光学ローパスフィルタ及び撮像装置
【課題】所定の領域に光を分岐させることのできる光学ローパスフィルタを提供する。
【解決手段】透明基板と、前記透明基板の表面に形成された回折部と、を有し、前記基板に入射した光は前記回折部により２次元状の回折光を発生させるものであって、前記回折光において同じ次数の回折光の中心を結ぶ領域を回折光による分光領域とした場合、前記分光領域内に回折光の中心が含まれる回折光の光量の和が、入射光の光量の８０％以上であって、前記分光領域の外に中心を有する各々の回折光の光量が、入射光の光量の０．８％以下であることを特徴とする光学ローパスフィルタを提供することにより上記課題を解決する。
【解決手段】透明基板と、前記透明基板の表面に形成された回折部と、を有し、前記基板に入射した光は前記回折部により２次元状の回折光を発生させるものであって、前記回折光において同じ次数の回折光の中心を結ぶ領域を回折光による分光領域とした場合、前記分光領域内に回折光の中心が含まれる回折光の光量の和が、入射光の光量の８０％以上であって、前記分光領域の外に中心を有する各々の回折光の光量が、入射光の光量の０．８％以下であることを特徴とする光学ローパスフィルタを提供することにより上記課題を解決する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学ローパスフィルタ及び撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルスチルカメラ等の撮像装置は、撮像素子としてＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＣＭＯＳ等の固体撮像素子が用いられており、固体撮像素子の２次元的に配列されている画素に入射する光量を検出することによりデジタル画像として撮像される。ところで、固体撮像素子における画素数は有限であるため、撮像される領域の空間周波数が高いと、モアレ縞や偽色が発生する場合があり、このようなモアレ縞や偽色の発生を抑制するために、光学ローパスフィルタを用いている。
【０００３】
このような光学ローパスフィルタとしては、水晶等の複屈折率材料を用いたもの等があるが、特許文献１及び２には、小型化及び低コスト化等の観点から、回折型の光学ローパスフィルタが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３０９５４号公報
【特許文献２】特開２００９−２１７１２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、回折型の光学ローパスフィルタは、回折格子等によりＣＣＤ等の撮像素子の撮像面における所定の範囲に回折光を発生させることにより、光学ローパスフィルタとしての機能を有するものであるが、所定の範囲以外の領域において迷光となる高次の回折光が発生する場合がある。この場合、迷光の強度が強いと所定の範囲以外の領域における画素において干渉等が生じ、撮影画像がぼけてしまう等の現象が生じ、撮影画像の画質の低下を招く。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、撮影画像の画質の低下を抑制しつつ、高周波成分を低減させることのできる光学ローパスフィルタ及び撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、透明基板と、前記透明基板の表面に形成された回折部と、を有し、前記基板に入射した光は前記回折部により２次元状の回折光を発生させるものであって、前記回折光において同じ次数の回折光の中心を結ぶ領域を回折光による分光領域とした場合、前記分光領域内に回折光の中心が含まれる回折光の光量の和が、入射光の光量の８０％以上であって、前記分光領域の外に中心を有する各々の回折光の光量が、入射光の光量の０．８％以下であることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、前記入射光は、可視領域における１つの波長の光である。
【０００９】
また、本発明は、前記入射光は、青から赤まで範囲の光である。
【００１０】
また、本発明は、前記回折光による分光領域は、各々の１次回折光の中心を結ぶことにより形成される領域、または、２次回折光の中心を結ぶことにより形成される領域である。
【００１１】
また、本発明は、前記回折部は、複数の段部が形成された凸部を有する凹凸形状のパターンにより形成されている。
【００１２】
また、本発明は、前記回折部は、前記基板の表面に複数の段部を有する第１の材料により形成された凸部と、前記凸部を形成することにより形成される凹凸パターンを覆うように第２の材料により形成されたカバー層からなるものであって、前記第１の材料の屈折率と前記第２の材料の屈折率とは異なる値である。
【００１３】
また、本発明は、前記回折光のうち最近接の回折光同士を結ぶ線に平行な線を軸とした場合、前記凹凸パターンは、前記軸において非対称である。
【００１４】
また、本発明は、前記回折部は、複数の同一パターンの基本ユニットが２次元状に配列されているものである。
【００１５】
また、本発明は、前記透明基板または前記回折部には反射防止膜が形成されている。
【００１６】
また、本発明は、撮像素子と、前記記載の光学ローパスフィルタと、を有し、前記光学ローパスフィルタを透過した光が前記撮像素子に入射するものであることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、前記光学ローパスフィルタを前記光の光軸に沿って移動させる移動機構を有している。
【発明の効果】
【００１８】
本発明における光学ローパスフィルタ及び撮像装置では、撮影画像の画質の低下を抑制しつつ、高周波成分を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施の形態における撮像装置の構造図
【図２】本実施の形態における光学ローパスフィルタの説明図
【図３】本実施の形態における光学ローパスフィルタの断面図
【図４】本実施の形態における他の光学ローパスフィルタの断面図（１）
【図５】本実施の形態における他の光学ローパスフィルタの断面図（２）
【図６】本実施の形態における他の光学ローパスフィルタの断面図（３）
【図７】実施例１における光学ローパスフィルタの説明図
【図８】実施例１における光学ローパスフィルタの回折次数と光量の関係図
【図９】実施例２における光学ローパスフィルタの説明図
【図１０】実施例２における光学ローパスフィルタの回折次数と光量の関係図
【図１１】実施例３における光学ローパスフィルタの説明図
【図１２】実施例３における光学ローパスフィルタの回折次数と光量の関係図
【図１３】実施例４における光学ローパスフィルタの説明図
【図１４】実施例４における光学ローパスフィルタの回折次数と光量の関係図
【図１５】実施例５における光学ローパスフィルタの回折次数と光量の関係図
【図１６】実施例６における光学ローパスフィルタの回折次数と光量の関係図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
発明を実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００２１】
（光学ローパスフィルタと撮像装置）
図１に基づき本実施の形態における撮像装置について説明する。図１（ａ）に示す撮像装置はデジタルスチルカメラ等であり、レンズ等からなる撮像光学系１０、光学ローパスフィルタ２０、撮像素子３０を有している。画像となる光束４０は、撮像光学系１０より入射し、撮像光学系１０を透過した後に光束４０ａとなり光学ローパスフィルタ２０に入射する。光学ローパスフィルタ２０に入射した光束４０ａは、光学ローパスフィルタ２０により回折され、回折光４０ｂとなり出射され撮像素子に入射する。また、本実施の形態における撮像装置では、必要に応じて光学ローパスフィルタ２０を光軸に沿って移動させることができるように移動機構６０が設けられている。
【００２２】
次に、図１（ｂ）に基づき本実施の形態における光学ローパスフィルタ２０により回折された回折光４０ｂについて説明する。図１（ｂ）は撮像素子３０の撮像面における回折光の照射スポットの分布を示すものである。光学ローパスフィルタ２０がない場合には、光束４０ａは、そのまま直進し照射領域４１に照射される。光学ローパスフィルタ２０を設けた場合には、光束４０ａは光学ローパスフィルタ２０により回折され４つに分岐された回折光４０ｂとなり照射領域４２に照射される。図１（ｂ）に示す場合では、４つに分岐された回折光４０ｂは４つの照射領域４２に照射され、回折光４０ｂの照射される４つの照射領域４２の中心を結んだ形状が長方形となるように分岐されている。本実施の形態における光学ローパスフィルタ２０は、この長方形はａ軸方向に沿った辺の長さがｄａ、ｂ軸方向に沿った辺の長さがｄｂとなるように形成されている。尚、本実施の形態では、この長方形の領域を回折光による分光領域５０と記載する。本実施の形態における光学ローパスフィルタ２０が光学ローパスフィルタとして機能するためには、撮像素子３０における１画素の一辺が、ｄａ以下、他の一辺がｄｂ以下となるように、即ち、回折光による分光領域５０と同じか、又は小さくなるように形成されている。尚、ａ軸とｂ軸は直交する軸であるものとする。尚、回折光による分光領域５０の大きさは、撮像素子３０の画素の大きさ、撮像素子３０の位置に基づき、カットしたい空間周波数に基づき定められる。
【００２３】
本実施の形態では、一例として、４つの回折光に分岐される場合を示しているが、分岐される回折光の数は２以上の値であれば光学ローパスフィルタとしての効果を得ることができる。また、撮像素子３０における画素配列がハニカム構造等の場合においては、回折光による分光領域５０を長方形以外の形状としてもよい。更に、光学ローパスフィルタ２０がない場合において光束４０ａが照射される点４１の位置は、回折光による分光領域５０の外となるように形成してもよい。
【００２４】
撮像装置が動画と静止画とを切換えることができるものであって、動画と静止画において撮像する画素数が異なる場合には、撮像の際の画素数に対応してカットしたい空間周波数が異なる場合がある。このため、撮像装置においては、回折光による分光領域５０の大きさを変えることができるように構成されていることが好ましく、具体的には、移動機構６０により光学ローパスフィルタ２０を光軸方向に移動させ、光学ローパスフィルタ２０と撮像素子３０との間の距離を変えることにより、回折光による分光領域５０の大きさを変えることができる。
【００２５】
（光学ローパスフィルタの構造）
次に、本実施の形態における光学ローパスフィルタ２０の構造について図２に基づき説明する。図２（ａ）は、本実施の形態における光学ローパスフィルタ２０の構造を示すものである。光学ローパスフィルタ２０は、基本ユニット２１がＸ軸方向及びＹ軸方向に沿って、Ｘ軸方向にピッチＰｘ、Ｙ軸方向にピッチＰｙとなるように２次元的に配列されている。基本ユニット２１の一部を拡大したものを図２（ｂ）に示す。基本ユニット２１には、８段の回折格子が形成されており、図２（ｂ）においては、白く示した領域から黒く示した領域にトーンが変化するに従い、回折格子の段が高くなるように形成されている。尚、後述する基本ユニット２１を示す図についても同様である。図２（ｂ）等では、黒く示した領域が最も高く、黒く示した領域における位相差を０とした場合、白く示した領域における位相差がある波長λにおいて、７π／４となるように形成されている。波長λとしては、光学ローパスフィルタの使用波長により可視光や赤外光の波長とすることができる。可視光である場合は、波長λとして３８０〜７８０ｎｍの波長とすることができる。
【００２６】
図２では、基本ユニット２１に形成される回折格子が８段の場合を示すが、形成される回折格子の段数は２段以上であれば、本実施の形態における光学ローパスフィルタと同様の効果を得ることができる。しかしながら、回折格子における段数を増やすことにより、光学ローパスフィルタ２０を設計する際の自由度は増すため、光学ローパスフィルタ２０の設計がしやすくなる。よって、光学ローパスフィルタ２０において形成される回折格子の段数は、８段以上であることが好ましい。尚、光学ローパスフィルタ２０において形成される回折格子は、有限の段数を有するものではなく、位相差が連続的に変化するように形成されたものであってもよい。
【００２７】
次に、図３に基づき本実施の形態における光学ローパスフィルタ２０の断面構造について説明する。本実施の形態における光学ローパスフィルタ２０は、光を透過する透明基板２３の表面に所定の段数の回折格子２５を形成したものであり、回折格子２５は凹凸形状となる凸部２６と凹部２７により形成されている。図３に示す場合では、一例として回折格子２５の段数が４段の光学ローパスフィルタ２０を示している。透明基板２３を形成する材料としては、ガラス等の無機材料、樹脂材料等の有機材料、有機無機複合材料等が挙げられる。
【００２８】
また、回折格子２５は凸部２６を形成することにより形成されるが、回折格子２５の凸部２６を形成する材料は、光を透過する材料であればよく、透明基板２３と同一の材料であってもよく、また、異なる材料であってもよい。具体的には、回折格子２５の凸部２６を形成する材料としては、無機材料、樹脂材料等の有機材料、有機無機複合材料等が挙げられる。尚、回折格子２５の凹部２７は回折格子２５の凸部２６を形成することにより形成されるものであり、基本ユニット２１において凸部２６の形成されていない領域が凹部２７となる。また、透明基板２３の表面を加工することによって凹部２７を形成し、これにより凸部２６と凹部２７を有する凹凸形状を形成してもよい。
【００２９】
図３には、透明基板２３の露出した領域が凹部２７となる構造のものを示しているが、透明基板２３の表面全体に凸部２６を形成する材料により形成し、この材料の最も高さの低い部分が凹部２７となるように回折格子２５を形成したものであってもよい。尚、撮像装置において、この光学ローパスフィルタは、メンテナンスの際に凸部２６が傷つけられることがないよう、透明基板２３側から光が入射するように設置されていることが好ましい。即ち、回折格子２５の形成されている面と撮像素子３０とが対向する位置となるように設置されていることが好ましい。特に、カメラ本体と撮像光学系とを分離することのできる撮像装置においては、埃等がカメラ本体に入りやすいため、クリーニング等のメンテナンスが必要となるが、メンテナンスの際に凸部２６が傷つけられることを防ぐため、このように設置されていることが好ましい。
【００３０】
また、透明基板２３は、可視光を透過する材料であればよく、赤外線等を吸収する材料を用いることも可能である。このような材料としては、通常、近赤外線カットフィルタとして用いられており、例えば、リン酸塩系ガラスにＣｕＯが添加されたガラスが挙げられる。このような材料により透明基板２３を形成することにより、透明基板２３において赤外線を吸収させることができ、撮像装置内に近赤外線カットフィルタ等を別途設ける必要がなくなり、撮像装置の小型化及び低コスト化に寄与する。
【００３１】
また、本実施の形態における光学ローパスフィルタは、両面に反射防止膜を形成したものであってもよい。具体的には、図４に示すように、光学ローパスフィルタの回折格子２５の形成されている面に反射防止膜２８を形成し、透明基板２３が露出している面に反射防止膜２９を形成したものであってもよい。このような反射防止膜２８及び２９を形成することにより、光学ローパスフィルタにおける界面の反射光を減らすことができ、光学ローパスフィルタを透過する光の光量ロスを減らすことができる。尚、反射防止膜２８及び２９は、屈折率の異なる材料を積層形成した誘電体多層膜等により形成されている。この際、回折格子２５を構成する各々の段において、平らな領域が狭いと、反射防止膜２８による効果が低くなる場合がある。よって、各々の段における平らな領域は最も狭いところでも幅が０．５μｍ以上となるように形成されていることが好ましい。
【００３２】
また、本実施の形態における光学ローパスフィルタは、回折格子を２種類の屈折率の異なる材料により形成してもよい。具体的には、図５に示すように、２枚の透明基板２３、１２３を用い、透明基板２３の表面には、第１の材料により凸部１２６を形成し、凸部１２６の形成されている面の全体を覆うように、第２の材料によるカバー層１３６が形成したものであってもよい。この場合、透明基板２３の表面において、凸部１２６が形成されていない凹部１２７にもカバー層１３６となる第２の材料が入り込む。これにより、第１の材料により形成された凸部１２６と、凹部１２７に入り込んだ第２の材料により形成されたカバー層１３６とにより回折格子１２５が形成される。図５に示す光学ローパスフィルタでは、カバー層１３６の表面には透明基板１２３が設けられているが、透明基板１２３を形成することなく、カバー層１３６が露出した構成のものであてもよい。凸部１２６を形成する第１の材料としては、凸部２６を形成する材料と同様の材料を使用でき、透明基板１２３を形成する第２の材料としては、ガラス等の無機材料、樹脂材料等の有機材料、有機無機複合材料等が挙げられる。また、カバー層１３６を形成する材料としては、ガラス等の無機材料、樹脂材料等の有機材料、有機無機複合材料等が挙げられる。
【００３３】
また、本実施の形態における光学ローパスフィルタは、図５に示すものの両面に反射防止膜を形成したものであってもよい。具体的には、図６に示すように、透明基板２３の表面に反射防止膜２９を形成し、透明基板１２３の表面に反射防止膜１２９を形成したものであってもよい。尚、反射防止膜１２９は、反射防止膜２９と同様に誘電体多層膜等により形成されている。
【００３４】
図５に示す構成の光学ローパスフィルタでは、凸部１２６を形成する第１の材料とカバー層１３６を形成する第２の材料との屈折率が異なるものを用いている。ここで、波長λにおける凸部１２６を形成する第１の材料の屈折率とカバー層１３６を形成する第２の材料の屈折率の差をΔｎ（λ）とすると、可視光となる波長λ０の光が、数１に示す式を満足する場合では、基本ユニット２１によって発生する位相の変化が少なくなるため好ましい。尚、図３等に示す光学ローパスフィルタにおいては、Δｎ（λ）は、凸部２６を形成する材料の屈折率と空気等の屈折率（通常は約１）の差として考えるものとする。また、波長λ０の光は、可視光において短波長となる波長λＢの青色の光から長波長となる波長λＲの赤色の光の範囲の光であるものとする。尚、可視光の領域の画像の撮像に用いられる撮像装置においては、一般的に、波長λＢは４００〜４６０ｎｍ、波長λＲは６００〜７００ｎｍである。波長λとしては波長λＢと波長λＲの少なくとも一方を含む波長帯内の波長とすることが好ましく、λＢとλＲの両方を含む波長帯内の波長であるとより好ましい。
［数１］
３／４×Δｎ（λ０）／λ０≦Δｎ（λ）／λ≦５／４×Δｎ（λ０）／λ０
また、一般に凸部における段構造により発生する光路差が入射する光の波長と等しい場合に、高い回折効率を得ることができるため、段構造の最上段と最下段との段差、即ち、凸部の最も高い部分と凹部との段差をｈとし、段構造の段数をＮとした場合に、数２に示す式を満足することが好ましい。
［数２］
Δｎ（λ０）×｛ｈ×Ｎ／（Ｎ−１）｝＝λ０
本実施の形態における光学ローパスフィルタ２０では、基本ユニット２１における位相分布により回折光が発生する。よって、光学ローパスフィルタの入射面に垂直な方向と回折光の進行方向とが、Ｘ軸方向となす角をθｘとし、Ｙ軸方向となす角をθｙとした場合、数３に示す式が成立する。尚、ｍｘ及びｍｙは回折光のＸ軸方向及びＹ軸方向における回折次数を示し、角度θｘｉ及びθｙｉは、光学ローパスフィルタに入射する光束と光学ローパスフィルタの入射面に垂直な方向とがなす角のＸ軸方向及びＹ軸方向の成分である。
［数３］
ｓｉｎθｘ＝ｓｉｎθｘｉ＋ｍｘλ／Ｐｘ
ｓｉｎθｙ＝ｓｉｎθｙｉ＋ｍｙλ／Ｐｙ
発生する回折光の電場分布は、フラウンホーハー回折に従うので、回折光の次数及び振幅分布は基本ユニット２１のフーリエ変換により求めることができる。逆に、回折光の強度分布から基本ユニット２１を設計することも可能であり、この場合、反復フーリエ変換法等のアルゴリズムが用いられるが、一般に、このような設計アルゴリズムは計算量が多くなるため、計算機を用いて設計が行われる。
【００３５】
このような光学ローパスフィルタでは、回折光による分光領域５０内に中心を有する回折光のみを発生させ、回折光による分光領域５０の外側に中心を有する回折光は発生させないように形成されていることが望ましい。しかしながら、回折格子の場合には、特性上、回折光による分光領域５０の外側に中心を有する高次の回折光が発生する。従って、本実施の形態における光学ローパスフィルタは、分光領域５０内に中心を有する回折光の積算強度が高く、分光領域５０の外側に中心を有する迷光となる高次回折光の強度が低くなるように形成されている。これにより、撮像素子３０において高い効率で像を形成でき、また、迷光となる高次回折光による干渉を低減できる。尚、本実施の形態では、このように回折光による分光領域５０の外側に中心を有する高次の回折光を迷光または迷光となる高次回折光と記載する。
【００３６】
本実施の形態における光学ローパスフィルタでは、回折光による分光領域５０内に中心を有する回折光の積算強度が、設計波長となる波長、例えば、青から赤までの光の中心となる光の波長に近い、緑の光の波長５４６ｎｍにおいて、入射光の光量に対し８０％以上であることが好ましく、更には、波長λＢから波長λＲの範囲の全域において、入射光の光量に対し８０％以上であることが好ましい。
【００３７】
また、迷光となる高次回折光のうち、最も光量の高い迷光となる高次回折光の光量は、緑の光の波長５４６ｎｍにおいて、入射光の光量に対し１％以下であることが好ましく、また、０．８％以下であることがより好ましい。更には、最も光量の高い迷光となる高次回折光の光量は、波長λＢから波長λＲの範囲の全域において、入射光の光量に対し１％以下であることが好ましく、また、０．８％以下であることがより好ましい。尚、迷光となる高次回折光の光量が入射光の光量の０．８％以下であることが好ましい理由は、回折光による分光領域５０内に中心を有する回折光の積算強度に対して１／１００以下の光量であれば、迷光となる高次回折光による影響はあまり生じないと考えられるからである。
【００３８】
また、撮像素子３０の配置によっては、光学ローパスフィルタ２０に入射する入射光が撮像光学系１０の光軸に対し傾斜して入射させる場合がある。このような場合には、光学ローパスフィルタ２０における凸部２６の高さを入射する入射光の傾斜角度に対応して変化させてもよい。また、回折角度の変調が必要となる場合には、光学ローパスフィルタ２０における基本ユニット２１のピッチＰｘ、Ｐｙが変化するように形成してもよい。
【００３９】
尚、発明者は検討の結果、高次回折光の発生を抑制する基本ユニット２１の構造として、基本ユニット２１をａ軸方向およびｂ軸方向から見た際に位相の異なる領域を結んだ境界線の集合が線対称性を有していない構造が適していることを見出した。この理由として以下のようなことが考えられる。基本ユニット２１が線対称となる線を多く有する場合、発生する回折光の分布はａ軸およびｂ軸に対して対称となりやすい。高次回折光は基本ユニット２１の位相分布の不整合によって生じるが、前述のようにａ軸およびｂ軸に対して対称的な回折光分布を有するということは、別の言い方をすると回折光の設計としては一次元的なものとなっており、高次回折光を発生させる次数の設計自由度が低いということになる。これに対して基本ユニット２１が線対称となる線を有さないような構造の場合、回折光の次数分布は対称性に縛られることなく２次元な設計自由度が得られ、高次回折光の低減が行いやすい。従って、基本ユニット２１の異なる位相を有する領域を結んだ境界線の集合がなす形状としては、ａ軸方向及びｂ軸方向に線対称となる線を有さないものであることが好ましい。
【実施例】
【００４０】
次に、本実施の形態における実施例について説明する。尚、波長４２０ｎｍ、５４６ｎｍ、６７０ｎｍの光は、各々青、緑、赤の光に対応している。
【００４１】
（実施例１）
実施例１における光学ローパスフィルタは図７（ａ）に示すように、入射光を４つの回折光に分離するように設計したものである。実施例１における光学ローパスフィルタでは、透明基板２３として厚さが０．３ｍｍの石英基板を用いている。本実施例における光学ローパスフィルタの製造方法は、石英基板を洗浄し、フォトリソグラフィーによりレジストパターンを形成した後、エッチングを行うことにより、図７（ｂ）に示すような８段の構造の凸部２６が形成された基本ユニット２１を形成する。基本ユニット２１を設計する際の設計中心波長は５４６ｎｍであり、基本ユニット２１はピッチＰｘ＝Ｐｙ＝５１５μｍ、一つの段の高さが１４８ｎｍとなるように作製する。石英基板の屈折率は、波長λＢとなる波長４２０ｎｍで１．４６９、緑の光の波長となる波長５４６ｎｍで１．４６０、波長λＲとなる波長６７０ｎｍで１．４５６である。尚、図７（ｂ）に示す基本ユニット２１はａ軸方向及びｂ軸方向に対して線対称となる線が存在していない。
【００４２】
図８に、実施例１における光学ローパスフィルタの波長４２０ｎｍ、５４６ｎｍ、６７０ｎｍにおける回折効率を算出したものを示す。波長５４６ｎｍにおいて２次以上の回折光で最大光量のものは０．５４５５％である。
【００４３】
また、実施例１における光学ローパスフィルタの波長４２０ｎｍにおける０次回折光及び１次回折光の光量の和は７１．０６２％であり、０次回折光から２次回折光までの光量の和は８２．５０４２％である。また、波長５４６ｎｍにおける０次回折光及び１次回折光の光量の和は８５．８４６２％であり、０次回折光から２次回折光までの光量の和は９０．１７１９％である。波長６７０ｎｍにおける０次回折光及び１次回折光の光量の和は８０．９２０２％であり、０次回折光から２次回折光までの光量の和は８８．６０５８％である。以上より、実施例１における光学ローパスフィルタは、回折光による分光領域５０が１次回折光の中心を結ぶ範囲または２次回折光の中心を結ぶ範囲となる光学ローパスフィルタとして使用できる。
【００４４】
（実施例２）
実施例２における光学ローパスフィルタは図９（ａ）に示すように、入射光を８つの回折光に分離するように設計したものである。実施例２における光学ローパスフィルタでは、透明基板２３として厚さが０．３ｍｍの石英基板を用いている。本実施例における光学ローパスフィルタの製造方法は、石英基板を洗浄し、フォトリソグラフィーによりレジストパターンを形成した後、エッチングを行うことにより、図９（ｂ）に示すような８段の構造の凸部２６が形成された基本ユニット２１を形成する。基本ユニット２１を設計する際の設計中心波長は５４６ｎｍであり、基本ユニット２１のピッチＰｘ＝Ｐｙ＝７２８μｍ、一つの段の高さが１４８ｎｍとなるように作製する。石英基板の屈折率は、波長４２０ｎｍで１．４６９、波長５４６ｎｍで１．４６０、波長６７０ｎｍで１．４５６である。尚、図９（ｂ）に示す基本ユニット２１はａ軸方向及びｂ軸方向に対して線対称となる線が存在していない。
【００４５】
図１０に、実施例２における光学ローパスフィルタの波長４２０ｎｍ、５４６ｎｍ、６７０ｎｍにおける回折効率を算出したものを示す。波長５４６ｎｍにおいて２次以上の回折光で最大光量のものは０．３４１３％である。
【００４６】
また、実施例２における光学ローパスフィルタの波長４２０ｎｍにおける０次回折光及び１次回折光の光量の和は７４．１２７３％であり、０次回折光から２次回折光までの光量の和は８１．０９８７％である。また、波長５４６ｎｍにおける０次回折光及び１次回折光の光量の和は８３．５８６２％であり、０次回折光から２次回折光までの光量の和は８６．１２０３％である。波長６７０ｎｍにおける０次回折光及び１次回折光の光量の和は８２．９５２２％であり、０次回折光から２次回折光までの光量の和は８５．５５０１％である。以上より、実施例２における光学ローパスフィルタは、回折光による分光領域５０が、１次回折光の中心を結ぶ範囲または２次回折光の中心を結ぶ範囲となる光学ローパスフィルタとして使用できる。
【００４７】
（実施例３）
実施例３における光学ローパスフィルタは図１１（ａ）に示すように、入射光を９つの回折光に分離するように設計したものである。実施例３における光学ローパスフィルタでは、透明基板２３として厚さが０．３ｍｍの石英基板を用いている。本実施例における光学ローパスフィルタの製造方法は、石英基板を洗浄し、フォトリソグラフィーによりレジストパターンを形成した後、エッチングを行うことにより、図１１（ｂ）に示すような８段の構造の凸部２６が形成された基本ユニット２１を形成する。基本ユニット２１を設計する際の設計中心波長は５４６ｎｍであり、基本ユニット２１はピッチＰｘ＝Ｐｙ＝７２８μｍ、一つの段の高さが１４８ｎｍとなるように作製する。石英基板の屈折率は、波長４２０ｎｍで１．４６９、波長５４６ｎｍで１．４６０、波長６７０ｎｍで１．４５６である。尚、図１１（ｂ）に示す基本ユニット２１はａ軸方向及びｂ軸方向に対して線対称となる線が存在していない。
【００４８】
図１２に、実施例３における光学ローパスフィルタの波長４２０ｎｍ、５４６ｎｍ、６７０ｎｍにおける回折効率を算出したものを示す。波長５４６ｎｍにおいて２次以上の回折光で最大光量のものは０．３０９５％である。
【００４９】
また、実施例３における光学ローパスフィルタの波長４２０ｎｍにおける０次回折光及び１次回折光の光量の和は７２．７４６９％であり、０次回折光から２次回折光までの光量の和は８４．７１０９％である。また、波長５４６ｎｍにおける０次回折光及び１次回折光の光量の和は８９．３８７９％であり、０次回折光から２次回折光までの光量の和は９０．６５２５％である。波長６７０ｎｍにおける０次回折光及び１次回折光の光量の和は８８．８２９２％であり、０次回折光から２次回折光までの光量の和は９０．８２６７％である。以上より、実施例３における光学ローパスフィルタは、回折光による分光領域５０が、１次回折光の中心を結ぶ範囲または２次回折光の中心を結ぶ範囲となる光学ローパスフィルタとして使用できる。
【００５０】
（実施例４）
実施例４における光学ローパスフィルタは図１３（ａ）に示すように、入射光を９つの回折光に分離するように設計したものである。実施例４における光学ローパスフィルタでは、透明基板２３として厚さが０．３ｍｍの石英基板を用いている。本実施例における光学ローパスフィルタの製造方法は、石英基板を洗浄し、フォトリソグラフィーによりレジストパターンを形成した後、エッチングを行うことにより、図１３（ｂ）に示すような３２段の構造の凸部２６が形成された基本ユニット２１を形成する。基本ユニット２１を設計する際の設計中心波長は５４６ｎｍであり、基本ユニット２１はピッチＰｘ＝Ｐｙ＝７２８μｍ、一つの段の高さが３７ｎｍとなるように作製する。石英基板の屈折率は、波長４２０ｎｍで１．４６９、波長５４６ｎｍで１．４６０、波長６７０ｎｍで１．４５６である。尚、図１３（ｂ）に示す基本ユニット２１はａ軸方向及びｂ軸方向に対して線対称となる線が存在していない。
【００５１】
図１４に、実施例４における光学ローパスフィルタの波長４２０ｎｍ、５４６ｎｍ、６７０ｎｍにおける回折効率を算出したものを示す。波長５４６ｎｍにおいて２次以上の回折光で最大光量のものは０．３３８９％である。
【００５２】
また、実施例４における光学ローパスフィルタの波長４２０ｎｍにおける０次回折光及び１次回折光の光量の和は７９．９１４３％であり、０次回折光から２次回折光までの光量の和は８９．９２％である。また、波長５４６ｎｍにおける０次回折光及び１次回折光の光量の和は９３．２１０７％であり、０次回折光から２次回折光までの光量の和は９４．５５５２％である。波長６７０ｎｍにおける０次回折光及び１次回折光の光量の和は９１．５７６％であり、０次回折光から２次回折光までの光量の和は９３．２４９５％である。以上より、実施例４における光学ローパスフィルタ、回折光による分光領域５０が、１次回折光の中心を結ぶ範囲または２次回折光の中心を結ぶ範囲となる光学ローパスフィルタとして使用できる。
【００５３】
（実施例５）
実施例５における光学ローパスフィルタは図１３（ａ）に示すように、入射光を９つの回折光に分離するように設計したものである。実施例５における光学ローパスフィルタでは、透明基板２３として厚さが０．３ｍｍのＢ２７０基板を用いている。尚、透明基板２３は、ガラス基板であれば特に制限はないがショット社のＢ２７０基板を使用した。本実施例における光学ローパスフィルタの製造方法は、Ｂ２７０基板を洗浄し、ＺｒＯ２微粒子を含有する有機無機複合材料を型に充填し、Ｂ２７０基板の表面に凸部１２６が形成されるように紫外線を照射し硬化させる。この後、ビフェニル構造を有する有機樹脂を滴下しカバー層１３６を形成し、他の透明基板１２３となる厚さが０．３ｍｍのＢ２７０基板により挟むことにより作製する。実施例５における光学ローパスフィルタは、３２段の構造の凸部１２６が形成された基本ユニット２１が形成されている。基本ユニット２１を設計する際の設計中心波長は５４６ｎｍであり、基本ユニット２１はピッチＰｘ＝Ｐｙ＝７２８μｍ、一つの段の高さが４６７ｎｍとなるように作製する。Ｂ２７０基板の屈折率は、波長４２０ｎｍで１．５３６、波長５４６ｎｍで１．５２４、波長６７０ｎｍで１．５１９である。また、硬化させたＺｒＯ２微粒子を含有する有機無機複合材料の屈折率は、波長４２０ｎｍで１．６３０、波長５４６ｎｍで１．６１５、波長６７０ｎｍで１．６０６である。また、ビフェニル構造を有する有機樹脂の屈折率は、波長４２０ｎｍで１．６０７、波長５４６ｎｍで１．５７８、波長６７０ｎｍで１．５６６である。尚、実施例５における光学ローパスフィルタは、基本ユニット２１はａ軸方向及びｂ軸方向に対して線対称となる線が存在していない。
【００５４】
図１５に、実施例５における光学ローパスフィルタの波長４２０ｎｍ、５４６ｎｍ、６７０ｎｍにおける回折効率を算出したものを示す。波長５４６ｎｍにおいて２次以上の回折光で最大光量のものは０．３４２２％である。
【００５５】
また、実施例５における光学ローパスフィルタの波長４２０ｎｍにおける０次回折光及び１次回折光の光量の和は９１．９２９４％であり、波長５４６ｎｍにおける０次回折光及び１次回折光の光量の和は９３．２１３７％であり、波長６７０ｎｍにおける０次回折光及び１次回折光の光量の和は９２．７６３５％である。以上より、実施例５における光学ローパスフィルタは、回折光による分光領域５０が１次回折光の中心を結ぶ範囲となる光学ローパスフィルタとして使用できる。
【００５６】
（実施例６）
実施例６における光学ローパスフィルタは図１３（ａ）に示すように、入射光を９つの回折光に分離するように設計したものである。実施例６における光学ローパスフィルタでは、透明基板２３として厚さが０．３ｍｍの石英基板を用いている。本実施例における光学ローパスフィルタの製造方法は、石英基板を洗浄し、フォトリソグラフィーによりレジストパターンを形成した後、エッチングを行うことにより、図１３（ｂ）に示すような３２段の構造の凸部が形成された基本ユニット２１を形成する。基本ユニット２１を設計する際の設計中心波長は４９０ｎｍであり、基本ユニット２１はピッチＰｘ＝Ｐｙ＝７２８μｍ、一つの段の高さが３７ｎｍとなるように作製する。石英基板の屈折率は、波長４２０ｎｍで１．４６９、波長５４６ｎｍで１．４６０、波長６７０ｎｍで１．４５６である。尚、図１３（ｂ）に示す基本ユニット２１はａ軸方向及びｂ軸方向に対して線対称となる線が存在していない。
【００５７】
図１６に、実施例６における光学ローパスフィルタの波長４２０ｎｍ、５４６ｎｍ、６７０ｎｍにおける回折効率を算出したものを示す。波長５４６ｎｍにおいて２次以上の回折光で最大光量のものは０．４９３３％である。
【００５８】
また、実施例６における光学ローパスフィルタの波長４２０ｎｍにおける０次回折光及び１次回折光の光量の和は８９．０４６４％であり、０次回折光から２次回折光までの光量の和は９３．０６６２％である。また、波長５４６ｎｍにおける０次回折光及び１次回折光の光量の和は９２．０５４９９％であり、０次回折光から２次回折光までの光量の和は９３．４０２２９％である。波長６７０ｎｍにおける０次回折光及び１次回折光の光量の和は９０．４０５４％であり、０次回折光から２次回折光までの光量の和は９２．３３５６％である。以上より、実施例６における光学ローパスフィルタは、回折光による分光領域５０が１次回折光の中心を結ぶ範囲または２次回折光の中心を結ぶ範囲となる光学ローパスフィルタとして使用できる。
【００５９】
（実施例７）
実施例７は、実施例６における光学ローパスフィルタ２０を回折格子２５が形成されている面が撮像素子３０側となり、透明基板２３が露出している面より光が入射するように設置した撮像装置である。光学ローパスフィルタ２０と撮像素子３０との距離は、波長５４６の光において光学的な距離ｔが２ｍｍとなるように設置されている。撮像素子３０の画素ピッチは３μｍであり、光学ローパスフィルタ２０に入射した光のＸ軸方向及びＹ軸方向における１次回折光の回折角度は、空気中で０．０４３°となる。よって、撮像素子３０の撮像面における１次回折光の回折光による分光領域５０は、Ｘ軸方向に３μｍ、Ｙ軸方向に３μｍとなる。従って、本実施例では、撮像素子３０における１画素に対応する高周波成分を抑制でき、撮像素子３０により撮像される画像において、モアレ縞や偽色を低減できる。
【００６０】
（実施例８）
実施例８は、実施例５における光学ローパスフィルタ２０を撮像素子３０の前に設置した撮像装置である。光学ローパスフィルタ２０と撮像素子３０との距離は、波長５４６の光において光学的な距離ｔが２ｍｍとなるように設置されている。撮像素子３０の画素ピッチは３μｍであり、光学ローパスフィルタ２０に入射した光のＸ軸方向及びＹ軸方向における１次回折光の回折角度は、空気中で０．０４３°となる。よって、撮像素子３０の撮像面における１次回折光の回折光による分光領域５０は、Ｘ軸方向に３μｍ、Ｙ軸方向に３μｍとなる。従って、本実施例では、撮像素子３０における１画素に対応する高周波成分を抑制でき、撮像素子３０により撮像される画像において、モアレ縞や偽色を低減できる。
【００６１】
（実施例９）
実施例９は、実施例７に記載されている撮像装置において、不図示の駆動手段により光学ローパスフィルタ２０を光軸方向に移動させることができるものである。本実施例における撮像装置では、実施例７に記載された光学ローパスフィルタ２０の位置は静止画を撮像する位置であり、動画を撮像する際には、光学ローパスフィルタ２０を光学ローパスフィルタ２０と撮像素子３０との距離が、波長５４６ｎｍの光において光学的な距離ｔが４ｍｍとなるように移動機構６０により移動させる。これにより、本実施例では、動画を撮像する際には、撮像素子３０の撮像面における１次回折光の回折光による分光領域５０は、Ｘ軸方向に６μｍ、Ｙ軸方向に６μｍとすることができ、動画を撮像する際のモアレ縞や偽色の発生を低減できる。
【００６２】
尚、本発明の実施に係る形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではない。
【符号の説明】
【００６３】
１０ 撮像光学系
２０ 光学ローパスフィルタ
２１ 基本ユニット
２３ 透明基板
２５ 回折格子
２６ 凸部
２７ 凹部
２８ 反射防止膜
２９ 反射防止膜
３０ 撮像素子
４０ 入射光となる光束
４０ａ 光束
４０ｂ 回折光
４１ 光学ローパスフィルタを設置しない場合の光が照射される点
４２ 回折光により照射される点
５０ 回折光による分光領域
６０ 移動機構
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学ローパスフィルタ及び撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルスチルカメラ等の撮像装置は、撮像素子としてＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＣＭＯＳ等の固体撮像素子が用いられており、固体撮像素子の２次元的に配列されている画素に入射する光量を検出することによりデジタル画像として撮像される。ところで、固体撮像素子における画素数は有限であるため、撮像される領域の空間周波数が高いと、モアレ縞や偽色が発生する場合があり、このようなモアレ縞や偽色の発生を抑制するために、光学ローパスフィルタを用いている。
【０００３】
このような光学ローパスフィルタとしては、水晶等の複屈折率材料を用いたもの等があるが、特許文献１及び２には、小型化及び低コスト化等の観点から、回折型の光学ローパスフィルタが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３０９５４号公報
【特許文献２】特開２００９−２１７１２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、回折型の光学ローパスフィルタは、回折格子等によりＣＣＤ等の撮像素子の撮像面における所定の範囲に回折光を発生させることにより、光学ローパスフィルタとしての機能を有するものであるが、所定の範囲以外の領域において迷光となる高次の回折光が発生する場合がある。この場合、迷光の強度が強いと所定の範囲以外の領域における画素において干渉等が生じ、撮影画像がぼけてしまう等の現象が生じ、撮影画像の画質の低下を招く。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、撮影画像の画質の低下を抑制しつつ、高周波成分を低減させることのできる光学ローパスフィルタ及び撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、透明基板と、前記透明基板の表面に形成された回折部と、を有し、前記基板に入射した光は前記回折部により２次元状の回折光を発生させるものであって、前記回折光において同じ次数の回折光の中心を結ぶ領域を回折光による分光領域とした場合、前記分光領域内に回折光の中心が含まれる回折光の光量の和が、入射光の光量の８０％以上であって、前記分光領域の外に中心を有する各々の回折光の光量が、入射光の光量の０．８％以下であることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、前記入射光は、可視領域における１つの波長の光である。
【０００９】
また、本発明は、前記入射光は、青から赤まで範囲の光である。
【００１０】
また、本発明は、前記回折光による分光領域は、各々の１次回折光の中心を結ぶことにより形成される領域、または、２次回折光の中心を結ぶことにより形成される領域である。
【００１１】
また、本発明は、前記回折部は、複数の段部が形成された凸部を有する凹凸形状のパターンにより形成されている。
【００１２】
また、本発明は、前記回折部は、前記基板の表面に複数の段部を有する第１の材料により形成された凸部と、前記凸部を形成することにより形成される凹凸パターンを覆うように第２の材料により形成されたカバー層からなるものであって、前記第１の材料の屈折率と前記第２の材料の屈折率とは異なる値である。
【００１３】
また、本発明は、前記回折光のうち最近接の回折光同士を結ぶ線に平行な線を軸とした場合、前記凹凸パターンは、前記軸において非対称である。
【００１４】
また、本発明は、前記回折部は、複数の同一パターンの基本ユニットが２次元状に配列されているものである。
【００１５】
また、本発明は、前記透明基板または前記回折部には反射防止膜が形成されている。
【００１６】
また、本発明は、撮像素子と、前記記載の光学ローパスフィルタと、を有し、前記光学ローパスフィルタを透過した光が前記撮像素子に入射するものであることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、前記光学ローパスフィルタを前記光の光軸に沿って移動させる移動機構を有している。
【発明の効果】
【００１８】
本発明における光学ローパスフィルタ及び撮像装置では、撮影画像の画質の低下を抑制しつつ、高周波成分を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施の形態における撮像装置の構造図
【図２】本実施の形態における光学ローパスフィルタの説明図
【図３】本実施の形態における光学ローパスフィルタの断面図
【図４】本実施の形態における他の光学ローパスフィルタの断面図（１）
【図５】本実施の形態における他の光学ローパスフィルタの断面図（２）
【図６】本実施の形態における他の光学ローパスフィルタの断面図（３）
【図７】実施例１における光学ローパスフィルタの説明図
【図８】実施例１における光学ローパスフィルタの回折次数と光量の関係図
【図９】実施例２における光学ローパスフィルタの説明図
【図１０】実施例２における光学ローパスフィルタの回折次数と光量の関係図
【図１１】実施例３における光学ローパスフィルタの説明図
【図１２】実施例３における光学ローパスフィルタの回折次数と光量の関係図
【図１３】実施例４における光学ローパスフィルタの説明図
【図１４】実施例４における光学ローパスフィルタの回折次数と光量の関係図
【図１５】実施例５における光学ローパスフィルタの回折次数と光量の関係図
【図１６】実施例６における光学ローパスフィルタの回折次数と光量の関係図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
発明を実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００２１】
（光学ローパスフィルタと撮像装置）
図１に基づき本実施の形態における撮像装置について説明する。図１（ａ）に示す撮像装置はデジタルスチルカメラ等であり、レンズ等からなる撮像光学系１０、光学ローパスフィルタ２０、撮像素子３０を有している。画像となる光束４０は、撮像光学系１０より入射し、撮像光学系１０を透過した後に光束４０ａとなり光学ローパスフィルタ２０に入射する。光学ローパスフィルタ２０に入射した光束４０ａは、光学ローパスフィルタ２０により回折され、回折光４０ｂとなり出射され撮像素子に入射する。また、本実施の形態における撮像装置では、必要に応じて光学ローパスフィルタ２０を光軸に沿って移動させることができるように移動機構６０が設けられている。
【００２２】
次に、図１（ｂ）に基づき本実施の形態における光学ローパスフィルタ２０により回折された回折光４０ｂについて説明する。図１（ｂ）は撮像素子３０の撮像面における回折光の照射スポットの分布を示すものである。光学ローパスフィルタ２０がない場合には、光束４０ａは、そのまま直進し照射領域４１に照射される。光学ローパスフィルタ２０を設けた場合には、光束４０ａは光学ローパスフィルタ２０により回折され４つに分岐された回折光４０ｂとなり照射領域４２に照射される。図１（ｂ）に示す場合では、４つに分岐された回折光４０ｂは４つの照射領域４２に照射され、回折光４０ｂの照射される４つの照射領域４２の中心を結んだ形状が長方形となるように分岐されている。本実施の形態における光学ローパスフィルタ２０は、この長方形はａ軸方向に沿った辺の長さがｄａ、ｂ軸方向に沿った辺の長さがｄｂとなるように形成されている。尚、本実施の形態では、この長方形の領域を回折光による分光領域５０と記載する。本実施の形態における光学ローパスフィルタ２０が光学ローパスフィルタとして機能するためには、撮像素子３０における１画素の一辺が、ｄａ以下、他の一辺がｄｂ以下となるように、即ち、回折光による分光領域５０と同じか、又は小さくなるように形成されている。尚、ａ軸とｂ軸は直交する軸であるものとする。尚、回折光による分光領域５０の大きさは、撮像素子３０の画素の大きさ、撮像素子３０の位置に基づき、カットしたい空間周波数に基づき定められる。
【００２３】
本実施の形態では、一例として、４つの回折光に分岐される場合を示しているが、分岐される回折光の数は２以上の値であれば光学ローパスフィルタとしての効果を得ることができる。また、撮像素子３０における画素配列がハニカム構造等の場合においては、回折光による分光領域５０を長方形以外の形状としてもよい。更に、光学ローパスフィルタ２０がない場合において光束４０ａが照射される点４１の位置は、回折光による分光領域５０の外となるように形成してもよい。
【００２４】
撮像装置が動画と静止画とを切換えることができるものであって、動画と静止画において撮像する画素数が異なる場合には、撮像の際の画素数に対応してカットしたい空間周波数が異なる場合がある。このため、撮像装置においては、回折光による分光領域５０の大きさを変えることができるように構成されていることが好ましく、具体的には、移動機構６０により光学ローパスフィルタ２０を光軸方向に移動させ、光学ローパスフィルタ２０と撮像素子３０との間の距離を変えることにより、回折光による分光領域５０の大きさを変えることができる。
【００２５】
（光学ローパスフィルタの構造）
次に、本実施の形態における光学ローパスフィルタ２０の構造について図２に基づき説明する。図２（ａ）は、本実施の形態における光学ローパスフィルタ２０の構造を示すものである。光学ローパスフィルタ２０は、基本ユニット２１がＸ軸方向及びＹ軸方向に沿って、Ｘ軸方向にピッチＰｘ、Ｙ軸方向にピッチＰｙとなるように２次元的に配列されている。基本ユニット２１の一部を拡大したものを図２（ｂ）に示す。基本ユニット２１には、８段の回折格子が形成されており、図２（ｂ）においては、白く示した領域から黒く示した領域にトーンが変化するに従い、回折格子の段が高くなるように形成されている。尚、後述する基本ユニット２１を示す図についても同様である。図２（ｂ）等では、黒く示した領域が最も高く、黒く示した領域における位相差を０とした場合、白く示した領域における位相差がある波長λにおいて、７π／４となるように形成されている。波長λとしては、光学ローパスフィルタの使用波長により可視光や赤外光の波長とすることができる。可視光である場合は、波長λとして３８０〜７８０ｎｍの波長とすることができる。
【００２６】
図２では、基本ユニット２１に形成される回折格子が８段の場合を示すが、形成される回折格子の段数は２段以上であれば、本実施の形態における光学ローパスフィルタと同様の効果を得ることができる。しかしながら、回折格子における段数を増やすことにより、光学ローパスフィルタ２０を設計する際の自由度は増すため、光学ローパスフィルタ２０の設計がしやすくなる。よって、光学ローパスフィルタ２０において形成される回折格子の段数は、８段以上であることが好ましい。尚、光学ローパスフィルタ２０において形成される回折格子は、有限の段数を有するものではなく、位相差が連続的に変化するように形成されたものであってもよい。
【００２７】
次に、図３に基づき本実施の形態における光学ローパスフィルタ２０の断面構造について説明する。本実施の形態における光学ローパスフィルタ２０は、光を透過する透明基板２３の表面に所定の段数の回折格子２５を形成したものであり、回折格子２５は凹凸形状となる凸部２６と凹部２７により形成されている。図３に示す場合では、一例として回折格子２５の段数が４段の光学ローパスフィルタ２０を示している。透明基板２３を形成する材料としては、ガラス等の無機材料、樹脂材料等の有機材料、有機無機複合材料等が挙げられる。
【００２８】
また、回折格子２５は凸部２６を形成することにより形成されるが、回折格子２５の凸部２６を形成する材料は、光を透過する材料であればよく、透明基板２３と同一の材料であってもよく、また、異なる材料であってもよい。具体的には、回折格子２５の凸部２６を形成する材料としては、無機材料、樹脂材料等の有機材料、有機無機複合材料等が挙げられる。尚、回折格子２５の凹部２７は回折格子２５の凸部２６を形成することにより形成されるものであり、基本ユニット２１において凸部２６の形成されていない領域が凹部２７となる。また、透明基板２３の表面を加工することによって凹部２７を形成し、これにより凸部２６と凹部２７を有する凹凸形状を形成してもよい。
【００２９】
図３には、透明基板２３の露出した領域が凹部２７となる構造のものを示しているが、透明基板２３の表面全体に凸部２６を形成する材料により形成し、この材料の最も高さの低い部分が凹部２７となるように回折格子２５を形成したものであってもよい。尚、撮像装置において、この光学ローパスフィルタは、メンテナンスの際に凸部２６が傷つけられることがないよう、透明基板２３側から光が入射するように設置されていることが好ましい。即ち、回折格子２５の形成されている面と撮像素子３０とが対向する位置となるように設置されていることが好ましい。特に、カメラ本体と撮像光学系とを分離することのできる撮像装置においては、埃等がカメラ本体に入りやすいため、クリーニング等のメンテナンスが必要となるが、メンテナンスの際に凸部２６が傷つけられることを防ぐため、このように設置されていることが好ましい。
【００３０】
また、透明基板２３は、可視光を透過する材料であればよく、赤外線等を吸収する材料を用いることも可能である。このような材料としては、通常、近赤外線カットフィルタとして用いられており、例えば、リン酸塩系ガラスにＣｕＯが添加されたガラスが挙げられる。このような材料により透明基板２３を形成することにより、透明基板２３において赤外線を吸収させることができ、撮像装置内に近赤外線カットフィルタ等を別途設ける必要がなくなり、撮像装置の小型化及び低コスト化に寄与する。
【００３１】
また、本実施の形態における光学ローパスフィルタは、両面に反射防止膜を形成したものであってもよい。具体的には、図４に示すように、光学ローパスフィルタの回折格子２５の形成されている面に反射防止膜２８を形成し、透明基板２３が露出している面に反射防止膜２９を形成したものであってもよい。このような反射防止膜２８及び２９を形成することにより、光学ローパスフィルタにおける界面の反射光を減らすことができ、光学ローパスフィルタを透過する光の光量ロスを減らすことができる。尚、反射防止膜２８及び２９は、屈折率の異なる材料を積層形成した誘電体多層膜等により形成されている。この際、回折格子２５を構成する各々の段において、平らな領域が狭いと、反射防止膜２８による効果が低くなる場合がある。よって、各々の段における平らな領域は最も狭いところでも幅が０．５μｍ以上となるように形成されていることが好ましい。
【００３２】
また、本実施の形態における光学ローパスフィルタは、回折格子を２種類の屈折率の異なる材料により形成してもよい。具体的には、図５に示すように、２枚の透明基板２３、１２３を用い、透明基板２３の表面には、第１の材料により凸部１２６を形成し、凸部１２６の形成されている面の全体を覆うように、第２の材料によるカバー層１３６が形成したものであってもよい。この場合、透明基板２３の表面において、凸部１２６が形成されていない凹部１２７にもカバー層１３６となる第２の材料が入り込む。これにより、第１の材料により形成された凸部１２６と、凹部１２７に入り込んだ第２の材料により形成されたカバー層１３６とにより回折格子１２５が形成される。図５に示す光学ローパスフィルタでは、カバー層１３６の表面には透明基板１２３が設けられているが、透明基板１２３を形成することなく、カバー層１３６が露出した構成のものであてもよい。凸部１２６を形成する第１の材料としては、凸部２６を形成する材料と同様の材料を使用でき、透明基板１２３を形成する第２の材料としては、ガラス等の無機材料、樹脂材料等の有機材料、有機無機複合材料等が挙げられる。また、カバー層１３６を形成する材料としては、ガラス等の無機材料、樹脂材料等の有機材料、有機無機複合材料等が挙げられる。
【００３３】
また、本実施の形態における光学ローパスフィルタは、図５に示すものの両面に反射防止膜を形成したものであってもよい。具体的には、図６に示すように、透明基板２３の表面に反射防止膜２９を形成し、透明基板１２３の表面に反射防止膜１２９を形成したものであってもよい。尚、反射防止膜１２９は、反射防止膜２９と同様に誘電体多層膜等により形成されている。
【００３４】
図５に示す構成の光学ローパスフィルタでは、凸部１２６を形成する第１の材料とカバー層１３６を形成する第２の材料との屈折率が異なるものを用いている。ここで、波長λにおける凸部１２６を形成する第１の材料の屈折率とカバー層１３６を形成する第２の材料の屈折率の差をΔｎ（λ）とすると、可視光となる波長λ０の光が、数１に示す式を満足する場合では、基本ユニット２１によって発生する位相の変化が少なくなるため好ましい。尚、図３等に示す光学ローパスフィルタにおいては、Δｎ（λ）は、凸部２６を形成する材料の屈折率と空気等の屈折率（通常は約１）の差として考えるものとする。また、波長λ０の光は、可視光において短波長となる波長λＢの青色の光から長波長となる波長λＲの赤色の光の範囲の光であるものとする。尚、可視光の領域の画像の撮像に用いられる撮像装置においては、一般的に、波長λＢは４００〜４６０ｎｍ、波長λＲは６００〜７００ｎｍである。波長λとしては波長λＢと波長λＲの少なくとも一方を含む波長帯内の波長とすることが好ましく、λＢとλＲの両方を含む波長帯内の波長であるとより好ましい。
［数１］
３／４×Δｎ（λ０）／λ０≦Δｎ（λ）／λ≦５／４×Δｎ（λ０）／λ０
また、一般に凸部における段構造により発生する光路差が入射する光の波長と等しい場合に、高い回折効率を得ることができるため、段構造の最上段と最下段との段差、即ち、凸部の最も高い部分と凹部との段差をｈとし、段構造の段数をＮとした場合に、数２に示す式を満足することが好ましい。
［数２］
Δｎ（λ０）×｛ｈ×Ｎ／（Ｎ−１）｝＝λ０
本実施の形態における光学ローパスフィルタ２０では、基本ユニット２１における位相分布により回折光が発生する。よって、光学ローパスフィルタの入射面に垂直な方向と回折光の進行方向とが、Ｘ軸方向となす角をθｘとし、Ｙ軸方向となす角をθｙとした場合、数３に示す式が成立する。尚、ｍｘ及びｍｙは回折光のＸ軸方向及びＹ軸方向における回折次数を示し、角度θｘｉ及びθｙｉは、光学ローパスフィルタに入射する光束と光学ローパスフィルタの入射面に垂直な方向とがなす角のＸ軸方向及びＹ軸方向の成分である。
［数３］
ｓｉｎθｘ＝ｓｉｎθｘｉ＋ｍｘλ／Ｐｘ
ｓｉｎθｙ＝ｓｉｎθｙｉ＋ｍｙλ／Ｐｙ
発生する回折光の電場分布は、フラウンホーハー回折に従うので、回折光の次数及び振幅分布は基本ユニット２１のフーリエ変換により求めることができる。逆に、回折光の強度分布から基本ユニット２１を設計することも可能であり、この場合、反復フーリエ変換法等のアルゴリズムが用いられるが、一般に、このような設計アルゴリズムは計算量が多くなるため、計算機を用いて設計が行われる。
【００３５】
このような光学ローパスフィルタでは、回折光による分光領域５０内に中心を有する回折光のみを発生させ、回折光による分光領域５０の外側に中心を有する回折光は発生させないように形成されていることが望ましい。しかしながら、回折格子の場合には、特性上、回折光による分光領域５０の外側に中心を有する高次の回折光が発生する。従って、本実施の形態における光学ローパスフィルタは、分光領域５０内に中心を有する回折光の積算強度が高く、分光領域５０の外側に中心を有する迷光となる高次回折光の強度が低くなるように形成されている。これにより、撮像素子３０において高い効率で像を形成でき、また、迷光となる高次回折光による干渉を低減できる。尚、本実施の形態では、このように回折光による分光領域５０の外側に中心を有する高次の回折光を迷光または迷光となる高次回折光と記載する。
【００３６】
本実施の形態における光学ローパスフィルタでは、回折光による分光領域５０内に中心を有する回折光の積算強度が、設計波長となる波長、例えば、青から赤までの光の中心となる光の波長に近い、緑の光の波長５４６ｎｍにおいて、入射光の光量に対し８０％以上であることが好ましく、更には、波長λＢから波長λＲの範囲の全域において、入射光の光量に対し８０％以上であることが好ましい。
【００３７】
また、迷光となる高次回折光のうち、最も光量の高い迷光となる高次回折光の光量は、緑の光の波長５４６ｎｍにおいて、入射光の光量に対し１％以下であることが好ましく、また、０．８％以下であることがより好ましい。更には、最も光量の高い迷光となる高次回折光の光量は、波長λＢから波長λＲの範囲の全域において、入射光の光量に対し１％以下であることが好ましく、また、０．８％以下であることがより好ましい。尚、迷光となる高次回折光の光量が入射光の光量の０．８％以下であることが好ましい理由は、回折光による分光領域５０内に中心を有する回折光の積算強度に対して１／１００以下の光量であれば、迷光となる高次回折光による影響はあまり生じないと考えられるからである。
【００３８】
また、撮像素子３０の配置によっては、光学ローパスフィルタ２０に入射する入射光が撮像光学系１０の光軸に対し傾斜して入射させる場合がある。このような場合には、光学ローパスフィルタ２０における凸部２６の高さを入射する入射光の傾斜角度に対応して変化させてもよい。また、回折角度の変調が必要となる場合には、光学ローパスフィルタ２０における基本ユニット２１のピッチＰｘ、Ｐｙが変化するように形成してもよい。
【００３９】
尚、発明者は検討の結果、高次回折光の発生を抑制する基本ユニット２１の構造として、基本ユニット２１をａ軸方向およびｂ軸方向から見た際に位相の異なる領域を結んだ境界線の集合が線対称性を有していない構造が適していることを見出した。この理由として以下のようなことが考えられる。基本ユニット２１が線対称となる線を多く有する場合、発生する回折光の分布はａ軸およびｂ軸に対して対称となりやすい。高次回折光は基本ユニット２１の位相分布の不整合によって生じるが、前述のようにａ軸およびｂ軸に対して対称的な回折光分布を有するということは、別の言い方をすると回折光の設計としては一次元的なものとなっており、高次回折光を発生させる次数の設計自由度が低いということになる。これに対して基本ユニット２１が線対称となる線を有さないような構造の場合、回折光の次数分布は対称性に縛られることなく２次元な設計自由度が得られ、高次回折光の低減が行いやすい。従って、基本ユニット２１の異なる位相を有する領域を結んだ境界線の集合がなす形状としては、ａ軸方向及びｂ軸方向に線対称となる線を有さないものであることが好ましい。
【実施例】
【００４０】
次に、本実施の形態における実施例について説明する。尚、波長４２０ｎｍ、５４６ｎｍ、６７０ｎｍの光は、各々青、緑、赤の光に対応している。
【００４１】
（実施例１）
実施例１における光学ローパスフィルタは図７（ａ）に示すように、入射光を４つの回折光に分離するように設計したものである。実施例１における光学ローパスフィルタでは、透明基板２３として厚さが０．３ｍｍの石英基板を用いている。本実施例における光学ローパスフィルタの製造方法は、石英基板を洗浄し、フォトリソグラフィーによりレジストパターンを形成した後、エッチングを行うことにより、図７（ｂ）に示すような８段の構造の凸部２６が形成された基本ユニット２１を形成する。基本ユニット２１を設計する際の設計中心波長は５４６ｎｍであり、基本ユニット２１はピッチＰｘ＝Ｐｙ＝５１５μｍ、一つの段の高さが１４８ｎｍとなるように作製する。石英基板の屈折率は、波長λＢとなる波長４２０ｎｍで１．４６９、緑の光の波長となる波長５４６ｎｍで１．４６０、波長λＲとなる波長６７０ｎｍで１．４５６である。尚、図７（ｂ）に示す基本ユニット２１はａ軸方向及びｂ軸方向に対して線対称となる線が存在していない。
【００４２】
図８に、実施例１における光学ローパスフィルタの波長４２０ｎｍ、５４６ｎｍ、６７０ｎｍにおける回折効率を算出したものを示す。波長５４６ｎｍにおいて２次以上の回折光で最大光量のものは０．５４５５％である。
【００４３】
また、実施例１における光学ローパスフィルタの波長４２０ｎｍにおける０次回折光及び１次回折光の光量の和は７１．０６２％であり、０次回折光から２次回折光までの光量の和は８２．５０４２％である。また、波長５４６ｎｍにおける０次回折光及び１次回折光の光量の和は８５．８４６２％であり、０次回折光から２次回折光までの光量の和は９０．１７１９％である。波長６７０ｎｍにおける０次回折光及び１次回折光の光量の和は８０．９２０２％であり、０次回折光から２次回折光までの光量の和は８８．６０５８％である。以上より、実施例１における光学ローパスフィルタは、回折光による分光領域５０が１次回折光の中心を結ぶ範囲または２次回折光の中心を結ぶ範囲となる光学ローパスフィルタとして使用できる。
【００４４】
（実施例２）
実施例２における光学ローパスフィルタは図９（ａ）に示すように、入射光を８つの回折光に分離するように設計したものである。実施例２における光学ローパスフィルタでは、透明基板２３として厚さが０．３ｍｍの石英基板を用いている。本実施例における光学ローパスフィルタの製造方法は、石英基板を洗浄し、フォトリソグラフィーによりレジストパターンを形成した後、エッチングを行うことにより、図９（ｂ）に示すような８段の構造の凸部２６が形成された基本ユニット２１を形成する。基本ユニット２１を設計する際の設計中心波長は５４６ｎｍであり、基本ユニット２１のピッチＰｘ＝Ｐｙ＝７２８μｍ、一つの段の高さが１４８ｎｍとなるように作製する。石英基板の屈折率は、波長４２０ｎｍで１．４６９、波長５４６ｎｍで１．４６０、波長６７０ｎｍで１．４５６である。尚、図９（ｂ）に示す基本ユニット２１はａ軸方向及びｂ軸方向に対して線対称となる線が存在していない。
【００４５】
図１０に、実施例２における光学ローパスフィルタの波長４２０ｎｍ、５４６ｎｍ、６７０ｎｍにおける回折効率を算出したものを示す。波長５４６ｎｍにおいて２次以上の回折光で最大光量のものは０．３４１３％である。
【００４６】
また、実施例２における光学ローパスフィルタの波長４２０ｎｍにおける０次回折光及び１次回折光の光量の和は７４．１２７３％であり、０次回折光から２次回折光までの光量の和は８１．０９８７％である。また、波長５４６ｎｍにおける０次回折光及び１次回折光の光量の和は８３．５８６２％であり、０次回折光から２次回折光までの光量の和は８６．１２０３％である。波長６７０ｎｍにおける０次回折光及び１次回折光の光量の和は８２．９５２２％であり、０次回折光から２次回折光までの光量の和は８５．５５０１％である。以上より、実施例２における光学ローパスフィルタは、回折光による分光領域５０が、１次回折光の中心を結ぶ範囲または２次回折光の中心を結ぶ範囲となる光学ローパスフィルタとして使用できる。
【００４７】
（実施例３）
実施例３における光学ローパスフィルタは図１１（ａ）に示すように、入射光を９つの回折光に分離するように設計したものである。実施例３における光学ローパスフィルタでは、透明基板２３として厚さが０．３ｍｍの石英基板を用いている。本実施例における光学ローパスフィルタの製造方法は、石英基板を洗浄し、フォトリソグラフィーによりレジストパターンを形成した後、エッチングを行うことにより、図１１（ｂ）に示すような８段の構造の凸部２６が形成された基本ユニット２１を形成する。基本ユニット２１を設計する際の設計中心波長は５４６ｎｍであり、基本ユニット２１はピッチＰｘ＝Ｐｙ＝７２８μｍ、一つの段の高さが１４８ｎｍとなるように作製する。石英基板の屈折率は、波長４２０ｎｍで１．４６９、波長５４６ｎｍで１．４６０、波長６７０ｎｍで１．４５６である。尚、図１１（ｂ）に示す基本ユニット２１はａ軸方向及びｂ軸方向に対して線対称となる線が存在していない。
【００４８】
図１２に、実施例３における光学ローパスフィルタの波長４２０ｎｍ、５４６ｎｍ、６７０ｎｍにおける回折効率を算出したものを示す。波長５４６ｎｍにおいて２次以上の回折光で最大光量のものは０．３０９５％である。
【００４９】
また、実施例３における光学ローパスフィルタの波長４２０ｎｍにおける０次回折光及び１次回折光の光量の和は７２．７４６９％であり、０次回折光から２次回折光までの光量の和は８４．７１０９％である。また、波長５４６ｎｍにおける０次回折光及び１次回折光の光量の和は８９．３８７９％であり、０次回折光から２次回折光までの光量の和は９０．６５２５％である。波長６７０ｎｍにおける０次回折光及び１次回折光の光量の和は８８．８２９２％であり、０次回折光から２次回折光までの光量の和は９０．８２６７％である。以上より、実施例３における光学ローパスフィルタは、回折光による分光領域５０が、１次回折光の中心を結ぶ範囲または２次回折光の中心を結ぶ範囲となる光学ローパスフィルタとして使用できる。
【００５０】
（実施例４）
実施例４における光学ローパスフィルタは図１３（ａ）に示すように、入射光を９つの回折光に分離するように設計したものである。実施例４における光学ローパスフィルタでは、透明基板２３として厚さが０．３ｍｍの石英基板を用いている。本実施例における光学ローパスフィルタの製造方法は、石英基板を洗浄し、フォトリソグラフィーによりレジストパターンを形成した後、エッチングを行うことにより、図１３（ｂ）に示すような３２段の構造の凸部２６が形成された基本ユニット２１を形成する。基本ユニット２１を設計する際の設計中心波長は５４６ｎｍであり、基本ユニット２１はピッチＰｘ＝Ｐｙ＝７２８μｍ、一つの段の高さが３７ｎｍとなるように作製する。石英基板の屈折率は、波長４２０ｎｍで１．４６９、波長５４６ｎｍで１．４６０、波長６７０ｎｍで１．４５６である。尚、図１３（ｂ）に示す基本ユニット２１はａ軸方向及びｂ軸方向に対して線対称となる線が存在していない。
【００５１】
図１４に、実施例４における光学ローパスフィルタの波長４２０ｎｍ、５４６ｎｍ、６７０ｎｍにおける回折効率を算出したものを示す。波長５４６ｎｍにおいて２次以上の回折光で最大光量のものは０．３３８９％である。
【００５２】
また、実施例４における光学ローパスフィルタの波長４２０ｎｍにおける０次回折光及び１次回折光の光量の和は７９．９１４３％であり、０次回折光から２次回折光までの光量の和は８９．９２％である。また、波長５４６ｎｍにおける０次回折光及び１次回折光の光量の和は９３．２１０７％であり、０次回折光から２次回折光までの光量の和は９４．５５５２％である。波長６７０ｎｍにおける０次回折光及び１次回折光の光量の和は９１．５７６％であり、０次回折光から２次回折光までの光量の和は９３．２４９５％である。以上より、実施例４における光学ローパスフィルタ、回折光による分光領域５０が、１次回折光の中心を結ぶ範囲または２次回折光の中心を結ぶ範囲となる光学ローパスフィルタとして使用できる。
【００５３】
（実施例５）
実施例５における光学ローパスフィルタは図１３（ａ）に示すように、入射光を９つの回折光に分離するように設計したものである。実施例５における光学ローパスフィルタでは、透明基板２３として厚さが０．３ｍｍのＢ２７０基板を用いている。尚、透明基板２３は、ガラス基板であれば特に制限はないがショット社のＢ２７０基板を使用した。本実施例における光学ローパスフィルタの製造方法は、Ｂ２７０基板を洗浄し、ＺｒＯ２微粒子を含有する有機無機複合材料を型に充填し、Ｂ２７０基板の表面に凸部１２６が形成されるように紫外線を照射し硬化させる。この後、ビフェニル構造を有する有機樹脂を滴下しカバー層１３６を形成し、他の透明基板１２３となる厚さが０．３ｍｍのＢ２７０基板により挟むことにより作製する。実施例５における光学ローパスフィルタは、３２段の構造の凸部１２６が形成された基本ユニット２１が形成されている。基本ユニット２１を設計する際の設計中心波長は５４６ｎｍであり、基本ユニット２１はピッチＰｘ＝Ｐｙ＝７２８μｍ、一つの段の高さが４６７ｎｍとなるように作製する。Ｂ２７０基板の屈折率は、波長４２０ｎｍで１．５３６、波長５４６ｎｍで１．５２４、波長６７０ｎｍで１．５１９である。また、硬化させたＺｒＯ２微粒子を含有する有機無機複合材料の屈折率は、波長４２０ｎｍで１．６３０、波長５４６ｎｍで１．６１５、波長６７０ｎｍで１．６０６である。また、ビフェニル構造を有する有機樹脂の屈折率は、波長４２０ｎｍで１．６０７、波長５４６ｎｍで１．５７８、波長６７０ｎｍで１．５６６である。尚、実施例５における光学ローパスフィルタは、基本ユニット２１はａ軸方向及びｂ軸方向に対して線対称となる線が存在していない。
【００５４】
図１５に、実施例５における光学ローパスフィルタの波長４２０ｎｍ、５４６ｎｍ、６７０ｎｍにおける回折効率を算出したものを示す。波長５４６ｎｍにおいて２次以上の回折光で最大光量のものは０．３４２２％である。
【００５５】
また、実施例５における光学ローパスフィルタの波長４２０ｎｍにおける０次回折光及び１次回折光の光量の和は９１．９２９４％であり、波長５４６ｎｍにおける０次回折光及び１次回折光の光量の和は９３．２１３７％であり、波長６７０ｎｍにおける０次回折光及び１次回折光の光量の和は９２．７６３５％である。以上より、実施例５における光学ローパスフィルタは、回折光による分光領域５０が１次回折光の中心を結ぶ範囲となる光学ローパスフィルタとして使用できる。
【００５６】
（実施例６）
実施例６における光学ローパスフィルタは図１３（ａ）に示すように、入射光を９つの回折光に分離するように設計したものである。実施例６における光学ローパスフィルタでは、透明基板２３として厚さが０．３ｍｍの石英基板を用いている。本実施例における光学ローパスフィルタの製造方法は、石英基板を洗浄し、フォトリソグラフィーによりレジストパターンを形成した後、エッチングを行うことにより、図１３（ｂ）に示すような３２段の構造の凸部が形成された基本ユニット２１を形成する。基本ユニット２１を設計する際の設計中心波長は４９０ｎｍであり、基本ユニット２１はピッチＰｘ＝Ｐｙ＝７２８μｍ、一つの段の高さが３７ｎｍとなるように作製する。石英基板の屈折率は、波長４２０ｎｍで１．４６９、波長５４６ｎｍで１．４６０、波長６７０ｎｍで１．４５６である。尚、図１３（ｂ）に示す基本ユニット２１はａ軸方向及びｂ軸方向に対して線対称となる線が存在していない。
【００５７】
図１６に、実施例６における光学ローパスフィルタの波長４２０ｎｍ、５４６ｎｍ、６７０ｎｍにおける回折効率を算出したものを示す。波長５４６ｎｍにおいて２次以上の回折光で最大光量のものは０．４９３３％である。
【００５８】
また、実施例６における光学ローパスフィルタの波長４２０ｎｍにおける０次回折光及び１次回折光の光量の和は８９．０４６４％であり、０次回折光から２次回折光までの光量の和は９３．０６６２％である。また、波長５４６ｎｍにおける０次回折光及び１次回折光の光量の和は９２．０５４９９％であり、０次回折光から２次回折光までの光量の和は９３．４０２２９％である。波長６７０ｎｍにおける０次回折光及び１次回折光の光量の和は９０．４０５４％であり、０次回折光から２次回折光までの光量の和は９２．３３５６％である。以上より、実施例６における光学ローパスフィルタは、回折光による分光領域５０が１次回折光の中心を結ぶ範囲または２次回折光の中心を結ぶ範囲となる光学ローパスフィルタとして使用できる。
【００５９】
（実施例７）
実施例７は、実施例６における光学ローパスフィルタ２０を回折格子２５が形成されている面が撮像素子３０側となり、透明基板２３が露出している面より光が入射するように設置した撮像装置である。光学ローパスフィルタ２０と撮像素子３０との距離は、波長５４６の光において光学的な距離ｔが２ｍｍとなるように設置されている。撮像素子３０の画素ピッチは３μｍであり、光学ローパスフィルタ２０に入射した光のＸ軸方向及びＹ軸方向における１次回折光の回折角度は、空気中で０．０４３°となる。よって、撮像素子３０の撮像面における１次回折光の回折光による分光領域５０は、Ｘ軸方向に３μｍ、Ｙ軸方向に３μｍとなる。従って、本実施例では、撮像素子３０における１画素に対応する高周波成分を抑制でき、撮像素子３０により撮像される画像において、モアレ縞や偽色を低減できる。
【００６０】
（実施例８）
実施例８は、実施例５における光学ローパスフィルタ２０を撮像素子３０の前に設置した撮像装置である。光学ローパスフィルタ２０と撮像素子３０との距離は、波長５４６の光において光学的な距離ｔが２ｍｍとなるように設置されている。撮像素子３０の画素ピッチは３μｍであり、光学ローパスフィルタ２０に入射した光のＸ軸方向及びＹ軸方向における１次回折光の回折角度は、空気中で０．０４３°となる。よって、撮像素子３０の撮像面における１次回折光の回折光による分光領域５０は、Ｘ軸方向に３μｍ、Ｙ軸方向に３μｍとなる。従って、本実施例では、撮像素子３０における１画素に対応する高周波成分を抑制でき、撮像素子３０により撮像される画像において、モアレ縞や偽色を低減できる。
【００６１】
（実施例９）
実施例９は、実施例７に記載されている撮像装置において、不図示の駆動手段により光学ローパスフィルタ２０を光軸方向に移動させることができるものである。本実施例における撮像装置では、実施例７に記載された光学ローパスフィルタ２０の位置は静止画を撮像する位置であり、動画を撮像する際には、光学ローパスフィルタ２０を光学ローパスフィルタ２０と撮像素子３０との距離が、波長５４６ｎｍの光において光学的な距離ｔが４ｍｍとなるように移動機構６０により移動させる。これにより、本実施例では、動画を撮像する際には、撮像素子３０の撮像面における１次回折光の回折光による分光領域５０は、Ｘ軸方向に６μｍ、Ｙ軸方向に６μｍとすることができ、動画を撮像する際のモアレ縞や偽色の発生を低減できる。
【００６２】
尚、本発明の実施に係る形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではない。
【符号の説明】
【００６３】
１０ 撮像光学系
２０ 光学ローパスフィルタ
２１ 基本ユニット
２３ 透明基板
２５ 回折格子
２６ 凸部
２７ 凹部
２８ 反射防止膜
２９ 反射防止膜
３０ 撮像素子
４０ 入射光となる光束
４０ａ 光束
４０ｂ 回折光
４１ 光学ローパスフィルタを設置しない場合の光が照射される点
４２ 回折光により照射される点
５０ 回折光による分光領域
６０ 移動機構
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板と、
前記透明基板の表面に形成された回折部と、
を有し、前記基板に入射した光は前記回折部により２次元状の回折光を発生させるものであって、
前記回折光において同じ次数の回折光の中心を結ぶ領域を回折光による分光領域とした場合、前記分光領域内に回折光の中心が含まれる回折光の光量の和が、入射光の光量の８０％以上であって、
前記分光領域の外に中心を有する各々の回折光の光量が、入射光の光量の０．８％以下であることを特徴とする光学ローパスフィルタ。
【請求項２】
前記入射光は、可視領域における１つの波長の光である請求項１に記載の光学ローパスフィルタ。
【請求項３】
前記入射光は、青から赤まで範囲の光である請求項１に記載の光学ローパスフィルタ。
【請求項４】
前記回折光による分光領域は、各々の１次回折光の中心を結ぶことにより形成される領域、または、２次回折光の中心を結ぶことにより形成される領域である請求項１から３のいずれかに記載の光学ローパスフィルタ。
【請求項５】
前記回折部は、複数の段部が形成された凸部を有する凹凸形状のパターンにより形成されている請求項１から４のいずれかに記載の光学ローパスフィルタ。
【請求項６】
前記回折部は、前記基板の表面に複数の段部を有する第１の材料により形成された凸部と、前記凸部を形成することにより形成される凹凸パターンを覆うように第２の材料により形成されたカバー層からなるものであって、
前記第１の材料の屈折率と前記第２の材料の屈折率とは異なる値である請求項１から４のいずれかに記載の光学ローパスフィルタ。
【請求項７】
前記回折光のうち最近接の回折光同士を結ぶ線に平行な線を軸とした場合、前記凹凸パターンは、前記軸において非対称である請求項５または６に記載の光学ローパスフィルタ。
【請求項８】
前記回折部は、複数の同一パターンの基本ユニットが２次元状に配列されているものである請求項１から７のいずれかに記載の光学ローパスフィルタ。
【請求項９】
前記透明基板または前記回折部には反射防止膜が形成されている請求項１から８のいずれかに記載の光学ローパスフィルタ。
【請求項１０】
撮像素子と、
請求項１から９のいずれかに記載の光学ローパスフィルタと、
を有し、前記光学ローパスフィルタを透過した光が前記撮像素子に入射するものであることを特徴とする撮像装置。
【請求項１１】
前記光学ローパスフィルタを前記光の光軸に沿って移動させる移動機構を有している請求項１０に記載の撮像装置。
【請求項１】
透明基板と、
前記透明基板の表面に形成された回折部と、
を有し、前記基板に入射した光は前記回折部により２次元状の回折光を発生させるものであって、
前記回折光において同じ次数の回折光の中心を結ぶ領域を回折光による分光領域とした場合、前記分光領域内に回折光の中心が含まれる回折光の光量の和が、入射光の光量の８０％以上であって、
前記分光領域の外に中心を有する各々の回折光の光量が、入射光の光量の０．８％以下であることを特徴とする光学ローパスフィルタ。
【請求項２】
前記入射光は、可視領域における１つの波長の光である請求項１に記載の光学ローパスフィルタ。
【請求項３】
前記入射光は、青から赤まで範囲の光である請求項１に記載の光学ローパスフィルタ。
【請求項４】
前記回折光による分光領域は、各々の１次回折光の中心を結ぶことにより形成される領域、または、２次回折光の中心を結ぶことにより形成される領域である請求項１から３のいずれかに記載の光学ローパスフィルタ。
【請求項５】
前記回折部は、複数の段部が形成された凸部を有する凹凸形状のパターンにより形成されている請求項１から４のいずれかに記載の光学ローパスフィルタ。
【請求項６】
前記回折部は、前記基板の表面に複数の段部を有する第１の材料により形成された凸部と、前記凸部を形成することにより形成される凹凸パターンを覆うように第２の材料により形成されたカバー層からなるものであって、
前記第１の材料の屈折率と前記第２の材料の屈折率とは異なる値である請求項１から４のいずれかに記載の光学ローパスフィルタ。
【請求項７】
前記回折光のうち最近接の回折光同士を結ぶ線に平行な線を軸とした場合、前記凹凸パターンは、前記軸において非対称である請求項５または６に記載の光学ローパスフィルタ。
【請求項８】
前記回折部は、複数の同一パターンの基本ユニットが２次元状に配列されているものである請求項１から７のいずれかに記載の光学ローパスフィルタ。
【請求項９】
前記透明基板または前記回折部には反射防止膜が形成されている請求項１から８のいずれかに記載の光学ローパスフィルタ。
【請求項１０】
撮像素子と、
請求項１から９のいずれかに記載の光学ローパスフィルタと、
を有し、前記光学ローパスフィルタを透過した光が前記撮像素子に入射するものであることを特徴とする撮像装置。
【請求項１１】
前記光学ローパスフィルタを前記光の光軸に沿って移動させる移動機構を有している請求項１０に記載の撮像装置。
【図１】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図１０】
【図１２】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図７】
【図９】
【図１１】
【図１３】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図１０】
【図１２】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図７】
【図９】
【図１１】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−２３０２４６（Ｐ２０１２−２３０２４６Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９８４４８（Ｐ２０１１−９８４４８）
【出願日】平成２３年４月２６日（２０１１．４．２６）
【出願人】（０００００００４４）旭硝子株式会社 (2,665)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２６日（２０１１．４．２６）
【出願人】（０００００００４４）旭硝子株式会社 (2,665)
【Ｆターム（参考）】
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