of the imaging device when an object having a high frequency component is imaged. Various optical low-pass filters have been proposed.
光学ローパスフィルタとしては、水晶の一軸性単結晶の複屈折作用を利用して被写体光を常光線と異常光線に分離させ、この分離幅に相当する空間周波数成分に対するレスポンスを低下させるというものがあって、現在でもこの性質を種々応用したものが広く一般的に用いられている(従来例1)。 An optical low-pass filter uses a birefringence action of a uniaxial single crystal of quartz to separate subject light into ordinary rays and extraordinary rays, and lowers the response to the spatial frequency component corresponding to this separation width. Even now, various applications of this property are widely used (conventional example 1).
また水晶以外の一軸性結晶、例えばニオブ酸リチウムの単結晶板の複屈折作用を利用したものがある(従来例2)。 In addition, there are uniaxial crystals other than quartz, such as those utilizing the birefringence action of a single crystal plate of lithium niobate (Conventional Example 2).
従来例2は従来例1と同様に一軸性単結晶の複屈折作用を利用したものであるが、ニオブ酸リチウムの単結晶では常光線の屈折率と異常光線の屈折率の差(ΔN)が大きいために、従来例1の構成と比較したとき同等の分離巾を得るために必要となる基板の厚さを薄くすることができる。 Conventional Example 2 uses the birefringence action of a uniaxial single crystal as in Conventional Example 1, but the single crystal of lithium niobate has a difference (ΔN) between the refractive index of ordinary light and the refractive index of extraordinary light. Due to the large size, the thickness of the substrate required to obtain an equivalent separation width when compared with the configuration of Conventional Example 1 can be reduced.
単結晶基板を複屈折材料として使用するもの以外では、液晶性材料などの有機物の複屈折作用を利用することによって光学ローパスフィルタを構成するものも種々と提案されている(特許文献1、2、3参照)。 Other than using a single-crystal substrate as a birefringent material, various types of optical low-pass filters have been proposed by utilizing the birefringence action of organic substances such as liquid crystal materials (Patent Documents 1, 2, and 5). 3).
特許文献1、2、3では各々電界や磁界を印加することによって液晶性材料の分子の配向を所定方向として複屈折性を持つようにするという材料の製作方法とこの材料を光学ローパスフィルタとして使用する旨を開示している。 In Patent Documents 1, 2, and 3, a method for producing a material that has birefringence by applying an electric field or a magnetic field to the molecular orientation of the liquid crystalline material as a predetermined direction, and this material is used as an optical low-pass filter. To the effect.
光学ローパスフィルタにおいて、被写体像を分離する機能のために使用する材料の従来例としては、以上説明したものが挙げられるわけだが、実使用上はこれらを複数枚使用して光学ローパスフィルタを実現するのが一般的となっている。 In the optical low-pass filter, the above-described examples of materials used for the function of separating the subject image include the above-described materials, but in actual use, an optical low-pass filter is realized by using a plurality of these materials. It has become common.
CCD、CMOS等の撮像素子が2次元状に規則的に配列された画素とカラーフィルタを持つものであるため、少なくとも2方向の空間周波数のレスポンスを適切に制御するように構成することが望ましい。このような背景から撮像素子の一般的な配列方向となっている水平、垂直の2方向についてレスポンスを制御するように第1の水晶複屈折板と、水晶位相板と、第2の水晶複屈折板をこの順に配置した光学ローパスフィルタが知られている(従来例3)。 Since an image pickup device such as a CCD or CMOS has pixels and color filters regularly arranged two-dimensionally, it is desirable to configure so as to appropriately control the spatial frequency response in at least two directions. From such a background, the first crystal birefringence plate, the crystal phase plate, and the second crystal birefringence so as to control the response in two horizontal and vertical directions which are general arrangement directions of the image sensor. An optical low-pass filter in which plates are arranged in this order is known (conventional example 3).
従来例3の第1の水晶複屈折板は、その光学軸を入射面の法線に対して所定の角度(最も効率的となる45°に設定されることが多い)だけ傾け、かつその基板入射面への正射影が空間周波数に対するレスポンスを低下させる第1の方向(ここでは水平方向)を向くように構成している。第1の水晶複屈折板では、入射光を所定の振動面を持った直線偏光状態の常光線と異常光線に分離させ、このうちの異常光線のみを撮影画面の水平方向に所定量だけ移動させる機能を持っている。また水晶位相板は、その光学軸を入射面と直交する方向(即ち基板の面内)に配置し、かつ第1の水晶複屈折板の光学軸の基板入射面への正射影に対して45°だけ回転した方向(ここでは水平方向から45°回転した方向)を向くように構成している。水晶位相板では、第1の水晶複屈折板から射出した1組の直線偏光状態の光線の位相を変換する作用を持ち、位相板の厚さと光線の波長によって決定される位相差の分だけ位相を変化させて射出させている。 The first quartz birefringent plate of Conventional Example 3 has its optical axis inclined by a predetermined angle (often set at 45 °, which is most efficient) with respect to the normal of the incident surface, and its substrate The orthogonal projection onto the incident surface is configured to face the first direction (here, the horizontal direction) that reduces the response to the spatial frequency. In the first quartz birefringent plate, incident light is separated into a linearly polarized ordinary ray and an extraordinary ray having a predetermined vibration surface, and only the extraordinary ray is moved by a predetermined amount in the horizontal direction of the imaging screen. Has function. The quartz phase plate has its optical axis arranged in a direction orthogonal to the incident surface (that is, in the plane of the substrate) and 45 with respect to the orthogonal projection of the optical axis of the first quartz birefringent plate on the substrate incident surface. It is configured to face in a direction rotated by ° (here, a direction rotated 45 ° from the horizontal direction). The quartz phase plate has an effect of converting the phase of a set of linearly polarized light beams emitted from the first quartz birefringent plate, and has a phase corresponding to the phase difference determined by the thickness of the phase plate and the wavelength of the light beam. It is ejected by changing.
そして第2の水晶複屈折板は、その光学軸を入射面の法線に対して所定の角度(最も効率的となる45°に設定されることが多い)だけ傾け、かつその基板入射面への正射影が空間周波数に対するレスポンスを低下させる第2の方向(ここでは垂直方向)を向くように構成している。第2の水晶複屈折板では、入射光を所定の振動面を持った直線偏光状態の常光線と異常光線に分離させ、このうちの異常光線のみを撮影画面の水平方向に所定量だけ移動させる機能を持っている。 The second crystal birefringent plate is tilted by a predetermined angle (often set at 45 °, which is most efficient) with respect to the normal line of the incident surface of the second crystal birefringent plate, and toward the substrate incident surface. The orthogonal projection is directed in the second direction (in this case, the vertical direction) that reduces the response to the spatial frequency. In the second crystal birefringent plate, incident light is separated into linearly polarized ordinary rays and extraordinary rays having a predetermined vibration surface, and only the extraordinary rays are moved by a predetermined amount in the horizontal direction of the imaging screen. Has function.
このように従来例3では、3枚の水晶基板を組み合わせて構成し、各々の水晶基板の光学軸の方位を適切に設定して配置することによって、被写体像を水平、及び垂直方向の4つの像に分離させ、その分離巾に対応する水平、及び垂直方向の空間周波数のレスポンスを低下させている。 As described above, in the conventional example 3, the three crystal substrates are combined to be arranged, and the orientation of the optical axis of each crystal substrate is appropriately set and arranged to arrange the subject image in four horizontal and vertical directions. The image is separated, and the spatial frequency response in the horizontal and vertical directions corresponding to the separation width is reduced.
尚、ここで使用する水晶位相板は、可視波長域の中間的な波長である550nm付近の波長を中心に可視波長域全般の光線に対して位相をλ/4だけ変換して円偏光状態にしようとすると、その厚さを15μm程度とすることが必要となる。 The crystal phase plate used here converts the light in the entire visible wavelength range by λ / 4 around the wavelength near 550 nm, which is an intermediate wavelength in the visible wavelength range, to a circularly polarized state. When trying to do so, the thickness needs to be about 15 μm.
そこで水晶位相板の厚さを十分に厚くして位相板から射出する光線の位相の波長依存性を十分に大きくすることによって、所定の波長域を持った一般的な被写体像がほぼ等しい強度の4つの像に分離するように構成するという手法が用いられている。 Therefore, by increasing the thickness of the quartz phase plate sufficiently and sufficiently increasing the wavelength dependence of the phase of the light beam emitted from the phase plate, a general subject image having a predetermined wavelength range has substantially the same intensity. A technique is used in which the image is separated into four images.
また従来例3においては、偏光解消機能を十分に厚くした水晶位相板で実現するものとしたが、水晶位相板の代わりに光学的異方性を持ったフィルム状の有機物材料を使用する光学ローパスフィルタが提案されている(特許文献4参照)。
従来例や特許文献4の光学ローパスフィルタでは、水晶の一軸性単結晶の複屈折板、及び位相板を用いるものであるため比較的低価格で安定して材料の生産と基板、加工ができるという利点はある。しかしながら常光線と異常光線の屈折率の差があまり大きくないために単結晶基板を最も効率的に使用した場合でも、所望の光線の分離巾を得るために必要となる単結晶基板の厚さが厚くなりカメラの機構構成が難しくなるという問題点があった。 The conventional low-pass filter and the optical low-pass filter disclosed in Patent Document 4 use a uniaxial single crystal birefringent plate and a phase plate, so that it is possible to stably produce materials, substrates, and processing at a relatively low price. There are advantages. However, since the difference in refractive index between ordinary rays and extraordinary rays is not so large, even when the single crystal substrate is used most efficiently, the thickness of the single crystal substrate required to obtain a desired beam separation width is small. There is a problem that the camera structure becomes difficult due to the increase in thickness.
また一般にCCDやCMOS等の固体撮像素子を用いた撮像装置において、撮影レンズの像側の撮像面までの空間には、光学ローパスフィルタの他にも視感度補正フィルタと撮像素子の保護のためのカバーガラス等が配置されており、これらの平板は撮影レンズの光線収差を少なからず変化させるという問題点を持っている。 In general, in an image pickup apparatus using a solid-state image pickup device such as a CCD or CMOS, a space up to the image pickup surface on the image side of the photographing lens is used to protect the visibility correction filter and the image pickup device in addition to the optical low-pass filter. A cover glass or the like is arranged, and these flat plates have a problem that they change the light aberration of the photographing lens.
そのため銀塩フィルムを用いることを想定して設計された交換可能なレンズを撮影レンズとして流用することを想定し、撮像素子を使用する一眼レフカメラを構成するとき、この問題は無視できないものとなっていた。 For this reason, this problem cannot be ignored when constructing a single-lens reflex camera using an image sensor assuming that an interchangeable lens designed on the assumption of using a silver salt film is used as a photographic lens. It was.
常光線と異常光線の分離巾は、単結晶材料そのものの常光線および異常光線の屈折率と、単結晶基板の結晶軸に対する方位、それに基板の厚さによって決定されるが、単結晶基板の結晶軸に対する方位を効率的に設定する前提とすれば、概ね単結晶材料そのものの常光線および異常光線の屈折率によって決定される。 The separation width of the ordinary ray and the extraordinary ray is determined by the refractive index of the ordinary ray and the extraordinary ray of the single crystal material itself, the orientation with respect to the crystal axis of the single crystal substrate, and the thickness of the substrate. Assuming that the orientation with respect to the axis is set efficiently, it is generally determined by the refractive index of the ordinary ray and extraordinary ray of the single crystal material itself.
従来例2では単結晶基板が、水晶と比較して常光線と異常光線の屈折率の差の大きいニオブ酸リチウムを使用しているため、常光線と異常光線の分離巾を同等とした場合でも従来例1の水晶を使用する場合と比べて光学ローパスフィルタ全体を薄く構成することができる。 In Conventional Example 2, since the single crystal substrate uses lithium niobate having a large difference in refractive index between ordinary light and extraordinary light compared to quartz, even when the separation width of ordinary light and extraordinary light is equal, Compared with the case of using the crystal of Conventional Example 1, the entire optical low-pass filter can be made thin.
しかしながらニオブ酸リチウムの単結晶材料は、逆に薄く加工して使用する必要があるという点や、材料そのものの硬度等に依存して研磨基板の加工が難しく、また屈折率の高い材料であるために高度な反射防止処理も必要となって製造が難しいという問題点がある。 However, the lithium niobate single crystal material, on the contrary, needs to be processed thinly, and it is difficult to process the polishing substrate depending on the hardness of the material itself, and it is a material with a high refractive index. In addition, there is a problem that it is difficult to manufacture because it requires an advanced antireflection treatment.
特許文献1、2、3は液晶等に使用されるある種の有機物材料が、電界や磁界の引加によってその分子の配向方向を変更するという作用に着目し、かつその配向方向が一様となる状態としたときには、この材料が従来例1,2で使用される単結晶材料と類似の異方性を示すという特徴を光学ローパスフィルタに応用している。 Patent Documents 1, 2, and 3 focus on the action that certain organic materials used for liquid crystals and the like change the orientation direction of the molecules by applying an electric field or magnetic field, and the orientation direction is uniform. In this state, the characteristic that this material exhibits anisotropy similar to that of the single crystal material used in the conventional examples 1 and 2 is applied to the optical low-pass filter.
このうち特許文献1では、電界の引加によって材料の一様性を変化させて光学ローパスフィルタとしての作用を可変としているが、電圧の印加部等の付加構成が必要となって薄型化には適さない。 Among these, in Patent Document 1, the uniformity of the material is changed by applying an electric field so that the function as an optical low-pass filter is variable. However, an additional configuration such as a voltage application unit is required to reduce the thickness. Not suitable.
また特許文献2、3に開示されるように電界または磁界を引加した状態で液晶性の有機物材料を固め、均質な複屈折性を持ったフィルム状の有機物材料を光学ローパスフィルタとして用いたとき、大多数の有機物材料は、光学ガラスや光学単結晶材料などの無機物材料と比較したとき、線膨張係数がおよそ10倍程度大きい。このため外界の温度変化に対して膨張または収縮しやすい傾向にある。そのため一般に有機物材料と無機物材料の接合を行なう場合には温度変化に際して接合部付近での歪みや接合の剥がれが発生しないように接着剤や接合方法を工夫することが必要となってくる。 In addition, as disclosed in Patent Documents 2 and 3, when a liquid crystalline organic material is solidified with an electric or magnetic field applied, and a film-like organic material having uniform birefringence is used as an optical low-pass filter The majority of organic materials have a coefficient of linear expansion of about 10 times that of inorganic materials such as optical glass and optical single crystal materials. For this reason, it tends to expand or contract with respect to the temperature change of the outside world. For this reason, in general, when an organic material and an inorganic material are bonded, it is necessary to devise an adhesive and a bonding method so that distortion and peeling of the bonding in the vicinity of the bonded portion do not occur when the temperature changes.
有機物材料で構成され、所定波長の光線のみを透過する光学的作用を持った波長選択性部材や、位相変換作用を持った光学部材で光学フィルタを構成するとき、有機物材料によって構成された波長選択性部材は、一般に有機物材料の吸水性から外界の湿度変化によって波長選択特性を変化させやすいといった問題点がある。 When selecting an optical filter with a wavelength-selective member made of an organic material and having an optical function of transmitting only light of a predetermined wavelength or an optical member having a phase conversion function, the wavelength selection made of an organic material is used. In general, the characteristic member has a problem that the wavelength selection characteristic is easily changed by the change in the humidity of the outside due to the water absorption of the organic material.
本発明は環境変化に強く薄型で、かつ高品質な光学フィルタ及びそれを有する撮像装置の提供を目的とする。 An object of the present invention is to provide a high-quality optical filter that is resistant to environmental changes and is thin, and an imaging apparatus having the same.
本発明の光学フィルタは、
撮像光学系の光路中に配置する光学フィルタであって、
フィルム状に構成された有機物材料より成る光学的異方性部材と、無機物材料より成る無機物基板とが、いずれも2以上交互に接合されていることを特徴としている。
The optical filter of the present invention is
An optical filter disposed in the optical path of the imaging optical system,
It is characterized in that two or more optically anisotropic members made of an organic material made of a film and inorganic substrates made of an inorganic material are alternately joined.
本発明によれば有機物材料の薄さという利点を活用しつつ環境変化が強く薄型で、かつ高品質の光学フィルタが得られる。 According to the present invention, it is possible to obtain a high-quality optical filter that is thin and highly environmentally changing while taking advantage of the thinness of the organic material.
まず本実施例の概要について説明する。 First, an outline of the present embodiment will be described.
本実施例は撮像素子としてモザイク状にカラーフィルタを配置して構成した1つの撮像素子によってカラー画像を形成するカメラ(撮像装置)に好適な光学フィルタを実現している。 In this embodiment, an optical filter suitable for a camera (imaging device) that forms a color image with a single imaging device configured by arranging color filters in a mosaic pattern as the imaging device is realized.
撮像素子としてモザイク状にカラーフィルタを配置して構成した1つの撮像素子によってカラー画像を形成するカメラであって、銀塩フィルムを使用する一眼レフカメラにも装着するべく構成された撮影レンズを適用可能としたカメラにおいては、一般にカラーフィルタの配列が所定の規則性を持つように構成されていて、当該するカラーフィルタの配置されない画素の輝度信号は、その周囲に存在し当該カラーフィルタの配置された画素の輝度信号を用いて適宜補間することによって形成するように構成している。この際、補間によって形成される信号は、補間のピッチに応じた比較的高い空間周波数において偽信号を発生することになり、カラーフィルタの配列によって決定される偽の色信号として画像に表れることになる。この偽の色信号は、2次元状に画素およびカラーフィルタの配列された撮像素子では、その配列に規則性のある方向、一般には水平、垂直、斜め方向の特定の空間周波数において発生することになる。 A camera that forms a color image with a single image sensor configured by arranging color filters in a mosaic pattern as the image sensor, and is applied to a single lens reflex camera that uses a silver salt film In a camera that has been made possible, the arrangement of the color filters is generally configured to have a predetermined regularity, and the luminance signals of the pixels where the corresponding color filters are not arranged are present in the surroundings and the color filters are arranged. The pixel is formed by appropriately interpolating using the luminance signal of the pixel. At this time, the signal formed by interpolation generates a false signal at a relatively high spatial frequency corresponding to the interpolation pitch, and appears in the image as a false color signal determined by the arrangement of the color filters. Become. In the image pickup device in which pixels and color filters are arranged in a two-dimensional manner, the false color signal is generated at a specific spatial frequency in a direction in which the arrangement is regular, generally in the horizontal, vertical, and diagonal directions. Become.
そこで、撮像素子を用いる撮像系には、このような偽の色信号の強度を低減させる目的でこれらの2次元的方位の空間周波数に対してレスポンスを低下させるべく光学ローパスフィルタを具備することが求められる。このように2次元状にレスポンスを低下させるためには、撮影レンズから撮像素子に至る光線を2次元的に操作することが必要となる。 Therefore, an image pickup system using an image pickup element may include an optical low-pass filter to reduce the response to the spatial frequency of these two-dimensional orientations in order to reduce the intensity of such false color signals. Desired. In order to reduce the response in a two-dimensional manner as described above, it is necessary to two-dimensionally manipulate the light beam from the photographing lens to the image sensor.
本実施例においては、フィルム状に構成した有機物材料より成る2枚以上の光学部材(光学的異方性部材)を、基板状に構成した無機物材料よりなる光学部材(単結晶基板)(無機物基板)の両側に配置する構成としている。これにより撮影レンズから撮像素子に至る光線を2次元的に分離することによって、2次元状に所定の空間周波数に対するレスポンスを低下させる光学ローパスフィルタを十分に薄く構成している。さらにその外側(光入射側)(物体側)に波長選択作用を持った光学部材(波長選択性部材)を配置する構成にすることによって好適な光学フィルタを実現している。 In this embodiment, two or more optical members (optically anisotropic members) made of an organic material formed in a film shape are used as an optical member (single crystal substrate) (an inorganic substrate) made of an inorganic material formed in a substrate shape. ) Are arranged on both sides. Thus, the optical low-pass filter that reduces the response to a predetermined spatial frequency in a two-dimensional manner by separating light rays from the photographing lens to the image sensor in a two-dimensional manner is configured to be sufficiently thin. Further, a suitable optical filter is realized by arranging an optical member (wavelength selective member) having a wavelength selection action on the outer side (light incident side) (object side).
一般的に正方形状の画素を有し、モザイク状のカラーフィルタを使用する撮像素子において、カラーフィルタの配列によって発生する偽の色信号の強度を低減させるための手法として、例えば撮影レンズから撮像素子に至る光線を水平、垂直の2方向にそれぞれ分離させ、4つの被写体像を撮像素子上に形成する機能を持った光学ローパスフィルタを具備するという手法が知られている。このような構成とすることによって水平、垂直、斜めの各方向で偽の色信号を発生させる特定の空間周波数に対して各々適切にレスポンスを低下させることが可能となる。 In an image pickup device that generally has square pixels and uses a mosaic color filter, as a technique for reducing the intensity of a false color signal generated by the arrangement of the color filters, for example, from an imaging lens to an image pickup device There is known a method of providing an optical low-pass filter having a function of separating light rays reaching 1 to 2 in two directions, horizontal and vertical, and forming four subject images on an image sensor. With such a configuration, it is possible to appropriately reduce the response to a specific spatial frequency that generates a false color signal in each of horizontal, vertical, and diagonal directions.
あるいは別の手法として、光線を水平線に対して第1の斜め45°方向、第2の斜め45°方向の2方向にそれぞれ分離させ、やはり4つの被写体像を形成する機能を持った光学ローパスフィルタを具備するという手法も知られている。 Alternatively, as another technique, an optical low-pass filter having a function of separating light rays into two directions of a first oblique 45 ° direction and a second oblique 45 ° direction with respect to a horizontal line, and also forming four subject images. There is also known a technique of comprising
正方形状の画素を有し、モザイク状のカラーフィルタを使用する撮像素子においては、偽の色信号が強く発生する方向は、水平、垂直、及び斜め45°の両方向であるため、これらの偽の色信号を効率良く低減させるためには、上記2つの手法のように互いに直交する2方向に像を分離させる構成とすることが望ましい。 In an imaging device having a square pixel and using a mosaic color filter, the direction in which a false color signal is strongly generated is both horizontal, vertical, and diagonal 45 °. In order to efficiently reduce the color signal, it is desirable that the image is separated in two directions orthogonal to each other as in the above two methods.
CCDやCMOS等の固体撮像素子では、シリコンの光電変換作用を利用するため撮像素子そのものの詳細構造による相違はあるもののシリコンの光電変換特性によって概ね決定される分光感度を持っている。そのため撮影装置を構成する際には、撮像素子の分光感度と視感度の相違を補正するための視感度補正フィルタを具備することが必要となっている。そこで視感度補正のために主として近赤外線を遮断することを目的に色ガラスフィルタや誘電体蒸着膜を光学フィルタとして使用するのが一般的となっている。 A solid-state imaging device such as a CCD or CMOS has a spectral sensitivity that is generally determined by the photoelectric conversion characteristics of silicon, although there is a difference depending on the detailed structure of the imaging device itself because it uses the photoelectric conversion action of silicon. Therefore, when configuring the photographing apparatus, it is necessary to provide a visibility correction filter for correcting the difference between the spectral sensitivity and the visibility of the image sensor. Therefore, it is common to use a colored glass filter or a dielectric deposited film as an optical filter mainly for the purpose of blocking near infrared rays for correcting visibility.
色ガラスフィルタのみによって有害波長域の光線を遮断しようとすると可視波長域の透過率の低下、即ち感度の低下を招き、誘電体蒸着膜のみによって遮断しようとすると有害光が反射光となってゴーストを発生させる場合がある。そこで色ガラスフィルタと誘電体蒸着膜を併用した波長選択性部材を使用することが望まれている。 Attempting to block light in the harmful wavelength range using only the colored glass filter results in a decrease in transmittance in the visible wavelength range, that is, a reduction in sensitivity. May occur. Therefore, it is desired to use a wavelength selective member in which a colored glass filter and a dielectric deposited film are used in combination.
次に本実施例で使用するフィルムや基板の材料の線膨張係数に着目すると、ポリカーボネート樹脂等の有機物材料では、7.0×10−5/℃程度、一般的な光学ガラスや色ガラスフィルタ、水晶の単結晶基板等の無機物材料では、7.0×10−6/℃〜1.5×10−5/℃程度とおよそ5〜10倍程度異なる値を持っている。 Next, when paying attention to the linear expansion coefficient of the material of the film or substrate used in this example, in an organic material such as polycarbonate resin, about 7.0 × 10 −5 / ° C., a general optical glass or colored glass filter, An inorganic material such as a single crystal substrate of quartz has a value different from about 7.0 × 10 −6 / ° C. to 1.5 × 10 −5 / ° C. by about 5 to 10 times.
本実施例は、光学フィルタを薄く構成するためにフィルム状の有機物材料を使用することを想定した上で、このような材料の線膨張係数の相違に基づいた外界の温度変化に対して高い信頼性を維持できる構成を提案している。 This example is based on the assumption that a film-like organic material is used to make the optical filter thin, and has high reliability against temperature changes in the outside world based on the difference in the linear expansion coefficient of such a material. A configuration that can maintain the performance is proposed.
そこで本実施例では、光入射側(物体側)から順に、無機物材料である波長選択性部材(色ガラスフィルタ基板)、有機物材料でフィルム状の第1の光学的異方性部材、無機物材料である単結晶基板より構成した位相基板(光学的異方性部材)、有機物材料でフィルム状の第2の光学的異方性部材を配置してこの順に接合している。このとき第1、第2の光学的異方性部材は、所定の厚さを持った単結晶基板に挟み困れて固定されるか、あるいは単結晶基板の表面に接合されて固定している。 Therefore, in this embodiment, in order from the light incident side (object side), a wavelength selective member (colored glass filter substrate) that is an inorganic material, an organic material, a film-like first optical anisotropic member, and an inorganic material A phase substrate (optically anisotropic member) composed of a single crystal substrate and a film-like second optically anisotropic member are arranged and bonded in this order. At this time, the first and second optically anisotropic members are fixed by being stuck between the single crystal substrates having a predetermined thickness, or are bonded and fixed to the surface of the single crystal substrate.
本実施例では、このような構成として外界の温度変化が発生した際にも有機物材料の膨張、収縮を実質的に抑制するようにしている。 In this embodiment, the expansion and contraction of the organic material is substantially suppressed even when a change in temperature of the outside world occurs as such a configuration.
尚、ここでは第2の光学的異方性部材より像面側の構成については特に規定しないが、空気層とすることも可能であるが、無機物材料の基板を接合すればより良好なものとすることができる。またカメラに搭載する際に撮像素子の表面上を保護する保護ガラスと接合して保持するという構成とすればさらに好適な実施例を実現することができる。 Here, the configuration on the image plane side from the second optically anisotropic member is not particularly defined, but an air layer can be used, but it is better if an inorganic material substrate is bonded. can do. In addition, a more preferred embodiment can be realized if the structure is such that the surface of the image sensor is bonded and held when mounted on the camera.
この他、本実施例のさらなる特徴は以下の各実施例において記載される。 In addition, further features of this embodiment are described in the following embodiments.
図1は本発明の実施例1の光学フィルタを有する一眼レフレックスカメラ(撮像装置)の要部断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part of a single-lens reflex camera (imaging device) having an optical filter according to a first embodiment of the present invention.
同図において1は交換可能な撮影レンズとしての撮影光学系、2は回動ミラー(QRミラー)であり、撮影時には回動して撮影光学系1の光路から退避している。3はフォーカルプレーンシャッタであり、露光時間を機械的に制限している。4は本発明に関わる光学フィルタであり、撮像光学系1の像面側の光路中に配置され、後述する複数の光学的異方性部材と無機物基板が接合されて構成されている。5は撮像手段としての撮像素子(CCDやCMOS等の固体撮像素子で構成される)であり、撮像光学系1の予定焦点面に配置されている。6は焦点板であり、被写体像が形成されている。7はファインダー光学系であり、焦点板6に形成される被写体像を反転する像反転手段としてのペンタダハプリズム8と接眼レンズ9等を有している。 In the figure, reference numeral 1 denotes a photographic optical system as an interchangeable photographic lens, and 2 denotes a rotating mirror (QR mirror), which is rotated and retracted from the optical path of the photographic optical system 1 during photographing. A focal plane shutter 3 mechanically limits the exposure time. An optical filter 4 according to the present invention is disposed in the optical path on the image plane side of the imaging optical system 1 and is configured by bonding a plurality of optically anisotropic members described later and an inorganic substrate. Reference numeral 5 denotes an image pickup device (configured by a solid-state image pickup device such as a CCD or CMOS) as an image pickup means, which is disposed on a planned focal plane of the image pickup optical system 1. Reference numeral 6 denotes a focusing screen on which a subject image is formed. Reference numeral 7 denotes a finder optical system, which includes a penta roof prism 8 and an eyepiece 9 as image inverting means for inverting the subject image formed on the focusing screen 6.
本実施例において撮像光学系1によって結像される被写体像は、回動ミラー2がその光路内に配置されているときには焦点板6に形成されファインダー光学系6よりファインダー像として観察されており、不図示のレリーズスイッチによって撮影動作が開始されると、回動ミラー2が撮影光学系1の光路外に退避し、フォーカルプレーンシャッタ3が開放動作を行うことによって、光学フィルタ4を介して撮像素子5の撮像面上に形成される。そして撮像素子5からは撮像信号が出力され、不図示のメモリーに格納される。 In this embodiment, the subject image formed by the imaging optical system 1 is formed on the focusing screen 6 and observed as a finder image by the finder optical system 6 when the rotating mirror 2 is disposed in the optical path. When a photographing operation is started by a release switch (not shown), the rotating mirror 2 is retracted out of the optical path of the photographing optical system 1, and the focal plane shutter 3 performs an opening operation, so that the image sensor is connected via the optical filter 4. 5 on the imaging surface. An imaging signal is output from the imaging device 5 and stored in a memory (not shown).
図2(A)、(B)は各々図1に示した光学フィルタ4の説明図であり、同図(A)は光学フィルタ4の要部断面図、同図(B)は光学フィルタ4の分解斜視図である。 2A and 2B are explanatory views of the optical filter 4 shown in FIG. 1, respectively. FIG. 2A is a cross-sectional view of the main part of the optical filter 4, and FIG. It is a disassembled perspective view.
図2(A)、(B)において、41は基板状に構成された無機物材料より成る無機物基板である。無機物基板41は波長選択性部材としての色ガラスフィルタ基板(フィルタ基板)より成り、その基板の表面に近紫外線及び近赤外線の有害光を遮断する光学薄膜(誘電体蒸着膜)が蒸着されている。 2A and 2B, reference numeral 41 denotes an inorganic substrate made of an inorganic material configured in a substrate shape. The inorganic substrate 41 is made of a colored glass filter substrate (filter substrate) as a wavelength selective member, and an optical thin film (dielectric vapor deposition film) that blocks harmful light of near ultraviolet rays and near infrared rays is deposited on the surface of the substrate. .
42は第1の光学的異方性部材であり、光学的異方性を有し、フィルム状に構成された有機物材料より成っている。 Reference numeral 42 denotes a first optically anisotropic member, which has optical anisotropy and is made of an organic material configured in a film shape.
43は水晶位相板(フィルタ基板)であり、基板状に構成された無機物材料より成り、単結晶の水晶(単結晶基板)を位相変換作用(または複屈折作用)を持つように所定の方位に切り出して形成されている。 Reference numeral 43 denotes a quartz phase plate (filter substrate), which is made of an inorganic material configured in a substrate shape, and has a single crystal quartz (single crystal substrate) in a predetermined orientation so as to have a phase conversion action (or birefringence action). It is cut out and formed.
44は第2の光学的異方性部材であり、光学的異方性を有し、フィルム状に構成された有機物材料より成っている。 Reference numeral 44 denotes a second optically anisotropic member, which has an optical anisotropy and is made of an organic material configured in a film shape.
本実施例では第1の光学的異方性部材42、水晶位相板43、そして第2の光学的異方性部材44をこの順に配置することによって、所定の空間周波数に対するレスポンスを低下させる光学ローパスフィルタを構成している。また色ガラスフィルタ基板41によって不要な波長域の光線を遮断している。 In this embodiment, the first optically anisotropic member 42, the quartz phase plate 43, and the second optically anisotropic member 44 are arranged in this order, thereby reducing the response to a predetermined spatial frequency. Configure the filter. The colored glass filter substrate 41 blocks light in an unnecessary wavelength range.
第1の光学的異方性部材42は、液晶化合物を表面に対して特性の角度を持って分子を配向させて形成したフィルム状の有機物であって、複屈折作用によって入射光を所定の振動面を持った直線偏光状態の常光線と異常光線に分離させ、このうちの異常光線のみを撮影画面の水平方向に所定量だけ移動させる機能を持っている。 The first optically anisotropic member 42 is a film-like organic substance formed by aligning molecules of a liquid crystal compound with a characteristic angle with respect to the surface, and incident light is vibrated to a predetermined vibration level by birefringence. It has a function of separating the ordinary ray and the extraordinary ray in a linearly polarized state having a surface, and moving only the extraordinary ray in the horizontal direction of the photographing screen by a predetermined amount.
水晶位相板43は、光学軸をフィルム面内で水平線から45°だけ回転させて配置した位相板より成り、位相差変換作用(または複屈折作用)によって第1の光学的異方性部材42から射出する直線偏光状態の光線をさまざまな偏光状態に変換する機能を持っている。 The quartz phase plate 43 is composed of a phase plate arranged with its optical axis rotated by 45 ° from the horizontal line in the film plane, and is separated from the first optical anisotropic member 42 by a phase difference conversion action (or birefringence action). It has a function to convert the emitted linearly polarized light into various polarization states.
第2の光学的異方性部材44は、第1の光学的異方性部材42と同一の材料であって、複屈折作用によって入射光を所定の振動面を持った直線偏光状態の常光線と異常光線に分離させ、このうちの異常光線のみを撮影画面の垂直方向に所定量だけ移動させる機能を持っている。 The second optically anisotropic member 44 is made of the same material as the first optically anisotropic member 42. The second optically anisotropic member 44 is an ordinary ray in a linearly polarized state having a predetermined vibration surface due to birefringence. And has a function of moving only the extraordinary ray by a predetermined amount in the vertical direction of the photographing screen.
本実施例では、このように第1の光学的異方性部材42、水晶位相板43、第2の光学的異方性部材44を組み合わせて構成することによって、入射光を水平方向及び垂直方向に各々所定量だけ離れた位置に略等しい強度を持った4つの射出光に変換して射出する機能を持つようにして、所定の空間周波数のレスポンスを低下させる光学ローパスフィルタを実現している。 In this embodiment, the first optical anisotropic member 42, the crystal phase plate 43, and the second optical anisotropic member 44 are combined in this way, so that the incident light is transmitted in the horizontal direction and the vertical direction. Thus, an optical low-pass filter that reduces the response at a predetermined spatial frequency is realized by having a function of converting and emitting four emitted lights having substantially equal intensities at positions separated by a predetermined amount.
尚、本実施例の第1、第2の光学的異方性部材42、44の線膨張係数は7.0×10−5/℃程度、水晶位相板43の線膨張係数は結晶軸方向とその直交方向で異なるが、7.0×10−6/℃〜1.2×10−5/℃程度となっている。 The linear expansion coefficient of the first and second optically anisotropic members 42 and 44 in this embodiment is about 7.0 × 10 −5 / ° C., and the linear expansion coefficient of the crystal phase plate 43 is the crystal axis direction. Although it differs in the orthogonal direction, it is about 7.0 × 10 −6 / ° C. to 1.2 × 10 −5 / ° C.
本実施例の光学フィルタ4は、光学ローパスフィルタ作用を有する光学的異方性部材に所定の波長域の光を吸収する作用を持った材料を配合した無機物材料の色ガラスフィルタ基板41を接合させて構成している。尚、本実施例の色ガラスフィルタ基板の線膨張係数は1.5×10−5/℃程度となっている。 In the optical filter 4 of this embodiment, a color glass filter substrate 41 made of an inorganic material in which a material having an action of absorbing light in a predetermined wavelength region is mixed with an optically anisotropic member having an optical low-pass filter action is joined. It is configured. In addition, the linear expansion coefficient of the colored glass filter substrate of this example is about 1.5 × 10 −5 / ° C.
本実施例の光学フィルタ4は、上記の如く光入射側(物体側)から順に、無機物材料より成る基板(無機物基板)の色ガラスフィルタ基板41、有機フィルム材料の第1の光学的異方性部材42、無機物材料より成る位相基板43、有機物材料より成る第2の光学的異方性部材44を組み合わせた構成となっている。即ち、本実施例では、無機物材料の光学部材と有機物材料の光学部材を交互に接合した構成となっている。 As described above, the optical filter 4 of the present embodiment includes, in order from the light incident side (object side), the colored glass filter substrate 41 of the substrate (inorganic substrate) made of an inorganic material, and the first optical anisotropy of the organic film material. The member 42, the phase substrate 43 made of an inorganic material, and the second optically anisotropic member 44 made of an organic material are combined. That is, in this embodiment, an optical member made of an inorganic material and an optical member made of an organic material are alternately joined.
このような構成としたとき、線膨張係数が比較的大きい有機物材料は、フィルム状で体積が少なく、また隣接する線膨張係数の比較的小さい無機物材料に接着されていることから、外界の温度変化に対して接合の剥がれなどの問題を低減させることができる。 In such a configuration, the organic material having a relatively large linear expansion coefficient has a film shape, a small volume, and is bonded to an adjacent inorganic material having a relatively small linear expansion coefficient. On the other hand, it is possible to reduce problems such as peeling of the bond.
また本実施例の光学フィルタ4は、最終的に上記説明のような構成とするものであるため、その製造工程において、有機フィルム材料である第1、第2の光学的異方性部材42、44が、無機物基板に接合すれば良く、接合加工工程上の難易度を高くすることなく製造することが可能となる。 Moreover, since the optical filter 4 of the present embodiment is finally configured as described above, in the manufacturing process, the first and second optical anisotropic members 42, which are organic film materials, 44 may be bonded to the inorganic substrate, and can be manufactured without increasing the difficulty in the bonding process.
色ガラスフィルタ基板41は、近紫外線及び近赤外線を吸収する光学材料を基板とし、かつこの光透過面に近紫外線及び近赤外線を反射する光学薄膜を蒸着している。ここで近紫外線を遮断するのは有機物材料より成る第1、第2の光学的異方性部材42、44の化学変化を防止するためであり、また近赤外線を遮断するのは撮像素子5の分光感度を視感度に近似させるためである。 The colored glass filter substrate 41 uses an optical material that absorbs near ultraviolet rays and near infrared rays as a substrate, and an optical thin film that reflects near ultraviolet rays and near infrared rays is deposited on the light transmission surface. Here, the near-ultraviolet rays are blocked in order to prevent chemical changes in the first and second optical anisotropic members 42 and 44 made of an organic material, and the near-infrared rays are blocked in the imaging device 5. This is because the spectral sensitivity is approximated to the visual sensitivity.
光学的異方性を有するフィルム状の有機物材料としては、液晶性を持つ高分子材料が用いられるが、これらの材料は近紫外線の照射に対して化学変化によって黄変劣化を発生させるという問題点がある。そこで近紫外線が第1、第2の光学的異方性部材42、44に到達する前に遮断するような構成とすることが必要となる。 Polymeric materials with liquid crystallinity are used as film-like organic materials with optical anisotropy, but these materials have the problem of causing yellowing deterioration due to chemical changes in response to near-ultraviolet irradiation. There is. Therefore, it is necessary to adopt a configuration in which near-ultraviolet rays are blocked before reaching the first and second optical anisotropic members 42 and 44.
一方、シリコンの光電変換作用を利用する一般的な撮像素子においては、撮像素子そのものの詳細構造による相違はあるもののシリコンの光電変換特性によって概ね決定される分光感度を持つことになる。ここで決定される分光感度は人間の目が持つ視感度と比べ、はるかに赤外波長域の感度が高くなる傾向にあるため撮像素子の出力を視感度と略同等とするために赤外波長域の光線を適切に遮断することが必要となる。 On the other hand, a general imaging device using the photoelectric conversion action of silicon has a spectral sensitivity that is generally determined by the photoelectric conversion characteristics of silicon, although there are differences depending on the detailed structure of the imaging device itself. The spectral sensitivity determined here tends to be much higher in the infrared wavelength range than the visual sensitivity of the human eye. It is necessary to properly block the light in the area.
本実施例の色ガラスフィルタ基板41は概略的に視感度に近い分光透過率特性を持った波長域の光線を透過させ、それ以外の光線を吸収する性質を持ったフィルタとしている。第1、第2の光学的異方性部材42、44が有害な近紫外線を遮断するのが不十分で、また撮影結果の色再現に有害となる近赤外線を遮断するのが不十分なときには、色ガラスフィルタ基板41の光透過面に所定の分光透過率特性を持った光学薄膜を蒸着して近紫外線及び近赤外線の有害光を反射させる構成とするのが良い。 The colored glass filter substrate 41 of the present embodiment is a filter having a property of transmitting light in a wavelength region having spectral transmittance characteristics that are approximately close to visual sensitivity and absorbing other light. When the first and second optically anisotropic members 42 and 44 are insufficient to block harmful near-ultraviolet rays, and are insufficient to block near-infrared rays that are harmful to color reproduction of a photographing result It is preferable that an optical thin film having a predetermined spectral transmittance characteristic is deposited on the light transmission surface of the colored glass filter substrate 41 to reflect near ultraviolet and near infrared harmful light.
本実施例の光学フィルタ4の分光特性を図3に示す。同図において411は色ガラスフィルタ基板41そのものの分光透過率特性、412は色ガラスフィルタ基板41の物体側表面に蒸着された光学薄膜の分光透過率特性、413は色ガラスフィルタ基板41とその物体側表面に蒸着された光学薄膜を合成した光学フィルタ4全体の分光透過率特性を表している。この際、光学フィルタ4を構成するその他の光学部材及びその他の面における分光透過率の低下は少ないものとして無視している。 FIG. 3 shows the spectral characteristics of the optical filter 4 of this embodiment. In the figure, 411 is the spectral transmittance characteristic of the colored glass filter substrate 41 itself, 412 is the spectral transmittance characteristic of the optical thin film deposited on the object side surface of the colored glass filter substrate 41, and 413 is the colored glass filter substrate 41 and its object. The spectral transmittance characteristic of the whole optical filter 4 which synthesize | combined the optical thin film vapor-deposited on the side surface is represented. At this time, the decrease in spectral transmittance in other optical members and other surfaces constituting the optical filter 4 is ignored as being small.
本実施例では図3に示されるような分光透過率特性を持った光学フィルタ4を用いることによって、波長350nm付近以下の近紫外線波長域の透過率を低下させ、波長400nm付近から650nm付近までの可視波長域の透過率を高く維持し、波長700nm付近以上1100nm付近までの近赤外線波長域の透過率を低下させるようにしている。特に本実施例では色ガラスフィルタ基板41の物体側表面に蒸着する光学薄膜の分光透過率特性を図3の点線412に示したような特性として波長350nm付近以下の近紫外線波長域の光線を遮断して、有機物材料より構成される第1、第2の光学的異方性部材42、44の化学変化による劣化を防止している。 In the present embodiment, by using the optical filter 4 having the spectral transmittance characteristic as shown in FIG. 3, the transmittance in the near ultraviolet wavelength region below the wavelength of about 350 nm is lowered, and the wavelength from around 400 nm to around 650 nm is reduced. The transmittance in the visible wavelength region is kept high, and the transmittance in the near-infrared wavelength region from near the wavelength of 700 nm to 1100 nm is lowered. In particular, in this embodiment, the spectral transmittance characteristics of the optical thin film deposited on the object side surface of the colored glass filter substrate 41 are as shown by the dotted line 412 in FIG. Thus, the first and second optically anisotropic members 42 and 44 made of an organic material are prevented from being deteriorated due to a chemical change.
尚、波長350nmにおいては、本実施例の色ガラスフィルタ基板41そのものの透過率は約58%、色ガラスフィルタ基板41の物体側表面に蒸着する光学薄膜の透過率は約0%であって、本実施例においては光学薄膜によって実質的に近紫外線を遮断する構成としている。 At a wavelength of 350 nm, the transmittance of the colored glass filter substrate 41 itself of this embodiment is about 58%, and the transmittance of the optical thin film deposited on the object side surface of the colored glass filter substrate 41 is about 0%. In this embodiment, the optical thin film substantially blocks near ultraviolet rays.
本実施例の光学フィルタ4を透過した被写体光は撮像素子5に到達して像信号を出力する。このとき形成される被写体像の分光感度を図4に示す。 The subject light transmitted through the optical filter 4 of this embodiment reaches the image sensor 5 and outputs an image signal. The spectral sensitivity of the subject image formed at this time is shown in FIG.
同図において413は図3に示した光学フィルタ4全体を透過する光線の分光透過率に対応する相対感度、511は撮像素子5の光電変換部の分光感度、512は光学フィルタ4全体の分光透過率413と撮像素子5の分光感度511の掛け合わせによって得られる本実施例の撮像装置の分光感度を表している。 In the figure, reference numeral 413 denotes a relative sensitivity corresponding to the spectral transmittance of light transmitted through the entire optical filter 4 shown in FIG. 3, 511 denotes a spectral sensitivity of the photoelectric conversion unit of the image sensor 5, and 512 denotes a spectral transmission of the entire optical filter 4. The spectral sensitivity of the imaging apparatus according to the present exemplary embodiment, which is obtained by multiplying the ratio 413 and the spectral sensitivity 511 of the imaging device 5, is shown.
本実施例の光学フィルタ4は図4に示されるように波長700(nm)付近以上1100(nm)付近までの近赤外線波長域の透過率を低下させるように構成して、主としてシリコンの特性によって決定される撮像素子5と人間の目の感度との分光感度の相違の補正機能を併せ持つようにしている。 As shown in FIG. 4, the optical filter 4 of this embodiment is configured to reduce the transmittance in the near-infrared wavelength region from near the wavelength 700 (nm) to near 1100 (nm), mainly depending on the characteristics of silicon. A correction function for the difference in spectral sensitivity between the determined image sensor 5 and the sensitivity of the human eye is also provided.
本実施例の光学フィルタ4を適用した撮像装置の色信号の分光感度と人間の目のスペクトル3刺激値の比較を図5に示す。 FIG. 5 shows a comparison between the spectral sensitivity of the color signal of the imaging apparatus to which the optical filter 4 of this embodiment is applied and the spectrum tristimulus value of the human eye.
同図においてC−B、C−G、C−Rは各々本実施例を適用した撮像装置の3つの色信号の分光感度、E−B、E−G、E−Rは各々人間の目のスペクトル3刺激値を表している。同図に示されるように本実施例の光学フィルタ4では撮像装置の色信号の分光感度を人間の目と類似の特性を持つように良好な色再現を可能としている。 In the figure, CB, CG, and CR are spectral sensitivities of three color signals of the imaging apparatus to which this embodiment is applied, and EB, EG, and ER are human eyes. Represents a spectrum tristimulus value. As shown in the figure, the optical filter 4 of the present embodiment enables good color reproduction so that the spectral sensitivity of the color signal of the imaging device has characteristics similar to those of the human eye.
以上説明したように本実施例では有機物材料の特性上の課題を考慮し、特にモザイク状にカラーフィルタを配置して構成した大面積の撮像素子を使用する一眼レフレックスカメラに好適となるように薄型で高品質の光学フィルタを実現している。 As described above, in the present embodiment, in consideration of the characteristics of the organic material, it is particularly suitable for a single-lens reflex camera using a large-area image sensor configured by arranging color filters in a mosaic pattern. A thin and high quality optical filter is realized.
次に本発明の実施例2について説明する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described.
本実施例において前述の実施例1と異なる点は、第2の光学的異方性部材44の撮像素子5側(光射出側)の面に無機物材料より成る基板(無機物基板)を接合して構成したことである。その他の構成及び光学的作用は実施例1と略同様であり、これにより同様な効果を得ている。 In this embodiment, the difference from the first embodiment is that a substrate (inorganic substrate) made of an inorganic material is bonded to the surface of the second optical anisotropic member 44 on the imaging element 5 side (light emission side). It is configured. Other configurations and optical actions are substantially the same as those in the first embodiment, and the same effects are obtained.
即ち、前述の実施例1では光学フィルタ4の最も撮像素子5側では第2の光学的異方性部材44が空気層に面して配置される構成としたが、耐環境性をより向上させて使用する必要がある場合には、さらに別の無機物基板を接合する構成とすることが有効となる。もちろん、ここで新たに別の無機物基板を配置して接合する代わりに撮像素子5の撮像面を保護する目的で一般に用いられる撮像素子5の保護ガラスをこの無機物基板として兼用することが可能であれば望ましい。 That is, in the first embodiment, the second optically anisotropic member 44 is arranged facing the air layer on the most image pickup element 5 side of the optical filter 4, but the environmental resistance is further improved. In other words, it is effective to join another inorganic substrate. Of course, instead of newly arranging and joining another inorganic substrate here, it is possible to use the protective glass of the image sensor 5 that is generally used for the purpose of protecting the imaging surface of the image sensor 5 as this inorganic substrate. Is desirable.
尚、前述の実施例1、2では位相変換作用を持った無機物材料として水晶の単結晶基板(水晶位相板)43を使用するものとしたが、位相変換作用の波長依存性の影響を実質的に低減し、基板の厚さをより薄いものとするためにニオブ酸リチウムの単結晶基板を使用しても良い。 In Examples 1 and 2, the single crystal substrate (quartz phase plate) 43 of quartz is used as the inorganic material having the phase conversion action. However, the influence of the wavelength dependence of the phase conversion action is substantially reduced. In order to reduce the thickness of the substrate and reduce the thickness of the substrate, a single crystal substrate of lithium niobate may be used.
実施例1、2ではフィルム状に形成した有機物材料より成る光学部材と無機物材料より成る光学部材を実質的に交互に接合した構成を開示するものであるが、予めフィルム状の有機物材料を積層して構成した有機物フィルムを使用することも可能である。例えば、フィルム状に構成された有機物材料より成る2以上の光学的異方性部材と、該2以上の光学的異方性部材の光入射側及び光射出側に設けられ、無機物材料より成る2つの無機物基板で挟んだ構成も適用可能である。 In the first and second embodiments, a configuration in which an optical member made of an organic material formed in a film shape and an optical member made of an inorganic material are joined substantially alternately is disclosed. It is also possible to use an organic film constructed as described above. For example, two or more optically anisotropic members made of an organic material formed in a film shape, and two made of an inorganic material provided on the light incident side and the light emission side of the two or more optically anisotropic members. A structure sandwiched between two inorganic substrates is also applicable.
このような構成の場合には厳密な意味ではフィルム状の有機物材料より成る光学部材と無機物材料より成る光学部材を交互に組み合わせて接合した構成ではないが、このような実施例も本発明の技術思想の実施例である。 In the case of such a configuration, in a strict sense, it is not a configuration in which an optical member made of a film-like organic material and an optical member made of an inorganic material are alternately combined and joined, but such an embodiment is also a technique of the present invention. This is an example of the idea.
また以上の実施例1、2においては使用可能な光学材料を表すものとして有機物材料及び無機物材料という表記をしたが、線膨張係数が大きく異なる材料を接合して光学フィルタを形成するという主旨であるため別の定義をする方が適切な場合も有り得る。 In Examples 1 and 2 described above, the organic material and the inorganic material are used to represent usable optical materials, but the purpose is to form an optical filter by joining materials having greatly different linear expansion coefficients. Therefore, it may be appropriate to define another definition.
即ち、実施例1、2の有機物材料としては線膨張係数が3.0×10−4/℃〜3.0×10−5/℃の範囲にある材料、また無機物材料としては線膨張係数が3.0×10−5/℃〜3.0×10−6/℃の範囲にある材料を実質的に意味するものである。 That is, the organic material of Examples 1 and 2 has a linear expansion coefficient in the range of 3.0 × 10 −4 / ° C. to 3.0 × 10 −5 / ° C., and the inorganic material has a linear expansion coefficient. The material in the range of 3.0 × 10 −5 / ° C. to 3.0 × 10 −6 / ° C. is substantially meant.
このように実施例1、2では、CCDやCMOS等の固体撮像素子を用いた撮像装置において、高い周波数成分を持った被写体によって発生する偽信号を低減させるローパスフィルタや有害光を遮断する波長選択フィルタといった光学フィルタを、カメラの撮影光学系の光路中の狭い空間に配置可能な薄型で高品質なものとすることができる。特に大面積の光学フィルタを必要とする大型の撮像素子を用いたレンズ交換式の撮像装置に性能面の他に製造コスト面でも好適となる光学フィルタを実現することができる。 As described above, in the first and second embodiments, in an imaging apparatus using a solid-state imaging device such as a CCD or a CMOS, a low-pass filter that reduces a false signal generated by a subject having a high frequency component and a wavelength selection that blocks harmful light. An optical filter such as a filter can be made thin and high in quality so that it can be placed in a narrow space in the optical path of the photographing optical system of the camera. In particular, an optical filter that is suitable not only in terms of performance but also in terms of manufacturing cost can be realized in an interchangeable lens type imaging apparatus using a large-sized imaging element that requires an optical filter with a large area.
1 撮影レンズ
2 QRミラー
3 フォーカルプレーンシャッタ
4 光学フィルタ
5 撮像素子
6 焦点板
7 ファインダー光学系
8 ペンタダハプリズム
9 接眼レンズ
41、42、43、44 光学部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Shooting lens 2 QR mirror 3 Focal plane shutter 4 Optical filter 5 Image pick-up element 6 Focusing plate 7 Finder optical system 8 Penta roof prism 9 Eyepiece 41, 42, 43, 44 Optical member
Claims (10)
フィルム状に構成された有機物材料より成る光学的異方性部材と、無機物材料より成る無機物基板とが、いずれも2以上交互に接合されていることを特徴とする光学フィルタ。 An optical filter disposed in the optical path of the imaging optical system,
An optical filter characterized in that two or more optically anisotropic members made of an organic material composed of a film and inorganic substrates made of an inorganic material are alternately joined.
該光学フィルタは光の入射側より順に、所定波長域の光束の透過を制御する無機物材料より成る波長選択性基板、複屈折作用によって入射光を常光線と異常光線とに分離して出射するフィルム状の有機物材料より成る第1の光学的異方性部材、複屈折作用または位相変換作用によって入射光線の位相を変換する無機物材料で単結晶材料より成る位相基板、そして複屈折作用によって入射光を常光線と異常光線に分離させて出射するフィルム状の有機物材料より成る第2の光学的異方性部材を含むことを特徴とする光学フィルタ。 An optical filter disposed in the optical path of the imaging optical system,
The optical filter is a wavelength-selective substrate made of an inorganic material that controls the transmission of a light flux in a predetermined wavelength range in order from the light incident side, and a film that divides incident light into ordinary rays and extraordinary rays by birefringence. A first optically anisotropic member made of a shaped organic material, a phase substrate made of a single crystal material with an inorganic material that converts the phase of incident light by birefringence or phase conversion, and incident light by birefringence An optical filter comprising a second optically anisotropic member made of a film-like organic material that is emitted after being separated into an ordinary ray and an extraordinary ray.
フィルム状に構成された有機物材料より成る2以上の光学的異方性部材と、該2以上の光学的異方性部材の光入射側及び光射出側に設けられ、無機物材料より成る2つの無機物基板とを有することを特徴とする光学フィルタ。 An optical filter disposed in the optical path of the imaging optical system,
Two or more optically anisotropic members made of a film-like organic material, and two inorganic materials made of an inorganic material provided on the light incident side and light emission side of the two or more optically anisotropic members An optical filter comprising a substrate.
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