(57)【要約】【課題】  人間の目の感度特性に近い透過率特性を有する光学素子及び光学機器を提供すること。【解決手段】  光学素子１は、一つの基板２と、該基板２の一方の面２ａ上に成膜され、分光透過率特性が、４００ｎｍから５５５ｎｍの波長にかけて１％以下から９０％以上までなだらかに漸増するとともに、５５５ｎｍから７００ｎｍの波長を透過する第一光学薄膜３と、基板２の他方の面２ｂ上に成膜され、４００ｎｍから５５５ｎｍの波長を透過するとともに、分光透過率特性が、５５５ｎｍから７００ｎｍの波長にかけて９０％以上から１％以下までなだらかに漸減する第二光学薄膜５とを備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの基板と、該基板の面上に成膜された光学薄膜とを備えた光学素子において、
分光透過率特性が、略４００ｎｍから略５５５ｎｍの波長にかけて略１％以下から略９０％以上までなだらかに漸増するとともに、略５５５ｎｍから略７００ｎｍの波長にかけて略９０％以上から略１％以下までなだらかに漸減するように、前記光学薄膜が成膜されていることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
略７００ｎｍから略１１００ｎｍの波長域の近赤外線を反射す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】
前記基板の少なくとも一つが水晶複屈折板であ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】
前記光学薄膜が、前記基板の複数の面上に成膜されていることを特徴とする請求項１から３の何れか一つに記載の光学素子。
【請求項５】
前記基板が一つであることを特徴とする請求項１から４の何れか一つに記載の光学素子。
【請求項６】
前記基板の少なくとも一つの面上に、略４００ｎｍから略７００ｎｍの波長での反射を防止する反射防止膜が成膜されていることを特徴とする請求項１から５の何れか一つに記載の光学素子。
【請求項７】
請求項１から６の何れか一つに記載の光学素子を備えていることを特徴とする光学機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子及びこれを備えた光学機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラ、顕微鏡、内視鏡等に内蔵されたＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の固体撮像素子は、光（映像）を電気信号に変換するシリコン半導体デバイスである。このＣＣＤは、可視光だけでなく近赤外線（ＩＲ）や紫外線（ＵＶ）にも感度をもっているため、近赤外線や紫外線も映像として取り込んでしまう。一方、人間の目の感度は、４００ｎｍから５５５ｎｍまでの波長域においてなだらかに漸増し、５５５ｎｍ付近の感度が一番高く、５５５ｎｍから７００ｎｍまでの波長域においてなだらかに減衰する。
【０００３】
従って、ＣＣＤを用いたデジタルカメラ等の光学機器では、人間が目で見た状態に画像データを近づけるために、レンズ群から取り込んだ光（映像）のうち、可視光だけの光（映像）を電気信号に変換するように、ＣＣＤとレンズ群との間に近赤外線（ＩＲ）カットフィルタが配されている。従って、このＩＲカットフィルタの分光透過率特性は、デジタルカメラ等のＣＣＤを介して得られた映像の色再現性を決める際に特に重要な要素を有している。
【０００４】
このようなＩＲカットフィルタには、そのＩＲカット特性が、厚さと成分との調整により分光透過率特性が変化するガラスタイプと、層数と光学膜厚との調整により分光透過率特性が変化するコーティングタイプとがある。
【０００５】
ＩＲカットフィルタのガラスタイプは、ガラス中の金属イオンを利用して近赤外線を吸収し、可視光を透過させている。この結果、可視光領域から近赤外線領域にかけての光をなだらかに吸収して減衰させ、人間の目の感度特性に近い波長領域を透過する。
【０００６】
ただし、コーティングタイプのＩＲカットフィルタと同等の分光透過率特性を得るためには、ガラスタイプのＩＲカットフィルタの厚みが約１ｍｍ必要なため、スペース的に制約があるデジタルカメラ等の光学機器が厚くなる。一方、複屈折基板と貼りあわせることにより光学ローパスフィルタとしての機能を併せ持たせることによって、デジタルカメラ等の光学機器の構成の簡素化を図ることができる。しかし、光学ローパスフィルタ機能を含ませるために、水晶複屈折板とＩＲカットフィルタとの貼りあわせ工程が必要とされ、光学素子のコストが高くなる。
【０００７】
これに対し、ＩＲカットフィルタのコーティングタイプは、一般的に周知の真空蒸着法やスパッタリング法などにより、水晶やニオブ酸リチウム等の複屈折性をもつ基板材を基板とした光学ローパスフィルタ上へＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５等の高屈折率材料と、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２等の低屈折率材料とを交互に成膜することによって、光学薄膜における光の干渉を利用して近赤外線を反射し、可視光を透過させている。そのため、薄さを要するデジタルカメラ等に使用されている。
しかし、可視光領域から近赤外線領域にかけての光を急峻に反射して減衰させるため、人間の目の感度特性と一致しない。
【０００８】
そこで、コーティングタイプのものでも可視光領域から近赤外線領域にかけてなだらかに反射して減衰させるものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。このＩＲカットフィルタは、ガラスタイプとコーティングタイプとの両方の利点を併せ持つコーティングタイプのもので、５５５ｎｍから７００ｎｍまでの波長域において透過率がなだらかに減衰させることができる。
【特許文献１】特開２０００−３１４８０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１に記載のＩＲカットフィルタのような光学素子は、４００ｎｍから５５５ｎｍまでの分光透過率特性が未だ人間の目の感度特性とは異なっている。そのため、光学素子へ入射した光をＣＣＤ等によって電気信号に変換した後、人間の目の感度特性に合わせるような画像処理が必要となる。従って、画像処理が複雑となり、画像処理に関する部分のコストが高くなるとともに、画像処理に時間がかかる。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、人間の目の感度特性に近い透過率特性を有する光学素子及び光学機器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】
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係る光学素子は、少なくとも一つの基板と、該基板の面上に成膜された光学薄膜とを備えた光学素子において、分光透過率特性が、略４００ｎｍから略５５５ｎｍの波長にかけて略１％以下から略９０％以上までなだらかに漸増するとともに、略５５５ｎｍから略７００ｎｍの波長にかけて略９０％以上から略１％以下までなだらかに漸減するように、前記光学薄膜が成膜されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明は、吸収ガラスを使用する場合よりも光学素子全体の厚さを薄くすることができる。また、分光透過率特性が人間の目の感度特性に近いので、光学素子へ入射した光を電気信号に変換した後、人間の目の感度特性に合わせるような画像処理を簡略化することができる。
【００１３】
また、本発明に係る光学素子は、前記光学素子であって、略７００ｎｍから略１１００ｎｍの波長域の近赤外線を反射することを特徴とする。
本発明は、例えば、ＣＣＤで受光する前にこの光学素子に入射させることにより、人間の目の感度がほとんどない波長領域を反射させることができる。従って、近赤外線領域にも感度を有するＣＣＤに近赤外線領域の光をほとんど受光させないようにすることができ、画像処理を簡略化して色再現性を向上することができる。
【００１４】
また、本発明に係る光学素子は、前記光学素子であって、前記基板の少なくとも一つが水晶複屈折板であることを特徴とする。
本発明は、水晶複屈折板による光学ローパスフィルタと一体化して、特定空間周波数を除去することができ、例えば、画像処理系に使用することによって、画質に影響を与えるモアレ発生を抑えることができる。従って、ＣＣＤにより取得した画像の処理を簡略化することができる。
【００１５】
また、本発明に係る光学素子は、前記光学素子であって、前記光学薄膜が、前記基板の複数の面上に成膜されていることを特徴とする。
本発明は、複数の基板と複数の光学薄膜との組み合わせによって、分光透過率特性が、略４００ｎｍから略５５５ｎｍの波長にかけて略１％以下から略９０％以上までなだらかに漸増する光学薄膜を何れかの基板の何れかの面に配し、分光透過率特性が、略５５５ｎｍから略７００ｎｍの波長にかけて略９０％以上から略１％以下までなだらかに漸減する光学薄膜を別の面に配することにより、人間の目の感度に近く、かつ、近赤外線領域で反射する透過率特性を得ることができる。
【００１６】
また、本発明に係る光学素子は、前記光学素子であって、前記基板が一つであることを特徴とする。
本発明は、一つの基板上に、分光透過率特性が、略４００ｎｍから略５５５ｎｍの波長にかけて略１％以下から略９０％以上までなだらかに漸増する光学薄膜と、分光透過率特性が、略５５５ｎｍから略７００ｎｍの波長にかけて略９０％以上から略１％以下までなだらかに漸減する光学薄膜とを配することにより、光学素子全体の厚さをより薄くすることができる。
【００１７】
また、本発明に係る光学素子は、前記光学素子であって、前記基板の少なくとも一つの面上に、略４００ｎｍから略７００ｎｍの波長での反射を防止する反射防止膜が成膜されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明は、略４００ｎｍから略７００ｎｍの波長の光をより好適に透過させて、人間の目の感度特性により近づけることができる。
【００１９】
本発明に係る光学機器は、本発明に係る光学素子を備えていることを特徴とする。
本発明は、ＣＣＤ等で受光した画像を電気信号に変換し、この電気信号の分光特性を人間の目の感度特性に変換する画像処理を簡略化、かつ、高度化することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、人間の目の感度特性に近い分光透過率特性を得ることができ、画像データの処理を簡略化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明に係る第１の実施形態について、図１から図５を参照して説明する。
本実施形態に係る光学素子１は、図１及び図２に示すように、一つの基板２と、該基板２の一方の面２ａ上に成膜され、分光透過率特性が、４００ｎｍから５５５ｎｍの波長にかけて１％以下から９０％以上までなだらかに漸増するとともに、５５５ｎｍから７００ｎｍの波長を透過する第一光学薄膜３と、基板２の他方の面２ｂ上に成膜され、４００ｎｍから５５５ｎｍの波長を透過するとともに、分光透過率特性が、５５５ｎｍから７００ｎｍの波長にかけて９０％以上から１％以下までなだらかに漸減する第二光学薄膜５とを備えている。
【００２２】
第一光学薄膜３は、一層目にＳｉＯ２、二層目にＴｉＯ２、三層目以降はＳｉＯ２とＴｉＯ２とが交互に１５層積層されている。この第一光学薄膜３の各層の光学膜厚をそれぞれ表１に示す。一方、第二光学薄膜５も、第一光学薄膜３と同様の材料の組み合わせにて構成されている。第二光学薄膜５の光学膜厚構成を表２に示す。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
【表２】
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【００２５】
次に、光学素子１の作用・効果について説明する。
まず、例えば、厚さが０．５ｍｍとされ、波長５００ｎｍのときの屈折率が約１．５２のオハラ製Ｓ−ＢＳＬ７からなる基板２の一方の面２ａに、第一光学薄膜３を真空蒸着法によって成膜する。このとき、分光光度計（Ｕ−４０００日立製作所製）を用いて、実際に波長４００ｎｍから７００ｎｍまでにおける分光透過率特性を測定した結果を図３に示す。この状態では、波長４００ｎｍ以下の紫外線領域の光がカットされ、かつ、波長４００ｎｍから波長５５５ｎｍまで、なだらかに透過率が５％以下から９０％以上まで漸増するとともに、波長５５５ｎｍから波長７００ｎｍまでを透過する分光透過率特性を示した。
【００２６】
次に、基板２の他方の面２ｂ上に、第二光学薄膜５を真空蒸着法によって成膜する。このとき、分光光度計（Ｕ−４０００日立製作所製）を用いて、実際に波長４００ｎｍから７００ｎｍまでにおける分光透過率特性を測定した結果を図４に示す。この状態では、波長４００ｎｍから波長５５５ｎｍまで、なだらかに透過率が５％以下から９０％以上まで漸増するとともに、波長５５５ｎｍから波長７００ｎｍまで、なだらかに透過率が９０％以上から５％以下まで漸減する分光透過率特性を示した。
【００２７】
なお、成膜順序としては、第一光学薄膜３からではなく、最初に基板２の他方の面２ｂ上に第二光学薄膜５を成膜してから、基板２の一方の面２ａ上に第一光学薄膜３を成膜しても構わない。この場合、分光光度計（Ｕ−４０００日立製作所製）を用いて、実際に基板２に第二光学薄膜５を成膜したときの波長４００ｎｍから７００ｎｍまでにおける分光透過率特性を測定した結果を図５に示す。この状態では、波長４００ｎｍから波長５５５ｎｍまでを透過するとともに、波長５５５ｎｍから波長７００ｎｍまで、なだらかに透過率が９０％以上から５％以下まで漸減する分光透過率特性を示した。
【００２８】
この光学素子１によれば、吸収ガラスを使用する場合よりも光学素子１全体の厚さを薄くすることができるだけでなく、分光透過率特性を人間の目の感度特性に近づけることができる。従って、光学素子１へ入射した光を電気信号に変換した場合、人間の目の感度特性に合わせるようなその後の画像処理を簡略化することができる。
【００２９】
特に、一つの基板２上の両面に、第一光学薄膜３と第二光学薄膜５とがそれぞれ配されていることにより、一つの基板２で上記光学特性を得ることができ、光学素子１全体の厚さをより薄くすることができる。
【００３０】
次に、第２の実施形態について図６及び図７を参照しながら説明する。
なお、上述した第１の実施形態と同様の構成要素には同一符号を付すとともに説明を省略する。
第２の実施形態と第１の実施形態との異なる点は、本実施形態に係る光学素子６が、水晶複屈折板７とレンズ（基板）８とを備え、分光透過率特性が、人間の目の感度特性がない７００ｎｍから１１００ｎｍの波長域の近赤外線を反射するとした点である。
【００３１】
水晶複屈折板７の一方の面７ａ上には、第一光学薄膜９が成膜され、他方の面７ｂ上には、第二光学薄膜５が成膜されている。レンズ８の一方の面８ａ上には、分光透過率特性が、４００ｎｍから７００ｎｍの波長までの反射率を１％以下とする反射防止膜１０が成膜され、他方の面８ｂ上には、分光透過率特性が、７００ｎｍから１１００ｎｍまでの波長域で９５％以上の反射率を有する第三光学薄膜１１が成膜されている。
【００３２】
第一光学薄膜９は、第１の実施形態に係る第一光学薄膜３と同様の積層構成とされている。なお、各層の光学膜厚は、表１に示す第１の実施形態に係る第一光学薄膜３よりもそれぞれ１割薄いものとなっている。
第三光学薄膜１１は、一層目にＴｉＯ２、二層目にＳｉＯ２、三層目以降はＴｉＯ２とＳｉＯ２とが交互に１８層積層されている。この第三光学薄膜１１の各層の光学膜厚を表３に示す。
【００３３】
【表３】
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【００３４】
次に、光学素子６の作用・効果について説明する。
まず、例えば、厚さが０．３ｍｍとされ、波長５００ｎｍのときの屈折率が約１．５４の水晶複屈折板７の一方の面７ａに、第１の実施形態と同様に、第一光学薄膜９を真空蒸着法によって成膜する。また、他方の面７ｂ上に、第１の実施形態と同様に、第二光学薄膜５を真空蒸着法によって成膜する。
【００３５】
そして、レンズ８の一方の面８ａ上に、反射防止膜１０を真空蒸着法によって成膜するとともに、他方の面８ｂ上に、第三光学薄膜１１を真空蒸着法にて成膜する。このとき、分光光度計（Ｕ−４０００日立製作所製）を用いて、実際に波長４００ｎｍから１１００ｎｍまでにおける分光透過率特性を測定した結果を図７に示す。この状態では、波長４００ｎｍから波長５００ｎｍまで、なだらかに透過率が５％以下から９０％以上まで漸増するとともに、波長５００ｎｍから波長５５５ｎｍまで透過率９０％以上を保ち、波長５５５ｎｍから波長７００ｎｍまで、なだらかに透過率が９０％以上から５％以下まで漸減し、かつ、波長７００ｎｍから１１００ｎｍまで透過率５％以下となる分光透過率特性を示した。
【００３６】
この光学素子６によれば、水晶複屈折板７及びレンズ８の二つの基板を備えているので、第一光学薄膜９及び第二光学薄膜５のみならず、反射防止膜１０や第三光学薄膜１１をさらに成膜させることができる。従って、人間の目の感度がほとんどない波長領域を反射することができ、より人間の目の感度に近い分光透過率特性を得ることができる。この結果、可視光領域の透過する波長領域を第１の実施形態よりも短波長側に広げ、かつ、透過光量を増加することができる。
【００３７】
また、基板が水晶複屈折板７の場合、水晶複屈折板７による光学ローパスフィルタと一体化して、特定空間周波数を除去することができ、画質に影響を与えるモアレ発生を抑えることができる。
【００３８】
次に、第３の実施形態について図８及び図９を参照しながら説明する。
なお、上述した他の実施形態と同様の構成要素には同一符号を付すとともに説明を省略する。
本実施形態に係るデジタルカメラ（光学機器）１２は、撮像モジュール１３と、撮像モジュール１３による画像データを処理する処理回路１５及び画像データを記録するメモリーカード１６と、これらを電気的に接続する電気基板１７とを備えている。
【００３９】
撮像モジュール１３は、撮像レンズ１８と、第１の実施形態に係る光学素子１と、マイクロレンズアレイ２０と、ＣＣＤ２１とを備えている。これらは、撮像レンズ１８で集光された光学像が、光学素子１を介してマイクロレンズアレイ２０によってＣＣＤ２１の各画素にそれぞれ集光させるように配されている。
【００４０】
撮像レンズ１８と光学素子１との間には、第２の実施形態に係る光学素子６のレンズ８のように、可視光領域を透過する反射防止膜１０が表面に成膜された図示しない複数のレンズが配されている。また、光学素子１の一番近くに配されたレンズの一方の面上には、第三光学薄膜１１が成膜されている。
【００４１】
次に、本実施形態に係るデジタルカメラ１２の作用・効果について説明する。
撮像レンズ１８に入射した光学像は、撮像レンズ１８にて集光され、図９に示す分光透過率特性を有する、図示しない複数のレンズ及び光学素子１を通過する。
このとき、まず、図示しない複数のレンズにて、近赤外線領域の光が反射され、かつ、可視光領域の光が透過して光学素子１に入射する。そして、光学素子１に入射した光のうち、人間の目の感度特性に近い光だけが透過して、マイクロレンズアレイ２０に入射する。
【００４２】
マイクロレンズアレイ２０に入射した光は、ＣＣＤ２１の各画素にそれぞれ集光され、光学像が電気信号に変換された画像データとなる。この画像データは、処理回路１５により図示しないディスプレイ等の表示装置に表示され、メモリーカード１６に記録される。
【００４３】
このデジタルカメラ１２によれば、人間の目の感度特性に近い光のみをＣＣＤ２１に集光させ、この画像データを用いて画像処理することができる。従って、従来、ＣＣＤ２１で受光した画像を電気信号に変換し、この電気信号の分光特性を人間の目の感度特性に変換する画像処理は複雑であったが、処理回路１５を簡略化することができ、かつ、処理回路１５における画像処理を高速化することができる。
【００４４】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記第１の実施形態では、第一光学薄膜３及び第二光学薄膜５を同一の基板２に成膜しているが、別々の基板上にそれぞれ成膜させても構わない。また、光学素子１の分光透過率特性は、第一光学薄膜３及び第二光学薄膜５との二種類の光学薄膜から得ているが、これらを併せ持つ一種類の光学薄膜を基板の一方の面上のみに成膜しても構わない。
【００４５】
また、光学素子１，６を成膜する際に、通常蒸着法による成膜を行ったが、これに限定されるのではなく、スパッタリング法、イオンプレーティング法、イオンアシスト蒸着法であっても構わない。
さらに、各光学薄膜はＴｉＯ２及びＳｉＯ２が積層されて成膜されているが、これに限らず、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＷＯ３、ＨｆＯ２、ＣｅＯ２、ＭｇＦ２、又はこれら二種類以上の物質を混合させたものでも構わない。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光学素子を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る光学素子の光学薄膜の積層状態を示す説明図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る光学素子の光学薄膜の分光透過率特性を示すグラフである。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る光学素子の分光透過率特性を示すグラフである。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る光学素子の光学薄膜の分光透過率特性を示すグラフである。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る光学素子を示す断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る光学素子の分光透過率特性を示すグラフである。
【図８】本発明の第３の実施形態に係るデジタルカメラを示す概略断面図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る光学素子の分光透過率特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４７】
１，６  光学素子
２  基板
７  水晶複屈折板（基板）
８  レンズ（基板）
１２  デジタルカメラ（光学機器）
【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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