JP2020129092A - 光学素子、光学系、および、光学機器 - Google Patents
光学素子、光学系、および、光学機器 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020129092A JP2020129092A JP2019022449A JP2019022449A JP2020129092A JP 2020129092 A JP2020129092 A JP 2020129092A JP 2019022449 A JP2019022449 A JP 2019022449A JP 2019022449 A JP2019022449 A JP 2019022449A JP 2020129092 A JP2020129092 A JP 2020129092A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical
- layer
- optical element
- thickness
- antireflection
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Blocking Light For Cameras (AREA)
- Surface Treatment Of Optical Elements (AREA)
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
Abstract
【課題】作製が容易であって、透過率の異なる領域に対して高い反射防止性能を有する光学素子を提供する。【解決手段】透過率が第1の方向に変化する領域を有する光学素子001であって、第1の方向と直交する第2の方向に沿って、吸収層3と、複数の薄膜21、22からなる第1の反射防止層2とを有し、吸収層の第2の方向における厚さは、第1の方向に変化し、複数の薄膜のうち少なくとも二つの薄膜の厚さは、吸収層の厚さの増加方向と反対の方向に増加する範囲を少なくとも一部有する。【選択図】図3
Description
本発明は、光学素子に関する。
撮像装置内の光学素子(光学フィルタ)として、透過率を制限するND(Neutral Density)フィルタが用いられる場合がある。特に、画像の明るさを制御するため、または、焦点外れ像(ボケ像)の輪郭の先鋭度のばらつき(それによる画像の品位の低下)を改善するためには、領域ごとに透過率が異なるグラデーション型のNDフィルタが用いられる。
特許文献1には、領域ごとに積層膜の膜厚を適切に設定することにより、透過率および反射率を制御するグラデーション型のNDフィルタが開示されている。
しかしながら、特許文献1のNDフィルタでは、ゴーストやフレアを低減した高品位な画像を得るには、反射率の低減が不十分である。
また、不要光を吸収するタイプのNDフィルタの場合、その反射率は表面側から入射する場合と基板側から入射する場合とで反射率が一致しない場合がある。しかし、特許文献1には、基板側からの入射光に対する反射率について開示されていない。
そこで本発明は、作製が容易であって、透過率の異なる領域に対して高い反射防止性能を有する光学素子、光学系、および、光学機器を提供することを目的とする。
本発明の一側面としての光学素子は、透過率が第1の方向に変化する領域を有する光学素子であって、前記第1の方向と直交する第2の方向に沿って、吸収層と、複数の薄膜からなる第1の反射防止層とを有し、前記吸収層の前記第2の方向における厚さは、前記第1の方向に変化し、前記複数の薄膜のうち少なくとも二つの薄膜の厚さは、前記吸収層の前記厚さの増加方向と反対の方向に増加する範囲を少なくとも一部有する。
本発明の他の側面としての光学素子は、透過率が第1の方向に変化する領域を有する光学素子であって、前記第1の方向と直交する第2の方向に沿って、順に、第1の反射防止層と、吸収層と、第2の反射防止層とを有し、前記吸収層の前記第2の方向における厚さは、前記第1の方向に変化し、前記第1の反射防止層および前記第2の反射防止層のそれぞれの厚さは、前記吸収層の前記厚さの増加方向と反対の方向に増加する範囲を少なくとも一部有する。
本発明の他の側面としての光学系は、複数の光学素子を有し、前記複数の光学素子は前記光学素子を含む。
本発明の他の側面としての光学機器は、撮像素子と前記光学素子とを有する。
本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施形態において説明される。
本発明によれば、作製が容易であって、透過率の異なる領域に対して高い反射防止性能を有する光学素子、光学系、および、光学機器を提供することができる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
まず、図1を参照して、本実施形態における光学素子001の概略構成について説明する。図1は光学素子001の説明図であり、図1(a)は光学素子001の断面図、図1(b)は光学素子001の透過率分布をそれぞれ示す。図1(b)において、横軸は面内方向における位置、縦軸は透過率Tをそれぞれ示す。
図1(a)に示されるように、光学素子001は、透明材料(第1の透光部材)1、光学フィルタ100、および、透明材料(第2の透光部材)5を有する。光学フィルタ100は、透明材料1側(図1(a)中の下側)から順に、反射防止層(第1の反射防止層)2、吸収層3、および、反射防止層(第2の反射防止層)4を有する。すなわち光学素子001は、透明材料1、透明材料1の上に配置された反射防止層2、反射防止層2の上に配置された吸収層3、および、吸収層3の上に配置された反射防止層4を有する。反射防止層4の上には、透明材料5が配置されている。なお本実施形態において、光学フィルタ100は、反射防止層2、4のいずれか一方を有しない構成でもよい。また本実施形態において、反射防止層2、4はそれぞれ1層以上からなる薄膜で構成されている。なお、反射防止層2、4はそれぞれ、屈折率の調整、反射防止波長帯域の拡大、入射角度依存性の低減、または、偏光依存性などの低減を図るため、その層数を増やしても構わない。吸収層3は、1層以上の光吸収特性を有する材料で構成されている。透明材料1は、屈折率が1.3以上の基板(透光基板)である。透明材料5は、空気、接着剤、または、基板であるが、これに限定されるものではなく、他の部材であってもよい。
図1(a)、(b)に示されるように、光学フィルタ100は、透過率が面内方向(図1(a)の左右方向(第1の方向))に連続的に変化する。すなわち光学素子001は、透過率が変化する領域Gを有する。領域Gにおいて、光学フィルタ100の吸収層3の厚さLT(図1(a)の上下方向(第2の方向)における厚さ)は、左から右の方向に向かって、連続的に増加する。吸収層3は、透過率が一定である領域Fには形成されていない。一方、反射防止膜2の膜厚LR1および反射防止膜4の膜厚LR2は、領域Gにおいて、左から右の方向に向かって連続的に減少する領域を有する。すなわち、吸収層3の厚さLTの増加方向において、反射防止膜2の膜厚LR1および反射防止膜4の膜厚LR2は減少する領域を有する。このとき、膜厚LR1、LR2が減少する領域は、領域Gの全域または領域Gの一部のいずれでもよい。透過率が一定である領域Fにおいて、反射防止膜2の膜厚LR1および反射防止膜4の膜厚LR2は、略均一(均一または実質的に均一)である。ここで、略均一な厚さとは、積層材料の粒径や積層された層の密度に依存する微小な凹凸による厚さの変化を含む。
本実施形態において、光学フィルタ100は、吸収層3の膜厚により透過率が変化する構成となっており、吸収層3の膜厚が連続的に変化することによりグラデーション型のNDフィルタを実現している。図1(b)に示されるように、光学フィルタ100は、吸収層3が厚くなるほど、透過率Tが低くなる。図1(a)に示されるように吸収層3の膜厚を変化させてグラデーション型のNDフィルタを得る場合、反射率は、吸収層3の膜厚の変化に応じて変化する。このため、NDフィルタの面内方向(図1(a)の左右方向)における全領域で反射率を低減することは困難である。一方、本実施形態の光学フィルタ100では、吸収層3の膜厚の増加方向に対し、反射防止層2、4の少なくとも一方の膜厚を減少させることで、反射防止性能の低下を抑制することができる。
本実施形態において、吸収層3の膜厚の増加方向に対して膜厚を減少させる層は、反射防止層2または反射防止層4を構成する薄膜のうち少なくとも1層でもよいが、全ての層であることがより好ましい。また、反射防止層2、4を構成する薄膜の膜厚が減少する領域は、吸収層3の膜厚が増加する領域(図1(a)における領域G)における一部の範囲のみ、または全領域のいずれでもよい。
吸収層3の光学膜厚の増加方向に、反射防止層2、4の膜厚を減少させることは、製造の簡便さにおいても好ましい。吸収層3の光学膜厚の増加に合わせて、最適な反射防止膜2、4を形成する場合、成膜時に複雑な形状の遮蔽マスクなどを利用する必要があり、作製が困難である。単純に膜厚を減少させるだけであれば、レンズ形状の工夫や、蒸着装置内の基板位置などの調整により、簡易に実施することができる。
本実施形態の光学フィルタ100において、反射防止膜2の最大光学膜厚(膜厚LR1の最大値)をDc1、反射防止膜4の最大光学膜厚(膜厚LR2の最大値)をDc2とする。ここで最大光学膜厚Dc1、Dc2は、図1(a)に示される領域Fにおける膜厚に相当する。また、吸収層3の光学膜厚dが以下の条件式(1)の範囲内の位置xにおける、反射防止層2の総光学膜厚をDx1、反射防止層4の総光学膜厚をDx2とするとき、以下の条件式(2)、(3)を満たすことが好ましい。
λ/8≦d≦3λ/8(λ=550nm) … (1)
0.85≦Dx1/Dc1≦0.998 … (2)
0.85≦Dx2/Dc2≦0.998 … (3)
本実施形態の光学フィルタ100は、吸収層3の光学膜厚が増加したことによる干渉波のずれを、反射防止層2、4の膜厚を減少させて調整することで、反射率の増大を抑制している。一般的に、薄膜に波長λの光が垂直入射したときの反射波は、薄膜の光学膜厚がλ/4×2n(n:整数)ごとに打ち消し合い、λ/4×2(n−1)ごとに強めあう。これは、薄膜の光学膜厚がλ/4×2nとλ/4×2(n−1)のときとでは、最適な反射防止構成が大きく異なることを意味している。一方、図2は、消衰係数κ=0.30の吸収層における、透過率と光学膜厚(×λ)(λ=550nm)との関係を示している。光学膜厚がλ/2以上になると、透過率が35%以下となっており、吸収層3の膜厚が厚くなるほど、吸収層3の膜厚変化の影響が小さくなる。本実施形態の光学フィルタは、可視光領域(420nm〜680nm)を使用波長領域とし、中心波長である550nmを基準波長とする。以上から、吸収層3の光学膜厚が0のときと、λ/4(λ=550nm)近傍、すなわち条件式(1)を満たす範囲のときとでは、最適な反射防止膜の構成が異なるため、個々の光学膜厚の調整が重要である。
0.85≦Dx1/Dc1≦0.998 … (2)
0.85≦Dx2/Dc2≦0.998 … (3)
本実施形態の光学フィルタ100は、吸収層3の光学膜厚が増加したことによる干渉波のずれを、反射防止層2、4の膜厚を減少させて調整することで、反射率の増大を抑制している。一般的に、薄膜に波長λの光が垂直入射したときの反射波は、薄膜の光学膜厚がλ/4×2n(n:整数)ごとに打ち消し合い、λ/4×2(n−1)ごとに強めあう。これは、薄膜の光学膜厚がλ/4×2nとλ/4×2(n−1)のときとでは、最適な反射防止構成が大きく異なることを意味している。一方、図2は、消衰係数κ=0.30の吸収層における、透過率と光学膜厚(×λ)(λ=550nm)との関係を示している。光学膜厚がλ/2以上になると、透過率が35%以下となっており、吸収層3の膜厚が厚くなるほど、吸収層3の膜厚変化の影響が小さくなる。本実施形態の光学フィルタは、可視光領域(420nm〜680nm)を使用波長領域とし、中心波長である550nmを基準波長とする。以上から、吸収層3の光学膜厚が0のときと、λ/4(λ=550nm)近傍、すなわち条件式(1)を満たす範囲のときとでは、最適な反射防止膜の構成が異なるため、個々の光学膜厚の調整が重要である。
吸収層3の光学膜厚dが条件式(1)を満たす範囲にある場合、条件式(2)、(3)の範囲よりも大きい場合、吸収層3の光学膜厚dが0の場合とほぼ同じであるため、反射防止効果が小さい。一方、条件式(2)、(3)の範囲より小さい場合、反射防止層の膜厚が薄くなり過ぎるため、反射防止効果が小さい。
吸収層3がm層の多層膜である場合、各層の光学膜厚をdmが以下の条件式(1−1)を満たす範囲内の位置xにおける膜厚が減少する薄膜層の光学膜厚をdxとするとき、条件式(2)、(3)を満たすことが好ましい。
λ/8≦dm≦3λ/8 …(1−1)
また本実施形態において、反射防止層2、4の膜厚(最大光学膜厚Dc1、Dc2、総光学膜厚Dx1、Dx2)は、以下の条件式(4)を満たすことが好ましい。
また本実施形態において、反射防止層2、4の膜厚(最大光学膜厚Dc1、Dc2、総光学膜厚Dx1、Dx2)は、以下の条件式(4)を満たすことが好ましい。
0.95≦(Dx1/Dc1)/(Dx2/Dc2)≦1.05 … (4)
これは、反射防止膜2および反射防止膜4の面内におけるそれぞれの膜厚分布が略同一であることを意味している。反射防止層2と反射防止層4とが略同一の成膜条件で成膜できるため、作製が容易となり好ましい。
これは、反射防止膜2および反射防止膜4の面内におけるそれぞれの膜厚分布が略同一であることを意味している。反射防止層2と反射防止層4とが略同一の成膜条件で成膜できるため、作製が容易となり好ましい。
本実施形態において、光学素子001の透明材料1は、レンズ形状であることが好ましい。曲率を有するレンズ形状において、蒸着装置で成膜を行う場合、中心を厚く、周辺を薄くすることは、比較的容易である。透明材料1がレンズ形状であり、光線有効半径をLとする。このとき透明材料1の光軸中心から周辺に向かって、0.2Lから0.9Lまでの領域において、吸収層3の光学膜厚dは増加し、反射防止膜2の光学膜厚LR1および反射防止膜4の光学膜厚LR2の少なくとも一つは第1の方向に沿って減少することが好ましい。
光学フィルタ100において、吸収層3の消衰係数κ(吸収層3の膜厚が最大の位置における消衰係数)は、以下の条件式(5)を満たすことが好ましい。
0.05≦κ≦0.5 … (5)
条件式(5)の範囲を超えると、光学フィルタ100に適切な反射防止層を実現することが難しい。
条件式(5)の範囲を超えると、光学フィルタ100に適切な反射防止層を実現することが難しい。
また本実施形態において、光学フィルタ100の吸収層3は、1層以上で構成されることが好ましい。また吸収層3は、光学膜厚が0nmである領域を有する、すなわち吸収層3は、中心部には形成されていないことが好ましい。
光学フィルタ100を作製する際に、透明材料1、5は、可視領域において透明な材料であればよい。このとき、透明材料1、5のいずれか一方は、ガラスおよびプラスチックなどの透明材料である。他方は、空気や、接合レンズを形成する場合に使用する接着剤であってもよい。透明材料が接着剤である場合、エポキシ系、ポリエンポリチオール系、アクリル系の部材であることが好ましい。特に、UV硬化型であるポリエンポリチオール系の接着剤は、段階反応であることや、加工タクトが短いことから、より好ましい。
膜厚分布を有する吸収層3を形成する方法としては、蒸着やスパッタリングがある。蒸着やスパッタリングの際に任意の形状のマスクを用いることで、任意の透過率分布を有する吸収層3を形成することができる。その他、めっき法やスピンコート等のウェットプロセス法を用いてもよい。吸収層3の材料は、消衰係数κの条件を満たせばよく、例えば、酸素欠損型のTiO2、Nb2O5、Ta2O5が挙げられる。また、NDフィルタの分光透過率の波長平坦性を得るため、使用波長帯域における消衰係数κの波長分散が正負異なる材料を組み合わせてもよい。
反射防止層2、4を形成する方法としては、蒸着やスパッタリングがある。膜厚分布の付与方法は、前述のように、任意の形状の遮蔽マスクや基材の設置位置を工夫することで、所望の膜厚分布を有する反射防止層を形成することができる。また、曲率を有するレンズにおいて、中心を厚く周辺を薄くすることは、比較的容易である。例えば、成膜時の設置個所の工夫などで、膜厚分布を制御することができる。
グラデーション型のNDフィルタの透過率分布については、様々な形状を用いることができる。図19は、透過率分布の例である。例えば、図19(a)、(b)に示されるように、同心円方向に透過率分布を形成することができる。または、図19(c)、(d)に示されるように、一方向に透過率が変化するような構成であってもよい。前記以外にも用途に応じて様々な透過率分布形状があるが、本実施形態の構成は任意の透過率分布形状に対して適用することができる。
このように本実施形態において、光学素子001は、透過率が第1の方向(図1(a)の左右方向)に変化する領域Gを有し、第1の方向と直交する第2の方向(図1(a)の上下方向)に沿って、吸収層3および第1の反射防止層(反射防止層2)を有する。第1の反射防止層2は、複数の薄膜21、22からなる(図3参照)。吸収層の第2の方向における厚さは、第1の方向に変化する。複数の薄膜のうち少なくとも二つの薄膜の厚さは、吸収層の厚さの増加方向(図1(a)の右方向)と反対の方向(図1(a)の左方向)に増加する範囲を少なくとも一部有する。
好ましくは、複数の薄膜の全ての薄膜の厚さは、吸収層の厚さの増加方向と反対の方向に増加する範囲を少なくとも一部有する。また好ましくは、光学素子は、第2の方向に沿って、吸収層に対して第1の反射防止層とは反対側(図1(a)において吸収層の上側)に第2の反射防止層(反射防止層4)を有する。
または、本実施形態において、光学素子は、第1の方向と直交する第2の方向に沿って、順に、第1の反射防止層と、吸収層と、第2の反射防止層とを有する。吸収層の第2の方向における厚さは、第1の方向に変化する。第1の反射防止層および第2の反射防止層のそれぞれの厚さは、吸収層の厚さの増加方向と反対の方向に増加する範囲を少なくとも一部有する。
以下、具体的な実施例について説明する。ただし本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
まず、本発明の実施例1について説明する。図3は、本実施例における光学フィルタ100を含む光学素子001の概略断面図である。光学フィルタ100を含む光学素子001は、光学面内において光軸中心から周辺に向かって透過率が徐々に低下するグラデーション型のNDフィルタを透明材料1上に形成した構成を有する。
表1は、本実施例における光学フィルタ100を含む光学素子001の膜構成であり、吸収層3を構成する薄膜31の膜厚が、0、λ/8、3λ/8、λ、4λのときの各薄膜の膜厚、および、Dx/Dc(%)を示す。ここで、Dcは吸収層3の光学膜厚が0のときの各薄膜の膜厚を意味し、Dxは吸収層3の光学膜厚がλ/8、3λ/8、λ、4λのときの各薄膜の物理膜厚を意味する。
透明材料1は、硝材S1を使用し、透明材料5は空気である。硝材S1は、実質的に吸収のない材料である。反射防止層2は薄膜21、22から構成され、反射防止層4は薄膜41、42、43、44から構成されている。薄膜21、41、43の膜材料はH1、薄膜22、42の膜材料はM1、薄膜44の膜材料はL1である。膜材料M1、H1、L1は、実質的に吸収のない材料である。図4は、硝材S1、および、膜材料M1、H1、L1の屈折率を示している。吸収層3は、薄膜31で構成されており、薄膜31は吸収材料A1である。図5は、吸収材料A1の屈折率および消衰係数を示している。表1に示されるように、光学フィルタ100の吸収層3の膜厚が増加すると、反射防止層2、4を構成する薄膜21、22、41、42、43、44の光学膜厚が減少する。
一方、表2は、比較例としての光学フィルタを含む光学素子の膜構成である。本比較例の光学素子は、本実施例と同様に、光学面内において光軸中心から周辺に向かって透過率が徐々に低下するグラデーション型のNDフィルタを透明材料1上に形成して構成され、本実施例の光学素子001と同様の膜材料および膜構成を有する。表2に示されるように、本比較例の光学フィルタは、吸収層3の膜厚が増加しても、反射防止層を構成する薄膜21、22、41、42、43、44の光学膜厚は変化しない。
図6は、本実施例における光学フィルタ100の分光透過率および分光反射率である。図7は、比較例としての光学フィルタの分光透過率および分光反射率である。図6および図7において、R_Airは空気側から光が入射した場合の分光反射率、R_S1は透明材料S1側から光が入射した場合の分光反射率をそれぞれ示す。
薄膜31の膜厚dが0の場合、可視領域(420nmから680nmの波長の光)における分光反射率の最大値は、本実施例および本比較例ともに、1.03%である。このため、薄膜31の膜厚dが0のとき、略同程度の反射防止特性を有しているといえる。一方、薄膜31の膜厚dがλ/8の場合、可視領域(420nmから680nmの波長の光)における空気側から入射した場合の分光反射率の最大値は、本実施例の場合には0.96%、および、本比較例の場合には1.03%である。また、透明材料S1側から光が入射した場合の分光反射率の最大値は、本実施例の場合には2.2%、および、本比較例の場合には2.3%である。よって、薄膜31の膜厚dがλ/8のときの反射防止効果は、本実施例の方が優位であることが確認できる。
また、薄膜31の膜厚dが3λ/8の場合、本実施例および本比較例ともに、空気側から入射した場合の分光反射率の方が大きい。可視領域(420nmから680nmの波長の光)における光が空気側から入射した場合の分光反射率の最大値は、本実施例の場合には1.6%、および、本比較例の場合には1.9%である。よって、薄膜31の膜厚dが3λ/8の場合の反射防止効果は、本実施例の方が優位であることが確認できる。
以上より、本実施例は本比較例よりも、薄膜31の膜厚dがλ/8および3λ/8の場合に、反射防止効果が優位であるといえる。図6から、薄膜31の膜厚dが0、λ/8、3λ/8、λ、4λのときの分光反射率は低く、本実施例の光学フィルタ100が優れた反射防止効果を有するといえる。
次に、本発明の実施例2について説明する。本実施例の光学フィルタ100は、実施例1と同様に、光学面内において光軸中心から周辺に向かって透過率が徐々に低下するグラデーション型のNDフィルタである。光学フィルタ100は、透明材料1の上に形成されている。表3は、本実施例における光学フィルタ100を含む光学素子001の膜構成であり、吸収層3を構成する薄膜31の膜厚が、0、λ/8、3λ/8、λ、4λのときの各薄膜の膜厚、および、Dx/Dc(%)を示す。ここで、Dcは吸収層3の光学膜厚が0のときの各薄膜の膜厚を意味し、Dxは吸収層3の光学膜厚がλ/8、3λ/8、λ、4λのときの各薄膜の物理膜厚を意味する。
本実施例において、透明材料1は硝材S1、透明材料5は接着剤S5である。硝材S1および接着剤S5は、実質的に吸収のない材料である。反射防止層2は薄膜21、22、23から構成され、反射防止層4は薄膜41、42、43から構成されている。薄膜21、23、41、43の膜材料はH1、薄膜22、42の膜材料はM1である。膜材料M1、H1は、実質的に吸収のない材料である。図8は、硝材S1、接着剤S5、および、膜材料M1、H1の屈折率を示している。吸収層3は、薄膜31で構成されており、薄膜31は吸収材料A1である。図5は、吸収材料A1の屈折率および消衰係数を示している。表3に示されるように、光学フィルタ100の吸収層3の膜厚が増加すると、反射防止層2、4を構成する薄膜21、22、23、41、42、43の光学膜厚が減少する。
図9は、本実施例における光学フィルタ100の分光透過率および分光反射率である。図9において、R_S5は透明材料S5側から光が入射した場合の分光反射率、R_S1は透明材料S1側から光が入射した場合の分光反射率をそれぞれ示す。図9から、薄膜31の膜厚dが0、λ/8、3λ/8、λ、4λのときの分光反射率は低く、本実施例の光学フィルタ100が優れた反射防止効果を有するといえる。
次に、本発明の実施例3について説明する。本実施例の光学フィルタ100は、実施例1と同様に、光学面内において光軸中心から周辺に向かって透過率が徐々に低下するグラデーション型のNDフィルタである。光学素子フィルタは、透明材料1の上に形成されている。透明材料5は、空気である。表4は、本実施例における光学フィルタ100を含む光学素子001の膜構成であり、吸収層3を構成する薄膜31の膜厚が、0、λ/8、3λ/8、λ、4λのときの各薄膜の膜厚、および、Dx/Dc(%)を示す。
透明材料1は、硝材S2を使用している。硝材S2は、実質的に吸収のない材料である。反射防止層2は薄膜21、22、23から構成され、反射防止層4は薄膜41、42、43、44から構成されている。薄膜21、23、41、43の膜材料はH2、薄膜22、42の膜材料はM2、薄膜41の膜材料はL1である。膜材料M2、H2、L1は、実質的に吸収のない材料である。図10は、硝材S2、および、膜材料M2、H2、L1の屈折率を示している。吸収層3は、薄膜31で構成されており、薄膜31は吸収材料A2である。図11は、吸収材料A2の屈折率および消衰係数を示している。表4に示されるように、光学フィルタ100の吸収層3の膜厚が増加すると、反射防止層2、4を構成する薄膜23、41の光学膜厚が減少する。
図12は、本実施例における光学フィルタ100の分光透過率および分光反射率である。図12において、R_Airは空気側から光が入射した場合の分光反射率、R_S2は透明材料S2側から光が入射した場合の分光反射率をそれぞれ示す。図12から、薄膜31の膜厚dが0、λ/8、3λ/8、λ、4λのときの分光反射率は低く、本実施例の光学フィルタ100が優れた反射防止効果を有するといえる。
次に、本発明の実施例4について説明する。本実施例の光学フィルタ100は、実施例1と同様に、光学面内において光軸中心から周辺に向かって透過率が徐々に低下するグラデーション型のNDフィルタである。光学フィルタ100は、透明材料1と透明材料5とで挟まれている。表5は、本実施例における光学フィルタ100を含む光学素子001の膜構成であり、吸収層3を構成する薄膜31の膜厚が、0、λ/8、3λ/8、λ、4λのときの各薄膜の膜厚、および、Dx/Dc(%)を示す。
透明材料1は、硝材S3を使用し、透明材料5は接着剤S5である。硝材S3、接着剤S5は、実質的に吸収のない材料である。反射防止層2は薄膜21、22、23、24から構成され、反射防止層4は薄膜41、42から構成されている。薄膜21、23、41の膜材料はH3であり、薄膜22、24、42の膜材料はM3である。膜材料H3、M3は、実質的に吸収のない材料である。図13は、硝材S3、接着剤S5、および、膜材料H3、M3の屈折率を示している。吸収層3は、薄膜31、32の2層で構成されており、薄膜31は吸収材料A3、薄膜32は吸収材料A4である。図14は、吸収材料A3、A4の屈折率および消衰係数を示している。表5に示されるように、光学フィルタ100の吸収層3の膜厚が増加すると、反射防止層2、4を構成する薄膜21、22、23、24、41、42の光学膜厚が減少する。
図15は、本実施例における光学フィルタ100の分光透過率および分光反射率である。図15において、R_S5は空気側から光が入射した場合の分光反射率、R_S3は透明材料S3側から光が入射した場合の分光反射率をそれぞれ示す。図15から、薄膜31の膜厚dが0、λ/8、3λ/8、λ、4λのときの分光反射率は低く、本実施例の光学フィルタ100が優れた反射防止効果を有するといえる。
次に、本発明の実施例5について説明する。本実施例の光学フィルタ100は、実施例1と同様に、光学面内において光軸中心から周辺に向かって透過率が徐々に低下するグラデーション型のNDフィルタである。光学フィルタ100は、透明材料1の上に形成されている。透明材料5は、空気である。表6は、本実施例における光学フィルタ100を含む光学素子001の膜構成であり、吸収層3を構成する薄膜31の膜厚が、0、λ/8、3λ/8、λ、4λのときの各薄膜の膜厚、および、Dx/Dc(%)を示す。
透明材料1は、硝材S3を使用している。硝材S3は、実質的に吸収のない材料である。反射防止層2は薄膜21、22、23、24から構成され、反射防止層4は薄膜41、42、43から構成されている。薄膜21、23、41の膜材料はM2、薄膜22、24、42の膜材料はH4、薄膜43の膜材料はL1である。膜材料M2、H4、L1は、実質的に吸収のない材料である。図16は、硝材S3、および、膜材料M2、H4、L1の屈折率を示している。吸収層3は、薄膜31、32の2層で構成されており、薄膜31は吸収材料A5、薄膜32は吸収材料A6である。図17は、吸収材料A5、A6の屈折率および消衰係数を示している。表6に示されるように、光学フィルタ100の吸収層3の膜厚が増加すると、反射防止層2、4を構成する薄膜21、22、23、24、41、42、43の光学膜厚が減少する。
図18は、本実施例における光学フィルタ100の分光透過率および分光反射率である。図18において、R_Airは空気側から光が入射した場合の分光反射率、R_S3は透明材料S3側から光が入射した場合の分光反射率をそれぞれ示す。図18から、薄膜31の膜厚dが0、λ/8、3λ/8、λ、4λのときの分光反射率は低く、本実施例の光学フィルタ100が優れた反射防止効果を有するといえる。
次に、図20を参照して、本発明の実施例6における撮像装置(光学機器)について説明する。図20は、本実施例における撮像装置400の断面図である。撮像装置400は、撮像装置本体410と撮像装置本体410に着脱可能なレンズ装置420を備えて構成される。ただし本実施例は、これに限定されるものではなく、撮像装置本体とレンズ装置とが一体的に構成された撮像装置にも適用可能である。レンズ装置420は、複数の光学素子(レンズ群)422および絞り(開口絞り)SPを有し、光学系(撮像光学系)を構成する。撮像装置本体410は、CMOSセンサなどの撮像素子412を有する。撮像素子412は、撮像面IPに配置され、光学系を介して形成された被写体像(光学像)を光電変換して画像データを出力する。
被写体像は、光学系を透過して、撮像面IPに結像する。本実施例において、絞りSP、または、絞りSPの前後のレンズ面のうち少なくとも1つの面に、実施例1〜5のいずれかの光学素子(グラデーション型NDフィルタ)が設けられる。ただし、本実施例はこれに限定されるものではなく、光学フィルタを光学系の他のレンズ面に設けてもよい。
図20に示される光学系は、共軸回転対称光学系である。このような光学系では、図19(a)、(b)に示されるような同心円状の透過率分布を有する光学フィルタを用いることが好ましい。また、図1に示されるように、光学フィルタ100の中心部(光軸を含む中心領域)に吸収層3の厚さが0の領域を設ける(すなわち吸収層3を設けない)ことにより、光学フィルタによる透過率の減少を抑制することができるため、好ましい。撮像装置400が位相差検出方式の自動焦点合わせ機構(AF機構)を有する場合、位相差検出に使用される光束の透過率が変化しないように、中心領域に吸収層の厚さが0の領域を設けることが好ましい。
光学面の中心(光軸)から距離r1、r2(r1<r2)における透過率をT(r1)、T(r2)とするとき、T(r1)≧T(r2)を満足するグラデーション型NDフィルタを配置すると、アポダイゼーション効果により品位の高いボケ像を得ることができる。また、絞りSPの前後に各実施例のグラデーション型NDフィルタを配置することにより、軸外光束に対しても有効にアポダイゼーション効果を得ることができ、画面全域に対して品位の高い画像が得られる。反対に、T(r1)≦T(r2)のような特性を有するグラデーション型NDフィルタを用いると、画像の周辺減光を補正することができる。
このような位置に光学フィルタを設けた場合、通常、反射光が迷光となりゴーストやフレアの原因となる。しかし、各実施例のグラデーション型NDフィルタの場合、透過率分布を有しつつ反射率を低減するため、像側および物体側の双方からの光に対してもゴーストやフレアを低減した高品位な像が得られる。なお、図20に示される断面図は一例であり、各実施例の光学フィルタは、1つの撮影光学系のレンズに限定されることなく、様々な光学系に適用することができる。
各実施例によれば、作製が容易であって、透過率の異なる領域に対して高い反射防止性能を有する光学素子、光学系、および、光学機器を提供することができる。
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
001 光学素子
2 第1の反射防止層
3 吸収層
21、22 薄膜
2 第1の反射防止層
3 吸収層
21、22 薄膜
Claims (13)
- 透過率が第1の方向に変化する領域を有する光学素子であって、
前記第1の方向と直交する第2の方向に沿って、吸収層と、複数の薄膜からなる第1の反射防止層とを有し、
前記吸収層の前記第2の方向における厚さは、前記第1の方向に変化し、
前記複数の薄膜のうち少なくとも二つの薄膜の厚さは、前記吸収層の前記厚さの増加方向と反対の方向に増加する範囲を少なくとも一部有することを特徴とする光学素子。 - 前記複数の薄膜の全ての薄膜の厚さは、前記吸収層の前記厚さの増加方向と反対の方向に増加する範囲を少なくとも一部有することを特徴とする請求項1に記載の光学素子。
- 前記第2の方向に沿って、前記吸収層に対して前記第1の反射防止層とは反対側に第2の反射防止層を更に有することを特徴とする請求項1または2に記載の光学素子。
- 基板を更に有し、
前記第2の方向に沿って、前記基板から順に、前記第1の反射防止層、前記吸収層、および、前記第2の反射防止層が設けられており、
前記第1の反射防止層の最大光学膜厚をDc1、前記第2の反射防止層の最大光学膜厚をDc2、前記吸収層の光学膜厚dがλ/8≦d≦3λ/8(λ=550nm)の範囲内の位置xにおける前記第1の反射防止層の総光学膜厚をDx1、前記位置xにおける前記第2の反射防止層の総光学膜厚をDx2とするとき、
0.85≦Dx1/Dc1≦0.998
0.85≦Dx2/Dc2≦0.998
なる条件式を満たすことを特徴とする請求項3に記載の光学素子。 - 前記最大光学膜厚Dc1、Dc2および前記総光学膜厚Dx1、Dx2は、
0.95≦(Dx1/Dc1)/(Dx2/Dc2)≦1.05
なる条件式を満たすことを特徴とする請求項4に記載の光学素子。 - 前記基板は、曲率を有するレンズ形状であることを特徴とする請求項4または5に記載の光学素子。
- 前記第1の方向は、前記基板の光軸中心から周辺に向かう方向であり、
前記吸収層の光学膜厚は、前記第1の方向に沿って増加し、
前記光学素子の光線有効半径をLとするとき、前記基板の光軸中心から0.2Lだけ離れた位置から0.9Lだけ離れた位置までの領域において、前記第1の反射防止層および前記第2の反射防止層の少なくとも一つの光学膜厚は、前記第1の方向に沿って減少することを特徴とする請求項4乃至6のいずれか一項に記載の光学素子。 - 前記吸収層の消衰係数κは、
0.05≦κ≦0.5
なる条件式を満たすことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の光学素子。 - 前記吸収層は、中心部には形成されていないことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載の光学素子。
- 透過率が第1の方向に変化する領域を有する光学素子であって、
前記第1の方向と直交する第2の方向に沿って、順に、第1の反射防止層と、吸収層と、第2の反射防止層とを有し、
前記吸収層の前記第2の方向における厚さは、前記第1の方向に変化し、
前記第1の反射防止層および前記第2の反射防止層のそれぞれの厚さは、前記吸収層の前記厚さの増加方向と反対の方向に増加する範囲を少なくとも一部有することを特徴とする光学素子。 - 複数の光学素子を有し、
前記複数の光学素子は、請求項1乃至10のいずれか一項に記載の光学素子を含むことを特徴とする光学系。 - 複数の光学素子と開口絞りとを有し、
前記開口絞りの前後のそれぞれに、請求項1乃至10のいずれか一項に記載の光学素子を少なくとも一つ含むことを特徴とする光学系。 - 撮像素子と、
請求項1乃至10のいずれか一項に記載の光学素子と、を有することを特徴とする光学機器。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019022449A JP2020129092A (ja) | 2019-02-12 | 2019-02-12 | 光学素子、光学系、および、光学機器 |
US16/778,335 US11435507B2 (en) | 2019-02-12 | 2020-01-31 | Optical element, optical system, and imaging apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019022449A JP2020129092A (ja) | 2019-02-12 | 2019-02-12 | 光学素子、光学系、および、光学機器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020129092A true JP2020129092A (ja) | 2020-08-27 |
Family
ID=72174546
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019022449A Pending JP2020129092A (ja) | 2019-02-12 | 2019-02-12 | 光学素子、光学系、および、光学機器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2020129092A (ja) |
-
2019
- 2019-02-12 JP JP2019022449A patent/JP2020129092A/ja active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5662982B2 (ja) | 反射防止膜および光学素子 | |
JP6808355B2 (ja) | 光学フィルタおよびそれを有する光学系、撮像装置 | |
US10551534B2 (en) | Optical element, optical system, image pickup apparatus, and lens apparatus | |
JP2010078803A (ja) | 光学素子及びそれを有する光学系 | |
US9715044B2 (en) | Antireflection film, and optical element and optical system that include the same | |
KR101058992B1 (ko) | 광학 소자 및 광학 기기 | |
US10996376B2 (en) | Optical element and optical system including the same | |
TWI611199B (zh) | 具有阻擋紅外線功能之光學鏡頭與其光學鏡片 | |
JP2010175941A (ja) | 光学フィルタ及び光学フィルタの製造方法、並びにこれらの光学フィルタを有する撮像装置 | |
US7710670B2 (en) | ND filter | |
CN106932848B (zh) | 隔红外滤光片及采用隔红外滤光片的广角和长焦双摄手机 | |
JP6136661B2 (ja) | 近赤外線カットフィルタ | |
US11513440B2 (en) | Optical element, optical system, and optical apparatus | |
JP2020129092A (ja) | 光学素子、光学系、および、光学機器 | |
JP6957135B2 (ja) | 光学素子、光学系、撮像装置及びレンズ装置 | |
JP6776215B2 (ja) | 光学素子及びそれを有する光学系 | |
JP2004258494A (ja) | Ndフィルタ | |
JP2023172718A (ja) | 光学フィルタ、およびそれを有する光学素子、および光学系、撮像装置 | |
US11435507B2 (en) | Optical element, optical system, and imaging apparatus | |
JP2020134571A (ja) | 光学素子、光学系、撮像装置、およびレンズ装置 | |
WO2017029781A1 (en) | Optical filter and optical system, image pickup apparatus, and lens apparatus which include the same | |
JP6361095B2 (ja) | 反射防止膜、それを用いた光学部材、及び光学機器 | |
US20240118462A1 (en) | Bokeh filter membrane, imaging optical lens assembly, imaging apparatus and electronic device | |
US20180149773A1 (en) | Optical element and optical system including the same | |
JP2021196547A (ja) | 光学系及びそれを有する光学機器 |