JP6185245B2 - Optical system - Google Patents
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Description
本発明は、光学システムに関する。 The present invention relates to an optical system.
従来、複数の光学系を用いて複数の画像を同時に得る光学システムが知られており、例えば、可視光域の画像と近赤外光域の画像とをそれぞれ異なる光学システムで撮影し、この可視光域の画像と近赤外光域の画像の2つの画像を重畳して映像を表示する映像表示装置がある。上述のような、可視光域の画像と近赤外光域の画像とを異なる光学システムで撮影する場合、この光学システムでは、被写体との距離に応じてそれぞれの光学系の画角等を決定しなければならず、被写体との距離に応じた光学システムの設計が必要であった。また、光学系を複数設けることとなるため、コストが上昇し、大型化してしまうといった課題があった。 Conventionally, an optical system that simultaneously obtains a plurality of images using a plurality of optical systems is known. For example, an image in the visible light region and an image in the near-infrared light region are photographed by different optical systems, and this visible There is a video display device that displays a video by superimposing two images of an optical region image and a near-infrared light region image. When taking an image in the visible light region and an image in the near-infrared light region as described above with different optical systems, this optical system determines the angle of view of each optical system according to the distance to the subject. It was necessary to design an optical system according to the distance to the subject. Further, since a plurality of optical systems are provided, there is a problem that the cost increases and the size increases.
この課題を解決する手法として、例えば、特許文献1には、第1の撮像領域と前記第1の撮像領域と異なる第2の撮像領域とを有する撮像素子と、第1の撮像領域に配置されるカラー画像撮像用フィルタと、第2の撮像領域に配置される不可視光画像撮像用フィルタとを備え、第1の撮像領域と第2の撮像領域とに跨って被写体像を撮像する撮像装置が記載されている。 As a technique for solving this problem, for example, in Patent Document 1, an imaging element having a first imaging area and a second imaging area different from the first imaging area is arranged in the first imaging area. An imaging device that captures a subject image across the first imaging region and the second imaging region, the image capturing filter including the color image capturing filter and the invisible light image capturing filter disposed in the second imaging region. Have been described.
一方、偏光変換装置自体に赤外光波長帯域の光の除去機能を具有させ、液晶画像表示装置等の光学系の簡素化と小型化を実現する偏光ビームスプリッタが特許文献2に開示されている。前記偏光ビームスプリッタは、高屈折率の透明媒体の間に屈折率が異なる2種類の誘電体膜を交互に複数積層した偏光分離膜を挟装した誘電体積層型の偏光ビームスプリッタであって、前記偏光分離膜は、屈折率の異なる2種類の誘電体膜の光学的膜厚nd(n:誘電体膜の屈折率、d:誘電体膜の物理的膜厚)を一定にして多数層積層させた積層群を、群毎に光学的膜厚ndを異ならせた第1、第2及び第3の積層群を積層させ、前記第1の積層群の光学的膜厚ndを219nm≦nd≦235nmに設定したことを特徴とする。 On the other hand, Patent Document 2 discloses a polarization beam splitter in which the polarization conversion device itself has a function of removing light in the infrared wavelength band, thereby realizing simplification and miniaturization of an optical system such as a liquid crystal image display device. . The polarization beam splitter is a dielectric laminated polarization beam splitter in which a polarization separation film in which a plurality of dielectric films having different refractive indexes are alternately laminated is sandwiched between transparent media having a high refractive index. The polarization separation film is laminated in multiple layers with a constant optical film thickness nd (n: refractive index of dielectric film, d: physical film thickness of dielectric film) of two types of dielectric films having different refractive indexes. In the stacked group, first, second and third stacked groups having different optical film thicknesses nd are stacked for each group, and the optical film thickness nd of the first stacked group is 219 nm ≦ nd ≦ It is characterized by being set to 235 nm.
生体認証分野においては、可視光域の画像と偏光分離された近赤外光域の画像とを重畳することにより、例えば、被写体である指紋等の人体表面の情報と静脈等の人体内の情報とを同時に認証できるため、認証精度の向上が期待できる。また、セキュリティ分野においては、監視カメラ等のカメラ撮影環境が明暗変化する際に生じる、被写体に関する画像劣化低減等の効果を期待できる。このような生体認証分野やセキュリティ分野で特許文献1に開示された光学システムの利用を考えた場合、画像情報を有する光が同一光路であるため、画像情報を高度に解析するための、所定の波長の光のみを偏光分離できる偏光分離素子(いわゆる検光フィルタ)が必要となる。また、特許文献2に記載の偏光変換装置は、液晶画像表示装置等に偏光した照明光を与えるもの(いわゆる偏光フィルタ)であって、認証装置の認証精度向上や監視カメラ等の画像劣化低減のために、撮像素子等の受光器に入光する光の偏光分離に用いられるもの(いわゆる検光フィルタ)ではない。 In the biometric authentication field, by superimposing an image in the visible light region and an image in the near-infrared light region separated by polarization, for example, information on the surface of the human body such as a fingerprint that is a subject and information in the human body such as a vein Can be authenticated at the same time, so improvement in authentication accuracy can be expected. Further, in the security field, it is possible to expect an effect such as image degradation reduction related to a subject that occurs when a camera photographing environment such as a surveillance camera changes in brightness. When considering the use of the optical system disclosed in Patent Document 1 in the biometric authentication field and the security field, since light having image information is in the same optical path, a predetermined analysis for highly analyzing the image information is performed. A polarization separation element (a so-called analysis filter) capable of polarization separation of only light having a wavelength is required. The polarization conversion device described in Patent Document 2 is a device that gives polarized illumination light to a liquid crystal image display device or the like (so-called polarization filter), and improves the authentication accuracy of the authentication device and reduces image deterioration of a monitoring camera or the like. Therefore, it is not used for polarization separation of light incident on a light receiver such as an image sensor (a so-called light detection filter).
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、生体認証分野やセキュリティ分野で利用でき、簡素な構成で、異なる波長の光が有する情報を高精度に画像化できる光学システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and can be used in the biometric authentication field and the security field, and provides an optical system capable of imaging information of light of different wavelengths with high accuracy with a simple configuration. Objective.
本発明の光学システムは、被写体からの第1の特定波長光を反射すると共に、前記第1の特定波長光と波長領域が異なる第2の特定波長光を透過させる誘電体鏡と、前記第2の特定波長光を偏光反射する反射偏光鏡と、前記誘電体鏡で反射した第1の特定波長光を受けると共に、前記反射偏光鏡で偏光反射した光を受ける受光器と、を具備し、前記誘電体鏡及び前記反射偏光鏡が前記被写体と前記受光器との間の光路上に設けられており、前記反射偏光鏡は、前記誘電体鏡に貼着されているとともに、前記反射偏光鏡が入光する光の入光方向及び入光角度に、偏光分離された光の偏光軸方向が依存しない固有の偏光軸を有する偏光板を含み、前記反射偏光鏡が前記誘電体鏡より前記被写体側に配置されていることを特徴とする。
The optical system of the present invention reflects a first specific wavelength light from a subject and transmits a second specific wavelength light having a wavelength region different from that of the first specific wavelength light, and the second mirror. A reflective polarizing mirror that reflects and reflects the specific wavelength light, and a light receiver that receives the first specific wavelength light reflected by the dielectric mirror and the polarized and reflected light by the reflective polarizing mirror, and A dielectric mirror and the reflective polarizing mirror are provided on an optical path between the subject and the light receiver, the reflective polarizing mirror is attached to the dielectric mirror, and the reflective polarizing mirror is A polarizing plate having a specific polarization axis that does not depend on a polarization axis direction of the light that has been polarized and separated, depending on an incident direction and an incident angle of incident light, and the reflective polarizing mirror is closer to the subject than the dielectric mirror. It is characterized by being arranged in .
本発明の光学システムにおいては、前記反射偏光鏡がワイヤグリッド偏光板であることが好ましい。 In the optical system of the present invention, the reflective polarizing mirror is preferably a wire grid polarizing plate.
本発明によれば、検光フィルタとして作用可能な、特定波長の光(第1の特定波長光)を反射できる誘電体鏡と、前記特定の波長以外で所望する波長の光(第2の特定波長の光)を偏光反射できる偏光反射鏡を有するため、簡素な構成により各波長の光が有する情報を高精度に画像化できる光学システムを得ることができる。 According to the present invention, a dielectric mirror that can act as an analysis filter and can reflect light of a specific wavelength (first specific wavelength light), and light of a desired wavelength other than the specific wavelength (second specific wavelength) Therefore, an optical system capable of imaging information of light of each wavelength with high accuracy can be obtained with a simple configuration.
以下、本発明の一実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲内で適宜変更して実施することができる。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment, In the range with the effect of this invention, it can change suitably and can implement.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る光学システムの概略構成を示す模式図である。図1に示す光学システムは、被写体からの第1の特定波長光(図1における実線矢印)を反射すると共に、この第1の特定波長光と波長領域が異なる第2の特定波長光(図1における破線矢印)を透過させる誘電体鏡11と、第2の特定波長光を偏光反射する反射偏光鏡12と、誘電体鏡11で反射した第1の特定波長光を受けると共に、反射偏光鏡12で偏光反射した光を受ける受光器13と、から主に構成されている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an optical system according to the first embodiment of the present invention. The optical system shown in FIG. 1 reflects the first specific wavelength light (solid arrow in FIG. 1) from the subject, and the second specific wavelength light (FIG. 1) having a wavelength region different from that of the first specific wavelength light. A dielectric mirror 11 that transmits the second specific wavelength light, a reflective
上記光学システムにおいては、誘電体鏡11及び反射偏光鏡12が被写体と受光器13との間の光路上に設けられており、誘電体鏡11が反射偏光鏡12より被写体側、受光器13側に配置されている。このため、被写体からの光が誘電体鏡11、反射偏光鏡12の順に透過する。
In the optical system, the dielectric mirror 11 and the reflective polarizing
被写体としては、異なる波長帯を有する2種類の波長光を照射したときに反射光によって異なる画像が取得される被写体であれば、特に限定されない。例えば、生体認証において指紋等の人体表面の画像と静脈等の人体内の画像とを同時に取得する場合の人体や、監視カメラにおいて可視光による画像と赤外光による画像を同時に取得する場合の監視対象が被写体となる。 The subject is not particularly limited as long as it is a subject from which different images are acquired by reflected light when two types of wavelength light having different wavelength bands are irradiated. For example, in the case of acquiring a human body image such as a fingerprint and a human body image such as a vein in biometric authentication at the same time, or in a case where a monitoring camera acquires a visible light image and an infrared light image simultaneously. The target is the subject.
被写体が反射する光は、被写体に照射された光が反射したものであり、紫外光、可視光、赤外光等の波長帯の光のいずれでも良く、これらの光の偏光状態に制限はない。また、被写体に照射される光に制限はなく、本発明の光学システムをセンサー等に用いる場合はLED光やレーザー光等であり、カメラ等に用いる場合には外光を与える太陽光等となる。 The light reflected by the subject is a reflection of the light applied to the subject, and may be any light in the wavelength band such as ultraviolet light, visible light, and infrared light, and the polarization state of these lights is not limited. . In addition, there is no limitation on the light applied to the subject. When the optical system of the present invention is used for a sensor or the like, LED light, laser light, or the like is used. .
また、特定波長光とは、紫外光、可視光及び赤外光域等における所望の波長あるいは波長帯(波長範囲)を意味し、第1の特定波長の光と第2の特定波長の光の波長あるいは波長帯は異なる。ここで、第1の特定波長の光と第2の特定波長の光の波長あるいは波長帯が異なるとは、完全に一致しないことを意味するものであり、重畳する波長あるいは波長帯があっても構わない。また、第1及び第2の特定波長は、単数の波長帯あるいは複数の波長帯から構成しても良く、波長帯間は連続であっても、非連続であっても良い。 The specific wavelength light means a desired wavelength or wavelength band (wavelength range) in the ultraviolet light, visible light, infrared light region, etc., and the light of the first specific wavelength and the light of the second specific wavelength. The wavelength or wavelength band is different. Here, the fact that the wavelength or wavelength band of the light having the first specific wavelength and the light having the second specific wavelength is different means that the light does not completely match, and even if there are overlapping wavelengths or wavelength bands. I do not care. The first and second specific wavelengths may be composed of a single wavelength band or a plurality of wavelength bands, and the wavelength bands may be continuous or discontinuous.
誘電体鏡11は、少なくとも第1の特定波長光を反射し、且つ、第2の特定波長光は透過できる特性を有していれば特に制限は無いものの、光学的設定の容易性から、透光性基板の表面に誘電体層を有する構成が好ましい。このような誘電体鏡の例としては、赤外光を透過し可視光を反射するコールドミラーや、可視光を透過し赤外光を反射するホットミラー等がある。 The dielectric mirror 11 is not particularly limited as long as it has a characteristic of reflecting at least the first specific wavelength light and transmitting the second specific wavelength light. A configuration having a dielectric layer on the surface of the optical substrate is preferable. Examples of such a dielectric mirror include a cold mirror that transmits infrared light and reflects visible light, and a hot mirror that transmits visible light and reflects infrared light.
前記透光性基板は、特定波長の光を透過するものであれば、特に問題は無い。誘電体を構成する材料としては、TiO2、CeO2、ZrO2、ZnS、CaF2、MgF2、SiO2、Al2O3、Fe2O3、In2O3、WO3及びこれらの混合物を挙げることができ、所望する特性に応じて、異なる屈折率の誘電体からなる層を積層しても良い。 If the said translucent board | substrate transmits the light of a specific wavelength, there will be no problem in particular. Examples of the material constituting the dielectric include TiO 2 , CeO 2 , ZrO 2 , ZnS, CaF 2 , MgF 2 , SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , In 2 O 3 , WO 3 and mixtures thereof. Depending on the desired characteristics, layers made of dielectrics having different refractive indexes may be stacked.
なお、ここで反射とは、空気等の媒質中を進む光が、誘電体鏡11のような媒質の境界面に当たって向きを変え、もとの媒質に戻って進むことを意味し、反射における偏光状態は不問である。入光する光のうち、所望する波長の光が、受光器13において画像が形成される程度に反射されることが好ましく、50%以上の光が反射されることがさらに好ましい。また、第1の特定波長と第2の特定波長に重畳する波長(以下、重畳波長)がある場合には、前記重畳波長の光は反射されることになる。
Here, the reflection means that the light traveling in the medium such as air changes its direction upon hitting the boundary surface of the medium such as the dielectric mirror 11 and travels back to the original medium. The state is unquestioned. Of the incident light, light having a desired wavelength is preferably reflected to such an extent that an image is formed in the
反射偏光鏡12としては、特定波長光を偏光反射及び偏光透過できる特性を有していれば、特に制限は無く、例えば、複屈折性樹脂の積層体からなる偏光板や、ワイヤグリッド型偏光板、コレステリック相液晶からなる偏光板、誘電体を積層した偏光板等の反射偏光板を用いることが可能である。なお、反射型偏光鏡で偏光分離された光のうち、偏光が透過することを偏光透過といい、偏光が反射することを偏光反射という。
The reflective polarizing
反射偏光鏡12は、固有の偏光軸を有する偏光板を含むことが好ましい。固有の偏光軸を有する偏光板(反射型偏光板)とは、偏光板の偏光分離をする層(偏光分離層)が固有の軸方向を有し、前記固有の軸方向に対して平行あるいは直交する光の成分を透過あるいは反射するものを意味する。したがって、前記偏光板へ入光する光の入光方向及び入光角度に、偏光分離された光の偏光軸方向は依存しないため、光源光が入光する面側に反射偏光鏡12を設けることにより、広角に入光する被写体からの光の偏光状態を変化させることなく偏光透過及び偏光反射でき、反射偏光鏡12で偏光反射された光と誘電体鏡11で反射された光を受光器13に入光させることができる。固有の偏光軸を有した反射型偏光板としては、例えば、ワイヤグリッド偏光板、相互に複屈折率が異なる複屈折性フィルムを積層した積層体フィルム等が挙げられる。中でも、偏光分離層が単層であるため、入光角度の変化に伴う透過ないし反射強度の変化が小さく、広帯域の光を偏光分離可能なワイヤグリッド偏光板が好ましい。
The reflective polarizing
ここで、ワイヤグリッド偏光板について説明する。図2は、ワイヤグリッド偏光板の断面模式図である。図2に示すように、ワイヤグリッド偏光板は、基材20と、この基材20の表面に設けられた微細凹凸構造20aと、微細凹凸構造の少なくとも凸部に形成された金属ワイヤ21と、を有する。微細凹凸構造20aは、光学素子の基準面の面内方向(図4の左右方向及び奥行方向)に連続して延在するように設けられた複数の凸部A及び複数の凹部Bを有する。
Here, the wire grid polarizer will be described. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a wire grid polarizer. As shown in FIG. 2, the wire grid polarizer includes a
基材20は、目的とする波長領域において実質的に透明であればよく、樹脂材料を用いることが好ましい。基材として樹脂基材を用いることにより、ロールプロセスが可能になる、ワイヤグリッド偏光板にフレキシブル性を持たすことができる、等のメリットがある。基材に用いることができる樹脂としては、例えば、ポリメタクリル酸メチル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、シクロオレフィン樹脂(COP)、架橋ポリエチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリサルフォン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂などの非晶性熱可塑性樹脂や、ポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、芳香族ポリエステル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂などの結晶性熱可塑性樹脂や、アクリル系、エポキシ系、ウレタン系などの紫外線(UV)硬化性樹脂や熱硬化性樹脂などが挙げられる。また、紫外線硬化性樹脂や熱硬化性樹脂と上記熱可塑性樹脂や、トリアセテート樹脂とを組み合わせたり、単独で用いて基材を構成させたりすることができる他、ガラス等の無機材料(例えば、ガラスフィラー)を組み合わせることも可能である。なお、前記UV硬化性樹脂を硬化させるために、UV光を発する光源を使用したり、電子線を発する光源を利用したりすることも可能である。
The
基材20に設けられた微細凹凸構造20aの凸部Aに金属膜を選択的に設けることにより金属ワイヤを形成することができる。微細凹凸構造20aの周期(凸部間のピッチP)は特に限定されないが、偏光特性を発揮させる周期にすることが望ましい。一般に、ワイヤグリッド偏光板は、金属ワイヤの間隔(周期)が小さくなるほど幅広い波長帯域で良好な偏光特性を示す。金属ワイヤが空気(屈折率1.0)と接し、接着性物質で被覆されない場合には、金属ワイヤの間隔を、対象とする光の波長の1/4〜1/3とすることで、実用的に十分な偏光特性を示すことになるが、金属ワイヤを接着性物質で被覆する場合、接着性物質の屈折率の影響を考慮して、金属ワイヤの間隔を、対象とする光の波長の1/5〜1/4の周期とすることがさらに好ましい。このため、可視光領域の光の利用を考慮する場合、金属ワイヤの間隔を150nm以下とすることが好ましく、さらに好ましくは金属ワイヤの間隔を130nm以下とすることであり、最も好ましくは金属ワイヤの間隔を100nm以下とすることである。なお、金属ワイヤの間隔の下限は製造工程上50nmである。
A metal wire can be formed by selectively providing a metal film on the convex portion A of the fine concavo-
基材表面に形成する微細凹凸構造の形状としては、例えば、台形、矩形、方形、プリズム状や、半円状などの正弦波状などが挙げられる。ここで、正弦波状とは、凹部と凸部の繰り返しからなる曲線部を持つことを意味する。なお、曲線部は湾曲した曲線であればよく、例えば、凸部にくびれがある形状も正弦波状に含める。透過率の観点から基材断面形状は矩形又は正弦波状であることが好ましい。 Examples of the shape of the fine concavo-convex structure formed on the substrate surface include a trapezoidal shape, a rectangular shape, a rectangular shape, a prism shape, and a sine wave shape such as a semicircular shape. Here, the sinusoidal shape means having a curved portion formed by repetition of a concave portion and a convex portion. In addition, the curved part should just be a curved curve, for example, the shape which has a constriction in a convex part is also included in a sine wave form. From the viewpoint of transmittance, the cross-sectional shape of the substrate is preferably rectangular or sinusoidal.
また、紫外線硬化性樹脂や熱硬化性樹脂等の樹脂被膜と、ガラスなどの無機基材(例えばガラスフィラー)、又は熱可塑性樹脂やトリアセテート樹脂等の樹脂基材とを組み合わせて基材を構成してもよい。この場合、無機基材又は樹脂基材上に形成された樹脂被膜の表面に所定の周期を有する微細凹凸構造を形成することもできる。鏡面性に優れた平滑性の高い表面が得られるという観点から、樹脂被膜の膜厚は、0.005μm以上3μm以下とすることが好ましい。 In addition, a base material is formed by combining a resin film such as an ultraviolet curable resin or a thermosetting resin and an inorganic base material such as glass (for example, a glass filler) or a resin base material such as a thermoplastic resin or a triacetate resin. May be. In this case, a fine concavo-convex structure having a predetermined cycle can be formed on the surface of the resin coating formed on the inorganic substrate or the resin substrate. From the viewpoint of obtaining a highly smooth surface with excellent specularity, the film thickness of the resin film is preferably 0.005 μm or more and 3 μm or less.
金属ワイヤは、微細凹凸構造の少なくとも凸部に形成される。この場合、凸部の少なくとも側面に部分的に金属を被着させることにより所定の方向に連続して延在する金属ワイヤを設けることができる。 The metal wire is formed on at least the convex portion of the fine concavo-convex structure. In this case, a metal wire extending continuously in a predetermined direction can be provided by depositing a metal partially on at least the side surface of the convex portion.
金属ワイヤは、アルミニウム、銀、銅、白金、金またはこれらの各金属を主成分とする合金などの導電材料を用いて形成することができる。特に、アルミニウムもしくは銀を用いて金属ワイヤを形成することにより、可視域での吸収損失を小さくすることができる。 The metal wire can be formed using a conductive material such as aluminum, silver, copper, platinum, gold, or an alloy containing each of these metals as a main component. In particular, the absorption loss in the visible region can be reduced by forming a metal wire using aluminum or silver.
金属ワイヤの周期(ピッチP)については、上記の通りであるが、金属ワイヤが連続して延在する方向に垂直な方向における断面視において、金属ワイヤのデューティ比は0.2以上0.8以下であることが好ましい。また、金属ワイヤのアスペクト比は0.5以上2.0以下であることが好ましい。これにより、全光透過率を向上することができる。 The period (pitch P) of the metal wire is as described above, but the duty ratio of the metal wire is 0.2 or more and 0.8 in a cross-sectional view perpendicular to the direction in which the metal wire continuously extends. The following is preferable. The aspect ratio of the metal wire is preferably 0.5 or more and 2.0 or less. Thereby, the total light transmittance can be improved.
金属ワイヤの形成方法に特に制限は無い。例えば、電子線リソグラフィ法又は干渉露光法によるマスクパターンニングとドライエッチングとを用いて形成する方法や、斜め蒸着法によって形成する方法などが挙げられる。金属ワイヤは非常に薄く形成する必要があるため、生産性、光学対称性の観点からは、斜め蒸着法を用いることが好ましい。 There is no restriction | limiting in particular in the formation method of a metal wire. For example, a method of forming using mask patterning and dry etching by an electron beam lithography method or an interference exposure method, a method of forming by an oblique deposition method, and the like can be given. Since it is necessary to form the metal wire very thinly, it is preferable to use an oblique deposition method from the viewpoint of productivity and optical symmetry.
また、光学特性の観点から、不要な金属はエッチングにより除去しても良い。エッチング方法は、基材や後述する誘電体層に悪影響を及ぼさず、金属部分が選択的に除去できる方法であれば特に限定は無いが、生産性の観点からアルカリ性の水溶液に浸漬させる方法が好ましい。ただし、金属ワイヤは非常に薄く形成されるため上記のエッチング除去は必須ではない。 Further, from the viewpoint of optical characteristics, unnecessary metal may be removed by etching. The etching method is not particularly limited as long as the metal part can be selectively removed without adversely affecting the substrate and the dielectric layer described later, but a method of immersing in an alkaline aqueous solution is preferable from the viewpoint of productivity. . However, since the metal wire is formed very thin, the above etching removal is not essential.
基材を構成する材料と金属ワイヤとの密着性向上のために、両者の間に両者と密着性の高い誘電体材料を介在させても良い。基材と金属ワイヤの密着性が高いと、基材からの金属ワイヤの剥離を防ぎ、偏光度の低下を抑えることができる。好適に用いることができる誘電体としては、例えば、珪素(Si)の酸化物、窒化物、ハロゲン化物、炭化物の単体又はその複合物(誘電体単体に他の元素、単体又は化合物が混じった誘電体)や、アルミニウム(Al)、クロム(Cr)、イットリウム(Y)、ジルコニア(Zr)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、バリウム(Ba)、インジウム(In)、錫(Sn)、亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、セリウム(Ce)、銅(Cu)などの金属の酸化物、窒化物、ハロゲン化物、炭化物の単体又はそれらの複合物を用いることができる。誘電体材料は、透過偏光性能を得ようとする波長領域において実質的に透明であることが好ましい。誘電体材料の積層方法には特に限定は無く、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法などの物理的蒸着法を好適に用いることができる。 In order to improve the adhesion between the material constituting the substrate and the metal wire, a dielectric material having a high adhesion between them may be interposed therebetween. When the adhesion between the base material and the metal wire is high, peeling of the metal wire from the base material can be prevented, and a decrease in the degree of polarization can be suppressed. Examples of dielectrics that can be suitably used include silicon (Si) oxides, nitrides, halides, carbides, or composites thereof (dielectrics in which other elements, simple substances, or compounds are mixed in the dielectric alone). Body), aluminum (Al), chromium (Cr), yttrium (Y), zirconia (Zr), tantalum (Ta), titanium (Ti), barium (Ba), indium (In), tin (Sn), zinc (Zn), magnesium (Mg), calcium (Ca), cerium (Ce), copper (Cu) and other metal oxides, nitrides, halides, carbides alone or a composite thereof can be used. The dielectric material is preferably substantially transparent in a wavelength region where transmission polarization performance is to be obtained. There are no particular limitations on the method of laminating the dielectric material, and physical vapor deposition methods such as vacuum vapor deposition, sputtering, and ion plating can be suitably used.
反射偏光鏡12は、誘電体鏡11に貼着されていることが好ましい。これは、反射偏光鏡12と誘電体鏡11の間に空間が存在すると、界面反射による偏光状態の変化が生じるためである。また、例えば、画像情報を画像解析のために偏光分離する場合、反射偏光鏡12と誘電体鏡11の間の空間が画像の二重化(ゴースト)を発生させてしまう恐れがある。ゴーストを防止するためには、反射偏光鏡12を誘電体鏡11に貼着させることが有効である。なお、ゴーストを防止するためには、例えば、反射偏光鏡を構成する偏光分離層と誘電体鏡の誘電体の層の間の距離を短くすることが有効であり、基材が樹脂であるワイヤグリッド偏光板は厚みを薄くできるため、好適に用いられる。
The reflective
受光器13は、撮像素子やフォトレジスタ等を挙げることができるが、入射した光を画像に変換できるものであれば、特に制限は無い。
The
上記構成を有する光学システムにおける前記誘電体鏡11及び反射偏光鏡12は、画像等情報を有する被写体からの光を高度に解析するための、第1の特定波長光は偏光分離せずに第2の特定波長光のみを偏光分離できる検光フィルタとして作用する。例えば、被写体である指紋等の人体表面の情報と静脈等の人体内の情報とを用いて高精度に認証するためには、人体表面の情報を可視光域の明るい映像として受光し、人体内の情報は被写体からの近赤外光域の特定の偏光状態の光を受光することにより、達成できる。前記誘電体鏡11及び反射偏光鏡12は、例えば、誘電体鏡11をコールドミラーとし、反射偏光鏡12をワイヤグリッド偏光板とすることにより、可視光域の光は偏光分離せずに反射できるために明るくでき、近赤外光域の光は偏光分離できるため、前記認証のための検光フィルタとして最適である。したがって、この構成を受光器とともに用いることで、簡素な構成で高精度に画像化できる光学システムを得ることができる。
The dielectric mirror 11 and the reflective
上記構成を有する光学システムにおいては、被写体から反射された光のうち、誘電体鏡11によって、第1の特定波長光(実線矢印)は反射し、第2の特定波長光(破線矢印)は透過する。反射した第1の特定波長光は、光路が変えられて受光器13に入射する。一方、誘電体鏡11で透過した第2の特定波長光は反射偏光鏡12によって偏光分離され、所定の偏光成分の光(偏光反射光)は反射して光路が変えられて、前記所定の偏光成分と直交する偏光成分の光(偏光透過光)は透過する。反射した赤外領域のS偏光成分は受光器13に入射する。
In the optical system having the above configuration, the first specific wavelength light (solid arrow) is reflected and the second specific wavelength light (broken arrow) is transmitted by the dielectric mirror 11 among the light reflected from the subject. To do. The reflected first specific wavelength light is incident on the
これにより、被写体から反射された光から、第1の特定波長光を受光器13に入射させて画像化すると共に、第2の特定波長光のS偏光成分を受光器13に入射させて画像化することができる。このように、本実施形態の光学システムは、簡素な構成で、異なる波長の光が有する情報を高精度に画像化することができる。この光学システムは、生体認証分野やセキュリティ分野で利用することができる。
Thereby, from the light reflected from the subject, the first specific wavelength light is incident on the
(第2の実施形態)
図3は、本発明の第2の実施形態に係る光学システムの概略構成を示す模式図である。図3に示す光学システムは、図1に示す光学システムの誘電体鏡11と反射偏光鏡12の位置を変えた構成を有する。なお、図3において図1と同じ部材については図1と同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an optical system according to the second embodiment of the present invention. The optical system shown in FIG. 3 has a configuration in which the positions of the dielectric mirror 11 and the reflective
図3に示す光学システムは、被写体からの第1の特定波長光(図3における実線矢印)を反射すると共に、この第1の特定波長光と波長領域が異なる第2の特定波長光(図3における破線矢印)を透過させる誘電体鏡11と、第2の特定波長光を偏光反射する反射偏光鏡12と、誘電体鏡11で反射した第1の特定波長光を受けると共に、反射偏光鏡12で偏光反射した光を受ける受光器13と、から主に構成されている。
The optical system shown in FIG. 3 reflects the first specific wavelength light (solid arrow in FIG. 3) from the subject, and the second specific wavelength light (FIG. 3) having a wavelength region different from that of the first specific wavelength light. A dielectric mirror 11 that transmits the second specific wavelength light, a reflective
上記光学システムにおいては、誘電体鏡11及び反射偏光鏡12が被写体と受光器13との間の光路上に設けられており、反射偏光鏡12が誘電体鏡11より被写体側、受光器13側に配置されている。このため、被写体からの光が反射偏光鏡12、誘電体鏡11の順に透過する。
In the optical system, the dielectric mirror 11 and the reflective
上記構成を有する光学システムにおいては、被写体から反射された光のうち、反射偏光鏡12によって、第2の特定波長光(破線矢印)の所定の偏光成分の光(偏光反射光)は反射し、第2の特定波長光の所定の偏光成分と直交する偏光成分の光(偏光透過光)及び第1の特定波長光(実線矢印)は透過する。反射した第2の特定波長光の偏光成分は、光路が変えられて受光器13に入射する。一方、反射偏光鏡12を透過した第1の特定波長光は誘電体鏡11によって反射して光路が変えられて受光器13に入射し、第2の特定波長光の偏光透過光は誘電体鏡11を透過する。反射偏光鏡12が誘電体鏡11より被写体側、受光器13側に配置されているため、第2の特定波長光は誘電体鏡11に入光する前に偏光反射鏡12に入光する。つまり、被写体からの第2の特定波長光の偏光状態を変化させることなく、偏光分離できるため、高精度に画像解析できる。さらに、固有の偏光軸を有する反射型偏光板を偏光反射鏡12として用いる場合、偏光分離層が固有の軸方向を有するため、入光する光の入光方向及び入光角度に依存することなく偏光分離できるため、さらに高精度に画像解析できるため、好ましい。
In the optical system having the above configuration, the light having the predetermined polarization component (polarized reflected light) of the second specific wavelength light (broken arrow) is reflected by the reflective
これにより、被写体から反射された光から、第2の特定波長光の所定の偏光成分を受光器13に入射させて画像化すると共に、第1の特定波長光を受光器13に入射させて画像化することができる。このように、本実施形態の光学システムは、簡素な構成で、異なる波長の光が有する情報を高精度に画像化することができる。この光学システムは、生体認証分野やセキュリティ分野で利用することができる。
As a result, from the light reflected from the subject, the predetermined polarization component of the second specific wavelength light is incident on the
特に、被写体に照射した偏光が被写体で反射して本光学システムに入射する場合は、誘電体からなる誘電体鏡11が、入光する光源光の入射方向と偏光軸方向次第で、入射する光の偏光状態を変化させてしまう場合がある。そのため、本実施形態のように、反射偏光鏡12を、被写体と受光器13との間の光路上で、誘電体鏡11より被写体側に配置することにより、入射する光の偏光状態が変化することを防止できる。
In particular, when the polarized light applied to the subject is reflected by the subject and enters the present optical system, the dielectric mirror 11 made of a dielectric enters the incident light depending on the incident direction of the incident light source light and the polarization axis direction. May change the polarization state. Therefore, as in the present embodiment, the polarization state of the incident light is changed by arranging the reflective
本発明は、上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。また、上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさ、形状、材質、数量等については、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and can be implemented with various modifications. Further, in the above-described embodiment, the size, shape, material, quantity, and the like illustrated in the accompanying drawings are not limited to this, and can be appropriately changed within a range in which the effect of the present invention is exhibited. is there. In addition, the present invention can be appropriately modified and implemented without departing from the scope of the object of the present invention.
本発明の光学システムは、生体認証分野やセキュリティ分野における画像検査装置、撮像装置等において好適に用いられる。 The optical system of the present invention is suitably used in an image inspection apparatus, an imaging apparatus, and the like in the biometric authentication field and the security field.
11 誘電体鏡
12 反射偏光鏡
13 受光器
20 基材
20a 微細凹凸構造
21 金属ワイヤ
A 凸部
B 凹部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11
Claims (2)
前記第2の特定波長光を偏光反射する反射偏光鏡と、
前記誘電体鏡で反射した第1の特定波長光を受けると共に、前記反射偏光鏡で偏光反射した光を受ける受光器と、を具備し、
前記誘電体鏡及び前記反射偏光鏡が前記被写体と前記受光器との間の光路上に設けられており、
前記反射偏光鏡は、前記誘電体鏡に貼着されているとともに、前記反射偏光鏡が入光する光の入光方向及び入光角度に、偏光分離された光の偏光軸方向が依存しない固有の偏光軸を有する偏光板を含み、
前記反射偏光鏡が前記誘電体鏡より前記被写体側に配置されていることを特徴とする光学システム。 A dielectric mirror that reflects the first specific wavelength light from the subject and transmits the second specific wavelength light having a wavelength region different from that of the first specific wavelength light;
A reflective polarizing mirror that polarizes and reflects the second specific wavelength light;
Receiving a first specific wavelength light reflected by the dielectric mirror, and receiving light polarized and reflected by the reflective polarizing mirror,
The dielectric mirror and the reflective polarizing mirror are provided on an optical path between the subject and the light receiver;
The reflection polarizing mirror is attached to the dielectric mirror, and the polarization axis direction of the polarized light does not depend on the incident direction and the incident angle of the light incident on the reflective polarizing mirror. A polarizing plate having a polarization axis of
An optical system, wherein the reflective polarizing mirror is disposed closer to the subject than the dielectric mirror.
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