(57)【要約】【課題】２層の光学異方性素子により構成され、縦方向または横方向にて高い空間周波数まで解像度を保ちながらも、斜め２方向に均等に偽色やモアレの発生を低減できる光学ローパスフィルタを提供する。【解決手段】光学ローパスフィルタ６は、光入射側から光出射側に順に配置され、それぞれ入射した光線を常光線と異常光線に分離する第１および第２の光学異方性素子１，２を有する。第１および第２の光学異方性素子の光学面に直交する方向視において、第１の光学異方性素子にて入射光線から第１の異常光線が分離し、さらに第２の光学異方性素子にて第１の異常光線から屈曲するように第２の異常光線が分離する際の屈曲角θｅが、１００°≦θｅ≦１３０°なる条件を満足する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光入射側から光出射側に順に配置され、それぞれ入射した光線を常光線と異常光線に分離する第１および第２の光学異方性素子を有する光学ローパスフィルタであって、
前記第１および第２の光学異方性素子の光学面に直交する方向視において、前記第１の光学異方性素子にて入射光線から第１の異常光線が分離し、さらに前記第２の光学異方性素子にて前記第１の異常光線から屈曲するように第２の異常光線が分離する際の屈曲角θｅが、
１００°≦θｅ≦１３０°
なる条件を満足することを特徴とする光学ローパスフィルタ。
【請求項２】
前記第１および第２の光学異方性素子における光線分離幅が互いに等しいことを特徴とする請求項１に記載の光学ローパスフィルタ。
【請求項３】
前記光学ローパスフィルタは、該光学ローパスフィルタを通過した光により形成される光学像を光電変換する撮像素子とともに用いられ、
前記撮像素子における互いに直交する２つの画素配列方向を第１の方向と第２の方向とするとき、
前記屈曲角θｅの二等分線の方向θ０が、前記第１および第２の方向のうちいずれか一方と平行であることを特徴とする請求項１または２に記載の光学ローパスフィルタ。
【請求項４】
前記光学ローパスフィルタから出射した複数の光線により前記撮像素子上に形成される複数の点像の前記第１および第２の方向での標準偏差をそれぞれσｘおよびσｙとするとき、
１／１．４≦σｘ／σｙ≦１．４
なる条件を満足することを特徴とする請求項３に記載の光学ローパスフィルタ。
【請求項５】
前記第１および第２の光学異方性素子の光線分離幅をａ［μｍ］とし、前記撮像素子における互いに直交する画素配列方向での画素ピッチをｐ［μｍ］とするとき、
０．９≦ｐ／ａ≦１．５
なる条件を満足することを特徴とする請求項３または４に記載の光学ローパスフィルタ。
【請求項６】
前記撮像素子にカラーフィルタがベイヤー配列で設けられており、
前記撮像素子の画素ピッチｐ［μｍ］は、
１．０≦ｐ≦７．０
なる条件を満足することを特徴とする請求項３から５のいずれか一項に記載の光学ローパスフィルタ。
【請求項７】
前記第１および第２の光学異方性素子として、表裏を反転させた同一の光学異方性素子が用いられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の光学ローパスフィルタ。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の光学ローパスフィルタと、
該光学ローパスフィルタを通過した光により形成される光学像を光電変換する撮像素子とを有することを特徴とする撮像装置。
【請求項９】
前記撮像素子は、撮像光学系の射出瞳を分割して対の信号を出力する画素を有し、
前記撮像装置は、前記対の信号を用いて撮像面位相差検出方式によるオートフォーカスを行い、
前記射出瞳を分割する方向が前記屈曲角θｅの二等分線の方向と平行であることを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記撮像素子の撮像面に直交する方向に対する前記第１および第２の光学異方性素子の光学軸の傾きΨが、
２５°≦Ψ≦４０°
なる条件を満足することを特徴とする請求項７または８に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に好適な光学ローパスフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮影素子を使用する撮像装置には、撮像画像において偽色やモアレの発生を抑えるために光学ローパスフィルタが用いられる。光学ローパスフィルタは、光により形成される点像の分布を制御することでナイキスト周波数以上の高周波の画像情報を制限する。
【０００３】
特許文献１には、光線を水平（横）方向に分離する複屈折光学素子と光線を垂直（縦）方向に分離する複屈折光学素子とを用いて２層に構成され、１本の入射光線を４本に分離する光学ローパスフィルタが開示されている。一般的な撮像装置において各複屈折光学素子の光線の分離幅をａ［μｍ］とすると、カットオフ空間周波数１／（２ａ）でコントラストが無くなる。このカットオフ空間周波数が撮像素子のナイキスト空間周波数付近となるように分離幅ａが設定される。
【０００４】
一方、特許文献２には、それぞれ光線を分離する２層の複屈折光学素子の光線分離方向がなす角度を６０°とした光学ローパスフィルタが開示されている。この光学ローパスフィルタでは、分離された４本の光線により形成される４つの点像が斜め４５°の方向にて対称となるようにすることで、縦横に対称なＭＴＦを実現する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−０５４９６０号公報
【特許文献２】特開２００４−１２６３８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１にて開示された光学ローパスフィルタでは、縦および横方向のカットオフ空間周波数に対して斜め方向のカットオフ空間周波数は√２倍となっている。しかしながら、斜め方向のモアレは偽色となって現れるために、より低い周波数でカットすることが望ましい。一方、縦および横方向のモアレは解像としてとらえることができるので、なるべくカットオフ空間周波数を高くすることが望ましい。さらに特許文献１にて開示された光学ローパスフィルタでは、２層の複屈折板光学素子の間に偏光解消用の複屈折板光学素子としての位相差板が必要である。
【０００７】
一方、特許文献２にて開示された光学ローパスフィルタでは、縦方向と横方向のカットオフ空間周波数が互いに同一である。しかしながら、２つの斜め方向ではローパス効果が異なる。特に２つの斜め方向の一方ではカットオフ空間周波数が存在せず、強い色モワレが発生するおそがある。
【０００８】
本発明は、２層の光学異方性素子により構成され、縦方向または横方向にて高い空間周波数まで解像度を保ちながらも、斜め２方向に均等に偽色やモアレの発生を低減できるようにした光学ローパスフィルタを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一側面としての光学ローパスフィルタは、光入射側から光出射側に順に配置され、それぞれ入射した光線を常光線と異常光線に分離する第１および第２の光学異方性素子を有する。第１および第２の光学異方性素子の素子面に直交する方向視において、第１の光学異方性素子にて入射光線から第１の異常光線が分離し、さらに第２の光学異方性素子にて第１の異常光線から屈曲するように第２の異常光線が分離する際の屈曲角θｅが、１００°≦θｅ≦１３０°なる条件を満足することを特徴とする。
【００１０】
なお、上記光学ローパスフィルタと、該光学ローパスフィルタを通過した光により形成される光学像を光電変換する撮像素子を有する撮像装置も、本発明の他の一側面を構成する。
【発明の効果】
【００１１】
本実施例によれば、２層の光学異方性素子により構成される光学ローパスフィルタにおいて、縦方向または横方向にて高い空間周波数まで解像度を保ちながらも、斜め２方向に均等に偽色やモアレの発生を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例である光学ローパスフィルタを備えたデジタルカメラの構成を示す図。
【図２】実施例の光学ローパスフィルタの構成を示す図。
【図３】一軸性複屈折光学素子の光学軸の方向と光線分離を示す図。
【図４】実施例および比較例の光学ローパスフィルタの光線分離と分離後の光線強度を説明する図。
【図５】本発明の実施例１〜３における異常光線の分離経路を示す図。
【図６】実施例１の光学ローパスフィルタにより形成される点像分布を示す図。
【図７】実施例１の光学ローパスフィルタの２次元ＭＴＦの空間周波数特性を示す図。
【図８】実施例１の光学ローパスフィルタの各方向でのＭＴＦの空間周波数特性を示す図。
【図９】実施例２の光学ローパスフィルタにより形成される点像分布を示す図。
【図１０】実施例２の光学ローパスフィルタの２次元ＭＴＦの空間周波数特性を示す図。
【図１１】実施例２の光学ローパスフィルタの各方向でのＭＴＦの空間周波数特性を示す図。
【図１２】実施例３の光学ローパスフィルタにより形成される点像分布を示す図。
【図１３】実施例３の光学ローパスフィルタの２次元ＭＴＦの空間周波数特性を示す図。
【図１４】実施例３の光学ローパスフィルタの各方向でのＭＴＦの空間周波数特性を示す図。
【図１５】比較例の光学ローパスフィルタにより形成される点像分布を示す図。
【図１６】比較例の光学ローパスフィルタの２次元ＭＴＦの空間周波数特性を示す図。
【図１７】比較例の光学ローパスフィルタの各方向でのＭＴＦの空間周波数特性を示す図。
【図１８】一般的な光学ローパスフィルタの光線分離と分離後の光線強度を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施例である光学ローパスフィルタ６を備えた撮像装置としてのデジタルカメラ１００の構成を示す。不図示の被写体から撮像光学系５に入射した撮像光は、光学ローパスフィルタ６を通過して撮像素子７に到達する。撮像素子７は、光学ローパスフィルタ６を通過した撮像光により形成される光学像を光電変換（撮像）する。光学ローパスフィルタ６は、撮像光に対して、該撮像光により形成される点像の分布を制御することでナイキスト周波数以上の高周波の光学像情報を制限するローパス効果を付与する。
【００１４】
図２は、光学ローパスフィルタ６の構成を示す。光学ローパスフィルタ６は、物体側（被写体側または光入射側）から像側（撮像素子側または光出射側）に順に、第１の複屈折光学素子（第１の光学異方性素子）１と第２の複屈折光学素子（第２の光学異方性素子）２とが積層された構成を有する。第１および第２の複屈折光学素子１，２はそれぞれ、その複屈折性により入射した光線を分離する。本実施例では、第１および第２の複屈折光学素子１，２の組み合せによって光学ローパス特性を実現する。
【００１５】
第１および第２の複屈折光学素子１，２はそれぞれ、長辺と短辺を有する長方形（ただし、複屈折光学素子の表裏と向きが分かるように一部が切り欠かれる場合がある）の平行平板として形成されている。図２に示すように、各複屈折光学素子の長辺（つまりは図１に示した撮像素子７の長辺）が延びる第１の方向（横方向）をｘ軸方向とし、短辺が延びる第２の方向（縦方向）をｙ軸方向とする。撮像素子７においてｘ軸方向およびｙ軸方向は画素配列方向であり、これらは各複屈折光学素子の長辺が延びる方向および短辺が延びる方向に一致する。各複屈折光学素子において、ｘ軸およびｙ軸方向に平行なｘｙ面を素子面（光学面）という。素子面および撮像素子７の撮像面に直交する方向を光軸方向という。なお、図２に示されている第１および第２の複屈折光学素子１，２のそれぞれの光軸方向での厚さは、実際は数１００μｍ程度である。
【００１６】
図３（ａ），(ｂ)は、各複屈折光学素子（１，２）の光学軸の方位を示している。各複屈折光学素子は、一軸性結晶である水晶やニオブ酸リチウムにより構成されている。図３（ａ）に示すように各複屈折光学素子を光軸方向から見ると、一軸性結晶の光学軸（両太矢印で示す）はｘ軸方向に対してφ＝０°（ｙ軸方向に対して−９０°）の方位を向いている。また、図３（ｂ）に示すように各複屈折光学素子をｙ軸方向から見ると、一軸性結晶の光学軸は光軸方向に対して角度Ψだけ（素子面に対して９０°−Ψだけ）傾いている。以下の説明において、角度Ψを傾斜角という。傾斜角Ψは、一般には４５°±２０°の範囲に設定される。
【００１７】
このように光学軸が素子面に対して傾いた平行平板としての複屈折光学素子に入射した光線は、図３（ｃ），（ｄ）に示すように、常光線と異常光線の２つの光線に分離される。具体的には、図３（ｃ）に示すように、光軸方向から複屈折光学素子に入射した光線８は、複屈折光学素子をまっすぐ透過する常光線９と、斜めに透過する異常光線１０とに分離する。常光線９と異常光線１０とが分離する方向（図３（ｃ）ではｘ軸方向）を光線分離方向という。
【００１８】
常光線９は光線分離方向に直交する方向に電場が振動する偏光であり、異常光線１０は光線分離方向と平行な方向に電場が振動する偏光である。すなわち、常光線９と異常光線１０は、偏光方向が互いに直交する直線偏光である。常光線９と異常光線１０の光線分離方向での分離幅（以下、光線分離幅という）ａは、複屈折光学素子の材料固有の屈折率異方性の大きさΔｎ、光学軸の傾斜角Ψおよび複屈折光学素子（平行平板）の厚みｄとから一意に決まる。したがって、複屈折光学素子の材料と傾斜角Ψが決まれば、光線分離幅ａは厚みｄに比例する。このような複屈折光学素子を積層することにより、層数Ｎに対して２のＮ乗個に分離された点像が撮像素子７上に形成される。
【００１９】
後述する具体的な実施例１〜３では、各複屈折光学素子を傾斜角Ψと光線分離幅ａによって表現する。
【００２０】
図１８（ａ）〜（ｃ）を用いて、一般的な２層の複屈折光学素子による光線分離について説明する。図１８（ａ）〜（ｃ）中の〇は光軸方向から見た光線を示している。また、実線の両矢印の向きと長さはそれぞれ、分離後の光線の偏光方向と強度を示している。
【００２１】
図１８（ａ）に示すように第１の複屈折光学素子に入射した光線４０１は、図１８（ｂ）に示すように該入射光線４０１と同じ位置の常光線４０１′とこれに対して第１の複屈折光学素子の光線分離方向である０°方向（図中の右方向）にずれる異常光線４０２とに分離される。入射光線４０１が無偏光の光線であると、分離後の常光線４０１′と異常光線４０２の強度は互いに等しく、それぞれ入射光線４０１の１／２の強度を有する。
【００２２】
次に図１８（ｃ）に示すように光線４０１′と光線４０２が第２の複屈折光学素子に入射すると、光線４０１′は常光線４０１″とこれに対して第２の複屈折光学素子の光線分離方向である４５°方向（図中の右上方向）にずれる異常光線４０３とに分離される。また、光線４０２は、常光線４０２′とこれに対して同じく４５°方向にずれる異常光線４０４とに分離される。こうして、入射光線４０１が４本の光線４０１″，４０２′，４０３，４０４に分離される。分離後の４０１″，４０２′，４０３，４０４の強度は互いに等しく、それぞれ入射光線４０１の１／４の強度を有する。
【００２３】
一方、本実施例では、第２の複屈折光学素子の光線分離方向が４５°方向とは異なるため、分離後の光線の強度が互いに異なる。ここでは、第２の複屈折光学素子の光線分離方向が３０°方向である場合について、図４（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。図４（ａ）〜（ｃ）においても、〇は光軸方向から見た光線を示し、実線の両矢印の向きと長さはそれぞれ分離後の光線の偏光方向と強度を示している。
【００２４】
図４（ａ）に示すように第１の複屈折光学素子に入射した光線５０１は、図４（ｂ）に示すように該入射光線５０１と同じ位置の常光線５０１′とこれに対して第１の複屈折光学素子の光線分離方向である０°方向（図中の右方向）にずれる異常光線（第１の異常光線）５０２とに分離される。入射光線５０１が無偏光の光線であると、分離後の常光線５０１′と異常光線５０２の強度は互いに等しく、それぞれ入射光線５０１の１／２の強度を有する。
【００２５】
次に図４（ｃ）に示すように光線５０１′と光線５０２が第２の複屈折光学素子に入射すると、光線５０１′は常光線５０１″とこれに対して第２の複屈折光学素子の光線分離方向である３０°方向（図中の右上方向）にずれる異常光線５０３とに分離される。この際、光線５０１′の偏光方向に対して第２の複屈折光学素子の光線分離方向が６０°傾いているために、分離後の常光線５０１″と異常光線５０３の強度が互いに異なる。分離前の常光線５０１′をベクトル（破線の両矢印）で表すとき、該ベクトルを光線分離方向において２つの直交線分に分離することになる。すなわち、常光線５０１″と異常光線５０３は、ｓｉｎ６０°（＝√３／２）：ｃｏｓ６０°（＝１／２）の振幅比で分離され、該振幅比の２乗である３／４：１／４の強度比で分離される。
【００２６】
一方、図４（ｂ）に示した光線５０２は、図４（ｃ）に示すように第２の複屈折光学素子により常光線５０２′とこれに対して３０°方向にずれた異常光線（第２の異常光線）５０４とに分離される。この際、光線５０２の偏光方向に対して第２の複屈折光学素子の光線分離方向が３０°傾いているために、分離後の常光線５０２′と異常光線５０４の強度が互いに異なる。分離前の光線５０２をベクトル（破線の両矢印）で表すとき、該ベクトルを光線分離方向において２つの直交線分に分離することになる。すなわち、常光線５０２′と異常光線５０４は、ｓｉｎ３０°（＝１／２）：ｃｏｓ３０°（＝√３／２）の振幅比で分離され、該振幅比の２乗である１／４：３／４の強度比で分離される。
【００２７】
このように斜方形の頂点に位置するように分離された後の４本の光線５０１″，５０３，５０２′，５０４のうち、斜方形の対角線が長い方の対角頂点に位置する光線５０１″と光線５０４は入射光線５０１の強度に対して３／８の強度を有する。また、対角線が短い方の対角頂点に位置する光線５０３と光線５０２′は入射光線５０１の強度に対して１／８の強度を有する。
【００２８】
本実施例では、第１および第２の複屈折光学素子の配置を、図４（ｄ）に示すように角度θｅを用いて定義する。角度θｅは、光軸方向視（素子面に直交する方向視）において、第１の光学異方性素子にて入射光線から第１の異常光線が分離し、さらに第２の光学異方性素子にて第１の異常光線から屈曲するように第２の異常光線が分離する際の屈曲角である。言い換えれば、光軸方向視において第１および第２の複屈折光学素子により異常光線が分離されていく分離経路の屈曲角である。
【００２９】
図４（ｄ）において、第１の複屈折光学素子への入射光線５０１の一部が、該第１の複屈折光学素子によりその光線分離方向である０°方向に異常光線５０２に分離される。さらに、該光線５０２は、第２の複屈折光学素子によりその光線分離方向である３０°方向に異常光線５０４に分離される。この分離経路の屈曲角はθｅ＝１２０°である。なお、屈曲角θｅは０°≦θｅ≦１８０°の範囲で表現する。
【００３０】
図４（ｅ）〜（ｈ）は、第１および第２の複屈折光学素子による分離後の光線の位置は図４（ｃ）と同じであるが、分離経路および屈曲角θｅが図４（ｄ）とは異なる場合を示す。図４（ｈ）に示すθｅは３０°である。
【００３１】
図４（ｅ）に示すように第１の複屈折光学素子に入射した光線６０１は、図４（ｆ）に示すように入射光線６０１と同じ位置の常光線６０１′とこれに対して第１の複屈折光学素子の光線分離方向である１８０°方向（図中の左方向）にずれる異常光線６０２とに分離される。入射光線６０１が無偏光の光線であると、分離後の常光線６０１′と異常光線６０２の強度は互いに等しく、それぞれ入射光線６０１の１／２の強度を有する。
【００３２】
次に図４（ｇ）に示すように光線６０１′と光線６０２が第２の複屈折光学素子に入射すると、光線６０１′は常光線６０１″とこれに対して第２の複屈折光学素子の光線分離方向である３０°方向（図中の右上方向）にずれる異常光線６０３とに分離される。このとき図４（ｃ）と同様に、常光線６０１″と異常光線６０３は３／４：１／４の強度比で分離される。
【００３３】
一方、図４（ｆ）に示した光線６０２は、図４（ｇ）に示すように第２の複屈折光学素子により常光線６０２′とこれに対して３０°方向にずれた異常光線６０４とに分離される。このとき図４（ｃ）と同様に、常光線６０２′と異常光線６０４は１／４：３／４の強度比で分離される。
【００３４】
このように斜方形の頂点を形成するように分離された後の４本の光線６０１″，６０３，６０２′，６０４のうち、斜方形の対角線が短い方の対角頂点に位置する光線６０１″と光線６０４は入射光線６０１の強度に対して３／８の強度を有する。また、対角線が長い方の対角頂点に位置する光線６０３と光線６０２′は１／８の強度を有する。
【００３５】
このように、上述した屈曲角θｅが異なることにより、分離後の４本の光線の位置が同じであっても強度の関係が異なる。このため、分離後の４本の光線に対して所望の強度関係（強度分布）を得るためには、屈曲角θｅを適切に設定する必要がある。具体的には、屈曲角θｅが、
１００°≦θｅ≦１３０°    （１）
なる条件を満足することが望ましい。また、第１および第２の光学異方性素子における光線分離幅は互いに等しいことが望ましい。
【００３６】
さらに屈曲角θｅが以下の式（１）′を満足することがより望ましい。
１１０°≦θｅ≦１２８°    （１）′
さらに屈曲角θｅが以下の式（１）″を満足することがより望ましい。
１１５°≦θｅ≦１２５°    （１）″
また、屈曲角θｅの二等分線の方向θ０が、撮像素子７における互いに直交する２つの画素配列方向である横方向と縦方向のうちいずれか一方と平行であることが望ましい。これにより、後述する撮像面位相差ＡＦを良好に行うことができる。
【実施例１】
【００３７】
図５（ａ）〜（ｄ）は、実施例１である光学ローパスフィルタにおける第１および第２の複屈折光学素子１，２による異常光線の分離経路を光軸方向から見て示している。表１は、実施例１に対応する数値例１を示す。
【００３８】
図５（ａ）に示すように、第１の複屈折光学素子１の光線分離方向はｘ軸方向に対して６０°の方向である。また、図５（ｂ）に示すように、第２の複屈折光学素子２の光線分離方向はｘ軸方向に対して１２０°の方向である。
【００３９】
図５（ｃ）に示すように第１の複屈折光学素子１で入射光線が常光線５０１′と異常光線５０２（細両矢印は各光線の偏光方向を示す）とに分離され、次に異常光線５０２が図５（ｄ）に示すように第２の複屈折光学素子２で常光線５０２′と異常光線５０４とに分離される。この結果、異常光線５０２，５０４の分離経路の屈曲角θｅは１２０°となる。
【００４０】
図６は、数値例１の光学ローパスフィルタにより分離された４本の光線により形成される４つの点像の配置と強度を示している。図６中の点像の大きさ（面積）は、その点像の強度を示している。すなわち、点像の大きさが大きいほどその強度が高いことを示す。
【００４１】
４つの点像は、ｘ軸方向の対角線に比べてｙ軸方向の対角線が長い斜方形（菱形）の頂点に配置されている。ｙ軸方向の対角線の長さは、ｘ軸方向の対角線の長さの√３倍である。そして、ｙ軸方向の対角頂点に位置する２つの点像に対して、ｘ軸方向の対角頂点に位置する２つの点像の強度は３倍である。ｘ軸方向では光線分離幅が狭い分、分離後の点像の強度が高くなっており、これによりｙ軸方向との間でのローパスフィルタ効果の強度差を相殺している。
【００４２】
図７は、図６に示した４つの点像の２次元ＭＴＦを示す。横軸および縦軸は、撮像素子７のナイキスト周波数によって規格化されたＭＴＦを示す。図７の中心部においてＭＴＦ０．８を示す等高線がほぼ円になっており、低い空間周波数の領域ではｙ軸方向とｘ軸方向とでローパスフィルタ効果の強度が互いに等しくなっている。
【００４３】
また、ｘ軸方向にはカットオフ空間周波数が概ね６０°方向まで存在し、このカットオフ空間周波数はナイキスト周波数の１．５倍程度である。ｙ軸方向にはカットオフ空間周波数は存在しない。ｘ軸方向とｙ軸方向でのでローパスフィルタ効果の強度差を小さくするためには、ＭＴＦを確認しながら、各複屈折光学素子の光線分離幅や厚み等のパラメータを調整すればよい。しかし、いちいちＭＴＦを計算しなくても、ｘ軸方向とｙ軸方向のそれぞれにおける複数の点像の標準偏差σｘ，σｙを比べればよいことを発明者は経験的に知っている。強度による重み付けをして求めた点像のｘ軸方向とｙ軸方向での標準偏差σｘ，σｙがσｘ＝σｙとなるようにパラメータ調整を行うことで、ｘ軸方向とｙ軸方向でのローパスフィルタ効果の強度差を小さくすることができる。
【００４４】
σｘとσｙが互いに異なる場合でも、σｘ／σｙが下記の式（２）の条件を満足するとよい。
【００４５】
１／１．４（＝０．７）≦σｘ／σｙ≦１．４    （２）
式（２）の条件を満足することで、低周波数域におけるｘ軸方向とｙ軸方向のＭＴＦの差を許容範囲に抑えつつ、σｘとσｙを高周波数域でのＭＴＦの調整に用いることができる。表１に、数値例１における標準偏差σｘ，σｙとその比σｘ／σｙを示している。
【００４６】
図８（ａ）は図７に示した２次元ＭＴＦのうちｘ軸方向とｙ軸方向のＭＴＦを示し、図８（ｂ）は２つの斜め方向としての＋４５°方向および−４５°方向のＭＴＦを示す。低周波数域ではｘ軸方向のＭＴＦとｙ軸方向のＭＴＦは互いに一致しており、±４５°方向のＭＴＦは互いに等しい。
【００４７】
最近の画像処理では、斜め方向の偽色を光学ローパスフィルタで低減し、ｘ軸およびｙ軸方向の輝度モアレを許容する傾向にある。このため、斜め方向でのローパスフィルタ効果が高いことが重要である。また、最近のデジタルカメラには、撮像面位相差検出方式でのＡＦ（オートフォーカス）を行うものがある。この撮像面位相差ＡＦでは、被写体像を撮像する撮像素子に撮像光学系の射出瞳を分割して対の信号を出力する位相差検出用の複数の画素を設け、該対の信号の位相差から算出したデフォーカス量に応じて撮像光学系のフォーカシングを行う。撮像面位相差ＡＦでは、射出瞳の分割方向（位相差検出方向）でのローパスフィルタ効果が高いことが重要である。したがって、屈曲角θｅの二等分線の方向が、位相差検出方向となることが多い横方向または縦方向と平行であることが望ましい。
【００４８】
ピントを合わせたい被写体に撮像素子のナイキスト周波数より高い空間周波数の繰り返しパターンが存在する場合には、モアレが発生する。この際、分割された別々の瞳領域を通過した光線により形成されるモアレの強弱は必ずしも同位置で発生するとは限らない。そして、たまたま発生したモアレの強弱パターンの左右差を、デフォーカスと誤検出するおそれがある。このため、撮像面位相差ＡＦの位相差検出方向において高いローパスフィルタ効果を与えることでモアレを抑制することが必要である。
【００４９】
本実施例の光学ローパスフィルタは、像面位相差ＡＦにおいて位相差を横方向にて検出する場合に、横方向に対応するｘ軸方向で強いローパスフィルタ効果が得られる。これに対して、縦方向に対応するｙ軸方向では、一定のＭＴＦを残し、偽解像ではあるが解像感を残すことができるため、好ましい。
【００５０】
以上の撮像面位相差ＡＦにおけるメリットは、特に１０００万画素を超える画素数の撮像素子を用いたデジタルカメラにおいて得られる。すなわち、カラーフィルタがベイヤー配列で設けられている撮像素子における互いに直交する画素配列方向での画素ピッチｐ［μｍ］が、
１．０≦ｐ≦７．０    （３）
なる条件を満足するデジタルカメラにおいて得られる。画素ピッチが式（３）の上限値より大きい場合は、撮像素子の画素数が少なく、また相対的に撮像光学系の性能が高いので、光学ローパスフィルタの意味合いが式（３）を満足する場合とは異なるものとなる。一方、画素ピッチが式（３）の下限値を下回る場合は、撮像光学系の解像力が足りないために本実施例のような光学ローパスフィルタを必要としない。数値例１では、画素ピッチｐを５μｍとしている。
【００５１】
また、第１および第２の光学異方性素子１，２の光線分離幅をａ［μｍ］とするとき、
０．９≦ｐ／ａ≦１．５    （４）
なる条件を満足することが好ましい。この場合、光線分離幅ａは３．３３[μｍ]から５．５５[μｍ]の範囲で調整することが好ましい。このため、画素ピッチｐが３[μｍ]から５［μｍ］程度の撮像素子を用いることが好ましい。光線分離幅ａを大きくするほど、ローパスフィルタ効果は強くなり、より低周期数域からＭＴＦを低減することができる。一方、光線分離幅ａを小さくするほど、ローパスフィルタ効果が弱くなり、より高周波数域までＭＴＦが残る。
【００５２】
式（４）の下限値を下回るような画素ピッチが小さな撮像素子を用いる場合には、撮像光学系自体のＭＴＦが不足するため、光学ローパスフィルタ自体が不要となる。一方、式（４）の上限値を超えるような画素ピッチが大きな撮像素子を用いる場合には、モアレを解像感として視認することができず、単なる弊害と感じられるおそれがある。この場合は、本実施例および後述する他の実施例により得られるローパスフィルタ効果よりも強いローパスフィルタ効果が必要となる。
【００５３】
図５（ａ），（ｂ）に示す第１および第２の複屈折光学素子１，２は、ｘ軸回りで表裏を反転した同一の複屈折光学素子であり、表裏を分かり易くするために長方形の四隅のうち一箇所に斜めの切欠きが設けられた形状を有する。これにより、互いに異なる２種類の複屈折光学素子を用いる必要がない。
【実施例２】
【００５４】
次に、実施例２の光学ローパスフィルタについて説明する。表１は、本実施例に対応する数値例２を示している。実施例２（数値例２）の光学ローパスフィルタは、実施例１のローパスフィルタと光線分離幅ａおよび分離経路の屈曲角θｅを同じとし、屈曲角θｅのニ等分線が延びる方向をｘ軸方向に対して９０°の方向としている。また本実施例でも、実施例１と同様に、撮像素子の画素ピッチｐを５μｍとしている。
【００５５】
本実施例でも、実施例１と同様に、光学ローパスフィルタへの入射光線は第１および第２の複屈折光学素子により４本の光線に分離される。これら４本の光線により形成される４つの点像を図９に示す。図９において、第１の複屈折光学素子に図中の右側の位置にて入射した入射光線から異常光線（第１の異常光線）が上側の位置に分離される。さらに、この異常光線から第２の複屈折光学素子により異常光線（第２の異常光線）が左側の位置に分離される。異常光線の分離経路の屈曲角θｅは、実施例１と同様に１２０°である。
【００５６】
一方、第１の複屈折光学素子を通過した常光線から第２の複屈折光学素子により異常光線が下側の位置に分離する。これにより、４つの点像は斜方形（菱形）の頂点に位置する。この斜方形は、ｙ軸方向の対角線の長さよりもｘ軸方向の対角線の長さが長い。そして、実施例１と同様に、対角線の長さが短い方（ｙ軸方向）の対角頂点に位置する２つの点像はそれぞれ入射光線の３／８の強度を有し、対角線の長さが長い方（ｘ軸方向）の対角頂点に位置する２つの点像はそれぞれ入射光線の１／８の強度を有する。
【００５７】
表１に示すように、ｘ軸方向とｙ軸方向での点像の標準偏差σｘ，σｙはσｘ＝σｙである。ｙ軸方向では光線分離幅が狭い分、分離後の点像の強度が高くなっており、これによりｘ軸方向との間でのローパスフィルタ効果の強度差を相殺している。
【００５８】
図７と同様の図１０は、図９に示した４つの点像の２次元ＭＴＦを示す。また、図８（ａ），(ｂ)と同様の図１１（ａ），(ｂ)はそれぞれ、図１１に示した２次元ＭＴＦのうちｘ，ｙ軸方向のＭＴＦおよび±４５°方向のＭＴＦを示す。図１０の中心部においてＭＴＦ０．８を示す等高線がほぼ円になっており、低い空間周波数の領域ではｙ軸方向とｘ軸方向とでローパスフィルタ効果の強度が互いに等しくなっている。
【００５９】
また、図１１（ａ）において、低周波数域ではｘ軸方向のＭＴＦとｙ軸方向のＭＴＦは互いに一致している。図１１（ｂ）において、±４５°方向のＭＴＦは互いに等しく、ナイキスト周波数の１．４倍程度にカットオフ空間周波数を有する。図１１（ａ）においてｙ軸方向でもナイキスト周波数の１．４倍程度にカットオフ空間周波数を有するが、ｘ軸方向においてはＭＴＦは低減し切らず、５０％程度のコントラストを残したままとなっている。
【００６０】
本実施例の光学ローパスフィルタは、撮像面位相差ＡＦにおける位相差検出方向がｙ軸方向であるデジタルカメラまたは位相差検出方向がｘおよびｙ軸方向の両方であるデジタルカメラで用いることが好ましい。
【実施例３】
【００６１】
次に、実施例３の光学ローパスフィルタについて説明する。表１は、本実施例に対応する数値例３を示している。実施例３（数値例３）の光学ローパスフィルタは、実施例１のローパスフィルタと光線分離幅および分割経路の屈曲角θｅが異なる。屈曲角θｅのニ等分線が延びる方向は実施例１と同じく、ｘ軸方向に対して０°の方向である。また本実施例でも、実施例１と同様に、撮像素子の画素ピッチｐを５μｍとしている。
【００６２】
本実施例でも、実施例１と同様に、光学ローパスフィルタへの入射光線は第１および第２の複屈折光学素子により４本の光線に分離される。これら４本の光線により形成される４つの点像を図１２に示す。
【００６３】
図１２において、第１の複屈折光学素子に図中の下側の位置にて入射した入射光線から異常光線（第１の異常光線）が右側の位置に分離される。さらに、該異常光線から第２の複屈折光学素子により異常光線（第２の異常光線）が上側の位置に分離される。異常光線の分離経路の屈曲角θｅは１１０°である。
【００６４】
一方、第１の複屈折光学素子を通過した常光線から第２の複屈折光学素子により異常光線が左側の位置に分離する。これにより、４つの点像は斜方形（菱形）の頂点に位置する。この斜方形は、ｘ軸方向の対角線の長さよりもｙ軸方向の対角線の長さが長い。そして、実施例１と同様に、対角線の長さが短い方（ｘ軸方向）の対角頂点に位置する２つの点像はそれぞれ入射光線の３／８の強度を有し、対角線の長さが長い方（ｙ軸方向）の対角頂点に位置する２つの点像はそれぞれ入射光線の１／８の強度を有する。
【００６５】
本実施例においては、ｘ軸方向とｙ軸方向での点像の標準偏差σｘ，σｙが互いに異なり、σｘ／σｙ＝０．７４である。つまり、ｘ軸方向でのローパスフィルタ効果がｙ軸方向でのローパスフィルタ効果よりも弱い。
【００６６】
図７と同様の図１３は、図１２に示した４つの点像の２次元ＭＴＦを示す。また、図８（ａ），(ｂ)と同様の図１４（ａ），(ｂ)はそれぞれ、図１２に示した２次元ＭＴＦのうちｘ，ｙ軸方向のＭＴＦおよび±４５°方向のＭＴＦを示す。図１４（ａ）に示すように、低周波数域においてｘ軸方向とｙ軸方向とでＭＴＦの値が互いに異なっている。前述してように本実施例ではｘ軸方向におけるローパスフィルタ効果が弱いため、ｘ軸方向のＭＴＦがｙ軸方向のＭＴＦより若干高くなっている。ナイキスト周波数の１．３倍程度において、ｘ軸方向およびｙ軸方向のＭＴＦが互いに一致し、またｙ軸方向のＭＴＦも４０％以下となるため、ｘ軸方向およびｙ軸方向のローパスフィルタ効果の全体としてのバランスとしては良好である。
【００６７】
以上の実施例１〜３では、複屈折光学素子を分離幅によって表現したが、一般的には、光学軸の傾斜角Ψを固定し、複屈折光学素子の厚さにより複屈折光学素子を表現することが多い。光学軸の傾斜角Ψとしては、厚さに対する光線分離幅が最大になる４５°が用いられることが多い。しかし、本実施例では、以下の式（５）の範囲で４５°以外の傾斜角Ψを用いてもよい。
２５°≦Ψ≦４０°    （５）
表２は、傾斜角Ψが４５°、４０°および３５°のときの各実施例における複屈折光学素子の厚さｄを示す。傾斜角Ψが４０°や３５°のときは、４５°のときよりも厚さｄが大きくなるが、光学軸の傾きが浅くなるために複屈折光学素子を切り出す一軸性結晶材料（バルク）の高さを低くすることができ、低価格のバルクを用いることが可能となる。ただし、傾斜角Ψを浅くするほど必要なバルクの高さは減少するが、光線分離幅が減少するために複屈折光学素子を厚くする必要が生じ、かえってコストが高くなる。このため、傾斜角Ψを式（５）の範囲で設定するのが好ましく、さらには３０°以上、４０°以下の範囲が望ましい。
〈比較例〉
次に、比較例として、特許文献２に開示された光学ローパスフィルタについて説明する。ここでも、撮像素子の画素ピッチｐを５［μｍ］とする。また、実施例との対比のために、特許文献２に開示された４つの点像の全体を回転させてｘ軸方向およびｙ軸方向に対称な配置とし、さらに４５°方向のＭＴＦが実施例と等しいものとする。表３は、特許文献２に開示された光学ローパスフィルタの数値例を示す。
【００６８】
図１５は、特許文献２に開示された光学ローパスフィルタにより分離された光線より形成される点像の配置と強度を示している。図１５において、入射光線が第１の複屈折光学素子に左側の位置にて入射すると、該第１の複屈折光学素子によって異常光線（第１の異常光線）が上側の位置に分離する。さらに、該異常光線から第２の複屈折光学素子によって異常光線（第２の異常光線）が右側の位置に分離する。このとき、異常光線の分離経路の屈曲角θｅは６０°である。
【００６９】
一方、第１の複屈折光学素子を通過した常光線から第２の複屈折光学素子によって異常光線が下側の位置に分離する。これにより、４つの点像は斜方形（菱形）の頂点に位置する。この斜方形は、ｙ軸方向の対角線の長さよりもｘ軸方向の対角線の長さが長い。
【００７０】
そして、本比較例では、実施例１〜３とは異なり、対角線の長さが長い方（ｙ軸方向）の対角頂点に位置する２つの点像がそれぞれ入射光線の３／８の強度を有し、対角線の長さが短い方（ｘ軸方向）の対角頂点に位置する２つの点像がそれぞれ入射光線の１／８の強度を有する。このように、本比較例は、４つの点像の配置は実施例１〜３と同様であるが、これら点像の強度関係が実施例１〜３とは異なる。
【００７１】
また、本比較例では、ｘ軸方向とｙ軸方向での点像の標準偏差の比は、σｘ／σｙ＝０．３３３とσｙがσｘよりもかなり大きくなっている。このため、ｘ軸方向とｙ軸方向でのローパスフィルタ効果の強度差の相殺効果が得られず、ｘ軸方向に対するｙ軸方向でのＭＴＦの差が顕著となる。
【００７２】
図７と同様の図１６は、図１５に示した４つの点像の２次元ＭＴＦを示す。また、図８（ａ），(ｂ)と同様の図１７（ａ），(ｂ)はそれぞれ、図１６に示した２次元ＭＴＦのうちｘ，ｙ軸方向のＭＴＦおよび±４５°方向のＭＴＦを示す。図１７（ｂ）に示すように±４５°方向のＭＴＦは互いに等しいが、図１７（ａ）に示すようにｘ軸方向とｙ軸方向とでＭＴＦの値が互いに大きく異なっている。特に、低周波数域では３倍程度のＭＴＦの差が生じており、ｙ軸方向の解像度劣化が許容できるものではない。このため、特許文献２の光学ローパスフィルタを回転させるだけでは、実施例１〜３の光学ローパスフィルタと同等なローパスフィルタ効果は得られない。
【００７３】
【表１】
2020187153.tif 000003
【００７４】
【表２】
2020187153.tif 000004
【００７５】
【表３】
2020187153.tif 000005
【００７６】
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
【符号の説明】
【００７７】
１  第１の複屈折光学素子（第１の光学異方性素子）
２  第２の複屈折光学素子（第２の光学異方性素子）
６  光学ローパスフィルタ
【図１】
2020187153.tif 000006
【図２】
2020187153.tif 000007
【図３】
2020187153.tif 000008
【図４】
2020187153.tif 000009
【図５】
2020187153.tif 000010
【図６】
2020187153.tif 000011
【図７】
2020187153.tif 000012
【図８】
2020187153.tif 000013
【図９】
2020187153.tif 000014
【図１０】
2020187153.tif 000015
【図１１】
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【図１２】
2020187153.tif 000017
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2020187153.tif 000020
【図１６】
2020187153.tif 000021
【図１７】
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【図１８】
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