(57)【要約】【課題】製造が容易であり、材料選択または構造等の観点から設計の自由度が高い光学部品または光学的ローパスフィルターを提供すること、およびそれらの製造方法を提供する。【解決手段】屈折率が異なることにより区分される２以上の領域を有し、それら領域のうち最大体積である連続した領域の屈折率と異なる屈折率を有する領域が透明材料の内部に形成されていることを特徴とする光学部品または光学的ローパスフィルター。および透明材料にパルスレーザー光を照射または集光照射することにより、屈折率が異なる領域を内部に形成することを特徴とする光学部品または光学的ローパスフィルターの製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折率が異なることにより区分される２以上の領域を有し、それら領域のうち最大体積である連続した領域の屈折率と異なる屈折率を有する領域が透明材料の内部に形成されていることを特徴とする光学部品。
【請求項２】
前記異なる屈折率を有する領域は、連続した同一領域において形状が周期的に変化していることを特徴とする請求項１に記載の光学部品。
【請求項３】
前記異なる屈折率を有する領域が不連続に複数形成され、それらの複数形成された領域が２次元的または３次元的に周期的に配列されていることを特徴とする請求項１に記載の光学部品。
【請求項４】
前記異なる屈折率を有する領域は、連続した同一領域において形状が周期的に変化しており、該周期的な形状の変化が、カットオフ周波数以上の高空間周波数領域においてＭＴＦ値≦０．５となる周期的な形状の変化であることを特徴とする請求項２に記載の光学部品。
【請求項５】
前記周期的な形状の変化は、それに入射する光を光線分離し、カットオフ周波数以上の高空間周波数領域においてＭＴＦ値≦０．５となる周期的な形状の変化であることを特徴とする請求項４に記載の光学部品。
【請求項６】
前記異なる屈折率を有する領域が不連続に複数形成され、それらの複数形成された領域が２次元的または３次元的に周期的に配列されており、該周期的な配列がカットオフ周波数以上の高空間周波数領域においてＭＴＦ値≦０．５となる周期的な配列であることを特徴とする請求項３に記載の光学部品。
【請求項７】
前記周期的な配列は、それに入射する光を光線分離し、カットオフ周波数以上の高空間周波数領域においてＭＴＦ値≦０．５となる周期的な配列であることを特徴とする請求項６に記載の光学部品。
【請求項８】
前記異なる屈折率を有する領域は、連続した同一領域において形状が周期的に変化しており、該周期的な形状の変化が、カットオフ周波数以上の高空間周波数領域においてＭＴＦ値≦０．５となる周期的な形状の変化であることによって光学的ローパスフィルターとしての機能を有する請求項４または５に記載の光学部品。
【請求項９】
前記異なる屈折率を有する領域が不連続に複数形成され、それらの複数形成された領域が２次元的または３次元的に周期的に配列されており、該周期的な配列がカットオフ周波数以上の高空間周波数領域においてＭＴＦ値≦０．５となる周期的な配列であることによって光学的ローパスフィルターとしての機能を有する請求項６または７に記載の光学部品。
【請求項１０】
前記透明材料の内部に形成された領域は、最大体積をもつ領域に対して、０．１μｍ〜２μｍの波長における屈折率が０．０００１以上異なることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の光学部品。
【請求項１１】
前記透明材料は単結晶、ガラス、ガラスセラミックス、焼結体または有機樹脂のいずれかであることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の光学部品。
【請求項１２】
前記透明材料は、パルス幅が１０フェムト（１０×１０−１５）秒以上１０ピコ（１０×１０−１２）秒以下のパルスレーザー光を該透明材料に照射させた場合において、該パルスレーザー光が入射する面から、前記パルスレーザー光を集光させる部位までの該パルスレーザー光の透過率Ｔが、集光倍率Ｍとの関係において、下記式（ａ）及び（ｂ）を満たすことを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の光学部品。
Ｔ≧１００／Ｍ２  （ａ）
Ｔ≧（Ｉｔｈ×２×１０−４）／（Ｉ０×Ｍ２）  （ｂ）
Ｍ：（π／４）１／２×（透明材料入射時のパルスレーザー光の直径）／（材料の集光体積の三乗根）
Ｉｔｈ：透明材料中のパルスレーザー光を集光させる部位で異なる屈折率を有する領域を形成するのに必要なパルスレーザービームの空間パワー密度［Ｗ／ｃｍ３］
Ｉ０：材料にパルス光が入射する面におけるパルスレーザー光のパワー密度［Ｗ／ｃｍ２］
【請求項１３】
前記透明材料は、厚さ０．５ｍｍにおける透過率が４００ｎｍから５５０ｎｍの波長域で５０％以上であり、且つ８００ｎｍから１０００ｎｍで３０％以下である赤外光カットフィルターであることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の光学部品。
【請求項１４】
前記透明材料は、放出するα線量が０．０２ｃｏｕｎｔ／ｃｍ２・ｈｒ以下であることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載の光学部品。
【請求項１５】
前記透明材料は、放出するβ線量が１００ｃｏｕｎｔ／ｃｍ２・ｈｒ以下であることを特徴とする請求項１から１４のいずれかに記載の光学部品。
【請求項１６】
前記透明材料は屈折率分布型光学部品であることを特徴とする請求項１から１５のいずれかに記載の光学部品。
【請求項１７】
表面の一部または全部に凸面部および／または凹面部を有することを特徴とする請求項１から１６のいずれかに記載の光学部品。
【請求項１８】
請求項１から１７のいずれかの光学部品を有する撮像光学系。
【請求項１９】
カットオフ周波数以上の高空間周波数領域においてＭＴＦ値≦０．５である請求項１８に記載の撮像光学系。
【請求項２０】
透明材料にパルスレーザー光を照射または集光照射することにより、屈折率が異なる領域を内部に形成することを特徴とする請求項１から１７に記載の光学部品の製造方法。
【請求項２１】
照射するパルスレーザー光は、パルス幅が１０フェムト（１０×１０−１５）秒以上１０ピコ（１０×１０−１２）秒以下であることを特徴とする請求項２０に記載の光学部品の製造方法。
【請求項２２】
照射するパルスレーザー光は、前記透明材料内部の集光される位置における空間パワー密度が０．２×１０１１〜０．９×１０２４Ｗ／ｃｍ３であることを特徴とする請求項２０または２１に記載の光学部品の製造方法。
【請求項２３】
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を特徴とする請求項２０から２２のいずれかに記載の光学部品の製造方法。
【請求項２４】
前記透明材料に複数のパルスレーザー光を複数の位置に集光照射することにより、複数の屈折率が異なる領域を一括して形成することを特徴とする請求項２０から２３のいずれかに記載の光学部品の製造方法。
【請求項２５】
複数のパルスレーザー光を前記透明材料の内部で干渉させ、干渉により形成されるパルスレーザー光の光強度分布に依存した形状の屈折率が異なる領域を内部に形成することを特徴とする請求項２０から２４のいずれかに記載の光学部品の製造方法。
【請求項２６】
内部に形成される屈折率が異なる領域の形状を、その連続した領域において周期的に変化させることを特徴とする請求項２０から２５のいずれかに記載の光学部品の製造方法。
【請求項２７】
内部に形成される屈折率が異なる領域を２次元的または３次元的に周期的に配列することを特徴とする請求項２０から２５のいずれかに記載の光学部品の製造方法。
【請求項２８】
内部に形成される屈折率が異なる領域の形状をその連続した領域において周期的に変化させ、該周期的な形状の変化は、カットオフ周波数以上の高空間周波数領域においてＭＴＦ値≦０．５となる周期的な形状の変化であることを特徴とする請求項２６に記載の光学部品の製造方法。
【請求項２９】
内部に形成される屈折率が異なる領域を２次元的または３次元的に周期的に配列し、該周期的な配列はカットオフ周波数以上の高空間周波数領域においてＭＴＦ値≦０．５となる周期的な配列であることを特徴とする請求項２７に記載の光学部品の製造方法。
【請求項３０】
内部に形成される屈折率が異なる領域の０．１μｍ〜２μｍの波長における屈折率は、パルスレーザー光を照射または集光照射する前の透明材料の屈折率に対して、０．０００１以上異なることを特徴とする請求項２０から２９のいずれかに記載の光学部品の製造方法。
【請求項３１】
前記透明材料は、前記パルスレーザー光が入射する面から、前記パルスレーザー光を集光させる部位までの前記パルスレーザー光の透過率Ｔが、集光倍率Ｍとの関係において、下記式（ａ）及び（ｂ）を満たす材料である請求項２０から３０のいずれかに記載の光学部品の製造方法。
Ｔ≧１００／Ｍ２  （ａ）
Ｔ≧（Ｉｔｈ×２×１０−４）／（Ｉ０×Ｍ２）  （ｂ）
Ｍ：（π／４）１／２×（透明材料入射時のパルスレーザー光の直径）／（材料の集光体積の三乗根）
Ｉｔｈ：透明材料中のパルスレーザー光を集光させる部位で屈折率が異なる領域を形成するのに必要なパルスレーザービームの空間パワー密度［Ｗ／ｃｍ３］
Ｉ０：材料にパルス光が入射する面におけるパルスレーザー光のパワー密度［Ｗ／ｃｍ２］
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はパルスレーザー光、特にフェムト（１０−１５）秒パルスのような、時間幅が１０−１２秒以下のパルスレーザー光を用いて作製された光学部品に関するものであり、特にビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、ファイバースコープなどの固体撮像素子おいて好適な光学的ローパスフィルターならびにそれらの製造方法に関するものである。また、液晶、プラズマ、ＥＬ、ＳＥＤディスプレイなどのドットマトリクス表示素子における光学的ローパスフィルターとしての利用にも好適である。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルビデオカメラやデジタルスチルカメラの普及に伴い、光学系のコンパクト化と画素数の高密度化が進んでいる。
【０００３】
デジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラは、不連続に且つ規則正しく配列された画素を有する固体撮像素子を備えており、被写体像を光学的に空間サンプリングすることにより、被写体像の各画素に対応する撮像出力を得ている。
【０００４】
このように被写体像を光学的にサンプリングする固体撮像素子では、取り扱うことのできる絵柄の細かさがサンプリング周波数に関連して決まり、このサンプリング周波数の半分の周波数であるナイキスト周波数（以下カットオフ周波数）よりも高い空間周波数成分が上記被写体像に含まれると、折り返しによる偽信号が発生し、例えばカラービデオカメラでは再生画像に被写体の色と無関係な色が上記偽信号によって入ってしまう。そこで、上記のような固体撮像素子を有する装置では被写体の高空間周波数成分を制限する光学的ローパスフィルターを撮像光学系に設置し、折り返しによる偽信号の発生を防止するようにしていた。
【０００５】
上記光学的ローパスフィルターとしては、従来より水晶の複屈折を利用してカットオフ周波数よりも低い空間周波数成分に対しては極力高いコントラストを維持するようにしたものが広く知られている。
【０００６】
また従来より、結像光学系の瞳関数の自己相関関数がこの系の伝達関数（以下、その絶対値をＭＴＦと記す。）を与えることに注目し、この瞳関数に積極的に収差をも持たせて目的とする光学特性を得るようにした位相型光学的ローパスフィルターが提案されている。即ち、ＭＴＦとは空間周波数に対するコントラストを表すので、画素の開口幅とピッチによって決まるカットオフ周波数以上の高空間周波数領域のコントラストを低くするようなＭＴＦ特性を呈する光学部品を光学系に挿入することにより、折り返しにより生じる偽信号像を目立たなくさせる。
【０００７】
このような位相型光学的ローパスフィルターとして、例えばガラスや樹脂などの透明基板表面に縞状の周期構造を形成させたものを光学系に挿入することにより、上記縞状の周期構造により透過光の光学的距離の差、すなわち位相差を与えるようにして瞳関数の位相項を変化させて、光学的ローパスフィルターの特性を持たせるようにしたものである。
【０００８】
上記位相型光学的ローパスフィルターの作製法に関して様々な手法が開示されており、例えば半導体加工技術で用いられるリソグラフィーが知られている。ここでは、ガラスなどの基板上に塗布された感光性樹脂膜に対して、フォトマスクを用いてマスク露光又は干渉露光及び現像を行い、感光性膜のパターンをガラス上に作製する。次いで、この上からドライエッチング処理を行うことで表面に露出しているガラスと感光性膜のパターンが同時にエッチングされ、やがて感光性膜は消失すると共に露出しているガラス面はエッチングによって凹部が形成され、全体がガラス基板からなる回折格子が形成される。
【０００９】
また、上記手段を用いて金属や単結晶などにパターンを作製し、それを鋳型として熱間プレス、射出成型によりパターン転写するという手法、或いはその鋳型に光硬化性樹脂を流し込み、紫外線などを照射することにより鋳型形状に樹脂を硬化させるフォトポリマー法が知られている（特許文献８参照）。
【００１０】
また、特許文献１、特許文献２では、ダイヤモンドホイールを用いて切削加工により基板表面に周期的な凹凸の縞状構造を作製すること手法が開示されている。
【００１１】
特許文献３ではイオン交換法等を用いてガラス表面に屈折率が異なる部分を形成して位相型回折格子を作製する方法が開示されている。
【００１２】
一方で、近年レーザーパルス圧縮技術の向上に伴い、超短パルスレーザー光を利用した透明材料の加工が盛んに報告されており、特にパルス幅がフェムト秒レベルのレーザー光はそのピークパワーの強さから多光子吸収過程を利用した透明材料内部の３次元的な加工が可能であることが知られており、特許文献４ではレーザー光照射によりガラス内部に高屈折率領域を形成し、光導波路を立体的に構成する方法が開示されている。また特許文献５ではレーザー光照射によりガラス内部に永続的屈折率変化を３次元的に分布させ、回折光学素子を作製する方法について開示されている。
【００１３】
また、フェムト秒レーザー光の照射方法については、パルスビームをレンズで集光し、焦点を走査する加工法や（上記の他、特許文献６参照）、  特許文献７ではレーザービームを走査機構を用いずにガラスなどの透明材料内部に２次元、或いは３次元形状をした屈折率変化部位を一括で形成する方法が開示されている。
【００１４】
水晶の複屈折を利用した光学的ローパスフィルターは、水晶の原料コストが高く、特に固体撮像素子を用いるカラービデオカメラでは複数枚の水晶が必要となり厚みが増すため、光学系のコンパクト化を制限してしまう。また、製造上、正確な光学軸合わせや、貼り合わせ時の歪の問題等、その製造上の問題も多く量産に適さない。
【００１５】
一方、材料の表面を加工することにより得られる従来の位相型回折格子を用いた光学的ローパスフィルターは、製造の観点から以下の様な問題点がある。
【００１６】
例えば、リソグラフィーを用いる場合、前記のように工程数が多く時間がかかるため加工コスト高につながる。一方、加工の難易度からみても、例えば凹凸差の高い矩形格子を作製しようとする際、垂直方向に深い溝を加工することは容易ではなく、材料によりドライエッチング時の最適雰囲気条件を選定する必要があるなど、制御が煩雑である上、材料選択の自由度が低い。また、加工方法の性質上、表面の２次元加工に限られるため構造設計の自由度も低い。
【００１７】
一方、リソグラフィーにより作製された鋳型を用いる際、リソグラフィーで直接基板を加工する場合に比べて量産性は向上するのでコストを抑えられる利点はあるが、材料選択の面で制限がある。すなわち、熱間レプリカの場合、被加工材料はガラスや樹脂に限られる。また、特許文献８で示されるフォトポリマー法の場合でも、感光性樹脂に限られてしまう。更に、熱間レプリカの場合、金型と被加工材料の選択の際、ガラスの軟化温度に対する金型の耐久性が課題となり、逆にその観点から材料が限られてしまうことがある。
【００１８】
ダイヤモンドホイールを用いた切削加工については、鋳型を用いたガラスや樹脂の成型に比べると量産性は低く、多角や曲線的なフィルタパターンの加工が困難であるため、設計段階で形状の自由度が低い上に形状精度も低い。また、材料の機械的強度も課題となり材料選択の自由度が低い。
【００１９】
イオン交換法等を利用してガラス表面に屈折率が異なる部分を形成する方法は、基本的に材料表面の加工であり、パターン設計の自由度が低い。またイオン交換法の場合、所望のパターンを得るためには上記のフォトリソグラフィーにより金属マスクなどのパターンを形成し、これを溶融塩槽に浸漬することによって行われ、工程が煩雑である。
【００２０】
一方、上記の超短パルスレーザー光による内部加工に関しては、先の特許文献７は３次元形状の屈折率変領域の形成により作製される光通信用の光部品の例が幾つか例示されている。また、先の特許文献５では３次元の体積型回折格子の作製法であり、層状に屈折率変化させた領域を利用したブラッグ回折格子としての利用用途が明記されている。しかしながら、いずれの開示においても、それを透過する光の位相を制御する光学部品、特に光学的ローパスフィルターの用途については議論されていない。
【特許文献１】特開平６−２４２４０４号公報
【特許文献２】特開平７−５３９５号公報
【特許文献３】特開昭６１−１４９９２３号公報
【特許文献４】特開平９−３１１２３７号公報
【特許文献５】特開２０００−５６１１２号公報
【特許文献６】特表２００３−５０６７３１号公報
【特許文献７】特開２００４−１９６５８５号公報
【特許文献８】特開平６−３０８４３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
本発明は、製造が容易であり、材料選択または構造等の観点から設計の自由度が高い光学部品または光学的ローパスフィルターを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明者らは、パルスレーザー光により透明材料内部に２次元的または３次元的に形成された異質相に起因する屈折率変化領域を利用して光の位相制御が可能であることに着目し、透過光線の位相を制御する光学部品への応用を見出し、その中でも特に光学的ローパスフィルターとしての利用に好適であることを見出した。
すなわち、該加工法は加工波長で透明な材料であれば、多光子吸収過程により材料内部を３次元的に加工可能であるため、従来の加工法では困難であった複雑なパターン設計の場合でも、照射光学系の変更等により容易であり、加工の工程数および加工時間を短縮することで製造段階におけるコストを低減することが可能となる。また、例えば固体撮像素子に組み込まれる際に要求される光学的、機械的、熱的特性を有する材料を適宜選択することが可能であることを見出し、本発明を完成した。
【００２３】
すなわち、本発明の第１の構成は、屈折率が異なることにより区分される２以上の領域を有し、それら領域のうち最大体積である連続した領域の屈折率と異なる屈折率を有する領域が透明材料の内部に形成されていることを特徴とする光学部品または光学的ローパスフィルターである。
【００２４】
本明細書において、屈折率が異なることにより区分される２以上の領域とは、ある屈折率の値を閾値としたときに、その屈折率によって区分される２以上の領域をいう。従って区分された一つの領域の内部においては、屈折率は必ずしも一定の値を取るものではない。パルスレーザー光を照射する前の透明材料が既に屈折率分布を有している場合は、屈折率の閾値は透明材料の位置に応じて複数の値を設定してもよい。
【００２５】
本発明の第２の構成は、前記異なる屈折率を有する領域は、連続した同一領域において形状が周期的に変化していることを特徴とする前記第１の構成の光学部品または光学的ローパスフィルターである。
【００２６】
本発明の第３の構成は、前記異なる屈折率を有する領域が不連続に複数形成され、それらの複数形成された領域が２次元的または３次元的に周期的に配列されていることを特徴とする前記第１の構成の光学部品または光学的ローパスフィルターである。
【００２７】
本発明の第４の構成は、前記異なる屈折率を有する領域は、連続した同一領域において形状が周期的に変化しており、該周期的な形状の変化が、カットオフ周波数以上の高空間周波数領域においてＭＴＦ値≦０．５となる周期的な形状の変化であることを特徴とする前記第２の構成の光学部品またはローパスフィルターである。
【００２８】
本発明の第５の構成は、前記周期的な形状の変化は、それに入射する光を光線分離し、カットオフ周波数以上の高空間周波数領域においてＭＴＦ値≦０．５となる周期的な形状の変化であることを特徴とする前記第４の構成の光学部品またはローパスフィルターである。
【００２９】
本発明の第６の構成は、前記異なる屈折率を有する領域が不連続に複数形成され、それらの複数形成された領域が２次元的または３次元的に周期的に配列されており、該周期的な配列がカットオフ周波数以上の高空間周波数領域においてＭＴＦ値≦０．５となる周期的な配列であることを特徴とする前記第３の構成の光学部品またはローパスフィルターである。
【００３０】
本発明の第７の構成は、前記周期的な配列は、それに入射する光を光線分離し、カットオフ周波数以上の高空間周波数領域においてＭＴＦ値≦０．５となる周期的な配列であることを特徴とする前記第６の構成の光学部品またはローパスフィルターである。
【００３１】
本発明の第８の構成は、前記異なる屈折率を有する領域は、連続した同一領域において形状が周期的に変化しており、該周期的な形状の変化が、カットオフ周波数以上の高空間周波数領域においてＭＴＦ値≦０．５となる周期的な形状の変化であることによって光学的ローパスフィルターとしての機能を有する前記第４または第５の構成の光学部品である。
【００３２】
本発明の第９の構成は、前記異なる屈折率を有する領域が不連続に複数形成され、それらの複数形成された領域が２次元的または３次元的に周期的に配列されており、該周期的な配列がカットオフ周波数以上の高空間周波数領域においてＭＴＦ値≦０．５となる周期的な配列であることによって光学的ローパスフィルターとしての機能を有する前記第６または７の構成の光学部品である。
【００３３】
本発明の第１０の構成は、前記透明材料の内部に形成された領域は、最大体積をもつ領域に対して、０．１μｍ〜２μｍの波長における屈折率が０．０００１以上異なることを特徴とする前記第１から９のいずれかの構成の光学部品またはローパスフィルターである。
【００３４】
本発明の第１１の構成は、前記透明材料は単結晶、ガラス、ガラスセラミックス、焼結体または有機樹脂のいずれかであることを特徴とする前記第１から１０のいずれかの構成の光学部品またはローパスフィルターである。
【００３５】
本発明の第１２の構成は、前記透明材料は、パルス幅が１０フェムト（１０×１０−１５）秒以上１０ピコ（１０×１０−１２）秒以下のパルスレーザー光を該透明材料に照射させた場合において、該パルスレーザー光が入射する面から、前記パルスレーザー光を集光させる部位までの該パルスレーザー光の透過率Ｔが、集光倍率Ｍとの関係において、下記式（ａ）及び（ｂ）を満たすことを特徴とする前記第１から１１のいずれかの構成の光学部品またはローパスフィルターである。
Ｔ≧１００／Ｍ２  （ａ）
Ｔ≧（Ｉｔｈ×２×１０−４）／（Ｉ０×Ｍ２）  （ｂ）
Ｍ：（π／４）１／２×（透明材料入射時のパルスレーザー光の直径）／（材料の集光体積の三乗根）
Ｉｔｈ：透明材料中のパルスレーザー光を集光させる部位で異なる屈折率を有する領域を形成するのに必要なパルスレーザービームの空間パワー密度［Ｗ／ｃｍ３］
Ｉ０：材料にパルス光が入射する面におけるパルスレーザー光のパワー密度［Ｗ／ｃｍ２］
【００３６】
本発明の第１３の構成は、前記透明材料は、厚さ０．５ｍｍにおける透過率が４００ｎｍから５５０ｎｍの波長域で５０％以上であり、且つ８００ｎｍから１０００ｎｍで３０％以下である赤外光カットフィルターであることを特徴とする前記第１から１２のいずれかの構成の光学部品またはローパスフィルターである。
【００３７】
本発明の第１４の構成は、前記透明材料は、放出するα線量が０．０２ｃｏｕｎｔ／ｃｍ２・ｈｒ以下であることを特徴とする前記第１から１３のいずれかの構成の光学部品またはローパスフィルターである。
【００３８】
本発明の第１５の構成は、前記透明材料は、放出するβ線量が１００ｃｏｕｎｔ／ｃｍ２・ｈｒ以下であることを特徴とする前記第１から１４のいずれかの構成の光学部品またはローパスフィルターである。
【００３９】
本発明の第１６の構成は、前記透明材料は屈折率分布型光学部品であることを特徴とする前記第１から１５のいずれかの構成の光学部品またはローパスフィルターである。
【００４０】
本発明の第１７の構成は、表面の一部または全部に凸面部および／または凹面部を有することを特徴とする前記第１から１６のいずれかの構成の光学部品またはローパスフィルターである。
【００４１】
本発明の第１８の構成は、前記第１から１７のいずれかの構成の光学部品を有する撮像光学系である。
【００４２】
本発明の第１９の構成は、カットオフ周波数以上の高空間周波数領域においてＭＴＦ値≦０．５である前記第１８の構成の撮像光学系である。
【００４３】
本発明の第２０の構成は、透明材料にパルスレーザー光を照射または集光照射することにより、屈折率が異なる領域を内部に形成することを特徴とする前記第１から１７の構成の光学部品またはローパスフィルターの製造方法である。
【００４４】
本発明の第２１の構成は、照射するパルスレーザー光は、パルス幅が１０フェムト（１０×１０−１５）秒以上１０ピコ（１０×１０−１２）秒以下であることを特徴とする前記第２０の構成の光学部品またはローパスフィルターの製造方法である。
【００４５】
本発明の第２２の構成は、照射するパルスレーザー光は、前記透明材料内部の集光される位置における空間パワー密度が０．２×１０１１〜０．９×１０２４Ｗ／ｃｍ３であることを特徴とする前記第２０または２１の構成の光学部品またはローパスフィルターの製造方法である。
【００４６】
本発明の第２３の構成は、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を特徴とする前記第請求項２０から２２のいずれかの構成の光学部品またはローパスフィルターの製造方法である。
【００４７】
本発明の第２４の構成は、前記透明材料に複数のパルスレーザー光を複数の位置に集光照射することにより、複数の屈折率が異なる領域を一括して形成することを特徴とする前記第請求項２０から２３のいずれかの構成の光学部品またはローパスフィルターの製造方法である。
【００４８】
本発明の第２５の構成は、複数のパルスレーザー光を前記透明材料の内部で干渉させ、干渉により形成されるパルスレーザー光の光強度分布に依存した形状の屈折率が異なる領域を内部に形成することを特徴とする前記第２０から２４のいずれかの構成の光学部品またはローパスフィルターの製造方法である。
【００４９】
本発明の第２６の構成は、内部に形成される屈折率が異なる領域の形状を、その連続した領域において周期的に変化させることを特徴とする前記第２０から２５のいずれかの構成の光学部品またはローパスフィルターの製造方法である。
【００５０】
本発明の第２７の構成は、内部に形成される屈折率が異なる領域を２次元的または３次元的に周期的に配列させることを特徴とする前記第２０から２５のいずれかの構成の光学部品またはローパスフィルターの製造方法である。
【００５１】
本発明の第２８の構成は、内部に形成される屈折率が異なる領域の形状をその連続した領域において周期的に変化させ、該周期的な形状の変化は、カットオフ周波数以上の高空間周波数領域においてＭＴＦ値≦０．５となる周期的な形状の変化であることを特徴とする前記第２６の構成の光学部品またはローパスフィルターの製造方法である。
【００５２】
本発明の第２９の構成は、内部に形成される屈折率が異なる領域を２次元的または３次元的に周期的に配列し、該周期的な配列はカットオフ周波数以上の高空間周波数領域においてＭＴＦ値≦０．５となる周期的な配列であることを特徴とする前記第２７の構成の光学部品またはローパスフィルターの製造方法である。
【００５３】
本発明の第３０の構成は、内部に形成される屈折率が異なる領域の０．１μｍ〜２μｍの波長における屈折率は、パルスレーザー光を照射または集光照射する前の透明材料の屈折率に対して、０．０００１以上異なることを特徴とする前記第２０から２９のいずれかの構成の光学部品またはローパスフィルターの製造方法である。
【００５４】
本発明の第３１の構成は、前記透明材料は、前記パルスレーザー光が入射する面から、前記パルスレーザー光を集光させる部位までの前記パルスレーザー光の透過率Ｔが、集光倍率Ｍとの関係において、下記式（ａ）及び（ｂ）を満たす材料である前記第２０から３０のいずれかの構成の光学部品またはローパスフィルターの製造方法である。
Ｔ≧１００／Ｍ２  （ａ）
Ｔ≧（Ｉｔｈ×２×１０−４）／（Ｉ０×Ｍ２）  （ｂ）
Ｍ：（π／４）１／２×（透明材料入射時のパルスレーザー光の直径）／（材料の集光体積の三乗根）
Ｉｔｈ：透明材料中のパルスレーザー光を集光させる部位で屈折率が異なる領域を形成するのに必要なパルスレーザービームの空間パワー密度［Ｗ／ｃｍ３］
Ｉ０：材料にパルス光が入射する面におけるパルスレーザー光のパワー密度［Ｗ／ｃｍ２］
【００５５】
本発明の光学部品または光学的ローパスフィルターの構成について説明する。
本発明は屈折率ｎ０を有する透明材料の内部にｎ０とは異なる屈折率Ｎの領域が不連続に形成されることにより光学部品または光学的ローパスフィルターを構成する。ここで、製造工程での効率の観点からは、レーザー光を照射する領域はなるべく少ない方が効率が良く、屈折率ｎ０である領域は光学部品または光学的ローパスフィルターにおいて最大体積を有することが好ましい。
この光学部品または光学的ローパスフィルターは屈折率Ｎの領域を通過する光とｎ０を通過する光の間で位相の変化が起こること、あるいは屈折率Ｎの領域の形状の変化による光路の変化によって、通過する光の間で位相の変化が起こることを利用している。
さらに本発明は屈折率Ｎの領域を、その連続した領域における形状を周期的に変化させること、あるいは屈折率Ｎの領域を透明材料の内部に２次元的あるいは３次元的に周期的に複数形成し、配列することにより光学部品または光学的ローパスフィルターを構成する。
【００５６】
この周期的な形状の変化、または周期的な配列は、それらに入射する光を光線分離し、固体撮像素子等のサンプリング理論によって決まるカットオフ周波数ｒｃ以上の高空間周波数領域において、（空間周波数が０［本／ｍｍ］におけるＭＴＦ値を１として）ＭＴＦ値が０．５以下となる周期的な形状の変化または周期的な配列であることが好ましい。より好ましいＭＴＦ値は０．３以下であり、最も好ましいＭＴＦ値は０．１以下である。
この屈折率Ｎの領域が配列される周期性は、２次元的あるいは３次元的に周期が一定でも良く、周期が変調するものであっても良い。
また上記ＭＴＦ値は波長４００ｎｍから７００ｎｍの光に対して上記範囲に入ることが好ましい。
【００５７】
前記光線分離とは、光学像が図１９のようにレンズ光学系と本発明の光学部品を介して固体撮像素子の画素面に結像される光学系において、例えば図２０のように一方向に配列する画素サイズｘ’の画素を考えると、０次光と１次光および／または−１次光の間隔が等しく三方向に分離されるようにしても良く、それら分離された光の強度、即ち０次の光強度Ｉ０、±１次の光強度Ｉ±１（Ｉ１、Ｉ−１）に関して、相対強度（Ｒ＝Ｉ±１／Ｉ０）が０．５＜Ｒ＜２の範囲であると良い。光線分離の仕方はこれに限られるものではなく、画素の配列の仕方、視覚的な好みによって更に高次の分離光を利用したり、それらの強度比を適宜選択しても良い。
【００５８】
前記周期的な形状の変化、または周期的な配列は、本発明の光学部品または光学的ローパスフィルターと、連関して機能する他の光学部品とで構成される光学系と組み合わせたときにローパスフィルターのｒｃ以上のＭＴＦ値が上述の範囲内となるような形状の変化、配列であることが好ましい。また、本発明の光学部品または光学的ローパスフィルターと組み合わせられて光学系を構成する光学部品としては、例えば、レンズ、ミラー、プリズム、反射防止部品、ダイクロイック部品、偏光部品、位相板、開口絞り、カラーフィルター等であり、これらの例に限られるものではない。
また、前記周期構造はそれ自体がレンズとして作用し、且つＭＴＦが上記範囲に入るような周期構造であっても良い。
【００５９】
屈折率Ｎの領域の形状は任意の形状で良い。例えば円柱状、三角柱状もしくは四角柱状等の多角柱状、球状、楕円球状、立方体状、長方体状、円錐状、三角錐もしくは四角錘等の多角錘でも良く、さらにその他の多面体でも良い。また、この屈折率Ｎの領域の形状はその連続した領域における形状を周期的に変化させても良い。屈折率Ｎの領域を複数形成し、配列した場合、これら配列された領域の各々の形状は統一されていても良いが、厚みやサイズが周期的に変化するものであっても良く、またランダムに変化するものでも良い。
【００６０】
ここで本発明で言う透明材料とは、屈折率Ｎの領域を形成するために照射するパルスレーザー光が入射する面から、前記パルスレーザー光を集光させる部位までの該パルスレーザー光の透過率Ｔが、集光倍率Ｍとの関係において、下記式（ａ）及び（ｂ）を満たす材料をいう。
Ｔ≧１００／Ｍ２                          （ａ）
Ｔ≧（Ｉｔｈ×２×１０−４）／（Ｉ０×Ｍ２）  （ｂ）
ここで、
Ｍ：（π／４）１／２×（材料入射時のパルスレーザー光の直径）／（材料の集光体積の三乗根）
Ｉｔｈ：材料中のパルスレーザー光を集光させる部位で異質相を形成するのに必要なパルスレーザービームの空間パワー密度（Ｗ／ｃｍ３）
Ｉ０：材料にパルス光が入射する面におけるパルスレーザー光のパワー密度（Ｗ／ｃｍ２）
である。
屈折率Ｎの領域を形成する加工においては、照射するレーザーの波長に対して材料の線形吸収係数が小さいことが好ましい。具体的には上記式（ａ）及び（ｂ）を満たすことが好ましい。また、上記式（ｂ）に換えて下記（ｃ）式を満たす事がより好ましく、上記式（ｃ）に換えて、下記（ｄ）式を満たすことが最も好ましい。
Ｔ≧（Ｉｔｈ×３×１０−４）／（Ｉ０×Ｍ２）  （ｃ）
Ｔ≧（Ｉｔｈ×５×１０−４）／（Ｉ０×Ｍ２）  （ｄ）
上記の範囲であれば集光部位以外の領域のダメージを小さくでき、精度の良い加工が可能となる。
ここで上記線形吸収係数とはレーザービームのパワー密度（レーザーパワー／照射面積）が充分小さいときの吸収係数をいう。
【００６１】
本発明の透明材料は単結晶、ガラス、ガラスセラミックス、焼結体または有機樹脂であることが好ましい。また、これら材料の形状はバルクである必要はなく、バルク基板上の薄膜であってもよい。さらに、これら材料形状は平行平板に限られる必要はなく、例えばレンズのようにある曲率の凹や凸曲面、高次の曲面を有していても良い。
【００６２】
また、本発明の透明材料はそれ自体がある特性を有するものであっても良い。例えばＣＣＤ等の固体撮像素子の前面には、赤外線をカットするために赤外光カットフィルター、固体撮像素子の保護のためにカバーガラスが備えられている。本発明の透明材料はこの赤外光カットフィルターおよび／またはカバーガラスの機能を有する材料を用いても良い。この赤外光カットフィルターは好ましくは、厚さ０．５ｍｍにおける透過率が４００ｎｍから５５０ｎｍの波長域で５０％以上であり、かつ８００ｎｍから１０００ｎｍの波長域で３０％以下であり、より好ましくは４００ｎｍから５５０ｎｍの波長域で５０％以上であり、かつ８００ｎｍから１０００ｎｍの波長域で１０％以下であり、最も好ましくは４００ｎｍから５５０ｎｍの波長域で５０％以上でかつ８００ｎｍから１０００ｎｍの波長域で５％以下である。
ＣＣＤ等の固体撮像素子前面に配置されるカバーガラスはそれ自体が放出するα線量が多いとノイズの原因となるため、α線の放出量は少ない事が好ましく、その量は０．０２ｃｏｕｎｔ／ｃｍ２・ｈｒ以下が好ましく、０．０１ｃｏｕｎｔ／ｃｍ２・ｈｒ以下がより好ましい。同様にβ線の放出もノイズの原因となるため、１００ｃｏｕｎｔ／ｃｍ２・ｈｒ以下が好ましく、５０ｃｏｕｎｔ／ｃｍ２・ｈｒ以下がより好ましい。
【００６３】
また、本発明の透明材料について、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ及びＭｏ等の各遷移金属成分は、それぞれを単独また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部品を使用する場合には、実質的に含まないことが好ましい場合が多い。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部品を使用する場合には、実質的に含まないことが好ましい場合が多い。
さらに、Ｂｅ、Ｐｂ、Ｔｈ、Ｃｄ、Ｔｌ、Ａｓ、Ｏｓ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｂｉ、Ｆ、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場合が多い。
しかし、本発明の透明材料として色フィルターの機能を有する材料で特に赤外光カットフィルターの機能を有する材料を用いる場合には、本発明の透明材料にＣｕ、Ｎｉ、Ｖ、Ｆｅ、Ｃｅ、Ｐｂ、Ｓｎ等の成分を含むことが好ましい場合が多い。
【００６４】
従来の光学的ローパスフィルターは、屈折率の異なる部分や凸凹等をあるパターンをもって基板表面に形成することによって得られる。本発明は屈折率Ｎの部分を内部に形成することによって、それらを３次元的に配列することが可能になり、従来の材料表面を加工することによって得られるローパスフィルターに比べ、パターン形成の自由度が高くなる。
【００６５】
ここで屈折率ｎ０とＮは、波長０．１μｍ〜２μｍの任意の波長における屈折率を表わし、通過する光の位相差を生じさせる目的から、ｎ０とＮは０．０００１以上異なることが好ましく、０．００１以上異なることがより好ましく、０．０１以上異なることが最も好ましい。
一つのフィルターの複数の領域において、Ｎはひとつの値を持つだけでなく、複数の値を持つものであっても良い。また、一つの連続した領域内においてＮは複数の値を持つものであってもよく、連続的に変化するものであっても良い。
【００６６】
本発明の光学部品または光学的ローパスフィルターの製造方法について説明する。
本発明は透明材料内部にパルスレーザー光を照射または集光照射することにより、該材料内部に異質相を形成し、この異質相の屈折率がレーザー光の照射前の状態から永続的に変化することによって、屈折率が異なる領域を形成することによって構成される。
【００６７】
本発明で言う異質相とは、レーザー光の照射によって生じる光誘起による変化で形成される異質相を広く含む。光誘起による変化としては、例えば、光の高電磁場による材料内部の分子構造の変化や、レーザー光の集光による熱や光化学反応や物質の酸化還元、非線形効果などの種々の光効果による結晶生成および／または結晶成長や高密度化、低密度化、分相、気泡生成などを広く含み、本発明ではそれらに起因する永続的な屈折率変化を利用する。
【００６８】
レーザー光照射後の材料内部に歪みが生じる場合、あるいは着色が生じる場合には、材料が軟化しない程度の適当な温度域で熱処理する事によりこれら歪みや着色を低減または除去することが好ましい。
【００６９】
照射するパルスレーザー光は、パルス幅が１０フェムト（１０×１０−１５）秒以上１０ピコ（１０×１０−１２）秒以下であることが好ましく、特に材料がガラスの場合１５フェムト秒以上５００フェムト秒以下がより好ましく、２０フェムト秒以上３００フェムト秒以下が最も好ましい。
【００７０】
レーザー光を材料内部に照射する場合において、材料内部における集光点の空間分布、特に３次元形状をした集光形状の空間分布が問題となるため、空間パワー密度という概念によって照射するレーザー光を規定することが好ましい。空間パワー密度は以下の式によって定義される。
空間パワー密度（Ｗ／ｃｍ３）＝特定の微小体積に投入されるエネルギー（Ｊ）÷照射時間（ｓ）÷前記微小体積（ｃｍ３）。
本発明において屈折率変化領域が形成されるときのレーザーパワーは、材料内部の集光される位置における空間パワー密度が０．２×１０１１〜０．９×１０２４Ｗ／ｃｍ３であることが好ましく、特に０．２×１０１５〜０．９×１０２０Ｗ／ｃｍ３であることがより好ましく、０．５×１０１５〜０．５×１０２０Ｗ／ｃｍ３であることが最も好ましい。
【００７１】
複数のパルス光を照射する場合には、それらの光を透明材料内部で干渉するように照射または集光照射し、干渉により形成される光強度分布に応じた形状の屈折率変化領域を形成してもよい。その際、該干渉パターンの最も光強度の高い領域における空間パワー密度が前記範囲に入ることが好ましい。またレーザーのパルス幅は１００フェムト秒から１０ピコ秒が好ましく、３００フェムト秒から１ピコ秒がより好ましく、４００フェムト秒から９００フェムト秒が最も好ましい。上記範囲であれば、材料の表面を損傷させることなく内部の干渉位置で精度の良い加工ができる。
【００７２】
本発明の光学部品の製造方法においては、パルスレーザー光を複数に分割する工程を有していても良く、またそれらの複数のパルスレーザー光をそれぞれ複数位置に集光照射することにより、一括して複数の屈折率が異なる領域を材料内部に形成することも可能であり、それにより加工スループットを向上させることができる。前記ビームを複数に分割する工程はビームスプリッター、回折格子、マイクロレンズアレイ等の光学部品を用いて行うことができるが、必ずしもこれらに限られるものではない。
【００７３】
また、一本または分割された複数本のパルスレーザー光のそれぞれのパルスの位相、振幅、波長、偏光、パルス時間幅のいずれか一つまたは一つ以上を変化させる工程を有していても良く、それらの変化したパルスレーザー光を適宜組み合わせることにより、照射する材料の屈折率、屈折率分散、形状に依存しない自由度の高い加工が可能である。
また、前記透明材料内部の所望の位置に一括で形成された屈折率変化領域を更に広範囲に形成するために、集光させたパルスレーザー光の集光点を、前記材料に対して相対移動させることも可能である。
【００７４】
本発明の光学部品またはローパスフィルターは、パルスレーザー光照射により前記材料内部に形成される屈折率変化領域を利用するものであり、その屈折率変化領域が材料の曲げ強度などの機械的特性を向上させる作用を有していても良い。
【００７５】
本発明の光学部品またはローパスフィルターは、パルスレーザー光照射により前記材料内部に形成される屈折率変化領域を利用するものであり、レーザー光照射時の材料形状はレーザー入射面が平面であることが好ましいが、必ずしも平面に限られる必要はなく、例えばレンズのようにある曲率の凹や凸曲面、高次の曲面を有していても良い。
また、パルスレーザー光を照射する前の前記透明材料は光学的に等方であることが好ましいが、複屈折を有するもの、或いは屈折率分布型の光部品であっても良い。前記屈折率分布型光部品としてはＧＲＩＮレンズ、マイクロレンズアレイ、光導波路、回折格子などがあるが必ずしもこれらの例に限られるものではない。
【００７６】
本発明の光学部品またはローパスフィルターは、レーザー光を照射して材料内部に加工を行ったものを、例えばその後の切削や研磨加工によって所望の材料形状に加工されたものでも良く、例えば、その形状がある曲率の凹や凸状の曲面や高次の曲面、多角形の段差や溝を有する構造でも良い。
【発明の効果】
【００７７】
本発明によれば、製造工程において加工の自由度が高いため、従来の技術では困難であった複雑なパターン設計を要する光学部品または光学的ローパスフィルターを容易に得ることができ、加工工程数、加工時間の短縮も可能であるため製造コストを低減することができる。また、材料選択の自由度が高いため、固体撮像素子に組み込まれる際に要求される光学的、機械的、熱的特性を有する材料を適宜選択することが可能となり、これらの諸特性に優れる光学的ローパスフィルターを得る事ができる。
【００７８】
さらに、被加工基板を固体撮像装置前面に組み込んでから加工することも可能であり、実装ズレの問題も解消できるので製品歩留まりの向上も期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７９】
以下、本発明に関わる光学部品または光学的ローパスフィルターの実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００８０】
図１は透明基板１内部にフェムト秒パルスレーザー光２をレンズ３によって屈折率ｎ０の透明基板内部の所望の位置に集光照射し、基板の屈折率ｎ０と異なる屈折率Ｎの領域４を形成させる方法の模式図である。基板に対してレーザー光の焦点をｘ，ｙ，ｚ方向に任意に走査させることや、レーザー光を複数の位置に一括して照射する方法、あるいはそれらを併用することにより、所望の形状の屈折率変化領域を形成することができる。本発明では、このように形成された領域の屈折率Ｎを利用する。
【００８１】
光フィルターの実施例としての図２に光学的ローパスフィルター５を示す。ここでは第１図に示される手法により屈折率ｎ０の透明基板内部６にこの基板の屈折率ｎ０と異なる屈折率Ｎ（ｘ，ｙ）の領域７が幅ａ、周期ｐで上記光学的ローパスフィルターとして作用させるｘ方向にだけ周期性を有する縞状に形成された構造になっており、一方向に高い空間周波数成分を持つ被写体に対して光学的ローパスフィルターとして作用する。
【００８２】
この実施例において、光学的ローパスフィルター５のｘ−ｙ平面状における上記領域７の断面形状をｙ＝ｌ（ｘ）とすると、上記屈折率ｎ０の基板だけを通過する光Ａと座標ｘを通過する光Ｂとの光学的距離の差ΔＬ（ｘ）は、
【００８３】
【数１】
2006184890.tif 000003
なる第１式にて表され、上記光学的距離の差ΔＬ（ｘ）の特性は、上記領域７の屈折率Ｎ（ｘ，ｙ）を一定なｎｃとすれば上記領域７の形状ｌ（ｘ）を変化させることにより、また上記領域７の形状ｌ（ｘ）を一定とすれば上記領域７に屈折率分布を与えることによって、例えば図３や図４に示すように三角形状や正弦波形状等任意に決めることができる。従って、図３に示したような三角形状の上記光学的距離の差ΔＬ（ｘ）の特性を得る場合には、上記領域７は、その屈折率分布によって例えば第５図に示すように任意の断面形状ｌ（ｘ）に形成することができる。また、上記光学的ローパスフィルターは撮像素子のサンプリング理論により決まるカットオフ周波数ｒｃ以上の高空間周波数領域においてＭＴＦ値が０．５以下になるようにΔＬ（ｘ）と設定する。ＭＴＦ≦０．５であれば偽信号は視覚上許容しうる範囲に抑えることができる。ＭＴＦ≦０．３であれば偽信号を抑えるという観点でより好ましく、ＭＴＦ≦０．１であれば最も好ましい。このようにΔＬ（ｘ）を設定するには周期長ｐ、幅ａ、次式で表わされるΔＬｍａｘ、即ち、異質相の最も厚い位置ｘｍａｘにおけるΔＬ＝ΔＬｍａｘ及び形状を選択すればよい。
【００８４】
【数２】
2006184890.tif 000004
【００８５】
例えば、式２で表されるΔＬｍａｘを一定として上記領域７の形状を変化させることにより、幅ａを周期長ｐに対してａ＝ｐとして上述の図３に示した三角形の光学的距離の差ΔＬ（ｘ）の特性を与えるようにした場合には図６に破線にて示したようなＭＴＦ特性を与え、また、上述の図４に示した正弦波状の光学的距離の差ΔＬ（ｘ）の特性を与えるようにした場合には、図６に実線にて示すようなＭＴＦ特性を与える。
【００８６】
本実施例では、一方向の画素配列が画素幅３μｍ、周期６μｍのＣＣＤに対するローパスフィルターとして、透明材料に屈折率ｎ６３３＝１．５１４６２のボロシリケートガラスを用い、パルス幅が１５０フェムト秒、波長８００ｎｍ、繰り返し周波数２５０ｋＨｚ、レーザーパワー１００ｍＷのパルスレーザー光を焦点距離９ｃｍ（Ｎ．Ａ．＝０．４）のレンズで表面から１００μｍの深さに集光照射し、ガラスを１００ｍｍ／ｓｅｃの走査速度で相対移動させることにより、線幅約１０μｍ、線同士の間隔約１２μｍで図２に示されるような縞状構造の屈折率変化領域の構造を作製した。また６３３ｎｍで測定した屈折率差は約０．００１８であった。このローパスフィルターに対して波長６３３ｎｍでのＭＴＦ曲線は図７となり、カットオフ周波数ｒｃ＝８３（本／ｍｍ）でのＭＴＦ値は０．０４であり、ｒｃ以上の高空間周波数領域においてもＭＴＦは０．３以下となった。
【００８７】
なお、上記光学的距離ΔＬ（ｘ）の特性を、図８に示すように矩形状とした場合、図９に示すように台形状とした場合、図１０に示すように円弧状とした場合あるいは図１１に示すように台形の斜辺を円弧とした場合にも同様な性能を維持することが可能であり、上記第１式における屈折率Ｎ（ｘ，ｙ）、形状ｌ（ｘ）を所望の光学的距離の差ΔＬ（ｘ）が得られるように選べば良い。
【００８８】
尚、上記実施例では、屈折率ｎ０の基板内部に該屈折率Ｎ（ｘ，ｙ）の領域７を上記透明基板６の内部にｘ方向に周期性を持った縞状に形成したが、本発明に係る光学的ローパスフィルターは、上記実施例にのみ限定されるものではなく、上記実施例１の異質相の周期構造を互いに異なる方向に周期性を持つように、同一の基板内部の異なる深さに形成させても良い。
【実施例２】
【００８９】
また、第２図におけるｚ方向にも屈折率Ｎ（ｘ，ｙ，ｚ）或いは形状ｌ（ｘ，ｙ，ｚ）を変化させるようにして、上記屈折率Ｎ（ｘ，ｙ，ｚ）の領域１０を上記屈折率ｎ０の基板８内部に周期性を持って２次元的に配列形成した図１２に示すような構造にて、２方向以上に対して作用する光学的ローパスフィルター９を実現することもできる。
【００９０】
実施例２の光学的ローパスフィルター９は、上記屈折率Ｎ（ｘ，ｙ，ｚ）の領域１０がｘ方向とｚ方向に周期性をもつため、
【００９１】
【数３】
2006184890.tif 000005
なる第３式にて示される光学的距離の差ΔＬ（ｘ，ｚ）の特性を有し、被写体像の２方向以上に対して光学的ローパスフィルターとして作用する。
【００９２】
本実施例では、縦横方向に画素幅３μｍ、６μｍ周期、横方向に画素幅３μｍ、周期６μｍの画素配列を有するＣＣＤに対するローパスフィルターとして、透明材料に屈折率ｎ６３３＝１．５１４６２のボロシリケートガラスを用い、パルス幅が１５０フェムト秒、波長８００ｎｍ、繰り返し周波数１ｋＨｚ、レーザーパワー１５０ｍＷのパルスレーザー光を焦点距離９ｃｍ（Ｎ．Ａ．＝０．４）のレンズで表面から１００μｍの深さに集光照射し、ガラスを１２ｍｍ／ｓｅｃの走査速度で相対移動させることにより、スポット直径約１０から１２μｍ、隣り合うスポットの中心間の縦方向の間隔約１２μｍ、横方向の間隔約１２μｍで図１２に示されるような二次元格子状の屈折率変化領域の構造を作製した。また６３３ｎｍで測定した屈折率差は約０．００１５であった。このローパスフィルターに対して波長６３３ｎｍの縦方向ＭＴＦ曲線は図１３の破線で表され、横方向のＭＴＦ曲線は実線で表される。図９より各方向のカットオフ周波数ｒｃ＝８３（本／ｍｍ）でのＭＴＦ値は縦方向で０．０２であり、横方向では０．０６であった。いずれの方向にでもｒｃ以上の高空間周波数領域においてＭＴＦは０．３以下となった。
【００９３】
屈折率ｎ０の基板における屈折率Ｎの異質相の形状および配置は上述したものにかぎられない。
図１４に示した光学的ローパスフィルターにおいては、基板１１内に断面形状が円である屈折率Ｎの異質相１２が格子状に配列される。
図１５に示した光学的ローパスフィルターにおいては、基板１１内に断面形状が複数の円を連結したような形状である屈折率Ｎの異質相１２が配列される。
図１６に示した光学的ローパスフィルターにおいては、基板１１内に断面形状がだ円である屈折率Ｎの異質相１２がほぼ等間隔に配列され、だ円形状が周期的に変化している。
図１７に示した光学部品においては、レンズ体である基板１１内に断面形状が円である屈折率Ｎの異質相１２がほぼ等間隔に配列される。
図１８を参照すると、図１７に示された光学部品は、光軸上に他のレンズと共に配置されることによって光学系を構成する。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明は例えば、位相マスク、偏光フィルター、位相板、位相型回折格子、回折レンズ、固体撮像素子等の光学的ローパスフィルターなどの光学部品として利用することが可能である。
【００９５】
本発明により、複屈折を有する材料内部に異質相を形成し、一つの材料で材料自身が有する複屈折と異質相に起因する屈折率変化の効果を利用する光学的ローパスフィルターを提供することができる。
例えば従来の固体撮像素子の光学的ローパスフィルター材料に用いられている水晶やニオブ酸リチウム単結晶板内部に屈折率変化領域を形成し、これらの材料が本質的に有する複屈折による光線分離方向に対して同じまたは異なる方位に光線分離する効果を加えることにより、従来の単結晶光学的ローパスフィルターの厚みを薄くしたり、枚数を減らすことが可能であり、それにより撮像光学系をコンパクトにすることが可能となる。
【００９６】
本発明の光学的ローパスフィルターは固体撮像素子を有する撮像光学系に組み込まれて、ＣＣＤやＣＭＯＳ等固体撮像素子の画素幅とピッチによって決まるカットオフ周波数よりも高い空間周波数領域に含まれる周波数成分の折り返しによる偽信号の発生を防止する目的で使用されるのが好ましい。光学的ローパスフィルターとしての使用だけでなく、本発明によってＣＣＤやＣＭＯＳ等固体撮像素子のカバーガラスや赤外光カットフィルターに、異質相を形成することによって、光学的ローパスフィルターとしての機能を付加することができる。
【００９７】
また撮像装置等においては、従来のレンズ系の一部または全部を本発明の光学部品とすることにより撮像光学系を構成し、従来の光学的ローパスフィルターを省くことが可能となる。
【００９８】
また本発明の光学的ローパスフィルターは、固体撮像素子のローパスフィルターだけでなく、画像表示素子、例えば液晶、プラズマ、ＥＬ、ＳＥＤディスプレイや液晶プロジェクターなどのドットマトリクス表示素子に組み込まれ、表示素子のドットのピッチやカラーフィルターアレイのピッチに応じて発生するモアレや偽色信号を除去する用途に使用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】フェムト秒パルスレーザー光をレンズによって屈折率ｎ０の透明基板内部の所望の位置に集光照射し、屈折率Ｎの異質相を形成させる１つの方法の模式図である。
【図２】本発明の光学的ローパスフィルターの１つの形態を表わした模式図である。
【図３】本発明の光学的ローパスフィルターの１つの形態において、光学的距離の差ΔＬ（ｘ）の特性を表わすグラフである。
【図４】本発明の光学的ローパスフィルターの１つの形態において、光学的距離の差ΔＬ（ｘ）の特性を表わすグラフである。
【図５】光学的ローパスフィルターのｘ−ｙ平面上における屈折率Ｎの領域の１つの形態を表わした模式図である。
【図６】本発明の実施例１のＭＴＦ曲線のモデル図である。横軸の単位（本／ｍｍ）において、本（１本）は白と黒を一組とした線の本数である。
【図７】本発明の実施例１のＭＴＦ曲線の図である。横軸の単位（本／ｍｍ）において、本（１本）は白と黒を一組とした線の本数である。
【図８】本発明の光学的ローパスフィルターの１つの形態において、光学的距離の差ΔＬ（ｘ）の特性を表わすグラフである。
【図９】本発明の光学的ローパスフィルターの１つの形態において、光学的距離の差ΔＬ（ｘ）の特性を表わすグラフである。
【図１０】本発明の光学的ローパスフィルターの１つの形態において、光学的距離の差ΔＬ（ｘ）の特性を表わすグラフである。
【図１１】本発明の光学的ローパスフィルターの１つの形態において、光学的距離の差ΔＬ（ｘ）の特性を表わすグラフである。
【図１２】本発明の光学的ローパスフィルターの１つの形態を斜視図によって表わした模式図である。
【図１３】本発明の実施例２の光学的ローパスフィルターのＭＴＦ曲線の図である。横軸の単位（本／ｍｍ）において、本（１本）は白と黒を一組とした線の本数である。
【図１４】本発明の光学的ローパスフィルターの１つの形態を表わした模式図であって、厚み方向に切断した時にあらわれる断面図である。
【図１５】本発明の光学的ローパスフィルターの１つの形態を表わした模式図であって、厚み方向に切断した時にあらわれる断面図である。
【図１６】本発明の光学的ローパスフィルターの１つの形態を表わした模式図あって、厚み方向に切断した時にあらわれる断面図である。
【図１７】本発明の光学部品の１つの形態を模式的に表わした断面図である。
【図１８】本発明の光学系の１つの形態を模式的に表わした断面図である。
【図１９】本発明における光線分離の一例を示す模式図である。
【図２０】本発明における光線分離の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１００】
１、６、８、１１：屈折率ｎ０の基板（透明材料）
２：パルスレーザー光
３：レンズ
４、７、１０、１２：屈折率変化領域（屈折率Ｎの異質相）
５、９：光学的ローパスフィルター
１３：光学像
１４：レンズ系
１５、１７：本発明の光学部品
１６、１８：固体撮像素子
１９：０次光
２０：１次光
２１：−１次光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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