(57)【要約】【課題】撮像装置や次世代ＤＶＤ用に、従来の光学ローパスフィルターよりもさらに光学的特性に優れ、軽量かつ安価な光学ローパスフィルターを提供する。【解決手段】スピネル製の基板と、基板の表面に形成された近赤外線吸収層を有している光学ローパスフィルター。スピネル製の基板と、基板の表面に形成された近赤外線反射層を有している光学ローパスフィルター。スピネル製の基板と、基板の表面に形成された複屈折率付与層を有している光学ローパスフィルター。近赤外線吸収層、近赤外線反射層、複屈折率付与層の少なくとも１層は、波長６００〜１２００ｎｍの光を遮断するコレステリック液晶を用いて形成されている光学ローパスフィルター。前記のいずれかに記載の光学ローパスフィルターを用いた光学素子を備えている撮像装置、読取装置。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピネル製の基板と、前記基板の表面に形成された近赤外線吸収層を有していることを特徴とする光学ローパスフィルター。
【請求項２】
スピネル製の基板と、前記基板の表面に形成された近赤外線反射層を有していることを特徴とする光学ローパスフィルター。
【請求項３】
スピネル製の基板と、前記基板の表面に形成された複屈折率付与層を有していることを特徴とする光学ローパスフィルター。
【請求項４】
前記近赤外線吸収層、近赤外線反射層、複屈折率付与層の少なくとも１層は、波長６００〜１２００ｎｍの光を遮断するコレステリック液晶を用いて形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の光学ローパスフィルター。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の光学ローパスフィルターを用いた光学素子を備えていることを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の光学ローパスフィルターを用いた光学素子を備えていることを特徴とする読取装置。
【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ーおよびそれを用いた撮像装置、読取装置に関し、特にデジタルカメラ等で使われる光学ローパスフィルターおよびそれを用いた撮像装置、読取装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置に用いられているＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）やＣ−ＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等のイメージセンサーは、受光素子が周期的に配置されている構造上、モアレ縞や偽色を発生しやすいため、一般的に、受光素子の直前に、近赤外線遮断性能を有するフィルターである干渉型の光学ローパスフィルター（以下、単に「ローパスフィルター」とも言う）を設けて、前記モアレ縞や偽色の発生を防止している。
【０００３】
このようなローパスフィルターは、従来、基板としてニオブ酸リチウム、サファイヤ、ガラス、水晶等を用い、これらの基板の表面に、例えば、真空蒸着法によって、シリカ（ＳｉＯ２ ）層とチタニア（ＴｉＯ２ ）層とを交互に積層することにより、近赤外線反射層等を形成させて近赤外線遮断機能を発揮させている。
【０００４】
しかし、ニオブ酸リチウムやサファイヤは高価であり、高級機以外には使用することができない。
【０００５】
次に、ガラスは安価な材料であるものの、ローパスフィルターの作製作業中に端部が欠けやすく（チッピング）、生じた破片が製品に異物として混入した場合、品質の低下を招くため、歩留りが低くなる。また、ガラスは波長が短い領域、特に紫外領域では、光の透過率が急速に低下するため、短波長を使用する次世代ＤＶＤ等へ使用することは難しい。
【０００６】
次に、水晶は比較的安価な材料であり、ガラスに比べて硬度が高く割れ難いが、一般的に用いられる単結晶の水晶材料には軸方位性や脈理があり、場所により屈折率が変化するため、所定の光学的特性の基板を得ようとすると歩留りが低くなる。また、屈折率の変化等の異常を少なくするために厚くすることが考えられるが、厚すぎると重くなり、厚さと重さ、双方の面より、超精密な光学部品に使用することが困難となる。
【０００７】
近年、樹脂製の基板を用いたローパスフィルターも提案されている（特許文献１）が、樹脂製の基板には、ガラス製基板や水晶製基板のような欠点はないものの、耐熱性や短い波長の光の透過性等の点ではガラス以下であり、ローパスフィルターに要求される特性が満たされているとは言えない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−３１１７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
一方において、近年の激しい価格競争の下、ローパスフィルターの性能と価格に対するユーザーからの要求は益々厳しくなってきており、上記したように、従来の各ローパスフィルターではこれらの要求を充分満足しているとは言えないのが実状である。
【００１０】
このため、撮像装置や次世代ＤＶＤ用に、従来の光学ローパスフィルターよりもさらに光学的特性に優れ、軽量かつ安価な光学ローパスフィルターの開発が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、以上の課題を解決することを目的としてなされたものであり、以下、各請求項の発明を説明する。
【００１２】
請求項１に記載の発明は、
スピネル製の基板と、前記基板の表面に形成された近赤外線吸収層を有していることを特徴とする光学ローパスフィルターである。
【００１３】
本請求項の発明においては、基板としてスピネル製の基板を用いて光学ローパスフィルターとしている。スピネル製の基板は、公知の方法により、安価に作製することができ、水晶製の基板と異なり、軸方位性や脈理による屈折率の異常がないため、基板を厚くすることなく安定した光学的特性を有する光学ローパスフィルターを安価に提供することができる。また、ガラス製の基板と異なり、チッピングが起こらず、光学的特性にも優れている。さらに、スピネル製の基板は耐薬品性にも優れており、汚れの洗浄に対しても優れた光学ローパスフィルターを提供することができる。
【００１４】
なお、本発明において「近赤外線」とは、６００〜２５００ｎｍ程度の波長の赤外線を指している。
【００１５】
また、「近赤外線吸収層」とは、例えば真空蒸着法等によってシリカ層とチタニア層とを交互に積層して形成したような無機材質よりなる層、あるいは、例えば所定の範囲の波長の光を遮断するコレステリック液晶の層のような有機材質よりなる層等、その材質や作成方法は特に限定されない。
【００１６】
また、「表面に近赤外線吸収層が形成されている」とは、基板の表面上に近赤外線吸収層が直接形成されている場合に限定されず、間に接着層等の他の層が形成されていても良い。また、近赤外線吸収層の上（光の入射側）に反射層等他の層が形成されていても良い。
【００１７】
また、「表面」とは、光の入射側の表面に限定されず、出射側の表面であっても良い。
【００１８】
また、「基板」としては、１枚での構成に限定されず、スピネル製の薄板２枚の間に所定の光学的性質を有する層を挟みこんだ基板であっても良い。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、
スピネル製の基板と、前記基板の表面に形成された近赤外線反射層を有していることを特徴とする光学ローパスフィルターである。
【００２０】
本請求項の発明においても、基板としてスピネル製の基板を用いて光学ローパスフィルターとしている。そのため、請求項１の発明と同様の効果を得ることができる。
【００２１】
なお、近赤外線反射層としては、無機、有機いずれの材料を用いて形成しても良く、形成方法も特に限定されない。
【００２２】
具体的には、例えば、無機材料としてはＩＴＯ（スズ含有酸化インジウム）やＡＴＯ（アンチモン含有酸化スズ）等を、また、有機材料としてはポリカーボネート樹脂等を用いることができる。
【００２３】
請求項３に記載の発明は、
スピネル製の基板と、前記基板の表面に形成された複屈折率付与層を有していることを特徴とする光学ローパスフィルターである。
【００２４】
本請求項の発明においても、基板としてスピネル製の基板を用いて光学ローパスフィルターとしている。そのため、請求項１の発明と同様の効果を得ることができる。
【００２５】
なお、複屈折率付与層の形成方法としては、種々の方法を採ることができ、例えば、スピネル製の基板を斜めに傾けた状態で、その裏面に水素化アモルファスシリコンを蒸着させ、斜影効果による針状構造と空隙を有する水素化アモルファスシリコン層を所定の厚さに形成する方法、複屈折率を有するフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）を所定の厚さに蒸着させる方法、複屈折率を有する高分子材料性のシートを貼り付ける方法、構造は複雑となるが所定の液晶層を形成する方法などを挙げることができる。
【００２６】
請求項４に記載の発明は、
前記近赤外線吸収層、近赤外線反射層、複屈折率付与層の少なくとも１層は、波長６００〜１２００ｎｍの光を遮断するコレステリック液晶を用いて形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の光学ローパスフィルターである。
【００２７】
本請求項の発明においては、コストと光学的特性に優れたスピネル製の基板の表面に、波長６００〜１２００ｎｍの光を遮断するコレステリック液晶を用いて、近赤外線吸収層、近赤外線反射層、複屈折率付与層の少なくとも１層を形成させて光学ローパスフィルターとしている。そのため、無機物質層を何十回も積層蒸着させて形成する必要がなく、高い生産効率を得ることができ、前記したスピネル製の基板における効果とも相俟って、コスト的にさらに優れた光学ローパスフィルターを提供することができる。
【００２８】
なお、コレステリック液晶層は、１枚の基板上に形成するばかりでなく、前記のように２枚のスピネル製の薄板の間に挟み込んで基板を形成させても良い。また、この場合、液晶の状態によっては、フィルターの四周に枠が形成されていても良い。
【００２９】
請求項５に記載の発明は、
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の光学ローパスフィルターを用いた光学素子を備えていることを特徴とする撮像装置である。
【００３０】
本請求項の発明に係る撮像装置は、コストと光学的特性に優れたスピネル製の基板を有する光学ローパスフィルターを用いた光学素子を備えているため、近赤外線の悪影響、偽色、モアレ等を充分に抑制して鮮明な画像を得ることが可能な撮像装置を安価に提供することができる。
【００３１】
なお、「光学素子」とは、スピネル製の基板の表面に近赤外線吸収層、近赤外線反射層、複屈折率付与層の少なくとも１層を形成している限り、限定されない。
【００３２】
請求項６に記載の発明は、
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の光学ローパスフィルターを用いた光学素子を備えていることを特徴とする読取装置である。
【００３３】
本請求項の発明に係る読取装置は、請求項５の発明と同様に、スピネル製の基板を有する光学ローパスフィルターを用いた光学素子を備えているため、紫外線の透過率が高いだけでなく、近赤外線の悪影響等を抑制することができ、次世代ＤＶＤ用に適した読取装置を安価に提供することができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明により、撮像装置や次世代ＤＶＤ用に、従来の光学ローパスフィルターよりもさらに光学的特性に優れ、軽量かつ安価な光学ローパスフィルターを提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明をその実施の形態に基づいて説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、以下の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。
【００３６】
１．スピネル製の基板の作製
最初に、スピネル製の基板の作製について、簡単に説明する。
（１）スピネル焼結体の作製
スピネル粉末（ＭｇＯ・ｎＡｌ２Ｏ３：ｎ＝１．０５〜１．３０）を、プレスにて棒状に一次成形（成形条件：１９６ＭＰａ）し、さらにＣＩＰ（条件：１９６ＭＰａ）を用いて二次成形してスピネル成形体とした。
【００３７】
次いで、このスピネル成形体を真空焼結（条件：１６５０℃×４Ｈ）して、スピネル焼結体とした。さらにＨＩＰを用いて加圧、加熱した（条件：１７５０℃×２Ｈ、２００ＭＰａ）後に、表面を研削して、凹凸を除去して、最終的に、２０×１８×１３０ｍｍの棒状スピネル焼結体を得た。
【００３８】
（２）スピネル焼結体の切断
棒状スピネル焼結体を、マルチワイヤソー（ヤスナガ社製）を用いて、厚さ１．２ｍｍに切断し、８０枚のスピネル切断体を作製した。
【００３９】
（３）スピネル切断体の研磨
各スピネル切断体の切断面を、ラップ板を用いて研磨し、２０×１８×１ｍｍ厚みのスピネル研磨体を作製した。（条件：９、３、１μｍのダイヤモンド遊離砥粒使用）。
【００４０】
２．基板表面層の形成
前記の研磨が完了したスピネル製の基板の表面に、以下に示す近赤外線吸収層、近赤外線反射層、複屈折率付与層を形成した。
（１）近赤外線吸収層の形成
（イ）無機材料製近赤外線吸収層の形成
スピネル製の基板の表面に、公知の真空蒸着法によって、０．１〜０．２μｍ厚さのシリカ（ＳｉＯ２ ）層とチタニア（ＴｉＯ２ ）層とを交互に、そして合計４μｍ積層して、無機材料製近赤外線吸収層を形成した。
【００４１】
（ロ）有機材料製近赤外線吸収層の形成
スピネル製の基板の表面に、６００〜１２００ｎｍの光を遮断するコレステリック液晶よりなる厚さ０．１ｍｍのシートを、光学的接着剤を用いて貼り付け、近赤外線吸収層を形成した。なお、液晶層を保護するため、もう一枚のスピネル製の基板を裏側から貼り付けた。
【００４２】
（２）近赤外線反射層の形成
（イ）無機材料製近赤外線反射層の形成
スピネル製の基板の表面に、ＩＴＯを用いて無機材料製近赤外線反射層を形成した。また、ＡＴＯを用いた無機材料製近赤外線反射層も形成した。
【００４３】
（ロ）有機材料製近赤外線反射層の形成
スピネル製の基板の表面に、例えば前記特許文献１や特許文献１に挙げられている特開平１１−２７１５２９号公報、特表２００１−５１９３１７号公報に開示されている材料、方法等によってスピネル製の基板した波長６００〜１２００ｎｍの光を遮断するコレステリック液晶よりなるシートを光学的接着剤（エポキシ等からなる透明かつ耐熱性と耐久性に優れた接着剤）を用いて貼り付け、さらに液晶層を保護するため、もう一枚の基板を裏側から貼り付けた。
【００４４】
なお、コレステリック液晶層による特定波長域の光の遮断性能としては、当該コレステリック液晶層の特定波長域の光の平均透過率が３０％以下であることが必要であり、第１の撮像装置に一層優れた撮像性能を得るためには、当該平均透過率は１０％以下であることが好ましい。
【００４５】
コレステリック液晶層は、右旋光性を有する第１の構成層と、左旋光性を有する第２の構成層とが積層されている。第１の構成層によって右円偏光成分を反射し、第２の構成層によって左円偏光成分を反射することによって、左円偏光成分および右円偏光成分よりなる特定波長域の光を確実に遮断することができる。
【００４６】
コレステリック液晶層の厚さは、通常、１０〜５００μｍであり、前記第１の構成層および第２の構成層の厚さは、各々、１〜１００μｍである。なお、第１の構成層および第２の構成層の厚さは、異なっていてもよい。
【００４７】
変形例として、同一の旋光性を有する２つの構成層（第１の構成層および第２の構成層）が、例えばポリカーボネート、ポリビニルアルコール、ポリオレエフィン系などの透光性を有するプラスチック製の厚さ１〜２００μｍの１／２波長板よりなる層（以下、「１／２波長板層」ともいう。）を介して積層されてなる積層構成を有するものも作製した。
【００４８】
このコレステリック液晶層によれば、１／２波長板層に入射された光は、当該１／２波長板層を透過する過程において１８０度の位相差が与えられることから、第１の構成層によって特定波長域の光の一方の光成分を反射し、また、第２の構成層によって特定波長域の光の他方の光成分を反射することにより、特定波長域の光を確実に遮断することができる。また、第１の構成層および第２の構成層の各々が、異なる波長の光を反射する特性を有する複数のコレステリック液晶材料シートの複数を重ねて構成されるものであってもよい。
【００４９】
（３）複屈折率付与層の形成
（イ）無機材料製複屈折率付与層の形成
スピネル製の基板を斜めに傾けた状態で、その表面に水素化アモルファスシリコンを蒸着させ、斜影効果による針状構造と空隙を有する水素化アモルファスシリコン層を形成し、複屈折率を有する光学ローパスフィルターを作製した。また、複屈折率を有するフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）を蒸着させて、複屈折率を有する光学ローパスフィルターを作製した。
【００５０】
（ロ）有機材料製複屈折率付与層の形成
前記のスピネル製の基板の表面に、屈折率の異方性が大きい光学異方性高分子成形体製シート、例えば光重合性の液晶製シートを貼り付けて複屈折性を与えることにより、光学ローパスフィルターを作製した。この場合も、シートを保護するために、裏側からもう一枚のスピネル製の基板を貼り付けたものも作製した。
【００５１】
光学異方性高分子成形体としては、複屈折率付与層の厚みを小さくし、光学フィルターの小型化を十分に図る面から、屈折率の異方性が大きいものが好ましく、具体的には、屈折率の異方性の下限値は、水晶の屈折率の異方性（０．００９）より大きい値、例えば０．０１以上、特に、０．０２以上であることが好ましい。なお、光重合性の液晶製シートは、公知のスピネル製の基板方法により得ることができる。
【００５２】
光学異方性高分子成形体における常光線と異常光線との変位距離は、ＣＣＤ素子、ＭＯＳ素子などの撮像素子の１画素分程度以下の大きさに設定されることから、１〜２０μｍ、好ましくは１〜１０μｍの範囲が望ましく、これにより、当該光学異方性高分子成形体を、撮像装置用の光学フィルターとして好適なものとすることができる。
【００５３】
常光線と異常光線との変位距離、すなわち光学的ローパス性能に係る空間遮断周波数は、光学異方性高分子成形体の屈折率の異方性、当該光学異方性高分子成形体における厚み方向に対する遅相軸の角度すなわち配向角、および当該光学異方性高分子成形体の厚みなどの条件を設定することにより定まる。
【００５４】
３．カラー撮像装置
次に、以上の各実施の形態で得られた光学素子（ローパスフィルター）を備えたカラー撮像装置について説明する。このカラー撮像装置は、撮像レンズを介して被写体からの光が、赤色光、緑色光、青色光に色分解された状態で入力される固体撮像素子と、前記固体撮像素子から発信された赤色光、緑色光および青色光による３つの画像情報を合成するカラー受像装置を有し、撮像レンズを透過した光が固体撮像素子に導入する光路上にスピネル製の基板を用いた光学素子としての光学ローパスフィルターが設けられている。
【００５５】
このカラー撮像装置においては、撮像レンズを透過した被写体からの光は、近赤外線が反射層、吸収層によって除去されると共に、複屈折率付与層によって高空間周波数成分が除去され、その後受光部の一部をなすカラーフィルターによって赤色光、緑色光および青色光に分解されて各々の色用の固体撮像素子に入力され、各固体撮像素子から赤色光、緑色光および青色光毎の画像情報がカラー受像装置に送られ、カラー受像装置は３つの色彩の画像情報を合成して鮮明な画像を形成する。
【００５６】
このため、このカラー撮像装置は、例えばＣＣＤセンサーまたはＣ−ＭＯＳセンサーを備えてなる形式の撮像装置、具体的には、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、パソコンカメラ、監視カメラ、携帯電話搭載用カメラおよび小型カメラモジュールなどとして好適に用いることができる。