(57)【要約】【課題】光学部材の平面と、この平面上に設けた接着層との間の界面において発生する反射光を、簡易な構成にて大幅に抑制し得る、光反射防止光学系および撮像光学系を提供する。【解決手段】ゴースト防止部材５と接着層２３との界面、および接着層２３とハーフプリズム２との界面に、各々多層の反射防止膜２１、２２を介在させるようにしている。ゴースト防止部材５とハーフプリズム２を構成する硝材はBK7であって、そのｄ線に対する屈折率ｎ１は前述したように1.516であり、また接着層２３を構成する接着剤はエポキシ樹脂であって、そのｄ線に対する屈折率ｎ２は前述したように1.56である。反射防止膜２１は、ゴースト防止部材５の平面１３上に、ＳｉＯ２層、Ａｌ２Ｏ３層、およびＳｉＯ２層を順次積層してなる３層構成の多層膜である。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学部材と、その光学部材の平面に設けられた接着層との間に、多層膜からなる光反射防止膜を設けてなることを特徴とする光反射防止光学系。
【請求項２】
前記光学部材を構成する硝材と前記接着層を構成する接着剤との屈折率差が０．１以内の値とされていることを特徴とする請求項１記載の光反射防止光学系。
【請求項３】
撮像素子の物体側において、中心光束が光軸と略平行となる光束域に配置される、該光軸に対して略直交する平面を少なくとも１つ有する光学部材を備え、
前記光学部材の少なくとも１つの該平面に、この光学部材と光学的に同等の特性を有する硝材により形成されるとともに前記撮像素子側の面を曲面とされたゴースト防止部材を接着層により接着された撮像光学系において、
前記ゴースト防止部材と前記接着層との間、および前記光学部材と前記接着層との間の少なくとも一方に、多層膜構成の光反射防止膜を設けてなることを特徴とする撮像光学系。
【請求項４】
前記ゴースト防止部材を構成する硝材と前記接着層を構成する接着剤との屈折率差、および前記光学部材を構成する硝材と前記接着層を構成する接着剤との屈折率差が０．１以内の値とされていることを特徴とする請求項３記載の撮像光学系。
【請求項５】
前記光学部材は、光束分岐用のプリズムであって、入射側平面から入射された光束を、第１および第２の光束に分岐し、該第１の光束を第１の射出側平面から前記撮像素子に向けて射出するとともに、該第２の光束を第２の射出側平面からオートフォーカス調整用のセンサ部に向けて射出するものであり、これら２つの射出側平面の少なくとも一方に接着層を介して前記ゴースト防止部材が接着されており、前記プリズムと該接着層の間および該ゴースト防止部材と該接着層の間の少なくとも一方に、多層膜からなる光反射防止膜を設けてなることを特徴とする請求項３または４記載の撮像光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小な光反射が問題となる光学系に適用される光反射防止光学系および撮像光学系に関し、特に、表面反射率が比較的高い撮像素子を使用するビデオカメラやデジタルカメラのゴースト防止に好適な光反射防止光学系および撮像光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
撮像光学系においては、様々な目的のために光学系内に平行光束部が設けられている。例えば、この平行光束部にアフォーカル光学系を挿入しレンズ系全体の焦点距離を変化させる場合もあるが、分割プリズムを挿入し光束の一部をファインダ系に導いたり、オートフォーカスのための測距光学系に導いたり、別の結像系に利用したりすることも行われている。さらに、フィルタなど画像に特殊な効果を与える光学部材を挿入する場合もある。
【０００３】
このように平行光束部に、フィルタやプリズムなどの光軸に対して略直交する平面を有する光学部材（以下、これを平面部材と称する）を挿入する場合には、撮像素子の表面と平面部材の平面での反射によるゴーストが問題となる。ゴーストは、撮像面において結像された光の一部が、撮像面を第１反射面として撮像光学系に戻され、撮像光学系内で１回ないしそれ以上反射されて再び撮像面に達するために発生するものである。特に、ＣＣＤなどの撮像素子はフィルム等に比べ表面反射率が高いので、素子表面からの反射光が強くなりやすい。
【０００４】
図６は、ゴーストの発生を説明するための模式図である。図６において模式的に表された撮像光学系はレンズＬ１〜Ｌ３を備え、光束を撮像素子の撮像面１０１上の結像位置Ｐに収束させる。また、このレンズＬ２とレンズＬ３の間の平行光束部Ｃに、平面部材としてハーフプリズム１０２が配設され、光束はこのハーフプリズム１０２により第１撮像面側と第２撮像面側に分割される。
【０００５】
ここで、問題となるゴーストは、光束平行部Ｃ中に光軸Ｘに対して略直交する平面が存在する場合、撮像面１０１からの反射光束がこの平面で反射した後、全く同じ経路を通って再び撮像面１０１に到達することにより生じる。例えば、ｌ１方向に進む主光線は、撮像面１０１へ入射した後、一部が反射され、ｌ２、ｌ３方向に進み、光束平行部Ｃに配された光軸Ｘに対して略直交する平面である、ハーフプリズム１０２の第１撮像面側平面１０３や物体側平面１０４でさらにその一部が再反射され、ｌ２、ｌ３方向を逆行して再び撮像面１０１に達する。
【０００６】
ＣＣＤなどの撮像素子を用い、光束平行部Ｃに光軸Ｘに対して略直交する平面が存在する場合、いずれの表面も反射率が高いので、光量の大きな対象を撮影した場合に上記のように発生するゴーストは光量がかなり大きくなってしまい、そのままでは表示画像の画質が大幅に劣化することになりかねない。
【０００７】
従来、ゴースト防止の方法としては、例えば平面部材に反射防止コートを付加する方法が知られている。下記特許文献１には平面フィルタの表面に反射防止コートを施すことにより反射光を減らす手法が記載されている。しかしこの手法では、0.1〜0.2％程度の反射光は残ってしまうため、車のライトや太陽光など光量の大きい対象を撮影する場合には反射光も強くなり、無視できないゴーストとなって画面に現れる。したがって、ビデオカメラやデジタルカメラにおいて要求される性能が高度になると、この程度の残存反射率であっても許容し難いものとなり、抜本的な改善が必要である。
【０００８】
また、ゴースト防止の別の方法として、平面部材の表面を非平面形状にする方法も提案されている。例えば、下記特許文献２には単体の板状フィルタを湾曲形状に形成することが記載されている。しかしこのようなフィルタは加工も難しく、また、新規に作成する必要があるので既存のフィルタを使用する場合に比ベコストがかかるという問題がある。
【０００９】
そこで、本願出願人は、平行光束部に配置される平面部材に対し、この平面部材側の面が平面とされるとともに他方の面が曲面とされ、さらに、この平面部材と光学的に同等の硝材を用いたゴースト防止部材を貼着する手法を既に提案している（下記特許文献３参照）。
【００１０】
この手法によれば、撮像素子の表面で反射されゴースト防止部材の曲面で再反射される光束は、たとえその一部が再び撮像面に到達するとしても対象の像よりかなり広範囲に拡散される。この手法は、既存の平凸レンズをゴースト防止部材として用いればよいので、安価に、かつ容易にゴーストの発生を少なくすることができるので、優れた手法である。
【００１１】
【特許文献１】特開２０００−３６９１７号公報
【特許文献２】特開２０００−２４９８２０号公報
【特許文献３】特開２００３−１１０８９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記特許文献３に記載の手法においては、撮像面で反射され、ゴースト防止部材の曲面で再反射された光が撮像面への戻り光となる虞は少ないが、その一方で、撮像面で反射された光のうち、ゴースト防止部材の曲面を透過した光による撮像面への戻り光が問題となる。
【００１３】
すなわち、ゴースト防止部材とハーフプリズム等の平面部材とを各々構成する硝材の屈折率を整合させたとしても、これら２つの部材の間には接着層が介在するため、これらの硝材の屈折率と接着剤の屈折率とを整合させなければ、ゴースト防止部材と平面部材との間の界面での反射を抑制することは難しい。ところが、実際には、硝材の屈折率と接着剤の屈折率を正確に整合させることは極めて困難である。例えば、ガラス硝材として極めて安価なBK7のｄ線に対する屈折率Ｎｄは1.516であり、接着剤としてこれと屈折率差の小さいエポキシ樹脂を選択したとしても、そのｄ線に対する屈折率Ｎｄは1.56であるから、この両者間で0.04以上の屈折率差が生じることになり、結局、界面において0.02％程度の戻り光が発生する。勿論、ハーフプリズム等の平面部材と接着層の間でも同様の戻り光が生じるから、合わせて0.04％程度の戻り光が発生することになる。
【００１４】
画質向上の要請が高まっている現状においては、0.04％程度の戻り光によるゴーストであっても、改善すべき大きな問題となっている。
【００１５】
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、光学部材の平面と、この平面上に設けた接着層との間の界面において発生する反射光を、簡易な構成にて大幅に抑制し得る、光反射防止光学系および撮像光学系を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の光反射防止光学系は、光学部材と、その光学部材の平面に設けられた接着層との間に、多層膜からなる光反射防止膜を設けてなることを特徴とするものである。
【００１７】
ここで、前記光反射防止光学系は、前記光学部材を構成する硝材と前記接着層を構成する接着剤との屈折率差が０．１以内の値とされた場合に用いることが好適である。
【００１８】
また、本発明の撮像光学系は、撮像素子の物体側において、中心光束が光軸と略平行となる光束域に配置される、該光軸に対して略直交する平面を少なくとも１つ有する光学部材を備え、
前記光学部材の少なくとも１つの該平面に、この光学部材と光学的に同等の特性を有する硝材により形成されるとともに前記撮像素子側の面を曲面とされたゴースト防止部材を接着層により接着された撮像光学系において、
前記ゴースト防止部材と前記接着層との間、および前記光学部材と前記接着層との間の少なくとも一方に、多層膜構成の光反射防止膜を設けてなることを特徴とするものである。
【００１９】
ここで、前記撮像光学系は、前記ゴースト防止部材を構成する硝材と前記接着層を構成する接着剤との屈折率差、および前記光学部材を構成する硝材と前記接着層を構成する接着剤との屈折率差が０．１以内の値とされた場合に用いることが好適である。
【００２０】
さらに、前記撮像光学系において、前記光学部材は、光束分岐用のプリズムであって、入射側平面から入射された光束を、第１および第２の射出光束に分岐し、該第１の射出光束を第１の射出側平面から前記撮像素子に向けて射出するとともに、該第２の射出光束を第２の射出側平面からオートフォーカス調整用のセンサ部に向けて射出するものであり、これら２つの射出側平面の少なくとも一方に、接着層を介して各々前記ゴースト防止部材が接着されており、該プリズムと該接着層の間および該ゴースト防止部材と該接着層の間の少なくとも一方に、多層膜からなる光反射防止膜を設けてなることが好ましい。
【００２１】
また、上記「接着層」とは、光学部材と他部材を接着するために用いる接着剤の層のみならず、例えば、接着剤を含む光吸収膜（例えば特願２００３−３３２３９８号明細書に記載の光吸収膜）等も含むような広義の概念である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の光反射防止光学系および撮像光学系によれば、光学部材の平面と、この平面上に設けた接着層との間の界面に、光反射防止効果を有する多層膜からなる反射防止膜を介在させており、光学部材と接着層との形成部材間に屈折率差が生じていても、光学部材と接着層との界面で従来生じていた光線の反射を抑制することができ、ゴーストの発生を確実に抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、各図面においては、説明の便宜上、各層の厚みが誇張して描かれている。図１に示す実施形態の撮像光学系はカメラ装置（例えばデジタルカメラ）に搭載されるものであり、模式的に表されたレンズＬ１〜Ｌ３により光束を撮像素子の撮像面１上の結像位置Ｐに収束させるものである。このレンズＬ２とレンズＬ３の間の、中心光束が光軸と略平行となる平行光束部Ｃにハーフプリズム２が配設され、光束はこのハーフプリズム２により第１撮像面側と第２撮像面側に分割されて射出される。ここで、このハーフプリズム２は、物体側と第１撮像面側の両面３、４が光軸に対して略直交する平面とされた光学部材（平面部材）である。この平面部材の両平面３、４には各々ゴースト防止部材５、６が接着され、この平面部材と両ゴースト防止部材５、６とで接着体を構成している。このゴースト防止部材５、６は、各々、この平面部材と光学的に同等の硝材を材料とされ、接着面と反対側の面は曲率半径の大きなレンズ面とされている。
【００２４】
ここで、上記「曲率半径の大きなレンズ面」とは、収差が発生することなく、平行光束に影響を与えない程度のパワーを有する面であることを表しているが、このような影響を与えない程度のパワーは、光学系の性能や各面の曲率によって変化するものであって、必ずしも具体的数値として表されるものではない。ゴースト防止部材５、６の接着面と反対側の面は凸面とされているが、これに替えて凹面とすることも可能である。
【００２５】
このような構成による第１のゴースト防止機能について、ゴースト防止部材５を代表として説明する。図１に示される撮像光学系において、撮像面１からの反射光束の光路を検討してみるに、例えば、ｌ１方向に進む主光線は、撮像素子へ入射した後、一部が反射され、ｌ２、ｌ３方向に進み、ゴースト防止部材５のレンズ面でさらにその一部が再反射される。この面はレンズ面（図１においては凸面）であるので、主光線はｌ４、ｌ５方向に進む。すなわち、この主光線はゴースト防止部材５のレンズ面で再反射されるので、撮像面１からレンズ面へと向かう主光線と全く同じ経路を逆行することはない。したがって、たとえこれらの再反射光の一部が再び撮像面１に到達するとしても、生じる光像は画像に影響を与えにくい。
【００２６】
しかしながらその一方、撮像面１で反射され、ゴースト防止部材５のレンズ面を透過した光線は、ゴースト防止部材５のハーフプリズム２側の平面や、ハーフプリズム２の平面３に到達し、その一部がこれらの平面（以下平面３等と称する）において反射する。すなわち、撮像面１で反射され、ｌ２、ｌ３方向に進んで、ゴースト防止部材５のレンズ面を透過した主光線は、これらの平面３等に垂直に入射することから、これらの平面３等で反射された主光線はｌ２、ｌ３方向を逆行するように進み、これらの再反射光の一部が再び撮像面１に到達する。
【００２７】
このように、これらの平面３等から反射された光線は撮像面１に到達してゴーストを生ぜしめることから、このゴーストを防止するためには、平面３等における光線の反射を極力抑えることが必要である。
【００２８】
ここで、平面３等における光線の反射を抑えるためには、ゴースト防止部材５と接着層との屈折率差、および接着層とハーフプリズム２との屈折率差を０とすればよいのであるが、現実には、ゴースト防止部材５やハーフプリズム２を構成する硝材の屈折率と接着層を構成する接着剤の屈折率を整合させることは難しい。すなわち、例えばガラス硝材として極めて安価なBK7のｄ線に対する屈折率Ｎｄは1.516であり、接着剤として屈折率差の小さいエポキシ樹脂を選択したとしても、そのｄ線に対する屈折率Ｎｄは1.56であるから、この両者間で0.04以上の屈折率差が生じる。この結果、ゴースト防止部材５と接着層との界面、および接着層とハーフプリズム２との界面において各々0.02％程度の戻り光が発生し、合わせて0.04％程度の戻り光が発生することになる。前述したように、この戻り光を抑制できなければ、ゴーストの発生を確実に抑えることはできない。
【００２９】
そこで、本実施形態においては、以下に説明するような第２のゴースト防止機能を有することにより上述したゴーストの発生を確実に抑えるようにしている。
【００３０】
すなわち、本実施形態においては、図１の円内に示すように、ゴースト防止部材５と接着層２３との界面、および接着層２３とハーフプリズム２との界面に、各々多層の反射防止膜２１、２２を介在させるようにしている。その形成手法は、ゴースト防止部材５の平面１３上に多層の反射防止膜２１を、またハーフプリズム２の平面３に多層の反射防止膜２２を、各々蒸着法やスパッタリング法等の周知の多層膜形成手法により成膜し、これら反射防止膜２１、２２が形成された２つの平面１３、３を接着層２３を用いて接着するものである。
【００３１】
なお、上記ゴースト防止部材５と接着層２３と反射防止膜２１（またはハーフプリズム２と接着層２３と反射防止膜２２）により本発明の実施形態に係る光反射防止光学系が構成される。
ここで、ゴースト防止部材５とハーフプリズム２を構成する硝材はBK7であって、そのｄ線に対する屈折率ｎ１は前述したように1.516であり、また接着層２３を構成する接着剤はエポキシ樹脂であって、そのｄ線に対する屈折率ｎ２は前述したように1.56である。
【００３２】
図２は、ゴースト防止部材５と接着層２３との界面部分のみを拡大して示すものである。図示するように、反射防止膜２１は、ゴースト防止部材５の平面１３上に、ＳｉＯ２層２１ａ（屈折率ｎ＝1.46、幾何学的厚みをｄとしたとき4nd＝48nm）、Ａｌ２Ｏ３層２１ｂ（屈折率ｎ＝1.60、幾何学的厚みをｄとしたとき4nd＝112nm）、およびＳｉＯ２層２１ｃ（屈折率ｎ＝1.46、幾何学的厚みをｄとしたとき4nd＝72nm）を順次積層してなる３層構成の多層膜である。なお、図２中には、物体から撮像素子に向かう光線３１と、撮像素子により反射された光線３２が模式的に示されている。
【００３３】
この反射防止膜２１は、屈折率の大きいＡｌ２Ｏ３層２１ｂを屈折率の小さいＳｉＯ２層２１ａ、２１ｃにより挟むサンドイッチ構造とされており、各層厚が光の干渉効果によって反射光の発生を抑制し得る値に設定されている。このような反射防止膜２１の光反射防止効果により、ゴースト防止部材５と接着層２３との形成部材間に屈折率差が生じていても、ゴースト防止部材５と接着層２３との界面で、従来生じていた光線の反射を抑制することができ、上記ゴーストの発生を抑えることができる。
【００３４】
同様に、接着層２３とハーフプリズム２との間に反射防止膜２２を介在させることによって、接着層２３とハーフプリズム２との界面でも、従来生じていた光線の反射を抑制することができ、上記ゴーストの発生を確実に抑えることができる。
【００３５】
また、上述したように、本実施形態においては、ハーフプリズム２の物体側の面４も、光軸に対して略直交する平面とされた光学部材（平面部材）とされており、この平面部材の平面４にもゴースト防止部材６が接着され、このゴースト防止部材６と接着層との間、および接着層とハーフプリズム２との間に、上記反射防止膜２１、２２と同様の多層反射防止膜を設けている。したがって、ハーフプリズム２とゴースト防止部材６との間の領域においても上記第１のゴースト防止機能および上記第２のゴースト防止機能を発揮し、ゴーストの発生を確実に抑えることができるようになっている。
【００３６】
図３は、上記第１のゴースト防止機能のみを有する従来技術と、上記第１のゴースト防止機能および上記第２のゴースト防止機能を備えた本実施形態との、ゴースト防止部材５と接着層２３との界面における光線の反射率を示すグラフである。図３に示すように、従来技術のものでは、全可視光波長領域において、略0.02％程度までしか光反射率を抑えられないのに対し、本実施形態のものでは、全可視光波長領域において、0.01％程度以下に光反射率を抑えることができ、特に510nmの波長領域付近では0.000425％程度と極めて小さい光反射率とすることができる。
【００３７】
したがって、本実施形態のものでは、可視光波長領域全域に亘っての使用においても勿論大きな効果を奏することができるが、510nm付近の単一波長の光による撮像の場合には極めて大きな効果を奏することができる。
【００３８】
なお、反射防止膜２１、２２の層構成としては、上記実施形態のものに限られるものではなく、光干渉効果により反射防止機能を奏する種々の層構成のものに変更することは勿論可能であり、このような変更により最小反射率の波長を任意に設定することも可能である。
【００３９】
なお、本発明の光反射防止光学系および撮像光学系としても上記実施形態のものに限られるものではなく、その他の種々の態様の変更が可能である。
【００４０】
例えば、上記実施形態においては、平面部材の両平面３、４において各々ゴースト防止部材５、６が接着され、各平面３、４と、対応するゴースト防止部材５、６との間に、上記第２のゴースト防止機能を発揮しうる多層の反射防止膜２１、２２が設けられているが、その一方のみに多層の反射防止膜２１、２２を設けるようにしてもよいし、これらに加え、図４に示すように、平面部材の第２撮像面側の平面８においてゴースト防止部材９を接着し、平面８とゴースト防止部材９との間に、上記第２のゴースト防止機能を発揮しうる多層の反射防止膜を設けるようにしてもよい。
【００４１】
さらに、接着する両光学部材のいずれかと接着層との間にのみ上記多層の反射防止膜を設けることも可能である。
【００４２】
また、本発明の光反射防止光学系は、上述したような撮像光学系以外の種々の光学系に適用することが可能である。例えば、図５（説明の便宜上、一部の要素を互いに分離して示す）に示すように、透過光学部材４５と反射光学部材４１（基体４２上に反射膜４７を形成してなる）とを接着層２３により接着する場合に、この透過光学部材４５の平面４３上に多層の反射防止膜２１（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）を積層して形成し、この透過光学部材４５と接着層２３との間の界面における不要な反射光５３を抑制することも可能である。これにより、反射光学部材４１から反射された光５２のノイズ成分を低減することが可能となる。さらに、透過光学部材上に接着剤を含む光吸収膜（本発明においては接着層の概念に含まれる）を設けるような場合にも本発明の構成を適用可能である。
【００４３】
なお、例えば、特開昭６２−７８５０１号公報には光学部材上に単層反射防止膜を形成し、その上に接着剤を塗布する技術が開示されているが、この公報記載の技術は最終目標とする反射率や、その目的および作用、効果が本発明のものと全く異なっている。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施形態に係る撮像光学系の構成図
【図２】図１に示す撮像光学系の一部を拡大して示す概念図
【図３】従来技術と本実施形態の両者における、ゴースト防止部材と接着層との界面での光反射率を示すグラフ
【図４】図１に示す実施形態の一部変更態様を示すグラフ
【図５】図１に示す実施形態とは異なる実施形態を示す概略図
【図６】従来技術に係る撮像光学系の構成図
【符号の説明】
【００４５】
Ｌ１〜Ｌ３    レンズ
１、１０１    撮像面
２、１０２    ハーフプリズム（平面部材）
３、４、８、１３、４３、１０３、１０４    平面
５、６、９、１０５、１０６    ゴースト防止部材
２１、２２    反射防止膜
２１ａ、２１ｃ    ＳｉＯ２層
２１ｂ    Ａｌ２Ｏ３層
２３    接着層
４１    反射光学部材
４５    透過光学部材
Ｘ    光軸
Ｃ    平行光束部
Ｐ    結像位置
【図１】
2006284656.tif 000003
【図２】
2006284656.tif 000004
【図３】
2006284656.tif 000005
【図４】
2006284656.tif 000006
【図５】
2006284656.tif 000007
【図６】
2006284656.tif 000008