(57)【要約】【課題】イメージセンサの高画素化に対応し、画素ピッチが小さくなった場合においても、製造が容易で、機械的強度が高く、ハンドリング性が良い光学ローパスフィルタを提供すること。【解決手段】  画素ピッチＷ［ｍｍ］のイメージセンサと共に使用される光学ローパスフィルタであって、少なくとも１枚のガラス基板を含み、当該少なくとも１枚のガラス基板の厚さＴＳＵＢ［ｍｍ］が６７．９Ｗ＜ＴＳＵＢの関係を満たす光学ローパスフィルタ。【選択図】図１
2014066943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素ピッチＷ［ｍｍ］のイメージセンサと共に使用される光学ローパスフィルタであって、少なくとも１枚のガラス基板を含み、当該少なくとも１枚のガラス基板の厚さＴＳＵＢ［ｍｍ］が、
６７．９Ｗ＜ＴＳＵＢ
の関係を満たす光学ローパスフィルタ。
【請求項２】
前記ガラス基板に、複数の屈折率変化領域が所定の周期で配置されている請求項１に記載の光学ローパスフィルタ。
【請求項３】
前記屈折率変化領域は、前記ガラス基板の両方の主表面の少なくとも一部をそれぞれ含みかつ同じ屈折率で連続している領域に対し、波長が５８７．５６ｎｍである光の屈折率差の絶対値が、０．００１以上である請求項１または２に記載の光学ローパスフィルタ。
【請求項４】
前記ガラス基板の主表面と平行な面において、任意の一方向で、前記ガラス基板の両方の主表面の少なくとも一部をそれぞれ含みかつ同じ屈折率で連続している領域の屈折率と比較して、最も屈折率差の絶対値が大きい屈折率変化領域が周期ｄ［μｍ］で配置されており、前記ｄが、
ｄ＞λ／［ｓｉｎ｛ｔａｎ−１（０．４Ｗ／Ｄ）｝］、かつ、
ｄ＜λ／［ｓｉｎ｛ｔａｎ−１（２Ｗ／Ｄ）｝］、
Ｄ［ｍｍ］：屈折率変化領域から前記イメージセンサの画素面までの最短距離、
λ［ｎｍ］＝５８７．５６、
の関係を満たすものである、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】
前記ガラス基板は、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、Ｂｉ２Ｏ３、ＴｅＯ２のいずれかを主成分とするガラスからなる、請求項２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】
ガラス基板の少なくとも一方の主表面に光線反射防止膜がコーティングされており、前記屈折率変化領域は、ガラス基板の内部に配置されている請求項１から５のいずれかに記載の光学ローパスフィルタ。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の光学ローパスフィルタを有するカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラやビデオカメラ等の撮像光学系に好適な光学ローパスフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤやＣＭＯＳ等のイメージセンサを用いたデジタルカメラやビデオカメラ等は、被写体像をイメージセンサに多数配置された画素毎にサンプリングすることで、画像情報を得ている。イメージセンサの画素は、一般に、所定の画素ピッチで周期的に配置されている。
光学ローパスフィルタは、このようなイメージセンサでサンプリングをする際に生じるモアレや擬色を防ぐために、所定の空間周波数より高い空間周波数を持つ光学信号をカットする光学素子である。
【０００３】
上記光学ローパスフィルタとして、水晶を用いたものが広く知られている。これは、水晶の複屈折を利用した光線分離作用によって、高周波成分をカットしている。光学ローパスフィルタは、イメージセンサの画素ピッチに従って、光線分離幅を設計する必要がある。水晶の複屈折性は一定であるので、水晶を用いた光学ローパスフィルタの場合、光線分離幅は水晶板の厚さに依存する事となる。
近年、イメージセンサの高画素化が進んでいるため、画素ピッチが小さくなり、ローパスフィルタに用いる水晶板の厚さは薄くなってきている。水晶の厚さが薄くなると、ハンドリング性が悪化し、光学軸合わせや、貼り合わせ時、又は撮像光学系への実装時の破損率が高くなるなど、製造上の難易度が高くなる。また、反射防止膜等の光学薄膜を表面に形成した場合、水晶板の厚さが薄いと、膜応力によって、反りやゆがみが発生するという問題もある。
【０００４】
特許文献１は、水晶板とガラス板をＵＶ接着剤で接合することにより、上記の問題の解決を試みるが、ガラス板との接合時に薄い水晶板を扱う必要が残る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４７７０４６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、イメージセンサの高画素化に対応し、かつ、製造が容易で、機械的強度が高く、ハンドリング性が良い光学ローパスフィルタを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、ガラス基板自体にローパスフィルタ機能を付与し、かつ、ガラス基板からなるローパスフィルタの厚さを所定の条件を満たすものとすることで、上記課題を解決することを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明は、具体的には以下の構成である。
【０００８】
（構成１）
画素ピッチＷ［ｍｍ］のイメージセンサと共に使用される光学ローパスフィルタであって、少なくとも１枚のガラス基板を含み、当該少なくとも１枚のガラス基板の厚さＴＳＵＢ［ｍｍ］が、
６７．９Ｗ＜ＴＳＵＢ
の関係を満たす光学ローパスフィルタ。
（構成２）
前記ガラス基板に、複数の屈折率変化領域が所定の周期で配置されている構成１に記載の光学ローパスフィルタ。
（構成３）
前記屈折率変化領域は、前記ガラス基板の両方の主表面の少なくとも一部をそれぞれ含みかつ同じ屈折率で連続している領域に対し、波長が５８７．５６ｎｍである光の屈折率差の絶対値が、０．００１以上である構成１または２に記載の光学ローパスフィルタ。
（構成４）
前記ガラス基板の主表面と平行な面において、任意の一方向で、前記ガラス基板の両方の主表面の少なくとも一部をそれぞれ含みかつ同じ屈折率で連続している領域の屈折率と比較して、最も屈折率差の絶対値が大きい屈折率変化領域が周期ｄ［μｍ］で配置されており、前記ｄが、
ｄ＞λ／［ｓｉｎ｛ｔａｎ−１（０．４Ｗ／Ｄ）｝］、かつ、
ｄ＜λ／［ｓｉｎ｛ｔａｎ−１（２Ｗ／Ｄ）｝］、
Ｄ［ｍｍ］：屈折率変化領域から前記イメージセンサの画素面までの最短距離、
λ［ｎｍ］＝５８７．５６、
の関係を満たすものである、構成１から３のいずれかに記載の光学ローパスフィルタ。
（構成５）
前記ガラス基板は、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、Ｂｉ２Ｏ３、ＴｅＯ２のいずれかを主成分とするガラスからなる、構成２から４のいずれかに記載の光学ローパスフィルタ。
（構成６）
ガラス基板の少なくとも一方の主表面に光線反射防止膜がコーティングされており、前記屈折率変化領域は、ガラス基板の内部に配置されている構成１から５のいずれかに記載の光学ローパスフィルタ。
（構成７）
構成１から６のいずれかに記載の光学ローパスフィルタを有するカメラ。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、画素ピッチが小さいイメージセンサに対応しながらも、製造が容易で、機械的強度が高く、ハンドリング性が良い光学ローパスフィルタを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のローパスフィルタを平面視したときの、ガラス基板内部の、主表面と平行な面に形成された屈折率変化領域の形状と配置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に本発明の光学ローパスフィルタについて説明する。
【００１２】
本発明の光学ローパスフィルタは少なくとも１枚のガラス基板を含む。本発明の光学ローパスフィルタが、画素ピッチＷ［ｍｍ］のイメージセンサと共に使用されるとき、その少なくとも１枚のガラス基板の厚さＴＳＵＢ［ｍｍ］が６７．９Ｗ＜ＴＳＵＢの関係を満たすことを特徴とする。光学ローパスフィルタを構成する少なくとも１枚のガラス基板厚さがこの関係を満足することによって、光学ローパスフィルタとしての機能を充分に得つつも、製造上の歩留まりが大幅に向上する。その理由は、ハンドリング性が良好となり、複数の基板の貼り合わせ時、又は後述するローパスフィルタ機能を付与するためのパルスレーザー照射時の破損率が大幅に低下すること、反射防止膜等の光学薄膜を表面に形成した場合の膜応力による反りやゆがみが低減することによる。特に、光学ローパスフィルタを構成する基板の研磨時における破損率が大幅に低下する。
【００１３】
本発明の光学ローパスフィルタは、複数の基板を貼り合せたもので良く、又は１枚の基板からなるものでも良い。本発明の光学ローパスフィルタは、これを構成する基板の少なくとも１枚が、ガラス基板に複数の屈折率変化領域が所定の周期で配置されているものであることが好ましい。
この構成とすることで、ガラス基板に光の回折作用を付与させることができ、基板の厚さに依存せず、設計上必要な光線分離効果を得ることが可能である。従って、光学ローパスフィルタの厚さＴＳＵＢを６７．９Ｗ＜ＴＳＵＢとする事が容易となる。
【００１４】
ガラス基板に複数の屈折率変化領域を形成するためには、例えば、ガラス基板にパルスレーザーを照射し、ガラス基板の内部にエネルギーを与えることによって、部分的に異質層へと変化させることが挙げられる。
【００１５】
従来の水晶を使用した光学ローパスフィルタは、光線を正方４点に分離させる場合、水平または垂直方向に分離する複屈折板と、４５度方向へ分離する複屈折板２枚が貼り合されている。
本発明の一態様においては、水晶板１枚と光の回折作用を付与したガラス基板１枚を貼り合せる構成としても良い。この構成では、１枚の水晶によって光線を２点に分離し、光の回折作用を付与したガラス基板で、水晶による分離方向と垂直にさらに点に分離することによって、光線を正方４点に分離することが可能である。このような構成とすることにより、加工に十分な強度を有するガラス基板に水晶板を張り合わせ、この状態で水晶面を研磨することが可能となり、破損することなく、容易に水晶の厚さを薄く加工することができる。
【００１６】
また、本発明の一態様においては、光の回折作用を付与したガラス基板のみを用いて光線を分離する構成としても良い。この場合、複数のガラス基板を貼り合せても良いが、１枚のガラス基板のみで構成することも可能である。
【００１７】
本発明の光学ローパスフィルタを構成するガラス基板の厚さＴＳＵＢは、６７．９Ｗｍｍを超えることにより、上述の２態様の場合どちらにおいても、使用対象となるイメージセンサに対し、充分な光線分離幅を得ることができ、かつ高い製造歩留まりを得ることが可能となる。この効果をより容易に得るためには、ＴＳＵＢは、８４．９Ｗｍｍ以上であることが好ましく、１０１．８Ｗｍｍ以上であることが最も好ましい。
具体的には、ＴＳＵＢは、０．３ｍｍを超えることが好ましい。
また、ＴＳＵＢは、光損失を少なく、かつ、熱膨張に起因する特性の変動を少なくするため、３３９．６Ｗｍｍ以下が好ましく、３００Ｗｍｍ以下がより好ましく、２５０Ｗｍｍ以下が最も好ましい。具体的な数値としては１ｍｍ以下が好ましい。また、３３９．６Ｗｍｍ以下であれば、同程度の光線分離幅を実現する水晶板２枚分（縦方向と横方向）よりも薄くできるメリットがあり、光学系のコンパクト化に好適である。
【００１８】
光の回折作用を付与させるため、ガラス基板に複数の屈折率変化領域が所定の周期で配置される場合について述べる。前記屈折率変化領域は、例えば、ガラス基板にパルスレーザー光線を照射し、被照射部分を異質層とすることにより形成される。前記屈折率変化領域は、前記ガラス基板の両方の主表面の少なくとも一部をそれぞれ含みかつ同じ屈折率で連続している領域（すなわち、異質層が形成されていない部分）に対し、波長が５８７．５６ｎｍである光の屈折率差の絶対値（｜Δｎｄ｜）が、０．００１以上であることが好ましい。｜Δｎｄ｜を０．００１以上とすることによって、短い光の経路長で充分な光の光路長差を得ることができ、光学ローパスフィルタの設計の自由度が大きくなるからである。この効果をより容易に得るためには、｜Δｎｄ｜は０．００２以上であることがより好ましく、０．００５以上であることが最も好ましい。なお、｜Δｎｄ｜の上限は特になく、大きければ大きいほど好ましいが、実際に得られる｜Δｎｄ｜の上限は０．５程度である。
なお、主表面とは、被写体から届く光が入射又は出射する面をいう。
【００１９】
本発明の光学ローパスフィルタは、構成要素の一つであるガラス基板の主表面と平行な面において、任意の一方向で、最大屈折率変化領域が周期ｄ［μｍ］で配置されており、前記ｄが、
ｄ＞λ／［ｓｉｎ｛ｔａｎ−１（０．４Ｗ／Ｄ）｝］、かつ、
ｄ＜λ／［ｓｉｎ｛ｔａｎ−１（２Ｗ／Ｄ）｝］、
Ｄ［ｍｍ］：屈折率変化領域から前記イメージセンサの画素面までの最短距離、
λ［ｎｍ］＝５８７．５６、
の関係を満たすことが好ましい。この関係を満たすことにより、光学的ローパス機能が充分得られ易くなる。即ち、解像度を適度に保ちつつ、モアレを抑制することが可能である。
なお、本明細書において、「最大屈折率変化領域」とは、ガラス基板の両方の主表面の少なくとも一部をそれぞれ含み、かつ同じ屈折率で連続している領域の屈折率と比較して最も屈折率差の絶対値が大きい屈折率変化領域を言う。この比較においては、｜Δｎｄ｜が０．０００５以内は同じ｜Δｎｄ｜として比較する。「ガラス基板の両方の主表面の少なくとも一部をそれぞれ含み、かつ同じ屈折率で連続している領域」とは、例えばレーザー照射による加工がなされていないガラス母材が残存する部分を言う。
さらに、イメージセンサの画素の短辺の距離をＶ［μｍ］とするとき、ｄは、Ｖ/２より小さいことが好ましい。ｄは、０より大きい値を取る。
【００２０】
本発明の光学ローパスフィルタを構成するガラス基板は、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、Ｂｉ２Ｏ３、ＴｅＯ２のいずれかを主成分とするガラスからなることが、パルスレーザーを照射した場合に、ガラス内部の異質層への変化が容易であるので好ましい。
主成分とは、ガラスを構成する他の成分と比較して、最も含有割合が多い成分をいう。
【００２１】
本明細書において、「異質」とは、パルスレーザー照射によりガラスの一部がパルスレーザー照射前とは異なる材料の構造上の変化、元素の結合状態の変化、空孔生成、組成分布等を生じた状態を意味し、「異質相」とは、ガラスの一部を異質化することにより生じた、ガラス母材の屈折率とは異なる屈折率を有する部位を意味する。異質相の屈折率変化は、密度変化、組成変化、空洞形成、結晶化、イオンの価数変動などにより起こる。またそれらは、散乱の原因となるクラックの発生を伴わない。本発明に係る光学ローパスフィルタにおいて、異質相は３ｎｍ以上の最小幅を有することが好ましい。異質相の幅が、光学ローパスフィルタの利用波長の１／１００よりも小さい場合は、ガラスの内部に存在しても透過光に影響を与えられず、屈折率変化や位相差を実現するのが困難になるからである。
【００２２】
なお、本明細書において、「可視光」は３６０ｎｍ〜８３０ｎｍの範囲の波長を有する電磁波を意味する。
【００２３】
異質相、すなわち屈折率変化領域の最小幅は、使用する波長より小さい場合、偏光特性に悪い影響が出ることがある。可視光領域の偏光への影響を抑えるためには、可視光領域の波長サイズより大きい、例えば８３０ｎｍより大きいことが好ましい。一方、異質相の幅の上限は後述の屈折率変化領域より小さいものであり、屈折率変化領域の幅によって適宜変更され得る。
【００２４】
屈折率変化領域の形状は線状、球形、楕円形、立方体、多角柱、多角錐、多面体等又は不定形状の構造を用いることができ、これらの形状の複数を組合せて用いることもできる。屈折率変化領域の最小幅は、線状の構造である場合には線の断面の径で定義され、球形、楕円形、立方体、多角柱、多角錐、多面体等又は不定形状の構造である場合には、その屈折率変化領域の最大長が同じ球体の球相当径で定義される。
【００２５】
本発明に使用するガラス基板に好適なガラス組成について説明する。
ガラス基板は、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、Ｂｉ２Ｏ３、ＴｅＯ２のいずれかを主成分とするガラスからなることが、パルスレーザー照射によって、異質層を生成しやすく、かつ、｜Δｎｄ｜を大きくすることができる。
【００２６】
ＳｉＯ２は本発明におけるガラスの成分において非常に有用な成分であるが、これのみであると屈折率差はプラス方向に変化し易く、大きな屈折率差をつけることは難しい。すなわち、ＳｉＯ２はガラス中でガラス網目構造を形成する成分であり、その結合を切断するためには、レーザー照射時に大きなパワーが投入される必要がある。しかしながら、ＳｉＯ２は他の成分が共存すると、レーザー照射により形成される異質相の屈折率差を大きくするのに効果的である。すなわち、ガラス網目形成に寄与が低い、より結合力の低い成分がガラス内を移動し屈折率変化が引き起こされるものと考えられる。
【００２７】
ＳｉＯ２成分を含む場合、ＳｉＯ２の下限は２０％が好ましく、３０％がより好ましく、３５％が最も好ましい。２０％以上であれば安定にガラス化させることが可能である。また、ガラス自身の屈折率、レーザー照射により形成される異質相の屈折率差に影響のある他の修飾酸化物を含有させてもガラス自身が安定である。ＳｉＯ２の上限は７５％が好ましく、７０％がより好ましく、６５％が最も好ましい。９０％以下であれば、比較的低温でガラスを溶解することができ、脈理や泡の少ない均質なガラスが得られ易いので好ましい。
【００２８】
Ｂ２Ｏ３は、溶解温度を下げ、安定なガラスを得ることができる。Ｂ２Ｏ３成分を含む場合、Ｂ２Ｏ３の上限は１７％以下が好ましく、１０％以下がより好ましく、５％以下が最も好ましい。１７％以下であれば、ガラスの相分離を引きこし難くなり、安定なガラスが得られ易くなり、また、ＴｉＯ２を比較的多量に含有させ易くなるので好ましい。
【００２９】
Ｐ２Ｏ５は、ガラス組成物の網目形成酸化物として作用するガラス形成酸化物である。Ｐ２Ｏ５の含有率は共存させる成分及びその量によって最適な量が異なるが、Ｐ２Ｏ５成分を含有させる場合、少なすぎるとガラスの安定性が悪くなるので、含有率を１０％以上とすることが好ましく、１５％以上がより好ましく、２０％以上が最も好ましい。また含有量が多すぎてもガラス化し難い、ガラスが不安定になる等の問題があり、その上限を９０％とすることが好ましく、８０％とすることがより好ましく、７０％とするのが最も好ましい。
Ｐ２Ｏ５成分を含有させる場合は、ＳｉＯ２成分を１０％以下とすることが好ましい。
【００３０】
Ｂｉ２Ｏ３は、ガラス組成物の網目形成酸化物として作用するガラス形成酸化物である。また、高屈折率化に寄与しうるため、屈折率を高める目的で副成分として添加される場合もある。Ｂｉ２Ｏ３成分を含有させる場合、安定にガラスを得るためには、その含有率は０〜４０％が好ましく、０〜２０％がより好ましく、０％以上１０％未満が最も好ましい。
【００３１】
ＴｅＯ２は、ガラス組成物の網目形成酸化物として作用するガラス形成酸化物である。また、高屈折率化に寄与しうるため、屈折率を高める目的で副成分として添加される場合もある。ＴｅＯ２成分を含有させる場合、安定にガラスを得るためには、その含有率は０％以上５０％未満が好ましく、０％以上３０％未満がより好ましく、０％以上２０％未満が最も好ましい。
【００３２】
Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ等のアルカリ金属酸化物は溶融温度を低下させ、ガラスを安定化する作用を有する。これらのアルカリ金属酸化物の含有率が少なすぎると溶融温度が上昇し、含有率が多すぎると化学的耐久性が低下し、いずれにおいてもガラスの安定性が低下する。
Ｌｉ２Ｏの含有率は０〜１５％が好ましく、０〜１２％がより好ましく、０〜１０％が最も好ましい。Ｎａ２Ｏの含有率は０〜３０％が好ましく、０〜２５％がより好ましく、０〜２０％が最も好ましい。Ｋ２Ｏの含有率は０〜３０％が好ましく、０〜２５％がより好ましく、０〜２０％が最も好ましい。
アルカリ金属酸化物は必須ではないが、１％以上含有することが好ましく、３％以上がより好
ましい。また含有率の上限は、３０％とすることが好ましく、２５％とすることがより好
ましく、２０％とすることが最も好ましい。
【００３３】
ＭｇＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、ＺｎＯ等の二価金属酸化物はガラス網目構造の結合を切断する働きがあり、ガラス製造時の溶解性を高め、ガラスがより安定する。これら自身のガラスの異質層への変化の寄与は小さいと考えられるが、異質層への変化の影響が大きい他の成分の効果を高めるように働くと考えられる。
ＭｇＯの含有率は０〜１０％が好ましく、０〜７％がより好ましく、０〜５％が最も好ましい。
ＳｒＯの含有率は０〜１０％が好ましく、０〜７％がより好ましく、０〜５％が最も好ましい。
ＣａＯの含有率は０〜３０％が好ましく、０〜２５％がより好ましく、０〜２０％が最も好ましい。
ＢａＯの含有率は０〜３０％が好ましく、０〜２５％がより好ましく、０〜２０％が最も好ましい。
ＺｎＯの含有率は０〜４０％が好ましく、０〜３０％がより好ましく、０〜２０％が最も好ましい。
二価金属酸化物は必須ではないが、１％以上含有することが好ましく、３％以上がより好ましい。また含有率の上限は、４０％とすることが好ましく、３０％とすることがより好ましく、２０％とすることが最も好ましい。
【００３４】
ＴｉＯ２も本発明におけるガラスの成分において有用な任意成分であり、他の修飾酸化物との組み合わせや混合比にもよるが、屈折率差を大きくする成分として、効果が大きい。特に、マイナス方向の屈折率差Δｎを大きくするのに効果的である。
ＴｉＯ２の上限は５０％が好ましく、４０％がより好ましく、３０％が最も好ましい。５０％以下であれば、上記ＳｉＯ２を含むガラスの失透の影響を少なくし、また、Ｔｉイオンの価数変化による着色を少なく抑えて可視光領域で高い透明性を有するガラスを安定に製造し易いので好ましい。下限は０％である。
【００３５】
Ａｌ２Ｏ３は、ＳｉＯ２と共存させることで安定なガラスを得ることができる。Ａｌ２Ｏ３の上限は４％が好ましい。Ｎｂ２Ｏ５は、ガラス自身の屈折率を高めうる。Ｎｂ２Ｏ５の上限は２０％が好ましい。また、ＺｒＯ２は、ガラス製造時に添加することで耐火性能を向上でき、また失透を抑制する働きがある。ＺｒＯ２の上限は６％が好ましい。Ｓｂ２Ｏ３は必須成分ではないが、ガラス製造時の脱泡剤として用いうる。Ｓｂ２Ｏ３の上限は０．４％が好ましい。フッ素は必須成分ではないが、ガラス自身の屈折率や分散を下げる効果やレーザー照射による屈折率差を小さくする効果がある。従って、ガラス自身の屈折率や分散を調整する目的で５％以下を含有させることが好ましい。他に、Ｙ２Ｏ３、ＳｎＯの群からなる成分を少なくとも１つ以上含有させてもよい。これらの上限は１５％が好ましい。
【００３６】
なお、ＷＯ３、Ｔａ２Ｏ５、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３の群からなる成分を少なくとも１つ以上含む酸化物又は当該酸化物に含まれる元素は、環境負荷又は生物毒性等が報告されており好ましくない。
【００３７】
また、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ及びＭｏ等の各遷移金属成分は、それぞれを単独又は複合して少量含有した場合でも材料自体が着色してしまい、可視域の特定の波長に吸収を生じさせるため、可視の波長域において本発明の光学ローパスフィルタを使用する場合には、実質的に含まないことが好ましい。また、各希土類成分それぞれも単独又は複合して含有することにより着色してしまうことがあり、可視域の特定の波長に吸収を生じさせる傾向があるため、可視の波長域において本発明の光学ローパスフィルタを使用する場合には、実質的に含まないことが好ましい。
【００３８】
更に、Ｂｅ、Ｐｂ、Ｔｈ、Ｃｄ、Ｔｌ、Ａｓ、Ｏｓ、Ｓ、Ｓｅ、Ｂｒ、Ｃｌ、Ｉ等の各成分は、近年有害な化学物資として使用を控える傾向にあり、ガラスの製造工程のみならず、加工工程、及び製品化後の処分に至るまで環境対策上の措置が必要とされるため、環境上の影響を重視する場合には実質的に含まないことが好ましい。
【００３９】
本発明に用いるガラス基板は、ガラスの表面を平坦に加工し、研磨したものである。ガラス基板に光の回折作用を付与する為に、ガラス基板の表面から内部に向けてパルスレーザーを照射するため、表面でレーザー光が乱反射するのを防ぐ必要があり、ガラス基板の表面は可能な限り平坦であることが好ましい。近年の撮像素子の高画素化に伴い、画素ピッチが狭くなっており、回折光の入射位置のズレを低減する観点から、具体的には、平坦度は１０μｍ以下であることが好ましく、２μｍ以下であることがより好ましい。また、表面粗さは、点平均粗さＲｚで１５０Å以下であることが好ましい。なお、平坦度とは、光学ローパスフィルタとして光が入射する領域内の、最も高い山の部分から最も低い谷の部分までの距離である。
【００４０】
本発明の光学ローパスフィルタは、光線透過率を高めるため、ガラス基板の少なくとも一方の主表面に光線反射防止膜がコーティングされていることが好ましい。
【００４１】
本発明に係る屈折率変化領域は、ガラス基板の一部にパルスレーザーを照射することにより形成することができる。したがって、屈折率変化領域は、配置される屈折率変化領域の体積、形状、数密度、もしくは屈折率変化量のいずれか、またはそれらの組み合わせにより、光の回折作用を制御することができる。
【００４２】
また、屈折率変化領域の形成においては、パルスレーザーの照射を同じ個所に重複して行う、パルスレーザーの照射出力を調整する、および／またはパルスレーザーのスキャンスピードを調整することにより、ガラス母材に対する屈折率差を制御することができる。
【００４３】
本発明において、パルスレーザーは、パルス幅がピコ秒（１０−１２ｓ）以下のレーザーを好適に用いることができる。中心波長約８００ｎｍ、［パルス幅１００〜４００ｆｓ（１０−１５ｓ）］、繰り返し周波数１０Ｈｚ〜１００ＭＨｚ、０．１〜４．０μＪ程度のパルスエネルギーのフェムト秒パルスレーザーが好ましい。このようなパルスレーザー光を、例えば、倍率２０倍（開口率０．４５）の対物レンズ等を介して、１０〜５０００μｍのスキャン深さ、０．００５〜１００ｍｍ／秒程度のスキャン速度の条件でガラス基板の内部に集光照射することにより、透明材料１７０と分子構造や組成分布が異なることにより屈折率差の異なる異質相を生成できる。
【００４４】
レーザー照射条件は所望する異質相の形状、屈折率変化量などによって変えることができる。例えば、１本のレーザビームをレンズで集光し、焦点位置で形成されるスポット状の異質相をステージの走査などを併用して加工する場合、パルスエネルギーは１０ｎＪ以上、好ましくは１μＪ以上のイオン移動が起こせるパルスエネルギーを確保できれば特に上限はないが、繰り返し周波数は、上限が１００ＭＨｚ以下であると、加工時の熱の蓄積による熱歪みや望ましくないクラックの発生も抑制でき、また、ステージの速度を制御し易く、より精度の高い加工が可能となるので好ましい。繰り返し周波数の下限は、パルス間の加工の影響や加工時間を考慮して１０Ｈｚ以上が好ましく、１ｋＨｚ以上が最も好ましい。
【００４５】
一方、パルス幅はレーザー照射により圧力波（衝撃波）が発生できる程度に短い必要があり、１ｐｓ以下が好ましく、５００ｆｓ以下がより好ましく、３００ｆｓ以下が最も好ましい。しかしパルス幅が短すぎると、レンズや各種光学部品の分散材料を透過あるいは反射する過程で、パルス幅が容易に広がるため取り扱いが難しくなるという問題が生じるので、１０ｆｓ以上が好ましく、５０ｆｓ以上がより好ましく、１００ｆｓ以上が最も好ましい。
【００４６】
照射するレーザーの波長は、ガラス基板に対し、吸収がなく透明な波長領域であることが好ましい。照射するガラスの透過率や特定波長の吸収の有無にも依るが、好ましくは、約２００ｎｍ〜２１００ｎｍ、より好ましくは、４００〜１１００ｎｍ、最も好ましくは、５００〜９００ｎｍである。この範囲であれば、集光位置付近の光強度の高い部位のみで多光子吸収を起こし精密な加工ができるので好ましい。
【００４７】
このようなパルスレーザーは、レーザー光を集光照射することにより、ガラス基板の内部に局所的にガラス母材の屈折率とは異なる屈折率を有する異質相を形成することができる。また、本実施形態におけるパルス幅は短いため、透明材料に対する熱的な影響が少ない。このため、加工時の熱の蓄積による熱歪みやクラックの発生も抑制でき、滑らかな形状の異質相を形成することもできる。
【００４８】
また、本実施形態に係るパルスレーザー照射において、照射するパルスレーザー光を複数に分割する工程を有することが、製造効率が良く、好ましい。パルスレーザー光を複数に分割する工程とは、例えば、パルスレーザー照射装置と、ガラス基板との間に所定形状の異質相を形成するためのホログラムを配置して、ガラス基板にパルスレーザー光を照射する工程である。ホログラムを利用してパルスレーザー光を複数に分割する本実施形態においては、異質相のパターンを一括形成することが可能であるため、加工時間を短くし、且つ、高精度の異質相のパターンを形成することができる。
【実施例】
【００４９】
（実施例１）
画素ピッチが２．５×１０−３ｍｍのイメージセンサで使用される光学ローパスフィルタを作製する。光学ローパスフィルタの構成は、ガラス基板１枚の構成とし、ガラス基板にパルスレーザーを照射し、２．５μｍ四方に光線分離するように光の回折作用を付与させ、ガラス基板の表面に光反射防止膜をコーティングする。
【００５０】
酸化物基準の質量％で、２６％Ｐ２Ｏ５、４４％Ｎｂ２Ｏ５、８％ＴｉＯ２、６％（ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３）、１７％（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）の組成を有するガラスブロックを用意した。ガラスブロックから、ワイヤーソーを使用して、厚さ１ｍｍ、縦２０．７ｍｍ、横２７．４ｍｍに切り出し、ガラス基板とした。
このガラス基板を、表１に記載の設計厚さとするために、浜井産業株式会社製の１６Ｂ両面加工機で、上下の定盤に平均粒径０．９μｍのダイヤモンドシートを貼り付け、クーラントを供給しながら、目標とする設計厚さに６０μｍを加えた厚さまで研削した。
次に、研削加工で破損がなかったガラス基板について、浜井産業株式会社製の１６Ｂ両面加工機を使用し、上下の定盤にセリウム含有硬質ウレタン研磨パッド（ＪＨ  Ｒｈｏｄｅｓ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．製  ＬＰ−６６）を貼り付け、酸化セリウム粒子を分散した研磨スラリーを供給しながら、設計厚さとなるまで研磨した。研磨時の最大加工圧は２００ｇｆ／ｃｍ２であり、定盤の最大回転数は５０ｒｐｍである。研磨加工は、１回の加工枚数を１００枚として加工した。
研磨加工終了後、１回の加工枚数１００枚について、割れ、周縁部の欠け等のガラス基板の破損数を調べ、歩留りを算出した。
さらに未破損の基板について、パルスレーザーを照射し、回折作用を付与させた。屈折率変化領域をガラス内部に形成するために、波長８００ｎｍ、繰り返し周波数２５０ｋＨ、２００ｆｓのレーザーを１０倍（０．３）のレンズを介してガラス内部に集光照射し、ステージを１ｍｍ／ｓで走査して周期的な屈折率変化領域を形成した。焦点位置でのパルスエネルギーは０．５〜１．５μＪ／ｐｕｌｓｅで変化させた。屈折率変化領域は、最大屈折率差位置が周期ｄ＝６６７μｍで図１の模式図の様に市松模様状に配置した。本実施例では、全ての屈折率変化領域の正方形について、｜Δｎｄ｜が０．０１０±０．０００５であった。パルスレーザー照射工程において破損した基板の枚数を調べ、歩留りを算出した。結果を表１に記す。
【００５１】
【表１】
2014066943.tif 000003
【００５２】
６７．９Ｗｍｍ未満の厚さを有するガラス基板は、研磨加工後、及びパルスレーザー照射後の歩留りが極端に低下することが認められた。
【００５３】
次に、光反射防止膜の製膜前後による、光線分離幅のバラツキを測定した。
まず、パルスレーザー照射後のガラス基板を厚さ毎に１枚取り出し、波長５８７．５６ｎｍのレーザー光線を照射し、横方向の光線分離幅を測定した。その後、ＳｉＯ２、ＯＨ−５（キヤノンオプトロン株式会社製光学膜材料、主成分：ＺｒＯ２、ＴｉＯ２）、ＭｇＦ２からなる９層の光反射防止膜を製膜したのち、再度波長５８７．５６ｎｍのレーザー光線を照射し、横方向の光線分離幅を測定した。測定用のレーザー光線の照射位置は、ガラス基板の角から縦横５ｍｍの位置とした。結果を表２に示す。
【００５４】
【表２】
2014066943.tif 000004
【００５５】
６７．９Ｗｍｍ未満の厚さを有する光学ローパスフィルタは、光反射防止膜の応力によって、ガラス基板が変形し、設計光線分離幅から大きくばらつくことが分かった。
【００５６】
（実施例２）
画素ピッチが２．０×１０−３ｍｍのイメージセンサで使用される光学ローパスフィルタを作製する。光学ローパスフィルタの構成は、水晶板１枚、ガラス基板１枚の構成とし、ガラス基板にパルスレーザーを照射し、水晶板とガラス基板を貼り合せた時に、２．０μｍ四方に光線分離するように光の回折作用を付与させ、光学ローパスフィルタを得る。
【００５７】
酸化物基準の質量％で、２６％Ｐ２Ｏ５、４４％Ｎｂ２Ｏ５、８％ＴｉＯ２、６％（ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３）、１７％（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ＋ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＢａＯ）の組成を有するガラスブロックを用意した。ガラスブロックから、ワイヤーソーを使用して、厚さ１ｍｍ、縦２０．７ｍｍ、横２７．４ｍｍに切り出し、ガラス基板とした。
このガラス基板を、表３に記載の設計厚さとするために、浜井産業株式会社製の１６Ｂ両面加工機で、上下の定盤に平均粒径０．９μｍのダイヤモンドシートを貼り付け、クーラントを供給しながら、目標とする設計厚さに６０μｍを加えた厚さまで研削した。
次に、研削加工で破損がなかったガラス基板について、浜井産業株式会社製の１６Ｂ両面加工機を使用し、上下の定盤にセリウム含有硬質ウレタン研磨パッド（ＪＨ  Ｒｈｏｄｅｓ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．製  ＬＰ−６６）を貼り付け、酸化セリウム粒子を分散した研磨スラリーを供給しながら、設計厚さとなるまで研磨した。研磨時の最大加工圧は２００ｇｆ／ｃｍ２であり、定盤の最大回転数は５０ｒｐｍである。
研磨したガラス基板について、パルスレーザーを照射し、ガラス基板の内部に屈折率変化領域を配置することで回折作用を付与させた。屈折率変化領域をガラス内部に形成するために、波長８００ｎｍ、繰り返し周波数２５０ｋＨ、２００ｆｓのレーザーを１０倍（０．３）のレンズを介してガラス内部に集光照射し、ステージを１ｍｍ／ｓで走査して周期的な屈折率変化領域を形成した。焦点位置でのパルスエネルギーは０．５〜１．５μＪ／ｐｕｌｓｅで変化させた。屈折率変化領域は、最大屈折率差位置が周期ｄ６６７μｍで図１の模式図のように市松模様状に配置した。本実施例では、全ての屈折率変化領域の正方形について、｜Δｎｄ｜が０．０１０±０．０００３であった。
次に厚さ１ｍｍ、縦２０．７ｍｍ、横２７．４ｍｍの水晶板を切り出し、ガラス基板と同様に研削加工を施して、厚さ０．５ｍｍまで研削した。この水晶板をガラス基板と同様に研磨加工を施して、厚さ０．４０ｍｍまで研磨した。
作製したガラス基板と水晶板を光学用の紫外線硬化型エポキシ接着剤で貼り合せた。ここまでの加工で破損が生じなかったものを取り出し、これらを、スピードファム社製の片面研磨機ＦＡＭ１２ＢＳを使用し、定盤に硬質ウレタンの研磨パッドを貼りつけ、酸化セリウム粒子を分散した研磨スラリーを供給しながら、ガラス基板面を表３の設計厚さとなるまで各１０枚ずつ研磨した。その後、ガラス基板面の研磨と同様に片面研磨機を使用して、水晶板面を水晶板の厚さが０．３４ｍｍとなるまで、ガラス基板面の厚さごとに１０枚ずつ研磨した。
片面研磨機による加工は１枚ずつ行い、加工枚数は、ガラス基板の設計厚さごとに１０枚実施した。ガラス基板面の研磨時には破損は見られなかったが、貼り合せたガラス基板の厚さによっては、水晶面を研磨する工程で破損が見られた。ガラス基板と水晶板を張り合わせたもの１０枚に対する、水晶面の研磨加工後における歩留まりを表３に示す。
【００５８】
【表３】
2014066943.tif 000005
【００５９】
（実施例３）
画素ピッチが２．０×１０−３ｍｍのイメージセンサで使用される光学ローパスフィルタを作製する。光学ローパスフィルタの構成は、水晶板１枚、ガラス基板１枚の構成とし、ガラス基板にパルスレーザーを照射し、水晶板とガラス基板を貼り合せた時に、２．０μｍ四方に光線分離するように光の回折作用を付与させ、光学ローパスフィルタを得る。
【００６０】
酸化物基準の質量％で、２５％Ｐ２Ｏ５、４８％Ｎｂ２Ｏ５、１３％ＴｉＯ２、３％（ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３）、１０％（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎa2Ｏ＋Ｋ２Ｏ＋ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＢａＯ）の組成を有するガラスブロックを用意した。ガラスブロックから、ワイヤーソーを使用して、厚さ１ｍｍ、縦２０．７ｍｍ、横２７．４ｍｍに切り出し、ガラス基板とした。
このガラス基板を、表３に記載の設計厚さとするために、浜井産業株式会社製の１６Ｂ両面加工機で、上下の定盤に平均粒径０．９μｍのダイヤモンドシートを貼り付け、クーラントを供給しながら、目標とする設計厚さに６０μｍを加えた厚さまで研削した。
次に、研削加工で破損がなかったガラス基板について、浜井産業株式会社製の１６Ｂ両面加工機を使用し、上下の定盤にセリウム含有硬質ウレタン研磨パッド（ＪＨ  Ｒｈｏｄｅｓ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．製  ＬＰ−６６）を貼り付け、酸化セリウム粒子を分散した研磨スラリーを供給しながら、設計厚さとなるまで研磨した。研磨時の最大加工圧は２００ｇｆ/ｃｍ２であり、定盤の最大回転数は５０ｒｐｍである。
研磨したガラス基板について、パルスレーザーを照射し、ガラス基板の内部に屈折率変化領域を配置することで回折作用を付与させた。屈折率変化領域をガラス内部に形成するために、波長８００ｎｍ、繰り返し周波数２５０ｋＨ、２００ｆｓのレーザーを１０倍（０．３）のレンズを介してガラス内部に集光照射し、ステージを１ｍｍ／ｓで走査して周期的な屈折率変化領域を形成した。焦点位置でのパルスエネルギーは０．５〜１．５μＪ／ｐｕｌｓｅで変化させた。屈折率変化領域は、最大屈折率差位置が周期ｄ６６７μｍで図１の模式図のように市松模様状に配列するように配置した。本実施例では、全ての屈折率変化領域の正方形について、｜Δｎｄ｜が０．０１２±０．０００４であった。
次に厚さ１ｍｍ、縦２０．７ｍｍ、横２７．４ｍｍの水晶板を切り出し、ガラス基板と同様に研削加工を施して、厚さ０．２５ｍｍまで研削した。この水晶板をガラス基板と同様に研磨加工を施して、厚さ０．２０ｍｍまで研磨した。
作製したガラス基板と水晶板を光学用の紫外線硬化型エポキシ接着剤で貼り合せた。ここまでの加工で破損が生じなかったものを取り出し、これらを、スピードファム社製の片面研磨機ＦＡＭ１２ＢＳを使用し、定盤に硬質ウレタンの研磨パッドを貼りつけ、酸化セリウム粒子を分散した研磨スラリーを供給しながら、ガラス基板面を表３の設計厚さとなるまで各１０枚ずつ研磨した。その後、ガラス基板面の研磨と同様に片面研磨機を使用して、水晶板面を水晶板の厚さが０．１３ｍｍとなるまで、ガラス基板面の厚さごとに１０枚ずつ研磨した。
片面研磨機による加工は１枚ずつ行い、加工枚数は、ガラス基板の設計厚さごとに１０枚実施した。ガラス基板面の研磨時には破損は見られなかったが、貼り合せたガラス基板の厚さによっては、水晶面を研磨する工程で破損が見られた。ガラス基板と水晶板を張り合わせたもの１０枚に対する、水晶面の研磨加工後における歩留まりを表４に示す。
【００６１】
【表４】
2014066943.tif 000006
【００６２】
実施例３より、６７．９Ｗ未満の厚さを有するガラス基板と水晶板の接合体は、研磨加工後の歩留りが極端に低下することが認められた。また、実施例４より水晶基板が薄い場合でも、ガラス基板の厚みが厚ければ歩留りが改善する傾向が確認できた。
【００６３】
本発明の光学ローパスフィルタは、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等の各種カメラの撮像光学系に、公知の方法で組み込むことにより、使用することができる。
【図１】
2014066943.tif 000007