光学フィルタ
【課題】 高性能かつ安価な光学フィルタを提供すること。
【解決手段】 光学ローパスフィルタ１は、入射光を分離して複数の出射光を形成する水晶板（複屈折板）１０と、水晶板１０から出射する複数の出射光の偏光状態を略円偏光に変換する１／４波長板３０と、この１／４波長板３０から出射する複数の出射光をそれぞれ分離して複数の出射光を形成する水晶板２０と、を含んで構成される。１／４波長板３０は、少なくとも可視光の範囲内において、入射する光の波長が大きくなるに従って複屈折率が大きくなる波長分散特性を備える。
【解決手段】 光学ローパスフィルタ１は、入射光を分離して複数の出射光を形成する水晶板（複屈折板）１０と、水晶板１０から出射する複数の出射光の偏光状態を略円偏光に変換する１／４波長板３０と、この１／４波長板３０から出射する複数の出射光をそれぞれ分離して複数の出射光を形成する水晶板２０と、を含んで構成される。１／４波長板３０は、少なくとも可視光の範囲内において、入射する光の波長が大きくなるに従って複屈折率が大きくなる波長分散特性を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、擬似信号を抑制する光学フィルタと、この光学フィルタを含んで構成される撮像モジュール及び撮像装置（デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等）に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラなどの撮像装置は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子を含んで構成され、所定ピッチで配列される有限個の画素によって光学像を電気信号に変換し、映像を撮影する。このような撮像装置では、光学像の空間周波数が画素の配列ピッチにより決まるサンプリング周波数の１／２以下であれば、モアレなどの擬似信号を発生することがないが、光学像の空間周波数がサンプリング周波数の１／２を越えると、擬似信号を発生して画質を低下させる。
【０００３】
上述したモアレ等の擬似信号の発生を抑制するために、従来の撮像装置では、撮像素子の前面に、光学像の空間周波数の高域成分を抑制する光学フィルタ（いわゆる光学ローパスフィルタ）が配置されている。従来の光学ローパスフィルタとしては、以下のようなものが知られている。
【０００４】
例えば、１枚の水晶板を用いた構造の光学ローパスフィルタがある。これは、水晶板の複屈折性を利用し、入射光を常光線と異常光線に分離して撮像面に結像させるものである。このタイプの光学ローパスフィルタは、一方向の擬似信号の除去にしか有効でないものの、構造が簡単で安価に製造できる利点がある。
【０００５】
また、２枚の水晶板を各々の光学軸が４５度ずれるように配置した、いわゆる４５度分離タイプの光学ローパスフィルタがある。このタイプの光学ローパスフィルタは、水晶板２枚を用いる構成のため比較的に安価であるが、画像の斜め方向にギザギザが出やすい。
【０００６】
また、上述した４５度分離タイプに対して、さらに光学軸を４５度ずらしてもう１枚の水晶板を貼り合わせた、いわゆる４５度交差タイプの光学ローパスフィルタがある。このタイプの光学ローパスフィルタは、擬似信号を抑制する効果が比較的に高く良好な画質を実現することができるが、３枚の水晶板を必要とするためにコストが高くなる。
【０００７】
また、光学軸を直交させて配置した２枚の水晶板の間に１／４波長板を挿入して構成した、いわゆる垂直付加タイプの光学ローパスフィルタがある。このタイプの光学ローパスフィルタは、高価な波長板を用いるために高コストとなるが、上記各タイプの中で最も良好な画質を得ることができる。このような位相差板についての従来技術は、例えば、特開２０００−１３７１１６号公報（特許文献１）に開示されている。
【０００８】
また、従来の１／４波長板では波長依存性があるので、厳密には、特定の波長域以外の光の場合には１／４波長板としての性能が得られない。
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−１３７１１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように、光学ローパスフィルタには各種タイプが存在するが、性能の高さと低コスト化を両立できるものはこれまで存在しなかった。このため、光学像の空間周波数の高域成分を抑制する性能に優れ、かつ安価な光学フィルタの実現が望まれている。
【００１１】
本発明は、このような点に着目して創作されたものであり、高性能かつ安価な光学フィルタ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】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の光学フィルタは、入射光を複数に分岐して出射する光学フィルタであって、入射光を分離して複数の出射光を形成する第１の複屈折板と、複数の出射光の偏光状態を略円偏光に変換する高分子フィルムと、高分子フィルムから出射する複数の出射光をそれぞれ分離して複数の出射光を形成する第２の複屈折板と、を含んで構成されており、上述した高分子フィルムとして、入射する光の波長が大きくなるに従って複屈折率が大きくなる波長分散特性を備えるものを用いている。
【００１３】
入射光の波長λが大きくなるほど複屈折率（Δｎ）が大きくなる特性を有する高分子フィルムを用いることにより、入射光の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換する機能（別言すれば、１／４波長板としての機能）を広い波長範囲において実現することが可能となり、従来の光学ローパスフィルタよりも広い波長域で機能する光学フィルタを得ることができる。このような高分子フィルムを用いて光学フィルタを構成することにより、光学像の空間周波数の高域成分を抑制する性能に優れた光学フィルタを実現することができる。また、高分子フィルムを用いていることから、従来の水晶板を用いる場合に比較して、安価な光学フィルタを実現することが可能となる。
【００１４】
好ましくは、上記高分子フィルムは、少なくとも可視光の波長範囲内において上記波長分散特性を備える。
【００１５】
好ましくは、上記高分子フィルムは、一軸延伸したプラスチックを所定の厚さに形成してなる。
【００１６】
好ましくは、上記第１及び第２の複屈折板の少なくとも一方を入射光の進行方向に対応する軸の回りに所定角度だけ回転して配置し、第１及び第２の複屈折板の相対的な位置を設定することにより、第２の複屈折板から出射する複数の分岐光の出射パターンを設定する。これにより、隣接する各々の画素が任意の角度を持って斜め方向に配置されるような撮像素子（例えば、各画素が蜂の巣状に配置される撮像素子等）などと組み合わせて用いる場合に、撮像素子の配置位置に応じた任意の方向に光を導くことが可能となる。
【００１７】
また、本発明の光学フィルタは、入射光を複数に分岐して出射する光学フィルタであって、入射光を分離して複数の光を形成する第１の複屈折板と、第１の複屈折板から出射する光の偏光方向を略４５度回転させて出射する偏光制御機能を備える偏光制御素子と、偏光制御素子から出射する複数の光をそれぞれ分離して複数の出射光を形成する第２の複屈折板と、を含んで構成される光学フィルタである。
【００１８】
偏光制御素子は、例えば、高分子液晶フィルムなどの機能性フィルムを用いて実現することができる。このような偏光制御素子を用いて光学フィルタを構成することにより、従来の１／４波長板と比べ広い波長域で１／４波長板として機能するので、高性能かつ安価な光学フィルタを実現することが可能となる。
【００１９】
好ましくは、上記偏光制御素子は、少なくとも可視光の波長範囲内において上記偏光制御機能を備える。
【００２０】
好ましくは、上記偏光制御素子は、入射光の進行方向に略垂直な面を有する２つの基板間に液晶層を担持して構成され、一方の基板から他方の基板に向かって液晶層に含まれる液晶分子の配向方向を略４５度回転させるように構成した液晶素子である。
【００２１】
好ましくは、上記偏光制御素子は、一方面から他方面に向かって液晶分子の配向方向を略４５度回転させた状態を固定して形成した高分子液晶フィルムである。
【００２２】
好ましくは、偏光制御素子は、一の主たる光学軸を有する光学フィルムを複数積層してなる積層フィルムであり、この積層フィルムは、隣接する光学フィルムの相互間の光学軸を徐々にずらして積層し、光入射面側の光学フィルムの光学軸と光出射面側の光学フィルムの光学軸が略４５度の角度をなすように構成されている。
【００２３】
好ましくは、上記第１及び第２の複屈折板の少なくとも一方を入射光の進行方向に対応する軸の回りで所定角度だけ回転して配置し、第１及び第２の複屈折板の相対的な位置を設定することにより、第２の複屈折板から出射する複数の分岐光の出射パターンを設定する。これにより、隣接する各々の画素が任意の角度を持って斜め方向に配置されるような撮像素子（例えば、各画素が蜂の巣状に配置される撮像素子等）などと組み合わせて用いる場合に、撮像素子の配置位置に応じた任意の方向に光を導くことが可能となる。
【００２４】
また、本発明の光学フィルタは、入射光を複数に分岐して出射する光学フィルタであって、入射光を分離して複数の光を形成する第１の複屈折板と、一の光学軸を有し、第１の複屈折板から出射する光の偏光状態をほぼ解消して出射する偏光解消機能を備える光学フィルムと、この光学フィルムから出射する複数の光をそれぞれ分離して複数の出射光を形成する第２の複屈折板と、を含んで構成されており、上記光学フィルムとして、上記偏光解消機能を生じ得る程度に、厚さと複屈折率の積に対応する光路長差が入射される光の波長よりも大きく設定されたものを用いている。
【００２５】
かかる構成とすることにより、従来の１／４波長板と比べ広い波長域で１／４波長板として機能するので、高性能かつ安価な光学フィルタを実現することが可能となる。
【００２６】
好ましくは、上記光学フィルムは、少なくとも可視光の波長範囲内において、上記偏光解消機能を備える。
【００２７】
好ましくは、上記光学フィルムは、光路差長が入射される光の波長の少なくとも１０倍以上に設定されている。
【００２８】
また、上記光学フィルムは、略透明な樹脂の中に光学異方物質を分散して形成されており、入射する光を散乱させる機能を備える。かかる構成とすることにより、従来の１／４波長板と比べ広い波長域で１／４波長板として機能するので、高性能かつ安価な光学フィルタを実現することが可能となる。
【００２９】
また、本発明は、上述した構成を有する光学フィルタと、この光学フィルタの後ろ側に配置され、光学像を電気信号に変換する撮像素子と、この撮像素子を駆動する駆動部と、を含んで構成される撮像モジュールでもある。また、この撮像モジュールは、更に、光学像を集光して撮像素子に導くレンズを含んで構成されていてもよい。
【００３０】
また、本発明は、上述した撮像モジュールを含んで構成される電子機器でもある。このような電子機器としては、例えば、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラなどの撮像装置や、いわゆるカメラ付き携帯電話、いわゆるカメラ付き携帯型パソコン（パーソナルコンピュータ）などのものが挙げられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００３２】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の光学ローパスフィルタの構造を示す図である。図１に示すように、本実施形態の光学ローパスフィルタ１は、複屈折板としての２つの水晶板１０、２０と、１／４波長板３０を含んで構成されており、２つの水晶板１０、２０の間に１／４波長板３０を挿入した３層構造となっている。
【００３３】
本実施形態の１／４波長板３０は、一軸延伸法によって形成したプラスチックフィルムを用いて形成されており、このプラスチックフィルムの複屈折率（屈折率異方性）を考慮して、フィルム厚を適宜設定することにより、１／４波長板としての機能を実現している。一軸延伸したプラスチックフィルムは、比較的に大きな複屈折率を確保することができるので、従来のように水晶板を使用して１／４波長板を構成する場合に比較して、１／４波長板を薄板化することが可能となる。また、延伸法は、製造コストが低く、大量生産に向くという利点がある。
【００３４】
図２は、第１の実施形態の光学ローパスフィルタ１の構造について、主に光学軸と光線の進行方向に着目して詳細に説明する説明図である。同図は、光学ローパスフィルタ１を構成する各層を分解して斜視図により示している。また、図３は、光学ローパスフィルタ１を構成する各層を通過することによる入射光の分離状態を説明する説明図である。
【００３５】
光入射側に配置される水晶板１０は、光入射面と直交し、かつ紙面と平行な面（ｘ−ｚ平面）において、ｚ軸と約４５度の方位角をなす方向（矢印Ａ１により示す方向）に光学軸（光学的主軸）を有している。この水晶板１０に入射した光線Ｌ１は（図３（ａ）参照）、水晶板１０の有する複屈折性によって、２つの光線Ｌ１１、Ｌ１２に分離されて出射する（図３（ｂ）参照）。これらの光線Ｌ１１、Ｌ１２は、それぞれ偏光状態が直線偏光に変化して出射する。
【００３６】
１／４波長板３０は、光入射面（ｘ−ｙ平面）において、ｘ軸と約４５度の方位角をなす方向（矢印Ａ２により示す方向）に光学軸を有している。これにより、１／４波長板３０に入射した光線Ｌ１１、Ｌ１２は、それぞれ直線偏光から円偏光に偏光状態が変えられ、２つの光線Ｌ１３、Ｌ１４となって出射する。
【００３７】
光出射側に配置される水晶板２０は、光入射面と直交し、かつ紙面と直交する面（ｙ−ｚ平面）において、ｙ軸と約４５度の方位角をなす方向（矢印Ａ３により示す方向）に光学軸を有している。この水晶板２０に入射した光線Ｌ１３は、水晶板２０の有する複屈折性によって、２つの光線Ｌ１５、Ｌ１６に分離されて出射する（図３（ｃ）参照）。同様に、水晶板２０に入射した光線Ｌ１４は、２つの光線Ｌ１７、Ｌ１８に分離されて出射する（図３（ｃ）参照）。これらの光線Ｌ１５、Ｌ１６、Ｌ１７、Ｌ１８は、それぞれ偏光状態が直線偏光に変化して出射する。
【００３８】
次に、本実施形態の１／４波長板３０の光学的な特性について説明する。図４は、１／４波長板３０の複屈折率Δｎの波長分散特性を説明する図である。ここで、複屈折率Δｎとは、常光線に対応する屈折率ｎｏと異常光線に対応する屈折率ｎｅの差の絶対値｜ｎｏ−ｎｅ｜をいう。
【００３９】
図４に示すように、本実施形態の１／４波長板３０は、少なくとも可視光の範囲内において、入射光の波長λが大きくなるほど複屈折率Δｎが大きくなる特性を備えている。このような波長分散特性を有する１／４波長板３０を用いることにより、直線偏光を円偏光に変換する機能（１／４波長としての機能）を広い波長範囲において実現することが可能となる。
【００４０】
なお、一般に「可視光」とは、３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ程度の範囲内の波長の光を言うことが多いが、４００ｎｍ〜７００ｎｍ程度の範囲内の波長の光を指す場合もある。本実施形態では、可視光として、少なくとも入射光の波長λが４００ｎｍ〜７００ｎｍ程度の範囲を考えるが、これに限定する趣旨ではない。また、図４に示す特性例では、入射光の波長λの増加に伴って複屈折率Δｎが直線的に増加する例が示されているが、これに限定する趣旨ではなく、入射光の波長λの増加に伴って複屈折率Δｎが曲線的に増加するような特性となっていてもよい。
【００４１】
ところで、上述した実施形態では、図３に示したように、入射光線を第１の方向（図面上で左右方向）へ分離し、更にこの第１の方向と直交する第２の方向（図面上で上下方向）へ分離して４つの光線を得ていたが、２つの水晶板１０、２０を入射光の進行方向に対応する軸回りに、図２における配置状態を基準として相対的に所定の角度θだけ回転して配置することにより、出射光の分岐のパターンを変更することも可能である。以下、その詳細について説明する。
【００４２】
図５は、図２における配置状態を基準として、２つの水晶板１０、２０を相対的に所定の角度θだけずらして配置する場合の光学ローパスフィルタの一例を示す図である。同図に示す光学ローパスフィルタ１ａは、上述した図２と同様に、光学ローパスフィルタ１ａを構成する各層を分解して斜視図により示している。また、図６は、図５に示す光学ローパスフィルタ１ａを構成する各層を通過することによる入射光の分離状態を説明する説明図である。
【００４３】
図５に示す光学ローパスフィルタ１ａは、上述した図２等に示したローパスフィルタ１と比較して、水晶板２０をｘ−ｙ平面内において時計回りに角度θだけ回転させて配置している。この場合の水晶板２０の光学軸は、図示のように、光入射面と直交し、かつｙ−ｚ平面と角度θをなす平面内において、ｙ軸と約４５度の方位角をなす方向（矢印Ａ３により示す方向）となる。
【００４４】
水晶板１０に入射した光線Ｌ１（図６（ａ）参照）は、２つの光線Ｌ１１、Ｌ１２に分離されるとともに（図６（ｂ）参照）、直線偏光となって出射し、１／４波長板３０に入射する。１／４波長板３０に入射した光線Ｌ１１、Ｌ１２は、それぞれ直線偏光から円偏光に偏光状態が変えられ、２つの光線Ｌ１３、Ｌ１４となって出射し、水晶板２０に入射する。
【００４５】
水晶板２０に入射した光線Ｌ１３は、２つの光線Ｌ１５、Ｌ１６に分離されて出射する。このとき、水晶板２０が水晶板１０と相対的に角度θだけずらして配置されているため、図６（ｃ）に示すように、光線Ｌ１６の出射方向は、上述した図３に示した光線Ｌ１６の出射位置に比較して、ｘ−ｙ平面内において時計回りにθだけ回転して出射される。同様に、水晶板２０に入射した光線Ｌ１４は、２つの光線Ｌ１７、Ｌ１８に分離されて出射する。このとき、図６（ｃ）に示すように、光線Ｌ１８の出射方向は、上述した図３に示した光線Ｌ１８の出射位置に比較して、ｘ−ｙ平面内において時計回りにθだけ回転して出射される。
【００４６】
このように、水晶板１０と水晶板２０の配置を相対的に任意の角度θだけ回転させることにより、出射光線Ｌ１６、Ｌ１８の出射位置を角度θだけずらすことが可能である。この実施例の光学ローパスフィルタ１ａは、隣接する各々の画素が任意の角度を持って斜め方向に配置されるような撮像素子（例えば、各画素が蜂の巣状に配置される撮像素子等）と組み合わせて用いる場合に特に有効である。
【００４７】
なお、上述した図５に示した配置は一例であり、２つの水晶板１０、２０が相対的に回転して配置されていれば、他の配置状態としてもよい。
【００４８】
（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態の光学ローパスフィルタの構造を示す図である。図７に示すように、本実施形態の光学ローパスフィルタ１ｂは、水晶板１０、２０と、偏光制御素子４０を含んで構成されており、２つの水晶板１０、２０の間に偏光制御素子４０を挿入した３層構造となっている。なお、上述した第１の実施形態と同じ構成要素については同符号を付しており、かかる構成要素についての詳細な説明は省略する。本実施形態の偏光制御素子４０は、入射光の偏光面を約４５度回転して出射する機能を備えている。偏光制御素子４０の具体例については後述する。
【００４９】
図８は、第２の実施形態の光学ローパスフィルタ１ｂの構造について、主に光学軸と光線の進行方向に着目して詳細に説明する説明図である。同図は、光学ローパスフィルタ１を構成する各層を分解して斜視図により示している。
【００５０】
水晶板１０に入射した光線Ｌ２は、２つの光線Ｌ２１、Ｌ２２に分離して出射され、偏光制御素子４０に入射する。偏光制御素子４０に入射した光線Ｌ２１は、偏光制御素子４０によってその偏光方向がｘ−ｙ平面において反時計回りに約４５度回転され、光線Ｌ２３となって出射する。同様に、偏光制御素子４０に入射した光線Ｌ２２は、偏光制御素子４０によってその偏光方向がｘ−ｙ平面において反時計回りに約４５度回転され、光線Ｌ２４となって出射する。その後、光線Ｌ２３、Ｌ２４は、水晶板２０を通過することにより、光線Ｌ２５、Ｌ２６及び光線Ｌ２７、Ｌ２８にそれぞれ分離され、水晶板２０から出射する。
【００５１】
次に、偏光制御素子４０のいくつかの具体例について説明する。
【００５２】
図９は、液晶セル（液晶素子）を用いて偏光制御素子４０を実現する場合の例について説明する図である。同図に示す液晶セルは、所定間隔（例えば、１０μｍ程度）を保つようにして貼り合わせた２枚の基板１４０と、これらの基板１４０の間に充填された液晶層１４１を含んで構成される。液晶層１４１は、上側（光入射側）の基板１４０から下側（光出射側）の基板１４０に向かって、液晶分子１４２の配向方向が約４５度回転した構造を有している。このような構造は、上下の基板１４０に対して適当な配向処理（例えば、ラビング処理等）を施すことによって実現することができる。液晶層１４１を構成する液晶材料（例えば、ネマティック液晶等）の複屈折率Δｎと２枚の基板１４０の間隔（セル厚）を適宜選択することにより、液晶層１４１に旋光性を持たせることができる。これにより、少なくとも可視光の波長範囲内の入射光について、その偏光方向を液晶分子１４２の配向方向に沿って回転させることが可能となる。このような液晶セルを用いることにより、偏光制御素子４０を実現することが可能である。
【００５３】
また、光硬化性の高分子材料を添加しておいた液晶材料を用いて、上述した図９に示す液晶セルと同様に、液晶分子の配向状態が上下方向に４５度ねじれた状態にし、その後に光照射を行って高分子を硬化させることにより、液晶分子の配向状態を固定化した、いわゆる高分子液晶フィルムを用いることによっても、図９に示した液晶セルと同様の機能を実現することが可能である。なお、この高分子液晶フィルムを用いる場合の光学ローパスフィルタの構造は、基本的に図８に示した光学ローパスフィルタ１ｂと同様であるため、ここでは図示を省略する。
【００５４】
図１０は、一の主たる光学軸を有する光学フィルム（一軸性光学フィルム）を複数枚重ねた積層フィルムを用いて偏光制御素子４０を実現する場合の例について説明する図である。同図に示す積層フィルムは、一軸延伸法によって形成されるプラスチックフィルムにより実現される光学フィルム１４５を複数枚積層して形成されている。なお、図１０では各光学フィルム１４５を分離して示しているが、実際にはこれらは隙間をあけずに積層される。また、図１０では、４枚の光学フィルム１４５を積層する例を示しているが、光学フィルム１４５の枚数は適宜設定することが可能である。
【００５５】
図１０において、矢印Ａ２１〜Ａ２４は、各光学フィルム１４５の偏光の方向を示している。このように、各光学フィルム１４５は、上側（光入射側）の光学フィルム１４５から下側（光出射側）の光学フィルムに向かって徐々に光学軸が回転し、全体として光学軸が約４５度回転するように構成されている。この積層フィルムに直線偏光の光を入射することにより、入射光の偏光方向を各光学フィルム１４５の光学軸に沿って回転させることが可能となる。このような積層フィルムを用いることにより、偏光制御素子４０を実現することが可能である。
【００５６】
なお、上述した第２の実施形態においても、上述した第１の実施形態と同様に、２つの水晶板１０、２０を、図２における配置状態を基準として相対的に角度θだけ回転し、且つ光学フィルム１４５の光軸を４５°＋（θ／２）に構成して配置することにより、出射光線Ｌ２６、Ｌ２８（図８参照）の出射位置を角度θだけずらすことが可能である。
【００５７】
（第３の実施形態）
図１１は、第３の実施形態の光学ローパスフィルタの構造を示す図である。同図は、光学ローパスフィルタ１ｃの構造について、主に光学軸と光線の進行方向に着目して詳細に説明する説明図であり、光学ローパスフィルタ１ｃを構成する各層を分解して斜視図により示している。
【００５８】
図１１に示すように、本実施形態の光学ローパスフィルタ１ｃは、水晶板１０、２０と、光学フィルム５０を含んで構成されており、２つの水晶板１０、２０の間に光学フィルム５０を挿入した３層構造となっている。なお、上述した第１の実施形態と同じ構成要素については同符号を付しており、かかる構成要素についての詳細な説明は省略する。
【００５９】
本実施形態の光学フィルム５０は、少なくとも可視光の範囲内において、光学フィルム５０の厚さｄと、複屈折率Δｎとの積Δｎ・ｄに対応する光路長差（リタデーション）Ｒの値が入射光の波長λよりも十分に大きくなるように形成されている。具体的には、光路長差Ｒは、少なくとも入射光の波長λの１０倍よりも大きくなるように（すなわち、Ｒ＞１０λの関係を満たすように）することが好適である。このように、光路長差Ｒが入射光の波長λよりも十分に大きくなるように形成された光学フィルム５０は、広い波長範囲では入射光の偏光状態を解消し、自然光に近い偏光状態にして出射する機能を有する。
【００６０】
水晶板１０に入射される光線Ｌ３は、２つの光線Ｌ３１、Ｌ３２に分解され、直線偏光となって出射する。水晶板１０を出射した直線偏光の光線Ｌ３１は、光学フィルム５０によってその偏光状態をほぼ解消され、ランダムな偏光状態の光線Ｌ３３となって出射する。同様に、水晶板１０を出射した直線偏光の光線Ｌ３２は、光学フィルム５０によってその偏光状態をほぼ解消され、ランダムな偏光状態の光線Ｌ３４となって出射する。その後、光線Ｌ３３、Ｌ３４は、水晶板２０を通過することにより、光線Ｌ３５、Ｌ３６及び光線Ｌ３７、Ｌ３８にそれぞれ分離され、水晶板２０から出射する。
【００６１】
なお、上述した光学ローパスフィルタ１ｃにおいて、光学フィルム５０の代わりに、略透明な樹脂の中に光学異方物質を分散して形成した樹脂板を用いることによっても、光学フィルム５０と同様な機能を実現することが可能である。この場合には、樹脂中に分散して含有される光学異方物質の光散乱効果により、入射光の偏光状態が解消される。
【００６２】
（撮像モジュール、撮像装置の具体例）
次に、本発明の光学ローパスフィルタを含んで構成される撮像モジュール及び撮像装置の具体例について説明する。
【００６３】
図１２は、撮像モジュールの構成例とこの撮像モジュールを含む撮像装置の構成例を示す図である。同図に示す撮像モジュール１００は、本発明を適用した光学ローパスフィルタ１１０と、ＣＣＤ等のセンサからなり、光学像を電気信号に変換する撮像素子１２０と、この撮像素子１２０を駆動する駆動部１３０を含んで構成されている。
【００６４】
この撮像モジュール１００と、光入射側に配置されるレンズ２００と、撮像モジュール１００から出力される撮像信号の記録・再生等を行う本体部３００を含んで、撮像装置を構成することができる。なお、図示しないが、本体部３００には、撮像信号の補正等を行う信号処理部、撮像信号を磁気テープ等の記録媒体に記録する記録部及びこの撮像信号を再生する再生部、再生された映像を表示する表示部など各種の構成要素が含まれる。また、上述したレンズ２００も含めて撮像モジュールが構成されていてもよい。
【００６５】
図１３及び図１４は、撮像装置（電子機器）の具体例を示す図である。図１３では、撮像装置の一例として、静止画の撮影を行うデジタルスチルカメラを模式的に示した斜視図が示されている。また、図１４では、撮像装置の一例として、動画の撮影を行うデジタルカメラを模式的に示した斜視図が示されている。なお、これらのデジタルスチルカメラやデジタルカメラ以外にも、いわゆるカメラ付き携帯電話、いわゆるカメラ付き携帯型パソコン（パーソナルコンピュータ）など各種の電子機器においても、本発明に係る光学ローパスフィルタや撮像モジュールを用いて撮像部を構成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】第１の実施形態の光学ローパスフィルタの構造を示す図である。
【図２】第１の実施形態の光学ローパスフィルタの構造について、主に光学軸と光線の進行方向に着目して詳細に説明する説明図である。
【図３】光学ローパスフィルタを構成する各層を通過することによる入射光の分離状態を説明する説明図である。
【図４】１／４波長板の複屈折率（屈折率異方性）Δｎの波長分散特性を説明する図である。
【図５】２つの水晶板を、図２における配置状態を基準として相対的に所定の角度θだけずらして配置する場合の光学ローパスフィルタの一例を示す図である。
【図６】図５に示す光学ローパスフィルタを構成する各層を通過することによる入射光の分離状態を説明する説明図である。
【図７】第２の実施形態の光学ローパスフィルタの構造を示す図である。
【図８】第２の実施形態の光学ローパスフィルタの構造について、主に光学軸と光線の進行方向に着目して詳細に説明する説明図である。
【図９】液晶セル（液晶素子）を用いて偏光制御素子を実現する場合の例について説明する図である。
【図１０】一の主たる光学軸を有する光学フィルムを複数枚重ねた積層フィルムを用いて偏光制御素子を実現する場合の例について説明する図である。
【図１１】第３の実施形態の光学ローパスフィルタの構造を示す図である。
【図１２】撮像モジュールの構成例とこの撮像モジュールを含む撮像装置の構成例を示す図である。
【図１３】撮像装置（電子機器）の具体例を示す図である。
【図１４】撮像装置（電子機器）の具体例を示す図である。
【符号の説明】
【００６７】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ…光学ローパスフィルタ、 １０、２０…水晶板、 ３０…１／４波長板、 ４０…偏光制御素子、 ５０…光学フィルム、 １００…撮像モジュール
【技術分野】
【０００１】
本発明は、擬似信号を抑制する光学フィルタと、この光学フィルタを含んで構成される撮像モジュール及び撮像装置（デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等）に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラなどの撮像装置は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子を含んで構成され、所定ピッチで配列される有限個の画素によって光学像を電気信号に変換し、映像を撮影する。このような撮像装置では、光学像の空間周波数が画素の配列ピッチにより決まるサンプリング周波数の１／２以下であれば、モアレなどの擬似信号を発生することがないが、光学像の空間周波数がサンプリング周波数の１／２を越えると、擬似信号を発生して画質を低下させる。
【０００３】
上述したモアレ等の擬似信号の発生を抑制するために、従来の撮像装置では、撮像素子の前面に、光学像の空間周波数の高域成分を抑制する光学フィルタ（いわゆる光学ローパスフィルタ）が配置されている。従来の光学ローパスフィルタとしては、以下のようなものが知られている。
【０００４】
例えば、１枚の水晶板を用いた構造の光学ローパスフィルタがある。これは、水晶板の複屈折性を利用し、入射光を常光線と異常光線に分離して撮像面に結像させるものである。このタイプの光学ローパスフィルタは、一方向の擬似信号の除去にしか有効でないものの、構造が簡単で安価に製造できる利点がある。
【０００５】
また、２枚の水晶板を各々の光学軸が４５度ずれるように配置した、いわゆる４５度分離タイプの光学ローパスフィルタがある。このタイプの光学ローパスフィルタは、水晶板２枚を用いる構成のため比較的に安価であるが、画像の斜め方向にギザギザが出やすい。
【０００６】
また、上述した４５度分離タイプに対して、さらに光学軸を４５度ずらしてもう１枚の水晶板を貼り合わせた、いわゆる４５度交差タイプの光学ローパスフィルタがある。このタイプの光学ローパスフィルタは、擬似信号を抑制する効果が比較的に高く良好な画質を実現することができるが、３枚の水晶板を必要とするためにコストが高くなる。
【０００７】
また、光学軸を直交させて配置した２枚の水晶板の間に１／４波長板を挿入して構成した、いわゆる垂直付加タイプの光学ローパスフィルタがある。このタイプの光学ローパスフィルタは、高価な波長板を用いるために高コストとなるが、上記各タイプの中で最も良好な画質を得ることができる。このような位相差板についての従来技術は、例えば、特開２０００−１３７１１６号公報（特許文献１）に開示されている。
【０００８】
また、従来の１／４波長板では波長依存性があるので、厳密には、特定の波長域以外の光の場合には１／４波長板としての性能が得られない。
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−１３７１１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように、光学ローパスフィルタには各種タイプが存在するが、性能の高さと低コスト化を両立できるものはこれまで存在しなかった。このため、光学像の空間周波数の高域成分を抑制する性能に優れ、かつ安価な光学フィルタの実現が望まれている。
【００１１】
本発明は、このような点に着目して創作されたものであり、高性能かつ安価な光学フィルタ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】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の光学フィルタは、入射光を複数に分岐して出射する光学フィルタであって、入射光を分離して複数の出射光を形成する第１の複屈折板と、複数の出射光の偏光状態を略円偏光に変換する高分子フィルムと、高分子フィルムから出射する複数の出射光をそれぞれ分離して複数の出射光を形成する第２の複屈折板と、を含んで構成されており、上述した高分子フィルムとして、入射する光の波長が大きくなるに従って複屈折率が大きくなる波長分散特性を備えるものを用いている。
【００１３】
入射光の波長λが大きくなるほど複屈折率（Δｎ）が大きくなる特性を有する高分子フィルムを用いることにより、入射光の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換する機能（別言すれば、１／４波長板としての機能）を広い波長範囲において実現することが可能となり、従来の光学ローパスフィルタよりも広い波長域で機能する光学フィルタを得ることができる。このような高分子フィルムを用いて光学フィルタを構成することにより、光学像の空間周波数の高域成分を抑制する性能に優れた光学フィルタを実現することができる。また、高分子フィルムを用いていることから、従来の水晶板を用いる場合に比較して、安価な光学フィルタを実現することが可能となる。
【００１４】
好ましくは、上記高分子フィルムは、少なくとも可視光の波長範囲内において上記波長分散特性を備える。
【００１５】
好ましくは、上記高分子フィルムは、一軸延伸したプラスチックを所定の厚さに形成してなる。
【００１６】
好ましくは、上記第１及び第２の複屈折板の少なくとも一方を入射光の進行方向に対応する軸の回りに所定角度だけ回転して配置し、第１及び第２の複屈折板の相対的な位置を設定することにより、第２の複屈折板から出射する複数の分岐光の出射パターンを設定する。これにより、隣接する各々の画素が任意の角度を持って斜め方向に配置されるような撮像素子（例えば、各画素が蜂の巣状に配置される撮像素子等）などと組み合わせて用いる場合に、撮像素子の配置位置に応じた任意の方向に光を導くことが可能となる。
【００１７】
また、本発明の光学フィルタは、入射光を複数に分岐して出射する光学フィルタであって、入射光を分離して複数の光を形成する第１の複屈折板と、第１の複屈折板から出射する光の偏光方向を略４５度回転させて出射する偏光制御機能を備える偏光制御素子と、偏光制御素子から出射する複数の光をそれぞれ分離して複数の出射光を形成する第２の複屈折板と、を含んで構成される光学フィルタである。
【００１８】
偏光制御素子は、例えば、高分子液晶フィルムなどの機能性フィルムを用いて実現することができる。このような偏光制御素子を用いて光学フィルタを構成することにより、従来の１／４波長板と比べ広い波長域で１／４波長板として機能するので、高性能かつ安価な光学フィルタを実現することが可能となる。
【００１９】
好ましくは、上記偏光制御素子は、少なくとも可視光の波長範囲内において上記偏光制御機能を備える。
【００２０】
好ましくは、上記偏光制御素子は、入射光の進行方向に略垂直な面を有する２つの基板間に液晶層を担持して構成され、一方の基板から他方の基板に向かって液晶層に含まれる液晶分子の配向方向を略４５度回転させるように構成した液晶素子である。
【００２１】
好ましくは、上記偏光制御素子は、一方面から他方面に向かって液晶分子の配向方向を略４５度回転させた状態を固定して形成した高分子液晶フィルムである。
【００２２】
好ましくは、偏光制御素子は、一の主たる光学軸を有する光学フィルムを複数積層してなる積層フィルムであり、この積層フィルムは、隣接する光学フィルムの相互間の光学軸を徐々にずらして積層し、光入射面側の光学フィルムの光学軸と光出射面側の光学フィルムの光学軸が略４５度の角度をなすように構成されている。
【００２３】
好ましくは、上記第１及び第２の複屈折板の少なくとも一方を入射光の進行方向に対応する軸の回りで所定角度だけ回転して配置し、第１及び第２の複屈折板の相対的な位置を設定することにより、第２の複屈折板から出射する複数の分岐光の出射パターンを設定する。これにより、隣接する各々の画素が任意の角度を持って斜め方向に配置されるような撮像素子（例えば、各画素が蜂の巣状に配置される撮像素子等）などと組み合わせて用いる場合に、撮像素子の配置位置に応じた任意の方向に光を導くことが可能となる。
【００２４】
また、本発明の光学フィルタは、入射光を複数に分岐して出射する光学フィルタであって、入射光を分離して複数の光を形成する第１の複屈折板と、一の光学軸を有し、第１の複屈折板から出射する光の偏光状態をほぼ解消して出射する偏光解消機能を備える光学フィルムと、この光学フィルムから出射する複数の光をそれぞれ分離して複数の出射光を形成する第２の複屈折板と、を含んで構成されており、上記光学フィルムとして、上記偏光解消機能を生じ得る程度に、厚さと複屈折率の積に対応する光路長差が入射される光の波長よりも大きく設定されたものを用いている。
【００２５】
かかる構成とすることにより、従来の１／４波長板と比べ広い波長域で１／４波長板として機能するので、高性能かつ安価な光学フィルタを実現することが可能となる。
【００２６】
好ましくは、上記光学フィルムは、少なくとも可視光の波長範囲内において、上記偏光解消機能を備える。
【００２７】
好ましくは、上記光学フィルムは、光路差長が入射される光の波長の少なくとも１０倍以上に設定されている。
【００２８】
また、上記光学フィルムは、略透明な樹脂の中に光学異方物質を分散して形成されており、入射する光を散乱させる機能を備える。かかる構成とすることにより、従来の１／４波長板と比べ広い波長域で１／４波長板として機能するので、高性能かつ安価な光学フィルタを実現することが可能となる。
【００２９】
また、本発明は、上述した構成を有する光学フィルタと、この光学フィルタの後ろ側に配置され、光学像を電気信号に変換する撮像素子と、この撮像素子を駆動する駆動部と、を含んで構成される撮像モジュールでもある。また、この撮像モジュールは、更に、光学像を集光して撮像素子に導くレンズを含んで構成されていてもよい。
【００３０】
また、本発明は、上述した撮像モジュールを含んで構成される電子機器でもある。このような電子機器としては、例えば、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラなどの撮像装置や、いわゆるカメラ付き携帯電話、いわゆるカメラ付き携帯型パソコン（パーソナルコンピュータ）などのものが挙げられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００３２】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の光学ローパスフィルタの構造を示す図である。図１に示すように、本実施形態の光学ローパスフィルタ１は、複屈折板としての２つの水晶板１０、２０と、１／４波長板３０を含んで構成されており、２つの水晶板１０、２０の間に１／４波長板３０を挿入した３層構造となっている。
【００３３】
本実施形態の１／４波長板３０は、一軸延伸法によって形成したプラスチックフィルムを用いて形成されており、このプラスチックフィルムの複屈折率（屈折率異方性）を考慮して、フィルム厚を適宜設定することにより、１／４波長板としての機能を実現している。一軸延伸したプラスチックフィルムは、比較的に大きな複屈折率を確保することができるので、従来のように水晶板を使用して１／４波長板を構成する場合に比較して、１／４波長板を薄板化することが可能となる。また、延伸法は、製造コストが低く、大量生産に向くという利点がある。
【００３４】
図２は、第１の実施形態の光学ローパスフィルタ１の構造について、主に光学軸と光線の進行方向に着目して詳細に説明する説明図である。同図は、光学ローパスフィルタ１を構成する各層を分解して斜視図により示している。また、図３は、光学ローパスフィルタ１を構成する各層を通過することによる入射光の分離状態を説明する説明図である。
【００３５】
光入射側に配置される水晶板１０は、光入射面と直交し、かつ紙面と平行な面（ｘ−ｚ平面）において、ｚ軸と約４５度の方位角をなす方向（矢印Ａ１により示す方向）に光学軸（光学的主軸）を有している。この水晶板１０に入射した光線Ｌ１は（図３（ａ）参照）、水晶板１０の有する複屈折性によって、２つの光線Ｌ１１、Ｌ１２に分離されて出射する（図３（ｂ）参照）。これらの光線Ｌ１１、Ｌ１２は、それぞれ偏光状態が直線偏光に変化して出射する。
【００３６】
１／４波長板３０は、光入射面（ｘ−ｙ平面）において、ｘ軸と約４５度の方位角をなす方向（矢印Ａ２により示す方向）に光学軸を有している。これにより、１／４波長板３０に入射した光線Ｌ１１、Ｌ１２は、それぞれ直線偏光から円偏光に偏光状態が変えられ、２つの光線Ｌ１３、Ｌ１４となって出射する。
【００３７】
光出射側に配置される水晶板２０は、光入射面と直交し、かつ紙面と直交する面（ｙ−ｚ平面）において、ｙ軸と約４５度の方位角をなす方向（矢印Ａ３により示す方向）に光学軸を有している。この水晶板２０に入射した光線Ｌ１３は、水晶板２０の有する複屈折性によって、２つの光線Ｌ１５、Ｌ１６に分離されて出射する（図３（ｃ）参照）。同様に、水晶板２０に入射した光線Ｌ１４は、２つの光線Ｌ１７、Ｌ１８に分離されて出射する（図３（ｃ）参照）。これらの光線Ｌ１５、Ｌ１６、Ｌ１７、Ｌ１８は、それぞれ偏光状態が直線偏光に変化して出射する。
【００３８】
次に、本実施形態の１／４波長板３０の光学的な特性について説明する。図４は、１／４波長板３０の複屈折率Δｎの波長分散特性を説明する図である。ここで、複屈折率Δｎとは、常光線に対応する屈折率ｎｏと異常光線に対応する屈折率ｎｅの差の絶対値｜ｎｏ−ｎｅ｜をいう。
【００３９】
図４に示すように、本実施形態の１／４波長板３０は、少なくとも可視光の範囲内において、入射光の波長λが大きくなるほど複屈折率Δｎが大きくなる特性を備えている。このような波長分散特性を有する１／４波長板３０を用いることにより、直線偏光を円偏光に変換する機能（１／４波長としての機能）を広い波長範囲において実現することが可能となる。
【００４０】
なお、一般に「可視光」とは、３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ程度の範囲内の波長の光を言うことが多いが、４００ｎｍ〜７００ｎｍ程度の範囲内の波長の光を指す場合もある。本実施形態では、可視光として、少なくとも入射光の波長λが４００ｎｍ〜７００ｎｍ程度の範囲を考えるが、これに限定する趣旨ではない。また、図４に示す特性例では、入射光の波長λの増加に伴って複屈折率Δｎが直線的に増加する例が示されているが、これに限定する趣旨ではなく、入射光の波長λの増加に伴って複屈折率Δｎが曲線的に増加するような特性となっていてもよい。
【００４１】
ところで、上述した実施形態では、図３に示したように、入射光線を第１の方向（図面上で左右方向）へ分離し、更にこの第１の方向と直交する第２の方向（図面上で上下方向）へ分離して４つの光線を得ていたが、２つの水晶板１０、２０を入射光の進行方向に対応する軸回りに、図２における配置状態を基準として相対的に所定の角度θだけ回転して配置することにより、出射光の分岐のパターンを変更することも可能である。以下、その詳細について説明する。
【００４２】
図５は、図２における配置状態を基準として、２つの水晶板１０、２０を相対的に所定の角度θだけずらして配置する場合の光学ローパスフィルタの一例を示す図である。同図に示す光学ローパスフィルタ１ａは、上述した図２と同様に、光学ローパスフィルタ１ａを構成する各層を分解して斜視図により示している。また、図６は、図５に示す光学ローパスフィルタ１ａを構成する各層を通過することによる入射光の分離状態を説明する説明図である。
【００４３】
図５に示す光学ローパスフィルタ１ａは、上述した図２等に示したローパスフィルタ１と比較して、水晶板２０をｘ−ｙ平面内において時計回りに角度θだけ回転させて配置している。この場合の水晶板２０の光学軸は、図示のように、光入射面と直交し、かつｙ−ｚ平面と角度θをなす平面内において、ｙ軸と約４５度の方位角をなす方向（矢印Ａ３により示す方向）となる。
【００４４】
水晶板１０に入射した光線Ｌ１（図６（ａ）参照）は、２つの光線Ｌ１１、Ｌ１２に分離されるとともに（図６（ｂ）参照）、直線偏光となって出射し、１／４波長板３０に入射する。１／４波長板３０に入射した光線Ｌ１１、Ｌ１２は、それぞれ直線偏光から円偏光に偏光状態が変えられ、２つの光線Ｌ１３、Ｌ１４となって出射し、水晶板２０に入射する。
【００４５】
水晶板２０に入射した光線Ｌ１３は、２つの光線Ｌ１５、Ｌ１６に分離されて出射する。このとき、水晶板２０が水晶板１０と相対的に角度θだけずらして配置されているため、図６（ｃ）に示すように、光線Ｌ１６の出射方向は、上述した図３に示した光線Ｌ１６の出射位置に比較して、ｘ−ｙ平面内において時計回りにθだけ回転して出射される。同様に、水晶板２０に入射した光線Ｌ１４は、２つの光線Ｌ１７、Ｌ１８に分離されて出射する。このとき、図６（ｃ）に示すように、光線Ｌ１８の出射方向は、上述した図３に示した光線Ｌ１８の出射位置に比較して、ｘ−ｙ平面内において時計回りにθだけ回転して出射される。
【００４６】
このように、水晶板１０と水晶板２０の配置を相対的に任意の角度θだけ回転させることにより、出射光線Ｌ１６、Ｌ１８の出射位置を角度θだけずらすことが可能である。この実施例の光学ローパスフィルタ１ａは、隣接する各々の画素が任意の角度を持って斜め方向に配置されるような撮像素子（例えば、各画素が蜂の巣状に配置される撮像素子等）と組み合わせて用いる場合に特に有効である。
【００４７】
なお、上述した図５に示した配置は一例であり、２つの水晶板１０、２０が相対的に回転して配置されていれば、他の配置状態としてもよい。
【００４８】
（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態の光学ローパスフィルタの構造を示す図である。図７に示すように、本実施形態の光学ローパスフィルタ１ｂは、水晶板１０、２０と、偏光制御素子４０を含んで構成されており、２つの水晶板１０、２０の間に偏光制御素子４０を挿入した３層構造となっている。なお、上述した第１の実施形態と同じ構成要素については同符号を付しており、かかる構成要素についての詳細な説明は省略する。本実施形態の偏光制御素子４０は、入射光の偏光面を約４５度回転して出射する機能を備えている。偏光制御素子４０の具体例については後述する。
【００４９】
図８は、第２の実施形態の光学ローパスフィルタ１ｂの構造について、主に光学軸と光線の進行方向に着目して詳細に説明する説明図である。同図は、光学ローパスフィルタ１を構成する各層を分解して斜視図により示している。
【００５０】
水晶板１０に入射した光線Ｌ２は、２つの光線Ｌ２１、Ｌ２２に分離して出射され、偏光制御素子４０に入射する。偏光制御素子４０に入射した光線Ｌ２１は、偏光制御素子４０によってその偏光方向がｘ−ｙ平面において反時計回りに約４５度回転され、光線Ｌ２３となって出射する。同様に、偏光制御素子４０に入射した光線Ｌ２２は、偏光制御素子４０によってその偏光方向がｘ−ｙ平面において反時計回りに約４５度回転され、光線Ｌ２４となって出射する。その後、光線Ｌ２３、Ｌ２４は、水晶板２０を通過することにより、光線Ｌ２５、Ｌ２６及び光線Ｌ２７、Ｌ２８にそれぞれ分離され、水晶板２０から出射する。
【００５１】
次に、偏光制御素子４０のいくつかの具体例について説明する。
【００５２】
図９は、液晶セル（液晶素子）を用いて偏光制御素子４０を実現する場合の例について説明する図である。同図に示す液晶セルは、所定間隔（例えば、１０μｍ程度）を保つようにして貼り合わせた２枚の基板１４０と、これらの基板１４０の間に充填された液晶層１４１を含んで構成される。液晶層１４１は、上側（光入射側）の基板１４０から下側（光出射側）の基板１４０に向かって、液晶分子１４２の配向方向が約４５度回転した構造を有している。このような構造は、上下の基板１４０に対して適当な配向処理（例えば、ラビング処理等）を施すことによって実現することができる。液晶層１４１を構成する液晶材料（例えば、ネマティック液晶等）の複屈折率Δｎと２枚の基板１４０の間隔（セル厚）を適宜選択することにより、液晶層１４１に旋光性を持たせることができる。これにより、少なくとも可視光の波長範囲内の入射光について、その偏光方向を液晶分子１４２の配向方向に沿って回転させることが可能となる。このような液晶セルを用いることにより、偏光制御素子４０を実現することが可能である。
【００５３】
また、光硬化性の高分子材料を添加しておいた液晶材料を用いて、上述した図９に示す液晶セルと同様に、液晶分子の配向状態が上下方向に４５度ねじれた状態にし、その後に光照射を行って高分子を硬化させることにより、液晶分子の配向状態を固定化した、いわゆる高分子液晶フィルムを用いることによっても、図９に示した液晶セルと同様の機能を実現することが可能である。なお、この高分子液晶フィルムを用いる場合の光学ローパスフィルタの構造は、基本的に図８に示した光学ローパスフィルタ１ｂと同様であるため、ここでは図示を省略する。
【００５４】
図１０は、一の主たる光学軸を有する光学フィルム（一軸性光学フィルム）を複数枚重ねた積層フィルムを用いて偏光制御素子４０を実現する場合の例について説明する図である。同図に示す積層フィルムは、一軸延伸法によって形成されるプラスチックフィルムにより実現される光学フィルム１４５を複数枚積層して形成されている。なお、図１０では各光学フィルム１４５を分離して示しているが、実際にはこれらは隙間をあけずに積層される。また、図１０では、４枚の光学フィルム１４５を積層する例を示しているが、光学フィルム１４５の枚数は適宜設定することが可能である。
【００５５】
図１０において、矢印Ａ２１〜Ａ２４は、各光学フィルム１４５の偏光の方向を示している。このように、各光学フィルム１４５は、上側（光入射側）の光学フィルム１４５から下側（光出射側）の光学フィルムに向かって徐々に光学軸が回転し、全体として光学軸が約４５度回転するように構成されている。この積層フィルムに直線偏光の光を入射することにより、入射光の偏光方向を各光学フィルム１４５の光学軸に沿って回転させることが可能となる。このような積層フィルムを用いることにより、偏光制御素子４０を実現することが可能である。
【００５６】
なお、上述した第２の実施形態においても、上述した第１の実施形態と同様に、２つの水晶板１０、２０を、図２における配置状態を基準として相対的に角度θだけ回転し、且つ光学フィルム１４５の光軸を４５°＋（θ／２）に構成して配置することにより、出射光線Ｌ２６、Ｌ２８（図８参照）の出射位置を角度θだけずらすことが可能である。
【００５７】
（第３の実施形態）
図１１は、第３の実施形態の光学ローパスフィルタの構造を示す図である。同図は、光学ローパスフィルタ１ｃの構造について、主に光学軸と光線の進行方向に着目して詳細に説明する説明図であり、光学ローパスフィルタ１ｃを構成する各層を分解して斜視図により示している。
【００５８】
図１１に示すように、本実施形態の光学ローパスフィルタ１ｃは、水晶板１０、２０と、光学フィルム５０を含んで構成されており、２つの水晶板１０、２０の間に光学フィルム５０を挿入した３層構造となっている。なお、上述した第１の実施形態と同じ構成要素については同符号を付しており、かかる構成要素についての詳細な説明は省略する。
【００５９】
本実施形態の光学フィルム５０は、少なくとも可視光の範囲内において、光学フィルム５０の厚さｄと、複屈折率Δｎとの積Δｎ・ｄに対応する光路長差（リタデーション）Ｒの値が入射光の波長λよりも十分に大きくなるように形成されている。具体的には、光路長差Ｒは、少なくとも入射光の波長λの１０倍よりも大きくなるように（すなわち、Ｒ＞１０λの関係を満たすように）することが好適である。このように、光路長差Ｒが入射光の波長λよりも十分に大きくなるように形成された光学フィルム５０は、広い波長範囲では入射光の偏光状態を解消し、自然光に近い偏光状態にして出射する機能を有する。
【００６０】
水晶板１０に入射される光線Ｌ３は、２つの光線Ｌ３１、Ｌ３２に分解され、直線偏光となって出射する。水晶板１０を出射した直線偏光の光線Ｌ３１は、光学フィルム５０によってその偏光状態をほぼ解消され、ランダムな偏光状態の光線Ｌ３３となって出射する。同様に、水晶板１０を出射した直線偏光の光線Ｌ３２は、光学フィルム５０によってその偏光状態をほぼ解消され、ランダムな偏光状態の光線Ｌ３４となって出射する。その後、光線Ｌ３３、Ｌ３４は、水晶板２０を通過することにより、光線Ｌ３５、Ｌ３６及び光線Ｌ３７、Ｌ３８にそれぞれ分離され、水晶板２０から出射する。
【００６１】
なお、上述した光学ローパスフィルタ１ｃにおいて、光学フィルム５０の代わりに、略透明な樹脂の中に光学異方物質を分散して形成した樹脂板を用いることによっても、光学フィルム５０と同様な機能を実現することが可能である。この場合には、樹脂中に分散して含有される光学異方物質の光散乱効果により、入射光の偏光状態が解消される。
【００６２】
（撮像モジュール、撮像装置の具体例）
次に、本発明の光学ローパスフィルタを含んで構成される撮像モジュール及び撮像装置の具体例について説明する。
【００６３】
図１２は、撮像モジュールの構成例とこの撮像モジュールを含む撮像装置の構成例を示す図である。同図に示す撮像モジュール１００は、本発明を適用した光学ローパスフィルタ１１０と、ＣＣＤ等のセンサからなり、光学像を電気信号に変換する撮像素子１２０と、この撮像素子１２０を駆動する駆動部１３０を含んで構成されている。
【００６４】
この撮像モジュール１００と、光入射側に配置されるレンズ２００と、撮像モジュール１００から出力される撮像信号の記録・再生等を行う本体部３００を含んで、撮像装置を構成することができる。なお、図示しないが、本体部３００には、撮像信号の補正等を行う信号処理部、撮像信号を磁気テープ等の記録媒体に記録する記録部及びこの撮像信号を再生する再生部、再生された映像を表示する表示部など各種の構成要素が含まれる。また、上述したレンズ２００も含めて撮像モジュールが構成されていてもよい。
【００６５】
図１３及び図１４は、撮像装置（電子機器）の具体例を示す図である。図１３では、撮像装置の一例として、静止画の撮影を行うデジタルスチルカメラを模式的に示した斜視図が示されている。また、図１４では、撮像装置の一例として、動画の撮影を行うデジタルカメラを模式的に示した斜視図が示されている。なお、これらのデジタルスチルカメラやデジタルカメラ以外にも、いわゆるカメラ付き携帯電話、いわゆるカメラ付き携帯型パソコン（パーソナルコンピュータ）など各種の電子機器においても、本発明に係る光学ローパスフィルタや撮像モジュールを用いて撮像部を構成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】第１の実施形態の光学ローパスフィルタの構造を示す図である。
【図２】第１の実施形態の光学ローパスフィルタの構造について、主に光学軸と光線の進行方向に着目して詳細に説明する説明図である。
【図３】光学ローパスフィルタを構成する各層を通過することによる入射光の分離状態を説明する説明図である。
【図４】１／４波長板の複屈折率（屈折率異方性）Δｎの波長分散特性を説明する図である。
【図５】２つの水晶板を、図２における配置状態を基準として相対的に所定の角度θだけずらして配置する場合の光学ローパスフィルタの一例を示す図である。
【図６】図５に示す光学ローパスフィルタを構成する各層を通過することによる入射光の分離状態を説明する説明図である。
【図７】第２の実施形態の光学ローパスフィルタの構造を示す図である。
【図８】第２の実施形態の光学ローパスフィルタの構造について、主に光学軸と光線の進行方向に着目して詳細に説明する説明図である。
【図９】液晶セル（液晶素子）を用いて偏光制御素子を実現する場合の例について説明する図である。
【図１０】一の主たる光学軸を有する光学フィルムを複数枚重ねた積層フィルムを用いて偏光制御素子を実現する場合の例について説明する図である。
【図１１】第３の実施形態の光学ローパスフィルタの構造を示す図である。
【図１２】撮像モジュールの構成例とこの撮像モジュールを含む撮像装置の構成例を示す図である。
【図１３】撮像装置（電子機器）の具体例を示す図である。
【図１４】撮像装置（電子機器）の具体例を示す図である。
【符号の説明】
【００６７】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ…光学ローパスフィルタ、 １０、２０…水晶板、 ３０…１／４波長板、 ４０…偏光制御素子、 ５０…光学フィルム、 １００…撮像モジュール
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を複数に分岐して出射する光学フィルタであって、
前記入射光を分離して複数の出射光を形成する第１の複屈折板と、
前記複数の出射光の偏光状態を略円偏光に変換する高分子フィルムと、
前記高分子フィルムから出射する複数の出射光をそれぞれ分離して複数の出射光を形成する第２の複屈折板と、を含み、
前記高分子フィルムは、入射する光の波長が大きくなるに従って複屈折率が大きくなる波長分散特性を備える、光学フィルタ。
【請求項２】
前記高分子フィルムは、少なくとも可視光の波長範囲内において前記波長分散特性を備える、請求項１に記載の光学フィルタ。
【請求項３】
前記高分子フィルムは、一軸延伸したプラスチックを所定の厚さに形成してなる、請求項１又は２に記載の光学フィルタ。
【請求項４】
前記第１及び第２の複屈折板の少なくとも一方を前記入射光の進行方向に対応する軸の回りに所定角度だけ回転して配置し、前記第１及び第２の複屈折板の相対的な位置を設定することにより、前記第２の複屈折板から出射する複数の分岐光の出射パターンを設定する、請求項１乃至３のいずれかに記載の光学フィルタ。
【請求項５】
入射光を複数に分岐して出射する光学フィルタであって、
前記入射光を分離して複数の光を形成する第１の複屈折板と、
前記第１の複屈折板から出射する光の偏光方向を略４５度回転させて出射する偏光制御機能を備える偏光制御素子と、
前記偏光制御素子から出射する複数の光をそれぞれ分離して複数の出射光を形成する第２の複屈折板と、
を含む、光学フィルタ。
【請求項６】
前記偏光制御素子は、少なくとも可視光の波長範囲内において前記偏光制御機能を備える、請求項５に記載の光学フィルタ。
【請求項７】
前記偏光制御素子は、入射光の進行方向に略垂直な面を有する２つの基板間に液晶層を担持して構成され、一方の前記基板から他方の前記基板に向かって前記液晶層に含まれる液晶分子の配向方向を略４５度回転させるように構成した液晶素子である、請求項５又は６に記載の光学フィルタ。
【請求項８】
前記偏光制御素子は、一方面から他方面に向かって液晶分子の配向方向を略４５度回転させた状態を固定して形成した高分子液晶フィルムである、請求項５又は６に記載の光学フィルタ。
【請求項９】
前記偏光制御素子は、一の主たる光学軸を有する光学フィルムを複数積層してなる積層フィルムであり、前記積層フィルムは、隣接する前記光学フィルムの相互間の前記光学軸を徐々にずらして積層し、光入射面側の前記光学フィルムの光学軸と光出射面側の前記光学フィルムの光学軸が略４５度の角度をなすように構成されている、請求項５又は６に記載の光学フィルタ。
【請求項１０】
前記第１及び第２の複屈折板の少なくとも一方を前記入射光の進行方向に対応する軸の回りで所定角度だけ回転して配置し、前記第１及び第２の複屈折板の相対的な位置を設定することにより、前記第２の複屈折板から出射する複数の分岐光の出射パターンを設定する、請求項５乃至９のいずれかに記載の光学フィルタ。
【請求項１１】
入射光を複数に分岐して出射する光学フィルタであって、
前記入射光を分離して複数の光を形成する第１の複屈折板と、
一の光学軸を有し、前記第１の複屈折板から出射する光の偏光状態をほぼ解消して出射する偏光解消機能を備える光学フィルムと、
前記光学フィルムから出射する複数の光をそれぞれ分離して複数の出射光を形成する第２の複屈折板と、を含み、
前記光学フィルムは、前記偏光解消機能を生じ得る程度に、厚さと複屈折率の積に対応する光路長差が入射される光の波長よりも大きく設定されている、光学フィルタ。
【請求項１２】
前記光学フィルムは、少なくとも可視光の波長範囲内において、前記偏光解消機能を備える、請求項１１に記載の光学フィルタ。
【請求項１３】
前記光学フィルムは、前記光路差長が前記入射される光の波長の少なくとも１０倍以上に設定されている、請求項１１又は１２に記載の光学フィルタ。
【請求項１４】
前記光学フィルムは、略透明な樹脂の中に光学異方物質を分散して形成されており、入射する光を散乱させる機能を備える、請求項１１に記載の光学フィルタ。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のいずれかに記載の光学フィルタと、
光学像を電気信号に変換する撮像素子と、
前記撮像素子を駆動する駆動部と、
を含んで構成される、撮像モジュール。
【請求項１６】
更に、前記光学像を集光して前記撮像素子に導くレンズを含む、請求項１５に記載の撮像モジュール。
【請求項１７】
請求項１５又は１６に記載の撮像モジュールを含んで構成される電子機器。
【請求項１】
入射光を複数に分岐して出射する光学フィルタであって、
前記入射光を分離して複数の出射光を形成する第１の複屈折板と、
前記複数の出射光の偏光状態を略円偏光に変換する高分子フィルムと、
前記高分子フィルムから出射する複数の出射光をそれぞれ分離して複数の出射光を形成する第２の複屈折板と、を含み、
前記高分子フィルムは、入射する光の波長が大きくなるに従って複屈折率が大きくなる波長分散特性を備える、光学フィルタ。
【請求項２】
前記高分子フィルムは、少なくとも可視光の波長範囲内において前記波長分散特性を備える、請求項１に記載の光学フィルタ。
【請求項３】
前記高分子フィルムは、一軸延伸したプラスチックを所定の厚さに形成してなる、請求項１又は２に記載の光学フィルタ。
【請求項４】
前記第１及び第２の複屈折板の少なくとも一方を前記入射光の進行方向に対応する軸の回りに所定角度だけ回転して配置し、前記第１及び第２の複屈折板の相対的な位置を設定することにより、前記第２の複屈折板から出射する複数の分岐光の出射パターンを設定する、請求項１乃至３のいずれかに記載の光学フィルタ。
【請求項５】
入射光を複数に分岐して出射する光学フィルタであって、
前記入射光を分離して複数の光を形成する第１の複屈折板と、
前記第１の複屈折板から出射する光の偏光方向を略４５度回転させて出射する偏光制御機能を備える偏光制御素子と、
前記偏光制御素子から出射する複数の光をそれぞれ分離して複数の出射光を形成する第２の複屈折板と、
を含む、光学フィルタ。
【請求項６】
前記偏光制御素子は、少なくとも可視光の波長範囲内において前記偏光制御機能を備える、請求項５に記載の光学フィルタ。
【請求項７】
前記偏光制御素子は、入射光の進行方向に略垂直な面を有する２つの基板間に液晶層を担持して構成され、一方の前記基板から他方の前記基板に向かって前記液晶層に含まれる液晶分子の配向方向を略４５度回転させるように構成した液晶素子である、請求項５又は６に記載の光学フィルタ。
【請求項８】
前記偏光制御素子は、一方面から他方面に向かって液晶分子の配向方向を略４５度回転させた状態を固定して形成した高分子液晶フィルムである、請求項５又は６に記載の光学フィルタ。
【請求項９】
前記偏光制御素子は、一の主たる光学軸を有する光学フィルムを複数積層してなる積層フィルムであり、前記積層フィルムは、隣接する前記光学フィルムの相互間の前記光学軸を徐々にずらして積層し、光入射面側の前記光学フィルムの光学軸と光出射面側の前記光学フィルムの光学軸が略４５度の角度をなすように構成されている、請求項５又は６に記載の光学フィルタ。
【請求項１０】
前記第１及び第２の複屈折板の少なくとも一方を前記入射光の進行方向に対応する軸の回りで所定角度だけ回転して配置し、前記第１及び第２の複屈折板の相対的な位置を設定することにより、前記第２の複屈折板から出射する複数の分岐光の出射パターンを設定する、請求項５乃至９のいずれかに記載の光学フィルタ。
【請求項１１】
入射光を複数に分岐して出射する光学フィルタであって、
前記入射光を分離して複数の光を形成する第１の複屈折板と、
一の光学軸を有し、前記第１の複屈折板から出射する光の偏光状態をほぼ解消して出射する偏光解消機能を備える光学フィルムと、
前記光学フィルムから出射する複数の光をそれぞれ分離して複数の出射光を形成する第２の複屈折板と、を含み、
前記光学フィルムは、前記偏光解消機能を生じ得る程度に、厚さと複屈折率の積に対応する光路長差が入射される光の波長よりも大きく設定されている、光学フィルタ。
【請求項１２】
前記光学フィルムは、少なくとも可視光の波長範囲内において、前記偏光解消機能を備える、請求項１１に記載の光学フィルタ。
【請求項１３】
前記光学フィルムは、前記光路差長が前記入射される光の波長の少なくとも１０倍以上に設定されている、請求項１１又は１２に記載の光学フィルタ。
【請求項１４】
前記光学フィルムは、略透明な樹脂の中に光学異方物質を分散して形成されており、入射する光を散乱させる機能を備える、請求項１１に記載の光学フィルタ。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のいずれかに記載の光学フィルタと、
光学像を電気信号に変換する撮像素子と、
前記撮像素子を駆動する駆動部と、
を含んで構成される、撮像モジュール。
【請求項１６】
更に、前記光学像を集光して前記撮像素子に導くレンズを含む、請求項１５に記載の撮像モジュール。
【請求項１７】
請求項１５又は１６に記載の撮像モジュールを含んで構成される電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００４−７０３４０（Ｐ２００４−７０３４０Ａ）
【公開日】平成１６年３月４日（２００４．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００３−２７４６７９（Ｐ２００３−２７４６７９）
【出願日】平成１５年７月１５日（２００３．７．１５）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１６年３月４日（２００４．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１５年７月１５日（２００３．７．１５）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]