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JP3792991B2 - Optical low-pass filter and optical apparatus using the same - Google Patents
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JP3792991B2 - Optical low-pass filter and optical apparatus using the same - Google Patents

Optical low-pass filter and optical apparatus using the same Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学ローパスフィルタ及びそれを用いた光学機器に関し、たとえばCCD、MOS等の2次元の固体撮像素子を使用する電子写真カメラ、デジタルカメラあるいはビデオカメラ等に好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
CCD、MOS等の二次元的に画素が等ピッチで並べられている固体撮像素子を用いた光学機器に於いては被写体像を画素ピッチ毎にサンプリングするために、被写体画像にサンプリングピッチの1/2以上の高周波成分があるとモアレ(モアレ縞)が発生したり偽色が発生したりして画像を著しく劣化する。
【0003】
従来より、撮影系中に設けてモアレや偽色を低減するための手段として水晶の様な複屈折板を複数枚用いた光学ローパスフィルタが知られている。光学ローパスフィルタを用いて、光像の異常光をずらして結像させることにより光像をぼかし、モアレ、偽色の発生原因となる高周波成分をカットし、良好なる画像を得ている。
【0004】
本出願人は光学ローパスフィルタを用いて良好なる画像の得られる撮像装置を例えば特開平2−19821号公報、特開平3−31813号公報で提案している。
【0005】
近年、複屈折性の大きいニオブ酸リチウムを用いた光学ローパスフィルタが提案されている。例えば2枚のニオブ酸リチウムの間に水晶の1/4λ板を設け、接合した構成の光学ローパスフィルタが特開平11−218612号公報で提案されている。この様に複屈折性の大きいニオブ酸リチウムを光学ローパスフィルタに用いると同じ像分離を薄い光学ローパスフィルタで達成できるため、スペースが有効に使えること、又銀塩カメラ用の交換レンズを取付けたときの平行平板による収差の発生が少なくできるという利点がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
従来のニオブ酸リチウムを用いた光学ローパスフィルタに於いては前述した利点があるが、反面ニオブ酸リチウムが薄い部材であり、それが水晶の両側(光入射側)に接合された構成であるため、
・薄い、反りのあるを水晶の両面に接着するとき、ニオブ酸リチウムの面精度を高精度に保ちつつ接着し接合するのが困難であること、
・ニオブ酸リチウムの反りを矯正して水晶に接合しても応力が残っているため、片側だけの接合では高温高湿等の耐環境、熱衝撃における応力による剥離の発生が生じ易く不安定、となること
・薄くて加工の困難なニオブ酸リチウムは加工中に傷が発生し易く傷による不良が多くなること、
等の問題点があった。
【0007】
本発明は所定の像分離を行なうのに厚さ(光路長)が薄く、光学系の中に設けても収差の発生が少なく、所定のローパス効果が容易に得られる光学ローパスフィルタ及びそれを用いた光学機器の提供を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明の光学ローパスフィルタは光入射側より、順に、光を第1の方向に分離する第1の複屈折板A、第2の方向に分離する第2の複屈折板B、第3の方向に分離する第3の複屈折板Cを接合して構成した光学ローパスフィルタに於いて、
NoA、NoB、NoCをそれぞれ該第1、第2、第3の複屈折板A、B、Cの、d線の常光に対する屈折率、NeA、NeB、NeCをそれぞれ第1、第2、第3の複屈折板A、B、Cの、d線の異常光に対する屈折率としたとき
|(NeA−NoA)/NoA|<|(NeB−NoB)/NoB|
|(NeC−NoC)/NoC|<|(NeB−NoB)/NoB|
の条件を満たすことを特徴としている。
【0009】
請求項2の発明は請求項1の発明において前記第1、第2、第3の複屈折板A、B、Cの板厚(単位mm)を各々、TA、TB、TCとしたとき
0.7<TA<2
0.004<|(NeA−NoA)/NoA|<0.01
0.1<TB<0.4
0.025<|(NeB−NoB)/NoB|<0.12
0.7<TC<2
0.004<|(NeC−NoC)/NoC|<0.01
の条件を満たすことを特徴としている。
【0010】
請求項3の発明の光学ローパスフィルタは光入射側より、順に、光を第1の方向に分離する第1の複屈折板A、第2の方向に分離する第2の複屈折板B、第3の方向に分離する第3の複屈折板Cを接合して構成した光学ローパスフィルタに於いて、
NoA、NoB、NoCをそれぞれ該第1、第2、第3の複屈折板A、B、Cの、d線の常光に対する屈折率、NeA、NeB、NeCをそれぞれ第1、第2、第3の複屈折板A、B、Cの、d線の異常光に対する屈折率TA、TB、TCをそれぞれ第1、第2、第3の複屈折板A、B、Cの板厚(単位mm)としたとき
0.7<TA<2
0.004<|(NeA−NoA)/NoA|<0.01
0.1<TB<0.4
0.025<|(NeB−NoB)/NoB|<0.12
0.7<TC<2
0.004<|(NeC−NoC)/NoC|<0.01
の条件を満たすことを特徴としている。
【0011】
請求項4の発明は請求項1、2又は3の発明において前記第1、第3の複屈折板A、Cの材質は水晶であり、前記第2の複屈折板Bの材質はニオブ酸リチウムであることを特徴としている。
【0012】
請求項5の発明は請求項1から4のいずれか1項の発明において前記第1の複屈折板或いは前記第3の複屈折板の光出射面に赤外カットのコーティングを施していることを特徴としている。
【0013】
請求項6の発明は請求項1から4のいずれか1項の発明において前記第1の複屈折板の光入射側の面に赤外カットのコーティングが設けられていることを特徹としている。
【0014】
請求項7の発明の光学機器は請求項1から6のいずれか1項の光学ローパスフィルタを有していることを特徴としている。
【0015】
【発明の実施の形態】
[実施形態1]
図1(A)は本発明の光学ローパスフィルタの実施形態1の要部断面図、図1(B)は図1(A)の複屈折板の光学軸の説明図である。図7は本発明の光学ローパスフィルタを有したビデオカメラやデジタルカメラ等の光学機器の要部概略図である。図7はでは撮影系(撮影レンズ)LAによって物体OBの像を光学ローパスフィルタ1を介して撮像手段IPに結像する状態を示している。
【0016】
図2は本発明の光学ローパスフィルタによる入射光の分離状態を示す説明図、図3は本発明の光学ローパスフィルタを用いた光学機器における撮像手段面上における周波数トラップを示す説明図である。
【0017】
図1(A)に示すように本実施形態の光学ローパスフィルタ1は撮影レンズLAから撮像板IPに向かって即ち光入射側から順に第1の複屈折板としての第1の水晶板2、第1の水晶板よりは薄い第2の複屈折板としてのニオブ酸リチウムの板材3、第3の複屈折板としての 2 の水晶板 4 5は赤外カットのコーティングであり第1の水晶板2の光入射面側に設けている。6は反射防止のコーティングであり第2の水晶板4の光出射面側に設けている。
【0018】
図1(B)に示す様に、第1の水晶板2の光学軸の2a平面方向の投影は撮像画面IPの長辺に対して上45度方向を向いており、ニオブ酸リチウムの板材3の光学軸3aの平面方向の投影は撮像画面IPの長辺に対して右水平方向を向いており、第2の水晶板4の光学軸4aの平面方向の投影は撮像画面IPの長辺に対して下45度方向を向いて配置されている。
【0019】
第1の水晶板2を透過した光は撮像画面IPの長辺に対して上45度方向に分離され(光L1と光L11)、そのそれぞれがニオブ酸リチウムの板材3を透過後に撮像画面の長辺に対して右水平方向に分離され(光L11と光L112,光L1と光L12)、更にそのそれぞれが第2の水晶板4を透過後に撮像画面の長辺に対して下45度方向に分離され(光L1と光L13,光L12と光L123,光L11と光L113,光L112と光L1123)、全体で8点に分離される。
【0020】
尚、光学軸の方向は全体として8点に分離されるものであれば、どちらを向いていても良い。
【0021】
本発明の光学ローパスフィルタはNoA、NoB、NoCをそれぞれ第1、第2、第3の複屈折板2、3、4の、d線の常光に対する屈折率、NeA、NeB、NeCをそれぞれ第1、第2、第3の複屈折板2、3、4の、d線の異常光に対する屈折率とするとき、第1の複屈折板2、第2の複屈折板3及び第3の複屈折板4が、
|(NeA−NoA)/NoA|<|(NeB−NoB)/NoB|・・・(1)
|(NeC−NoC)/NoC|<|(NeB−NoB)/NoB|・・・(2)
の2条件を満たすよう構成している。
【0022】
これによって良好なるローパス効果を得ている。
【0023】
条件式(1)及び(2)は第1の複屈折板及び第3の複屈折板の複屈折性より第2の複屈折板の複屈折性が大きいことを意味し、その様な複屈折板の組合せを用いることにより外側(光入出射面側)の複屈折板2、4の板厚を厚く、真ん中の複屈折板3の板厚を薄くし、全体として厚さが薄く、加工性の良い光学ローパスフィルタを達成している。
【0024】
尚、本発明の光学ローパスフィルタは単独でまたは前述の条件(1)、(2)の基において、TA、TB、TCをそれぞれ第1、第2、第3の複屈折板A、B、Cの板厚(単位をmm)とするとき、第1の複屈折板2、第2の複屈折板3、第3の複屈折板4が、
0.7<TA<2 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(3)
0.004<|(NeA−NoA)/NoA|<0.01・・(4)
0.1<TB<0.4 ・・・・・・・・・・・・・・・・・(5)
0.025<|(NeB−NoB)/NoB|<0.12 ・(6)
0.7<TC<2 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(7)
0.004<|(NeC−NoC)/NoC|<0.01 ・(8)
の条件を満たす様に構成することがよい。
【0025】
条件式(3)、(5)及び(7)を満たすように第1、第2及び第3の複屈折板の板厚を定め、条件式(4)、(6)及び(8)を満たすように第1、第2及び第3の複屈折板の複屈折性の大きさを定めると更に光像の分離、収差の発生、それぞれの複屈板の加工及び接合の加工性を良好にすることができる。すなわち、条件式(3)及び(7)の下限値を超えて第1及び第3の複屈折板の板厚が薄くなると十分な光像の分離が得難くなり、偽色が目立ち易くなる。また条件式(5)の下限値を超えて第2の複屈折板の板厚が薄くなると第2の複屈折板の研磨加工が難しくなる傾向にある。一方、条件式(3)、(5)及び(7)の上限値を超えて第1、第2及び第3の複屈折板の板厚が厚くなると撮影系に用いたとき光学ローパスフィルタで発生する非点収差及び球面収差の発生が大きくなる。条件式(4)、(6)及び(8)下限値を超えて第1、第2及び第3の複屈折板の複屈折性が小さいと十分な光像の分離が得難くなり、条件式(4)、(6)及び(8)の上限値を超えて第1、第2及び第3の複屈折板の複屈折性が大きくなると第1、第2及び第3の複屈折板の板厚が薄くなることを意味し、加工性の良さが得難くなってしまう。
【0026】
尚、条件式(3)、(5)、(7)の代わりに第1、第2、第3の複屈折板の板厚の合計厚をTとしたとき第1、第2、第3の複屈折板の板厚TA、TB、TCを
0.38<TA/T<0.49
0.024<TB/T<0.2
0.38<TC/T<0.49
の如く、設定しておけば、前述した本発明の目的とする光学ローパスフィルタを得ることができる。
【0027】
本実施形態では第1の水晶板2の板厚は1.1mmであり、ニオブ酸リチウムの板材3の板厚は0.22mmであり、第2の水晶板4の板厚は1.1mmに設定している。
【0028】
本発明の光学ローパスフィルタを構成する第1の水晶板2は最も物体側の面(光入射面)に赤外カットのコーティングが設けられている。ニオブ酸リチウムの板材3は両側を水晶板と接合されているが、ニオブ酸リチウムは屈折率が2.3002と非常に高屈折率であり、接着剤の屈折率が約1.5であるのに比較すると屈折率差が大きく接着剤との界面で反射が生じるので両面に反射防止膜を設けている。第2の水晶板4の外側の面(光出射面)には反射防止膜が設けられている。第1の水晶板2及び第2の水晶板4の接着剤との界面は屈折率差が小さく界面の反射が小さいので反射防止膜は付けても良いが、付けなくても大きな影響がない。本実施形態では水晶程度の複屈折率を有する2枚の複屈折板の間にニオブ酸リチウムの様に大きな複屈折率を有する複屈折板を挟む形で接合した構成にしてニオブ酸リチウム単体で反りが残つていても厚い水晶板で両側から接着して無理なく規制して、反りをうまく押え込み、面精度が良好な光学ローパスフィルタを安定して製造可能としている。また高温高湿等の耐環境、熱衝撃における応力による剥離の発生が少なく、安定した形態の光学ローパスフィルタを実現している。また、ニオブ酸リチウムは加工が困難で傷の発生し易い材料であるがニオブ酸リチウムを接着剤に埋もれるようにして傷が目立たなくなるように構成している。
【0029】
本実施形態では膜の層数が多いため反り等の発生し易い赤外カットコートを板厚の厚い板材2に設ける構成としてコーティング工程の反りの発生を小さくして面精度を良好に保っている。
[実施形態2]
図4(A)は本発明の光学ローパスフィルタの実施形態2の要部断面図、
図4(B)は図4(A)の複屈折板の光学軸の説明図である。
【0030】
図5は本発明の光学ローパスフィルタによる入射光の分離状態を示す説明図、図6は本発明の光学ローパスフィルタを用いた光学機器における撮像手段面上における周波数トラップを示す説明図である。
【0031】
図4(A)に示すように本実施形態の光学ローパスフィルタ1は撮影レンズLAから撮像版IPに向かって即ち光入射側から順に第1の複屈折板としての第1の水晶板2、第1の水晶板2よりは薄い第2の複屈折板としてのニオブ酸リチウムの板材3、第3の複屈折板としての第2の水晶板4の順番に接着剤で接合されて構成されている。
【0032】
5は赤外カットのコーティングであり第1の水晶板2の光入射面側に設けている。
【0033】
6は反射防止のコーティングであり第2の水晶板4の光出射面側に設けている。
【0034】
図4(B)に示すように、第1の水晶板2の光学軸2aの平面方向の投影は撮像画面IPの長辺に対して水平方向を向いており、ニオブ酸リチウムの板材3の光学軸3aの平面方向の投影は撮像画面IPの長辺に対して上45度方向を向いており、第2の水晶板4の光学軸4aの平面方向の投影は撮像画面IPの長辺に対して上方向を向いて配置されている。
【0035】
従って図5に示すように第1の水晶板2を透過した光は撮像画面の長辺に対して水平方向に分離され(光L1と光L11)、そのそれぞれがニオブ酸リチウムの板材3を透過後に撮像画面の長辺に対して上45度方向に分離され(光L11と光L112,光L1と光L12)、更にそのそれぞれが第2の水晶板4を透過後に撮像画面の長辺に対して上方向に分離され(光L1と光L13,光L12と光L123,光L11と光L113,光L112と光L1123)、全体で8点に分離される。
【0036】
尚、光学軸の方向は全体として8点に分離されるものであれば、どちらを向いても良い。
【0037】
本実施形態ではこのように水晶程度の複屈折率を有する2枚の複屈折板の間にニオブ酸リチウムの様に大きな複屈折率を有する複屈折板を挟む形で接合した構成にして、ニオブ酸リチウム単体で反りが残っていても厚い水晶板で両側から接着して無理なく規制して、反りをうまく押え込み、面精度が良好な光学ローパスフィルタを安定して製造可能としている。また高温高湿等の耐環境、熱衝撃における応力による剥離の発生が少なく、安定した形態の光学ローパスフィルタを実現している。また、ニオブ酸リチウムは加工が困難で傷の発生し易い材料であるがニオブ酸リチウムを接着剤に埋もれるようにして傷が目立たなくなるように構成している。
【0038】
尚、本発明の光学ローパスフィルタを撮像素子のパッケージのカバーガラスとしての役割を持たせることも可能である。この場合IRカットコートを撮像面から遠い側になるように設けると撮像面の反射によるゴースト、フレアの影響が少なくできるので高画質が得られるので好ましい。
【0039】
以上で説明したように、本実施形態の光学ローパスフィルタでは、水晶程度の複屈折率を有する2枚の複屈折板の間にニオブ酸リチウムの様に大きな複屈折率を有する複屈折板を挟む形で接合し、水晶の表面に赤外カットのコートを設けることにより、
・モアレ、偽色を十分除去可能な3枚構成の光学ローパスフィルタを、球面収差、非点収差の発生の少ない薄形で達成できる。
【0040】
・ニオブ酸リチウム単体で反りが残っていても厚い水晶板で両側から接着して無理なく規制しているため、反りをうまく押え込め面精度が良好な光学ローパスフィルタが安定して製造可能となる。また高温高湿等の耐環境、熱衛撃における応力による剥離の発生が少なく、安定した形態の部品を実現することができる。
【0041】
・耐環境特性の弱い、高複屈折率の複屈折板を挟む形で接合しているため、表面が保護される ため高温高湿等の耐環境特性が向上する。
【0042】
・ニオブ酸リチウムは加工が困難で傷の発生し易い材料であるが接着剤に埋もれて傷が目立たない構成とすることができる。
【0043】
・膜の層数が多いため反り等の発生し易いlRカットコートを板厚の厚い板材に設ける構成としたため面精度が良好に保つことができる。
【0044】
等の効果を得ている。
【0045】
【発明の効果】
本発明によれば所定の像分離を行なうのに厚さ(光路長)が薄く、光学系の中に設けても収差の発生が少なく、所定のローパス効果が容易に得られる光学ローパスフィルタ及びそれを用いた光学機器を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の光学ローパスフィルタの実施形態1の構成を示す図
【図2】 本発明の光学ローパスフィルタの実施形態1の点像分離説明図
【図3】 本発明の光学ローパスフィルタの実施形態1の周波数トラップを示す図
【図4】 本発明の光学ローパスフィルタの実施形態2の構成を示す図
【図5】 本発明の光学ローパスフィルタの実施形態2の点像分離説明図
【図6】 本発明の光学ローパスフィルタの実施形態2の周波数トラップを示す図
【図7】 本発明の光学ローパスフィルタを有した光学機器の概略図
【符号の説明】
1・・・光学ロ一パスフィルタ
2・・・水晶板
3・・・ニオブ酸リチウム
4・・・水晶板
5・・・IRカットコート
6・・・反射防止コート
LA・・・撮影系
IP・・・撮像手段
OB・・・物体
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical low-pass filter and an optical device using the same, and is suitable for an electrophotographic camera, a digital camera, a video camera, or the like that uses a two-dimensional solid-state image sensor such as CCD or MOS.
[0002]
[Prior art]
In an optical apparatus using a solid-state imaging device in which pixels are arranged two-dimensionally at an equal pitch, such as CCD and MOS, the subject image is sampled at each pixel pitch. If there are two or more high-frequency components, moire (moire fringes) or false colors occur, and the image is significantly deteriorated.
[0003]
2. Description of the Related Art Conventionally, an optical low-pass filter using a plurality of birefringent plates such as quartz is known as a means for reducing moire and false colors provided in an imaging system. An optical low-pass filter is used to shift the abnormal light of the optical image to form an image, thereby blurring the optical image and cutting off high-frequency components that cause generation of moire and false colors, thereby obtaining a good image.
[0004]
The present applicant has proposed an imaging apparatus that can obtain a good image using an optical low-pass filter, for example, in Japanese Patent Laid-Open Nos. 2-19821 and 3-31813.
[0005]
In recent years, an optical low-pass filter using lithium niobate having high birefringence has been proposed. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 11-218612 proposes an optical low-pass filter having a structure in which a quarter λ plate of quartz is provided between two lithium niobates and bonded. When lithium niobate with high birefringence is used in an optical low-pass filter, the same image separation can be achieved with a thin optical low-pass filter, so that space can be used effectively and when an interchangeable lens for a silver salt camera is attached. There is an advantage that the generation of aberration due to the parallel plate can be reduced.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional optical low-pass filter using lithium niobate has the above-mentioned advantages, but on the other hand, lithium niobate is a thin member, and it is configured to be bonded to both sides (light incident side) of quartz. ,
-When bonding thin and warped surfaces to both sides of quartz, it is difficult to bond and bond while maintaining high surface accuracy of lithium niobate.
・ Since the stress remains even after bonding to the crystal after correcting the warpage of lithium niobate, it is unstable and easy to cause peeling due to stress in the environment such as high temperature and high humidity, thermal shock, etc.・ Thin lithium niobate, which is thin and difficult to process, is prone to scratches during processing.
There was a problem such as.
[0007]
The present invention provides an optical low-pass filter that has a small thickness (optical path length) for performing predetermined image separation, generates little aberration even when provided in an optical system, and can easily obtain a predetermined low-pass effect. The purpose is to provide optical equipment.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The optical low-pass filter according to the first aspect of the invention includes, in order from the light incident side, a first birefringent plate A that separates light in a first direction, a second birefringent plate B that separates light in a second direction, In an optical low-pass filter formed by joining a third birefringent plate C that is separated in the direction of 3,
NoA, NoB, and NoC are the first, second, and third birefringent plates A, B, and C, respectively, and the refractive index with respect to the d-line normal light, and NeA, NeB, and NeC are the first, second, and third, respectively. When the refractive index of the birefringent plates A, B, and C with respect to the extraordinary light of the d-line is | (NeA-NoA) / NoA | <| (NeB-NoB) / NoB |
| (NeC-NoC) / NoC | <| (NeB-NoB) / NoB |
It is characterized by satisfying the following conditions.
[0009]
According to a second aspect of the present invention, when the thicknesses (unit: mm) of the first, second, and third birefringent plates A, B, and C are TA, TB, and TC, respectively, in the first aspect of the present invention, the. 7 <TA <2
0.004 <| (NeA-NoA) / NoA | <0.01
0.1 <TB <0.4
0.025 <| (NeB-NoB) / NoB | <0.12
0.7 <TC <2
0.004 <| (NeC-NoC) / NoC | <0.01
It is characterized by satisfying the following conditions.
[0010]
An optical low-pass filter according to a third aspect of the invention includes, in order from the light incident side, a first birefringent plate A that separates light in a first direction, a second birefringent plate B that separates light in a second direction, In an optical low-pass filter formed by joining a third birefringent plate C that is separated in the direction of 3,
NoA, NoB, and NoC are the first, second, and third birefringent plates A, B, and C, respectively, and the refractive index with respect to the d-line normal light, and NeA, NeB, and NeC are the first, second, and third, respectively. The refractive indexes of the birefringent plates A, B, and C with respect to the extraordinary light of the d line , TA, TB, and TC are the thicknesses of the first, second, and third birefringent plates A, B, and C (unit: mm), respectively. ) 0.7 <TA <2
0.004 <| (NeA-NoA) / NoA | <0.01
0.1 <TB <0.4
0.025 <| (NeB-NoB) / NoB | <0.12
0.7 <TC <2
0.004 <| (NeC-NoC) / NoC | <0.01
It is characterized by satisfying the following conditions.
[0011]
According to a fourth aspect of the present invention, in the first, second or third aspect of the invention, the material of the first and third birefringent plates A and C is quartz, and the material of the second birefringent plate B is lithium niobate. It is characterized by being.
[0012]
According to a fifth aspect of the invention, in the invention according to any one of the first to fourth aspects, an infrared cut coating is applied to a light emitting surface of the first birefringent plate or the third birefringent plate. It is a feature.
[0013]
The invention of claim 6 is characterized by the fact that in the invention of any one of claims 1 to 4, an infrared cut coating is provided on the light incident side surface of the first birefringent plate.
[0014]
An optical apparatus according to a seventh aspect of the invention is characterized by including the optical low-pass filter according to any one of the first to sixth aspects.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[Embodiment 1]
FIG. 1A is a cross-sectional view of a main part of an optical low-pass filter according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 1B is an explanatory view of an optical axis of a birefringent plate in FIG. FIG. 7 is a schematic diagram of a main part of an optical apparatus such as a video camera or a digital camera having the optical low-pass filter of the present invention. FIG. 7 shows a state in which an image of the object OB is formed on the imaging means IP via the optical low-pass filter 1 by the imaging system (imaging lens) LA.
[0016]
FIG. 2 is an explanatory view showing a state of separation of incident light by the optical low-pass filter of the present invention, and FIG. 3 is an explanatory view showing a frequency trap on the image pickup means surface in an optical apparatus using the optical low-pass filter of the present invention.
[0017]
As shown in FIG. 1A, the optical low-pass filter 1 according to the present embodiment includes a first crystal plate 2 as a first birefringent plate in order from the imaging lens LA toward the imaging plate IP, that is, from the light incident side. Lithium niobate plate 3 as the second birefringent plate, which is thinner than the quartz plate 1, and the second quartz plates 4 and 5 as the third birefringent plate are infrared cut coatings and the first quartz It is provided on the light incident surface side of the plate 2 . An antireflection coating 6 is provided on the light emitting surface side of the second quartz plate 4.
[0018]
As shown in FIG. 1B, the projection in the planar direction of the optical axis 2a of the first crystal plate 2 is oriented upward 45 degrees with respect to the long side of the imaging screen IP, and is a lithium niobate plate material. The projection in the plane direction of the optical axis 3a of 3 is directed to the right horizontal direction with respect to the long side of the imaging screen IP, and the projection in the plane direction of the optical axis 4a of the second crystal plate 4 is the long side of the imaging screen IP. With respect to the lower 45 degrees.
[0019]
The light transmitted through the first crystal plate 2 is separated in the direction of 45 degrees upward with respect to the long side of the imaging screen IP (light L1 and light L11). Separated in the right horizontal direction with respect to the long side (light L11 and light L112, light L1 and light L12), and each of which is transmitted through the second crystal plate 4 and then in the direction of 45 degrees below the long side of the imaging screen (Light L1 and light L13, light L12 and light L123, light L11 and light L113, light L112 and light L1123), and separated into 8 points as a whole.
[0020]
The direction of the optical axis may be directed to any one as long as it is separated into 8 points as a whole.
[0021]
In the optical low-pass filter of the present invention, NoA, NoB, and NoC are the first, second, and third birefringent plates 2, 3, and 4, respectively. The first birefringent plate 2, the second birefringent plate 3, and the third birefringent when the refractive indexes of the second and third birefringent plates 2, 3, 4 to the d-line extraordinary light are used. Plate 4 is
| (NeA-NoA) / NoA | <| (NeB-NoB) / NoB | (1)
| (NeC-NoC) / NoC | <| (NeB-NoB) / NoB | (2)
The two conditions are satisfied.
[0022]
As a result, a good low-pass effect is obtained.
[0023]
Conditional expressions (1) and (2) mean that the birefringence of the second birefringent plate is larger than the birefringence of the first and third birefringent plates, and such birefringence By using a combination of plates, the thickness of the birefringent plates 2 and 4 on the outer side (light incident / exit surface side) is increased, and the thickness of the middle birefringent plate 3 is decreased. Has achieved a good optical low-pass filter.
[0024]
Note that the optical low-pass filter of the present invention alone, or under the conditions (1) and (2) described above, TA, TB, and TC are changed to the first, second, and third birefringent plates A, B, and C, respectively. Of the first birefringent plate 2, the second birefringent plate 3, and the third birefringent plate 4,
0.7 <TA <2 (3)
0.004 <| (NeA-NoA) / NoA | <0.01 (4)
0.1 <TB <0.4 (5)
0.025 <| (NeB-NoB) / NoB | <0.12 (6)
0.7 <TC <2 (7)
0.004 <| (NeC-NoC) / NoC | <0.01 (8)
It is preferable to configure so as to satisfy the following conditions.
[0025]
The thicknesses of the first, second, and third birefringent plates are determined so as to satisfy the conditional expressions (3), (5), and (7), and the conditional expressions (4), (6), and (8) are satisfied. Thus, if the magnitude of the birefringence of the first, second and third birefringent plates is determined, the separation of the optical image, the generation of aberration, the processing of each birefringent plate, and the workability of joining are improved. be able to. That is, if the thicknesses of the first and third birefringent plates are reduced beyond the lower limit values of the conditional expressions (3) and (7), it is difficult to obtain a sufficient optical image separation, and the false color is easily noticeable. Further, if the thickness of the second birefringent plate is reduced beyond the lower limit value of the conditional expression (5), the polishing process of the second birefringent plate tends to be difficult. On the other hand, if the thicknesses of the first, second and third birefringent plates increase beyond the upper limit values of the conditional expressions (3), (5) and (7), they are generated in the optical low-pass filter when used in the photographing system. Astigmatism and spherical aberration are increased. Conditional expressions (4), (6), and (8) If the birefringence of the first, second, and third birefringent plates is small beyond the lower limit value, it is difficult to obtain a sufficient separation of optical images. When the birefringence of the first, second, and third birefringent plates increases beyond the upper limit of (4), (6), and (8), the plates of the first, second, and third birefringent plates It means that the thickness is reduced, and it becomes difficult to obtain good workability.
[0026]
It should be noted that the first, second, and third thicknesses when the total thickness of the first, second, and third birefringent plates is T instead of the conditional expressions (3), (5), and (7). Thickness TA, TB, TC of birefringent plate is 0.38 <TA / T <0.49
0.024 <TB / T <0.2
0.38 <TC / T <0.49
If set as described above, the above-described optical low-pass filter of the present invention can be obtained.
[0027]
In this embodiment, the plate thickness of the first crystal plate 2 is 1.1 mm, the plate thickness of the lithium niobate plate 3 is 0.22 mm, and the plate thickness of the second crystal plate 4 is 1.1 mm. It is set.
[0028]
The first quartz plate 2 constituting the optical low-pass filter of the present invention is provided with an infrared cut coating on the most object side surface (light incident surface). The lithium niobate plate 3 is bonded to the quartz plate on both sides, but lithium niobate has a very high refractive index of 2.3002, and the refractive index of the adhesive is about 1.5. As compared with the above, since the difference in refractive index is large and reflection occurs at the interface with the adhesive, antireflection films are provided on both sides. An antireflection film is provided on the outer surface (light emitting surface) of the second crystal plate 4. The interface between the first crystal plate 2 and the adhesive of the second crystal plate 4 has a small difference in refractive index and a small reflection at the interface, so an antireflection film may be attached, but there is no significant effect even if it is not attached. In this embodiment, a structure in which a birefringent plate having a large birefringence is sandwiched between two birefringent plates having a birefringence similar to that of quartz is warped with lithium niobate alone. Even if it remains, it is possible to stably manufacture an optical low-pass filter with good surface accuracy by adhering from both sides with a thick quartz plate and restraining it without difficulty to suppress warping well. In addition, an optical low-pass filter having a stable form is realized with less resistance to peeling due to stress in the environment such as high temperature and high humidity and thermal shock. Further, lithium niobate is a material that is difficult to process and easily causes scratches, but the lithium niobate is buried in an adhesive so that the scratches are not noticeable.
[0029]
In the present embodiment, since the number of layers of the film is large, an infrared cut coat that is likely to be warped or the like is provided on the thick plate 2 so that the occurrence of warpage in the coating process is reduced and the surface accuracy is kept good. .
[Embodiment 2]
FIG. 4A is a cross-sectional view of an essential part of Embodiment 2 of the optical low-pass filter of the present invention,
FIG. 4B is an explanatory diagram of the optical axis of the birefringent plate of FIG.
[0030]
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a state of separation of incident light by the optical low-pass filter of the present invention, and FIG. 6 is an explanatory diagram showing frequency traps on the imaging means surface in an optical apparatus using the optical low-pass filter of the present invention.
[0031]
As shown in FIG. 4A, the optical low-pass filter 1 of the present embodiment includes a first crystal plate 2 as a first birefringent plate, in order from the imaging lens LA toward the imaging plate IP, that is, in order from the light incident side. The lithium niobate plate 3 as the second birefringent plate thinner than the first quartz plate 2 and the second quartz plate 4 as the third birefringent plate are joined together with an adhesive in this order. .
[0032]
An infrared cut coating 5 is provided on the light incident surface side of the first quartz plate 2.
[0033]
An antireflection coating 6 is provided on the light emitting surface side of the second quartz plate 4.
[0034]
As shown in FIG. 4B, the projection in the planar direction of the optical axis 2a of the first quartz plate 2 is directed horizontally with respect to the long side of the imaging screen IP, and the optical material of the lithium niobate plate 3 is optical. The projection in the plane direction of the axis 3a is directed upward 45 degrees with respect to the long side of the imaging screen IP, and the projection in the plane direction of the optical axis 4a of the second crystal plate 4 is relative to the long side of the imaging screen IP. It is arranged facing upwards.
[0035]
Therefore, as shown in FIG. 5, the light transmitted through the first crystal plate 2 is separated in the horizontal direction with respect to the long side of the imaging screen (light L1 and light L11), and each of them is transmitted through the lithium niobate plate 3 Later, it is separated in the direction of 45 degrees upward with respect to the long side of the imaging screen (light L11 and light L112, light L1 and light L12), and each of them is transmitted through the second quartz plate 4 with respect to the long side of the imaging screen. The light L1 and the light L13, the light L12 and the light L123, the light L11 and the light L113, and the light L112 and the light L1123 are separated into eight points as a whole.
[0036]
The direction of the optical axis may be any direction as long as it is separated into 8 points as a whole.
[0037]
In this embodiment, lithium niobate has a structure in which a birefringent plate having a large birefringence is sandwiched between two birefringent plates having a birefringence of the order of quartz as in the case of lithium niobate. Even if the warp remains alone, it is possible to stably manufacture an optical low-pass filter with good surface accuracy by adhering from both sides with a thick quartz plate and restraining it without difficulty. In addition, an optical low-pass filter having a stable form is realized with less resistance to peeling due to stress in the environment such as high temperature and high humidity and thermal shock. Further, lithium niobate is a material that is difficult to process and easily causes scratches, but the lithium niobate is buried in an adhesive so that the scratches are not noticeable.
[0038]
The optical low-pass filter of the present invention can also serve as a cover glass for the image sensor package. In this case, it is preferable to provide an IR cut coat on the side far from the imaging surface, because the influence of ghost and flare due to reflection on the imaging surface can be reduced, and high image quality can be obtained.
[0039]
As described above, in the optical low-pass filter of the present embodiment, a birefringent plate having a large birefringence like lithium niobate is sandwiched between two birefringent plates having a birefringence of the order of quartz. By bonding and providing an infrared cut coat on the crystal surface,
A three-element optical low-pass filter capable of sufficiently removing moire and false colors can be achieved with a thin shape with little occurrence of spherical aberration and astigmatism.
[0040]
・ Even if warpage remains with lithium niobate alone, thick quartz plates are adhered and regulated from both sides, so it is possible to stably produce an optical low-pass filter with good pressing surface accuracy. . In addition, there is little occurrence of peeling due to stress in the environment such as high temperature and high humidity and thermal siege, and it is possible to realize a component having a stable form.
[0041]
-Since the surface is protected because the birefringent plate having a high birefringence index and a weak environment resistance property is sandwiched, the environment resistance property such as high temperature and high humidity is improved.
[0042]
-Lithium niobate is a material that is difficult to process and easily causes scratches, but it is buried in an adhesive so that the scratches are not noticeable.
[0043]
-Since the number of layers of the film is such that the lR cut coat, which is likely to be warped, is provided on the thick plate material, the surface accuracy can be kept good.
[0044]
Etc. are obtained.
[0045]
【The invention's effect】
According to the present invention, an optical low-pass filter that has a small thickness (optical path length) for performing predetermined image separation, generates little aberration even when provided in an optical system, and can easily obtain a predetermined low-pass effect, and the optical low-pass filter An optical instrument using can be achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an optical low-pass filter according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is an explanatory diagram of point image separation of the optical low-pass filter according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 4 is a diagram showing a frequency trap according to the first embodiment. FIG. 4 is a diagram showing a configuration of an optical low-pass filter according to a second embodiment of the present invention. 6 is a diagram showing a frequency trap of Embodiment 2 of the optical low-pass filter of the present invention. FIG. 7 is a schematic diagram of an optical apparatus having the optical low-pass filter of the present invention.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical low pass filter 2 ... Crystal plate 3 ... Lithium niobate 4 ... Crystal plate 5 ... IR cut coat 6 ... Antireflection coat LA ... Imaging system IP- ..Imaging means OB ... object

Claims (7)

光入射側より、順に、光を第1の方向に分離する第1の複屈折板A、第2の方向に分離する第2の複屈折板B、第3の方向に分離する第3の複屈折板Cを接合して構成した光学ローパスフィルタに於いて、
NoA、NoB、NoCをそれぞれ該第1、第2、第3の複屈折板A、B、Cの、d線の常光に対する屈折率、NeA、NeB、NeCをそれぞれ第1、第2、第3の複屈折板A、B、Cの、d線の異常光に対する屈折率としたとき
|(NeA−NoA)/NoA|<|(NeB−NoB)/NoB|
|(NeC−NoC)/NoC|<|(NeB−NoB)/NoB|
の条件を満たすことを特徴とする光学ローパスフィルタ。
In order from the light incident side, a first birefringent plate A that separates light in a first direction, a second birefringent plate B that separates light in a second direction, and a third birefringent plate B that separates light in a third direction. In an optical low-pass filter configured by joining a refractive plate C,
NoA, NoB, and NoC are the first, second, and third birefringent plates A, B, and C, respectively, and the refractive index with respect to the d-line ordinary light is NeA, NeB, and NeC are the first, second, and third, respectively. When the refractive index of the birefringent plates A, B, and C with respect to the extraordinary light of the d-line is | (NeA-NoA) / NoA | <| (NeB-NoB) / NoB |
| (NeC-NoC) / NoC | <| (NeB-NoB) / NoB |
An optical low-pass filter that satisfies the following condition.
前記第1、第2、第3の複屈折板A、B、Cの板厚(単位mm)を各々、TA、TB、TCとしたとき
0.7<TA<2
0.004<|(NeA−NoA)/NoA|<0.01
0.1<TB<0.4
0.025<|(NeB−NoB)/NoB|<0.12
0.7<TC<2
0.004<|(NeC−NoC)/NoC|<0.01
の条件を満たすことを特徴とする請求項1に記載の光学ローパスフィルタ。
When the plate thickness (unit: mm) of the first, second, and third birefringent plates A, B, and C is TA, TB, and TC, respectively, 0.7 <TA <2
0.004 <| (NeA-NoA) / NoA | <0.01
0.1 <TB <0.4
0.025 <| (NeB-NoB) / NoB | <0.12
0.7 <TC <2
0.004 <| (NeC-NoC) / NoC | <0.01
The optical low-pass filter according to claim 1, wherein the following condition is satisfied.
光入射側より、順に、光を第1の方向に分離する第1の複屈折板A、第2の方向に分離する第2の複屈折板B、第3の方向に分離する第3の複屈折板Cを接合して構成した光学ローパスフィルタに於いて、
NoA、NoB、NoCをそれぞれ該第1、第2、第3の複屈折板A、B、Cの、d線の常光に対する屈折率、NeA、NeB、NeCをそれぞれ第1、第2、第3の複屈折板A、B、Cの、d線の異常光に対する屈折率TA、TB、TCをそれぞれ第1、第2、第3の複屈折板A、B、Cの板厚(単位mm)としたとき
0.7<TA<2
0.004<|(NeA−NoA)/NoA|<0.01
0.1<TB<0.4
0.025<|(NeB−NoB)/NoB|<0.12
0.7<TC<2
0.004<|(NeC−NoC)/NoC|<0.01
の条件を満たすことを特徴とする光学ローパスフィルタ。
In order from the light incident side, a first birefringent plate A that separates light in a first direction, a second birefringent plate B that separates light in a second direction, and a third birefringent plate B that separates light in a third direction. In an optical low-pass filter configured by joining a refractive plate C,
NoA, NoB, and NoC are the first, second, and third birefringent plates A, B, and C, respectively, and the refractive index with respect to the d-line normal light, and NeA, NeB, and NeC are the first, second, and third, respectively. The refractive indexes of the birefringent plates A, B, and C with respect to the extraordinary light of the d line , TA, TB, and TC are the thicknesses of the first, second, and third birefringent plates A, B, and C (unit: mm), respectively. ) 0.7 <TA <2
0.004 <| (NeA-NoA) / NoA | <0.01
0.1 <TB <0.4
0.025 <| (NeB-NoB) / NoB | <0.12
0.7 <TC <2
0.004 <| (NeC-NoC) / NoC | <0.01
An optical low-pass filter that satisfies the following condition.
前記第1、第3の複屈折板A、Cの材質は水晶であり、前記第2の複屈折板Bの材質はニオブ酸リチウムであることを特徴とする請求項1、2、または3の光学ローパスフィルタ。  4. The material of the first and third birefringent plates A and C is quartz, and the material of the second birefringent plate B is lithium niobate. Optical low-pass filter. 前記第1の複屈折板或いは前記第3の複屈折板の光出射面に赤外カットのコーティングが設けられていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の光学ローパスフィルタ。The infrared cut coating is provided on the light exit surface of the first birefringent plate or the third birefringent plate, according to any one of claims 1 to 4. Optical low-pass filter. 前記第1の複屈折板の光入射側の面に赤外カットのコーティングが設けられていることを特徹とする請求項1から4のいずれか1項の光学ローパスフィルタ。  The optical low-pass filter according to any one of claims 1 to 4, wherein an infrared cut coating is provided on a light incident side surface of the first birefringent plate. 請求項1から6のいずれか1項の光学ローパスフィルタを有していることを特徴とする光学機器。  An optical apparatus comprising the optical low-pass filter according to claim 1.
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