(57)【要約】  レンズユニットから分離して実装される場合であっても、シェーディング性能劣化を抑制しつつ、高い瞳内透過率と高い解像度とが得られる光学素子を提供する。光学素子は、光軸を中心に形成され、透過率が最も高い位置に対する相対的な透過率が９５％以上の領域である中心領域と、前記中心領域の周囲に形成され、透過率が周辺に向かって減少する領域である中間領域と、前記中間領域の周囲に形成され、透過率が０．５％以下の領域である周辺領域とを有し、前記中心領域の直径をφ１、前記中間領域と前記周辺領域との境界の直径をφ２、前記光学系の絞り径をφａとした場合に、前記中心領域、前記中間領域および前記周辺領域が、１．１≦φ２／φａ≦２．１と、少なくとも０．１≦φ１／φａ≦１．１および０．０≦φ１／φ２≦０．９５のいずれか一方とを満たすように形成されている。
2015105076.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系にアポダイゼーション効果を奏する光学素子であって、
光軸を中心に形成され、透過率が最も高い位置に対する相対的な透過率が９５％以上の領域である中心領域と、前記中心領域の周囲に形成され、透過率が周辺に向かって減少する領域である中間領域と、前記中間領域の周囲に形成され、透過率が０．５％以下の領域である周辺領域とを有し、
前記中心領域の直径をφ１、前記中間領域と前記周辺領域との境界の直径をφ２、前記光学系の絞り径をφａとした場合に、前記中心領域、前記中間領域および前記周辺領域が、以下の式（Ａ）に加えて、以下の式（Ｂ）および式（Ｃ）の少なくとも一方を満たすように形成されている
ことを特徴とする光学素子。
１．１≦φ２／φａ≦２．１  ・・・式（Ａ）
０．１≦φ１／φａ≦１．１  ・・・式（Ｂ）
０．０≦φ１／φ２≦０．９５  ・・・式（Ｃ）
【請求項２】
当該光学素子に垂直に入射する光束に対して、光軸を中心に直径が前記φａである領域内を透過する光の透過率が８０％以上である
請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
当該光学素子を前記光学系に用いた場合に、当該光学素子を用いない場合の最大画角に相当する画面位置での光量を１としたときの前記画面位置での光量が０．７５以上である
請求項２に記載の光学素子。
【請求項４】
透明基板と、
前記透明基板の表面に、光の一部または全部を吸収する材料により形成される光吸収部とを備え、
少なくとも前記中間領域と前記周辺領域とには、前記光吸収部が形成されており、
前記中間領域に形成されている光吸収部の厚みは、前記中心領域の側から周辺領域の側に向かって徐々に厚くなっている
請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項５】
前記周辺領域に形成されている光吸収部の厚みが、１０μｍ以上かつ３０μｍ以下である
請求項４に記載の光学素子。
【請求項６】
前記透明基板が、化学強化ガラスまたはサファイアを用いた基板である
請求項４または請求項５に記載の光学素子。
【請求項７】
組レンズを保護するために、撮像装置または機器の筐体に組み込まれる保護ガラスであり、
前記光吸収部が形成されている面の反対側の透明基板の表面に、防汚コート層が形成されている
請求項４から請求項６のうちのいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項８】
請求項１から請求項７のうちのいずれか１項に記載の光学素子と、
組レンズとを備え、
前記組レンズのうち前記光学素子の光出射側に最も近く配されているレンズの前記光学素子側表面と、前記光学素子の前記組レンズ側表面との間の距離の撮影時における最大値が、０．１ｍｍ以上かつ０．４ｍｍ未満である
ことを特徴とする光学系。
【請求項９】
組レンズと、
前記組レンズを保護するために筐体に組み込まれている保護ガラスとを備え、
前記保護ガラスは、透明基板と、前記透明基板の面上に形成されているアポダイゼーション層とを含み、
前記アポダイゼーション層は、光軸を中心に形成され、透過率が最も高い位置に対する相対的な透過率が９５％以上の領域である中心領域と、前記中心領域の周囲に形成され、透過率が周辺に向かって減少する領域である中間領域と、前記中間領域の周囲に形成され、透過率が０．５％以下の領域である周辺領域とを有し、
前記保護ガラスの前記組レンズ側表面と、前記組レンズのうち前記保護ガラスに最も近く配されているレンズの前記保護ガラス側表面との間の距離の撮影時における最大値が、０．１ｍｍ以上かつ０．４ｍｍ未満である
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項１０】
前記保護ガラスが、透明基板と、前記透明基板の面上に形成されているアポダイゼーション層とを含んだ請求項１から請求項８のいずれかに記載の光学素子である
請求項９に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記アポダイゼーション層は、前記保護ガラスの組レンズ側の面上に形成されている
請求項９または請求項１０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、アポダイゼーション効果を奏する光学素子、それを用いた光学系および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像装置等の光学機器において、レンズ等に入射する入射光の光量を調整するため、光学絞りや減光（ＮＤ：Neutral  Density）フィルタ等が使用されている。例えば、携帯電話機や携帯端末などに搭載される撮像装置にも、光学絞りや減光フィルタが使用されている（例えば、特許文献１）。【０００３】
図１７（ａ）〜（ｂ）は、一般的な光学絞りの例を示す説明図である。なお、図１７（ａ）は、一般的な光学絞りの一例である絞り９１０の上面図であり、図１７（ｂ）は、絞り９１０のＡ−Ａ’線上における光の透過率分布の例を示す説明図である。図１７（ａ）〜（ｂ）に示すように、絞り９１０は、中心部分において光をほぼ１００％透過させる開口部９１１と、その周辺部分において光をほぼ１００％遮蔽する遮光部９１２とを備えている。このような絞り９１０は、例えば、遮光材料を用いて板状に形成されたものの中に開口部９１１を設けることにより形成される。【０００４】
携帯電話機や携帯端末に使用される撮像装置は高画素化が進む一方で、いぜんとして小型化や薄型化が望まれている。そのため、そのような光学機器に使われる光学絞りや減光フィルタ等も小型化や薄型化が望まれている。また近年、暗所での撮影感度を上げるために、Ｆ値の小さな明るいレンズを搭載した撮像モジュールも作られている。【０００５】
しかし、一般的な光学絞りの場合、開口部の周囲において発生する光の回折による影響が無視できないほど大きくなり、解像度が劣化する問題があった。【０００６】
解像度を劣化させない光学絞りとして、アポダイゼーション（apodization）効果を有するフィルタ（以下、アポダイズドフィルタと呼ぶ。）がある（特許文献２参照）。アポダイズドフィルタは、例えば入射光を光強度が正規分布となる光強度のビームに変換して出射することにより、投影面上での開口部の周辺で発生する回折の影響を低減できる。投影面上での回折による影響が無視できる範囲に抑えられれば、解像度を改善したり、被写界深度を深くできる。【０００７】
図１８（ａ）〜（ｂ）は、アポダイズドフィルタの例を示す説明図である。図１８（ａ）はアポダイズドフィルタの一例である絞り９２０の上面図であり、図１８（ｂ）は絞り９２０のＢ−Ｂ’線上における光の透過率分布の一例を示す説明図である。図１８（ａ）〜（ｂ）に示す絞り９２０は、光の透過率がほぼ０％の領域である周辺領域９２３と、中心部分の透過率をほぼ１００％として、周辺領域９２３に向かって透過率が徐々に低下する領域である中間領域９２２とからなる。【０００８】
解像度の向上という点で、アポダイズドフィルタの透過率分布は正規分布となっているのが理想的である。しかし、透過率分布が正規分布となっている場合、光を遮光する部分が多くなるため、透過光量が大きく減少し、光学系が暗くなる問題があった。例えば、透過率分布が正規分布の場合、当該アポダイズドフィルタを垂直に透過する光束において、後段の光学系の絞り径内に入射する光の透過率（以下、瞳内透過率という。）は４０％前後となる場合がある。【０００９】
そこで、アポダイズドフィルタの中心領域における透過率を上げて、光の透過光量の減少を防ぐことが行われている（例えば、特許文献３の図３，図１５参照）。図１９（ａ）〜（ｂ）は、透過率が略均一な中心領域９２１を設けたアポダイズドフィルタの例を示す説明図である。図１９（ａ）は透過率が略均一な中心領域９２１を設けたアポダイズドフィルタの一例である絞り９３０の上面図であり、図１９（ｂ）は絞り９３０のＣ−Ｃ’線上における光の透過率分布の一例を示す説明図である。【００１０】
また、本発明に関連する技術として、特許文献４には、撮像素子を有するイメージセンサの周囲に、フィルタ特性を有する蓋壁が備え付けられているフィルタ筐体を設け、イメージセンサとフィルタ筐体との間にレンズを配置した撮像装置の例が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】日本国特開平１１−２３１２０９号公報
【特許文献２】日本国特開２０１１−２２１１２０号公報
【特許文献３】日本国特許第４４２８９６１号公報
【特許文献４】日本国特開２００２−２６８１２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、図１８（ａ）〜（ｂ）や図１９（ａ）〜（ｂ）に示されるようなアポダイズドフィルタを、薄型の携帯電話機や携帯端末の撮像モジュールに用いようとした場合、次のような問題があった。第１に、スペース上の問題から実装が困難であった。例えば、ある既存のスマートフォンに用いられているレンズユニットにアポダイズドフィルタを新たに組み込もうとした場合、撮像モジュールの厚みを薄くするためには、アポダイズドフィルタは５０μｍ〜８０μｍ程度の厚さでなければならない。しかし、そのような素子厚で精度のよい透過率分布を有するアポダイズドフィルタを作製するのは難しく、厚みの制約から薄型のレンズユニットに利用するのは困難であった。第２に、薄型化のためにフィルムを用いて作製すると反りが生じる問題があった。第３に、レンズユニットに部品を追加すると重さが増し、駆動機構に負担がかかる問題があった。【００１３】
以上のような問題は、アポダイズドフィルタをレンズユニットから分離して実装することにより回避できる。しかし、アポダイズドフィルタは光学絞りの機能も有しているため、アポダイズドフィルタをレンズユニットと分離して実装する場合には、アポダイズドフィルタと、レンズユニットに設置されている光学系のＦ値を決める光学絞りとの間に距離が生ずることに伴い、ケラレにより画面周辺の光量が低下する、すなわち、シェーディング（shading）が悪化するといった別の問題が発生する。【００１４】
なお、特許文献４には、レンズから離れた位置にフィルタ特性を有する蓋壁が備え付けられたフィルタ筐体を設けた撮像装置の例が示されているが、そのフィルタ特性がアポダイゼーション効果を奏するようなフィルタ特性である場合に、どのような透過率分布にすればよいかや、フィルタとレンズとの間の距離はどれくらい離すことができるか、といったことは何ら示されていない。アポダイズドフィルタをレンズユニットから分離して実装する場合、上述した回折の影響による解像度の低下や瞳内透過率の低下といった互いに関係しあう性能への影響を加味した上で、シェーディング対策をしなければならないが、特許文献４ではそのような影響については何ら考慮されていない。例えば、特許文献４には、フィルタ特性がアポダイゼーション効果を奏するようなフィルタ特性である場合に、ケラレによるシェーディング性能劣化を抑制しつつ、高い解像度と高い瞳内透過率とが得られるようなパラメータ条件等は何ら開示されていない。【００１５】
そこで、本発明は、アポダイゼーション効果を奏する光学素子であって、レンズユニットから分離して実装される場合であっても、バランスの良い性能を光学系に付与できる光学素子の提供を目的とする。また、本発明は、実装が容易で、かつ性能バランスの良い光学系および撮像装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明による光学素子は、光学系にアポダイゼーション効果を奏する光学素子であって、光軸を中心に形成され、透過率が最も高い位置に対する相対的な透過率が９５％以上の領域である中心領域と、前記中心領域の周囲に形成され、透過率が周辺に向かって減少する領域である中間領域と、前記中間領域の周囲に形成され、透過率が０．５％以下の領域である周辺領域とを有し、前記中心領域の直径をφ１、前記中間領域と前記周辺領域との境界の直径をφ２、前記光学系の絞り径をφａとした場合に、前記中心領域、前記中間領域および前記周辺領域が、以下の式（Ａ）に加えて、以下の式（Ｂ）および式（Ｃ）の少なくとも一方を満たすように形成されていることを特徴とする。【００１７】
１．１≦φ２／φａ≦２．１  ・・・式（Ａ）
０．１≦φ１／φａ≦１．１  ・・・式（Ｂ）
０．０≦φ１／φ２≦０．９５  ・・・式（Ｃ）【００１８】
また、光学素子は、当該光学素子に垂直に入射する光束に対して、光軸を中心に直径が前記φａである領域内を透過する光の透過率が８０％以上であってもよい。【００１９】
また、光学素子は、当該光学素子を前記光学系に用いた場合に、当該光学素子を用いない場合の最大画角に相当する画面位置での光量を１としたときの前記画面位置での光量が０．７５以上であってもよい。【００２０】
また、光学素子は、透明基板と、前記透明基板の表面に、光の一部または全部を吸収する材料により形成される光吸収部とを備え、少なくとも前記中間領域と前記周辺領域とには、前記光吸収部が形成されており、前記中間領域に形成されている光吸収部の厚みは、前記中心領域の側から周辺領域の側に向かって徐々に厚くなっていてもよい。【００２１】
また、前記周辺領域に形成されている光吸収部の厚みが、１０μｍ以上かつ３０μｍ以下であってもよい。【００２２】
また、前記透明基板が、化学強化ガラスまたはサファイアを用いた基板であってもよい。【００２３】
また、光学素子は、組レンズを保護するために、撮像装置または機器の筐体に組み込まれる保護ガラスであり、前記光吸収部が形成されている面の反対側の透明基板の表面に、防汚コート層が形成されていてもよい。【００２４】
本発明による光学系は、上記のいずれかの光学素子と、組レンズとを備え、前記組レンズのうち前記光学素子の光出射側に最も近く配されているレンズの前記光学素子側表面と、前記光学素子の前記組レンズ側表面との間の距離の撮影時における最大値が、０．１ｍｍ以上かつ０．４ｍｍ未満であることを特徴とする。【００２５】
本発明による撮像装置は、組レンズと、前記組レンズを保護するために筐体に組み込まれている保護ガラスとを備え、前記保護ガラスは、透明基板と、前記透明基板の面上に形成されているアポダイゼーション層とを含み、前記アポダイゼーション層は、光軸を中心に形成され、透過率が最も高い位置に対する相対的な透過率が９５％以上の領域である中心領域と、前記中心領域の周囲に形成され、透過率が周辺に向かって減少する領域である中間領域と、前記中間領域の周囲に形成され、透過率が０．５％以下の領域である周辺領域とを有し、前記保護ガラスの前記組レンズ側表面と、前記組レンズのうち前記保護ガラスに最も近く配されているレンズの前記保護ガラス側表面との間の距離の撮影時における最大値が、０．１ｍｍ以上かつ０．４ｍｍ未満であることを特徴とする。【００２６】
また、撮像装置は、前記保護ガラスが、透明基板と、前記透明基板の面上に形成されている前記アポダイゼーション層とを含んだ上記のいずれかの光学素子であってもよい。【００２７】
また、撮像装置において、前記アポダイゼーション層は、前記保護ガラスの組レンズ側の面上に形成されていてもよい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、アポダイゼーション効果を奏する光学素子であって、レンズユニットから分離して実装される場合であっても、バランスの良い性能を光学系に付与できる光学素子を提供できる。例えば、レンズユニットから分離して実装される場合であっても、シェーディング性能劣化を抑制しつつ、高い瞳内透過率と高い解像度とが得られる光学素子を提供できる。【００２９】
また、本発明によれば、実装が容易で、かつ性能バランスの良い光学系および撮像装置を提供できる。例えば、シェーディング性能劣化を抑制しつつ、実装容易性と瞳内透過率と解像度とを両立できる撮像装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】（ａ）〜（ｂ）は、第１の実施形態の光学素子の例を示す説明図である。
【図２】一般的なアポダイズドフィルタを用いた場合の画面周辺光量の例を示すグラフである。
【図３】（ａ）〜（ｂ）は、光学素子１００の設定パラメータに応じた瞳内透過率とＭＴＦとの関係を示すグラフである。
【図４】（ａ）〜（ｂ）は、光学素子１００の設定パラメータに応じた瞳内透過率と画面周辺光量との関係を示すグラフである。
【図５】（ａ）は設計パラメータの組合せにおける有効径率とφ１／φａとの関係を性能に対する評価結果とともに示すグラフであり、（ｂ）は設計パラメータの組合せにおける有効径率とＦＴ率との関係を性能に対する評価結果とともに示すグラフである。
【図６】第１の実施形態の光学素子１００の構成例を示す説明図である。
【図７】第２の実施形態の光学素子２００の構成例を示す模式断面図である。
【図８】第２の実施形態の光学素子２００の他の構成例を示す模式断面図である。
【図９】第２の実施形態の光学素子２００の撮像装置への組み込み例を示す断面図である。
【図１０】第３の実施形態の撮像装置４００の構成例を示す説明図である。
【図１１】光学系４２０の構成例を示す説明図である。
【図１２】光学系５２０の構成例を示す説明図である。
【図１３】実施例の光学素子１００の透過率分布を示す説明図である。
【図１４】（ａ）〜（ｂ）は、実施例の光学素子１００を用いた場合の画面周辺光量を示すグラフである。
【図１５】（ａ）〜（ｂ）は、実施例の光学素子１００の性能を示すグラフである。
【図１６】（ａ）〜（ｂ）は、実施例の光学素子１００の性能を示すグラフである。
【図１７】（ａ）〜（ｂ）は、一般的な光学絞りの例を示す説明図である。
【図１８】（ａ）〜（ｂ）は、アポダイズドフィルタの例を示す説明図である。
【図１９】（ａ）〜（ｂ）は、アポダイズドフィルタの他の例を示す説明図である。
【図２０Ａ】設定パラメータの検討に用いたモデルデータの例を示す説明図である。
【図２０Ｂ】設定パラメータの検討に用いたモデルデータの例を示す説明図である。
【図２０Ｃ】設定パラメータの検討に用いたモデルデータの例を示す説明図である。
【図２０Ｄ】設定パラメータの検討に用いたモデルデータの例を示す説明図である。
【図２０Ｅ】設定パラメータの検討に用いたモデルデータの例を示す説明図である。
【図２０Ｆ】設定パラメータの検討に用いたモデルデータの例を示す説明図である。
【図２０Ｇ】設定パラメータの検討に用いたモデルデータの例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００３２】
実施形態１．
図１（ａ）〜（ｂ）は、本発明の第１の実施形態の光学素子の例を示す説明図である。なお、図１（ａ）は第１の実施形態の光学素子の例である光学素子１００の上面模式図であり、図１（ｂ）は光学素子１００のＤ−Ｄ’線上における光の透過率分布を示す説明図である。光学素子１００は、いわゆるアポダイズドフィルタと呼ばれるものである。光学素子１００は、図１（ａ）に示すように、光軸を中心に形成され、可視光（４２０ｎｍ以上、７８０ｎｍ以下）に対し、透過率がほぼ１００％の領域である中心領域２１と、中心領域２１の周囲に形成され、透過率が周辺に向かって減少する領域である中間領域２２と、中間領域２２の周囲に形成され、透過率がほぼ０％の領域である周辺領域２３とを有している。ここで透過率とは、透明基板の空気界面や、アポダイズドフィルタを構成する材料層間の界面における反射は無視しており、透明基板及び後述する光透過部を透過する光の透過率が１００％になるよう定義する。
【００３３】
本実施形態において、中心領域２１、中間領域２２および周辺領域２３は同心円状に、かつ連続した領域として形成されている。本実施形態では、最も高い透過率からの低下率が５％以内かそれよりも大きいかによって中心領域２１と中間領域２２とを区別する。一方、周辺領域２３と中間領域２２の区別は、透過率が０．５％以下かそれよりも大きいかによって行う。換言すると、光軸を中心に透過率が最も高い位置に対する相対的な透過率が９５％以上の領域を中心領域２１といい、透過率が０．５％以下の領域を周辺領域２３といい、中心領域２１と周辺領域２３に挟まれた領域を中間領域２２という。
【００３４】
中心領域２１の透過率は必ずしも均一でなくてもよく、例えば、光軸が最も透過率が高く、周辺に向かって透過率が減少する分布であってもよい。また、周辺領域２３の透過率は、０．５％以下であればよいが、０．１％以下がより好ましい。
【００３５】
なお、図１（ｂ）に示すように、中間領域２２と周辺領域２３との境界において、透過率分布は連続していなくてもよい。例えば、中間領域２２の周辺領域２３側の端部における透過率は５〜２０％であってもよい。
【００３６】
また、中心領域２１の直径をφ１とし、アポダイズドフィルタとしての有効径すなわち中間領域２２と周辺領域２３との境界の直径をφ２とし、当該光学素子１００の光出射側に配されるレンズユニット光学系のＦ値を決める光学的絞り径をφａとした場合に、光学素子１００は、中心領域２１、中間領域２２および周辺領域２３が、下記の式（１）と、下記の式（２）および式（３）の少なくとも一方とを満たすように形成されている。
【００３７】
１．１≦φ２／φａ≦２．１  ・・・式（１）
【００３８】
０．１≦φ１／φａ≦１．１  ・・・式（２）
【００３９】
０．０≦φ１／φ２≦０．９５  ・・・式（３）
【００４０】
上記の式（１）に加えて、式（２）または式（３）を満たすことによって、瞳内透過率を高く、かつ所定の空間周波数におけるＭＴＦ（Modulation Transfer Function）の値を高くできる。したがって、本実施形態の光学素子１００をカメラ等の撮像装置に用いた場合に、よりよい画質の画像を撮像できる。また、本実施形態の光学素子１００は、光学系のレンズから離れて配されてもよく、そのような場合であってもケラレによる画面周辺光量の低下を、許容範囲内に抑えることができる。以下、φ２／φａを有効径率といい、φ１／φ２をＦＴ率という。
【００４１】
一般にアポダイズドフィルタにおいて、瞳内透過率とＭＴＦとはトレードオフの関係にある。既に説明したように、解像度の向上という点で、アポダイズドフィルタの透過率分布は正規分布となっているのが理想的であるが、その場合光を遮光する部分が多くなるため、透過光量が大きく減少し、光学系が暗くなる。例えば、透過率分布が正規分布のアポダイズドフィルタの場合、該アポダイズドフィルタのうち光学系の絞り径φａ内に相当する領域を垂直に入射する光の瞳内透過率は４０％前後となる。瞳内透過率を大きくしようと光学系の絞り径φａに占める中心領域２１を大きくすると、中間領域２２の幅が小さくなるために、ＭＴＦの値が減少する。
【００４２】
結像光学系においては、通常の光学絞りに相当する円形開口を通過した光は回折により、結像面における点像分布は同心円状の明暗のパターンになる。光軸中心にエアリーディスクと呼ばれる明るい円形領域があり、その周囲にエアリーパターンと呼ばれる同心円環の回折パターンを生じる。この回折により生じるエアリーパターンの強度は、主に空間周波数の低周波数における解像度、コントラストに影響を与えるため、エアリーパターン特にエアリーディスク近傍の第１明環の強度が抑えられているのが良いとされている。アポダイゼーション効果を利用すると、エアリーパターンの強度を低下できる。エアリーパターンの強度は、比較的低い空間周波数の重なりの影響を受けやすいことから、本実施形態ではＭＴＦ５０本／ｍｍやＭＴＦ１００本／ｍｍの値を見ることにより解像度の善し悪しを判断する。また、撮像光学系においては、画面中心と周辺で解像度のバランスがとれるよう設計されるが、画面周辺の像を形成する光線は光軸から外れた斜入射光線であり、一般の撮像装置では、光学系の収差により画面中心に比べ画面周辺の解像度を高くすることは設計上困難であり、アポダイズドフィルタにより画面周辺の解像度が改善されることは好ましい。また、画面中心の解像度は既に十分な性能を有していることから、本実施形態では、画面中心の解像度よりも画面周辺の解像度を重視する。画面周辺の像を形成する光線は光軸から外れた斜入射光線であり、一般の撮像装置では、光学系の収差により画面中心に比べ解像度が劣る。アポダイズドフィルタの解像度改善効果は、このような斜入射光線の収差による解像度劣化を改善する働きも期待できる。
【００４３】
さらに、本実施形態では、素子面内の透過率分布を設計する際の指標（以下、設計指標）として、上述した瞳内透過率とＭＴＦに加えて、画面周辺光量を用いる。
【００４４】
図２は、一般的なアポダイズドフィルタを用いた場合の画面周辺光量の例を示すグラフである。なお、図２は、図１８（ａ）〜（ｂ）に示すような正規分布の透過率分布を有するアポダイズドフィルタを用いた場合の例を示すグラフである。図２において、縦軸は画面中心すなわちＦｉｅｌｄ  ａｎｇｌｅ＝０の光強度を１として規格化した光強度を示し、横軸は画面位置をその位置に入射する主光線の入射角で示している。また、図２では、アポダイズドフィルタと後段の光学系の第１レンズ間の距離Ｌに応じて、系列を分けて表示している。
【００４５】
図２の光学系は第１レンズに光学絞りが備えられているので、図２に示すように、距離Ｌが大きくなると、ケラレによる画面周辺光量の低下も大きくなる。また、その低下量は、画面周辺にいくほど大きくなる。
【００４６】
このようなケラレによる画面周辺光量の低下を防止するため、本発明では式（１）に示すように、中間領域２２と周辺領域２３との境界の直径φ２を、光学系の絞り径φａを超える範囲にまで大きくする。
【００４７】
アポダイズドフィルタを設置することにより生じる画面周辺光量の低下具合を判断する指標として、以下のような規格化された画面周辺光量を考える。すなわち、ある決まった画面周辺位置におけるアポダイズドフィルタを設けない場合の光量を１として、アポダイズドフィルタを設置した場合の同位置における画面周辺の光量を規格化したものである。以下、このようなアポダイズドフィルタを設けない場合の同位置における光量を１として規格化された画面周辺光量を、第１規格化周辺光量と定義する。
【００４８】
多くの撮像モジュールでは、画面周辺の光量低下を補うための画像処理による補正が行われている。このため、アポダイズドフィルタを加えた時の光量の低下量が小さければ、画像処理による補正でまかなえることが多い。すなわち、たとえ画面中心の光量に対して画面周辺の光量が小さくても、第１規格化周辺光量が所定の値以上であれば、画像処理による補正を伴うことにより、シェーディング性能劣化は抑えられているとみなせる。以下、第１規格化周辺光量と区別するために、画面中心の光量を１とした場合の画面周辺の光量を第２規格化周辺光量という場合がある。
【００４９】
以上を踏まえて、瞳内透過率とＭＴＦと画面周辺光量という３つの性能に関する指標が各々所定の条件を満たすように、φａに対するφ１およびφ２の組合せを求める。なお、以下では、中心領域２１のほとんどの部分の透過率が１００％である場合について検討した。
【００５０】
図３（ａ）および図３（ｂ）は、光学素子１００の設定パラメータに応じた瞳内透過率とＭＴＦとの関係を示すグラフである。図３（ａ）において、横軸は瞳内透過率を示し、縦軸は光が３８．５度で入射した場合のＭＴＦ１００本／ｍｍの値を示している。また、図３（ｂ）において、横軸は瞳内透過率を示し、縦軸は光が３８．５度で入射した場合のＭＴＦ５０本／ｍｍの値を示している。また、図３（ａ）および図３（ｂ）に示される性能は、光学素子１００と後段の光学系の第１レンズ間の距離Ｌを０．３ｍｍ、光学系のレンズの絞り径φａが１．６４ｍｍであり、焦点距離３．５１ｍｍ、Ｆ値２．１６として計算したものである。また、本例の光学系では最大画角である３８．５度において、ＭＴＦを評価したが、異なる光学系の場合には、その最大画角付近の画角におけるＭＴＦを評価すればよい。また、写真の画質を評価する場合などには、最大画角に対応する周辺領域の画質よりも少し中心に近い周辺領域の画質を重視したい場合も考えられる。そのような場合には、最大画角よりも小さい所定の画角（例えば、３０度）におけるＭＴＦを評価してもよい。
【００５１】
また、図３（ａ）および図３（ｂ）では、有効径率に応じて系列を分けて示している。また、図中の曲線Ｆ１０１は、各系列内におけるＦＴ率の変化の方向を示している。なお、有効径率＝１の系列は比較例であり、光学系の絞り径φａとアポダイズドフィルタの有効径（直径）φ２とが一致しているアポダイズドフィルタである。なお、各マーカにおける具体的な設定パラメータの組合せの一部が、図２０Ａ〜図２０Ｇに示されている。
【００５２】
図３（ａ）および図３（ｂ）に示されるように、有効径率が同じ組合せの場合、ＦＴ率を低くするとＭＴＦは高くなるが瞳内透過率は低くなり、ＦＴ率を高くすると瞳内透過率は高くなるがＭＴＦは低くなることがわかる。また、ＦＴ率がある値を超えると急激にＭＴＦが低くなることもわかる。
【００５３】
したがって、例えば、瞳内透過率を０．８０以上、かつ３８．５度入射時のＭＴＦ１００本／ｍｍの値を０．５４以上とする場合には、図３（ａ）のグラフ上の当該範囲に含まれる組合せにすればよい。また、例えば、瞳内透過率を０．８０以上、かつ３８．５度入射時のＭＴＦ５０本／ｍｍの値を０．７４以上とする場合には、図３（ｂ）のグラフ上の当該範囲に含まれる組合せにすればよい。
【００５４】
図４（ａ）および図４（ｂ）は、光学素子１００の設定パラメータに応じた瞳内透過率と画面周辺光量との関係を示すグラフである。図４（ａ）において、横軸は瞳内透過率を示し、縦軸は入射角３８．５度に相当する位置における第１規格化周辺光量すなわちアポダイズドフィルタなし時の画面周辺光量を１とした場合の画面周辺光量を示している。また、図４（ｂ）において、横軸は入射角３８．５度に相当する位置における第２規格化周辺光量すなわち画面中心の光量を１とした場合の画面周辺光量を示し、縦軸は光が３８．５度で入射した場合のＭＴＦ１００本／ｍｍの値を示している。また、図４（ａ）および図４（ｂ）に示される性能の計算に用いた距離Ｌ、絞り径φａ、焦点距離およびＦ値は、図３（ａ）〜（ｂ）の場合と同様である。
【００５５】
図４（ａ）および図４（ｂ）においても、有効径率に応じて系列を分けて示している。また、図中の曲線Ｆ１０１およびＦ１０２は、系列内におけるＦＴ率の変化の方向を示している。なお、各マーカにおける具体的な設定パラメータの組合せの一部が、図２０Ａ〜図２０Ｇに示されている。
【００５６】
図４（ａ）に示されるように、画面周辺光量は有効径率が大きいほど高くなり、同じ有効径率であれば、ＦＴ率には大きく依存しない。一方、瞳内透過率はＦＴ率が大きいほど高くなるので、瞳内透過率を高くかつ画面周辺光量を高くするためには、有効径率を大きく、ＦＴ率を大きくすればよい。
【００５７】
また、図４（ｂ）に示されるように、ＭＴＦはＦＴ率が低いほど良くなる。一方、画面周辺光量は有効径率が大きいほど高くなり、ＦＴ率の変化に対しては極小値をとる。したがって、画面周辺光量を高くかつＭＴＦを良くするためには、有効径率を大きく、ＦＴ率を小さくすればよい。
【００５８】
したがって、例えば、瞳内透過率を０．８０以上、かつ第１規格化周辺光量を０．７５以上とする場合には、有効径率を１．２以上として、図４（ａ）のグラフ上の当該範囲に含まれるようなＦＴ率にすればよい。なお、図４（ｂ）に示されるように、ＦＴ率を高くするとＭＴＦ値は減少する傾向にあるとともに、画面周辺光量は一旦減少した後に増加する傾向にあるため、瞳内透過率が許容範囲に収まる程度にＦＴ率を小さくしてＭＴＦ値と画面周辺光量を優先させたり、ＭＴＦ値が許容範囲に収まる程度にＦＴ率を大きくして瞳内透過率と画面周辺光量の向上を優先させることも考えられる。
【００５９】
図５（ａ）は、設計パラメータの組合せにおける有効径率とφ１／φａとの関係を、性能に対する評価結果とともに示すグラフである。また、図５（ｂ）は、設計パラメータの組合せにおける有効径率とＦＴ率との関係を、性能に対する評価結果とともに示すグラフである。図５（ａ）および図５（ｂ）のグラフは、設計パラメータの検討に用いたモデルデータのうち、瞳内透過率が０．８０以上、かつ第１規格化周辺光量が０．７５以上、かつ３０度入射時のＭＴＦ５０本／ｍｍの値が０．８６以上、かつ３０度入射時のＭＴＦ１００本／ｍｍの値が０．７２５以上であるモデルデータをＧｏｏｄモデルとして、各モデルデータにおける有効径率とφ１／φａとの関係および有効径率とＦＴ率との関係をプロットしたものである。なお、本例では、最大画角ではなく最大画角よりも小さい画角におけるＭＴＦを評価に用いている。図５（ａ）より、本例の組み合わせでは、有効径率が１．１〜２．１かつφ１／φａが０．１〜１．１の範囲にＧｏｏｄモデルが含まれることがわかる。なお、図５（ｂ）に示されるように、上記範囲は、有効径率とＦＴ率とを用いて表現した場合、有効径率が１．１〜２．１かつＦＴ率が０．０〜０．９５の範囲と言うことができる。なお、各指標についての上記判定用しきい値はあくまで一例であって、これらに限定されない。例えば、瞳内透過率を０．８０から０．８５に変更すると、Ｇｏｏｄモデルが含まれる範囲は、有効径率が１．１〜１．５かつφ１／φａが０．６〜１．１の範囲に変わる。
【００６０】
また、図２０Ａ〜図２０Ｇに示される各モデルデータは、中間領域２２における透過率分布がガウス関数に従う分布であるとして各種性能を計算しているが、中間領域２２における透過率分布はガウス関数に従う分布に限られない。例えば、コサインのｎ乗（例えば、２乗）に比例する関数に従う分布や、ｅｘｐ（ｘ4）に従う分布や、偶数次ベキ乗の関数ｘｎに従う関数であってもよい。ここで、ｘとは素子面内における中心、すなわち光軸位置からの距離である。
【００６１】
図６は、本実施形態の光学素子１００の構成例を示す説明図である。図６に示すように、本実施形態の光学素子１００は、透明な樹脂材料またはガラス等により形成された透明基板１０、透明基板１０の上に形成された可視光を吸収する材料により形成された光吸収部２０および可視光を透過する材料により形成された光透過部３０を有している。以下、光吸収部２０と光透過部３０とが形成されている層を、アポダイゼーション効果を生じさせる層という意味でアポダイゼーション層４０と呼ぶ場合がある。
【００６２】
光吸収部２０は、中心領域２１においては殆ど形成されておらず、周辺領域２３において厚く形成されており、中心領域２１と周辺領域２３との間の中間領域２２においては、中心領域２１の側から周辺領域２３の側に向かって、徐々に厚さが厚くなるように形成されている。
【００６３】
ここで光吸収部２０を構成する光吸収材料の光学濃度をＯＤとし、光吸収部２０の厚みをｔとすると、透過率Ｔ（％）は、下記の（４）に示す式で表わされる。
【００６４】
Ｔ＝１００×１０(−ＯＤ×ｔ)  ％  ・・・（４）
【００６５】
また、光学濃度ＯＤは、単位厚みあたりの透過率Ｔ０（％）から、下記の（５）に示す式で表わされる。
【００６６】
ＯＤ＝−ｌｏｇ（Ｔ０／１００）  ・・・（５）
【００６７】
従って、光学素子１００においては、中心領域２１における透過率は光吸収材料の厚みがほぼゼロなので、１００％に近い値であり、入射光の略すべてを透過する。また、周辺領域２３における透過率は、式（４）により規定される。したがって、例えば０．１％にする場合は、ＯＤ×ｔ＝３を満たすように、光学濃度ＯＤと周辺領域２３の厚みｔを決める必要がある。
【００６８】
ＯＤが大きい、すなわち吸収能の高い吸収材料を用いると、周辺領域２３の厚みを薄くできる。しかし、中心領域２１に残膜が生じた場合には、残膜による透過率低下が著しくなり、製造が困難になる。一方、ＯＤが小さい、すなわち吸収能の低い吸収材料を用いると、周辺領域２３の厚みが厚くなるため、薄型化を求める撮像系には不向きである。
【００６９】
従って、周辺領域２３の厚み、すなわち光吸収部２０の中心領域２１と周辺領域２３の高低差は、５μｍ〜１００μｍ程度が良く、更には１０μｍ〜３０μｍ程度が、光学素子を薄くでき、かつ安定して製造できるため好ましい。
【００７０】
中間領域２２における透過率は、中心領域２１の側から周辺領域２３の側に向かって、透過率が徐々に減少するように形成されており、このため、中心領域２１の側から周辺領域２３の側に向かって、透過する光の光量は徐々に減少する。
【００７１】
図６に示される光学素子１００の構成は、光吸収材料の厚みに応じて透過率が変わるため、例えば成形型などを用いて光吸収材料の厚みを精密に制御できれば、再現性良く高精度な透過率分布を得やすい点で優れている。
【００７２】
なお、光学素子１００の構成は上記に限らず、例えば、特許文献３の図４に示されているような、インクジェット記録装置を用いる方法であっても光学素子１００を作製できる。
【００７３】
また、光透過部３０は、光吸収部２０が形成されていない部分に埋め込まれるように形成されており、光透過部３０の表面は略平坦となっている。このため、光透過部３０の厚さは、中心領域２１において最も厚く、周辺領域２３において最も薄くなっており、中心領域２１から周辺領域２３に向かって、徐々に薄くなるように形成されている。なお、本実施の形態においては、可視光とは、４２０ｎｍ以上、７８０ｎｍ以下の波長の光を意味するものとする。
【００７４】
また、透明基板１０は、ガラスや樹脂など透明であればよく、特に携帯電話用カメラなど薄型化が求められる用途には、透明基板１０の厚みを薄くすることが好ましく、更には、０．１ｍｍ以下であることが好ましい。
【００７５】
また、光吸収部２０は、光を透過する透明樹脂材料に光を吸収する吸収材料が添加されているものにより形成される。なお、光吸収部２０は、透明樹脂材料に吸収材料が添加された液体である液体状の光吸収性樹脂材料を紫外線等の照射により硬化したものであってもよい。
【００７６】
吸収材料としては、アントラキノン系、フタロシアニン系、ベンゾイミダゾロン系、キナクリドン系、アゾキレート系、アゾ系、イソインドリノン系、ピランスロン系、インダンスロン系、アンスラピリミジン系、ジブロモアンザンスロン系、フラバンスロン系、ペリレン系、ペリノン系、キノフタロン系、チオインジゴ系、ジオキサジン系、アニリンブラック、ニグロシンブラック等の有機色素や有機顔料、金、銀、銅、スズ、ニッケル、パラジウムやそれらの合金を用いた金属ナノ粒子、さらに、硫酸バリウム、亜鉛華、硫酸鉛、黄色鉛、ベンガラ、群青、紺青、酸化クロム、鉄黒、鉛丹、硫化亜鉛、カドミウムエロー、カドミウムレッド、亜鉛、マンガン紫、コバルト、マグネタイト、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、グラフェン、チタンブラック等の無機顔料を使用できる。特に、チタンブラックは分散性に優れていることや吸収係数が高いことから好ましい。また、透明樹脂材料に添加して成型する際に、チタンブラックの添加濃度を低くできるため、粘度を低く保つことができる。
【００７７】
チタンブラックとは、ＴｉＮｘＯｙ（０≦ｘ＜１．５および０．１６＜ｙ＜２）、または（１．０≦ｘ＋ｙ＜２．０および２ｘ＜ｙ）で表される低次酸化チタンの化合物であり、容易にその粒子を得ることができる。光学素子として用いる場合に、ヘイズは小さいことが好ましいことから、本実施の形態において用いられるチタンブラック粒子の平均粒径は１００ｎｍ以下が好ましく、３０ｎｍ以下がより好ましい。ここで、被分散体の粒径とは、有機溶媒中に含まれるチタンブラック粒子の１０万倍拡大画像を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）にて撮影したＴＥＭ写真における粒子１００個における数平均粒子径を意味する。
【００７８】
本実施の形態において、粒子を用いる場合には、分散剤を用いてもよく、チタンブラックについても同様である。分散剤は樹脂中に均一分散に分散させるために用いる。分散剤としては、高分子分散剤（アルキルアンモニウムとその塩、酸基を有する共重合物のアルキロールアンモニウム塩、水酸基含有カルボン酸エステル、カルボン酸含有共重合物、アミド基含有共重合物、顔料誘導体やシランカップリング剤等）を挙げることができる。また、分散剤の分子中に樹脂と相互作用する官能基や重合性官能基が存在してもよい。また、これらを単独で使用してもよく、２種類以上組み合わせて使用してもよい。
【００７９】
透明樹脂材料に添加されるチタンブラックの割合、即ち、光吸収部２０中のチタンブラックの割合は、０．３質量％以上１５質量％以下であることが好ましく、より好ましくは０．５質量％から１３質量％である。なお、これは１０μｍにおける光学濃度が、０．２以上、４．０以下に相当する。添加されるチタンブラックの割合が０．３質量％より小さいと所望の透過率を発現させるために１００μｍ以上の膜厚が必要となり、成形が非常に困難となる場合がある。一方、添加されるチタンブラックの割合が１５質量％より大きいと、単位膜厚当たりの透過率減が大きくなるため、中心部分において残膜がほぼゼロとなることが求められることから、光学素子の製造が困難なものとなる。
【００８０】
また、チタンブラック以外にも他の材料を加えて用いても構わない。特にカーボンブラックは８００ｎｍから３８０ｎｍに向かい透過率が単調に減少し、チタンブラックとは逆の特性を示すため、この両者を組み合わせることにより、透過率の波長依存性を小さくできる。
【００８１】
透明樹脂材料としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、シクロオレフィン（ＣＯＰ）などの熱可塑性樹脂や、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）等の熱硬化性樹脂、アクリルやエポキシなどのエネルギー線硬化性樹脂を使用できる。熱硬化性樹脂やエネルギー線硬化性樹脂を用いる場合にはオリゴマーやモノマーなどの重合前駆体化合物（以下、重合性化合物とも呼ぶ）の段階で、吸収材料を添加し、その後硬化すればよい。これらの中でも、エネルギー線硬化性樹脂が好ましく用いられる。このような重合性化合物としては、重合反応により硬化して硬化物となるような成分であれば、特に制限なく使用可能である。例えば、ラジカル重合型の硬化性樹脂、カチオン重合型の硬化性樹脂、ラジカル重合型の硬化性化合物（モノマー）が特に制限なく使用可能である。これらの中でも、重合速度や成形性の観点から、ラジカル重合型の硬化性化合物（モノマー）が好ましい。ラジカル重合型の硬化性樹脂としては、（メタ）アクリロイルオキシ基、（メタ）アクリロイルアミノ基、（メタ）アクリロイル基、アリルオキシ基、アリル基、ビニル基、ビニルオキシ基等の炭素−炭素不飽和二重結合を有する基を有する樹脂等が挙げられる。
【００８２】
重合性化合物は、特に限定されないが、エトキシ化o-フェニルフェノールアクリレート、メタクリル酸2-(パーフルオロヘキシル)エチル、シクロヘキシル（メタ）アクリレート、イソボニル（メタ）アクリレート、トリシクロデカン（メタ）アクリレート、トリシクロデカンメタノール（メタ）アクリレート、トリシクロデカンエタノール（メタ）アクリレート、１−アダマンチルアクリレート、１−アダマンチルメタノールアクリレート、１−アダマンチルエタノールアクリレート、２−メチル−２−アダマンチルアクリレート、２−エチル−２−アダマンチルアクリレート、２−プロピル−２−アダマンチルアクリレートなどの単官能化合物や、9,9-ビス[4-(2-アクリロイルオキシエトキシ)フェニル]フルオレン、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、１，３−ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、１，４−ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、イソボニルジ（メタ）アクリレート、トリシクロデカンジ（メタ）アクリレート、トリシクロデカンジメタノールジ（メタ）アクリレート、トリシクロデカンジエタノールジ（メタ）アクリレート、アダマンタンジアクリレート、アダマンタンジメタノールジアクリレートなどの二官能化合物や、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレートなどの三官能化合物、ペンタエリスルトールテトラ（メタ）アクリレートなどの四官能化合物、ジペンタエリスルトールヘキサ（メタ）アクリレートなどの六官能化合物等が挙げられる。また、重合性化合物は１種類または２種類以上を含んでいても構わない。単官能化合物のみを用いる場合は、成型後の離型時に凝集破壊を起こす場合があるので、二官能以上の多官能化合物を含むことが好ましい。重合性化合物組中における多官能化合物は１質量％以上９０質量％以下が好ましく、さらに１０質量％以上８０質量％以下が好ましい。多官能化合物の量が１質量％未満の場合は、凝集破壊を改善できる効果が不十分であり、９０質量％を超える場合には、重合後の収縮が大きく問題になる場合がある。
【００８３】
また、上記の炭素−炭素不飽和二重結合を有する官能基以外にエポキシ基のような開環反応を起こす重合性化合物も使用できる。特に例示はしないが、この場合にも、単官能化合物のみでは、成型後の離型時に凝集破壊を起こす場合があるので、二官能以上の多官能化合物を含むことが好ましい。重合性化合物組中における多官能化合物は１質量％以上９０質量％以下が好ましく、さらに１０質量％以上８０質量％以下が好ましい。これらの光硬化性吸収材料は透明基板１０との屈折率差を小さくし界面反射を軽減したり、粘度を調整したりする目的で、単独で用いてもよく、複数組み合わせて用いてもよい。
【００８４】
また、光透過部３０は、上記の透明樹脂材料により形成されている。透明基板１０と光透過部３０との間に、光吸収部２０を形成している吸収材料が殆ど存在しないため、この領域における透過率を高くでき、また、均一にすることができる。
【００８５】
以上のように、本実施形態によれば、アポダイゼーション効果を奏する光学素子をレンズユニットから分離して実装する場合であっても、シェーディング性能劣化を抑制しつつ、高い瞳内透過率と高い解像度とが得られる。したがって、バランスの良い性能を後段の光学系に付与できる。
【００８６】
実施形態２．
次に、本発明の第２の実施形態の光学素子を説明する。本実施形態の光学素子は、撮像装置等において撮像モジュール用の保護ガラスとして用いられる光学素子である。
【００８７】
図７は、本実施形態の光学素子２００の構成例を示す模式断面図である。図７に示すように、本実施形態の光学素子２００は、透明な樹脂材料またはガラス等により形成された透明基板２０１と、透明基板２０１の一方の面上に形成されたアポダイゼーション層２０２とを有し、透明基板２０１のいずれかの面上に形成された少なくとも１つの透明層２０３とを有していてもよい。図７に示す例では、アポダイゼーション層２０２とは反対側の透明基板２０１の表面に透明層２０３が形成されている。
【００８８】
透明基板２０１は、第１の実施形態の透明基板１０の材料に加えて、化学強化ガラス、またはサファイアを用いた基板であってもよい。
【００８９】
アポダイゼーション層２０２は、アポダイゼーション効果を発生させる層であり、例えば、第１の実施形態の光学素子１００のアポダイゼーション層４０であってもよい。なお、アポダイゼーション層２０２は、上記の式（１）に加えて、少なくとも式（２）または式（３）のいずれか一方を満たすように形成された中心領域２１、中間領域２２および周辺領域２３を有していれば、具体的な構成は問わない。
【００９０】
透明層２０３は、例えば、紫外線を照射することにより硬化する不飽和ポリエステル系、ウレタン−アクリレート系、エポキシ−アクリレート系、ポリエステル−アクリレート系の光硬化型樹脂により形成されていてもよい。
【００９１】
透明層２０３は、例えば、透明基板２０１の表面を傷から保護するためのハードコート層であってもよい。この場合、ハードコート層を形成する材料は、透明基板２０１を形成している材料よりも硬い材料により形成されていることが好ましく、また、鉛筆硬度（ＪＩＳ−Ｋ−５６００  ＪＩＳ−Ｋ−５４００）においてＨ以上であることが好ましい。ハードコート層を形成するための材料としては、アクリル系ＵＶ硬化樹脂、アクリル系樹脂に無機微粒子を分散させたもの等が好ましい。
【００９２】
また、透明層２０３は、反射防止膜（ＡＲコート層）であってもよい。具体的には、蒸着法やスパッタリング法により形成された無機多層膜であってもよい。更に、イオンアシスト蒸着やマグネトロンスパッタリング法などの手法により形成される、膜強度が強いＡＲ膜、例えば鉛筆硬度６Ｈ以上を有する高強度反射防止膜（Ｈａｒｄ−ＡＲ膜）であってもよい。
【００９３】
また、透明層２０３は、帯電防止膜（帯電防止コート層）であってもよい。具体的には、スルホン酸塩基を有する長鎖アルキル化合物、主鎖にイオン化された窒素原子を有するポリマー等のイオン導電性の耐電防止剤を塗布することにより形成した膜であってもよい。また、酸化スズ粒子、インジウムやアンチモンをドープした酸化スズ粒子等の導電性材料を含む帯電防止剤を塗布することにより形成した膜であってもよい。
【００９４】
また、透明層２０３は、耐指紋などの防汚コート層であってもよい。具体的には、フッ素化合物等の防汚剤を塗布または蒸着することによって形成したフッ素コート層であってもよい。
【００９５】
また、透明層２０３は、スプレーコート、ディッピング、ロールコート、ダイコート、スピンコート、リバースコート、グラビアコート、ワイヤーバーコート等のコート法により塗布、または、グラビア印刷、スクリーン印刷、オフセット印刷、インクジェット印刷等の印刷法により印刷した後、紫外線照射、または、加熱することにより形成されるものであってもよい。
【００９６】
また、透明層２０３は、上記のハードコート層、反射防止膜、防汚コート層を適宜組みあわせたものであってもよい。その場合、例えば透明基板２０１の表面に反射防止膜を形成し、その上に防汚コート層を形成することで、指紋が付き難い機能と反射を防止する機能を有する透明層２０３としてもよい。
【００９７】
また、図８は、本実施形態の光学素子２００の他の構成例を示す断面図である。図８に示すように、光学素子２００は、光が入射する側から順に、防汚コート層２０３Ａ、Ｈａｒｄ−ＡＲ膜２０３Ｂ、透明基板２０１、アポダイゼーション層２０２および反射防止膜２０３Ｃを有していてもよい。
【００９８】
また、図９は、本実施形態の光学素子２００の撮像装置への組み込み例を示す断面図である。図９に示すように、光学素子２００は、例えば、接着剤２３２を介して筐体２３４と接着される。このとき、撮像素子（不図示）と組レンズ（レンズユニット）と光学素子２００とがこの順番で配置されるようにしてもよい。また、そのような場合に、光学素子２００の光吸収部２０が、組レンズに相対する向きに配置されてもよく、その方が光学絞り２３１に近いため好ましい。
【００９９】
接着剤２３２は、アクリル系樹脂などの紫外線硬化型接着剤や、エポキシ系などの熱硬化型接着剤や、両面粘着テープなどであればよく、光学素子２００と筐体２３４が固定できればよい。
【０１００】
なお、図９に示す例では、光学系の組レンズのうち最も光学素子２００の近くに配される第１レンズ２２１のレンズ面と、光学素子２００の第１レンズ２２１側の表面との間の光軸上の距離が、上述の距離Ｌに相当する。また、第１レンズ２２１の光入射側に光学絞り２３１が設けられている場合には、光学絞り２３１の直径が、上述したφａに相当する。なお、光学絞り２３１は、レンズとレンズの間に設けられることもあり、そのような場合であっても、光学絞り２３１の直径がφａに相当する。
【０１０１】
一般に、スマートフォンなどの携帯端末に備わっているカメラモジュールにおいては、カメラモジュール、特にレンズを保護する目的で携帯端末の筐体２３４に保護ガラスが組み込まれている。したがって、以上のように、保護ガラスにアポダジゼーション効果を持たせることによって、アポダイズドフィルタ単体を新たにカメラモジュールに装着する手間が省けるため、部品点数の増加を抑えることができる。また、レンズユニットに駆動機構があった場合には、その負担を増やさずに第１の実施形態と同様の効果を得られる。すなわち、シェーディング性能劣化を抑制しつつ、高い瞳内透過率と高い解像度とが得られるので、本実施形態の光学素子２００を用いることにより、実装が容易で、かつ性能バランスの良い光学系および撮像装置を得られる。
【０１０２】
また、従来のような保護ガラスと第１レンズとの間にアポダイズドフィルタを設けた構成の場合、保護ガラスの表面に加えアポダイズドフィルタの表面においても反射光が発生するために、多重反射により発生する撮影像上のフレアやゴーストが起こり易くなっていたが、上記のように、保護ガラスの基板表面上にアポダイゼーション層２０２を形成することで、反射表面の増加を抑えることもできる。
【０１０３】
実施形態３．
次に、第３の実施形態を説明する。本実施形態は、第１または第２の実施形態の光学素子を用いた撮像装置である。本実施形態における撮像装置は、例えば、スマートフォンや携帯電話等の携帯可能な通信機能を有する電子機器に搭載される撮像装置である。
【０１０４】
図１０は、本実施形態の撮像装置の構成例を示す説明図である。図１０に示されるように、本実施形態の撮像装置４００は、光学素子２００、光学系４２０、オートフォーカスユニット４３１、撮像素子であるイメージセンサ４３２、基板４３３、フレキシブル基板４３４等を有している。光学系４２０は、オートフォーカスユニット４３１に搭載されており、オートフォーカスユニット４３１により光学系２２０の動きが制御され、オートフォーカス動作がなされる。撮像素子であるイメージセンサ４３２は、ＣＭＯＳセンサ等により形成されており、イメージセンサ４３２において、光学系４２０を介して入射した光による画像が検出される。
【０１０５】
また、図１１は、光学系４２０の構成例を示す説明図である。光学系４２０は、図１１に示されるように、第１レンズ４２１、第２レンズ４２２、第３レンズ４２３、第４レンズ４２４、赤外線カットフィルタ４２５を有している。なお、第２の実施形態の光学素子２００を含めて光学系４２０としてもよい。また、赤外線カットフィルタ４２５は光学系４２０に含めずに、イメージセンサ４３２に固定してもよい。また、レンズの枚数は４枚に限らず、撮像性能を得るためには５枚や６枚の非球面レンズから構成されていてもよい。
【０１０６】
光学系４２０において、光学素子２００より入射した光は、第１レンズ４２１、第２レンズ４２２、第３レンズ４２３、第４レンズ４２４、赤外線カットフィルタ４２５を介し、イメージセンサ４３２に入射する。
【０１０７】
なお、第２の実施形態の光学素子２００に代えて、第１の実施形態の光学素子１００を備えていてもよい。第１の実施形態の光学素子１００は、第１レンズ４２１の光入射側に限らず、例えば、第１レンズ４２１と第２レンズ４２２の間や、第２レンズ４２２と第３レンズ４２３の間に設けられてもよい。いずれの場合においても、光学素子１００は、光学系４２０の光学絞りに近い位置、例えば、０．４ｍｍ未満に設置することが望ましい。
【０１０８】
また、第２の実施形態の光学素子２００を備える構成において、第２の実施形態の第１レンズ２２１を光学系４２０の第１レンズ４２１としてもよく、その場合、光学素子２００は第２の実施形態における保護ガラスであってもよい。
【０１０９】
本実施形態によれば、第１の実施形態の光学素子１００または第２の実施形態の光学素子２００を備えることにより、実装が容易で、性能バランスの良い撮像装置を得られる。より具体的には、シェーディング性能劣化を抑えつつ、実装容易性と瞳内透過率と解像度とを両立できる撮像装置を得られる。
【実施例】
【０１１０】
例１．
第１の例は、図１２に示す光学系５２０に用いられる光学素子１００の例である。図１２に示す光学系５２０は、第１レンズ５２１、第２レンズ５２２、第３レンズ５２３、第４レンズ５２４、第５レンズ５２５、赤外線カットフィルタ５２６を有している。イメージセンサ５３２において、光学系５２０を介して入射した光による画像が検出される。光学系５２０のＦ値は２．１６である。また、光学系５２０の光学絞りは第１レンズ５２１の被写体側の面で決められており、絞り径φａは第１レンズ５２１の第１面の有効径＝１．６４ｍｍである。また光学素子１００と第１レンズ５２１との間の距離Ｌは最大０．３ｍｍであり、被写体の距離に応じて最小０．０５ｍｍまで変化する。以下、距離Ｌが最も離れた、つまり光学系５２０の光学絞りと光学素子１００の距離が最も大きい場合であるＬ＝０．３ｍｍにおいて示す。【０１１１】
このようなパラメータを基に、本例の光学素子１００は、アポダイゼーション層４０を、φ１＝１．１２ｍｍ、φ２＝２．２１ｍｍとなるように形成する。なお、本例の光学素子１００において、有効径率（φ２／φａ）＝１．３５、ＦＴ率（φ１／φ２）＝０．５１、φ１／φａ＝０．６９である。【０１１２】
また、中間領域２２における透過率分布は、ガウス関数に従う分布とする。図１３には、本例を含む光学素子の透過率分布が示されている。図１３において、横軸は規格化半径、すなわち光軸を０とし、光学系５２０の絞り半径（φａ／２）を１とした場合の光軸からの距離を示している。また、縦軸は透過率を示している。なお、図１３に示される例１ｂは、中心領域２１の透過率分布が均一であり、中間領域２２の透過率分布がコサインの２乗に比例する関数に従う光学素子１００の例である。また、例１ｃは、中心領域２１の透過率分布が均一であり、中間領域２２の透過率分布がｅｘｐ（ｘ4）に従う場合の光学素子１００の例である。また、例１ｄは、中心領域２１の透過率分布がｅｘｐ（ｘ4）に従い、中間領域２２の透過率分布がガウス関数に従う場合の光学素子１００の例である。【０１１３】
本例の光学素子１００を用いた場合、瞳内透過率は０．８７２、第１規格化周辺光量（３８．５度入射）は０．８０７、ＭＴＦ５０本／ｍｍ（３８．５度入射）の値は０．７７７、ＭＴＦ１００本／ｍｍ（３８．５度入射）の値は０．５８０、ＭＴＦ５０本／ｍｍ（３０度入射）の値は０．８８９、ＭＴＦ１００本／ｍｍ（３０度入射）の値は０．７５５である。なお、本例の光学素子１００による性能は、図２０Ａ〜図２０Ｇに示されるモデルデータ群において番号５０のモデルデータとして示されている。【０１１４】
例２．
第２の例は、図１２に示す光学系５２０に用いられる光学素子１００の他の例である。なお、光学系５２０の絞り径φａ、および光学素子１００と第１レンズ５２１との間の距離Ｌは第１の例と同様である。【０１１５】
このようなパラメータを基に、本例の光学素子１００は、アポダイゼーション層４０を、φ１＝１．５６ｍｍ、φ２＝２．１３ｍｍとなるように形成する。なお、本例の光学素子１００において、有効径率（φ２／φａ）＝１．３０、ＦＴ率（φ１／φ２）＝０．７３、φ１／φａ＝０．９５である。【０１１６】
また、中間領域２２における透過率分布は、ガウス関数に従う分布とする（図１３参照）。【０１１７】
本例の光学素子１００を用いた場合、瞳内透過率は０．９９、第１規格化周辺光量（３８．５度入射）は０．８６３、ＭＴＦ５０本／ｍｍ（３８．５度入射）の値は０．７５７、ＭＴＦ１００本／ｍｍ（３８．５度入射）の値は０．５５３、ＭＴＦ５０本／ｍｍ（３０度入射）の値は０．８７３、ＭＴＦ１００本／ｍｍ（３０度入射）の値は０．７２７である。なお、本例の光学素子１００による性能は、図２０Ａ〜図２０Ｇに示されるモデルデータ群において番号３４のモデルデータとして示されている。【０１１８】
参考までに、図１４（ａ）は第１の例の光学素子１００を用いた場合の、光学系５２０における画面周辺光量を示すグラフである。また、図１４（ｂ）は第２の例の光学素子１００を用いた場合の、光学系５２０における画面周辺光量を示すグラフである。図１４（ａ）および図１４（ｂ）において、縦軸は中心の光強度を１として規格化した光強度すなわち第２規格化周辺光量を示し、横軸は画面位置をその位置に入射する光の入射角で示している。図１４（ａ）および図１４（ｂ）でも、距離Ｌに応じて系列を分けて表示している。【０１１９】
また、図１５（ａ）および図１５（ｂ）は、図３（ａ）および図３（ｂ）のグラフに示されるモデルデータとともに、第１の例および第２の例を星印を付して示すものである。また、図１６（ａ）および図１６（ｂ）は、図４（ａ）および図４（ｂ）のグラフに示される各モデルデータとともに、第１の例および第２の例を星印を付して示すものである。【０１２０】
以上、各実施形態および実施例を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記各実施形態および上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形および変更が可能である。
本出願は、２０１４年１月９日出願の日本特許出願２０１４−００２０８９に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
本発明は、アポダイゼーション効果を利用する光学素子、光学系および装置であれば、好適に適用可能である。
【符号の説明】
【０１２２】
１００、２００  光学素子
２１  中心領域
２２  中間領域
２３  周辺領域
１０、２０１  透明基板
２０  光吸収部
３０  光透過部
４０、２０２  アポダイゼーション層
２０３  透明層
２０３Ａ  防汚コート層
２０３Ｂ  Ｈａｒｄ−ＡＲ膜
２０３Ｃ  反射防止膜
２３２  接着剤
２３１  光学絞り
２３４  筐体
４００  撮像装置
４２０、５２０  光学系
４２１、５２１  第１レンズ
４２２、５２２  第２レンズ
４２３、５２３  第３レンズ
４２４、５２４  第４レンズ
５２５  第５レンズ
４２５、５２６  赤外線カットフィルタ
４３１  オートフォーカスユニット
４３２、５３２  イメージセンサ
４３３  基板
４３４  フレキシブル基板
【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２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２０Ｃ】
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【図２０Ｄ】
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【図２０Ｅ】
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【図２０Ｆ】
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【図２０Ｇ】
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【国際調査報告】
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