JP2006317695A

JP2006317695A - 光学装置

Info

Publication number: JP2006317695A
Application number: JP2005139897A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Konno; 達夫今野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2005-05-12
Filing date: 2005-05-12
Publication date: 2006-11-24
Also published as: US20060256228A1; US7720373B2

Abstract

【課題】極小のスペースに配置することができるのに加えて、光散乱、光線収差及びコストを軽減し、安定した性能を有する光学装置を提供する。
【解決手段】光学装置は、撮像素子２５ａのパッケージ２５のカバーガラスとして接合され、複屈折作用を有する水晶複屈折板２４と、水晶複屈折板２４と撮像光学系の間に配置され、複屈折作用を有する有機物材料から構成された複屈折フィルム２２と、複屈折フィルム２２の水晶複屈折板２４の面に接合された位相差変換作用を有する水晶位相板２３と、複屈折フィルム２２の撮像光学系の面に接合された視感度補正用フィルタ２１とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、光学装置に関し、特に撮像光学系と撮像素子の間に介装される光学装置に関する。

図１は、従来の撮像装置としてのデジタル一眼レフレックスカメラの内部構成を概略的に示す図である。

図１において、デジタル一眼レフレックスカメラ（Digital Single Lens Reflex Camera）（以下、「ＤＳＬＲ」という）は、交換可能な撮影レンズ１と、撮影時に揺動して撮影光学系の光路外に退避することができる反射鏡２と、露光時間を機械的に制御するフォーカルプレーンシャッタ３と、後述する光学ローパスフィルタと視感度補正用フィルタが一体的に接合された光学フィルタ４と、撮影レンズ１の予定焦点に配置され、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary MOS）等の固体撮像素子から成る撮像素子５と、反射鏡２の上方に配置されたファインダ光学系６とから構成されている。

反射鏡２は、撮影光学系の光路内に位置しており、不図示のレリーズスイッチ押下によって撮影が開始されると、撮影光学系の光路外に退避する。

撮影レンズ１によって結像された被写体像は、反射鏡２が撮影光学系の光路内に位置しているときには、ファインダ光学系６よりファインダ像として観察され、また、上記被写体像は、反射鏡２が撮影光学系の光路外に退避しているときには、フォーカルプレーンシャッタ３の開放動作により光学フィルタ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から撮像信号が出力され、不図示のメモリに格納される。

光学ローパスフィルタ（以下、「光学ＬＰＦ」という）は、被写体が高い周波数成分を有する場合にＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子がそのサンプリング周波数に依存して発する偽信号を低減するために用いられる。

このような光学ＬＰＦは、水晶複屈折板と水晶位相板を適切に組み合わせて実現する手法を用いて構成され、一般には、第１の水晶複屈折板、水晶位相板及び第２の水晶複屈折板をこの順序で配置したものである。

第１の水晶複屈折板は、その光学軸を基板入射面の法線に対して所定の角度、典型的には最も効率的となる４５°傾け、且つ、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ように撮像素子の水平（平行）方向を向けて配置される。また、第１の水晶複屈折板は、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し、このうち異常光線を撮像素子の水平方向に所定量だけ移動させる機能を持っている。

水晶位相板は、その光学軸を基板入射面と直交する方向、即ち基板の面内に配置し、且つ、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°回転した方向、即ち水平（平行）方向から４５°回転した方向を向けて配置される。また、水晶位相板は、第１の水晶複屈折板から射出した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の位相を変換する作用を持ち、水晶位相板の厚さと入射光線の波長によって決定される位相差分だけ位相を変化させて射出する。

第２の水晶複屈折板は、その光学軸を基板入射面の法線に対して所定の角度、典型的には最も効率的となる４５°傾け、且つ、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ように撮像素子の垂直方向を向けて配置される。また、第２の水晶複屈折板は、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し、このうち異常光線を撮像素子の水平方向に所定量だけ移動させる機能をもっている。

上述の例では、第１の水晶複屈折板、水晶位相板及び第２の水晶複屈折板を組み合わせて、各光学軸の方位を適切に設定して配置することによって、被写体像を撮像素子の水平及び垂直方向の計４つの像に分離させ、その分離幅に対応する撮像素子の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。

しかしながら、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前提としたとき、図１に示すようなＤＳＬＲの場合、撮影レンズ１の被写体像側の撮像面までの空間に配置される光学フィルタ４と、撮像素子５を保護するために一体的に接合されたカバーガラスとが撮影レンズ１の光線収差を少なからず変化させるという問題があり、また、光学フィルタ４を配置するスペースが、フォーカルプレーンシャッタ３と撮像面との間の極小のスペースになる問題もある。

上記問題に対処するために、従来以下のような提案がなされてきている。

第１の従来技術としては、単結晶材料そのものの常光線及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と、基板の厚さとによって決定される常光線と異常光線の分離幅は、単結晶基板の結晶軸に対する方位を効率的に設定することを前提とすれば、概ね単結晶材料そのものの常光線及び異常光線の屈折率によって決定されることに鑑みて、水晶と比較して常光線と異常光線の屈折率の差が大きいニオブ酸リチウムを使用する単結晶基板は、その常光線と異常光線の分離幅を水晶と同等とした場合でも、水晶を使用する場合と比較して光学ＬＰＦ全体を薄く構成することができる。

第２の従来技術としては、互いに対向した２つの基体の間に液晶が注入された液晶光学フィルタを使用するものであって、これは液晶に、ある特定の配向を持たせることにより大きな複屈折異方性を与え、よって水晶では期待しがたい光学ＬＰＦの小型化、薄型化及びコストの低減を図ることができる（例えば、特許文献１参照）。

第３の従来技術としては、高分子製光学ＬＰＦを使用するものであって、これは、特定の光重合性液晶組成物を光重合し、得られた光学異方性高分子フィルムを光学ＬＰＦとして使用するもので、水晶と比べ極めて大きな屈折率の異方性が得られるため、光学ＬＰＦの小型化、薄型化及び軽量化を図ることができる（例えば、特許文献２参照）。

第４の従来技術としては、撮像素子を保護するためのカバー部材として複屈折物質からなる光学ＬＰＦを使用したものであって、この方法は、従来のカバーガラスを一枚省略できるため、その分の薄型化を図ることができる（例えば、特許文献３参照）。
特開平６−３１７７６５号公報特開平８−１２２７０８号公報特開２０００−１１４５０２号公報

しかしながら、上記第１乃至第４の従来技術には、以下に述べる問題点がある。

第１の従来技術では、ニオブ酸リチウムの単結晶材料を用いて光学ＬＰＦを構成することで光学ＬＰＦ全体を薄くすることができるが、その材料自体の硬度等に依存して研磨基板の加工が難しく、また、その材料は屈折率が高いので、高度な反射防止処理も必要となり製造コストが高くなるという問題点を有する。

第２及び第３の従来技術では、液晶等に使用されるある種の有機物材料が、電界や磁界の印加によってその有機物材料の分子の配向方向を変更するという作用に着目し、その配向方向が一様となる状態では、その有機物材料が単結晶材料と類似の異方性を示すという特徴を光学ＬＰＦに応用したものである。しかし、その配向方向を一様に揃えることは難しく、どのような方法を用いても配向ムラが残り、結果として光散乱が生じる。光散乱の欠点として、例えば、点光源の場合ではその周囲にボヤっとした曇りが発生し、画質の低下を招くことがある。この光散乱は、第２の従来技術では液晶層が、第３の従来技術では光学異方性高分子フィルムが積層されれば、その積層数にほぼ比例して増長される特徴を持つ。

第４の従来技術では、撮像素子から撮像素子を保護するための従来のカバーガラスを省略できるため、光学平板全体の厚みを薄くでき、スペース効率の向上と共に光線収差を軽減させる利点がある。しかし、カバーガラスとするためには光学ＬＰＦよりも相対的にサイズが大きいものが必要であり、且つ、撮像面に近づくため水晶の欠陥の管理をより厳しくしなければならず、その結果として、従来のカバーガラスに比べて、コストが高くなる傾向にある。

本発明の目的は、極小のスペースに配置することができるのに加えて、光散乱、光線収差及びコストを軽減し、安定した性能を有する光学装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の光学装置は、撮像装置の撮像光学系と撮像素子の間に介装される光学装置において、前記撮像素子に接合され、複屈折作用を有する結晶材料から構成される第１の光学部材と、前記第１の光学部材と前記撮像光学系の間に配置されると共に、有機物材料から構成されたフィルムと、前記フィルムの一方の面に接合された第２の光学部材と、前記フィルムの他方の面に接合された視感度補正用フィルタとを備えることを特徴とする。

本発明の光学装置によれば、第１の光学部材が撮像素子に接合され、第１の光学部材と撮像光学系の間に配置された有機物材料から構成されたフィルムの一方の面に第２の光学部材が接合され、フィルムの他方の面に視感度補正用フィルタが接合されるので、極小のスペースに配置することができるのに加えて、光散乱、光線収差及びコストを軽減し、安定した性能を持たせることができる。

好ましくは、複屈折作用を有する有機物材料から構成されたフィルムの第１の光学部材側の面に第２の光学部材を接合するのがよい。これにより、光散乱の影響を最小限に抑えながら前述の効果を実現することができる。

また、好ましくは、位相差変換作用を有する有機物材料から構成されるフィルムの撮像光学系側の面に第２の光学部材を接合するのがよい。これにより、光散乱の程度を、水晶等の結晶材料とほとんど同じにでき、もって前述の効果をより大きくすることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述する。

図２は、本発明の第１の実施の形態に係る光学装置の構成を概略的に示す図である。

本実施の形態では、図１のＤＳＬＲにおける撮像素子５は、撮像素子２５ａ（撮像素子）と、撮像素子２５ａを内装するパッケージ２５とから構成される。

図２の光学装置は、図１のＤＳＬＲの撮像光学系と、撮像素子２５ａのパッケージ２５との間に介装される。

図２の光学装置は、撮像素子２５ａのパッケージ２５のカバーガラスとして接合され、複屈折作用を有する水晶複屈折板２４（第１の光学部材）と、水晶複屈折板２４と撮像光学系の間に配置され、複屈折作用を有する有機物材料から構成された複屈折フィルム２２（フィルム）と、複屈折フィルム２２の水晶複屈折板２４側の面に接合され、光学軸を撮像素子の水平面から４５°だけ回転させて配置したλ／４板で位相差変換作用を有する水晶位相板２３（第２の光学部材）と、複屈折フィルム２２の撮像光学系側の面に接合された視感度補正用フィルタ２１とを備える。

視感度補正用フィルタ２１は、入射光における不要な波長域の光線を遮断する。複屈折フィルム２２は、不要な波長域の光線を遮断した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し、このうち異常光線のみを撮像素子の水平方向に所定量だけ移動させる。水晶位相板２３は、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れた入射光を円偏光状態の光線に変換する。水晶複屈折板２４は、円偏光状態の光線に変換された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し、このうち異常光線のみを撮像素子の垂直方向に所定量だけ移動させる。

本実施の形態によれば、水晶複屈折板２４が撮像素子２５ａのパッケージ２５に接合され、水晶複屈折板２４と撮像光学系の間に配置された複屈折フィルム２２の水晶複屈折板２４側の面に水晶位相板２３が接合され、複屈折フィルム２２の撮像光学系側の面に視感度補正用フィルタ２１が接合されるので、極小のスペースに配置することができるのに加えて、光散乱、光線収差及びコストを軽減し、安定した性能を持たせることができる。

図３は、本発明の第２の実施の形態に係る光学装置の構成を概略的に示す図である。

本実施の形態では、図１のＤＳＬＲにおける撮像素子５は、撮像素子３５ａ（撮像素子）と、撮像素子３５ａを内装するパッケージ３５とから構成される。

図３の光学装置は、図１のＤＳＬＲの撮像光学系と、撮像素子３５ａのパッケージ３５との間に介装される。

図３の光学装置は、撮像素子３５ａのパッケージ３５のカバーガラスとして接合され、複屈折作用を有する水晶複屈折板３４（第１の光学部材）と、水晶複屈折板３４と撮像光学系の間に配置され、光学軸を撮像素子の水平面から４５°だけ回転させて配置したλ／４板で位相差変換作用を有する有機物材料から構成された位相フィルム３２（フィルム）と、位相フィルム３２の水晶複屈折板３４側の面に接合された視感度補正用フィルタ３３と、位相フィルム３２の撮像光学系側の面に接合された複屈折作用を有する水晶複屈折板３１（第２の光学部材）とを備える。

水晶複屈折板３１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し、このうち異常光線のみを撮像素子の水平方向に所定量だけ移動させる。位相フィルム３２は、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れた入射光を円偏光状態の光線に変換する。視感度補正用フィルタ３３は、円偏光状態の光線に変換された入射光における不要な波長域の光線を遮断する。水晶複屈折板３４は、不要な波長域の光線を遮断した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し、このうち異常光線のみを撮像素子の垂直方向に所定量だけ移動させる。

本実施の形態によれば、水晶複屈折板３４が撮像素子３５ａのパッケージ３５に接合され、水晶複屈折板３４と撮像光学系の間に配置された位相フィルム３２の水晶複屈折板３４側の面に視感度補正用フィルタ３３が接合され、位相フィルム３２の撮像光学系側の面に水晶複屈折板３１が接合されるので、極小のスペースに配置することができるのに加えて、光散乱、光線収差及びコストを軽減し、安定した性能を持たせることができる。

上述した第１及び第２の実施の形態では、光学装置の構成によって、入射光を水平、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ＬＰＦを実現している。

従来の撮像装置としてのデジタル一眼レフレックスカメラの内部構成を概略的に示す図である。本発明の第１の実施の形態に係る光学装置の構成を概略的に示す図である。本発明の第２の実施の形態に係る光学装置の構成を概略的に示す図である。

符号の説明

１撮影レンズ
２反射鏡
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ファインダ光学系
２１，３３視感度補正用フィルタ
２２複屈折フィルム
２３水晶位相板
２４，３１，３４水晶複屈折板
２５，３５パッケージ
３２位相フィルム

Claims

撮像装置の撮像光学系と撮像素子の間に介装される光学装置において、
前記撮像素子に接合され、複屈折作用を有する結晶材料から構成される第１の光学部材と、前記第１の光学部材と前記撮像光学系の間に配置されると共に、有機物材料から構成されたフィルムと、前記フィルムの一方の面に接合された第２の光学部材と、前記フィルムの他方の面に接合された視感度補正用フィルタとを備えることを特徴とする光学装置。
前記フィルムの一方の面は前記フィルムの前記第１の光学部材側の面であり、
前記第２の光学部材は、位相差変換作用を有する結晶材料から構成され、前記フィルムは複屈折作用を有することを特徴とする請求項１記載の光学装置。
前記フィルムの一方の面は前記フィルムの前記撮像光学系側の面であり、
前記第２の光学部材は、複屈折作用を有する結晶材料から構成され、前記フィルムは位相差変換作用を有することを特徴とする請求項１記載の光学装置。