【課題】 入射する光線がビームスプリッタ等によって偏光していたとしても、射出される際には、どれも光エネルギー量が均一となるような複数本の光線に分離することができる光学式ローパスフィルタおよび該光学式ローパスフィルタを備えた撮像光学系を提供すること。
【解決手段】 光学式ローパスフィルタは、画素が規則的に配列された固体撮像素子に用いられる光学式ローパスフィルタであって、該ＬＰＦに入射する光の、画素が配列されている水平方向への分離幅をδ
ｈ、画素が配列されている垂直方向への分離幅をδ
ｖ、とした場合に、該光学式ＬＰＦは、光が入射する順に、入射光を、水平方向を基準として、所定の角度θ方向に、分離幅δ
ｖ×ｓｉｎθで常光線と異常光線とに分離する第一の複屈折板と、入射光を、水平方向を基準として（θ−９０°）方向に、分離幅δ
ｖ×ｃｏｓθで常光線と異常光線とに分離する第二の複屈折板と、入射光を、水平方向を基準として０°方向に分離幅δ
ｈで常光線と異常光線とに分離する第三の複屈折板と、を有する構成とした。
［代表図面］
【発行国】日本国特許庁（ＪＰ）
【公報種別】公開特許公報（Ａ）
【公開番号】
特開２００１−２９０１０６（Ｐ２００１−２９０１０６Ａ）
【公開日】平成１３年１０月１９日（２００１．１０．１９）
【発明の名称】光学式ローパスフィルタおよび撮像光学系
【国際特許分類第７版】
G02B 27/46
5/30
H04N 5/225
5/335
// H04N101:00
【ＦＩ】
G02B 27/46
5/30
H04N 5/225 D
B
5/335 V
101:00
【審査請求】未請求
【請求項の数】１４
【全頁数】１０
【出願番号】特願２００１−２００７４（Ｐ２００１−２００７４）
【出願日】平成１３年１月２９日（２００１．１．２９）
【優先権主張番号】特願２０００−２１０３９（Ｐ２０００−２１０３９）
【優先日】平成１２年１月３１日（２０００．１．３１）
【優先権主張国】日本（ＪＰ）
【出願人】（００００００５２７）旭光学工業株式会社
【発明者】
【代理人】弁理士（１０００７８８８０）
【請求項１】
画素が規則的に配列された固体撮像素子に用いられる光学式ローパスフィルタであって、前記光学式ローパスフィルタに入射する光の、前記画素が配列されている水平方向への分離幅をδ
ｈ、前記画素が配列されている垂直方向への分離幅をδ
ｖ、とすると、入射光を、前記水平方向を基準として所定の角度θ、但し０°＜θ＜９０°とする、方向に、分離幅δ
ｖ×ｓｉｎθで常光線と異常光線とに分離する第一の複屈折板と、入射光を、前記水平方向を基準として（θ−９０°）方向に、分離幅δ
ｖ×ｃｏｓθで常光線と異常光線とに分離する第二の複屈折板と、入射光を、前記水平方向を基準として０°方向に分離幅δ
ｈで常光線と異常光線とに分離する第三の複屈折板と、を光が入射する順に配置したことを特徴とする光学式ローパスフィルタ。
【請求項２】
画素が規則的に配列された固体撮像素子に用いられる光学式ローパスフィルタであって、前記光学式ローパスフィルタに入射する光の、前記画素が配列されている水平方向への分離幅をδ
ｈ、前記画素が配列されている垂直方向への分離幅をδ
ｖ、とした場合、入射光を、前記水平方向を基準として所定の角度θ、但し−９０°＜θ＜０°とする、方向に、分離幅｜δ
ｖ×ｓｉｎθ｜で常光線と異常光線とに分離する第一の複屈折板と、入射光を、前記水平方向を基準として（θ＋９０°）方向に、分離幅δ
ｖ×ｃｏｓθで常光線と異常光線とに分離する第二の複屈折板と、入射光を、水平方向を基準として０°方向に分離幅δ
ｈで常光線と異常光線とに分離する第三の複屈折板と、を光が入射する順に配置したことを特徴とする光学式ローパスフィルタ。
【請求項３】
画素が規則的に配列された固体撮像素子に用いられる光学式ローパスフィルタであって、前記光学式ローパスフィルタに入射する光の、前記画素が配列されている水平方向への分離幅をδ
ｈ、前記画素が配列されている垂直方向への分離幅をδ
ｖ、とした場合、入射光を、前記水平方向を基準として所定の角度θ、但し０°＜θ＜９０°とする、方向に分離幅δ
ｈ×ｃｏｓθで分離する第一の複屈折板と、入射光を、前記水平方向を基準として（θ＋９０°）方向に、分離幅δ
ｈ×ｓｉｎθで常光線と異常光線とに分離する第二の複屈折板と、入射光を、前記水平方向を基準として９０°方向に分離幅δ
ｖで常光線と異常光線とに分離する第三の複屈折板と、を光が入射する順に配置したことを特徴とする光学式ローパスフィルタ。
【請求項４】
画素が規則的に配列された固体撮像素子に用いられる光学式ローパスフィルタであって、前記光学式ローパスフィルタに入射する光の、前記画素が配列されている水平方向への分離幅をδ
ｈ、前記画素が配列されている垂直方向への分離幅をδ
ｖ、とした場合、入射光を、前記水平方向を基準として所定の角度θ、但し９０°＜θ＜１８０°とする、方向に分離幅｜δ
ｈ×ｃｏｓθ｜で分離する第一の複屈折板と、入射光を、前記水平方向を基準として（θ−９０°）方向に、分離幅δ
ｈ×ｓｉｎθで常光線と異常光線とに分離する第二の複屈折板と、入射光を、前記水平方向を基準として９０°方向に分離幅δ
ｖで常光線と異常光線とに分離する第三の複屈折板と、を光が入射する順に配置したことを特徴とする光学式ローパスフィルタ。
【請求項５】
前記所定の角度θは、略４５°であることを特徴とする、請求項１または請求項３に記載の光学式ローパスフィルタ。
【請求項６】
前記所定の角度θは、略−４５°であることを特徴とする、請求項２に記載の光学式ローパスフィルタ。
【請求項７】
前記所定の角度θは、略１３５°であることを特徴とする、請求項４に記載の光学式ローパスフィルタ。
【請求項８】
前記入射光は、前記水平方向と前記垂直方向とでエネルギーレベルが異なることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の光学式ローパスフィルタ。
【請求項９】
前記第一の複屈折板または前記第三の複屈折板の、空気と接する面に赤外光をカットするコーティングが施してあることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の光学式ローパスフィルタ。
【請求項１０】
撮像装置に用いられる撮像光学系であって、水平方向の画素ピッチＰｈ、垂直方向の画素ピッチＰｖで規則正しく配列された画素を有する固体撮像素子と、前記固体撮像素子に、像を形成させる撮影レンズと、請求項１から請求項９のいずれかに記載の光学式ローパスフィルタと、を有することを特徴とする撮像光学系。
【請求項１１】
前記撮像装置は、被写体からの光を前記固体撮像素子に導かれる光と所定の光学系に導かれる光とに分岐する分岐手段をさらに有するもので、前記光学式ローパスフィルタは、前記分岐手段と前記固体撮像素子との間の光路上に配置されることを特徴とする請求項１０に記載の撮像光学系。
【請求項１２】
前記所定の光学系は、ファインダ光学系であることを特徴とする請求項１１に記載の撮像光学系。
【請求項１３】
前記水平方向への分離幅δ
ｈと前記垂直方向への分離幅δ
ｖと前記水平方向の画素ピッチＰｈと前記垂直方向の画素ピッチＰｖとは互いに等しいことを特徴とする請求項１０から請求項１２のいずれかに記載の撮像光学系。
【請求項１４】
前記光学式ローパスフィルタは、前記水平方向への分離幅δ
ｈおよび前記垂直方向への分離幅δ
ｖが変化しても常に全体の厚みが一定の厚みを有するように、所定の厚みを有するダミーガラスをさらに有することを特徴とする請求項１０から請求項１３のいずれかに記載の撮像光学系。
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、デジタルカメラ、特に一眼レフタイプのデジタルカメラに使用される光学式ローパスフィルタおよび、該光学式ローパスフィルタを備えた撮像光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、銀塩フィルムに変わり、ＣＣＤ等の固体撮像素子で撮影した画像を電気信号に変換し、メモリやフロッピー（登録商標）ディスク等に記録するデジタルカメラが普及している。デジタルカメラのように、縦横とも規則的に画素が配列されたＣＣＤ等を撮像面として使用する場合、隣り合う画素の中心間の距離（以下、画素ピッチという）よりも細かい画像の成分（高周波数成分）が撮像面に入射するとモアレ現象や偽色現象等の不都合が生じてしまう。
【０００３】
上記諸現象を防ぐため、従来から撮影レンズとＣＣＤ等の撮像面との間に光学式ローパスフィルタ（以下、ＬＰＦ（Low Pass Filter）という）を設けて、上記高周波数成分を除去し、ＣＣＤ等の撮像面には低周波数成分のみが入射するようにして画質低下を防いでいる。
【０００４】
図９に、従来のデジタルカメラで使用されているＬＰＦ１０’の一例を表す。ＬＰＦ１０’は、撮影レンズ側から水平方向分離複屈折板１、偏光解消板２、垂直方向分離複屈折板３の順で構成されている。図９では、説明の便宜上、水平方向分離複屈折板１、偏光解消板２、垂直方向分離複屈折板３がそれぞれ独立した状態で描かれているが、実際のＬＰＦ１０’は、それぞれ向かい合う面同士が接合され一体化している。なお本明細書において、説明の便宜上、長方形撮像素子の長辺方向（一眼レフデジタルカメラの通常使用状態におけるカメラボディーの幅方向）のことを水平方向といい、長方形撮像素子の短辺方向（一眼レフデジタルカメラの通常使用状態におけるカメラボディーの高さ方向）のことを垂直方向という。図９では水平方向をＸ方向と表し、垂直方向をＹ方向とする。また本明細書では、被写体からの光束のうち、特定の光線について説明を行う。
【０００５】
一般に複屈折板は、１本の入射光線を、振動方向が互いに垂直な振動方向を有する常光線（Ordinary ray）と異常光線（Extraordinary ray）との２本の直線偏光に分離させるという特徴を有する。そして、常光線と異常光線との間隔、すなわち分離幅は、複屈折板の厚みに比例することが知られている。具体的には、複屈折板の材料に人工水晶を用いると、分離幅をｄ、複屈折板の厚みをｔとすると、
で求めることができる。ここで、ｎ
ｏは常光線の屈折率を、ｎ
ｅは異常光線の屈折率をそれぞれ表す。
【０００６】
従来のＬＰＦ１０’は、入射光線をまず水平方向分離複屈折板１によって、水平方向に所定の分離幅で分離する。そして、水平方向分離複屈折板１から射出された２本の光線の偏光状態を、偏光解消板２によって解消する。偏光解消板２を透過した２本の光線は、自然光と同様の振動を有する。
【０００７】
偏光解消板２から射出された２本の光線は、続いて垂直方向分離複屈折板３に入射する。そして各光線は、垂直方向分離複屈折板３によって垂直方向に分離される。分離された光線は水平方向に偏光された光線と、垂直方向に偏光された光線とに各々分離される。このように、入射光線を複数の光線（図９では４本）に分離して、ＣＣＤ２０に入射させることで、一つの像を複数にぼかすことができ、撮像される像の空間周波数成分中、余分な高周波数成分を除去する。
【０００８】
上記従来のＬＰＦ１０’を用いた場合、ＬＰＦ１０’に入射する光線が、自然光のように、特定の方向に偏光していない光線であれば、各画素に入射する分離された各点光線の光エネルギー量を均等に配分することができ（光エネルギー量の比１：１：１：１）、余分な高周波数成分を画像の水平方向、垂直方向で差を生じることなく均一に除去することができる。
【０００９】
ところで近年デジタルカメラにおいても、一眼レフタイプが存在する。一眼レフデジタルカメラは、被写体からの光線を、所定の割合の光量で分割し、ファインダとＣＣＤ等の固体撮像素子とに導く。そのため、光路上、撮影レンズとＬＰＦとの間にビームスプリッタを配置している。
【００１０】
一般にビームスプリッタは、光分割コーティングが施されている。該コーティングにより分割された光は偏光特性を持つ。そのためビームスプリッタ射出後の分割された光は、全ての振動方向の光エネルギー量が所定の割合で分割されるのではなく、各振動方向によって異なる割合で分割される。このことは、ビームスプリッタから射出され固体撮像素子に導かれる光線は、垂直方向に振動する光エネルギー量と水平方向に振動する光エネルギー量とが異なった偏光状態にあることを意味する。なお、分割された２本の光線がそれぞれ有する振動方向における光エネルギー量の合計の比が、ビームスプリッタにおける上記所定の割合になる。
【００１１】
上記のような偏光状態にある光線が、従来のＬＰＦ１０’に入射すると、ＬＰＦ射出後の分離された光線の光エネルギー量が等しくならない状態や、分離された光線のうち特定の光線の光エネルギー量が０の状態になるおそれがある。
【００１２】
各光線の光エネルギー量が均等になるように光束を分離できない状態、あるいは特定の光線の光エネルギー量が０の状態になると、ＣＣＤ２０の隣り合う画素に入射する光線のエネルギー比が均等でなくなってしまう。すると、画像の水平方向と垂直方向とで画像をぼかす効果に差が生じてしまう。すなわち、高画質な画像の形成に不要な高周波数成分を、画像の方向によっては十分に除去することができず、偽色現象等が発生する。よって、従来のＬＰＦはビームスプリッタを使用する一眼レフデジタルカメラには不適であった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は上記の事情に鑑み、ＬＰＦに入射する光線がビームスプリッタ等によって偏光していたとしても、ＬＰＦ射出後の各分離光線のどれも光エネルギー量が均一となるような複数本の光線に分離して高周波数成分を除去することができるＬＰＦおよび該ＬＰＦを備えた撮像光学系を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に記載のＬＰＦは、画素が規則的に配列された固体撮像素子に用いられるＬＰＦであって、該ＬＰＦに入射する光の、画素が配列されている水平方向への分離幅をδ
ｈ、画素が配列されている垂直方向への分離幅をδ
ｖ、とする。この場合該光学式ＬＰＦは、光が入射する順に、入射光を、水平方向を基準として所定の角度θ方向に、分離幅δ
ｖ×ｓｉｎθで常光線と異常光線とに分離する第一の複屈折板と、入射光を、水平方向を基準として（θ−９０°）方向に、分離幅δ
ｖ×ｃｏｓθで常光線と異常光線とに分離する第二の複屈折板と、入射光を、水平方向を基準として０°方向に分離幅δ
ｈで常光線と異常光線とに分離する第三の複屈折板と、を有することを特徴とする。但し、０°＜θ＜９０°である。
【００１５】
請求項１に記載のＬＰＦによれば、入射前の光線が偏光状態にあってもＬＰＦにより複数の光線に分離された状態で射出されるときはどの光線の光エネルギー量が均一の状態になる。
【００１６】
本発明にかかるＬＰＦは、上記請求項１に記載した配置構成のみならず、以下に記載する配置構成によっても、同様の効果を得ることができる。なお以下の配置構成においても、請求項１と同様に、ＬＰＦに入射する光の、画素が配列されている水平方向への分離幅をδ
ｈ、画素が配列されている垂直方向への分離幅をδ
ｖ、とする。
【００１７】
請求項２に記載のＬＰＦは、入射光を、水平方向を基準として、所定の角度θ方向に、分離幅｜δ
ｖ×ｓｉｎθ｜で常光線と異常光線とに分離する第一の複屈折板と、入射光を、水平方向を基準として（θ＋９０°）方向に、分離幅δ
ｖ×ｃｏｓθで常光線と異常光線とに分離する第二の複屈折板と、入射光を、水平方向を基準として０°方向に分離幅δ
ｈで常光線と異常光線とに分離する第三の複屈折板と、を光が入射する順に配置する構成にしている。但し、−９０°＜θ＜０°である。
【００１８】
請求項３に記載のＬＰＦは、入射光を、水平方向を基準として、所定の角度θ方向に分離幅δ
ｈ×ｃｏｓθで分離する第一の複屈折板と、入射光を、水平方向を基準として（θ＋９０°）方向に、分離幅δ
ｈ×ｓｉｎθで常光線と異常光線とに分離する第二の複屈折板と、入射光を、水平方向を基準として９０°方向に分離幅δ
ｖで常光線と異常光線とに分離する第三の複屈折板と、を光が入射する順に配置する構成にしている。但し、０°＜θ＜９０°である。
【００１９】
請求項４に記載のＬＰＦは、入射光を、水平方向を基準として、所定の角度θ方向に分離幅｜δ
ｈ×ｃｏｓθ｜で分離する第一の複屈折板と、入射光を、水平方向を基準として（θ−９０°）方向に、分離幅δ
ｈ×ｓｉｎθで常光線と異常光線とに分離する第二の複屈折板と、入射光を、水平方向を基準として９０°方向に分離幅δ
ｖで常光線と異常光線とに分離する第三の複屈折板と、を光が入射する順に配置する構成にした。但し、９０°＜θ＜１８０°である。
【００２０】
ここで、ＬＰＦに入射する光線は、水平方向と垂直方向とでエネルギーレベルが異なっていても、必ず分離された光線における各光エネルギー量は全て均一にすることができる（請求項８）。
【００２１】
また、請求項９に記載のＬＰＦは、第一の複屈折板または第三の複屈折板における、空気と接する面に赤外光をカットするコーティングを施すことを特徴とする。これにより、撮像光学系における被写体からの光の光路上に赤外光を除去するための部材を別途設ける必要がなくなり、撮像光学系の構成を簡素化することができる。
【００２２】
請求項１０に記載の撮像光学系は、撮像装置に用いられる撮像光学系であって、水平方向の画素ピッチＰｈ、垂直方向の画素ピッチＰｖで規則正しく配列された画素を有する固体撮像素子と、該固体撮像素子に、像を形成させる撮影レンズ群と、請求項１から請求項９のいずれかに記載のＬＰＦと、を有することを特徴としている。
【００２３】
ここで上記撮像装置は、被写体からの光を固体撮像素子に導かれる光と所定の光学系に導かれる光とに分岐する分岐手段をさらに有するものでもよく、その場合、上記ＬＰＦは、光路上分岐手段と固体撮像素子との間に配置されることが望ましい（請求項１１）。上記所定の光学系は、例えばファインダ光学系である（請求項１２）。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一眼レフデジタルカメラにおける撮像光学系１００の概略構成を表す図である。撮像光学系１００は、被写体からの光線が入射する順に、撮影レンズ群３０、ビームスプリッタ４０、ＬＰＦ１０、赤外光カットフィルタ５０、ＣＣＤ２０を有する。ＣＣＤ２０は、画素が水平方向および垂直方向に規則的に配列されている。
【００２５】
なお以下の説明で参照する図面においても、図９同様、Ｘ方向が水平方向を表し、Ｙ方向が垂直方向を表す（図１、図２、図４〜図７）。また、本明細書に記載される角度は、通常使用状態の一眼レフデジタルカメラを正面からみた場合に、水平方向を基準（０°）にして、反時計回りに計った角度を正、時計回りに計った角度を負として説明する。
【００２６】
まず本発明にかかるＬＰＦ１０について詳しく説明する。図１に示すように、ＬＰＦ１０は、ビームスプリッタ４０を透過した光線が入射する順に第一の複屈折板４、第二の複屈折板５、第三の複屈折板６が配置され接合されている。
【００２７】
図２は、ＬＰＦ１０に入射した光線の分離状態を第一から第三の複屈折板４〜６を透過する毎に表した図である。図２において、太線で囲まれた四角形はそれぞれＣＣＤ２０の画素の大きさを表している。なお本実施形態において使用するＣＣＤ２０の画素ピッチは、水平方向においてＰｈ、垂直方向においてＰｖとする（図２Ａ参照）。また、分離された各光線がＣＣＤ２０の各画素に受光されるために必要とされる水平方向の分離幅をδ
ｈとし、垂直方向の分離幅をδ
ｖとする（図２Ｂ、Ｃ参照）。
【００２８】
また図２では、第一の複屈折板４には、水平方向（０°）から＋４５°方向に分離幅ｄ
１だけ分離させる複屈折板を、第二の複屈折板５には、水平方向から−４５°方向に分離幅ｄ
２だけ分離させる複屈折板を、第三の複屈折板６には水平方向に分離幅δ
ｈだけ分離させる複屈折板を接合したＬＰＦ１０を使用した分離状態を表している。
【００２９】
水平方向に振動する光エネルギー量と垂直方向に振動する光エネルギー量との比が１：１ではなく偏光状態にある光線がＬＰＦ１０に入射すると、図２Ａに示すように、まず第一の複屈折板（４５°板）４によって２本の光線に分離される。具体的には、入射光線は、分離方向（＋４５°）と垂直な振動方向（−４５°）を有し第一の複屈折板４内を直進する常光線Ｌ１と、分離方向と同一の振動方向を有し分離方向に所定の分離幅ｄ
１だけずれてから直進する異常光線Ｌ２とに分離される。
【００３０】
第一の複屈折板４は、入射光線を、水平方向と垂直方向とのちょうど中間に当たる−４５°方向に振動する光線Ｌ１と＋４５°方向に振動する光線Ｌ２とに分離するため、水平方向に振動する光エネルギー量と垂直方向に振動する光エネルギー量との比が１：１にない状態の光線が入射した場合であっても、分離後の各光線Ｌ１、Ｌ２の光エネルギー量の比は１：１になる。光エネルギー量の比が均等な状態の光線Ｌ１および光線Ｌ２は、次に第二の複屈折板５に入射する。
【００３１】
図４Ｂに示すように、光線Ｌ２は＋４５°方向にのみ振動する直線偏光であるため、分離方向（−４５°）と垂直な振動方向（＋４５°）を有し第二の複屈折板５内を直進する常光線Ｌ３のみが現れる。すなわち、分離方向と同一の振動方向における光エネルギー量が０であるため、異常光線は発生しない。一方、光線Ｌ１は、−４５°方向にのみ振動する直線偏光であるため、分離方向と垂直な振動方向における光エネルギー量は０となり、常光線は発生しない。よって、分離方向と同一の振動方向を有する異常光線Ｌ４のみが、分離方向に所定の分離幅ｄ
２だけずれてから直進する状態で現れる。
【００３２】
第一の複屈折板４および第二の複屈折板５によって発生する光線Ｌ１〜Ｌ４までの関係について、図３を参照しつつさらに詳述する。
【００３３】
図３に示すように、第一の複屈折板４によって、入射光線は常光線Ｌ１と異常光線Ｌ２とに分割される。光線Ｌ１と光線Ｌ２間の線分（線分Ｌ１Ｌ２）の長さを分離幅ｄ
１とする。また線分Ｌ１Ｌ２が水平方向に対して成す角度を分離方向θ
１とする。同様に光線Ｌ１と光線Ｌ４間の線分（線分Ｌ１Ｌ４）の長さを分離幅ｄ
２とし、線分Ｌ１Ｌ４が水平方向に対して成す角度を分離方向θ２とする。角度θ
２は、（θ
１−９０°）で表すことができる。
【００３４】
ここで図３中、光線Ｌ１からの異常光線Ｌ４および光線Ｌ２からの常光線Ｌ３が第二の複屈折板５によって分割されたものである。線分Ｌ１Ｌ２と線分Ｌ１Ｌ４とが成す角度は直角である。さらに光線Ｌ３と光線Ｌ４間の線分（線分Ｌ３Ｌ４）は垂直方向と平行な状態にあり、その長さは垂直方向の分離幅δ
Ｖに等しい。以上より、垂直方向の分離幅δ
Ｖと分離幅ｄ
１とは以下の式（２）の関係を有する。
但し、０°＜θ
１＜９０°である。同様に、垂直方向の分離幅δ
Ｖと分離幅ｄ
１とは以下の式（３）の関係を有する。
【００３５】
図２に示す実施形態では、θ１が＋４５°（従って、θ２＝（θ１−９０°）＝−４５°）であるため、第一の複屈折板４における所定の分離幅ｄ
１および第二の複屈折板５における分離幅ｄ
２は、以下の式によって求められる。
【００３６】
第一の複屈折板４の厚みは、上記の式より求められたｄ
１を（１）式に代入することにより求められる。同様に第二の複屈折板５の厚みは、上記の式より求められたｄ
２を（１）式に代入することで求められる。
【００３７】
上述のように、第二の複屈折板５では、入射する光線Ｌ１および光線Ｌ２を再度分離しているが、どちらの光線も、第二の複屈折板５により分離された一方の光線の光エネルギー量が０であるため、第二の複屈折板５を透過する光線Ｌ３および光線Ｌ４の光エネルギー量は、光線Ｌ１や光線Ｌ２の光エネルギー量から変化することはない。よって、光線Ｌ３と光線Ｌ４との光エネルギー量の比は１：１である。しかも、第一の複屈折板４および第二の複屈折板５の作用により、２本の光線Ｌ３、Ｌ４は、垂直方向に分離幅ｄ
３だけ分離された状態にある。ここでｄ
３は、
となり、δ
ｖだけ分離した状態が得られる。２本の光線Ｌ３、Ｌ４は、続いて第三の複屈折板６に入射する。
【００３８】
図２Ｃに示すように、＋４５°方向にのみ振動する直線偏光である光線Ｌ３は、第三の複屈折板６によって、分離方向（０°）と垂直な振動方向（＋９０°）を有し第三の複屈折板６内を直進する常光線Ｌ５と、分離方向と同一の振動方向を有し分離方向に所定の分離幅δ
ｈだけずれてから直進する異常光線Ｌ６とに分離される。同様に、−４５°方向にのみ振動する直線偏光である光線Ｌ４も、分離方向と垂直な振動方向を有し第三の複屈折板６内を直進する常光線Ｌ７と、分離方向と同一の振動方向を有し分離方向に所定の分離幅δ
ｈだけずれてから直進する異常光線Ｌ８とに分離される。
【００３９】
なお、第三の複屈折板６の厚みは、δ
ｈが得られるように厚みを決める。これは（４）式で求められたｄ
３を（１）式に代入することで求められる。
【００４０】
第三の複屈折板６は、入射する各光線Ｌ３、Ｌ４を、＋４５°方向と−４５°方向とのちょうど中間に当たる垂直方向に振動する各光線Ｌ５、Ｌ７と、同じく中間に当たる水平方向に振動する各光線Ｌ６、Ｌ８とに分離することができる。そのため、分離後の各光線Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８の光エネルギー量の比は１：１：１：１になる。すなわちＬＰＦ１０は、被写体からの光線が有する余分な高周波数成分を画像の水平方向、垂直方向で差を生じることなく均一に除去することができる。
【００４１】
以上を式で表す。Ｌ３の光エネルギーをＥ１、Ｌ４の光エネルギーをＥ２、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８の光エネルギーをそれぞれＥａ、Ｅｂ、Ｅｃ、Ｅｄとし、ＬＰＦ１０への入射光が水平方向にα、垂直方向にβの強度をもつ偏光した光である場合、
となり、分離された４つの光線Ｌ５〜Ｌ８のそれぞれの光エネルギーＥａ、Ｅｂ、Ｅｃ、Ｅｄは等しくなる。
【００４２】
次に、上記ＬＰＦ１０を備えた撮像光学系１００において、被写体からの光線がＣＣＤ２０に受光されるまでを、図１を参照しつつ概説する。
【００４３】
被写体からの光線は、撮影レンズ群３０を介してビームスプリッタ４０に入射する。ビームスプリッタ４０は、ハーフミラー面４１において、例えば入射光線の光量の約７０〜８０％を透過してＣＣＤ２０へ導くと同時に、約２０〜３０％を反射して図示しないファインダ光学系に導くことができる。ここで、ＣＣＤ２０よりもファインダ光学系に導かれる光線の光量を少なくするのは、ファインダ光学系に導かれる光線の光量は、ファインダ光学系のアイピースによって被写体の構図を決定するために必要な量であれば十分足りるからである。逆にＣＣＤ２０は、受光面で受光した光量に対応する信号を図示しない画像処理部に送信することから、ビームスプリッタ４０は、ファインダ側で問題がない限り、可能な限り多くの光量をＣＣＤ５に与えるように入射光線を分岐することが望ましい。
【００４４】
ここでビームスプリッタ４０を透過した光線は、既に述べた通り、水平方向の光エネルギー量と垂直方向の光エネルギー量とが同一でない、いわゆる偏光状態にある。
【００４５】
偏光状態にある光線は、ビームスプリッタ４０から射出された後、ＬＰＦ１０に入射する。ＬＰＦ１０は、上述したように偏光状態にある光線を光エネルギー量が等しい４本の光線Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８に分離する。該４本の光線Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８は、ＬＰＦ１０から射出され赤外カットフィルタ５０を介してＣＣＤ２０の互いに隣り合う画素に入射する。
【００４６】
なお赤外カットフィルタ５０は、入射する光線に含まれる、画質を低下させる一因になる赤外成分を除去して、赤外光にも感度があるＣＣＤ２０であっても画質を低下させずに高画質の像を撮影できるようにしている。
【００４７】
ＣＣＤ２０の画素は、ＬＰＦ１０から射出された光エネルギー量が均等な各光線Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８を受光する。ここでＣＣＤ２０は、入射する光線の光エネルギー量にのみ対応して電気信号を発生させるものであって、入射する光線の振動方向による影響は受けない。ＣＣＤ２０は、高周波数成分による色モアレ現象等を生じることなく像を撮影することができる。
【００４８】
以上が本発明の実施形態である。本発明は上記実施形態に限定されるものではなく趣旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。以下、いくつかの変形例を挙げる。
【００４９】
上述した実施形態では、ＬＰＦ１０は、＋４５°方向に分離幅ｄ
１だけ分離させる複屈折板（第一の複屈折板４）と、−４５°方向に分離幅ｄ
２だけ分離させる複屈折板（第二の複屈折板５）と、水平方向（０°）に分離幅δ
ｈだけ分離させる複屈折板（第三の複屈折板６）とから構成されたものを使用している。しかし、ＬＰＦ１０の構成はこれらに限定されるものではない。
【００５０】
以下、ＬＰＦ１０の変形例を図４から図６を参照しつつ三つ説明する。図４から図６は、配置構成を変形したＬＰＦを用いた場合における分離状態を表した図である。
【００５１】
図４に示す第一の変形例では、第一の複屈折板における分離方向および分離幅をそれぞれθ
１、ｄ
４とする。第二の複屈折板における分離方向および分離幅をそれぞれ（θ
１＋９０°）、ｄ
５とする。但し、−９０°＜θ
１＜０°である。さらに、第三の複屈折板における分離方向および分離幅をそれぞれ０°、δ
ｈとする。ここで、分離幅ｄ
４、ｄ
５は、以下の式（５）、（６）によって求めることができる。
但し、−９０°＜θ
１＜０°である。
【００５２】
図４では、第一の変形例においてθ
１を−４５°に設定したＬＰＦにおける入射光線の分離状態を図示する。該分離状態の説明については、上述した図２での説明とほぼ同一であるので省略する。なお図４において、画素ピッチ（Ｐｈ、Ｐｖ）、分離幅（δ
ｖ、δ
ｈ）等は全て図２と同じ値である。以下に説明する図５、図６も同様である。
【００５３】
図５に示す第二の変形例では、第一の複屈折板における分離方向および分離幅をそれぞれθ
１、ｄ
６とする。第二の複屈折板における分離方向および分離幅をそれぞれ（θ
１＋９０°）、ｄ
７とする。但し、０°＜θ
１＜９０°である。さらに、第三の複屈折板における分離方向および分離幅をそれぞれ＋９０°、δ
ｖとする。ここで、分離幅ｄ
６、ｄ
７は、以下の式（７）、（８）によって求めることができる。
但し、０°＜θ
１＜９０°である。
【００５４】
図５では、第一の変形例においてθ
１を＋４５°に設定したＬＰＦにおける入射光線の分離状態を図示する。該分離状態の説明については、上述した図２での説明とほぼ同一であるので省略する。
【００５５】
図６に示す第二の変形例では、第一の複屈折板における分離方向および分離幅をそれぞれθ
１、ｄ
８とする。第二の複屈折板における分離方向および分離幅をそれぞれ（θ
１−９０°）、ｄ
９とする。但し、９０°＜θ
１＜１８０°である。さらに、第三の複屈折板における分離方向および分離幅をそれぞれ＋９０°、δ
ｖとする。ここで、分離幅ｄ
８、ｄ
９は、以下の式（９）、（１０）によって求めることができる。
但し、９０°＜θ
１＜１８０°である。
【００５６】
図６では、第一の変形例においてθ
１を＋１３５°に設定したＬＰＦにおける入射光線の分離状態を図示する。該分離状態の説明については、上述した図２での説明とほぼ同一であるので省略する。
【００５７】
図５と図６でそれぞれ使用しているＬＰＦの場合、入射光線を第一の複屈折板および第二の複屈折板で、まず水平方向へδ
ｈだけ分離した後（図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、図６Ｂ）、第三の複屈折板で垂直方向へδ
ｖだけ分離して計４本のエネルギー比が均等な光線を作り出している（図５Ｃ、図６Ｃ）。この点、先に垂直方向への分離を行うことを特徴とする、図２および図４におけるＬＰＦと異なる。
【００５８】
また上述した様々な分離角度に関しては全て、ＬＰＦ１０の余分な高周波数成分を除去するという機能を最大限に発揮できる状態での値を記している。従って、例えばＬＰＦ１０の製造工程において生じてしまう誤差等は、許容範囲内として考える。
【００５９】
上記実施形態では、光路上ＬＰＦ１０の後方に赤外カットフィルタ５０を設けて、赤外光がＣＣＤ２０に入射しないようにしている。しかし赤外カットフィルタ５０を設けずに、ＬＰＦ１０に赤外光をカットする機能を持たせることも可能である。図７では、第一の複屈折板６の空気に接する面に赤外光をカットするコーティング５０’を施した状態にあるＬＰＦ１０を備えた撮像光学系１００を表している。なお赤外光をカットするためのコーティングは、ＬＰＦ１０において、第一の複屈折板４または第三の複屈折板６のいずれか一方もしくは両方の空気に接する面に施すことが可能である。
【００６０】
ところでＣＣＤ２０の画素数が増加すればするほど、必要とされる分離幅は小さくなるため、第一から第三の複屈折板４〜６の厚みは薄くなる。そのため、上記実施形態におけるＬＰＦ１０は、第一から第三の複屈折板４〜６のみで構成されているが、図８に示すように、ＬＰＦ１０全体の厚みを一定にするために所定の厚みを有するダミーガラス６０を挿入することも可能である。ダミーガラス６０を挿入することにより、ＬＰＦ１０の厚みが一定になり種々の分離幅を持つＬＰＦ１０に対して撮像レンズおよび構造の共通化を図ることができる。すなわち、様々な画素数のＣＣＤに対応することができる。
【００６１】
【発明の効果】
上述の通り本発明のＬＰＦは、入射光線をそれぞれ所定の方向に所定の分離幅を与えつつ分離することができる３枚の複屈折板を所定の順序で接合することにより、入射する光線が偏光状態にあっても、どれも光エネルギー量が均一となるような複数本の光線に分離することができる。
【図１】本発明のデジタルカメラの撮像光学系の概略図である。
【図２】本発明のＬＰＦを用いた場合の光線の分離状態を表した図である。
【図３】本発明のＬＰＦを用いた場合の光線の分離に関する説明図である。
【図４】本発明のＬＰＦを用いた場合の光線の分離状態を表した図である。
【図５】本発明のＬＰＦを用いた場合の光線の分離状態を表した図である。
【図６】本発明のＬＰＦを用いた場合の光線の分離状態を表した図である。
【図７】赤外カット用のコーティングを施したＬＰＦを備えたデジタルカメラの撮像光学系の概略図である。
【図８】ダミーガラスを接合したＬＰＦを表した図である。
【図９】従来のＬＰＦを表した図である。
【符号の説明】
１０ ＬＰＦ
４ 第一の複屈折板
５ 第二の複屈折板
６ 第三の複屈折板
２０ ＣＣＤ
３０ 撮影レンズ群
４０ ビームスプリッタ
５０ 赤外カットフィルタ
１００ 撮像光学系
【図１】
【図３】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
