(57)【要約】【課題】小型な構成によりモアレを効果的に低減させ、かつボケやコントラストの低下を低減可能とする光学素子、その光学素子を製造するための転写型、及びその光学素子を用いることで小型かつ高画質を実現可能とする撮像装置を提供すること。【解決手段】光を屈折させる屈折面と、光を通過させる平坦面と、を備える光学素子１２であって、少なくとも屈折面を備えるプリズム素子２０からなるプリズム群を有し、プリズム素子２０は、プリズム素子２０が配置された基準面Ｓ１に平行な直線ＳＴ１、ＳＴ２上にて複数のピッチを存在させて配列される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を屈折させる屈折面と、光を通過させる平坦面と、を備える光学素子であって、
少なくとも前記屈折面を備えるプリズム素子からなるプリズム群を有し、
前記プリズム素子は、前記プリズム素子が配置された基準面に平行な直線上にて複数のピッチを存在させて配列されることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記直線上に配列された前記プリズム素子のうち少なくとも１つが、前記直線上の他の少なくとも１つのプリズム素子とは異なる向きで配置されることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記プリズム素子は、略同心円状に配列されることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記プリズム素子は、螺旋状に配列されることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子。
【請求項５】
前記プリズム素子は、互いに異なる方向を向けて傾斜させた複数の前記屈折面を備え、
前記屈折面は、いずれも略同じ面積で形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項６】
前記プリズム素子は、ガラス部材を用いて形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項７】
前記プリズム素子は、樹脂部材を用いて形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項８】
ガラス部材を用いて形成された基板を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項９】
赤外線の透過を低減させる赤外線低減部材を備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の光学素子の形状が形成されたことを特徴とする転写型。
【請求項１１】
マトリクス状に配列された複数の受光素子を備える撮像素子と、
光を前記撮像素子へ導く撮像レンズと、
請求項１〜９のいずれか一項に記載の光学素子と、を有し、
前記光学素子は、前記撮像レンズ及び前記撮像素子の間の光路中に設けられることを特徴とする撮像装置。
【請求項１２】
前記光学素子は、光を屈折させる屈折面と、光を通過させる平坦面と、を備え、少なくとも前記屈折面を備えるプリズム素子からなるプリズム群を有し、
前記プリズム素子は、前記光学素子のうち絞りの中心位置に対応する位置を基準として配列されることを特徴とする請求項１１に記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記光学素子は、光を屈折させる屈折面と、光を通過させる平坦面と、を備え、互いに異なる方向を向けて傾斜させた複数の前記屈折面を備えるプリズム素子からなるプリズム群を有し、前記撮像レンズのＦナンバーにより定められる単位面積において、傾斜させる向きごとに略同じ面積の前記屈折面が形成されることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子、転写型及び撮像装置、特に、撮像装置に用いられる光学素子の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像装置を用いる電子機器として、例えば、入射光を撮像素子で電気信号に変換し、被写体の像をデジタルデータとして記憶するデジタルビデオカメラが普及している。デジタルビデオカメラ等に用いられる撮像素子は、画素に対応して規則的に配列された受光素子を備える。撮像素子における画素構造と被写体の模様との重なり合いにより、撮像装置に記録された画像にモアレが発生する場合がある。モアレは、画像を再生する再生機器の周期構造と画像との重なり合によって、画像の再生時に発生する場合もある。モアレは、本来の被写体に無い色彩や模様を出現させることにより画質の低下を引き起こす。モアレ対策としては、従来、ローパスフィルタを用いる技術がある。例えば、ローパスフィルタとして入射光を分割させる水晶板等の複屈折板を用いることで画像の周期性を低減させる。画像の周期性を効果的に低減させるには、入射光の分割数を多くすることが望まれる。複屈折板は、入射光に対して[（光の分割数）×２−１]枚用意する必要がある上、光をシフトさせる距離に対応した複屈折板を作成する必要がある。このため、入射光の分割数を増加するに従い多くの複屈折板が必要となるために撮像装置の小型化が困難となり、かつ高コストにもなる。これに対して、例えば特許文献１には、ローパスフィルタとして回折格子を用いる技術が提案されている。また、例えば特許文献２には、ローパスフィルタとして、光を屈折させる光学素子を用いる技術が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平４−３７２９２５号公報
【特許文献２】特開平４−６７０１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に提案される回折格子の場合、所望の１次回折光の他、不必要な高次回折光である２次回折光や３次回折光等も発生させる。また、特許文献２に提案される構成のように規則的なパターンで光学素子を設ける場合、光学素子を設けるピッチによっては、ローパスフィルタの効果により、所望としない回折光を生じさせることがある。このような不要な回折光を生じさせることは、画像のボケやコントラストの低下の原因となるため問題である。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、小型な構成によりモアレを効果的に低減させ、かつボケやコントラストの低下を低減可能とする光学素子、その光学素子を製造するための転写型、及びその光学素子を用いることで小型かつ高画質を実現可能とする撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、光を屈折させる屈折面と、光を通過させる平坦面と、を備える光学素子であって、少なくとも屈折面を備えるプリズム素子からなるプリズム群を有し、プリズム素子は、プリズム素子が配置された基準面に平行な直線上にて複数のピッチを存在させて配列されることを特徴とする光学素子を提供することができる。
【０００６】
光学素子へ入射した光は、屈折面において所定方向へ折り曲げられる。互いに異なる方向を向けて傾斜させた屈折面を備えるプリズム素子を用いる場合、プリズム素子へ入射した光は、複数の方向へ分割される。複数の方向へ光を分割することで、周期性を持つ光の干渉効果を低減させることが可能となる。光学素子は、プリズム素子の構成に応じて光の分割数、光をシフトさせる距離及び向き、シフトさせる光の強度を容易に設定することができる。かかる構成により、薄型な構成であってもモアレを効果的に低減させることができる。さらに、直線上にて複数のピッチを存在させてプリズム素子を配列させることで、光の干渉効果を低減させる他、不要な回折光の発生を低減させる。かかる構成により、さらにモアレを低減でき、かつボケやコントラストの低下を低減できる。これにより、小型な構成によりモアレを効果的に低減させ、かつボケやコントラストの低下を低減可能な光学素子を得られる。
【０００７】
また、本発明の好ましい態様としては、直線上に配列されたプリズム素子のうち少なくとも１つが、直線上の他の少なくとも１つのプリズム素子とは異なる向きで配置されることが望ましい。プリズム素子の向きを異ならせることで、プリズム素子により光を分割させるパターンをさらに不規則にすることが可能となる。これにより、さらに光の干渉効果を低減させることができる。
【０００８】
また、本発明の好ましい態様としては、プリズム素子は、略同心円状に配列されることが望ましい。かかる構成により、基準面上の直線に対してプリズム素子を不規則に配置できる。これにより、直線上にて複数のピッチを存在させてプリズム素子を配列させることができる。
【０００９】
また、本発明の好ましい態様としては、プリズム素子は、螺旋状に配列されることが望ましい。かかる構成により、基準面上の直線に対してプリズム素子を不規則に配置できる。これにより、直線上にて複数のピッチを存在させてプリズム素子を配列させることができる。
【００１０】
また、本発明の好ましい態様としては、プリズム素子は、互いに異なる方向を向けて傾斜させた複数の屈折面を備え、屈折面は、いずれも略同じ面積で形成されることが望ましい。これにより、略同じ強度で光を分割させることができる。
【００１１】
また、本発明の好ましい態様としては、プリズム素子は、ガラス部材を用いて形成されることが望ましい。これにより、撓みや反りによる変形が少ない良好な光学性能の光学素子を得られる。
【００１２】
また、本発明の好ましい態様としては、プリズム素子は、樹脂部材を用いて形成されることが望ましい。これにより、転写型を用いた型転写等により光学素子を容易に製造できる。
【００１３】
また、本発明の好ましい態様としては、ガラス部材を用いて形成された基板を有することが望ましい。これにより、光学素子の撓みや反りを低減させ、良好な光学性能を得られる。
【００１４】
また、本発明の好ましい態様としては、赤外線の透過を低減させる赤外線低減部材を備えることが望ましい。これにより、例えば撮像の妨げとなる赤外線をカットさせ、可視光による正確な像を得ることができる。また、赤外線をカットするための構成を別途設ける必要を無くすことで、簡易な構成を実現できる。
【００１５】
さらに、本発明によれば、上記の光学素子の形状が形成されたことを特徴とする転写型を提供することができる。かかる転写型を用いた型転写により、上記の光学素子を容易に製造することができる。
【００１６】
さらに、本発明によれば、マトリクス状に配列された複数の受光素子を備える撮像素子と、光を撮像素子へ導く撮像レンズと、上記の光学素子と、を有し、光学素子は、撮像レンズ及び撮像素子の間の光路中に設けられることを特徴とする撮像装置を提供することができる。上記の光学素子を用いることで、小型な構成によりモアレを効果的に低減させ、かつボケやコントラストの低下を低減できる。これにより、小型かつ高画質を実現可能とする撮像装置を得られる。
【００１７】
また、本発明の好ましい態様としては、光学素子は、光を屈折させる屈折面と、光を通過させる平坦面と、を備え、少なくとも屈折面を備えるプリズム素子からなるプリズム群を有し、プリズム素子は、光学素子のうち絞りの中心位置に対応する位置を基準として配列されることが望ましい。これにより、絞りを変化させても高画質を実現可能な構成にできる。
【００１８】
また、本発明の好ましい態様としては、光学素子は、光を屈折させる屈折面と、光を通過させる平坦面と、を備え、互いに異なる方向を向けて傾斜させた複数の屈折面を備えるプリズム素子からなるプリズム群を有し、撮像レンズのＦナンバーにより定められる単位面積において、傾斜させる向きごとに略同じ面積の屈折面が形成されることが望ましい。これにより、被写体上の各物点からの光について均一に分割させることができ、撮像全体について高画質を実現可能な構成にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１は、本発明の実施例１に係る撮像装置１０の概略構成を示す。撮像装置１０は、入射光を撮像素子１３で電子信号に変換し、被写体の像をデジタルデータとして記憶する。撮像レンズ１１は、入射した光を撮像素子１３へ導く。光学素子１２は、撮像レンズ１１及び撮像素子１３の間の光路中に設けられている。撮像レンズ１１からの光は、光学素子１２を透過した後、撮像素子１３へ入射する。撮像素子１３は、入射した光を電子信号に変換する。撮像素子１３は、マトリクス状に配列された複数の受光素子（不図示）を備える。撮像素子１３としては、例えばＣＣＤやＣＭＯＳセンサを用いることができる。制御部１４は、撮像素子１３からのデータの演算及び記録を行う。
【００２１】
図２は、光学素子１２の要部断面構成を示す。光学素子１２は、プリズム群１５及びＩＲ吸収ガラス１６を有する。プリズム群１５は、基準面Ｓ１上に設けられた複数のプリズム素子２０を備える。基準面Ｓ１は、ＩＲ吸収ガラス１６の入射側に設けられた平面である。プリズム素子２０は、ＳｉＯ2を含有するガラス部材を用いて構成されている。ガラス部材を用いたプリズム素子２０により、光学素子１２は、撓みや反りによる変形が少ない良好な光学性能を得ることができる。プリズム素子２０は、屈折面２１と、屈折面２１同士の間に設けられたプリズム平坦面２２と、を有する。屈折面２１は、光を屈折させる。プリズム平坦面２２は、光を通過させる平坦面である。
【００２２】
図３は、プリズム素子２０の上面構成及び側面構成を示す。プリズム素子２０は、四角錐形状のうち頂点を含む部分を底面に平行な平面で切断し取り除いたような台形形状を備える。プリズム平坦面２２は、略正方形形状を有する。４つの屈折面２１は、プリズム平坦面２２の正方形形状の各辺に対応して設けられている。４つの屈折面２１は、互いに異なる方向を向けて傾斜している。図２に戻って、プリズム素子２０は、互いに間隔を設けて配置されている。基準面Ｓ１のうちプリズム素子２０同士の間には、プリズム間平坦面２３が形成されている。プリズム間平坦面２３は、光を通過させる平坦面である。
【００２３】
ＩＲ吸収ガラス１６は、ＳｉＯ2を含有するガラス部材を用いて構成された基板であって、ガラス平板にＩＲカット膜をコーティングして構成されている。ガラス部材を用いたＩＲ吸収ガラス１６により、光学素子１２は、撓みや反りによる変形が少ない良好な光学性能を得ることができる。ＩＲカット膜は、赤外線を吸収することで赤外線の透過を低減させる赤外線低減部材である。ＩＲ吸収ガラス１６を設けることで、撮像の妨げとなる赤外線をカットさせ、可視光による正確な像を得ることができる。
【００２４】
光学素子１２にＩＲ吸収ガラス１６を設ける構成とすることで、赤外線をカットするための構成を別途設ける必要を無くし、簡易な構成を実現できる。ＩＲ吸収ガラス１６は、ＩＲカット膜を設ける構成とする他、ガラス組成に赤外線を吸収する素材を添加することとしても良い。なお、光学素子１２は、プリズム群１５を備える構成であれば良く、他の構成、例えば透明部材からなる基板等を設ける構成としても良い。また、赤外線低減部材を有する構成は、光学素子とは別に設けることとしても良い。
【００２５】
図４は、プリズム素子２０における光の屈折について説明するものである。屈折面２１は、いずれも基準面Ｓ１に対して傾斜角度θで形成されている。ここでは、プリズム素子２０へ入射する平行光の振舞いを説明する。プリズム平坦面２２へ入射する光線は、プリズム平坦面２２に対して垂直に入射する。プリズム平坦面２２に対して垂直に入射する光線は、プリズム平坦面２２では屈折作用を受けること無く、そのまま直進して撮像素子１３の受光素子２５へ入射する。これに対して、屈折面２１へ入射した光線は、以下に示す条件式を満足するような屈折作用を受ける。
ｎ２・ｓｉｎβ＝ｎ１・ｓｉｎα
【００２６】
ｎ１は光学素子１２に入射する直前の媒質（例えば空気）の屈折率、ｎ２はプリズム素子２０を構成する部材の屈折率である。ここでは、プリズム素子２０及びＩＲ吸収ガラス１６は同一の部材で構成するものとし、プリズム素子２０とＩＲ吸収ガラス１６との界面における屈折作用は生じないものとする。角度αは屈折面２１の法線Ｎを基準とする入射角度、角度βは出射角度である。光学素子１２にて光を直進させた場合と光を屈折させた場合の、基準面Ｓ１から距離Ｌだけ離れた撮像素子１３における入射位置のシフト量Ｓは、次式で表される。
Ｓ＝Ｌ・ｔａｎγ
γ＝α―β
【００２７】
このように、屈折面２１の傾斜角度θを制御することで、光を入射させる位置のシフト量Ｓを任意に設定することができる。シフト量Ｓを任意に設定することで、例えば、光を直進させた場合に入射する受光素子２５に隣接する他の受光素子２５へ光を入射させることが可能となる。また、光を入射させる位置をシフトさせる向きは、屈折面２１の向きに依存している。屈折面２１の向きを制御することで、光を入射させる位置をシフトさせる向きを任意に設定することができる。プリズム間平坦面２３へ入射する光線は、プリズム間平坦面２３に対して垂直に入射する。プリズム間平坦面２３に対して垂直に入射した光線は、プリズム平坦面２２に垂直に入射した光線と同様、そのまま直進して撮像素子１３の受光素子２５へ入射する。図４では、プリズム素子２０において互いに対向する屈折面２１で屈折した光線同士が交わる例を示しているが、屈折面２１における屈折の度合いを小さくすることで、屈折した光線同士を交わらせないこととしても良い。シフト量Ｓが小さくても、撮像素子１３における光線強度分布の均一化により所望の効果を得ることが可能であれば良い。図４に示すように大きな角度で光線を屈折させる屈折面２１を持つプリズム素子２０は、機械加工により形状を形成し易いという利点がある。
【００２８】
屈折面２１で屈折させる光の強度は、屈折面２１の面積に依存している。図３に示す４つの屈折面２１は、いずれも略同じ面積で形成されている。これにより、４つの屈折面２１において略同じ強度で光を屈折させることができる。光学素子１２は、４つの屈折面２１において４つの方向へ光をシフトさせるとともに、プリズム平坦面２２及びプリズム間平坦面２３において光を直進させることで、複数の方向へ光を分割させる。複数の方向へ光を分割することで、周期性を持つ光の干渉効果を低減させることが可能となる。このように、プリズム素子２０の構成に応じて光の分割数、光をシフトさせる距離及び向き、シフトさせる光の強度を容易に設定することができる。よって、複屈折板を用いる場合と比較して薄型な構成とし、かつモアレを効果的に低減させることができる。
【００２９】
図５は、プリズム素子２０の配置について説明するものである。プリズム素子２０は、基準面Ｓ１上において、光学素子１２の中心位置を中心とする渦巻状の曲線ＳＰ上に配列されている。このように、プリズム素子２０は、螺旋状に配列されている。ここでは、光学素子１２の中心位置のプリズム素子２０以外のプリズム素子２０についての図示を省略している。光学素子１２の中心位置は、絞り（不図示）の中心位置に対応する位置である。プリズム素子２０は、絞りの中心位置に対応する位置を基準として配列されている。
【００３０】
図６は、曲線ＳＰ上におけるプリズム素子２０のピッチについて説明するものである。曲線ＳＰ上において隣接する３つのプリズム素子２０ａ、２０ｂ、２０ｃに着目すると、プリズム素子２０ａ、２０ｂ、２０ｃのピッチＰ１、Ｐ２は略同じである。このように、各プリズム素子２０は、曲線ＳＰ上においていずれも略同じピッチで配置されている。
【００３１】
図５に戻って、光学素子１２の中心位置を通過する直線ＳＴ１に着目すると、直線ＳＴ１と曲線ＳＰとが交差する位置は略同じピッチで存在する。曲線ＳＰ上において略同じピッチで各プリズム素子２０を配列する場合、プリズム素子２０は、直線ＳＴ１と曲線ＳＰとが交差する位置に配置されるものと、かかる交差位置からずれた位置に配置されるものとが混在することになる。そのためプリズム素子２０は、直線ＳＴ１上にて不規則に配置される。光学素子１２の中心位置以外の位置を通過する直線ＳＴ２については、直線と曲線ＳＰとが交差する位置自体が複数のピッチで存在する。プリズム素子２０は、直線ＳＴ２と曲線ＳＰとが交差する位置に配置されるものと、かかる交差位置からずれた位置に配置されるものとが混在する。直線ＳＴ２に対しても、プリズム素子２０は不規則に配置される。このように、プリズム素子２０は、基準面Ｓ１上の直線、言い換えると基準面Ｓ１に平行な直線上にて、複数のピッチを存在させて配列されている。基準面Ｓ１に平行な直線上にて複数のピッチを存在させて配列されているとは、基準面Ｓ１に平行な所定の直線上にて一定のピッチでプリズム素子２０が配列された状態以外の状態をいうものとする。
【００３２】
直線上にて複数のピッチを存在させてプリズム素子２０を配列させることで、光の干渉効果を低減させる他、不要な回折光の発生を低減させる。かかる構成により、さらにモアレを低減でき、かつボケやコントラストの低下を低減できる。これにより、小型な構成によりモアレを効果的に低減させ、かつボケやコントラストの低下を低減できるという効果を奏する。また、かかる光学素子１２を用いることで、撮像装置１０は、小型な構成により高画質を実現できる。
【００３３】
光学素子１２のうち絞りの中心位置に対応する位置を基準としてプリズム素子２０を配列させる構成とすることで、絞りを変化させても光学素子１２により得られる光学特性を略一定にできる。よって、絞りを変化させても高画質を実現可能な構成にできる。また、曲線ＳＰ上において略同じピッチで各プリズム素子２０を配列することで、基準面Ｓ１に平行な直線上にて複数のピッチが存在するようにプリズム素子２０を配列させる構成を容易な設計により実現することができる。なお、プリズム素子２０は、基準面Ｓ１に平行な直線上において複数のピッチを存在させて配列されていれば良く、曲線ＳＰ上において不規則にプリズム素子２０を配列することとしても良い。また、曲線ＳＰの間隔は略一定であっても良く、不規則であっても良い。
【００３４】
図１に戻って、ＦナンバーがＦである撮像レンズ１１を用いる場合に、撮像レンズ１１で取り込み可能な光の角度φは、次式で表すことができる。
φ＝ａｓｉｎ｛１／（２Ｆ）｝
【００３５】
被写体上のある物点から角度φで広がる光は、光学素子１２上の円形領域を通過した後、角度φで撮像素子１３上のある像点に入射する。かかる光学素子１２上の円形領域の面積を、単位面積とする。光学素子１２は、少なくとも単位面積において複数のピッチを存在させてプリズム素子２０を配列させる構成であれば良い。角度φで広がる光が入射する光学素子１２上の円形領域の直径ｄは、次式で表すことができる。
ｄ＝２Ｌ・ｔａｎφ
【００３６】
図７は、Ｆナンバーと単位面積との関係について説明するものである。例えばＦナンバーが１．２である場合、ある物点からの光は光学素子１２上の第１円形領域ＡＲ１を通過する。Ｆナンバーが８である場合、ある物点からの光は第１円形領域ＡＲ１より小さい第２円形領域ＡＲ２を通過する。Ｆナンバーが１６である場合、ある物点からの光は第２円形領域ＡＲ２より小さい第３円形領域ＡＲ３を通過する。このように、単位面積は、撮像レンズ１１のＦナンバーに対応して定められる。光学素子１２は、Ｆナンバーにより定められる単位面積において、傾斜させる向きごとに略同じ面積の屈折面２１が形成されている。また、平坦面であるプリズム平坦面２２、プリズム間平坦面２３（図２参照）の面積の総和、屈折面２１の面積の総和は、何れの単位面積においても略同一の値である。これにより、被写体上の各物点からの光を均一に分割させることができ、撮像全体について高画質を実現可能な構成にできる。
【００３７】
図８は、本実施例の変形例に係る光学素子３０の平面構成を示す。本変形例の光学素子３０は、基準面Ｓ１上において略同心円状に配列されたプリズム素子３１を有する。プリズム素子３１は、基準面上Ｓ１において、光学素子３０の中心位置を中心とする同心円Ｒ上に配列されている。各プリズム素子３１は、各同心円Ｒにおいていずれも略同じピッチで配置されている。本変形例においても、プリズム素子３１は、基準面Ｓ１に平行な直線上にて複数のピッチを存在させて配列されている。なお、各同心円Ｒの間隔は略一定であっても良く、不規則であっても良い。
【００３８】
図９は、プリズム素子３１の上面構成及び側面構成を示す。プリズム素子３１は、４つの屈折面３２を持つ四角錐形状を備える。４つの屈折面３２は、互いに異なる方向を向けて傾斜している。光学素子３０は、プリズム素子３１中には平坦面を持たず、互いに間隔を設けて配置されたプリズム素子３１の間にプリズム間平坦面が形成されている。
【００３９】
図８に戻って、プリズム素子３１は、四角形形状をなす四辺を光学素子３０の矩形形状の四辺に略平行として配置するものと、光学素子３０の矩形形状の四辺に対して略４５度傾かせて配置するものがある。光学素子３０は、互いに異なる向きのプリズム素子３１を同心円Ｒ上において交互に配置している。基準面Ｓ１に平行な直線、例えば光学素子３０の中心位置を通過する直線ＳＴ１上において、プリズム素子３１の少なくとも１つは、直線上の他の少なくとも１つのプリズム素子３１とは異なる向きで配置されることとなる。
【００４０】
プリズム素子３１の向きを異ならせることで、プリズム素子３１により光を分割させるパターンをさらに不規則にすることが可能となる。これにより、さらに光の干渉効果を低減させることができる。光学素子３０は、互いに異なる向きのプリズム素子３１を同心円Ｒ上において交互に配置する構成に限られない。基準面Ｓ１に平行な直線上において他とは異なる向きのプリズム素子３１を少なくとも１つ配置可能であれば良く、例えば互いに異なる向きのプリズム素子３１を同心円Ｒ上においてランダムに配置することとしても良い。
【００４１】
例えば、第１円形領域ＡＲ４と、第１円形領域ＡＲ４の内側に位置する第２円形領域ＡＲ５とは、いずれも光学素子３０の中心位置を中心とする円形形状を有する。ここで、第１円形領域ＡＲ４と第２円形領域ＡＲ５とでは、傾斜させる向きごとに略同じ割合の屈折面３２が形成されている。このように、光学素子３０は、同心円である円形領域中において、傾斜させる向きごとに略同じ割合の屈折面３２が形成されている。また、平坦面であるプリズム間平坦面の面積の総和、屈折面３２の面積の総和は、何れの円形領域においても略同じ割合で設けられている。かかる構成により、絞りを変化させても光学素子３０により得られる光学特性を略一定にできる。よって、絞りを変化させても高画質を実現可能な構成にできる。
【００４２】
図１０〜図１３は、プリズム素子の変形例を示す。図１０に示すプリズム素子３５は、８つの屈折面３６を持つ八角錐形状を備える。８つの屈折面３６は、互いに異なる方向を向けて傾斜している。プリズム素子３５は、８つの方向へ光をシフトさせる。図１１に示すプリズム素子３７は、八角錐形状のうち頂点を含む部分を底面に平行な平面で切断し取り除いたような台形形状を備える。プリズム平坦面３８は、八角形形状を有する平坦面である。８つの屈折面３９は、プリズム平坦面３８の八角形形状の各辺に対応して設けられている。プリズム素子３７は、プリズム平坦面３８において光を直進させるとともに、８つの屈折面３９により８つの方向へ光をシフトさせる。
【００４３】
図１２に示すプリズム素子４０は、三角錐形状のうち頂点を含む部分を底面に平行な平面で切断し取り除いたような台形形状を備える。プリズム平坦面４１は、三角形形状を有する平坦面である。３つの屈折面４２は、プリズム平坦面４１の三角形形状の各辺に対応して設けられている。プリズム素子４０は、プリズム平坦面４１において光を直進させるとともに、３つの屈折面４２により３つの方向へ光をシフトさせる。
【００４４】
図１３に示すプリズム素子４３は、円錐形状のうち頂点を含む部分を底面に平行な平面で切断し取り除いたような台形形状を備える。プリズム平坦面４４は、円形形状を有する平坦面である。屈折面４５は、プリズム平坦面４４の円周に沿って設けられている。プリズム素子４３は、プリズム平坦面４４において光を直進させるとともに、屈折面４５によりプリズム平坦面４４の中心から離れる方向へ光を拡散させる。
【００４５】
屈折面のみから構成されるプリズム素子（例えば、図９に示すプリズム素子３１、図１０に示すプリズム素子３５）を用いる場合、プリズム素子同士の間にプリズム間平坦面を形成できる。屈折面及びプリズム平坦面を備えるプリズム素子を用いる場合、上記の光学素子１２（図２参照）のようにプリズム間平坦面を設ける他、プリズム間平坦面を省略することとしても良い。プリズム素子は、少なくとも屈折面を有するものであれば良く、本実施例で説明する形状以外の他の形状としても良い。プリズム素子は、面の数、向き、面積、及び屈折面の傾斜角度をパラメータとして様々なバリエーションを採ることができる。また、プリズム素子は、本実施例のように凸形状とする他、凹形状としても同様の効果が得られる。
【実施例２】
【００４６】
図１４は、本発明の実施例２に係る光学素子５０の概略斜視構成を示す。本実施例の光学素子５０は、上記実施例１の撮像装置１０に適用することができる。光学素子５０は、第１プリズム群５１、及び第２プリズム群５２を有する。第１プリズム群５１は、ＩＲ吸収ガラス１６の１つの面上に設けられている。第２プリズム群５２は、ＩＲ吸収ガラス１６のうち第１プリズム群５１が設けられた側とは反対側に設けられている。
【００４７】
図１５は、第１プリズム群５１及び第２プリズム群５２の構成を説明するものである。第１プリズム群５１のプリズム素子５３は、ガラス等からなる平行平板のうちＩＲ吸収ガラス１６側とは反対側の面上に設けられている。各プリズム素子５３は、略平行に形成されている。プリズム素子５３は、２つの屈折面５４と平坦面５５とを有する。プリズム素子５３は、断面構成においてＶ字をなす溝を平板上に形成することで構成されている。屈折面５４は、溝の側面を構成する。平坦面５５は、平板のうち溝が形成された部分以外の部分で構成される。平坦面５５は、いずれも略同じ高さに設けられる。
【００４８】
互いに隣接するプリズム素子５３を形成する幅ｄ１、ｄ２、ｄ４、ｄ５の屈折面５４、幅ｄ３、ｄ６の平坦面５５において、互いに溝を構成する屈折面５４は同じ幅で形成されている（ｄ１＝ｄ２、ｄ４＝ｄ５）。隣接する溝同士において屈折面５４は異なる幅で形成されている（ｄ２≠ｄ４）。隣接するプリズム素子５３の平坦面５５は、異なる幅で形成されている（ｄ３≠ｄ６）。このような形状は、溝の深さとピッチとをランダムにすることで得られる。このようにして、第１プリズム群５１のプリズム素子５３は、プリズム素子５３を並列させる方向について複数のピッチを存在させて配列されている。プリズム素子５３を並列させる方向とは、プリズム素子５３が配置された基準面に平行な直線の方向である。基準面とは、平坦面５５に略平行な面である。第１プリズム群５１は、いずれのプリズム素子５３についても屈折面５４及び平坦面５５のなす角度が略均一となるように形成されている。
【００４９】
第２プリズム群５２のプリズム素子５６は、ガラス等からなる平行平板のうちＩＲ吸収ガラス１６側とは反対側の面上に設けられている。各プリズム素子５６は、略平行に形成されている。プリズム素子５６は、２つの屈折面５７と平坦面５８とを有する。第２プリズム群５２のプリズム素子５６は、第１プリズム群５１のプリズム素子５３に対して略直交させて配列されている。第２プリズム群５２のプリズム素子５６は、配列させる向きが異なる点以外においては、第１プリズム群５１のプリズム素子５３と同様に構成されている。第２プリズム群５２のプリズム素子５６も、プリズム素子５６を並列させる方向について複数のピッチを存在させて配列されている。
【００５０】
第１プリズム群５１のプリズム素子５３は、平坦面５５において光を直進させるとともに、２つの屈折面５４により２つの方向へ光をシフトさせる。第２プリズム群５２のプリズム素子５６も、平坦面５８において光を直進させるとともに、２つの屈折面５７により２つの方向へ光をシフトさせる。第１プリズム群５１のプリズム素子５３で３つに分割された光が第２プリズム群５２のプリズム素子５６にてさらに３つに分割されることで、光学素子５０は、９つに光を分割させる。
【００５１】
本実施例においても、直線上にて複数のピッチを存在させてプリズム素子５３、５６を配列させることで、光の干渉効果を低減させる他、不要な回折光の発生を低減させることができる。本実施例においても、小型な構成によりモアレを効果的に低減させ、かつボケやコントラストの低下を低減できる。光学素子５０は、第１プリズム群５１のプリズム素子５３と第２プリズム群５２のプリズム素子５６とを略直交させる構成に限られず、互いに直角以外の角度をなす構成としても良い。
【００５２】
光学素子５０は、少なくとも単位面積の幅において複数のピッチを存在させてプリズム素子５３、５６を配列させる構成であれば良い。プリズム素子５３、５６は、単位面積の幅においてピッチ及び幅がランダムであることが望ましい。なお、第１プリズム群５１、第２プリズム群５２は、単位面積の幅においてピッチ及び幅をランダムにさせたブロックを繰り返し配列させても良い。同一の構造を有するブロックを繰り返し配列させることで、光学素子５０を容易に製造可能とすることができる。
【００５３】
光学素子５０は、第１プリズム群５１と第２プリズム群５２とを直接貼り合わせる構成としても良い。また、光学素子５０は、平板のうち第１プリズム群５１が形成された側と第２プリズム群５２が形成された側とを向かい合わせる構成や、平板のうち平面側と第１プリズム群５１又は第２プリズム群５２を向かい合わせる構成としても良い。光学素子５０は、平板の一方の面に第１プリズム群５１、平板のうち第１プリズム群５１が形成される側とは反対側の面に第２プリズム群５２を形成することとしても良い。
【００５４】
プリズム素子５３、５６は、少なくとも屈折面を有するものであれば良く、本実施例で説明する形状以外の他の形状としても良い。例えば、平坦面の高さを不規則に変化させることとしても良い。また、Ｖ字の溝に代えて台形形状の溝を形成することで、本実施例のプリズム素子５３、５６の形状を反転させた形状を形成しても良い。
【００５５】
以下、実施例１及び実施例２の光学素子の製造方法について説明する。光学素子のプリズム素子は、例えば図１６に示すように、カッター６０を用いて基板６１を切削することにより形成できる。Ｖ字型のカッター６０を用いることで、Ｖ字形状の溝を持つ光学素子を製造できる。カッター６０の形状に応じて、所望の形状のプリズム素子を形成することができる。また、カッター６０の先端を中心としてカッター６０を左右に揺動させることで所望の幅の溝を形成することとしても良い。
【００５６】
図１７は、グレイスケールリソグラフィを用いた光学素子の製造手順を説明するものである。グレイスケールリソグラフィでは、所定の領域において光の透過率を段階的に異ならせたグレイスケールマスク７０を用いる。工程ａでは、基板７１上に塗布されたレジスト層７２に対して、グレイスケールマスク７０を介した露光を行う。次に、リソグラフィ工程である工程ｂにおいて、グレイスケールマスク７０の透過率に対応したプリズム形状がレジスト層７２に転写される。
【００５７】
そして、エッチング工程である工程ｃにおいて、レジスト層７２に形成されたプリズム形状を基板７１へ転写する。エッチングには、例えば、ＲＩＥ法等によるドライエッチングを用いることができる。これにより、基板７１上にプリズム素子７３を形成できる。また、ドライエッチング工程の後にウエットエッチング工程を行うこととしても良い。これにより加工表面の凹凸形状を平滑化させることで、不要な散乱光を低減可能な構成を得られる。
【００５８】
図１８は、型転写を用いた光学素子の製造手順を説明するものである。工程ｄは、プリズム形状が転写されたレジスト層７２にＮｉ鍍金を施すことにより、金型８０を製造する。金型８０は、光学素子の形状が形成された転写型である。レジスト層７２のように絶縁性部材に形成されたプリズム形状を母型とする場合、まずプリズム形状部分に、導電性皮膜を形成する。導電性皮膜は、例えばＳｉ、Ｎｉ、Ａｌなどの真空蒸着、銀鏡反応、無電解Ｎｉ鍍金により形成できる。導電性部材を成膜することで導電性を付与した後、プリズム形状部分に、Ｎｉ等による電界鍍金を施す。
【００５９】
次に、工程ｅに示す型転写工程において、基板８１上に形成された樹脂層８２に金型８０をプレスする。これにより、工程ｆに示すように、樹脂層８２上にプリズム素子８３を形成できる。金型８０を用いることにより、簡便に大量のレプリカを製造できる。よって、光学素子を容易に製造することができる。なお、金型８０は、レジスト層７２に形成した形状に基づいて形成する場合に限られない。例えば、上記のカッターによる切削を用いて形成された形状に基づいて行うこととしても良い。
【００６０】
本発明の撮像装置は、撮影機能を有する電子機器、例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、テレビ電話、パーソナルコンピュータ、携帯型情報機器である携帯電話機、ＰＤＡ等に幅広く利用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
以上のように、本発明に係る光学素子は、撮像装置に用いる場合に適している。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施例１に係る撮像装置の概略構成を示す図。
【図２】光学素子の要部断面構成を示す図。
【図３】プリズム素子の上面構成及び側面構成を示す図。
【図４】プリズム素子における光の屈折について説明する図。
【図５】プリズム素子の配置について説明する図。
【図６】曲線上におけるプリズム素子のピッチについて説明する図。
【図７】Ｆナンバーと単位面積との関係について説明する図。
【図８】実施例１の変形例に係る光学素子の平面構成を示す図。
【図９】プリズム素子の上面構成及び側面構成を示す図。
【図１０】プリズム素子の変形例を示す図。
【図１１】プリズム素子の変形例を示す図。
【図１２】プリズム素子の変形例を示す図。
【図１３】プリズム素子の変形例を示す図。
【図１４】本発明の実施例２に係る光学素子の概略斜視構成を示す図。
【図１５】第１プリズム群及び第２プリズム群の構成を説明する図。
【図１６】カッターを用いる光学素子の製造方法について説明する図。
【図１７】グレイスケールリソグラフィを用いた光学素子の製造手順を説明する図。
【図１８】型転写を用いた光学素子の製造手順を説明する図。
【符号の説明】
【００６３】
１０  撮像装置、１１  撮像レンズ、１２  光学素子、１３  撮像素子、１４  制御部、１５  プリズム群、１６  ＩＲ吸収ガラス、２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ  プリズム素子、２１  屈折面、２２  プリズム平坦面、２３  プリズム間平坦面、Ｓ１  基準面、２５  受光素子、Ｎ  法線、ＳＴ１、ＳＴ２  直線、ＳＰ  曲線、ＡＲ１  第１円形領域、ＡＲ２  第２円形領域、ＡＲ３  第３円形領域、３０  光学素子、３１  プリズム素子、３２  屈折面、ＡＲ４  第１円形領域、ＡＲ５  第２円形領域、Ｒ  同心円、３５  プリズム素子、３６  屈折面、３７  プリズム素子、３８  プリズム平坦面、３９  屈折面、４０  プリズム素子、４１  プリズム平坦面、４２  屈折面、４３  プリズム素子、４４  プリズム平坦面、４５  屈折面、５０  光学素子、５１  第１プリズム群、５２  第２プリズム群、５３  プリズム素子、５４  屈折面、５５  平坦面、５６  プリズム素子、５７  屈折面、５８  平坦面、６０  カッター、６１  基板、７０  グレイスケールマスク、７１  基板、７２  レジスト層、７３  プリズム素子、８０  金型、８１  基板、８２  樹脂層、８３  プリズム素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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