(57)【要約】【課題】透過率の高い光学フィルタを得ること。【解決手段】水晶板１０，２０および１／４波長板３０間の対向面１１，２１，３１，３２に、先端部１６，３６に行くにしたがって断面積が小さくなる複数の凸部１５，３５が形成されている（凸部の例として図２（ｂ）中で拡大して示した）。したがって、対向面１１，３１から先端部１６，３６にかけてのいわゆる有効屈折率は、凸部３５間に存在する貼り合わせ層４０，５０の材料の占める割合と凸部３５の材料の占める割合に応じて、それぞれの屈折率を合わせた屈折率にできる。この有効屈折率は、対向面１１，３１から先端部１６，３６にかけて連続して変化するので、屈折率の不連続点が存在せず、対向面１１，３１に対して入射した光に対して対向面１１，３１での反射を低減できる。対向面２１，３２に対しても同様の効果を得ることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向するように配置される複数の光学素子を備え、
前記光学素子の対向面のうち、片側または両側の面に、複数の凸部が形成され、
前記複数の凸部は先端部に行くにしたがって断面積が小さくなる
ことを特徴とする光学フィルタ。
【請求項２】
請求項１に記載の光学フィルタにおいて、
前記凸部の前記先端部間の距離は、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、
前記凸部の前記先端部から前記対向面までの距離は、１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である
ことを特徴とする光学フィルタ。
【請求項３】
対向するように配置される複数の光学素子を備え、
前記光学素子の対向面のうち、片側または両側の面に、複数の凹部が形成され、
前記複数の凹部は開口部から底部に行くにしたがって断面積が小さくなる
ことを特徴とする光学フィルタ。
【請求項４】
請求項３に記載の光学フィルタにおいて、
前記凹部の前記底部間の距離は、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、
前記凹部の前記底部部から前記対向面までの距離は、１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である
ことを特徴とする光学フィルタ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学フィルタにおいて、
前記光学素子は、貼り合わせ層によって互いに貼り合わせられている
ことを特徴とする光学フィルタ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学フィルタにおいて、
前記光学素子の１つまたは複数が合成樹脂である
ことを特徴とする光学フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の光学素子が積層された光学フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
光学フィルタは、撮像モジュール、デジタルスチルカメラまたはデジタルビデオカメラなどの撮像装置等の光学装置に用いられる。これらの光学装置で要求される仕様によっては、複数の光学素子が貼り合わされた光学フィルタが使用されている。
光学素子である複屈折板としての２つの水晶板および偏光制御素子としての１／４波長板が積層された３層構造の光学フィルタが知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−７０３４０号公報（６頁、段落番号［００３２］〜［００３３］、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
屈折率の異なる光学素子を積層して光学フィルタを構成する場合、光学素子同士の界面での反射、あるいは積層の貼り合わせの際に用いる貼り合わせ層である接着層、粘着層等と光学素子との界面での反射によって光学フィルタの透過率が低下する課題がある。
本発明の目的は、透過率の高い光学フィルタを得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の光学フィルタは、対向するように配置される複数の光学素子を備え、前記光学素子の対向面のうち、片側または両側の面に、複数の凸部が形成され、前記複数の凸部は先端部に行くにしたがって断面積が小さくなることを特徴とする。
【０００６】
この発明によれば、光学素子間の対向面に、先端部に行くにしたがって断面積が小さくなる複数の凸部が形成されている。したがって、対向面から先端部にかけてのいわゆる有効屈折率は、凸部間に存在する材料の占める割合と凸部の材料の占める割合に応じて、それぞれの屈折率を合わせた屈折率となる。この有効屈折率は、対向面から先端部にかけて連続して変化するので、屈折率の不連続点が存在せず、入射した光に対して対向面での反射が低減する。
ここで、先端部に行くにしたがって断面積が小さくなる凸部とは、先端部に行く途中に膨らみがあっても、全体として先端部に行くにしたがって断面積が小さくなる凸部も含む。
【０００７】
本発明では、前記凸部の先端部間の距離は、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、前記凸部の前記先端部から前記対向面までの距離は、１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であるのが好ましい。
この発明では、凸部の先端部間の距離と凸部の先端部から対向面までの距離とで決まる光学膜厚が、可視光域の波長より小さいので、対向面に入射する光と出射する光の干渉による影響が少なく、対向面での反射が低減する。
【０００８】
本発明の光学フィルタは、対向するように配置される複数の光学素子を備え、前記光学素子の対向面のうち、片側または両側の面に、複数の凹部が形成され、前記複数の凹部は開口部から底部に行くにしたがって断面積が小さくなることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、光学素子間の対向面に、開口部から底部に行くにしたがって断面積が小さくなる複数の凹部が形成されている。したがって、対向面から底部にかけてのいわゆる有効屈折率は、凹部に存在する材料の占める割合と光学素子材料の占める割合に応じて、それぞれの屈折率を合わせた屈折率となる。この有効屈折率は、対向面から底部にかけて連続して変化するので、屈折率の不連続点が存在せず、入射した光に対して対向面での反射が低減する。
ここで、開口部から底部に行くにしたがって断面積が小さくなる凹部とは、底部に行く途中に膨らみがあっても、全体として底部に行くにしたがって断面積が小さくなる凹部も含む。
【００１０】
本発明では、前記凹部の前記底部間の距離は、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、前記凹部の前記底部部から前記対向面までの距離は、１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であるのが好ましい。
この発明では、凹部の底部間の距離と凹部の底部から対向面までの距離とで決まる光学膜厚が、可視光域の波長より小さいので、対向面に入射する光と出射する光の干渉による影響が少なく、対向面での反射が低減する。
【００１１】
本発明では、前記光学素子は、貼り合わせ層によって互いに貼り合わせられているのが好ましい。
この発明では、貼り合わせ層が凸部間または凹部に充填される。貼り合わせ層の材料の屈折率として、凸部の屈折率または光学素子の屈折率に近い屈折率を選択することが可能なので、有効屈折率の変化がより緩やかになり、対向面での反射が低減する。
【００１２】
本発明では、前記光学素子の１つまたは複数が合成樹脂であるのが好ましい。
この発明では、合成樹脂の光学素子は、加工が容易で異方性が少ないので、同じ形状の凸部または凹部の形成が行いやすい。したがって、有効屈折率の変化の仕方のばらつきが少なく、より対向面での反射が少なくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
実施形態では、光学フィルタとしての光学ローパスフィルタ１について説明するが、本発明はこれに限られるものではない。
【００１４】
（第１実施形態）
図１（ａ）は本実施形態の光学ローパスフィルタ１の概略斜視図、（ｂ）は光学ローパスフィルタ１の構造を説明するための、光学軸と光線の進行方向に着目して描かれた分解概略斜視図である。（ｃ）は、本実施形態における、水晶板１０との１／４波長板３０の対向面３１の表面を拡大して示した拡大図である。
図１（ａ）において、光学ローパスフィルタ１は、光学素子である複屈折板としての２つの水晶板１０，２０と、１／４波長板３０とを備えている。２つの水晶板１０，２０の間には、１／４波長板３０が挟まれて貼り合わせ層４０，５０によって貼り合わされている。
【００１５】
水晶板１０，２０は、光の透過方向に対する屈折率が１．５５となるように光学軸を選んで加工されている。
１／４波長板３０は、例えば、一軸延伸法により形成した高分子フィルムであり、この高分子フィルムの複屈折率を考慮して、フィルム厚を適宜設定することにより、１／４波長板３０としての機能を実現する。高分子フィルムとしては、例えばポリカーボネートフィルムを用いることができる。
また、１／４波長板３０として、高分子液晶フィルム等の機能性フィルムを用いることもできる。これらは、広い波長域で１／４波長板として機能する。
なお、１／４波長板３０は、水晶板であってもよい。
【００１６】
貼り合わせ層４０，５０は、光の透過率の高い材料であって、光学素子間の熱膨張差による伸縮を吸収できるように柔軟性のある層が好ましく、粘着層または接着層を用いることができる。例えば、粘着層として、アクリル系溶剤型粘着剤等を用いることができ、接着層として、アクリル系接着剤、エポキシ系接着剤等を用いることができる。
接着層の硬化方法としては、紫外線硬化、熱硬化等を用いることができる。
【００１７】
図１（ｂ）において、光入射側に配置される水晶板１０は、光入射面と直交し、かつＸ−Ｚ平面において、Ｚ軸と約４５度の方位角をなす図中矢印Ａ１で示す方向に光学軸を有している。この水晶板１０に入射した光線Ｌ１は、水晶板１０の有する複屈折性によって、２つの光線Ｌ１１、Ｌ１２に分離されて出射する。これらの光線Ｌ１１、Ｌ１２は、それぞれ偏光状態が直線偏光に変化して出射する。
【００１８】
１／４波長板３０は、光入射面であるＸ−Ｙ平面において、Ｘ軸と約４５度の方位角をなす図中矢印Ａ２で示す方向に光学軸を有している。これにより、１／４波長板３０に入射した光線Ｌ１１、Ｌ１２は、それぞれ直線偏光から円偏光に偏光状態が変えられ、２つの光線Ｌ１３、Ｌ１４となって出射する。
【００１９】
光出射側に配置される水晶板２０は、光入射面と直交し、かつＹ−Ｚ平面において、Ｙ軸と約４５度の方位角をなす図中矢印Ａ３で示す方向に光学軸を有している。この水晶板２０に入射した光線Ｌ１３は、水晶板２０の有する複屈折性によって、２つの光線Ｌ１５、Ｌ１６に分離されて出射する。同様に、水晶板２０に入射した光線Ｌ１４は、２つの光線Ｌ１７、Ｌ１８に分離されて出射する。これらの光線Ｌ１５、Ｌ１６、Ｌ１７、Ｌ１８は、それぞれ偏光状態が直線偏光に変化して出射する。
【００２０】
図１（ｃ）において、対向面３１の表面には、凸部３５が形成されている。また、図示しないが凸部が、水晶板１０の１／４波長板３０との対向面１１、１／４波長板３０の水晶板２０との対向面３２、水晶板２０の１／４波長板３０との対向面２１にも設けられている。凸部３５は、これら光学素子の対向面１１，２１，３１，３２のすべてに設けられていてもよいし、一部であってもよい。
【００２１】
図２（ａ）には、図１（ａ）の光学ローパスフィルタ１の概略正断面図が示されている。（ｂ）には、水晶板１０、貼り合わせ層４０、１／４波長板３０付近の拡大断面図が示されている。さらに、（ｃ）には、貼り合わせ層４０、１／４波長板３０付近を拡大した拡大断面図が示されている。なお、（ｃ）の拡大断面図に対応した光の透過方向の距離Ｄと屈折率ｎの関係を示したグラフも合わせて示した。
【００２２】
水晶板１０には、凸部１５が、１／４波長板３０には、凸部３５が形成されている。これらの凸部１５，３５は、水晶板１０および１／４波長板３０を加工して形成してもよいし、凸部１５は、水晶板１０と、凸部３５は、１／４波長板３０と異なる材料で形成されていてもよい。しかし、屈折率差の大きな材料では、形成面での反射が大きくなるので、略同じ屈折率の材料を用いるのが好ましい。
【００２３】
加工による形成は、選択的なウェットエッチングあるいはドライエッチングによって加工できる。また、合成樹脂の場合、射出成形の金型の微細な凹部を設け、その凹部を転写して凸部１５，３５を形成する方法を用いることができる。
また、凸部１５，３５の形状は、本実施形態では略円錐形であるが、角錐形であってもよいし、先端部３６が曲面であってもよい。先端部に行くにしたがって断面積が小さくなる形状であればどのような形状であってもよい。
【００２４】
図２（ｂ）において、凸部３５の先端部３６間の距離Ｗと、先端部３６から対向面３１までの距離Ｈとについて、凸部３５を例にその範囲について説明する。
なお、凸部１５の先端部１６間の距離と、先端部１６から対向面１１までの距離の範囲も同様の範囲であるし、その他の対向面２１，３２に形成された凸部に関しても同様である。
先端部３６間の距離Ｗは、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下が好ましい。また、先端部３６から対向面３１までの距離Ｈは、１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下が好ましい。
距離Ｗと距離Ｈはそれぞれの対向面１１，２１，３１，３２に形成された凸部によって異なっていてもよい。
【００２５】
図２（ｃ）において、貼り合わせ層４０と１／４波長板３０との界面付近の有効屈折率の変化を、図２（ｃ）中右側にグラフとして示した。縦軸Ｌは、光の入射方向の位置を表し、横軸は光の入射方向の有効屈折率を表している。左に示した断面においては、破線で示した屈折率分布となるが、対向面全体の平均値としては、実線で示した屈折率分布となる。
図２（ｃ）中右側に示したグラフにおいて、界面付近の有効屈折率は、凸部３５の形状に応じて、貼り合わせ層４０の屈折率ｎ40と１／４波長板３０の屈折率ｎ30との間で連続的に変化することになる。本実施形態では、屈折率ｎ40が屈折率ｎ30より小さいので、貼り合わせ層４０から１／４波長板３０にかけて有効屈折率は連続して上昇する。
【００２６】
以下に、貼り合わせ層４０と１／４波長板３０との界面付近において、１／４波長板３０に凸部３５を形成した場合と、形成しない場合の可視光域の透過率の測定結果について説明する。
図３には、１／４波長板３０に貼り合わせ層４０を形成したサンプルが示されている。
図３（ａ）には、貼り合わせ層４０と１／４波長板３０との界面に凸部３５を形成したサンプル（ａ）を示し、（ｂ）には、凸部３５を形成しないサンプル（ｂ）を示した。
貼り合わせ層４０には、屈折率１．４８のアクリル系粘着剤を用い、厚みは０．０１ｍｍとした。
１／４波長板３０には、屈折率１．６１の一軸延伸のポリカーボネートフィルムを用い、厚みは０．１５ｍｍとした。
【００２７】
図４には、サンプル（ａ）およびサンプル（ｂ）についての透過率測定結果を表す図が示されている。測定波長は、可視光領域を含む３８０ｎｍ〜７８０ｎｍで行った。
界面に凸部３５を形成したサンプル（ａ）の透過率は、凸部３５を形成しないサンプル（ｂ）と比較してほとんどの波長領域で１〜２パーセント高くなっている。
【００２８】
以下、本実施形態の効果を記載する。
（１）水晶板１０，２０および１／４波長板３０間の対向面１１，２１，３１，３２に、先端部１６，３６に行くにしたがって断面積が小さくなる複数の凸部１５，３５が形成されている（凸部の例として図２（ｂ）中で拡大して示した）。したがって、対向面１１，３１から先端部１６，３６にかけてのいわゆる有効屈折率は、凸部３５間に存在する貼り合わせ層４０，５０の材料の占める割合と凸部３５の材料の占める割合に応じて、それぞれの屈折率を合わせた屈折率にできる。この有効屈折率は、対向面１１，３１から先端部１６，３６にかけて連続して変化するので、屈折率の不連続点が存在せず、対向面１１，３１に対して入射した光に対して対向面１１，３１での反射を低減できる。対向面２１，３２に対しても同様の効果を得ることができる。
【００２９】
（２）凸部３５の先端部３６間の距離と凸部の先端部３６から対向面３１までの距離とで決まる光学膜厚が、可視光域の波長より小さいので、対向面３１に入射する光と出射する光の干渉による影響が少なく、対向面３１での反射を低減できる。対向面１１，２１，３２に対しても同様の効果が得ることができる。
【００３０】
（３）貼り合わせ層４０，５０が凸部３５間に充填される。貼り合わせ層４０，５０の材料の屈折率として、凸部３５の屈折率に近い屈折率を選択することが可能なので、有効屈折率の変化がより緩やかになり、対向面１１，２１，３１，３２での反射を低減できる。
【００３１】
（４）高分子フィルムからなる１／４波長板３０は、加工が容易で異方性が少ないので、同じ形状の凸部３５の形成が行いやすい。したがって、有効屈折率の変化の仕方のばらつきが少なく、より対向面１１，２１，３１，３２での反射を少なくできる。
【００３２】
（第２実施形態）
本実施形態の光学ローパスフィルタ６０は、第１実施形態で対向面１１，２１，３１，３２に凸部３５を形成するかわりに凹部３８を形成した以外は、第１実施形態と構成は同様である。
【００３３】
図１（ｄ）は、対向面３１の表面を拡大して示した拡大図である。
対向面３１には、凹部３８が形成され、凹部３８は開口部３７を有している。
【００３４】
図５（ａ）には、光学ローパスフィルタ６０の概略正断面図が示されている。（ｂ）には、水晶板１０、貼り合わせ層４０、１／４波長板３０付近の拡大断面図が示されている。さらに、（ｃ）には、貼り合わせ層４０、１／４波長板３０付近を拡大した拡大断面図が示されている。（ｃ）の拡大断面図に対応した光の透過方向の距離Ｄと屈折率ｎの関係をグラフとして合わせて示した。
【００３５】
水晶板１０には、凹部１８が、１／４波長板３０には、凹部３８が形成されている。これらの凹部１８，３８は、水晶板１０および１／４波長板３０を加工して形成されている。
加工による形成は、選択的なウェットエッチングあるいはドライエッチングによって加工できる。また、合成樹脂の場合、射出成形の金型の微細な凸部を設け、その凸部を転写して凹部１８，３８を形成する方法を用いることができる。
また、凹部１８，３８の形状は、本実施形態では略円錐形であるが、角錐形であってもよいし、底部３９が曲面であってもよい。開口部３７から底部３９に行くにしたがって断面積が小さくなる形状であればどのような形状であってもよい。
【００３６】
図５（ｂ）において、凹部３８の底部３９間の距離Ｗと、底部３９から対向面３１までの距離Ｄとについて、凹部３８を例にその範囲について説明する。なお、凹部１８の底部１９間の距離と、底部１９から対向面１１までの距離の範囲も同様の範囲であるし、その他の対向面２１，３２に形成された凹部に関しても同様である。
底部３９間の距離Ｗは、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下が好ましい。また、底部３９から対向面３１までの距離Ｄは、１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下が好ましい。
距離Ｗと距離Ｄはそれぞれの対向面１１，２１，３１，３２に形成された凹部によって異なっていてもよい。
【００３７】
図５（ｃ）において、貼り合わせ層４０と１／４波長板３０との界面付近の有効屈折率の変化を、図５（ｃ）中右側に示したグラフに示した。縦軸Ｌは、光の入射方向の位置を表し、横軸は光の入射方向の有効屈折率を表している。左に示した断面においては、破線で示した屈折率分布となるが、対向面全体の平均値としては、実線で示した屈折率分布となる。
図５（ｃ）中右側に示したグラフにおいて、界面付近の有効屈折率は、凹部３８の形状に応じて、貼り合わせ層４０の屈折率ｎ40と１／４波長板３０の屈折率ｎ30との間で連続的に変化することになる。本実施形態では、屈折率ｎ40が屈折率ｎ30より小さいので、貼り合わせ層４０から１／４波長板３０にかけて有効屈折率は連続して上昇する。
【００３８】
本実施形態においても、貼り合わせ層４０と１／４波長板３０との界面付近において、１／４波長板３０に凹部３８を形成した場合と、形成しない場合の可視光域の透過率の測定を第１実施形態と同様に行った。
その結果、第１実施形態と同様の結果が得られ、同様の効果が確認できた。
【００３９】
次に、本発明の光学フィルタである光学ローパスフィルタを含んで構成される撮像モジュールおよび撮像装置の具体例について説明する。
【００４０】
図６は、撮像モジュールの構成例とこの撮像モジュールを含む撮像装置の構成例を示す図である。同図に示す撮像モジュール１００は、本発明を適用した光学ローパスフィルタ１１０と、ＣＣＤ等のセンサからなり、光学像を電気信号に変換する撮像素子１２０と、この撮像素子１２０を駆動する駆動部１３０を含んで構成されている。
【００４１】
この撮像モジュール１００と、光入射側に配置されるレンズ２００と、撮像モジュール１００から出力される撮像信号の記録、再生等を行う本体部３００を含んで、撮像装置を構成することができる。なお、図示しないが、本体部３００には、撮像信号の補正を行う信号処理部、撮像信号を磁気テープ等の記録媒体に記録する記録部およびこの撮像信号を再生する再生部、再生された映像を表示する表示部など各種の構成要素が含まれる。また、上述したレンズ２００も含めて撮像モジュールが構成されていてもよい。
【００４２】
図７および図８は、撮像装置の（電子機器）の具体例を示す図である。図７では、撮像装置の一例として、静止画の撮影を行うデジタルスチルカメラを模式的に示した斜視図が示されている。また、図８では、撮像装置の一例として、動画の撮影を行うデジタルカメラを模式的に示した斜視図が示されている。なお、これらのデジタルスチルカメラやデジタルカメラ以外にも、いわゆるカメラ付き携帯電話、いわゆるカメラ付き携帯パーソナルコンピュータなど各種の電子機器においても、本発明にかかる光学フィルタや撮像モジュールを用いて撮像部を構成することができる。
【００４３】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、貼り合わせ層の屈折率を、互いに固定されている光学素子のそれぞれの屈折率の間の値とすることによって、より界面での反射を抑えることができる。
また、光学素子として赤外線吸収ガラスを用いることもできる。
さらに、１つの対向面に凸部と凹部とを混在させて設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】（ａ）は、本発明の実施形態における光学ローパスフィルタの概略斜視図、（ｂ）分解概略斜視図、（ｃ）は、対向面の表面を拡大して示した拡大図、（ｄ）は、対向面の表面を拡大して示した拡大図。
【図２】（ａ）は、図１（ａ）の光学ローパスフィルタの概略正断面図、（ｂ）は拡大断面図、（ｃ）は、（ｂ）をさらに拡大した拡大断面図。
【図３】（ａ）は、貼り合わせ層と１／４波長板との界面に凸部を形成したサンプルの断面図、（ｂ）は、凸部を形成しないサンプルの断面図。
【図４】透過率測定結果を表す図。
【図５】（ａ）は、図１（ａ）の光学ローパスフィルタの概略正断面図、（ｂ）は拡大断面図、（ｃ）は、（ｂ）をさらに拡大した拡大断面図。
【図６】撮像モジュールを含む撮像装置の構成例を示す図。
【図７】撮像装置としてのデジタルスチルカメラを示す図。
【図８】別の撮像装置としてのデジタルカメラを示す図。
【符号の説明】
【００４５】
１…光学フィルタである光学ローパスフィルタ、１０，２０…光学素子である水晶板、３０…光学素子である１／４波長板、１１，２１，３１，３２…対向面、３５…凸部、１６，３６…先端部、３７…開口部、１８，３８…凹部、１９，３９…底部、４０，５０…貼り合わせ層。
【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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