JP2009128522A - Light-absorbing antireflection structure, optical unit and lens barrel unit equipped with same and optical device equipped with them - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光吸収性反射防止構造体、それを備えた光学ユニット及びレンズ鏡筒ユニット、並びにそれらを備えた光学装置に関する。 The present invention relates to a light-absorbing antireflection structure, an optical unit and a lens barrel unit including the same, and an optical device including the same.
例えば特許文献1では、黒色材料を基材表面に塗布して塗膜を形成し、その塗膜をベナードセルを形成させながら乾燥させることにより優れた光吸収性を有する光吸収部材を得ようとしている。 For example, in Patent Document 1, a black material is applied to a substrate surface to form a coating film, and the coating film is dried while forming a Benard cell to obtain a light absorbing member having excellent light absorption. .
また、本発明者等は、特許文献2において、曲面形状の表面に微細な凹凸構造を形成した,黒色材料からなる光吸収部材を提案している。
しかしながら、特許文献1や特許文献2に記載された従来の光吸収部材では、十分に光の反射を抑制することができないという問題がある。詳細に、特許文献2に記載された光吸収部材では、正反射が生じることを除いては高い反射抑制効果が得られるものの、正反射の発生を十分に抑制することができないという問題がある。
However, the conventional light absorbing members described in Patent Document 1 and
本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、反射が十分に抑制された光吸収性反射防止構造体を提供することにある。 This invention is made | formed in view of such a point, The place made into the objective is to provide the light absorptive antireflection structure body in which reflection was fully suppressed.
上記目的を達成するために、本発明に係る光吸収性反射防止構造体は、所定の波長以上の光の反射を抑制すると共に、反射が抑制される光を吸収する光吸収性反射防止構造体であって、所定の波長よりも大きな表面粗さの粗面を有し、その粗面には、互いの平均距離が上記所定の波長以下であるように配列された複数の微小凹凸部が形成されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a light-absorbing antireflection structure according to the present invention suppresses reflection of light having a predetermined wavelength or more and absorbs light whose reflection is suppressed. And having a rough surface having a surface roughness larger than a predetermined wavelength, and a plurality of micro uneven portions arranged so that an average distance between them is not more than the predetermined wavelength is formed on the rough surface. It is characterized by being.
本発明に係る光学ユニットは、光学系と、光学系からの光が入射するように配置され、光学系からの光の反射を抑制すると共に、光学系からの光を吸収する光吸収性反射防止構造体とを備えており、光吸収性反射防止構造体は、その光学系からの光が入射する表面が光学系からの光の波長よりも大きな表面粗さの粗面に形成されており、その表面には、互いの平均距離が光学系からの光の波長以下であるように配列された複数の微小凹凸部が形成されていることを特徴とする。 The optical unit according to the present invention is arranged so that light from the optical system and the optical system is incident thereon, and suppresses reflection of light from the optical system and absorbs light from the optical system. A light-absorbing anti-reflection structure, the surface on which light from the optical system is incident is formed on a rough surface having a surface roughness larger than the wavelength of light from the optical system, The surface is formed with a plurality of minute concavo-convex portions arranged so that the mutual average distance is equal to or less than the wavelength of light from the optical system.
本発明に係るレンズ鏡筒ユニットは、光学系と、光学系を内部に収納し、光学系からの光の反射を抑制すると共に、光学系からの光を吸収する鏡筒とを備えており、鏡筒は、その内周面が光学系からの光の波長よりも大きな表面粗さの粗面に形成されており、その内周面には、互いの平均距離が光学系からの光の波長以下であるように配列された複数の微小凹凸部が形成されていることを特徴とする。 A lens barrel unit according to the present invention includes an optical system and a lens barrel that houses the optical system therein, suppresses reflection of light from the optical system, and absorbs light from the optical system, The lens barrel is formed with a rough surface whose inner peripheral surface is larger in surface roughness than the wavelength of light from the optical system, and the average distance between the inner peripheral surfaces is the wavelength of the light from the optical system. A plurality of minute concavo-convex portions arranged as follows are formed.
本発明に係る光学装置は、本発明に係る光学ユニット又はレンズ鏡筒ユニットを備えていることを特徴とする。 An optical device according to the present invention includes the optical unit or the lens barrel unit according to the present invention.
本発明によれば、高い反射抑制効果を実現することができる。 According to the present invention, a high reflection suppression effect can be realized.
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。ここでは、本発明を実施した光学装置について、撮像装置を例に挙げて説明するが、本発明に係る光学装置は撮像装置に限定されるものではなく、例えば、照明装置やプロジェクタ等の他の光学装置であってもよい。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Here, the optical device embodying the present invention will be described by taking an imaging device as an example. However, the optical device according to the present invention is not limited to the imaging device, for example, other devices such as a lighting device and a projector. It may be an optical device.
図1は本実施形態に係る撮像装置1の主要部の構成を表す概略図である。 FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a main part of an imaging apparatus 1 according to the present embodiment.
撮像装置1は、装置本体3と、光学ユニットとしてのレンズ鏡筒ユニット2とを備えている。ここでは、レンズ鏡筒ユニット2が装置本体3に取り付けられている例を説明するが、レンズ鏡筒ユニット2は、例えば、装置本体3に着脱可能に構成されていてもよい。
The imaging device 1 includes a device body 3 and a
レンズ鏡筒ユニット2は、筒状(具体的には円筒状)のレンズ鏡筒5と、レンズ鏡筒5の内部に収納された光学系4とを備えている。一方、装置本体3には、光学系4の光軸AX上に位置するように配置された撮像素子6を備えている。光学系4は、この撮像素子6の撮像面上に光学像を結像するためのものであり、光学系4により撮像面上に結像された光学像は撮像素子6によって電気信号に変換され、例えば、装置本体3内に設けられたメモリ(外付けメモリであってもよい)に記憶されたり、装置本体3に接続されたケーブルを介して他の装置へと出力されるようになっている。尚、撮像素子6は、例えば、CCD(charge coupled device)、COMS(complementary metal−oxide semiconductor)等により構成することができる。
The
光学系4は撮像素子6の撮像面上に好適に光学像を結像させることができるものであれば特に限定されることはなく、例えば図1に示すように、第1レンズ(群)L1、第2レンズ(群)L2、及び第3レンズ(群)L3の3つのレンズ(群)により構成されていてもよい。また、それら3つのレンズ(群)L1〜L3のうちの少なくともいずれかが光軸AX方向に変位自在であり、フォーカシング及び/又は変倍が可能な構成であってもよい。
The
図2はレンズ鏡筒5の正面図である。
FIG. 2 is a front view of the
図3はレンズ鏡筒5の一部を拡大した断面図である。
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a part of the
図4はレンズ鏡筒5の一部をさらに拡大した断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view in which a part of the
レンズ鏡筒5は像側から光学系4に入射する光(一般的には、可視光)を吸収するように構成されている。このため、像側からレンズ鏡筒ユニット2に入射する光学系4の包括画角以上の光束や光学系4を構成するレンズ等の表面における反射に起因する迷光はレンズ鏡筒5によって吸収される。従って、本実施形態に係る撮像装置1は、ゴーストやフレア等の発生が抑制され、高い光学性能を有する。
The
具体的には、光吸収性の材料(例えば、染料や顔料)をレンズ鏡筒5に分散混入させる構成としてもよい。又は、レンズ鏡筒5を実質的に光吸収性の材料により形成してもよい。可視光を吸収する光吸収性の材料としては、シアン、マゼンタ、イエロー等の複数の色素を混合することによって得られる黒色染料(例えば、有本化学工業株式会社製Plast Black 8950や8970)や、カーボンブラックなどが挙げられる。また、それら顔料や染料を分散混入させる母体は、例えば、ガラス、アクリル樹脂やポリカーボネート樹脂等の樹脂(好ましくは、ガラス転移温度が90℃以上170℃以下の樹脂)やガラス繊維含有樹脂などであってもよい。さらには、レンズ鏡筒5にゴミや塵等が付着するのを抑制する観点から、レンズ鏡筒5は帯電防止材料を含有するものであることが好ましい。また、レンズ鏡筒5は、耐光性(特に紫外光に対する耐光性)が高いものであることが好ましい。
Specifically, a configuration in which a light-absorbing material (for example, a dye or a pigment) is dispersed and mixed in the
さらに、本実施形態に係る撮像装置1では、レンズ鏡筒5の内周面10に光の反射を抑制するための微小凹凸部11が複数形成されている。詳細には、レンズ鏡筒5の内周面10の全体にわたって所定の波長以下の周期(ここでは光学系4から入射する光、すなわち可視光の波長以下の周期、好ましくは、光学系4から入射する光のうち最も短い波長の光の波長以下の周期である。すなわち、ここで「所定の波長」とは反射を抑制しようとする波長、反射を抑制すべき波長をいう。)で規則的に配列された複数の微小凹凸部11が形成されている(以下、この微小凹凸部11が規則的に複数形成された構造を「SWS」と略称することがある。)。このため、レンズ鏡筒5と空気層との間の急激な屈折率変化が抑制され、微小凹凸部11により形成された内周面10の表層部において屈折率がゆるやかに変化する。従って、図5に示すように、内周面10に微小凹凸部11(SWS)を形成することによって、レンズ鏡筒5の内周面10における表面反射がさらに効果的に抑制される。
Furthermore, in the imaging apparatus 1 according to the present embodiment, a plurality of minute
微小凹凸部11は、レンズ鏡筒5の内周面10と空気層との間の界面における屈折率変化をゆるやかにする機能を有するものである限りにおいて特にその形状は限定されるものではなく、例えば、略円錐状(頂部が面取り又はR面取りされていてもよい)の凹部又は凸部、角錐台状の凹部又は凸部、線条(断面形状が、三角形状(頂部がR面取りされていてもよい、台形状、矩形状等)の凹部又は凸部であってもよい。
The shape of the minute
また、高い反射抑制効果を実現する観点から、微小凹凸部11の周期((粗面に形成されている)内周面10の基準面の法線方向からの平面視における隣接する微小凹凸部11の頂部相互間の距離。ここで「基準面」とは、微小凹凸部11及び粗さ形状を高周波成分としてカットオフして得られる面のことをいう。)は像側からレンズ鏡筒ユニット2に入射する光の波長以下であることが好ましい。一方、微小凹凸部11の高さ(厳密には、(粗面に形成されている)内周面10の基準面の法線方向における基準面から頂部までの距離で定義される。)は像側からレンズ鏡筒ユニット2に入射する光の波長の0.4倍以上であることが好ましく、当該波長の1倍以上、さらには3倍以上であることがより好ましい。厳密には、本実施形態のように、ある波長幅をもった光が入射するような場合には、微小凹凸部11の周期は、入射する光の最短波長以下であることが好ましく、高さは入射する光の最長波長の0.4倍以上(好ましくは1倍以上、さらには3倍以上)であることが好ましい。
Further, from the viewpoint of realizing a high reflection suppressing effect, the adjacent minute
尚、撮像装置1の設計上、微小凹凸部11は入射する光のすべてに対して反射抑制効果を発揮するようなものである必要は必ずしもない。例えば、入射する光の波長が、紫外光、近紫外光、可視光、近赤外光、赤外光と広い波長範囲にわたるものの、撮像素子6が400nm〜1000nmの範囲の光のみを検知するようなものである場合には、400nm未満の波長の光及び1000nmよりも大きな波長の光の反射を抑制する必要は必ずしもないため、この場合は、微小凹凸部11の周期は400nm以下であることが好ましい。一方、微小凹凸部11の高さは1000nmの0.4倍以上、すなわち400nm以上であることが好ましい。
In the design of the imaging device 1, the minute
微小凹凸部11は、その高さが内周面10の各部(例えば、1mm四方の大きさの各部)で相互に異なるように形成されていてもよいが、形成容易性の観点から、高さが相互に略同一となるように形成されていることが好ましい。また、例えば、微小凹凸部11が錐体状の凹部や錐体状の凸部であるような場合には、その錐体の底部中心と頂部とを結んでなる中心軸が相互に略平行となるように形成されていることが好ましい。この場合、射出成形によるレンズ鏡筒5の作製が容易となる。一方、同様の理由により、微小凹凸部11が断面三角形状の線条凹部又は線条凸部であるような場合には、横断面における底部中心と頂部とを結んでなる中心軸が、各部(例えば、1mm四方の大きさの各部)において相互に略平行であることが好ましい。なお、微小凹凸部11は、互いの平均距離が上記所定の波長以下であるように配列されて形成されていればよく、周期的である必要はない。
The
このように、本実施形態において、レンズ鏡筒5は像側からレンズ鏡筒ユニット2に入射する光(厳密にはそのうち反射を抑制すべき波長の光)を吸収するものであり、且つ、その光の反射を抑制するための微小凹凸部11が内周面10に複数形成されているために、レンズ鏡筒5の内周面10における光の反射は大幅に低減される。しかしながら、例えば、内周面10が滑面であるような場合には、十分に内周面10における正反射を十分に抑制することができない。
As described above, in the present embodiment, the
図6は、入射角45度で入射する光の反射光強度を表すグラフである。 FIG. 6 is a graph showing the reflected light intensity of light incident at an incident angle of 45 degrees.
図6に示すように滑面上に微小凹凸部11を形成した場合は、射出角が約45度である反射光、すなわち正反射が観測される。このように、微小凹凸部11が形成されている内面10が滑面である場合は、像側からレンズ鏡筒ユニット2に入射する光の正反射を十分に抑制することができない。それに対して、図6に示すように、入射光の波長よりも大きな表面粗さの粗面にSWSを形成した場合は、正反射が実質的に観測されない。ここで、本実施形態では、図3や図4に示すように、レンズ鏡筒5の内周面10は入射光の波長よりも大きな表面粗さの粗面に形成されている。詳細には、内周面10は、ISO4287:1997(JIS B0601:2001に対応する)で規定される粗さ曲線要素の平均長さRSmで入射光の波長よりも大きな表面粗さに形成されている。従って、本実施形態におけるレンズ鏡筒5では、内周面10における正反射もまた十分に抑制される。従って、ゴーストやフレア等の発生が十分に抑制された撮像装置1を実現することができる。但し、この正反射の発生を抑制する効果は、内周面10の表面粗さがあまりに大きすぎると低下する傾向にある。内周面10の粗さ曲線要素の平均長さRSmの好適な範囲は500μm以下である。より好ましくは100μmであり、さらに好ましくは50μmである。
As shown in FIG. 6, when the minute
さらに、微小凹凸部11を形成する内周面10を入射光の波長よりも大きな表面粗さの粗面にすることによって、入射角の比較的大きな入射光に対する反射率をも低減することができる。以下、この効果について図5及び図7を参照しながら詳細に説明する。
Furthermore, the reflectance with respect to incident light having a relatively large incident angle can be reduced by making the inner
図7は微小凹凸部11が形成された面における入射角と反射率との相関を表すグラフである。尚、図7中に示すθは内周面10の粗さ形状の接平面13の法線ベクトルN2と内周面10の基準面12の法線ベクトルN1とのなす角の大きさ(図9参照)である。
FIG. 7 is a graph showing the correlation between the incident angle and the reflectance on the surface on which the
図7に示すように、θが0度(言い換えれば、滑面)である場合は、微小凹凸部11が形成されていた場合であっても、例えば50度を超えるような大きな入射角、さらには70度を超えるような大きな入射角の場合は、入射角の増大と共に反射率が増大する傾向にある。
As shown in FIG. 7, when θ is 0 degrees (in other words, a smooth surface), even when the minute
通常、光を透過させるレンズ等の光学素子においては、このような入射角の大きな入射光の反射は考慮する必要性は小さい。しかしながら、本実施形態のように、光吸収性反射防止構造体(所謂、黒体)の場合は、例えば45度以下といった比較的小さい入射角の光のみが入射するとは限らないため、入射角の比較的大きな入射光の反射を抑制する構成とすることが好ましい。この入射角の比較的大きな入射光の反射を抑制するという課題は光吸収性反射防止構造体に特有のものである。 Usually, in an optical element such as a lens that transmits light, there is little need to consider such reflection of incident light having a large incident angle. However, in the case of the light-absorbing antireflection structure (so-called black body) as in the present embodiment, only light having a relatively small incident angle such as 45 degrees or less is not necessarily incident. It is preferable to have a configuration that suppresses reflection of relatively large incident light. The problem of suppressing reflection of incident light having a relatively large incident angle is unique to the light-absorbing antireflection structure.
このところ、本実施形態においては、内周面10が粗面に形成されているため、内周面10が滑面である場合と比較して実質的に入射角が平均的に小さくなる。従って、図5に示すように、本実施形態では、入射角が比較的大きな入射光の反射をも効果的に抑制することができる。一方、図5に示すように、滑面にSWSを形成した場合は、入射角が比較的小さい入射光に対しては、比較的高い反射防止効果を付与できるものの、入射角が比較的大きい入射光に対しては、依然として十分な反射防止効果を付与することができない。すなわち、SWSを形成する面が滑面である場合は、反射率の角度依存性を十分に抑制することは困難である。
In this embodiment, since the inner
入射角が比較的大きな入射光の反射をさらに効果的に抑制する観点から、図9に示すように、内周面10の粗さ形状の接平面(詳細には、内周面10の微小凹凸部11を含めた形状から高周波成分として微小凹凸部11をカットオフした形状(粗さ形状)の接平面)13の法線ベクトルN2と内周面10の基準面12の法線ベクトルN1とのなす角の大きさ(θ)が5度以下である部分が占める単位面積(例えば、1mm四方)当たりの割合が80%未満であることが好ましい。言い換えれば、θが5度以上である部分が占める単位面積当たりの割合が20%以上であることが好ましい。また、θが10度以下である部分が占める単位面積当たりの割合が90%未満であることが好ましい。言い換えれば、θが10度以上である部分が占める単位面積当たりの割合が10%以上であることが好ましい。この場合、入射角が89度の光の反射率を滑面に微小凹凸部11を形成する場合と比較して約3割以上低減することができる。
From the viewpoint of further effectively suppressing the reflection of incident light having a relatively large incident angle, as shown in FIG. 9, the tangential plane of the roughness shape of the inner peripheral surface 10 (specifically, the minute irregularities of the inner
より好ましくは、θが5度以下である部分が占める単位面積当たりの割合が50%未満であることが好ましい。言い換えれば、θが5度以上である部分が占める単位面積当たりの割合が50%以上であることが好ましい。また、θが10度以下である部分が占める単位面積当たりの割合が80%未満であることが好ましい。言い換えれば、θが10度以上である部分が占める単位面積当たりの割合が20%以上であることが好ましい。この場合、入射角が89度の光の反射率を滑面に微小凹凸部11を形成する場合と比較して約5割以上低減することができる。
More preferably, the ratio per unit area occupied by the portion where θ is 5 degrees or less is preferably less than 50%. In other words, the ratio per unit area occupied by the portion where θ is 5 degrees or more is preferably 50% or more. Moreover, it is preferable that the ratio per unit area which the part whose (theta) is 10 degrees or less occupies is less than 80%. In other words, the ratio per unit area occupied by the portion where θ is 10 degrees or more is preferably 20% or more. In this case, the reflectance of light having an incident angle of 89 degrees can be reduced by about 50% or more compared to the case where the minute
さらに好ましくは、θが5度以下である部分が占める単位面積当たりの割合が30%未満であることが好ましい。言い換えれば、θが5度以上である部分が占める単位面積当たりの割合が70%以上であることが好ましい。また、θが10度以下である部分が占める単位面積当たりの割合が50%未満であることが好ましい。言い換えれば、θが10度以上である部分が占める単位面積当たりの割合が50%以上であることが好ましい。この場合、入射角が89度の光の反射率を滑面に微小凹凸部11を形成する場合と比較して約7割以上低減することができる。
More preferably, the ratio per unit area occupied by the portion where θ is 5 degrees or less is preferably less than 30%. In other words, it is preferable that the ratio per unit area occupied by the portion where θ is 5 degrees or more is 70% or more. Moreover, it is preferable that the ratio per unit area which the part whose (theta) is 10 degrees or less occupies is less than 50%. In other words, the ratio per unit area occupied by the portion where θ is 10 degrees or more is preferably 50% or more. In this case, the reflectance of light having an incident angle of 89 degrees can be reduced by about 70% or more as compared with the case where the
次に、θの平均値(θave)の好ましい範囲について説明する。 Next, a preferable range of the average value (θave) of θ will be described.
図8はθaveと反射率との相関を表すグラフである。 FIG. 8 is a graph showing the correlation between θave and reflectance.
図8に示すように、θaveが大きくなるにつれて入射角依存性が低下し、入射角が比較的大きな光に対しても高い反射抑制効果が得られるようになる。具体的に、θaveが5度以上であることが好ましい。この場合、入射角が89度の光の反射率を滑面に微小凹凸部11を形成する場合と比較して約3割以上低減することができる。より好ましくは、θaveが10度以上である。この場合、入射角が89度の光の反射率を滑面に微小凹凸部11を形成する場合と比較して約5割以上低減することができる。さらに好ましくは、θaveが15度以上である。この場合、入射角が89度の光の反射率を滑面に微小凹凸部11を形成する場合と比較して約3割以上低減することができる。
As shown in FIG. 8, the incident angle dependence decreases as θave increases, and a high reflection suppression effect can be obtained even for light having a relatively large incident angle. Specifically, θave is preferably 5 degrees or more. In this case, the reflectance of light having an incident angle of 89 degrees can be reduced by about 30% or more as compared with the case where the
また、θの分布のピーク(最も頻度が高いθの値)が0度よりも大きいことが好ましく、2度以上、さらには5度以上であることが好ましい。 Further, the peak of the distribution of θ (the value of θ having the highest frequency) is preferably larger than 0 degree, preferably 2 degrees or more, and more preferably 5 degrees or more.
尚、製造上の観点からは、図10に示すように,θが90度より大きい領域が存在しないことが好ましい。言い換えれば、内周面10は、その粗さ形状がθ≦90度である面により実質的に構成されていることが好ましい。図10のように、θが90度よりも大きな領域が存在する場合は、凹部17に面した表面に微小凹凸部11を形成するのが困難になるからである。
From the viewpoint of manufacturing, it is preferable that there is no region where θ is larger than 90 degrees as shown in FIG. In other words, it is preferable that the inner
ISO4287:1997(JIS B0601:2001に対応する)で規定される粗さ曲線要素の平均高さRcは、粗さ形状の平均振幅に相当し、一方、粗さ曲線要素の平均長さRSmは、粗さ形状の平均周期に相当する。前述の平均面角度θaveは、RcとRSmを用いて,
tan(θave)=2Rc/RSm
と表すことができる。
The average height Rc of the roughness curve element defined in ISO 4287: 1997 (corresponding to JIS B0601: 2001) corresponds to the average amplitude of the roughness shape, while the average length RSm of the roughness curve element is This corresponds to the average period of the roughness shape. The average surface angle θave is calculated using Rc and RSm,
tan (θave) = 2Rc / RSm
It can be expressed as.
好ましい反射抑制効果得られる条件θave>5度相当の条件はRc/RSm>0.175であり,さらに好ましいθave>15度相当の条件はRc/RSm>0.536である。 A condition corresponding to a condition θave> 5 degrees at which a preferable reflection suppression effect is obtained is Rc / RSm> 0.175, and a more preferable condition corresponding to θave> 15 degrees is Rc / RSm> 0.536.
さらに、内周面10は、入射光から回折光が発生しないように構成することが好ましい。具体的には、内周面10の粗さ形状が非周期的であることが好ましい。換言すれば、図11に示すように、内周面10(内周面10上に形成されている微小凹凸部11の形状を含む)の基準面の法線方向における高さ分布をフーリエ変換することにより得られるスペクトルのうち内周面10の粗さ形状に由来するピーク16のピーク幅(例えば、ピークの高さの半分の高さにおけるピークの幅)W2が微小凹凸部11に由来するピーク15の同ピーク幅W1よりも広いことが好ましい。例えば、内周面10の粗さ形状が周期的である場合は、内周面10へ入射した光から回折光が発生し、その回折光に起因してゴーストやフレア等が生じる虞があるところ、このように構成することによって、回折光の発生、ひいてはゴーストやフレア等の発生を効果的に抑制することができる。尚、粗さ形状とは、内周面10の微小凹凸部11を含めた形状から高周波成分として微小凹凸部11をカットオフした形状をいう(以下、内周面10の微小凹凸部11を含めた形状は、単に「内周面10の形状」と称呼する)。
Furthermore, the inner
発生する回折光の撮像素子6の撮像面上に結像される光学像への影響を効果的に低減する観点から、内周面10は、その粗さ形状の中心周期(最も度数比率の高い周期)で規格化された周期の分布幅が中心周期の0.4倍以上となるように形成されていることが好ましい。内周面10の粗さ形状の中心周期で規格化された周期の分布幅が中心周期の0.4倍より小さい場合は、内周面10において生じる2次回折光が存在する回折角の領域と3次回折光が存在する回折角の領域とが隔離することとなり、生じる回折光にムラが生じる虞がある。一方、内周面10の粗さ形状の中心周期で規格化された周期の分布幅が中心周期の0.4倍以上である場合は、内周面10において生じる2次回折光が存在する回折角の領域と3次回折光が存在する回折角の領域とが一部重畳するため、回折光のムラが低減される。
From the viewpoint of effectively reducing the influence of the generated diffracted light on the optical image formed on the imaging surface of the
回折光のムラをより低減する観点から、内周面10の粗さ形状の中心周期で規格化された周期の分布幅が中心周期の2/3倍以上であることが好ましい。この構成によれば、内周面10において生じる2次回折光が存在する回折角の領域と3次回折光が存在する回折角の領域とが一部重畳すると共に、1次回折光が存在する回折角の領域と2次回折光が存在する回折角の領域とが一部重畳するため、1次回折光と2次回折光との両方が存在しない領域が存在しないことに起因する回折光のムラを低減することができる。
From the viewpoint of further reducing the unevenness of the diffracted light, it is preferable that the distribution width of the period normalized by the center period of the roughness shape of the inner
尚、ここでは、レンズ鏡筒5の内周面に直接SWSが形成されている例について説明したが、レンズ鏡筒の内周面にSWSを形成したシールを貼着又は粘着させることによりレンズ鏡筒5を作成してもよい。言い換えれば、レンズ鏡筒5は一体でなくてもよく、複数の構成部材により構成されているものであってもよい。
Here, the example in which the SWS is directly formed on the inner peripheral surface of the
また、ここでは、SWSがレンズ鏡筒5の内周面10の全面にわたって形成されている例について説明したが、光学系4の構成などの他の条件によっては、SWSをレンズ鏡筒5の内周面10の全面にわたって必ずしも設ける必要はなく、必要に応じた箇所のみにSWSを形成してもよい。その場合に、SWSを設けた箇所のみならず、内周面10のその他の箇所もSWSを設けた箇所と同等の表面粗さの粗面としても構わず、また、それ以下の表面粗さの滑面としてもよい。さらに、SWSを設けていない箇所には反射率が比較的低い膜と比較的高い膜との多層膜からなるような他の反射防止構造を形成してもよい。すなわち、光吸収性の基材の光が入射する表面の少なくとも一部が粗面に形成されており、その粗面上にSWSが形成されている限りにおいて、本発明に係る光吸収性反射防止構造体は何ら限定されるものではない。また、SWSが形成されている領域内においても、必要に応じてSWSの高さや周期(ピッチ)を調節してもよい。
Here, the example in which the SWS is formed over the entire inner
また、レンズ鏡筒5の内周面10のみならず、光学系4を構成するレンズ(群)L1〜L3等のその他の部材の表面にもSWSを形成してもよい。
Further, the SWS may be formed not only on the inner
また、本実施形態のようにレンズ鏡筒5が光を吸収するものである場合は、撮像装置1を長時間使用し続けた場合にレンズ鏡筒5が発熱する虞がある。さらに、発熱が激しくなったり、高温状態が長時間続くような場合はレンズ鏡筒5が熱により劣化してしまう虞がある。この熱による劣化を抑制するために、レンズ鏡筒5の内部に空間を形成し、その空間に冷媒を封入してもよい。また、レンズ鏡筒5の内部空間をラジエーター等に連結し、内部の冷媒を循環しながら順次冷却するようにしてもよい。尚、冷媒としては、ポリエチレングリコールと水からなる不凍液、空気、アルコールと水の混合液等が挙げられる。
In addition, when the
以上、ここでは、本発明を実施した光学装置の例として撮像装置を挙げ、円筒状に形成された光吸収性反射防止構造体(レンズ鏡筒5)について特に詳細に説明したが、本発明において、光吸収性反射防止構造体は、このようなレンズ鏡筒5に限定されるものではなく、例えば、平板状、シート状、高さ方向に貫通する貫通孔が形成された円錐台や角錐台状等といった種々の形状を有するものであってもよい。さらには、光吸収性反射防止構造体のSWSが形成されていない面が貼着面や粘着面に構成されていてもよい。具体的に、光吸収性反射防止構造体は、電荷結合素子(CCD)等のイメージセンサ、パワーメータ、エネルギーメータ、反射率測定機器等の光計測機器、マイクロレンズアレイ、フォトディテク他等に対して用いられるものであってもよい。
Heretofore, an imaging apparatus has been cited as an example of an optical apparatus embodying the present invention, and the light-absorbing antireflection structure (lens barrel 5) formed in a cylindrical shape has been particularly described in detail. The light-absorptive antireflection structure is not limited to such a
本発明に係る光吸収性反射防止構造体は、高い反射防止抑制効果を奏するものであり、撮像装置、照明装置、光走査装置、光ピックアップ装置、ディスプレイ等の種々の光学機器に有用である。 The light-absorptive antireflection structure according to the present invention exhibits a high antireflection effect and is useful for various optical devices such as an imaging device, an illumination device, an optical scanning device, an optical pickup device, and a display.
1 撮像装置
2 レンズ鏡筒ユニット
3 装置本体
4 光学系
5 レンズ鏡筒
6 撮像素子
10 内周面
11 微小凹凸部
L1〜L3 レンズ群
1 Imaging device
2 Lens barrel unit
3 Device body
4 Optical system
5 Lens barrel
6 Image sensor
10 Inner peripheral surface
11 Minute uneven parts
L1-L3 lens group
Claims (23)
上記所定の波長よりも大きな表面粗さの粗面を有し、該粗面には、互いの平均距離が上記所定の波長以下であるように配列された複数の微小凹凸部が形成されていることを特徴とする光吸収性反射防止構造体。 A light-absorbing antireflection structure that suppresses reflection of light having a predetermined wavelength or more and absorbs light whose reflection is suppressed,
The rough surface has a rough surface having a surface roughness larger than the predetermined wavelength, and a plurality of minute uneven portions arranged so that an average distance between them is equal to or less than the predetermined wavelength is formed on the rough surface. A light-absorbing antireflection structure characterized by the above.
上記各微小凹凸部は、略錐体状の凹部又は凸部、若しくは線条凹部又は線条凸部であることを特徴とする光吸収性反射防止構造体。 In the light absorptive antireflection structure according to claim 1,
Each of the minute uneven portions is a substantially conical concave portion or convex portion, or a linear concave portion or a linear convex portion.
上記粗面は、その表面粗さがISO4287:1997で規定される粗さ曲線要素の平均長さRSmで上記所定の波長よりも大きいことを特徴とする光吸収性反射防止構造体。 In the light absorptive antireflection structure according to claim 1,
The light-absorbing antireflection structure according to claim 1, wherein the rough surface has a surface roughness larger than the predetermined wavelength by an average length RSm of roughness curve elements defined by ISO 4287: 1997.
上記粗面は、その表面粗さがISO4287:1997で規定される粗さ曲線要素の平均長さRSmで500μmより小さいことを特徴とする光吸収性反射防止構造体。 In the light absorptive antireflection structure according to claim 1,
The light-absorbing antireflection structure according to claim 1, wherein the rough surface has a surface roughness smaller than 500 μm in terms of an average length RSm of roughness curve elements defined by ISO 4287: 1997.
上記粗面は、その表面粗さがISO4287:1997で規定される粗さ曲線要素の平均長さRSmで100μmより小さいことを特徴とする光吸収性反射防止構造体。 In the light absorptive antireflection structure according to claim 1,
The light-absorbing antireflection structure, wherein the rough surface has an average length RSm of a roughness curve element defined by ISO 4287: 1997, which is smaller than 100 μm.
上記粗面は、その表面粗さがISO4287:1997で規定される粗さ曲線要素の平均長さRSmで50μmより小さいことを特徴とする光吸収性反射防止構造体。 In the light absorptive antireflection structure according to claim 1,
The light-absorbing antireflection structure according to claim 1, wherein the rough surface has a surface roughness that is less than 50 μm in terms of an average length RSm of roughness curve elements defined by ISO 4287: 1997.
上記複数の微小凹凸部の上記粗面の基準面の法線方向における高さが相互に略同一であることを特徴とする光吸収性反射防止構造体。 In the light absorptive antireflection structure according to claim 1,
The light-absorptive antireflection structure, wherein heights in a normal direction of a reference surface of the rough surface of the plurality of minute uneven portions are substantially the same.
上記粗面は、その粗さ形状が非周期的であることを特徴とする光吸収性反射防止構造体。 In the light absorptive antireflection structure according to claim 1,
The light-absorbing antireflection structure, wherein the rough surface has a non-periodic roughness.
上記粗面は、その粗さ形状の中心周期で規格化された周期の分布幅が該中心周期の0.4倍以上の広がりを有するように形成されていることを特徴とする光吸収性反射防止構造体。 In the light absorptive antireflection structure according to claim 8,
The light-absorbing reflection is characterized in that the rough surface is formed such that a distribution width of a period normalized by a center period of the roughness shape has a spread of 0.4 times or more of the center period. Prevention structure.
上記粗面は、その粗さ形状の中心周期で規格化された周期の分布幅が該中心周期の2/3倍以上の広がりを有するように形成されていることを特徴とする光吸収性反射防止構造体。 In the light absorptive antireflection structure according to claim 8,
The light-absorbing reflection is characterized in that the rough surface is formed so that a distribution width of a period normalized by a center period of the roughness shape has a spread of 2/3 times or more of the center period. Prevention structure.
上記粗面の基準面の法線方向における高さ分布をフーリエ変換することにより得られるスペクトルのうち上記粗面の粗さ形状に由来するピークは、その幅が該スペクトルの上記微小凹凸部に由来するピークの幅よりも広いことを特徴とする光吸収性反射防止構造体。 In the light absorptive antireflection structure according to claim 1,
The peak derived from the roughness shape of the rough surface of the spectrum obtained by Fourier transforming the height distribution in the normal direction of the reference surface of the rough surface has a width derived from the minute uneven portion of the spectrum. A light-absorbing antireflection structure characterized in that the light-absorbing anti-reflection structure is wider than the peak width.
上記粗面は、その粗さ形状の接平面の法線ベクトルと該粗面の基準面の法線ベクトルとのなす角の大きさの平均値が5度以上となるように構成されている光吸収性反射防止構造体。 In the light absorptive antireflection structure according to claim 1,
The rough surface is configured so that the average value of the angles formed by the normal vector of the tangent plane of the roughness shape and the normal vector of the reference surface of the rough surface is 5 degrees or more. Absorptive antireflection structure.
上記粗面は、その粗さ形状の接平面の法線ベクトルと該粗面の基準面の法線ベクトルとのなす角の大きさの分布のピークが0度よりも大きくなるように構成されている光吸収性反射防止構造体。 In the light absorptive antireflection structure according to claim 1,
The rough surface is configured such that the peak of the distribution of the angle between the normal vector of the tangent plane of the roughness shape and the normal vector of the reference surface of the rough surface is greater than 0 degrees. Light absorbing antireflection structure.
上記粗面は、その粗さ形状の接平面の法線ベクトルと該粗面の基準面の法線ベクトルとのなす角の大きさが5度以下である部分が占める単位面積当たりの割合が80%未満となるように構成されている光吸収性反射防止構造体。 In the light absorptive antireflection structure according to claim 1,
The rough surface has a ratio per unit area occupied by a portion whose angle between the normal vector of the tangent plane of the rough shape and the normal vector of the reference surface of the rough surface is 5 degrees or less. A light-absorbing anti-reflection structure configured to be less than%.
上記粗面は、その粗さ形状の接平面の法線ベクトルと該粗面の基準面の法線ベクトルとのなす角の大きさが10度以下である部分が占める単位面積当たりの割合が90%未満となるように構成されている光吸収性反射防止構造体。 In the light absorptive antireflection structure according to claim 1,
The rough surface has a ratio per unit area occupied by a portion whose angle between the normal vector of the rough tangent plane and the normal vector of the reference surface of the rough surface is 10 degrees or less. A light-absorbing anti-reflection structure configured to be less than%.
上記粗面は、その粗さ形状の接平面の法線ベクトルと該粗面の基準面の法線ベクトルとのなす角度が90度以下である面により実質的に構成されていることを特徴とする光吸収性反射防止構造体。 In the light absorptive antireflection structure according to claim 1,
The rough surface is substantially composed of a surface whose angle formed by the normal vector of the tangent plane of the roughness shape and the normal vector of the reference surface of the rough surface is 90 degrees or less. Light absorbing antireflection structure.
上記複数の微小凹凸部のそれぞれは、錐体状凹部又は錐体状凸部であり、該複数の微小凹凸部は、その底部の中心と頂部とを結んでなる中心軸が相互に略平行であることを特徴とする光吸収性反射防止構造体。 In the light absorptive antireflection structure according to claim 1,
Each of the plurality of micro concavo-convex portions is a cone-shaped concave portion or a cone-shaped convex portion. A light-absorptive antireflection structure characterized by being.
上記複数の微小凹凸部のそれぞれは、その高さが上記反射が抑制される光の波長の0.4倍以上であることを特徴とする光吸収性反射防止構造体。 In the light absorptive antireflection structure according to claim 1,
Each of the plurality of minute uneven portions has a height that is 0.4 times or more the wavelength of light at which the reflection is suppressed.
筒状に形成されており、上記複数の微小凹凸部は内周面に形成されていることを特徴とする反射防止凹凸構造体。 In the light absorptive antireflection structure according to claim 1,
An antireflection concavo-convex structure having a cylindrical shape, wherein the plurality of minute concavo-convex portions are formed on an inner peripheral surface.
上記光吸収性反射防止構造体は、その上記光学系からの光が入射する表面が該光学系からの光の波長よりも大きな表面粗さの粗面に形成されており、該表面には、該光学系からの光の波長以下の周期で規則的に配列された複数の微小凹凸部が形成されていることを特徴とする光学ユニット。 An optical system and a light-absorbing antireflection structure that is arranged so that light from the optical system is incident thereon, suppresses reflection of light from the optical system, and absorbs light from the optical system. Optical unit,
In the light-absorbing antireflection structure, a surface on which light from the optical system is incident is formed in a rough surface having a surface roughness larger than the wavelength of the light from the optical system. An optical unit characterized in that a plurality of minute concavo-convex portions regularly arranged with a period equal to or shorter than the wavelength of light from the optical system are formed.
上記鏡筒は、その内周面が該光学系からの光の波長よりも大きな表面粗さの粗面に形成されており、該内周面には、該光学系からの光の波長以下の周期で規則的に配列された複数の微小凹凸部が形成されていることを特徴とするレンズ鏡筒ユニット。 A lens barrel unit including an optical system and a lens barrel that houses the optical system therein, suppresses reflection of light from the optical system, and absorbs light from the optical system;
The lens barrel has an inner peripheral surface formed on a rough surface having a surface roughness larger than the wavelength of light from the optical system, and the inner peripheral surface has a wavelength equal to or smaller than the wavelength of light from the optical system. A lens barrel unit, wherein a plurality of minute irregularities arranged regularly with a period are formed.
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