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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は光路中に部材を有する光学装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
特許文献1は一眼レフカメラの焦点検出ユニットに光路分離のために隔壁を設けた開示例である。焦点検出ユニット内に隔壁を設けると、複数の光路間の間隔を狭めることができるために、焦点検出視野の配置を密にできるという利点がある。
【0003】
特許文献2は複眼撮像装置に光路分離のための隔壁を設けた開示例である。複眼撮像装置に隔壁を設けると、複眼の光軸間隔を任意に設定できる。また、複数の光路間の距離を小さくできるために、複眼によって生じる視差を小さくし、物体の距離に依存して発生するレジストレーションズレを抑えることができるという利点もある。
【0004】
また、特許文献3では光路の側面に光線の反射角を制御するプリズム群を形成する技術が開示されている。
【0005】
【特許文献1】
特開平1−282513
【特許文献2】
特開平7−154663
【特許文献3】
特開平9−269405
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
光学系の光路を外部の空間から分離するための壁面には、光を吸収する塗装を施したり、壁面を粗面にするといった光の反射を低く抑える、あるいは、反射光を散乱させたり方向を制御して目立たなくする工夫が成されている。しかしながら、塗装で反射を充分に抑えることは難しく、また、単に反射光の方向を変えるだけでは、新たなゴーストの原因となるなど、従来の手法ではゴーストの発生を高いレベルで抑制することができなかった。
【0007】
特許文献3では光路の側面に光線の反射角を制御するプリズム群を形成する技術が、上述した特許文献1の技術では、光軸方向を長手方向とする形状の遮光部材の表面反射がセンサー方向に戻ってしまうためにゴーストやフレアを生じ易く、その結果、高い焦点検出精度を得ることが難しいといった問題があった。
【0008】
また、上述した特許文献2の技術では、光路分離のための隔壁での表面反射でゴーストやフレアを生じ易く、その結果、高品位の画像を得ることが難しいといった問題があった。
【0009】
本発明は、このような従来の問題点に着眼してなされたもので、その目的は、光路の壁面での反射光や散乱光を低減することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記第1の目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、分割フィールドレンズを通過し焦点検出視野のセンサーに入射する複数の光路間に配置され、光路間の光束の交わりを防止する2の光路分離部材を有する光学装置において、前記2の光路分離部材の対向する壁面は、鏡面の斜面を備えたプリズム層と前記プリズム層と屈折率がほぼ等しく且つ透明な媒質中に光吸収体が分散している光吸収層とを互いの間に空気層が無いように設けることで、前記プリズム層の内部に入射した光が入射方向に対向した鏡面から入射し屈折した後に前記光吸収層に導かれる、または屈折した後に光の入射方向に対向していない鏡面において全反射して前記光吸収層に導かれる光路分離部材であって、当該対向する壁面以外の壁面には前記プリズム層を形成していない。
【0011】
(作用)
請求項1乃至2に記載の発明によれば、光路の壁面での反射光を低減することが可能である。
【0012】
【発明の実施の形態】
(第1の実施の形態)
図1から図9は本発明による第1の実施の形態を説明するための図である。第1の実施の形態では一眼レフカメラの焦点検出ユニットに用いられる光路の壁面構造を実施例としている。
【0013】
図1は複数の焦点検出視野を持つ焦点検出ユニットの断面図、図2はその分解斜視図である。焦点検出ユニットは一眼レフカメラのミラーボックスの下部に収納され、主ミラーとサブミラーを介して焦点検出光束が導かれる。
【0014】
図1および図2において、L2はサブミラーで折り返された不図示の対物レンズの光軸、10は不図示の対物レンズの後方に位置し焦点検出光束を分離して不要な光束を除去するためのマスクの役割をする視野マスク、20は一次結像面に形成される像を受光手段であるセンサーに導く分割フィールドレンズ、30は第1焦点検出視野である中央焦点検出視野の光束と第2焦点検出視野である周辺焦点検出視野の光束を分離して各焦点検出視野に対応した有効光束以外の光束がセンサーに入射するのを防止するための遮光板である。
【0015】
40は焦点検出ユニットに入射した焦点検出光束をセンサーに向けて折り曲げるために表面で光を反射するミラー、50は赤外光を除去するための赤外線カットフィルタ、60は焦点検出光束を分離するための多孔絞り、70はセンサー上に像を結像させるための対になった複数組のレンズを持つ再結像レンズである。
【0016】
80はセンサーを保持するためのセンサーホルダー、90は焦点検出動作を行なうための像を検出する受光手段としてのセンサーであり、対になったラインセンサーが複数組形成されている。
【0017】
100は各焦点検出視野に対応する有効光束以外を出来るだけ除去するために、焦点検出を行なうに必要な有効光束のみが通過する開口を持つ遮光部材、110は焦点検出ユニットとカメラの焦点検出ユニット取付部の隙間をふさぐ遮光シート、120は焦点検出ユニットを構成する各構成部品を保持し、外部の光を遮光する本体ブロックである。
【0018】
ここで、第1焦点検出視野である光軸上の領域を焦点検出する中央焦点検出視野は、視野マスクの開口部14−1及び分割フィールドレンズのレンズ21ー1を通過した後、多孔絞り60の開口部62−1を通過し、開口部62−1に対応する再結像レンズのレンズ部により、センサー90の受光素子としての受光部91−1〜91−4に導かれる光路で構成されている。
【0019】
また、第2焦点検出視野である光軸外の領域を焦点検出する周辺焦点検出視野は、視野マスクの開口部14−2及び分割フィールドレンズのレンズ21−2を通過した後、多孔絞り60の開口部62−5を通過し、開口部62−5に対応する再結像レンズのレンズ部により、センサー90の受光部91−11〜91−12に導かれる光路で構成されている。
【0020】
上記構成において、本体ブロック120には、各種焦点検出ユニット構成部材の位置決めを行なう各種位置決め部、及び、固定するための固定部が備えられている先ず、赤外線カットフィルタ50は、図2の右方より本体ブロック120に位置決め固定される。
【0021】
遮光板30は、遮光板位置決め固定部31と本体ブロック120の遮光板位置決め固定部123により、本体ブロック120の内部に位置決め後接着固定される。
【0022】
また、遮光板30は、分割フィールドレンズ20を通過した各焦点検出視野の有効光束以外の不要な光束が、他の焦点検出視野のセンサーに入射することを防止する壁面32及び壁面33を持ち、壁面32と壁面33の間には測光光束を通過させるための開口部34が形成されている。遮光板30により中央焦点検出視野の光束と周辺焦点検出視野の光束の間隔を狭めることができ、焦点検出視野の配置を密にすることが可能になっている。
【0023】
分割フィールドレンズ20は、位置調整が行なわれた後、本体ブロック120の分割フィールドレンズ固定部124により、本体ブロック120に接着固定される。
【0024】
視野マスク10は一対の視野マスク固定用弾性爪部10−1を、本体ブロック120の一対の視野マスク固定用穴部127に係合させて、本体ブロック120に固定される。
【0025】
遮光シート110は視野マスク10と本体ブロック120に挟まれることにより本体ブロック120に固定されている。また、遮光シート110の背面遮光部112は、本体ブロック120の遮光シート背面遮光部固定部129により固定されている。
【0026】
ミラー40は、図2の右方より本体ブロック120に位置決め固定されている。このミラー40の表面には、各焦点検出視野に対する不要な光束を遮光するためのマスク形状を持つ遮光マスク部41が付加されており、その結果、焦点検出光束をセンサーに対して折り曲げる際に、遮光板30とミラー40の隙間を通過する不要な光束を遮光している。
【0027】
再結像レンズ70は、一対の嵌合穴により位置決めされ、本体ブロック120に接着固定されている。
【0028】
多孔絞り60は、位置決め部61により、再結像レンズ70に位置決めされている。そして、多孔絞り60は、再結像レンズ70と本体ブロック120に挟まれて、本体ブロック120に保持されている。
【0029】
センサーホルダー80は、特開平3−23506号公報に示すように、センサー90の製造過程における誤差により生じるセンサーの傾きを調整する。
【0030】
このセンサーホルダー80は、位置決め調整するための一対の同一中心軸を持つ半円柱形状のセンサーホルダー嵌合半円柱軸82と本体ブロック120の一対のセンサーホルダー嵌合軸受溝部130により、センサーホルダー嵌合半円柱軸82を中心として、本体ブロック120に揺動可能に位置決めされている。そして、センサー傾き調整など各種調整が行なわれた後、本体ブロック120に接着固定されている。
【0031】
センサー90は、センサーホルダー80に対して、センサー接着面内での移動は自由に行なうことが可能である。そして、センサー90は、センサーホルダー80と共にセンサー傾き調整などの各種調整が行なわれた後に、センサーホルダー80に接着固定されている。
【0032】
遮光部材100は、センサーホルダー80に接着固定されている。
【0033】
図3は、焦点検出ユニットの光路図の一部を表す図である。図3は一眼レフカメラの撮影光軸を含む断面を示しており、ミラー40による光路の折り曲げを展開してある。また、図には、一部のゴースト光束のみが図示されており、有効光束は図示されていない。
【0034】
本実施例における焦点検出ユニットでは、焦点検出ユニットに入射する光束が、図2に示した視野マスク10を通過し、分割フィールドレンズ20を通過した後に、赤外線カットフィルタ50を通過し、多孔絞り60を通過し、再結像レンズ70を通過し、センサー90に入射する事により焦点検出が行なわれる。
【0035】
図3において、ゴースト光束160、161は、壁面32で反射され、ゴースト光束162は、本体ブロック120の内壁により反射されている。ゴースト光束162は不図示の対物レンズや一眼レフカメラのミラーボックス内でほとんどの部分をカットできるために、比較的強度が低く大きな問題にはならない。一方、ゴースト光束160、161は対物レンズ側でカットするのが難しく、焦点検出精度を劣化させないためには、壁面32での反射を如何に低く抑えるかが極めて重要である。
【0036】
図4は壁面32の構造を表す詳細図である。壁面32はプリズム層32aと光吸収層32bの2層よりなっており、プリズム層側の反射光を効果的に低減する。プリズム層32aは鏡面の斜面を備えた多数の三角プリズムからなり、そのピッチは10μmから300μm程度、頂角は60度から130度が好ましく、図4に示す構造では、頂角を90度としてある。ポリカーボネート、アクリル、ポリエステル、PETなどの透明樹脂で作製する。あるいは、プリズム層と平板の基材を異なる材質で作製し接合した複合体であっても良い。プリズム面を何れも鏡面としているのは、入射した光を散乱させずに透過、もしくは反射させるためである。
【0037】
遮光板30の2つの壁面32と33は同一の構造で、プリズム層は壁面32と33の対向する側にのみそれぞれ形成されている。これは、壁面32と33のプリズム層を形成していない面については、反射光があってもセンサーの受光部に入射せず、問題にならないためである。
【0038】
一方の光吸収層32bは、樹種などの透明な媒質内に充分な量の光吸収体が分散している構造を有し、印刷や、塗装、あるいは樹脂層の接合といった手法で、プリズム層32aの裏面に付加される。光吸収体は例えばカーボン粒で構成される。プリズム層が2つの樹脂層の複合体である場合には、この光吸収層がプリズム層を支える基材であっても良い。
【0039】
プリズム層32aと光吸収層32bの間には空気層が無く、屈折率は両者ともに1.5程度であって、ほぼ等しい。したがって、プリズム層32aへ入射した光は、プリズム層32aと光吸収層32bの界面でほとんど反射することなく光吸収層32bに導かれ、光吸収層32b内で減衰し、光のエネルギーは熱に変換される。
【0040】
図4に示した光線1と5は、先に図3に示したゴースト光束160、161のうちの幾つかを抜き出したものである。光線1はプリズム層32aの光の入射方向に対向した鏡面3から入射して、樹脂と空気との屈折率差が作用して屈折した後、光吸収層32bに導かれる。また、光線5は同様に光の入射方向に対向した鏡面3から入射して、その界面で屈折した後、光の入射方向に対向していない鏡面4において空気との屈折率差の作用で全反射し、光吸収層32bに導かれる。
【0041】
図9は、空気と樹脂の界面で起こるフレネル反射の反射率を入射角の関数として表したグラフである。RpはP偏光の反射率、RsはS変更の反射率を表している。入射角がゼロ度、すなわち垂直入射の場合には、およそ4%程度の反射率であるが、80度の入射角では、P偏光が30%、S偏光が50%ほどに増加し、平均で40%程度の反射率となる。
【0042】
前述のような光線の挙動の中で、屈折率差によるフレネル反射が生じるのは鏡面3に光線が入射する時だけであって、他の界面では光路が分岐することはない。斜面3への入射角は0度から40度程度と小さいので、その反射率は数%程度であることが図9より分かる。しかも、鏡面3での表面反射光2は、図4に示すように再結像レンズ70の方向には向かわないので、これらがゴーストやフレアを発生させることもない。したがって、精度の高い焦点検出結果を得ることができる。
【0043】
ただし、本実施例の焦点検出ユニットのように、光路を折り曲げるためのミラー40が配置されている場合には、鏡面3での表面反射光がミラー40を介さずに、直接、再結像レンズ70に向かうことが無いように設定する必要がある。図1に矢印Aで示すように、ミラーで折り返された光軸と元の光軸のなすおよそ2等分する方向に稜線を沿わせることで、反射光が再結像レンズ70に向かわせないようにできる。
【0044】
また、図5に矢印Bで示すように、点P1を中心とした同心円状に稜線を形成しても良い。このような構成にすると、金型の製作や樹脂の成形にフレネルレンズの製造手法を用いることができる。なお、図5の焦点検出ユニットは、遮光板30の稜線の方向以外は図1に示した焦点検出ユニットと同一である。
【0045】
以上はプリズム層32aと光吸収層32bを別々に形成した例を示したが、プリズム層32aの内部に光吸収体を含有させれば、その作用によってプリズム自身で光を吸収させることも出来る。図6はこの構造を表す図である。多数の鏡面の斜面6、7を備えたプリズム層32cは、ポリカーボネート、アクリル、ポリエステル、PETなどの透明樹脂にカーボン粒などの光吸収体を混ぜて成形する。光線8はプリズム層32cの光の入射方向に対向した鏡面6から入射して、樹脂と空気との屈折率差が作用して屈折した後、プリズム層32cの内部で吸収される。また、光線9は同様に光の入射方向に対向した鏡面6から入射して、その界面で屈折した後、減衰しながら光の入射方向に対向していない鏡面7において空気との屈折率差の作用で全反射し、プリズム層32cの内部で吸収される。
【0046】
また、プリズム層を構成するプリズムの形状は、図7に示すように、斜面11と斜面12が異なる傾きを持っていても良い。斜面12に分割フィールドレンズ20からの光線が直接当たると、斜面12への入射角がおおきくなるために、図9に示したフレネル反射の特性からかなり強い反射が生じる。したがって、ここで重要なことは、このような反射光を生じさせない角度を設定することと、反射光が生じたとしても、斜面12から再びプリズム層32dの内部に取り込んでゴースト光としないことである。
【0047】
図8は、このような観点をさらに進めて、プリズム層32eの山の先端部分はゴースト光を発生させないために鋭いエッジとし、逆に谷の部分13には丸みを持たせたものである。樹脂の流動抵抗の低下による斜面の面精度の向上が見込める。
【0048】
このようにプリズムの形状は適宜決まるものであり種々の変形があり得る、プリズム層は異なる形状のプリズムの集合体であっても良い。
【0049】
以上のように、焦点検出ユニット内に本発明によるプリズム層を用いた隔壁を設けると、ゴーストやフレアの発生を抑えて焦点検出精度を落とさずに焦点検出視野の配置を密にすることができる。
【0050】
(第2の実施の形態)
図10から図14は本発明の第2の実施の形態を説明するための図である。第2の実施の形態では複眼撮像装置に用いられる光路の壁面構造を実施例としている。
【0051】
図10(A)は、複眼撮像装置の模式的な構成を示す上面図である。図10(B)は、図10(A)の1B−1B線における模式的断面図である。図10(C)は、図10(A)の半導体チップ503の上面図である。図201(D)は、図201(B)の撮像モジュールを外部の電気回路へ接続した状態を示した模式的断面図である。図14は撮像モジュールの分解斜視図である。
【0052】
図10(A)から図10(D)において、560は赤外線カットフィルタ、501は第1の基板として光透過性部材、506は光透過性部材501の上面に赤外線カットフィルタ560を介して遮光性部材を例えばオフセット印刷等で形成した絞り遮光層、512は赤外線カットフィルタ560、絞り遮光層506及び凸レンズ600a、600cと図示されていない凸レンズ600b及び凸レンズ600dで構成される複眼レンズを有する複眼光学素子である。
【0053】
なお、本実施形態では4つの凸レンズを有する複眼レンズを備えた複眼光学素子が形成されているが、レンズの個数は適宜決まるものであり本実施形態に限定されない。
【0054】
また、810a〜810dは絞り遮光層506に形成された絞り開口、なお、各レンズ600a〜600dは、それぞれに絞り開口810a〜810dとそれぞれ光軸が同軸であるとより好適である。
【0055】
さらに、503は半導体チップである。522は複眼光学素子512と半導体チップ503との間の距離を規定するスペーサ、509は複眼光学素子512と半導体チップ503とをスペーサ522を介して接着させる接着材である。
【0056】
また、513はCMOS型撮像素子やCCD撮像素子などの受光素子や発光素子からの信号を外部へ出力するための外部端子部としての電極パッド、508は4つの凸レンズの光学的なクロストークを防ぐために複眼光学素子512及びスペーサ522及び半導体チップ503で囲まれた空間に形成された隔壁である。隔壁508により、複眼光学素子512による複数の光路間の距離を小さくできるために、複眼によって生じる視差を小さくし、物体の距離に依存して発生するレジストレーションズレを抑えることができている。
【0057】
さらに、516は各受光素子の集光効率を高めるマイクロレンズ、820a〜820dは半導体チップ503に二次元に複数形成された受光素子配列、514は各受光素子配列からの出力信号をデジタル信号に変換するA/D変換回路、515は各受光素子配列の光電変換動作のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータである。なお、822a及び822bは受光素子を示している。
【0058】
さらに、517は外部の電気回路基板である多層プリント基板、520は図示されていない電極パッド513と多層プリント基板517上の電極パッドとを電気的に接続するためのボンディングワイヤ、521は電極パッド513とボンディングワイヤ520の周囲を封止するための熱或いは紫外線硬化型樹脂である。なお、本実施形態においては熱紫外線硬化型樹脂であるエポキシ樹脂を用いている。
【0059】
光透過性部材501には、連続面を用いる通常の光学系に比べて特に像面湾曲を良好に補正可能な樹脂製の球面フレネル凸レンズ又は円形状の軸対称性非球面フレネル凸レンズなどの凸レンズ600a〜600dがレプリカ製法、インジェクション成形、コンプレッション成形等の手法で形成されている。
【0060】
また、カラー画像を取得したい場合は各凸レンズ600a〜600dに対して、緑色透過(G)フィルタ、赤色透過(R)フィルタ、青色透過(B)フィルタを配する。
【0061】
半導体チップ503には、例えば低輝度の物体でも容易に撮像し得るように受光素子に光を集めるマイクロレンズ516と、凸レンズ600aの通過光と凸レンズ600cの通過光との光学的なクロストークの発生を防止する隔壁508とが形成されている。実際には、各凸レンズ等の間に隔壁が設けられている。
【0062】
図10(D)には、外部の電気回路基板である多層プリント基板517と、多層プリント基板517側と電極パッド513とを電気的に接続するためのボンディングワイヤ520と、電極パッド513とボンディングワイヤ520の周囲を封止するための熱紫外線硬化型樹脂521とを示している。接着材509と熱紫外線硬化型樹脂521とによる封止を行うことで、ごみの進入や空気中の湿度の侵入を防ぐことができる。
【0063】
ここで、図11及び図12を用いて撮像モジュールの受光領域820a〜820dで変換された電気信号の処理のメカニズムを説明する。
【0064】
図11は撮像モジュールに搭載された複眼レンズの物体像と撮像領域との位置関係を示した図である。
【0065】
図11において、320a、320b、320c及び320dは半導体チップ503の4つの受光素子配列である。ここでは説明を簡単にするため各受光素子配列320a、320b、320c及び320dの各々は画素を8×6個配列しているものとする。
【0066】
なお、画素数は適宜決まり得るものであり、本実施形態に限定されない。また、受光素子配列320aと320dはG画像信号を、受光素子配列320bはR画像信号を、受光素子配列320cはB画像信号を出力する。受光素子配列320aと320d内の画素は白抜きの矩形で、受光素子配列320b内の画素はハッチングを付した矩形で、受光素子配列320c内の画素は黒い矩形で示している。
【0067】
351a、351b、351c及び351dは物体像である。画素ずらしのために、物体像351、352、353及び354の中心360a、360b、360c及び360dはそれぞれ受光素子配列320a、320b、320c及び320dの中心から受光素子配列全体の中心320eの方向に1/4画素分オフセットさせている。
【0068】
この結果、被写体側の所定距離にある平面上に各受光素子配列を逆投影すると、画素ずらしの関係になる。
【0069】
図12は図11の撮像領域を物体上に逆投影したときの画素の位置関係を示した図である。被写体側においても受光素子配列320aと320d内の画素の逆投影像は白抜きの矩形362a、受光素子配列320b内の画素の逆投影像はハッチングを付した矩形362bで、受光素子配列320c内の画素の逆投影像は黒く塗りつぶした矩形362cで示している。
【0070】
物体像の中心360a、360b、360c及び360dの逆投影像は点361として一つに重なり、受光素子配列320a、320b、320c及び320dの各画素はその中心が重なり合わないように逆投影される。白抜きの矩形はG画像信号を、ハッチングを付した矩形はR画像信号を、黒く塗りつぶした矩形はR画像信号を出力するので、この結果、被写体上ではベイヤー配列のカラーフィルターを持った撮像素子と同等のサンプリングを行なうこととなる。
【0071】
単一の撮影レンズを用いる撮像系との比較において、個体撮像素子の画素ピッチを固定して考えると、半導体チップ503上に2×2画素を一組としてRGBGカラーフィルターを形成したベイヤー配列方式に比較し、この方式は物体像の大きさが1/√4になる。これに伴って撮影レンズの焦点距離はおよそ1/√4=1/2にまで短くなる。したがって、撮像装置の薄型化に対して極めて好適である。
【0072】
次に、隔壁の機能と構造について詳述する。図13は、隔壁508の詳細図である。
【0073】
凸レンズ600a〜600dを射出して各々に対応する受光素子配列820a〜820dに入射せず、隣接する受光素子配列に達する光束は、隔壁508によって遮る必要がある。例えば、凸レンズ600aを射出して受光素子配列820cに達する光束や、凸レンズ600cを射出して受光素子配列820aに達する光束である。そこで、複眼撮像装置では壁面の両側にプリズムを用いた反射防止構造を形成してある。
【0074】
図13において、204は凸レンズ600aを射出した光線、205は凸レンズ600cを射出した光線である。仮に、反射防止構造が無いと、206や207で示す反射光が生じ、受光素子配列820aや受光素子配列820cに戻ってゴーストやフレアとなる。隔壁508はこういった反射光を効果的に取り除く。
【0075】
図において201と202はプリズム層、203は光吸収層である。第1の実施の形態と同様に、プリズム層201、202はポリカーボネート、アクリル、ポリエステル、PETなどの透明樹脂で作製する。あるいは、プリズム層と平板の基材を異なる材質で作製し接合した複合体であっても良い。
【0076】
プリズム層は、光の入射方向に対向した鏡面208、209と、光の入射方向に対向していない鏡面210、211を有する。プリズム面を何れも鏡面としているのは、入射した光りを散乱させずに透過、もしくは反射させるためである。
【0077】
一方、光吸収層203は、樹種などの透明な媒質内に充分な量の光吸収体が分散している構造を有し、印刷や、塗装、あるいは樹脂層の接合といった手法で、プリズム層201とプリズム層202の間に付加される。プリズム層が2つの樹脂層の複合体である場合には、この光吸収層がプリズム層を支える基材であっても良い。また、光吸収層203はプリズム層201とプリズム層202を一体化するための接着層であっても良い。
【0078】
プリズム層201、202と光吸収層203の間には空気層が無く、屈折率は三者ともに1.5程度であって、ほぼ等しい。したがって、プリズム層201、202へ入射した光は、プリズム層201、202と光吸収層203の界面でほとんど反射することなく光吸収層203に導かれ、光吸収層203内で減衰し、光のエネルギーは熱に変換される。したがって、ゴーストやフレアの発生が無く、品位の高い画像を得ることができる。
【0079】
(第3の実施の形態)
第3の実施の形態ではレンズユニットの鏡筒に用いられる光路の壁面構造を実施例としている。レンズユニットはカメラ、顕微鏡、望遠鏡、スキャナなどの種々の光学機器に用いられる。図15は本発明による第3の実施の形態を説明するためのレンズユニットの鏡筒の断面図である。
【0080】
レンズユニットの鏡筒では円筒形の壁面を有し、壁面にプリズムを用いた反射防止構造を形成してある。図において、301は結像レンズ、L1は結像レンズ301の光軸、302は光路を外部の空間から分離する壁面である。
【0081】
結像レンズ301を射出して、壁面に当たった光束が反射するとゴーストやフレアとなって、形成された物体像に重畳し、物体像のコントラストを低下させる。壁面302はこういった反射光を効果的に取り除く。
【0082】
図において303はプリズム層、304は光吸収層である。第1の実施の形態と同様に、プリズム層303はポリカーボネート、アクリル、ポリエステル、PETなどの透明樹脂で作製する。あるいは、プリズム層と平板の基材を異なる材質で作製し接合した複合体であっても良い。
【0083】
プリズム層は、光の入射方向に対向した鏡面と、光の入射方向に対向していない鏡面を有する。プリズム面を何れも鏡面としているのは、入射した光りを散乱させずに透過、もしくは反射させるためである。
【0084】
光吸収層203は、樹種などの透明な媒質内に充分な量の光吸収体が分散している構造を有し、印刷や、塗装、あるいは樹脂層の接合といった手法で、プリズム層303に付加される。プリズム層が2つの樹脂層の複合体である場合には、この光吸収層がプリズム層を支える基材であっても良い。
【0085】
図16(A)、(B)、(C)は壁面の組み立て過程を説明するための図である。
【0086】
壁面302は円筒形であるが、平板状の素材から組み立てる。図16(A)にその平面図を、図16(B)にその斜視図を示すように、光路の壁面となる平板状のプリズムシート302’を、図16(C)の302”のように丸めて、最終的には閉じた円筒にする。
【0087】
プリズム層303と光吸収層304は共に樹脂でできているので、それらの可撓性を利用することで、このような成形が可能である。
【0088】
プリズム層303と光吸収層304の間には空気層が無く、屈折率は両者ともに1.5程度であって、ほぼ等しい。したがって、プリズム層303へ入射した光は、プリズム層303と光吸収層304の界面でほとんど反射することなく光吸収層304に導かれ、光吸収層203内で減衰し、光のエネルギーは熱に変換される。したがって、ゴーストやフレアの発生が無く、光学系本来のMTF特性を有したコントラストの高い物体像を得ることができる。
【0089】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光路の壁面での反射光を低減することが可能となった。その結果、物体像にゴーストやフレアを生じず、物体の情報を正確に表した物体像とすることができた。
【0090】
結像系においては、光学系本来のMTF特性を得ることができ、焦点検出系では、高い焦点検出精度を得ることができ、さらに、複眼撮像装置では、高品位の画像を得ることができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】複数の焦点検出視野を持つ焦点検出ユニットの断面図である。
【図2】図1に示した焦点検出ユニットの分解斜視図である。
【図3】焦点検出ユニットの光路図の一部を表す図である。
【図4】壁面32の構造を表す詳細図である。
【図5】壁面32の構造の変形例を示す焦点検出ユニットの断面図である。
【図6】壁面の構造の変形例を示す図である。
【図7】壁面の構造の変形例を示す図である。
【図8】壁面の構造の変形例を示す図である。
【図9】空気と樹脂の界面で起こるフレネル反射の反射率を入射角の関数として表したグラフである。
【図10】(A)は複眼撮像装置の模式的な構成を示す上面図、(B)は図10(A)の1B−1B線における模式的断面図、(C)は図10(A)の半導体チップ503の上面図、(D)は図10(B)の撮像モジュールを外部の電気回路へ接続した状態を示した模式的断面図である。
【図11】複眼レンズの物体像と撮像領域との位置関係を示した図である。
【図12】図11の撮像領域を物体上に逆投影したときの画素の位置関係を示した図である。
【図13】隔壁508の詳細図である。
【図14】撮像モジュールの分解斜視図である。
【図15】レンズユニットの断面図である。
【図16】(A)、(B)、(C)は壁面の組み立て過程を説明するための図である。
【符号の説明】
30 遮光板
32a、32d、32e プリズム層
32b 光吸収層
32c プリズム層
32、33 壁面
508 隔壁
201、202 プリズム層
203 光吸収層
302 プリズムシート
303 プリズム層
304 光吸収層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical device having a member in an optical path.
[0002]
[Prior art]
[0003]
[0004]
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-1-282513
[Patent Document 2]
JP 7-154663 A
[Patent Document 3]
JP 9-269405 A
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The wall surface for separating the optical path of the optical system from the external space should be coated with light absorption, or the reflection of light, such as making the wall surface rough, can be kept low, or the reflected light can be scattered. The device is made to control and make it inconspicuous. However, it is difficult to sufficiently suppress reflection by painting, and the ghosting can be suppressed at a high level with conventional methods, such as simply changing the direction of reflected light can cause new ghosts. There was no.
[0007]
In
[0008]
Further, the technique disclosed in
[0009]
The present invention has been made in view of such conventional problems, and an object thereof is to reduce reflected light and scattered light on the wall surface of the optical path.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the first object, the invention according to
[0011]
(Function)
According to invention of
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
1 to 9 are diagrams for explaining a first embodiment of the present invention. In the first embodiment, the wall structure of the optical path used in the focus detection unit of the single-lens reflex camera is taken as an example.
[0013]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a focus detection unit having a plurality of focus detection fields, and FIG. 2 is an exploded perspective view thereof. The focus detection unit is housed in the lower part of the mirror box of the single-lens reflex camera, and the focus detection light beam is guided through the main mirror and the sub mirror.
[0014]
In FIGS. 1 and 2, L2 is an optical axis of an objective lens (not shown) that is folded back by a submirror, 10 is located behind the objective lens (not shown), and separates a focus detection light beam to remove an unnecessary light beam. A field mask that serves as a mask, 20 is a split field lens that guides an image formed on the primary imaging plane to a sensor that is a light receiving means, and 30 is a light beam and a second focus of a central focus detection field that is a first focus detection field. This is a light shielding plate for separating the light flux in the peripheral focus detection visual field, which is the detection visual field, and preventing the light flux other than the effective light flux corresponding to each focus detection visual field from entering the sensor.
[0015]
40 is a mirror that reflects light on the surface to bend the focus detection light beam incident on the focus detection unit toward the sensor, 50 is an infrared cut filter for removing infrared light, and 60 is for separating the focus detection light beam. The
[0016]
[0017]
[0018]
Here, the central focus detection field for focus detection of the region on the optical axis, which is the first focus detection field, passes through the aperture 14-1 of the field mask and the lens 21-1 of the divided field lens, and then the
[0019]
In addition, the peripheral focus detection visual field for detecting the focal point in the area outside the optical axis, which is the second focus detection visual field, passes through the aperture 14-2 of the field mask and the lens 21-2 of the split field lens, An optical path that passes through the opening 62-5 and is guided to the light receiving portions 91-11 to 91-12 of the
[0020]
In the above configuration, the
[0021]
The
[0022]
Further, the
[0023]
After the position adjustment is performed, the divided
[0024]
The
[0025]
The
[0026]
The
[0027]
The
[0028]
The
[0029]
As shown in Japanese Patent Laid-Open No. 3-23506, the
[0030]
The
[0031]
The
[0032]
The
[0033]
FIG. 3 is a diagram illustrating a part of an optical path diagram of the focus detection unit. FIG. 3 shows a cross section including the photographing optical axis of the single-lens reflex camera, and the folding of the optical path by the
[0034]
In the focus detection unit of the present embodiment, the light beam incident on the focus detection unit passes through the
[0035]
In FIG. 3, ghost light beams 160 and 161 are reflected by the
[0036]
FIG. 4 is a detailed view showing the structure of the
[0037]
The two
[0038]
One light absorption layer 32b has a structure in which a sufficient amount of light absorber is dispersed in a transparent medium such as a tree species. The
[0039]
There is no air layer between the
[0040]
[0041]
FIG. 9 is a graph showing the reflectivity of Fresnel reflection occurring at the interface between air and resin as a function of incident angle. Rp represents the reflectance of P-polarized light, and Rs represents the reflectance of S change. When the incident angle is zero degrees, that is, normal incidence, the reflectivity is about 4%. However, at an incident angle of 80 degrees, the P-polarized light increases by 30% and the S-polarized light increases by about 50%. The reflectivity is about 40%.
[0042]
In the behavior of the light beam as described above, the Fresnel reflection due to the difference in refractive index occurs only when the light beam enters the
[0043]
However, in the case where the
[0044]
Further, as indicated by an arrow B in FIG. 5, ridge lines may be formed concentrically around the point P1. With such a configuration, a Fresnel lens manufacturing method can be used for mold manufacturing and resin molding. The focus detection unit shown in FIG. 5 is the same as the focus detection unit shown in FIG. 1 except for the direction of the ridgeline of the
[0045]
The example in which the
[0046]
Further, as shown in FIG. 7, the slope 11 and the
[0047]
FIG. 8 is a view in which such a viewpoint is further advanced, and the tip portion of the peak of the prism layer 32e has a sharp edge so as not to generate ghost light, and conversely, the
[0048]
As described above, the shape of the prism is appropriately determined and may be variously modified. The prism layer may be an assembly of prisms having different shapes.
[0049]
As described above, when the partition using the prism layer according to the present invention is provided in the focus detection unit, the occurrence of ghosts and flares can be suppressed, and the focus detection visual field can be densely arranged without reducing the focus detection accuracy. .
[0050]
(Second Embodiment)
10 to 14 are diagrams for explaining a second embodiment of the present invention. In the second embodiment, the wall surface structure of the optical path used in the compound eye imaging apparatus is taken as an example.
[0051]
FIG. 10A is a top view illustrating a schematic configuration of the compound-eye imaging apparatus. FIG. 10B is a schematic cross-sectional view taken along line 1B-1B in FIG. FIG. 10C is a top view of the
[0052]
10A to 10D, 560 is an infrared cut filter, 501 is a light transmissive member as a first substrate, and 506 is a light blocking property on the upper surface of the
[0053]
In this embodiment, a compound eye optical element including a compound eye lens having four convex lenses is formed. However, the number of lenses is appropriately determined and is not limited to this embodiment.
[0054]
Further, 810a to 810d are diaphragm apertures formed in the diaphragm light-
[0055]
[0056]
[0057]
Further, 516 is a microlens that increases the light collection efficiency of each light receiving element, 820a to 820d are a plurality of two-dimensionally formed light receiving element arrays on the
[0058]
Further,
[0059]
The light-transmitting
[0060]
Further, when it is desired to obtain a color image, a green transmission (G) filter, a red transmission (R) filter, and a blue transmission (B) filter are arranged for each
[0061]
In the
[0062]
FIG. 10D shows a multilayer printed
[0063]
Here, the mechanism of processing of the electric signal converted in the
[0064]
FIG. 11 is a diagram showing the positional relationship between the object image of the compound eye lens mounted on the imaging module and the imaging region.
[0065]
In FIG. 11, 320 a, 320 b, 320 c and 320 d are four light receiving element arrays of the
[0066]
The number of pixels can be determined as appropriate, and is not limited to this embodiment. The light
[0067]
[0068]
As a result, when each light receiving element array is back-projected onto a plane at a predetermined distance on the subject side, a pixel shift relationship is established.
[0069]
FIG. 12 is a diagram illustrating the positional relationship of pixels when the imaging region of FIG. 11 is back-projected onto an object. Also on the subject side, the backprojected images of the pixels in the light receiving
[0070]
The back-projected images of the
[0071]
In comparison with an imaging system that uses a single photographic lens, if the pixel pitch of the individual imaging element is fixed, a Bayer arrangement method in which an RGBG color filter is formed on a
[0072]
Next, the function and structure of the partition will be described in detail. FIG. 13 is a detailed view of the
[0073]
The light beams reaching the adjacent light receiving element arrays without exiting the
[0074]
In FIG. 13,
[0075]
In the figure, 201 and 202 are prism layers, and 203 is a light absorption layer. As in the first embodiment, the prism layers 201 and 202 are made of a transparent resin such as polycarbonate, acrylic, polyester, or PET. Or the composite body which produced and joined the prism layer and the base material of the flat plate with a different material may be sufficient.
[0076]
The prism layer has
[0077]
On the other hand, the
[0078]
There is no air layer between the prism layers 201 and 202 and the
[0079]
(Third embodiment)
In the third embodiment, the wall surface structure of the optical path used for the lens barrel of the lens unit is taken as an example. The lens unit is used in various optical devices such as a camera, a microscope, a telescope, and a scanner. FIG. 15 is a sectional view of a lens barrel of a lens unit for explaining a third embodiment according to the present invention.
[0080]
The lens barrel of the lens unit has a cylindrical wall surface, and an antireflection structure using a prism is formed on the wall surface. In the figure, 301 is an imaging lens, L1 is the optical axis of the
[0081]
When the light beam hitting the wall surface is reflected after exiting the
[0082]
In the figure, 303 is a prism layer, and 304 is a light absorption layer. As in the first embodiment, the
[0083]
The prism layer has a mirror surface facing the light incident direction and a mirror surface not facing the light incident direction. The reason why the prism surfaces are mirror surfaces is to transmit or reflect incident light without scattering.
[0084]
The
[0085]
FIGS. 16A, 16B, and 16C are views for explaining the assembly process of the wall surface.
[0086]
The
[0087]
Since both the
[0088]
There is no air layer between the
[0089]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to reduce the reflected light on the wall surface of the optical path. As a result, ghosts and flares were not generated in the object image, and an object image accurately representing object information could be obtained.
[0090]
In the imaging system, the original MTF characteristic of the optical system can be obtained. In the focus detection system, high focus detection accuracy can be obtained. Further, in the compound eye imaging apparatus, a high-quality image can be obtained. Became.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a focus detection unit having a plurality of focus detection fields of view.
FIG. 2 is an exploded perspective view of the focus detection unit shown in FIG.
FIG. 3 is a diagram illustrating a part of an optical path diagram of a focus detection unit.
4 is a detailed view showing the structure of a
5 is a cross-sectional view of a focus detection unit showing a modification of the structure of the
FIG. 6 is a view showing a modification of the wall surface structure.
FIG. 7 is a view showing a modification of the wall surface structure.
FIG. 8 is a view showing a modified example of the structure of the wall surface.
FIG. 9 is a graph showing the reflectivity of Fresnel reflection occurring at the interface between air and resin as a function of incident angle.
10A is a top view illustrating a schematic configuration of a compound eye imaging apparatus, FIG. 10B is a schematic cross-sectional view taken along line 1B-1B in FIG. 10A, and FIG. FIG. 10D is a schematic cross-sectional view illustrating a state where the imaging module of FIG. 10B is connected to an external electric circuit.
FIG. 11 is a diagram illustrating a positional relationship between an object image of a compound eye lens and an imaging region.
12 is a diagram illustrating a positional relationship of pixels when the imaging region in FIG. 11 is back-projected onto an object.
FIG. 13 is a detailed view of a
FIG. 14 is an exploded perspective view of the imaging module.
FIG. 15 is a cross-sectional view of a lens unit.
FIGS. 16A, 16B, and 16C are diagrams for explaining a process of assembling a wall surface.
[Explanation of symbols]
30 Shading plate
32a, 32d, 32e Prism layer
32b Light absorption layer
32c Prism layer
32, 33 wall surface
508 Bulkhead
201, 202 Prism layer
203 light absorption layer
302 Prism sheet
303 Prism layer
304 Light absorption layer
Claims (1)
前記2の光路分離部材の対向する壁面は、鏡面の斜面を備えたプリズム層と前記プリズム層と屈折率がほぼ等しく且つ透明な媒質中に光吸収体が分散している光吸収層とを互いの間に空気層が無いように設けることで、前記プリズム層の内部に入射した光が入射方向に対向した鏡面から入射し屈折した後に前記光吸収層に導かれる、または屈折した後に光の入射方向に対向していない鏡面において全反射して前記光吸収層に導かれる光路分離部材であって、当該対向する壁面以外の壁面には前記プリズム層を形成していないことを特徴とする光学装置。 In an optical device having two optical path separation members that are disposed between a plurality of optical paths that pass through a split field lens and enter a sensor of a focus detection visual field, and prevent crossing of light beams between the optical paths,
The opposing wall surfaces of the two optical path separating members are a prism layer having a mirror surface and a light absorbing layer having a refractive index substantially equal to that of the prism layer and having a light absorber dispersed in a transparent medium. By providing so that there is no air layer between them, the light incident on the inside of the prism layer enters from the mirror surface facing the incident direction and is refracted and then guided to the light absorption layer or incident after being refracted. What optical path separating member der guided to the light absorbing layer is totally reflected at the mirror surface not facing the direction optics is the wall surface other than the wall surface of the facing, characterized in that does not form the prism layer apparatus.
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