JP2007086106A - 光学ローパスフィルタとそれを用いたデジタルカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】ＯＬＰＦの基板材料としてタンタル酸リチウムを使用した際に、ＯＬＰＦの表面に発生する静電気を低減したＯＬＰＦを提供することを目的とする。
【解決手段】ＯＬＰＦ１は、複屈折性を有する結晶等からなる複屈折板が使用され、入射する光線Ｌ１を常光線Ｌ２と異常光線Ｌ３とに分離させるものである。本実施例においては、複屈折板の基板材料としてタンタル酸リチウムを使用し、タンタル酸リチウムは自発分極の方向をランダムとしたものである。分離距離ｄ１は、常光線の屈折率ｎ０と異常光線の屈折率ｎｅとの差が大きい程大きくなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光学ローパスフィルタ（以降、ＯＬＰＦと称す）とそれを用いたデジタルカメラに関し、特にＯＬＰＦの表面に静電気が発生して塵埃等が付着することを低減したＯＬＰＦとそれを用いたデジタルカメラに関するものである。

デジタルカメラ等の電子光学機器には、その光学ヘッドにＯＬＰＦが広く用いられ、固体撮像素子（以降、ＣＣＤと称す）や撮像管で生じる擬似色信号をカットすることが出来ることから、入射光線の反射の防止や色補正を行い映像品質の改善に寄与している。そこで、ＯＬＰＦをＣＣＤや撮像管の前面に設けると、モアレによる縞のちらつきや、太陽光の海面での反射によるギラツキを大幅に改善することが出来る。

図５は、従来のＯＬＰＦの構造例を示す外観図である。ＯＬＰＦ１０１は、所定の板厚に加工した複屈折性を有する結晶等からなる複屈折板が使用され、入射する光線Ｌ１０１を常光線Ｌ１０２と異常光線Ｌ１０３とに分離させるものである。ＯＬＰＦ１０１の分離距離ｄ１０１は、常光線の屈折率ｎ０と異常光線の屈折率ｎｅとの差が大きい程大きくなり、ＯＬＰＦ１０１の基板板厚をｔ１０１とすると下式で表すことが出来る。

ｄ１０１＝ｔ１０１・｜（（ｎ0^２−ｎｅ^２）・ｔａｎθ）／（ｎ0^２・ｔａｎθ＋ｎｅ^２）｜・・・（１０１）
但し、θは、複屈折板の主面法線と光学軸とのなす角度であり、複屈折板として水晶を用いた場合、通常４５°に設定されるのが望ましい。

一方、電子光学機器の性能の向上に伴い、ＯＬＰＦに求められる光学特性の向上が図られ、複屈折板を複数枚使用したＯＬＰＦが実用化されている。
図６は、従来の複屈折板を２枚使用したＯＬＰＦの構造例を示す外観図である。ＯＬＰＦ１０２は、所定の板厚に加工した複屈折性を有する結晶等からなる第一の複屈折板１０３と、１／４波長板１０４と、所定の板厚に加工した複屈折性を有する結晶等からなる第二の複屈折板１０５とにより構成する。そこで、第一の複屈折板１０３において、入射する光線Ｌ１０４を水平方向の常光線Ｌ１０５と異常光線Ｌ１０６とに分離した後、第一の複屈折板１０３を出射する二つの直線偏光を１／４波長板１０４に入射して円偏光に変換する。

更に、１／４波長板１０４を出射した二つの円偏光の光線を第二の複屈折板１０５に入射し、垂直方向の常光線Ｌ１０７及び異常光線Ｌ１０８と、垂直方向の常光線Ｌ１０９及び異常光線Ｌ１１０とに分離する。また、水平方向の常光線と異常光線との分離距離ｄ１０２と、垂直方向の常光線及び異常光線との分離距離ｄ１０３は、第一の複屈折板１０３の基板板厚をｔ１０２とし、第二の複屈折板１０５の基板板厚をｔ１０３とすれば、（１０１）式と同様に、夫々（１０２）式と（１０３）式のように表すことが出来る。
ｄ１０２＝ｔ１０２・｜（（ｎ0^２−ｎｅ^２）・ｔａｎθ）／（ｎ0^２・ｔａｎθ＋ｎｅ^２）｜・・・（１０２）
ｄ１０３＝ｔ１０３・｜（（ｎ0^２−ｎｅ^２）・ｔａｎθ）／（ｎ0^２・ｔａｎθ＋ｎｅ^２）｜・・・（１０３）
なお、図６においては、第一の複屈折板１０３と、１／４波長板１０４と、第二の複屈折板１０５とを分離して配置しているが、実際は、接着剤を用いて各光学要素を積層している。

従来、複屈折板の基板材料として、使い易さやコストの面から水晶が用いられることが一般的であった。前述したようにＯＬＰＦの分離度は、基板材料の屈折率が大きければ大きくなり、また、基板材料の厚みが厚くなれば大きくなるという特性を有している。ＯＬＰＦが用いられる電子光学機器においては、益々小型化が進んでおり、ＯＬＰＦに対して更なる薄板化が求められている。そこで、近年、屈折率が大きな結晶であるタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）を用いたＯＬＰＦの検討がなされている。タンタル酸リチウムは、水晶と比べて屈折率が数倍大きく、タンタル酸リチウムをＯＬＰＦの基板材料として用いることにより、水晶を用いたＯＬＰＦに比べて基板の厚さが数分の一のＯＬＰＦを実現することが可能であり、ＯＬＰＦの基板材料としてタンタル酸リチウムの採用が有効である。
特開２０００−２８４２３０号公報 特許３５２０９１４号 特開２００４−８８５９３号公報 特開２００５−２００７８号公報 特開２００５−２０１０３号公報 特開２００５−２４９０５号公報

電子光学機器に搭載されるＣＣＤ等の撮像素子や、撮像素子の前面に設置されるＯＬＰＦは、空気中を漂う塵埃が光学面の表面に付着し、撮像素子の性能を低下させることのな
いよう注意が必要である。特に、デジタルカメラ等において、レンズ交換が可能な構造の場合、レンズの交換時に撮像素子の前面に設置されたＯＬＰＦの表面が外気に露出し、塵埃がＯＬＰＦの表面に付着する可能性が高くなる。そのため、レンズ交換可能な構造のデジタルカメラにおいては、この塵埃対策として様々な技術が提案されている。

例えば、特許３５２０９１４号や特開２００４−８８５９３号公報によれば、ＯＬＰＦや撮像素子等の光学部品を保護ガラスなどにより密閉し、ＯＬＰＦや撮像素子等の光学部品を塵埃から保護すると共に、仮に保護ガラスの表面に塵埃が付着した際は容易に拭き取り可能な構造が開示されている。

また、特開２００５−２０１０３号公報や特開２００５−２００７８号公報によれば、ＯＬＰＦや撮像素子の前面に、ＯＬＰＦや撮像素子への塵埃付着を防止する防塵フィルタを設け、更に、防塵フィルタに圧電素子等を装着することにより防塵フィルタを振動させて塵埃を取り除く構造が開示されている。

更に、特開２００５−２４９０５号公報によれば、カメラ本体にレンズの替わりに清掃装置を取り付け、清掃装置よりＯＬＰＦや撮像素子の表面に空気を噴出し、ＯＬＰＦや撮像素子の表面に付着している塵埃を吹き飛ばす構造が開示されている。

しかしながら、ＯＬＰＦにおいては、基板材料としてタンタル酸リチウムを使用した場合、ＯＬＰＦの小型化には有利なものの、タンタル酸リチウム基板のような強誘電体は、周囲温度が変化すると焦電効果現象が生じ、タンタル酸リチウム基板の入出射面に電荷が発生する。このため、タンタル酸リチウム基板の入出射面に発生する電荷によって、ＯＬＰＦに静電気が生じ、空気中を漂う塵埃が付着し易いという問題を抱えていた。従って、ＯＬＰＦの基板材料としてタンタル酸リチウムを使用した際に、デジタルカメラにおいて、塵埃対策として様々な方策を用いても、根本的な問題解決には至っていなかった。
本発明は上述したような問題を解決するためになされたものであって、ＯＬＰＦの基板材料としてタンタル酸リチウムを使用した際に、ＯＬＰＦの表面に発生する静電気を低減したＯＬＰＦを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明に係わるＯＬＰＦとそれを用いたデジタルカメラは、以下の構成をとる。
請求項１に記載のＯＬＰＦは、所定の板厚に加工した複屈折板を備えたＯＬＰＦにおいて、前記複屈折板の基板材料としてタンタル酸リチウムを用い、該複屈折板の分極方向をランダム配向とするよう構成する。

請求項２に記載のＯＬＰＦは、所定の板厚に加工した第一の複屈折板と、波長板と、所定の板厚に加工した第二の複屈折板とを備えたＯＬＰＦにおいて、前記第一の複屈折板、及び第二の複屈折板の基板材料としてタンタル酸リチウムを用い、該複屈折板の分極方向をランダム配向とするよう構成する。

請求項３に記載のＯＬＰＦは、前記複屈折板の表面に、反射膜を成膜するよう構成する。

請求項４に記載のデジタルカメラは、被写体像を撮像素子に結像するレンズと、撮像素子において生ずる高周波成分による擬似色信号を低減する請求項１、請求項２、または請求項３のいずれかに記載のＯＬＰＦと、結像した被写体像を電気信号に変換して出力する撮像素子とを備えるよう構成する。

請求項５に記載のデジタルカメラは、被写体像を撮像素子に結像するレンズと、撮像素子において生ずる高周波成分による擬似色信号を低減する請求項１、請求項２、または請求項３のいずれかに記載のＯＬＰＦと、結像した被写体像を電気信号に変換して出力する撮像素子とを備えたデジタルカメラにおいて、前記ＯＬＰＦ、及び撮像素子を振動させる機能を付加するよう構成する。

請求項６に記載のデジタルカメラは、被写体像を撮像素子に結像するレンズと、撮像素子において生ずる高周波成分による擬似色信号を低減する請求項１、請求項２、または請求項３のいずれかに記載のＯＬＰＦと、結像した被写体像を電気信号に変換して出力する撮像素子とを備えたデジタルカメラにおいて、前記ＯＬＰＦ、及び撮像素子に空気を吹き付ける機能を付加するよう構成する。

請求項１、及び３に記載の発明は、複屈折板の基板材料としてタンタル酸リチウムを使用し、ＯＬＰＦを小形化すると共に、ＯＬＰＦの表面に静電気が帯電することを低減し、デジタルカメラのレンズ交換時にＯＬＰＦが外気にさらされた際に、空気中の塵埃等がＯＬＰＦの表面に付着し難くするため、ＯＬＰＦをデジタルカメラに使用する際に大きな効果を発揮する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の特徴の他、複屈折板を２枚用いてＯＬＰＦを構成したので、入射する光線を４分割し、このＯＬＰＦをデジタルカメラに使用した際に性能の向上を図る上で大きな効果を発揮する。

請求項４に記載の発明は、小形化すると共に、表面に静電気が帯電することを低減したＯＬＰＦをデジタルカメラに使用したので、デジタルカメラのレンズ交換時にＯＬＰＦが外気にさらされた際に、空気中の塵埃等がＯＬＰＦの表面に付着し難くするため、デジタルカメラを使用する上で大きな効果を発揮する。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の特徴の他、デジタルカメラにＯＬＰＦ、及び撮像素子を振動させる機能を付加しており、ＯＬＰＦや、撮像素子に対する塵埃対策の更なる向上が図られ、デジタルカメラを使用する上で大きな効果を発揮する。

請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の特徴の他、ＯＬＰＦ、及び撮像素子に空気を吹き付ける機能を付加しており、ＯＬＰＦや、撮像素子に対する塵埃対策の更なる向上が図られ、デジタルカメラを使用する上で大きな効果を発揮する。

以下、図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
ＯＬＰＦの基板としてタンタル酸リチウムを使用する際は、一般的に分極方向を同一方向に整えた分極処理されている基板を使用しているが、タンタル酸リチウムが分極処理されていると、周囲温度が変化した際に焦電効果現象が発生しＯＬＰＦの基板表面に静電気が生ずることが知られている。そこで、ＯＬＰＦの基板材料としてタンタル酸リチウムを使用した際に、ＯＬＰＦの基板表面に静電気が生じて塵埃が付着し易くなるのを低減するため、本発明者らは、タンタル酸リチウム基板を分極せずに、基板が有する自発分極の方向をランダムなままにしてＯＬＰＦを構成すると、静電気の発生を低減出来るということを見出した。
そこで、本発明においては、ＯＬＰＦに用いるタンタル酸リチウム基板を、初期状態の結晶のまま所定の形状に加工して使用することを特徴とする。

図１は、本発明に係るＯＬＰＦの第一の実施例を示す外観図である。ＯＬＰＦ１は、所定の板厚に加工した複屈折性を有する結晶等からなる複屈折板が使用され、入射する光線Ｌ１を常光線Ｌ２と異常光線Ｌ３とに分離させるものである。本実施例においては、複屈折板の基板材料としてタンタル酸リチウムを使用し、タンタル酸リチウムは自発分極の方向をランダムとしたものである。従って、ＯＬＰＦ１には静電気が生じにくくなり、ＯＬＰＦ１に塵埃が付着することを低減する。

一方、ＯＬＰＦ１の分離距離ｄ１は、常光線の屈折率ｎ０と異常光線の屈折率ｎｅとの差が大きい程大きくなり、ＯＬＰＦ１の基板板厚をｔ１とすると下式で表すことが出来る。

ｄ１＝ｔ１・｜（（ｎ0^２−ｎｅ^２）・ｔａｎθ）／（ｎ0^２・ｔａｎθ＋ｎｅ^２）｜・・・（１）
但し、θは、複屈折板の主面法線と光学軸とのなす角度である。

図２は、タンタル酸リチウム基板の分極の様子を示す図であり、図２（ａ）は、分極方向を同一方向に整えるように分極処理した従来の基板を示し、（ｂ）は、本発明において使用する自発分極の方向がランダムな状態の基板を示す。図２において、符号２は、分極の方向を示している。

次に、複屈折板を複数枚使用したＯＬＰＦについて説明する。
図３は、本発明に係る複屈折板を２枚使用したＯＬＰＦの第二の実施例を示す外観図である。ＯＬＰＦ２は、所定の板厚に加工した複屈折性を有する結晶等からなる第一の複屈折板３と、１／４波長板４と、所定の板厚に加工した複屈折性を有する結晶等からなる第二の複屈折板５とにより構成する。本実施例においても、第一の複屈折板３と第二の複屈折板５の基板材料としてタンタル酸リチウムを使用し、タンタル酸リチウムは自発分極の方向をランダムとしたものである。従って、ＯＬＰＦ２には静電気が生じにくくなり、ＯＬＰＦ２に塵埃が付着することを低減する。

次に、図３に示したＯＬＰＦの機能について説明する。まず、第一の複屈折板３において、入射する光線Ｌ４を水平方向の常光線Ｌ５と異常光線Ｌ６の二つの直線偏光に分離した後、第一の複屈折板３を出射するこれら二つの直線偏光を１／４波長板４に入射して二つの円偏光に変換する。
更に、１／４波長板４を出射したこれら二つの円偏光の光線を第二の複屈折板５に入射し、垂直方向の常光線Ｌ７及び異常光線Ｌ８と、垂直方向の常光線Ｌ９及び異常光線Ｌ１０とに分離する。即ち、第二の実施例においては、入射するレーザ光を四つのレーザ光に分割している。

なお、水平方向の常光線と異常光線との分離距離ｄ２と、垂直方向の常光線及び異常光線との分離距離ｄ３は、第一の複屈折板３の基板板厚をｔ２とし、第二の複屈折板５の基板板厚をｔ３とすれば、（１）式と同様に、夫々（２）式、（３）式のように表すことが出来る。
ｄ２＝ｔ２・｜（（ｎ0^２−ｎｅ^２）・ｔａｎθ）／（ｎ0^２・ｔａｎθ＋ｎｅ^２）｜・・・（２）
ｄ３＝ｔ３・｜（（ｎ0^２−ｎｅ^２）・ｔａｎθ）／（ｎ0^２・ｔａｎθ＋ｎｅ^２）｜・・・（３）

なお、図３においては、第一の複屈折板３と、１／４波長板４と、第二の複屈折板５とを分離して配置しているが、実際は、接着剤を用いて各光学要素を積層している。
以上、ＯＬＰＦについて説明したが、上述した複屈折板の表面には、必要に応じて適宜反射膜を成膜してもよい。

次に、本発明に係るＯＬＰＦをデジタルカメラに用いた場合について説明する。
図４は、本発明に係るＯＬＰＦをカメラに搭載した概略図を示したものである。デジタルカメラ６は、カメラ本体７の内部に交換用レンズ８と、ＯＬＰＦ１と、撮像素子９とを含み、交換用レンズ８より入射した光線は、図示していないミラーが跳ね上がった状態でシャッタ（図示せず）を経由してＯＬＰＦ１に入射する。ＯＬＰＦ１においては、撮像素子９において生ずる高周波成分による擬似色信号を低減するため、所定の光線に分割して撮像素子９に投影する。そこで、撮像素子９においては、投影された光線を電気信号に変換して出力する。
デジタルカメラ６は、内部に搭載したＯＬＰＦ１の基板が静電気を帯電し難い構造となっており、交換用レンズ８を交換する際にデジタルカメラ６の本体内部を外気に露出しても塵埃が付着し難いため、撮影時にごみが写りこむ等の問題を防止することができる。

また、前述したように、レンズ交換可能な構造のデジタルカメラにおいては、塵埃対策として様々な技術が提案されている。
例えば、ＯＬＰＦや撮像素子等の光学部品を保護ガラスなどにより密閉し、撮像素子やＯＬＰＦ等の光学部品を塵埃から保護する構造のデジタルカメラに、本発明におけるＯＬＰＦ１を使用すれば、保護ガラスをほとんど不要とすることができる。

また、ＯＬＰＦや撮像素子に圧電素子等を装着することにより振動させて塵埃を取り除く構造のデジタルカメラに、本発明に係るＯＬＰＦ１を搭載すれば、塵埃対策は更に向上し、デジタルカメラを使用する際に有効である。

また、カメラ本体にレンズの替わりに清掃装置を取り付け、清掃装置よりＯＬＰＦや撮像素子の表面に空気を噴出し、ＯＬＰＦや撮像素子の表面に付着している塵埃を吹き飛ばす構造のデジタルカメラに、本発明に係るＯＬＰＦ１を搭載すれば、塵埃対策は更に向上し、デジタルカメラを使用する際に有効である。
以上、本発明に係るＯＬＰＦ１をデジタルカメラに搭載した例を説明したが、本発明に係るＯＬＰＦ２をデジタルカメラに搭載しても同様の効果が得られることは言うまでもない。

本発明に係るＯＬＰＦの第一の実施例を示す外観図である。 タンタル酸リチウム基板の分極の様子を示す図である。 本発明に係る複屈折板を２枚使用したＯＬＰＦの第二の実施例を示す外観図である。 本発明に係るＯＬＰＦをカメラに搭載した概略図を示したものである。 従来のＯＬＰＦの構造例を示す外観図である。 従来の複屈折板を２枚使用したＯＬＰＦの構造例を示す外観図である。

符号の説明

１０１・・ＯＬＰＦ、
１０２・・ＯＬＰＦ、
１０３・・第一の複屈折板、
１０４・・波長板、
１０５・・第二の複屈折板、
１・・ＯＬＰＦ、
２・・ＯＬＰＦ、
３・・第一の複屈折板、
４・・波長板、
５・・第二の複屈折板、
６・・デジタルカメラ、
７・・カメラ本体、
８・・交換用レンズ、
９・・撮像素子

Claims (6)

1. 所定の板厚に加工した複屈折板を備えた光学ローパスフィルタにおいて、
   前記複屈折板の基板材料としてタンタル酸リチウムを用い、該複屈折板の分極方向をランダム配向としたことを特徴とする光学ローパスフィルタ。
2. 所定の板厚に加工した第一の複屈折板と、波長板と、所定の板厚に加工した第二の複屈折板とを備えた光学ローパスフィルタにおいて、
   前記第一の複屈折板、及び第二の複屈折板の基板材料としてタンタル酸リチウムを用い、該複屈折板の分極方向をランダム配向としたことを特徴とする光学ローパスフィルタ。
3. 前記複屈折板の表面に、反射膜を成膜したことを特徴とする請求項１、または請求項２のいずれかに記載の光学ローパスフィルタ。
4. 被写体像を撮像素子に結像するレンズと、
   撮像素子において生ずる高周波成分による擬似色信号を低減する請求項１、請求項２、または請求項３のいずれかに記載の光学ローパスフィルタと、
   結像した被写体像を電気信号に変換して出力する撮像素子とを備えたことを特徴とするデジタルカメラ。
5. 被写体像を撮像素子に結像するレンズと、
   撮像素子において生ずる高周波成分による擬似色信号を低減する請求項１、請求項２、または請求項３のいずれかに記載の光学ローパスフィルタと、
   結像した被写体像を電気信号に変換して出力する撮像素子とを備えたデジタルカメラにおいて、
   前記光学ローパスフィルタ、及び撮像素子を振動させる機能を付加したことを特徴とする請求項４に記載のデジタルカメラ。
6. 被写体像を撮像素子に結像するレンズと、
   撮像素子において生ずる高周波成分による擬似色信号を低減する請求項１、請求項２、または請求項３のいずれかに記載の光学ローパスフィルタと、
   結像した被写体像を電気信号に変換して出力する撮像素子とを備えたデジタルカメラにおいて、
   前記光学ローパスフィルタ、及び撮像素子に空気を吹き付ける機能を付加したことを特徴とする請求項４に記載のデジタルカメラ。
   

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