JP2006243674A - 光学素子及び光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 光学素子の表面が帯電することにより、光学素子の表面に異物が付着しやすくなるという問題があった。
【解決手段】 光学素子１１１を多層膜で構成し、その多層膜の光束が入射される側表面に親水基の層を配置することにより光学素子の表面に電荷を発生させなくする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、デジタルカメラ等の光学機器に用いる光学素子及び該光学機器に関するものである。

銀塩フィルムを使用するカメラは、被写体像として入射する光をフィルムに露光して像を形成するのに対し、デジタルカメラは光のエネルギーを電気信号に変換する固体撮像素子上に被写体像として入射する光を露光することにより、その固体撮像素子から出力される電気信号をメモリに記憶している。デジタルカメラの代表例として、レンズ交換式デジタル一眼レフカメラ５００（以下、単にカメラ５００と略す）の構造を図６及び図７を参照して説明する。

図６（Ａ）は、使用者が被写体の構図などを確認するために交換レンズ５０１から入った被写体像をファインダ５０２で確認するための撮像待機状態を示す断面図、図６（Ｂ）は撮像中のカメラ５００の構造を示す断面図である。また図７は撮像部６００の構成を拡大して示す図である。

図７に示すように撮像部６００は、入射した光のエネルギーを電気信号に変換する固体撮像素子１０１と、固体撮像素子１０１を収めるパッケージ部材１０２と、固体撮像素子１０１を保護するカバー部材１０３とで構成された固体撮像装置１１０を有している。

図６に示すようにカメラ５００は、以下の構成を有する。

交換レンズ５０１は、被写体からの反射光を捉え、固体撮像装置１１０に結像させるための複数のレンズ（５０１ａ，５０１ｂなど）を有する。マウント部５０３は、この交換レンズ５０１をカメラ５００に装着するためのマウント部である。主ミラー５０５は、被写体像を使用者が確認するために入射した光束をファインダ５０２内部に導くために、その光束を図６（Ａ）上方に反射させている。このミラー５０５は、ミラーボックス５０４と呼ばれる空間内で、更に交換レンズ５０１と固体撮像装置１１０の光軸上に配置されている。フォーカルプレーンシャッター５１０は、入射した光束を所望する時間、固体撮像装置１１０に照射させるための複数のシャッター羽根５０９を有している。

ファインダ５０２は、主ミラー５０５により上部に反射された光束が結像するフォーカシングスクリーン５０６と、このフォーカシングスクリーン５０６に結像した像を正立実像にするために内部で像を反射させるプリズム５０７と、このプリズム５０７から射出された像を適正な倍率で使用者が確認できるようにするための接眼レンズ５０８とを備えている。５１３は、カメラ５００の筐体である。

そして撮像前は、図６（Ａ）に示すように、使用者が交換レンズ５０１から入射した被写体像の構図を決定できるようにするために、光軸上に設置された主ミラー５０５により光束を上部に垂直に反射させてフォーカシングスクリーン５０６で結像させる。この像は更にプリズム５０７により正立実像に合わせられた後、接眼レンズ５０８を介して使用者が被写体像を確認できるようになっている。そして撮像中は図６（Ｂ）に示すように、交換レンズ５０１から入射した光束を固体撮像装置１１０に入射させるために、主ミラー５０５の跳ね上がり位置を制御するために設けられたストッパー５１１の位置まで主ミラー５０５を跳ね上げて光軸上から回避させた後、フォーカルプレーンシャッター５１０のシャッター羽根５０９が開くことで、光束が固体撮像装置１１０に入射されて撮影が行われる。

ここで、固体撮像素子１０１は有限間隔で画素を配列しているために、その間隔以上に空間周波数の高い光は単一の画素でしか認識されない。これにより本来とは異なる色として認識される偽色や色モアレが生じる。また固体撮像素子１０１に入射した光が、その表面で反射することにより赤外光のゴーストやかぶりといった問題が生じる。これらを防止するため固体撮像装置１１０の前面には、以下に説明する光学素子５１２が配置されている。そして固体撮像装置１１０と光学素子５１２とは、シール部材１０４で接着、密閉されている（図７）。

図６及び図７において、１０８は固体撮像素子１０１の接続端子、１０９はカメラ５００の動作を制御する制御回路を構成する電気素子が搭載されている基板である。固体撮像装置１１０の前面に配置された光学素子５１２は、偽色や色モアレの防止のために、水晶やニオブ酸リチウムなどを複数枚結晶方位を変えて積層したローパスフィルタ１０５と、赤外光のゴーストやかぶりの防止のために赤外光を吸収、反射する赤外カットフィルタ１０６をそれぞれ積層して構成されている。また、入射した光が光学素子５１２の表面で反射するのを防止するため、光学素子５１２の最表面には高屈折率材料と低屈折率材料を交互に積層した反射防止多層膜７０１が構築されている。

図８は、反射防止多層膜７０１の構造の一例を説明する図である。

この反射防止多層膜７０１は、低屈折率材料であるＳiＯ2８０１，２０３，２０５と、高屈折率材料ＴiＯ2２０２，２０４，２０６とを積層して構成されており、広範囲の波長の光を効率良く透過させるために、それぞれの膜の膜厚を厳密に制御して積層されている。

ところでカメラ５００はフィルムカメラとは異なり、固体撮像装置１１０で撮像する。このため、一度、固体撮像装置１１０の前面にある光学素子５１２に異物が付着すると、その付着した異物がある箇所は、固体撮像素子１０１に光が届かないために撮影した画像に影として写りこみ続ける。このような異物が発生する原因として以下のことが考えられる。
（１）フォーカルプレーンシャッタ５１０を有するカメラは、フォーカルプレーンシャッタ５１０のシャッタ羽根５０９がシャッタ動作時に擦れる。これによりシャッタ羽根５０９の塗装が剥がれ、その剥がれた塗装が異物としてカメラ内部に残留する。
（２）レンズ交換式のカメラにおいては、交換レンズ５０１の非装着時にカメラのマウント５０３を保護するマウントキャップが装着される。このマウントキャップとマウント５０３の擦れによりマウントキャップが削れ、マウントキャップの削れ片が異物としてカメラ内に入る。
（３）交換レンズ５０１の交換時、外部からカメラ内部へ埃などの異物が侵入する。

上記のように異物がカメラ内部に残留する要因の中で、特に上記原因（１）及び（２）のように、カメラ内部で発生した異物は、塗装などの剥離により発生しているため帯電していると考えられる。

次に光学素子５１２に異物が付着する原因として以下のことが考えられる。
（１）光学素子５１２が以下に説明するように帯電していることにより、光学素子５１２とシャッター羽根５０９との間に電界が生じ、帯電している異物に静電気力が働き、光学素子５１２に異物を引き寄せることにより付着する。
（２）カメラ内部の空気の流れや振動によって光学素子５１２に異物が付着する。

ここで、原因（１）の基になる光学素子５１２が帯電する理由について説明する。

光学素子５１２が帯電する理由としては主に以下に示すように２つの理由が考えられる。
（１）撮影時、主ミラー５０５が上部に跳ね上がる際、主ミラー５０５を保持する不図示の部材とミラーボックス５０４上面のストッパー部５１１が接触することにより接触帯電が生じる。またシャッタ動作によるシャッタ羽根５０９の摩擦により摩擦帯電が生じる。これらによりシャッタ羽根５０９に電位の変化が生じることで光学素子５１２が誘電され帯電する。
（２）ローパスフィルタ１０５として使用される水晶、ニオブ酸リチウムは焦電性を持つとされている。この焦電性とは、ある特有の結晶がもつ性質で、温度変化で結晶が分極することにより、又は、温度変化により生じる変形による圧電効果により、その物質が帯電する性質である。よって、このような焦電性を持つローパスフィルタ１０５が帯電することにより、光学素子５１２全体として帯電する。

以上のことから、光学素子５１２表面への異物付着を防止する対策としては、光学素子５１２の周囲に帯電部材を配置するもの（特許文献１参照）が提案されている。これは、光学素子５１２の周囲に配置した帯電部材が光学素子５１２よりも大きな電位を持つことで、帯電している異物を配置した帯電部材の方へ引き寄せて、光学素子５１２への異物の付着を防止するというものである。

また、光学素子５１２表面の反射防止多層膜７０１内に金属薄膜やＩＴＯなどの高屈折率導電膜を設けて帯電を防止したもの（特許文献２参照）、光学素子５１２表面の反射防止 膜７０１内に導電性の微粒子を分散させた膜を設けて帯電防止処理をしたもの（特許文献３参照）が提案されている。これらは光学素子５１２内に導電性の高い層を設け、光学素子の帯電を防止し、静電気による異物の光学素子への付着を防止するというものである。
特開２００３−３７７５６号公報（第５頁、図３） 特開昭６１−１６８８９９号公報（第３頁、表２） 特開平５−１０７４０３号公報（第９頁、表４）

カメラ内部で発生した異物が帯電していることを利用して、特許文献１のように帯電部材を配置し、光学素子に異物が付着するのを抑制しようとすると、その帯電部材を駆動するために電力が消費され電力消費量が増す。また帯電部材の設置スペースが必要になるという問題があった。従って、光学素子が帯電しないようにして、静電気による光学素子への異物の付着を防止するのが、電力消費や省スペースの面からも望ましい。そこで特許文献２のように、光学素子の表面の反射防止多層膜に導電性を付与することが考えられるが、金属薄膜やＩＴＯ等の導電膜は高屈折率であるため光学素子の表面にこれら導電層を設けることはできない。よって、光学素子の表面から２番目の層に導電層を設けることになるので、十分な帯電防止効果が得られなくなる。また特許文献３のように、光学素子の反射防止膜として導電性微粒子を分散させた膜を設置すると、導電性微粒子によって局所的に膜の屈折率が変化して透過率が低下したり、光が散乱するという問題があった。

本発明は、上記従来技術の欠点を解決することにある。

また本願発明の特徴は、光学的な悪影響を与えることなく、光学素子の表面の帯電を防止して異物の付着を抑制する光学素子を提供することにある。

また本願発明の特徴は、光学素子と異物の発生源との間での電位の発生を抑えることにより、異物が光学素子に帯電吸着されるのを防止した光学機器を提供することにある。

上記特徴は、独立クレームに記載の特徴の組み合わせにより達成され、従属項は発明の単なる有利な具体例を規定するものである。

本発明の一態様に係る光学素子は以下のような構成を備える。即ち、
レンズ交換式デジタルカメラの内部でレンズマウントの開口から見て露出している光学素子であって、
多層膜を有し、前記多層膜の前記レンズマウント側表面に親水基の層を配置したことを特徴とする。

本発明の一態様に係る光学機器は以下のような構成を備える。即ち、
請求項１又は２に記載の光学素子と、前記光学素子を保持する保持部材とを有する光学機器であって、
前記光学機器の動作を制御する制御回路を構成する電気素子が搭載されている制御基板と、
前記保持部材と前記制御基板のアース部とを電気的に導通する導通手段と、
を有することを特徴とする。

尚、この発明の概要は、必要な特徴を全て列挙しているものでなく、よって、これら特徴群のサブコンビネーションも発明になり得る。

本発明によれば、光学的に悪影響なく、光学素子表面の帯電を防止し、異物の付着を抑制できる。

また本発明によれば、光学素子と異物の発生源との間の電位を抑えることにより異物の帯電吸着を防止できる。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳しく説明する。尚、以下の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また実施の形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須のものとは限らない。

図１は、本発明の実施の形態に係るカメラの撮像部１００の概略構成図である。尚、図１において、１０１〜１０６及び１０８〜１１０で示す部分は、前述の背景技術で説明した図７の構成と同じあるため、その説明を省略する。またこの撮像部１００を備えるカメラの構成も、前述の図６及び図７を参照して説明した構成と同じであるため、その説明を省略する。

図１において、帯電防止反射防止多層膜（以下、単に多層膜）１０７は、反射防止多層膜７０１の最表面層８０１（図８）を、後述するような帯電防止膜２０１に置き換えた帯電及び反射を防止する多層膜である。尚、図１において、ローパスフィルタ１０５と赤外カットフィルタ１０６はその積層する順序が図１と逆であっても良い。また赤外カットフィルタ１０６は、赤外光を吸収するか、もしくは反射する役割のどちらか一方、又は両方の役割を果たすものであれば良い。以下、ローパスフィルタ１０５、赤外カットフィルタ１０６、帯電防止反射防止多層膜１０７が重ね合わされた光学素子を帯電防止光学素子１１１とする。

図２は、本実施の形態に係る多層膜１０７の構造の例を説明する図である。

帯電防止膜２０１は、低屈折率材料であるＳiＯ2と、そのシロキサン結合（Ｓi−Ｏ）の一部、特に表面にある末端基がシラノール基（Ｓi−ＯＨ）になった膜である。よって、この帯電防止膜２０１そのものの屈折率も低くなっている。そのため、帯電防止膜２０１を、この帯電防止光学素子１１１の最も外側表面に配置しても、帯電防止膜２０１と他の低屈折率層２０３，２０５及び高屈折率層２０２，２０４，２０６の膜厚を制御することにより低反射の帯電防止光学素子１１１を構築することができる。

図３は、本実施の形態に係る多層膜１０７の最表面を親水基にすることにより帯電が防止されることを説明するための図である。

３０１は、この多層膜１０７の表面に存在する親水基である。親水基３０１が、この多層膜１０７の表面に存在することにより空気中の水分が親水基３０１に吸着する。この親水基３０１に吸着した水は、３０２で示すように薄い水の膜を形成する。こうして形成された水の膜３０２は、多層膜１０７の表面に出現する電荷３０３の移動を可能にする。これにより多層膜１０７の表面の帯電が防止される。

本実施の形態では、この多層膜１０７に帯電防止を付与させる方法として、その表面に水酸基を配置することを提案したが、親水基であれば水酸基に限らず、アミノ基やスルホ基などでも構わない。また多層膜１０７の表面を親水基にする方法としては、多層膜１０７の最表面に親水基が現れるような低屈折率の有機、又は、無機又は、有機と無機のハイブリッド膜を作製しても良い。

本実施の形態に係る帯電防止光学素子１１１を以上説明したように構成することで、光学的な悪影響を与えることなく、帯電防止光学素子１１１の表面に現れた電荷が帯電防止光学素子１１１の表面上を自由に移動可能になり、帯電防止光学素子１１１の帯電を防止できる。これにより帯電防止光学素子１１１の周囲に電界が発生しなくなり、静電気によって帯電防止光学素子１１１の表面に異物が付着することを抑制できる。

［実施の形態２］
図４は、本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置の構成を示す図である。

また図５は、本実施の形態２に係る固体撮像装置４００を備えるカメラ５００の全体構成図で、前述の図６と共通する部分は同じ記号を付して、その説明を省略する。

図４において、保持部材４０１は導電性を有し、帯電防止光学素子１１１を保持している。導電性部材４０２は、基板１０９のアース部と保持部材４０１とを電気的に導通させている。導電性部材４０３は、基板１０９のアース部と筐体５１３を電気的に導通させている。また導電性部材４０４は、保持部材４０１とフォーカルプレーンシャッタ５１０とを電気的に導通させている。ここで保持部材４０１と導通部材４０２，４０４は同一部材でも別部材でも構わない。

更に、導通部材４０２，４０４が保持部材４０１を介さずに、直接、帯電防止光学素子１１１の表面に接していても良い。

また導通部材４０４は、フォーカルプレーンシャッタ５１０が筐体５１３と電気的に導通していれば省略しても良い。

以上の構成により、フォーカルプレーンシャッタ５１０と同電位であるシャッタ羽根５０９と、帯電防止光学素子１１１とが同じ電位となる。これにより、シャッタ羽根５０９と帯電防止光学素子１１１との間には電界が生じなくなり、シャッタ羽根５０９から発生した塗装はがれなどによる異物が、静電気力により帯電防止光学素子１１１に引き寄せられることがなくなる。

ここで図４と図５を参照すると明らかなように、帯電防止光学素子１１１の表面に発生した電荷３０３は、保持部材４０１に移動し導電部材４０２を通って基板１０９のアース部に導かれる。ここで基板１０９のアース部と筐体５１３とは、導電性部材４０３により電気的に導通されているため、電荷３０３は筐体５１３に流れ、カメラを操作している使用者の人体へと流れる。

このように本実施の形態２によれば、固体撮像装置４００を上記のような構成にすることで、帯電防止光学素子１１１の表面に発生した電荷３０３を保持部材４０１に移動させ、導電部材４０２を通って基板１０９のアース部に導く。ここで基板１０９のアース部は筐体５１３と導通しているため、電荷３０３は筐体５１３を通して使用者の人体へと流れる。これにより、帯電防止光学素子１１１の表面の帯電が防止され、静電気によって帯電防止光学素子１１１の表面に異物が付着することを抑制することが可能となった。

本発明の実施の形態に係るカメラの撮像部の概略構成図である。 本実施の形態に係る多層膜の構造の例を説明する図である。 本実施の形態に係る多層膜の最表面を親水基にすることにより帯電が防止されることを説明するための図である。 本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置の構成を示す図である。 本実施の形態２に係る固体撮像装置を備えるカメラの全体構成図である。 図６（Ａ）は、使用者が被写体の構図などを確認するために交換レンズから入った被写体像をファインダで確認するための撮像待機状態を示す断面図、図６（Ｂ）は撮像中のカメラの構造を示す断面図である。 従来の撮像部の構成を拡大して示す図である。 従来の反射防止多層膜の構造の一例を説明する図である。

Claims (5)

1. レンズ交換式デジタルカメラの内部でレンズマウントの開口から見て露出している光学素子であって、
   多層膜を有し、
   前記多層膜の前記レンズマウント側表面に親水基の層を配置したことを特徴とする光学素子。
2. 前記多層膜は、低屈折率の材料からなる第１層と、高屈折率の材料からなる第２層とを交互に積層して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
3. 請求項１又は２に記載の光学素子と、前記光学素子を保持する保持部材とを有する光学機器であって、
   前記光学機器の動作を制御する制御回路を構成する電気素子が搭載されている制御基板と、
   前記保持部材と前記制御基板のアース部とを電気的に導通する導通手段と、
   を有することを特徴とする光学機器。
4. 光学機器内で、レンズを介して入射される光束を撮像素子に通過させる光学素子であって、
   前記光束が入射される側の表面に発生した電荷を前記光学機器の筐体に流す手段を有することを特徴とする光学素子。
5. レンズと、
   撮像素子と、
   前記レンズを介して入射される光束を前記撮像素子に通過させる光学素子と、
   シャッタと、
   前記光学素子の前記光束が入射される側の表面と前記シャッタとをほぼ同電位にする手段と、
   を有することを特徴とする光学機器。

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