光学ローパスフィルタ
【課題】 分離性能が低く、厚くなる水晶板を複屈折板として用いても、薄く構成することができる光学ローパスフィルタを提供する。
【解決手段】 入射側に配置される第１複屈折板２と、出射側に配置される第２複屈折板４と、第１複屈折板２と第２複屈折板４との間に介在している位相板３又は第３複屈折板６とを有し、第２複屈折板４が、第１複屈折板２と分離して固体撮像素子１３０を内蔵するパッケージ１４０の固体撮像素子１３０に入射光を導く開口部１４１を閉塞しているカバーガラスとして機能している構造とする。
【解決手段】 入射側に配置される第１複屈折板２と、出射側に配置される第２複屈折板４と、第１複屈折板２と第２複屈折板４との間に介在している位相板３又は第３複屈折板６とを有し、第２複屈折板４が、第１複屈折板２と分離して固体撮像素子１３０を内蔵するパッケージ１４０の固体撮像素子１３０に入射光を導く開口部１４１を閉塞しているカバーガラスとして機能している構造とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間周波数の高域成分を抑制する光学ローパスフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ビデオカメラやデジタルスチルカメラなどの撮像装置には、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子が広く用いられている。高画質を求めるビデオカメラやデジタルスチルカメラなどでは、空間周波数の高域成分を抑制して画像のモアレ等の偽信号を防止する光学ローパスフィルタが撮影レンズと固体撮像素子との間に組み込まれている。また、赤外線成分をカットし、固体撮像素子が赤外線で露光するのを防ぐ赤外線カットフィルタも撮影レンズと固体撮像素子との間に組み込まれている。
【０００３】
高画質を求めるデジタルスチルカメラでは、固体撮像素子のサイズが大型化し、画素のピッチも大きくなる傾向がある。しかも、高画質を得るために、光学ローパスフィルタは、４点分離の高性能なものが用いられる。４点分離の光学ローパスフィルタは、２枚の複屈折板の間に位相板を挟んだ構造か、あるいは複屈折板を３枚重ねた構造のものが用いられる。
【０００４】
複屈折板の常光線と異常光線を分離させる分離性能は基材の常光線と異常光線の屈折率差で決まってしまう。そのため、所望の画素ピッチの分だけ分離幅を有する光学ローパスフィルタを構成するときには、複屈折板の素材の選定と複屈折板の厚さの調節とで行われる。一般に複屈折板として用いられてきている水晶板は、分離性能が低く、そのため、画素のピッチが大きい固体撮像素子に用いられる光学ローパスフィルタの複屈折板として水晶板を用いると、光学ローパスフィルタが全体としてかなり厚くなる。
【０００５】
近年、デジタルスチルカメラの小型化、薄型化が急激に進行しており、固体撮像素子と撮影レンズとの間の距離が短くなってきている。そのため、光学ローパスフィルタや赤外線カットフィルタのフィルタを薄型化することが必要になってきている。光学ローパスフィルタを薄型化するには、特許文献１に示されているように、光学ローパスフィルタを構成する少なくとも２枚必要な複屈折板の素材として、常光線と異常光線の屈折率差が水晶より大きいニオブ酸リチウムが用いられている。例えば、常光線と異常光線を１０μｍ分離させるために必要な厚さは、水晶が１．５３ｍｍであるのに対し、ニオブ酸リチウムは０．２５ｍｍである。
【特許文献１】特開２００３−１４９５４６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ニオブ酸リチウムは、水晶と比較してコストが非常に高い。そのため、ニオブ酸リチウムを光学ローパスフィルタの複屈折板として用いた光学機器は、高価な機種になってしまう。しかも、ニオブ酸リチウムは強度的に脆いという特性があり、その他の光学板と貼り合わせて用いる必要があり、取り扱い難いという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、分離性能が低く、厚くなる水晶板を複屈折板として用いても、薄く構成することができる光学ローパス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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明は、第１に、入射側に配置される第１複屈折板と、出射側に配置される第２複屈折板と、前記第１複屈折板と前記第２複屈折板との間に介在している位相板又は第３複屈折板とを有し、前記第２複屈折板が、前記第１複屈折板と分離されて固体撮像素子を内蔵するパッケージの前記固体撮像素子に入射光を導く開口部を閉塞しているカバーガラスとして機能していることを特徴とする光学ローパスフィルタを提供する。
【０００９】
この光学ローパスフィルタは、固体撮像素子に近い方の第２複屈折板を第１複屈折板と分離させて、パッケージに内蔵されている撮像素子に入射光を導く開口部を閉塞しているカバーガラスとして用いたものである。固体撮像素子のパッケージに用いられているカバーガラスは、アルファ線等の放射線を放出しない特殊な高純度ガラスが用いられている。例えば水晶板はアルファ線等の放射線を放出しないため、カバーガラスとして使用可能である。第２複屈折板をカバーガラスとして用いることにより、本来の光学ローパスフィルタから第２複屈折板の厚みが減り、分離性能が低く、厚くなる水晶板を複屈折板として用いても、光学ローパスフィルタを薄く構成することができる。
【００１０】
一般的に光学ローパスフィルタには、２点分離と４点分離の機能を有するものがある。２点分離の機能を有する光学ローパスフィルタは、１枚の複屈折板が撮像レンズ系と固体撮像素子との間に配置されている。一方、４点分離の機能を有する光学ローパスフィルタは、最低２枚の複屈折板と位相板が撮像レンズ系と固体撮像素子との間に配置されている。本発明では、第２複屈折板が、固体撮像素子を内蔵するパッケージのカバーガラスとして機能し、第１複屈折板と前記位相板又は第３複屈折板とから成る光学物品とは分離されている。そして、第１複屈折板と位相板又は第３複屈折板とから組み合わされた光学物品を用いず、第２複屈折板のみを用いる構成である場合には、２点分離の機能を有する光学ローパスフィルタとして使用することが可能である。また、第２複屈折板と、第１複屈折板と位相板又は第３複屈折板から成る光学物品とを組み合わせる構成の場合には、４点分離の機能を有する光学ローパスフィルタとして使用することが可能である。このように、本発明によれば、２点分離や４点分離を有する光学ローパスフィルタとして、共通化して使用することが可能である。
【００１１】
本発明は、第２に、上記第１の光学ローパスフィルタにおいて、前記第１複屈折板、前記第２複屈折板及び前記第３複屈折板が、ニオブ酸リチウム及び／又は水晶で構成されていることを特徴とする光学ローパスフィルタを提供する。
【００１２】
第２複屈折板をカバーガラスとして用いて本来の光学ローパスフィルタから第２複屈折板の厚みが減少したことにより薄く構成することができるため、水晶を用いて低コストとすることができるが、いずれかの複屈折板にニオブ酸リチウムを用いて更に薄くすることができる。
【００１３】
本発明は、第３に、上記第１又は第２の光学ローパスフィルタにおいて、前記位相板が、入射する光の波長が大きくなるに従って位相差が大きくなる波長分散特性を有する高分子フィルム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。
【００１４】
位相板を高分子フィルムとすることによって、光学ローパスフィルタを薄く構成することができると共に、入射する光の波長が大きくなるに従って位相差が大きくなる波長分散特性を有し、広い波長範囲に亘って入射光の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換することができるため、広い波長範囲の入射光に対して四分の一波長板としての機能を有する、高性能な光学ローパスフィルタを構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の光学ローパスフィルタの実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。
本発明の光学ローパスフィルタは、入射側に配置される第１複屈折板と、出射側に配置される第２複屈折板と、第１複屈折板と第２複屈折板との間に介在している位相板又は第３複屈折板とを有し、第２複屈折板が第１複屈折板と分離している構造を有する。
【００１６】
本発明では、第２複屈折板が、固体撮像素子を内蔵するパッケージの固体撮像素子に入射光を導く開口部を閉塞しているカバーガラスとして機能し、第１複屈折板と位相板又は第３複屈折板とが組み合わされた光学物品とは分離されている。そして、第１複屈折板と位相板又は第３複屈折板とが組み合わされた光学物品を用いず、第２複屈折板のみを用いる構成である場合には、２点分離の機能を有する光学ローパスフィルタとして使用することが可能である。
【００１７】
図１は、本発明の光学ローパスフィルタの第１実施形態を用いた撮像装置を模式的に表した概略断面図である。
この撮像装置１００は、撮影レンズ１１０と、撮影レンズ１１０を通過した光線の中の高い空間周波数成分を抑制する本発明の光学ローパスフィルタ１と、赤外線をカットする赤外線吸収フィルタ１２０と、光学ローパスフィルタ１と赤外線吸収フィルタ１２０を通過した光を受光する固体撮像素子１３０とを有する。第１実施形態の光学ローパスフィルタ１は、第１複屈折板２と位相板３と第２複屈折板４とを有する。
【００１８】
本実施形態の光学ローパスフィルタ１を構成する第１複屈折板２と位相板３は、第２複屈折板４と分離し、組み合わされて一つの光学部品を構成している。これらの第１複屈折板２と位相板３とが組み合わされた光学部品に赤外線吸収フィルタ１２０が組み合わされて複合フィルタ５として機能している。この複合フィルタ５は、固体撮像素子１３０と撮影レンズ１１０の間に配置され、入射側から第１複屈折板２、位相板３、赤外線吸収フィルタ１２０の順に貼り合わされている。第１複屈折板２の上面には第１反射防止膜１６１が、赤外線吸収フィルタ１２０の下面には第２反射防止膜１６２がそれぞれ設けられている。
【００１９】
固体撮像素子１３０は、複数の画素からなり、画素が一定のピッチで規則正しく配列された構造を有する。固体撮像素子１３０は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＣＭＯＳ(Complementary MOS)から構成され、受光した光を電気信号に変換する機能を有する。
【００２０】
固体撮像素子１３０は、ゴミが付着することを防止するため、セラミックや樹脂等の絶縁性の素材で構成される凹型のパッケージ１４０の中に封入され、固体撮像デバイス１５０として用いられる。このパッケージ１４０は撮影レンズ１１０を通過した光が入射する開口部１４１を備える。パッケージ１４０の内部の底面中央には、固体撮像素子１３０が開口部１４１と対向して接着剤で固定されている。パッケージ１４０の内部と外部を接続する外部接続配線１３１がパッケージ１４０の側壁を貫通して設けられ、固体撮像素子１３０と外部接続配線１３１とはボンディングワイヤ１３２を介して電気的に接続されている。パッケージ１４０の開口部１４１に本発明の光学ローパスフィルタ１を構成する第２複屈折板４が開口部１４１を閉塞して接着剤１４２を介して装着されている。この第２複屈折板４は、開口部１４１を閉塞してパッケージ１４０を密封するカバーガラスとして機能している。第２複屈折板４の上面には第３反射防止膜１６３が、下面には第４反射防止膜１６４がそれぞれ設けられている。
【００２１】
従って、本実施形態における光学ローパスフィルタ１は、第１複屈折板２と第２複屈折板４とが分離し、出射側の第２複屈折板４が固体撮像素子１３０を内蔵しているパッケージ１４０のカバーガラスとして用いられている構造となっている。このように、通常は一体化されている第１複屈折板２と位相板３と第２複屈折板４とを分離しても、光学ローパスフィルタ１としての機能に支障はない。また、固体撮像素子１３０のパッケージ１４０に用いられているカバーガラスには、アルファ線等の放射線を放出しない特殊な高純度ガラスが用いられている。例えば複屈折板を構成する水晶はアルファ線等の放射線を放出しないため、そのままカバーガラスとして使用可能である。アルファ線等の放射線を放出する複屈折板をカバーガラスとして用いる場合は、下面に薄い高純度ガラスを貼り合わせるようにしてもよい。
【００２２】
第１複屈折板２と第２複屈折板４は、水晶、ニオブ酸リチウム（LiNbO3）等の複屈折性を有する結晶板であり、水晶板のみを双方に用いる場合や、水晶とニオブ酸リチウムの組み合わせ、あるいは他の素材で構成される複屈折板を組み合わせて用いてもよい。複屈折とは、入射した光が、互いに垂直な振動方向を持つ常光線と異常光線の二つの光に分離する現象をいう。水晶とニオブ酸リチウム以外に複屈折性を有する結晶としては、チリ硝石、方解石、ルチル、ＫＰＤ（KH2PO4）、ＡＰＤ（NH4H2PO4）等を例示することができる。
【００２３】
位相板３は、位相差を与えるために光学系に入れる透明板であり、互いに垂直な主軸方向に振動する直線偏光成分を通過させ、この二成分間に必要な位相差を与える結晶板で、二分の一波長板、四分の一波長板などがある。光学ローパスフィルタ１における位相板３としては、二分の一波長板と四分の一波長板の組み合わせ、又は四分の一波長板単独で用いられる。四分の一波長板として、通常に用いられる水晶板を用いることができる。四分の一波長板としての水晶板はやや厚みが大きいものの、高性能である。
【００２４】
本発明の光学ローパスフィルタ１においては、四分の一波長板として、入射する光の波長が大きくなるに従って位相差が大きくなる波長分散特性を有する高分子フィルムを用いることが好ましい。このような四分の一波長板として機能する高分子フィルムは市販されている。市販されている高分子フィルムは、一軸延伸されたガラス転移点温度が２００℃以上のポリカーボネート製である。
【００２５】
図２は市販の高分子フィルムの複屈折の波長分散特性を示すグラフである。グラフの横軸は入射光の波長（ｎｍ）、縦軸は出射光の位相差（ｎｍ）を示す。実線の直線は、入射する光の波長に対する１／４の位相差の波長を示すもので、常光線と異常光線に１／４の位相差を与えて直線偏光を円偏光に変換する理想的な位相差を示し、入射する光の波長の大きさに比例して位相差が大きくなる。一点鎖線ａで示す曲線と破線ｂで示す曲線は、それぞれ市販の四分の一波長板としての高分子フィルムの複屈折の波長分散特性を示す。それぞれ、可視光の範囲（４００〜８００ｎｍ）で入射する光の波長が大きくなるに従って位相差が大きくなる実線に近い波長分散特性を有する。
【００２６】
入射する光の波長が大きくなるに従って位相差が大きくなる波長分散特性を有する高分子フィルムを光学ローパスフィルタ１の位相板３として用いることにより、広い波長範囲に亘って直線偏光を真円に近い楕円偏光に変換することができ、均一に分離できるため、広い波長範囲の入射光に対して四分の一波長板としての機能を有する高性能な光学ローパスフィルタとすることができる。また、低コストで薄い高分子フィルムであり、光学ローパスフィルタの薄型化と低コスト化に寄与できる。
【００２７】
図１に示す第１実施形態の光学ローパスフィルタ１は、固体撮像素子１３０を内蔵しているパッケージ１４０の開口部を閉塞していたカバーガラスを光学ローパスフィルタ１を構成している第２複屈折板４で置き換えたことにより、部品としての光学ローパスフィルタ自体の厚さは、第２複屈折板４の厚みの分だけ減少し、しかも位相板３として薄い高分子フィルムを用いているため、更に厚さを減少させることができる。そのため、第１複屈折板２と第２複屈折板４に水晶板を用いても厚さの薄い光学ローパスフィルタとして構成することができ、安価で強度に優れた光学ローパスフィルタとすることができる。
【００２８】
一般的に光学ローパスフィルタには、２点分離と４点分離の機能を有するものがある。２点分離の機能を有する光学ローパスフィルタは、１枚の複屈折板が撮像レンズ１１０と固体撮像素子１３０との間に配置されている。一方、４点分離の機能を有する光学ローパスフィルタは、最低２枚の複屈折板と位相板が撮像レンズ１１０と固体撮像素子１３０との間に配置されている。本発明では、第２複屈折板４が、固体撮像素子１３０を内蔵するパッケージ１４０のカバーガラスとして機能し、第１複屈折板２と位相板３とから構成される光学物品とは分離されている。そして、第１複屈折板２と位相板３とが組み合わされた光学物品を用いず、第２複屈折板４のみを用いる構成である場合には、２点分離の機能を有する光学ローパスフィルタとして使用することが可能である。また、第２複屈折板４と、第１複屈折板２と位相板３から構成される光学物品とを組み合わせる構成の場合には、４点分離の機能を有する光学ローパスフィルタ１として使用することが可能である。このように、本発明によれば、２点分離や４点分離を有する光学ローパスフィルタとして、共通化して使用することが可能である。
【００２９】
また、４点分離の光学ローパスフィルタ自体をカバーガラスとして用いることも提案されているが、従来の光学ローパスフィルタは、第１複屈折板２と位相板３と第２複屈折板４とから構成される光学物品が全て接合されている構成であるため、製造時において固体撮像素子１３０に不良品が発見されたときに、固体撮像素子１３０と一緒に光学ローパスフィルタも廃棄されてしまうため、不良発生時における損失が大きい。本発明では、第２複屈折板２が、固体撮像素子１３０を内蔵するパッケージ１４０のカバーガラスとして機能し、第１複屈折板２と位相板３とから構成される光学物品と分離されていることにより、製造段階において、不良発生時にかかるコストを低減させることが可能である。更に、第２複屈折板４を第１複屈折板２と分離しているため、第２複屈折板４を貼り合わせる工程を削減できるという利点がある。
【００３０】
図３に、第１複屈折板２と第２複屈折板４の両方に水晶板を用い、位相板３として高分子フィルムを用いた光学ローパスフィルタ１で７．８μｍの分離幅の４点分離を実現するための各部品の仕様を示す。ＡＰＳ−Ｃサイズ（１６．７×２３．４ｍｍ）で６００万画素の固体撮像素子１３０では、画素のピッチは約７．８μｍ程度である。
【００３１】
第１複屈折板２は、厚さが１．３２２ｍｍの水晶板を用いる。光学軸（複屈折性結晶で複屈折の起きない方向の軸）は、図３に示すように矩形状に切り出したときの短辺に平行で入射面に垂直な平面上にあって入射面の法線に対して４５゜の角度である。上面には第１反射防止膜１６１が設けられ、下面には反射防止膜が設けられていない。
【００３２】
位相板３は、厚さ０．１２ｍｍの一軸延伸したポリカーボネート製のプラスチックフィルムで構成される四分の一波長板である。位相差の波長分散特性は図２のａ又はｂに示したものを用いる。
【００３３】
赤外線吸収フィルタ１２０は、厚さ０．３ｍｍの赤外線吸収ガラス板を用いる。赤外線吸収フィルタ１２０の下面には第２反射防止膜１６２を設ける。赤外線吸収フィルタ１２０は、無機多層膜で構成される赤外線反射膜と比較して厚さが必要であるが、赤外線反射膜と異なって入射角依存性が無く、画面周辺に色むらの発生がないという特徴がある。
【００３４】
大判の第１複屈折板２，高分子フィルム３，赤外線吸収フィルタ１２０とを貼り合わせ、縦２５ｍｍ、横３０ｍｍの矩形状に切り出すことによって複合フィルタ５を形成することができる。また、それぞれを矩形状に切り出したものを貼り合わせるようにしてもよい。複合フィルタ５の上面と下面の両方に第１反射防止膜１６１と第２反射防止膜１６２が設けられ、光線の透過率を向上させている。複合フィルタ５の厚さは、１．３２ｍｍ＋０．１２ｍｍ＋０．３０ｍｍ＝１．７４ｍｍとなる。水晶板を２枚用いる従来の光学ローパスフィルタでは、第２複屈折板４の厚さが加わって３．０６ｍｍの厚さとなるのに対して１．３２ｍｍの厚さを減少させることができる。
【００３５】
なお、本発明の光学ローパスフィルタでは、第１複屈折板２と第２複屈折板４とを分離させたために、第１複屈折板２と位相板３と赤外線吸収フィルタ１２０を貼り合わせた複合フィルタ５を撮像装置に組み込むときに、位相板３を下にして組み込む必要がある。そのため、複合フィルタ５に、上下方向を識別するための識別マークを設けることが好ましい。識別マークとしては、四隅の一つの角部の切り欠き、左右非対称部分への切り欠き、上下の端面形状を異ならせる、上下の基板の大きさを異ならせる等を例示することができる。
【００３６】
第２複屈折板４は、厚さが１．３２２ｍｍの水晶板を例えば縦２５ｍｍ、横３０ｍｍの矩形板に切り出されて形成されている。光学軸は、図３に示すように矩形板の長辺に平行で入射面に垂直な平面上にあって入射面の法線に対して４５゜の角度である。上面には第３反射防止膜１６３が設けられ、下面には放射線の放出を考慮して反射防止膜が設けられていない。第２複屈折板４は、固体撮像素子１３０を収納するパッケージ１４０の開口部１４１を閉塞するカバーガラスとしてパッケージ１４０と共に固体撮像素子１３０を封入している。
【００３７】
このように構成された光学ローパスフィルタ１を含むフィルタの作用について説明する。図１に示した撮影レンズ１１０から第１反射防止膜１６１を介して水晶板で構成される第１複屈折板２に垂直入射した光線は、直線偏光の常光線と常光線と直交する方向に振動する直線偏光の第１異常光線とに分離し、常光線は屈折の法則に従って第１複屈折板２を直進し、第１異常光線は第１複屈折板２の中で縦方向（短辺と平行な方向）にずれ、第１複屈折板２を通過した互いに直角方向の直線偏光の常光線と第１異常光線は互いに縦方向に７．８μｍ離間した平行な光線となる。次に、位相板３を通過した常光線と第１異常光線は、それぞれ円偏光又は円に近い楕円偏光となる。そして、これらの常光線と第１異常光線は赤外線吸収フィルタ１２０を通過する際に赤外線成分が吸収されて赤外線吸収フィルタ１２０を通過し、第２反射防止膜１６２を通って出射する。更に、第３反射防止膜１６３を介して第２複屈折板４に垂直入射した常光線と第１異常光線は、常光線から第２の異常光線が横方向（長辺と平行な方向）に分離し、常光線は第２複屈折板４を直進し、第２異常光線は横方向に７．８μｍ横ずれして出射する。第１異常光線は常光線と同じ偏光成分と第３異常光線に分離し、常光線と同じ偏光成分は第２複屈折板４を直進し、第３異常光線は横方向に７．８μｍ横ずれして出射する。従って、光学ローパスフィルタ１によって一つの光線から７．８μｍの分離幅で正方形を形作る４本の光線に分離され、それぞれの光線が固体撮像素子１３０のそれぞれ隣接する異なる画素に入射する。これによって、画素ピッチよりも細かい像を鈍らせることができ、光学像の空間周波数の高域成分を抑制することができる。
【００３８】
図４は、第１実施形態と異なる実施形態と第１実施形態の使用形態を示す概略断面図である。図４（ａ）に示す第２実施形態の光学ローパスフィルタ１ｂでは、第１複屈折板２としてニオブ酸リチウムを用いて光学ローパスフィルタ１ｂを構成している。第１複屈折板２の素材を強度的に脆いニオブ酸リチウムとしたことにより、貼り合わせる赤外線吸収フィルタ１２０の厚さも、第１実施形態の０．３ｍｍの厚さでは赤外線吸収剤の濃度が高くなり強度的に弱いため、０．５ｍｍ程度とすることが好ましい。第１複屈折板２を分離性能が高いニオブ酸リチウムとすることにより、７．８μｍの分離幅を得るには第１複屈折板２の厚さを０．２２ｍｍとすることができ、赤外線吸収フィルタ１２０を含む複合フィルタ５ｂ全体の厚さは、０．２２ｍｍ＋０．１２ｍｍ＋０．５ｍｍ＝０．８４ｍｍと水晶板を用いる場合より薄くすることができる。
【００３９】
図４（ｂ）に示す第３実施形態の光学ローパスフィルタ１ｃでは、第１実施形態の位相板３の代わりに第３複屈折板６を用いている。３枚の複屈折板２，６，４で光学ローパスフィルタ１ｃを構成しても、同様に４点分離の高性能な光学ローパスフィルタとすることができる。第３複屈折板６としては、第１複屈折板２と第２複屈折板４と同様のものを用いることができる。第１複屈折板２と第３複屈折板６が組み合わされて一つの光学部品を構成し、第１複屈折板２と第３複屈折板６が貼り合わされて複合フィルタ５ｃとして撮影レンズ１１０と撮像素子１３０の間に配置され、第２複屈折板４が第１複屈折板２と分離されて撮像素子デバイス１５０のカバーガラスとして機能している。入射側から第１複屈折板２、第３複屈折板６、第２複屈折板４の順に配置されたこれらの複屈折板２，６，４の光学軸を相互に４５゜ずつずらせて組み合わせる。複屈折板として水晶板を３枚用いると、かなり厚くなるため、第１複屈折板２の光学材料としてニオブ酸リチウムを用いるようにしてもよい。また、第３複屈折板６の出射側に、赤外線吸収フィルタを接合して用いることも可能である。
【００４０】
図４（ｃ）に示す第４実施形態の光学ローパスフィルタ１は、第１実施形態における複合フィルタ５の下面を第２複屈折板４に極めて近接させた状態又は接触させた状態を示している。第１複屈折板２と第２複屈折板４とを分離させた場合でも、複合フィルタ５と第２複屈折板４との間の間隙を例えば０〜１ｍｍ程度に小さくすることにより、パッケージ１４０と撮影レンズ１１０との間の距離を最小限とすることができる。
【００４１】
第１実施形態、第２実施形態では、赤外線をカットするフィルタとして赤外線吸収フィルタを用いたが、多層膜フィルタにより赤外線を反射する赤外線カットフィルタを撮影レンズ１１０、第１複屈折板２の上面、第２複屈折板４の上面等に設けるようにしてもよい。多層膜フィルタによる赤外線カットフィルタとすることにより、赤外線カットフィルタの厚みを極めて薄くすることができる。また、多層膜で構成される紫外線反射膜もいずれかの面に設けるようにしてもよく、更に、紫外線と赤外線の両者を反射し、可視光線を通過させるＵＶＩＲカットフィルタをいずれかの面に設けてもよい。なお、赤外線吸収フィルタ１２０も、第１実施形態、第２実施形態では、位相板３の下面に貼り合わせていたが、撮影レンズ１１０や光学ローパスフィルタ１の何れの部分に配置してもよい。また、位相板は、前述した説明では第１複屈折板と貼り合わされていたが、第２複屈折板と貼り合わせるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明の光学ローパスフィルタは、固体撮像素子の前の光路に配置されて入射光線中の高い空間周波数成分を抑制して固体撮像素子に生じるモアレなどの偽信号を消去する用途に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の光学ローパスフィルタの第１実施形態を含む撮像装置の概要を示す断面構成図である。
【図２】本発明の光学ローパスフィルタの位相板として用いる高分子フィルムの複屈折を表すグラフである。
【図３】光学ローパスフィルタで７．８μｍの分離幅の４点分離を実現するための各部品の仕様を示す構成図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は本発明の光学ローパスフィルタのその他の実施形態を示す断面構成図である。
【符号の説明】
【００４４】
１：光学ローパスフィルタ、２：第１複屈折板、３：位相板、４：第２複屈折板、５：複合フィルタ、６：第３複屈折板、１００：撮像装置、１１０：撮影レンズ、１２０：赤外線吸収フィルタ、１３０：固体撮像素子、１４０：パッケージ、１４１：開口部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間周波数の高域成分を抑制する光学ローパスフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ビデオカメラやデジタルスチルカメラなどの撮像装置には、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子が広く用いられている。高画質を求めるビデオカメラやデジタルスチルカメラなどでは、空間周波数の高域成分を抑制して画像のモアレ等の偽信号を防止する光学ローパスフィルタが撮影レンズと固体撮像素子との間に組み込まれている。また、赤外線成分をカットし、固体撮像素子が赤外線で露光するのを防ぐ赤外線カットフィルタも撮影レンズと固体撮像素子との間に組み込まれている。
【０００３】
高画質を求めるデジタルスチルカメラでは、固体撮像素子のサイズが大型化し、画素のピッチも大きくなる傾向がある。しかも、高画質を得るために、光学ローパスフィルタは、４点分離の高性能なものが用いられる。４点分離の光学ローパスフィルタは、２枚の複屈折板の間に位相板を挟んだ構造か、あるいは複屈折板を３枚重ねた構造のものが用いられる。
【０００４】
複屈折板の常光線と異常光線を分離させる分離性能は基材の常光線と異常光線の屈折率差で決まってしまう。そのため、所望の画素ピッチの分だけ分離幅を有する光学ローパスフィルタを構成するときには、複屈折板の素材の選定と複屈折板の厚さの調節とで行われる。一般に複屈折板として用いられてきている水晶板は、分離性能が低く、そのため、画素のピッチが大きい固体撮像素子に用いられる光学ローパスフィルタの複屈折板として水晶板を用いると、光学ローパスフィルタが全体としてかなり厚くなる。
【０００５】
近年、デジタルスチルカメラの小型化、薄型化が急激に進行しており、固体撮像素子と撮影レンズとの間の距離が短くなってきている。そのため、光学ローパスフィルタや赤外線カットフィルタのフィルタを薄型化することが必要になってきている。光学ローパスフィルタを薄型化するには、特許文献１に示されているように、光学ローパスフィルタを構成する少なくとも２枚必要な複屈折板の素材として、常光線と異常光線の屈折率差が水晶より大きいニオブ酸リチウムが用いられている。例えば、常光線と異常光線を１０μｍ分離させるために必要な厚さは、水晶が１．５３ｍｍであるのに対し、ニオブ酸リチウムは０．２５ｍｍである。
【特許文献１】特開２００３−１４９５４６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ニオブ酸リチウムは、水晶と比較してコストが非常に高い。そのため、ニオブ酸リチウムを光学ローパスフィルタの複屈折板として用いた光学機器は、高価な機種になってしまう。しかも、ニオブ酸リチウムは強度的に脆いという特性があり、その他の光学板と貼り合わせて用いる必要があり、取り扱い難いという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、分離性能が低く、厚くなる水晶板を複屈折板として用いても、薄く構成することができる光学ローパス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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明は、第１に、入射側に配置される第１複屈折板と、出射側に配置される第２複屈折板と、前記第１複屈折板と前記第２複屈折板との間に介在している位相板又は第３複屈折板とを有し、前記第２複屈折板が、前記第１複屈折板と分離されて固体撮像素子を内蔵するパッケージの前記固体撮像素子に入射光を導く開口部を閉塞しているカバーガラスとして機能していることを特徴とする光学ローパスフィルタを提供する。
【０００９】
この光学ローパスフィルタは、固体撮像素子に近い方の第２複屈折板を第１複屈折板と分離させて、パッケージに内蔵されている撮像素子に入射光を導く開口部を閉塞しているカバーガラスとして用いたものである。固体撮像素子のパッケージに用いられているカバーガラスは、アルファ線等の放射線を放出しない特殊な高純度ガラスが用いられている。例えば水晶板はアルファ線等の放射線を放出しないため、カバーガラスとして使用可能である。第２複屈折板をカバーガラスとして用いることにより、本来の光学ローパスフィルタから第２複屈折板の厚みが減り、分離性能が低く、厚くなる水晶板を複屈折板として用いても、光学ローパスフィルタを薄く構成することができる。
【００１０】
一般的に光学ローパスフィルタには、２点分離と４点分離の機能を有するものがある。２点分離の機能を有する光学ローパスフィルタは、１枚の複屈折板が撮像レンズ系と固体撮像素子との間に配置されている。一方、４点分離の機能を有する光学ローパスフィルタは、最低２枚の複屈折板と位相板が撮像レンズ系と固体撮像素子との間に配置されている。本発明では、第２複屈折板が、固体撮像素子を内蔵するパッケージのカバーガラスとして機能し、第１複屈折板と前記位相板又は第３複屈折板とから成る光学物品とは分離されている。そして、第１複屈折板と位相板又は第３複屈折板とから組み合わされた光学物品を用いず、第２複屈折板のみを用いる構成である場合には、２点分離の機能を有する光学ローパスフィルタとして使用することが可能である。また、第２複屈折板と、第１複屈折板と位相板又は第３複屈折板から成る光学物品とを組み合わせる構成の場合には、４点分離の機能を有する光学ローパスフィルタとして使用することが可能である。このように、本発明によれば、２点分離や４点分離を有する光学ローパスフィルタとして、共通化して使用することが可能である。
【００１１】
本発明は、第２に、上記第１の光学ローパスフィルタにおいて、前記第１複屈折板、前記第２複屈折板及び前記第３複屈折板が、ニオブ酸リチウム及び／又は水晶で構成されていることを特徴とする光学ローパスフィルタを提供する。
【００１２】
第２複屈折板をカバーガラスとして用いて本来の光学ローパスフィルタから第２複屈折板の厚みが減少したことにより薄く構成することができるため、水晶を用いて低コストとすることができるが、いずれかの複屈折板にニオブ酸リチウムを用いて更に薄くすることができる。
【００１３】
本発明は、第３に、上記第１又は第２の光学ローパスフィルタにおいて、前記位相板が、入射する光の波長が大きくなるに従って位相差が大きくなる波長分散特性を有する高分子フィルム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。
【００１４】
位相板を高分子フィルムとすることによって、光学ローパスフィルタを薄く構成することができると共に、入射する光の波長が大きくなるに従って位相差が大きくなる波長分散特性を有し、広い波長範囲に亘って入射光の偏光状態を直線偏光から円偏光に変換することができるため、広い波長範囲の入射光に対して四分の一波長板としての機能を有する、高性能な光学ローパスフィルタを構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の光学ローパスフィルタの実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。
本発明の光学ローパスフィルタは、入射側に配置される第１複屈折板と、出射側に配置される第２複屈折板と、第１複屈折板と第２複屈折板との間に介在している位相板又は第３複屈折板とを有し、第２複屈折板が第１複屈折板と分離している構造を有する。
【００１６】
本発明では、第２複屈折板が、固体撮像素子を内蔵するパッケージの固体撮像素子に入射光を導く開口部を閉塞しているカバーガラスとして機能し、第１複屈折板と位相板又は第３複屈折板とが組み合わされた光学物品とは分離されている。そして、第１複屈折板と位相板又は第３複屈折板とが組み合わされた光学物品を用いず、第２複屈折板のみを用いる構成である場合には、２点分離の機能を有する光学ローパスフィルタとして使用することが可能である。
【００１７】
図１は、本発明の光学ローパスフィルタの第１実施形態を用いた撮像装置を模式的に表した概略断面図である。
この撮像装置１００は、撮影レンズ１１０と、撮影レンズ１１０を通過した光線の中の高い空間周波数成分を抑制する本発明の光学ローパスフィルタ１と、赤外線をカットする赤外線吸収フィルタ１２０と、光学ローパスフィルタ１と赤外線吸収フィルタ１２０を通過した光を受光する固体撮像素子１３０とを有する。第１実施形態の光学ローパスフィルタ１は、第１複屈折板２と位相板３と第２複屈折板４とを有する。
【００１８】
本実施形態の光学ローパスフィルタ１を構成する第１複屈折板２と位相板３は、第２複屈折板４と分離し、組み合わされて一つの光学部品を構成している。これらの第１複屈折板２と位相板３とが組み合わされた光学部品に赤外線吸収フィルタ１２０が組み合わされて複合フィルタ５として機能している。この複合フィルタ５は、固体撮像素子１３０と撮影レンズ１１０の間に配置され、入射側から第１複屈折板２、位相板３、赤外線吸収フィルタ１２０の順に貼り合わされている。第１複屈折板２の上面には第１反射防止膜１６１が、赤外線吸収フィルタ１２０の下面には第２反射防止膜１６２がそれぞれ設けられている。
【００１９】
固体撮像素子１３０は、複数の画素からなり、画素が一定のピッチで規則正しく配列された構造を有する。固体撮像素子１３０は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＣＭＯＳ(Complementary MOS)から構成され、受光した光を電気信号に変換する機能を有する。
【００２０】
固体撮像素子１３０は、ゴミが付着することを防止するため、セラミックや樹脂等の絶縁性の素材で構成される凹型のパッケージ１４０の中に封入され、固体撮像デバイス１５０として用いられる。このパッケージ１４０は撮影レンズ１１０を通過した光が入射する開口部１４１を備える。パッケージ１４０の内部の底面中央には、固体撮像素子１３０が開口部１４１と対向して接着剤で固定されている。パッケージ１４０の内部と外部を接続する外部接続配線１３１がパッケージ１４０の側壁を貫通して設けられ、固体撮像素子１３０と外部接続配線１３１とはボンディングワイヤ１３２を介して電気的に接続されている。パッケージ１４０の開口部１４１に本発明の光学ローパスフィルタ１を構成する第２複屈折板４が開口部１４１を閉塞して接着剤１４２を介して装着されている。この第２複屈折板４は、開口部１４１を閉塞してパッケージ１４０を密封するカバーガラスとして機能している。第２複屈折板４の上面には第３反射防止膜１６３が、下面には第４反射防止膜１６４がそれぞれ設けられている。
【００２１】
従って、本実施形態における光学ローパスフィルタ１は、第１複屈折板２と第２複屈折板４とが分離し、出射側の第２複屈折板４が固体撮像素子１３０を内蔵しているパッケージ１４０のカバーガラスとして用いられている構造となっている。このように、通常は一体化されている第１複屈折板２と位相板３と第２複屈折板４とを分離しても、光学ローパスフィルタ１としての機能に支障はない。また、固体撮像素子１３０のパッケージ１４０に用いられているカバーガラスには、アルファ線等の放射線を放出しない特殊な高純度ガラスが用いられている。例えば複屈折板を構成する水晶はアルファ線等の放射線を放出しないため、そのままカバーガラスとして使用可能である。アルファ線等の放射線を放出する複屈折板をカバーガラスとして用いる場合は、下面に薄い高純度ガラスを貼り合わせるようにしてもよい。
【００２２】
第１複屈折板２と第２複屈折板４は、水晶、ニオブ酸リチウム（LiNbO3）等の複屈折性を有する結晶板であり、水晶板のみを双方に用いる場合や、水晶とニオブ酸リチウムの組み合わせ、あるいは他の素材で構成される複屈折板を組み合わせて用いてもよい。複屈折とは、入射した光が、互いに垂直な振動方向を持つ常光線と異常光線の二つの光に分離する現象をいう。水晶とニオブ酸リチウム以外に複屈折性を有する結晶としては、チリ硝石、方解石、ルチル、ＫＰＤ（KH2PO4）、ＡＰＤ（NH4H2PO4）等を例示することができる。
【００２３】
位相板３は、位相差を与えるために光学系に入れる透明板であり、互いに垂直な主軸方向に振動する直線偏光成分を通過させ、この二成分間に必要な位相差を与える結晶板で、二分の一波長板、四分の一波長板などがある。光学ローパスフィルタ１における位相板３としては、二分の一波長板と四分の一波長板の組み合わせ、又は四分の一波長板単独で用いられる。四分の一波長板として、通常に用いられる水晶板を用いることができる。四分の一波長板としての水晶板はやや厚みが大きいものの、高性能である。
【００２４】
本発明の光学ローパスフィルタ１においては、四分の一波長板として、入射する光の波長が大きくなるに従って位相差が大きくなる波長分散特性を有する高分子フィルムを用いることが好ましい。このような四分の一波長板として機能する高分子フィルムは市販されている。市販されている高分子フィルムは、一軸延伸されたガラス転移点温度が２００℃以上のポリカーボネート製である。
【００２５】
図２は市販の高分子フィルムの複屈折の波長分散特性を示すグラフである。グラフの横軸は入射光の波長（ｎｍ）、縦軸は出射光の位相差（ｎｍ）を示す。実線の直線は、入射する光の波長に対する１／４の位相差の波長を示すもので、常光線と異常光線に１／４の位相差を与えて直線偏光を円偏光に変換する理想的な位相差を示し、入射する光の波長の大きさに比例して位相差が大きくなる。一点鎖線ａで示す曲線と破線ｂで示す曲線は、それぞれ市販の四分の一波長板としての高分子フィルムの複屈折の波長分散特性を示す。それぞれ、可視光の範囲（４００〜８００ｎｍ）で入射する光の波長が大きくなるに従って位相差が大きくなる実線に近い波長分散特性を有する。
【００２６】
入射する光の波長が大きくなるに従って位相差が大きくなる波長分散特性を有する高分子フィルムを光学ローパスフィルタ１の位相板３として用いることにより、広い波長範囲に亘って直線偏光を真円に近い楕円偏光に変換することができ、均一に分離できるため、広い波長範囲の入射光に対して四分の一波長板としての機能を有する高性能な光学ローパスフィルタとすることができる。また、低コストで薄い高分子フィルムであり、光学ローパスフィルタの薄型化と低コスト化に寄与できる。
【００２７】
図１に示す第１実施形態の光学ローパスフィルタ１は、固体撮像素子１３０を内蔵しているパッケージ１４０の開口部を閉塞していたカバーガラスを光学ローパスフィルタ１を構成している第２複屈折板４で置き換えたことにより、部品としての光学ローパスフィルタ自体の厚さは、第２複屈折板４の厚みの分だけ減少し、しかも位相板３として薄い高分子フィルムを用いているため、更に厚さを減少させることができる。そのため、第１複屈折板２と第２複屈折板４に水晶板を用いても厚さの薄い光学ローパスフィルタとして構成することができ、安価で強度に優れた光学ローパスフィルタとすることができる。
【００２８】
一般的に光学ローパスフィルタには、２点分離と４点分離の機能を有するものがある。２点分離の機能を有する光学ローパスフィルタは、１枚の複屈折板が撮像レンズ１１０と固体撮像素子１３０との間に配置されている。一方、４点分離の機能を有する光学ローパスフィルタは、最低２枚の複屈折板と位相板が撮像レンズ１１０と固体撮像素子１３０との間に配置されている。本発明では、第２複屈折板４が、固体撮像素子１３０を内蔵するパッケージ１４０のカバーガラスとして機能し、第１複屈折板２と位相板３とから構成される光学物品とは分離されている。そして、第１複屈折板２と位相板３とが組み合わされた光学物品を用いず、第２複屈折板４のみを用いる構成である場合には、２点分離の機能を有する光学ローパスフィルタとして使用することが可能である。また、第２複屈折板４と、第１複屈折板２と位相板３から構成される光学物品とを組み合わせる構成の場合には、４点分離の機能を有する光学ローパスフィルタ１として使用することが可能である。このように、本発明によれば、２点分離や４点分離を有する光学ローパスフィルタとして、共通化して使用することが可能である。
【００２９】
また、４点分離の光学ローパスフィルタ自体をカバーガラスとして用いることも提案されているが、従来の光学ローパスフィルタは、第１複屈折板２と位相板３と第２複屈折板４とから構成される光学物品が全て接合されている構成であるため、製造時において固体撮像素子１３０に不良品が発見されたときに、固体撮像素子１３０と一緒に光学ローパスフィルタも廃棄されてしまうため、不良発生時における損失が大きい。本発明では、第２複屈折板２が、固体撮像素子１３０を内蔵するパッケージ１４０のカバーガラスとして機能し、第１複屈折板２と位相板３とから構成される光学物品と分離されていることにより、製造段階において、不良発生時にかかるコストを低減させることが可能である。更に、第２複屈折板４を第１複屈折板２と分離しているため、第２複屈折板４を貼り合わせる工程を削減できるという利点がある。
【００３０】
図３に、第１複屈折板２と第２複屈折板４の両方に水晶板を用い、位相板３として高分子フィルムを用いた光学ローパスフィルタ１で７．８μｍの分離幅の４点分離を実現するための各部品の仕様を示す。ＡＰＳ−Ｃサイズ（１６．７×２３．４ｍｍ）で６００万画素の固体撮像素子１３０では、画素のピッチは約７．８μｍ程度である。
【００３１】
第１複屈折板２は、厚さが１．３２２ｍｍの水晶板を用いる。光学軸（複屈折性結晶で複屈折の起きない方向の軸）は、図３に示すように矩形状に切り出したときの短辺に平行で入射面に垂直な平面上にあって入射面の法線に対して４５゜の角度である。上面には第１反射防止膜１６１が設けられ、下面には反射防止膜が設けられていない。
【００３２】
位相板３は、厚さ０．１２ｍｍの一軸延伸したポリカーボネート製のプラスチックフィルムで構成される四分の一波長板である。位相差の波長分散特性は図２のａ又はｂに示したものを用いる。
【００３３】
赤外線吸収フィルタ１２０は、厚さ０．３ｍｍの赤外線吸収ガラス板を用いる。赤外線吸収フィルタ１２０の下面には第２反射防止膜１６２を設ける。赤外線吸収フィルタ１２０は、無機多層膜で構成される赤外線反射膜と比較して厚さが必要であるが、赤外線反射膜と異なって入射角依存性が無く、画面周辺に色むらの発生がないという特徴がある。
【００３４】
大判の第１複屈折板２，高分子フィルム３，赤外線吸収フィルタ１２０とを貼り合わせ、縦２５ｍｍ、横３０ｍｍの矩形状に切り出すことによって複合フィルタ５を形成することができる。また、それぞれを矩形状に切り出したものを貼り合わせるようにしてもよい。複合フィルタ５の上面と下面の両方に第１反射防止膜１６１と第２反射防止膜１６２が設けられ、光線の透過率を向上させている。複合フィルタ５の厚さは、１．３２ｍｍ＋０．１２ｍｍ＋０．３０ｍｍ＝１．７４ｍｍとなる。水晶板を２枚用いる従来の光学ローパスフィルタでは、第２複屈折板４の厚さが加わって３．０６ｍｍの厚さとなるのに対して１．３２ｍｍの厚さを減少させることができる。
【００３５】
なお、本発明の光学ローパスフィルタでは、第１複屈折板２と第２複屈折板４とを分離させたために、第１複屈折板２と位相板３と赤外線吸収フィルタ１２０を貼り合わせた複合フィルタ５を撮像装置に組み込むときに、位相板３を下にして組み込む必要がある。そのため、複合フィルタ５に、上下方向を識別するための識別マークを設けることが好ましい。識別マークとしては、四隅の一つの角部の切り欠き、左右非対称部分への切り欠き、上下の端面形状を異ならせる、上下の基板の大きさを異ならせる等を例示することができる。
【００３６】
第２複屈折板４は、厚さが１．３２２ｍｍの水晶板を例えば縦２５ｍｍ、横３０ｍｍの矩形板に切り出されて形成されている。光学軸は、図３に示すように矩形板の長辺に平行で入射面に垂直な平面上にあって入射面の法線に対して４５゜の角度である。上面には第３反射防止膜１６３が設けられ、下面には放射線の放出を考慮して反射防止膜が設けられていない。第２複屈折板４は、固体撮像素子１３０を収納するパッケージ１４０の開口部１４１を閉塞するカバーガラスとしてパッケージ１４０と共に固体撮像素子１３０を封入している。
【００３７】
このように構成された光学ローパスフィルタ１を含むフィルタの作用について説明する。図１に示した撮影レンズ１１０から第１反射防止膜１６１を介して水晶板で構成される第１複屈折板２に垂直入射した光線は、直線偏光の常光線と常光線と直交する方向に振動する直線偏光の第１異常光線とに分離し、常光線は屈折の法則に従って第１複屈折板２を直進し、第１異常光線は第１複屈折板２の中で縦方向（短辺と平行な方向）にずれ、第１複屈折板２を通過した互いに直角方向の直線偏光の常光線と第１異常光線は互いに縦方向に７．８μｍ離間した平行な光線となる。次に、位相板３を通過した常光線と第１異常光線は、それぞれ円偏光又は円に近い楕円偏光となる。そして、これらの常光線と第１異常光線は赤外線吸収フィルタ１２０を通過する際に赤外線成分が吸収されて赤外線吸収フィルタ１２０を通過し、第２反射防止膜１６２を通って出射する。更に、第３反射防止膜１６３を介して第２複屈折板４に垂直入射した常光線と第１異常光線は、常光線から第２の異常光線が横方向（長辺と平行な方向）に分離し、常光線は第２複屈折板４を直進し、第２異常光線は横方向に７．８μｍ横ずれして出射する。第１異常光線は常光線と同じ偏光成分と第３異常光線に分離し、常光線と同じ偏光成分は第２複屈折板４を直進し、第３異常光線は横方向に７．８μｍ横ずれして出射する。従って、光学ローパスフィルタ１によって一つの光線から７．８μｍの分離幅で正方形を形作る４本の光線に分離され、それぞれの光線が固体撮像素子１３０のそれぞれ隣接する異なる画素に入射する。これによって、画素ピッチよりも細かい像を鈍らせることができ、光学像の空間周波数の高域成分を抑制することができる。
【００３８】
図４は、第１実施形態と異なる実施形態と第１実施形態の使用形態を示す概略断面図である。図４（ａ）に示す第２実施形態の光学ローパスフィルタ１ｂでは、第１複屈折板２としてニオブ酸リチウムを用いて光学ローパスフィルタ１ｂを構成している。第１複屈折板２の素材を強度的に脆いニオブ酸リチウムとしたことにより、貼り合わせる赤外線吸収フィルタ１２０の厚さも、第１実施形態の０．３ｍｍの厚さでは赤外線吸収剤の濃度が高くなり強度的に弱いため、０．５ｍｍ程度とすることが好ましい。第１複屈折板２を分離性能が高いニオブ酸リチウムとすることにより、７．８μｍの分離幅を得るには第１複屈折板２の厚さを０．２２ｍｍとすることができ、赤外線吸収フィルタ１２０を含む複合フィルタ５ｂ全体の厚さは、０．２２ｍｍ＋０．１２ｍｍ＋０．５ｍｍ＝０．８４ｍｍと水晶板を用いる場合より薄くすることができる。
【００３９】
図４（ｂ）に示す第３実施形態の光学ローパスフィルタ１ｃでは、第１実施形態の位相板３の代わりに第３複屈折板６を用いている。３枚の複屈折板２，６，４で光学ローパスフィルタ１ｃを構成しても、同様に４点分離の高性能な光学ローパスフィルタとすることができる。第３複屈折板６としては、第１複屈折板２と第２複屈折板４と同様のものを用いることができる。第１複屈折板２と第３複屈折板６が組み合わされて一つの光学部品を構成し、第１複屈折板２と第３複屈折板６が貼り合わされて複合フィルタ５ｃとして撮影レンズ１１０と撮像素子１３０の間に配置され、第２複屈折板４が第１複屈折板２と分離されて撮像素子デバイス１５０のカバーガラスとして機能している。入射側から第１複屈折板２、第３複屈折板６、第２複屈折板４の順に配置されたこれらの複屈折板２，６，４の光学軸を相互に４５゜ずつずらせて組み合わせる。複屈折板として水晶板を３枚用いると、かなり厚くなるため、第１複屈折板２の光学材料としてニオブ酸リチウムを用いるようにしてもよい。また、第３複屈折板６の出射側に、赤外線吸収フィルタを接合して用いることも可能である。
【００４０】
図４（ｃ）に示す第４実施形態の光学ローパスフィルタ１は、第１実施形態における複合フィルタ５の下面を第２複屈折板４に極めて近接させた状態又は接触させた状態を示している。第１複屈折板２と第２複屈折板４とを分離させた場合でも、複合フィルタ５と第２複屈折板４との間の間隙を例えば０〜１ｍｍ程度に小さくすることにより、パッケージ１４０と撮影レンズ１１０との間の距離を最小限とすることができる。
【００４１】
第１実施形態、第２実施形態では、赤外線をカットするフィルタとして赤外線吸収フィルタを用いたが、多層膜フィルタにより赤外線を反射する赤外線カットフィルタを撮影レンズ１１０、第１複屈折板２の上面、第２複屈折板４の上面等に設けるようにしてもよい。多層膜フィルタによる赤外線カットフィルタとすることにより、赤外線カットフィルタの厚みを極めて薄くすることができる。また、多層膜で構成される紫外線反射膜もいずれかの面に設けるようにしてもよく、更に、紫外線と赤外線の両者を反射し、可視光線を通過させるＵＶＩＲカットフィルタをいずれかの面に設けてもよい。なお、赤外線吸収フィルタ１２０も、第１実施形態、第２実施形態では、位相板３の下面に貼り合わせていたが、撮影レンズ１１０や光学ローパスフィルタ１の何れの部分に配置してもよい。また、位相板は、前述した説明では第１複屈折板と貼り合わされていたが、第２複屈折板と貼り合わせるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明の光学ローパスフィルタは、固体撮像素子の前の光路に配置されて入射光線中の高い空間周波数成分を抑制して固体撮像素子に生じるモアレなどの偽信号を消去する用途に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の光学ローパスフィルタの第１実施形態を含む撮像装置の概要を示す断面構成図である。
【図２】本発明の光学ローパスフィルタの位相板として用いる高分子フィルムの複屈折を表すグラフである。
【図３】光学ローパスフィルタで７．８μｍの分離幅の４点分離を実現するための各部品の仕様を示す構成図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は本発明の光学ローパスフィルタのその他の実施形態を示す断面構成図である。
【符号の説明】
【００４４】
１：光学ローパスフィルタ、２：第１複屈折板、３：位相板、４：第２複屈折板、５：複合フィルタ、６：第３複屈折板、１００：撮像装置、１１０：撮影レンズ、１２０：赤外線吸収フィルタ、１３０：固体撮像素子、１４０：パッケージ、１４１：開口部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射側に配置される第１複屈折板と、出射側に配置される第２複屈折板と、前記第１複屈折板と前記第２複屈折板との間に介在している位相板又は第３複屈折板とを有し、前記第２複屈折板が、前記第１複屈折板と分離して固体撮像素子を内蔵するパッケージの前記固体撮像素子に入射光を導く開口部を閉塞しているカバーガラスとして機能していることを特徴とする光学ローパスフィルタ。
【請求項２】
請求項１記載の光学ローパスフィルタにおいて、
前記第１複屈折板、前記第２複屈折板及び前記第３複屈折板が、ニオブ酸リチウム及び／又は水晶で構成されていることを特徴とする光学ローパスフィルタ。
【請求項３】
請求項１又は２記載の光学ローパスフィルタにおいて、
前記位相板が、入射する光の波長が大きくなるに従って位相差が大きくなる波長分散特性を有する高分子フィルムであることを特徴とする光学ローパスフィルタ。
【請求項１】
入射側に配置される第１複屈折板と、出射側に配置される第２複屈折板と、前記第１複屈折板と前記第２複屈折板との間に介在している位相板又は第３複屈折板とを有し、前記第２複屈折板が、前記第１複屈折板と分離して固体撮像素子を内蔵するパッケージの前記固体撮像素子に入射光を導く開口部を閉塞しているカバーガラスとして機能していることを特徴とする光学ローパスフィルタ。
【請求項２】
請求項１記載の光学ローパスフィルタにおいて、
前記第１複屈折板、前記第２複屈折板及び前記第３複屈折板が、ニオブ酸リチウム及び／又は水晶で構成されていることを特徴とする光学ローパスフィルタ。
【請求項３】
請求項１又は２記載の光学ローパスフィルタにおいて、
前記位相板が、入射する光の波長が大きくなるに従って位相差が大きくなる波長分散特性を有する高分子フィルムであることを特徴とする光学ローパスフィルタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−９１６２５（Ｐ２００６−９１６２５Ａ）
【公開日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２７８９９５（Ｐ２００４−２７８９９５）
【出願日】平成１６年９月２７日（２００４．９．２７）
【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１８年４月６日（２００６．４．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月２７日（２００４．９．２７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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