(57)【要約】【課題】人種に応じて容易に設計することを可能とする人間の目に近い透過率特性を有する光学フィルタを得る。【解決手段】透明基板と、当該透明基板上に形成した多層膜とからなる光学フィルタであって、所望の波長範囲において波長が長くなるに従って透過率が次第に低下する透過率特性を有するよう、前記多層膜が、低屈折率材料からなる第１薄膜と、高屈折率材料からなる第２薄膜とを交互に複数積層することにより構成した。【選択図】図１
2008003575.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板と、当該透明基板上に形成した多層膜とからなる光学フィルタであって、所望の波長範囲において波長が長くなるに従って透過率が次第に低下する透過率特性を有するよう、前記多層膜が、低屈折率材料からなる第１薄膜と、高屈折率材料からなる第２薄膜とを交互に複数積層することにより構成されていることを特徴とする光学フィルタ。
【請求項２】
透明基板と、当該透明基板上に形成した多層膜とからなる光学フィルタであって、赤外域の光線を遮断可能であると共に、波長が５００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲において波長が長くなるに従って透過率が次第に低下する透過率特性を有するよう、前記多層膜が、低屈折率材料からなる第１薄膜と、高屈折率材料からなる第２薄膜とを交互に複数積層することにより構成されていることを特徴とする光学フィルタ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光学フィルタにおいて、前記透明基板が複屈折性を有する基板であることを特徴とする光学フィにルタ。
【請求項４】
入力光をその進行方向に直交する第１の方向に２分割して２つの光に分離する第１複屈折板と、該第１の複屈折板から出射した２つの光をそれぞれ１／４波長遅延させる１／４波長板と、該１／４波長板から出射した２つの光を前記第１の方向と直交する第２の方向にそれぞれ２分割して計４つの光に分離する第２複屈折板と、を積層してなる光学ローパスフィルタであって、前記第１複屈折板、前記１／４波長板、前記第２複屈折板のうちのいずれかの入射面に赤外域の光線を遮断可能であると共に、波長が５００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲において波長が長くなるに従って透過率が次第に低下する透過率特性を有するよう、低屈折率材料からなる第１薄膜と、高屈折率材料からなる第２薄膜とを交互に複数積層してなる多層膜を形成していることを特徴とする光学ローパスフィルタ。
【請求項５】
請求項３に記載の光学フィルタを備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
請求項４に記載の光学ローパスフィルタを備えることを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、近紫外線カットフィルタ（以下、ＵＶカットフィルタと称す）、赤外線カットフィルタ（以下、ＩＲカットフィルタと称す）、近紫外線及び赤外線カットフィルタ（以下、ＵＶＩＲカットフィルタと称す）等の光学フィルタに関し、所定の波長帯域において透過率が急峻に変異するのを防止した透過率特性を有する光学フィルタと、これを用いた光学ローパスフィルタ（ＯＬＰＦ）と、該光学ローパスフィルタを用いた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ビデオカメラやデジタルカメラが小型化、高性能化されるにつれ、これらに用いられる光学デバイスも、小型・高性能化が要求されるようになった。ビデオカメラやデジタルカメラに用いられる固体撮像素子（例えば、ＣＣＤ：Charge Coupled DeviceやＣＭＯＳ：Complementary Metal Oxide Semiconductor、ＣＰＤ：Charge Priming Device、等がある）は、光の強さに応じて蓄電容量が変化するシリコンフォトダイオードからなる光電素子（画素）を、マトリクス状に配列して構成されている。このような固体撮像素子を用いて、対象物を撮影すると、規則的に配列された画素上の蓄電容量が変化し、これを空間的にサンプリングすることにより、観察した対象物に対応する電気信号を生成し、それを変換して像を構成する。前記固体撮像素子は空間サンプリング素子であり、画素の周期（画素のピッチ）より短い波長（高い空間周波数）の光が入ると、エイリアシングを生じ、干渉縞が生じる。所謂モアレ現象が生じる。このため、固体撮像素子を用いた機器では、撮影像に含まれる空間的な高周波成分を抑制すべく、光学ローパスフィルタを用いている。
また、前記固体撮像素子は、人間の目で視認可能な波長帯域（可視光領域）の光よりも広い波長帯域の光に応答する感度特性を有しているので、上記可視光領域に加えて、赤外域や紫外域の光にも応答してしまう。
従って、観察した対象物からの光線を前記固体撮像素子に入射させる前に、赤外線や近紫外線を除去して視感度補正を行う光学フィルタを光学ローパスフィルタと共に用いるのが一般的である。
【０００３】
光学ローパスフィルタは空間周波数の高い成分を除去するためのフィルタであり、複屈折性を有する、例えば水晶などを用いて構成され、入射光を光学的に分離し、空間周波数の高い成分の像をぼかすようにする。また、赤外線を除去する光学フィルタは、光学ガラスに添加する成分により透過率を変え、赤外線を吸収するようにした赤外線吸収ガラス（以下、ＩＲガラスと称す）や、光学ガラスの面に誘電体多層膜を形成し、その層数と各層の膜厚とを精度よく制御することにより、光の透過特性を変化させるコーティングタイプとがある。
【０００４】
前者のＩＲガラスを用いた光学ローパスフィルタ（ＯＬＰＦ）が特許文献１に開示されている。図１４はその分解斜視図を示すが、光学ローパスフィルタ５９は、光学軸が水晶の板面に対し所定の角度をなし、所定の厚さに形成した複屈折板６０（図では０°複屈折板）と、赤外線を吸収するＩＲガラス６１と、直線偏光を円あるいは楕円偏光に変換する機能を有する１／４波長板６２と、光学軸が水晶の板面に対し所定角度をなし、所定の厚さに形成した複屈折板６３（図では９０°の複屈折板）と、を光学用接着剤にて貼り合わせて構成される。
【０００５】
光学ローパスフィルタ５９の光学作用を、図１４に示した分解斜視図を用いて説明する。入射光６４は０°複屈折板６０を通過するとき、その複屈折性により常光線６５と、異常光線６６とに分離される。常光線６５は０°複屈折板６０を直進するが、異常光線６６はＹ軸方向に屈折され、図１４に示すように２本の偏光光に分離されて、ＩＲガラス６１に入射する。入射した常光線６５と、異常光線６６とは、ＩＲガラス６１により赤外線が除去され、１／４波長板６２に入射する。入射した常光線６５と、異常光線６６とは、１／４波長板６２によりそれぞれ位相が９０°変化されることにより、互いに回転方向を異にする円偏光６７、６８に変換されて、９０°複屈折板６３に入射する。入射した円偏光６７は９０°複屈折板６３により常光線６９と、異常光線７０とに分離され、常光線６９は９０°複屈折板６３を直進するが、異常光線７０はＸ軸方向に屈折し、常光線６９と、異常光線７０との２本の偏光光に変換されて出射する。また、円偏光６８は９０°複屈折板６３により常光線７１と、異常光線７２とに分離され、常光線７１は９０°複屈折板６３を直進し、異常光線７２はＸ軸方向に屈折し、常光線７１と、異常光線７２の２本の偏光光として出射する。このように、２枚の複屈折板を用いた光学ローパスフィルタ５９は、入射光６４を４本の直線偏光に変換する機能を有している。
【０００６】
上記のＩＲガラスの代わりに、光学ガラス、あるいは複屈折板に誘電体多層膜を形成することにより赤外線をカットする光学素子が、特許文献２や特許文献３等に開示されている。図１５に示すように、水晶等からなる基板７５の一方の面に総膜厚が２．４μｍ程度の多層膜７６を形成し、基板７５の他方の面に総膜厚が２．０μｍ程度の多層膜７７を形成する。多層膜７６は、高屈折率膜の五酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5）７８と、低屈折率膜の二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）７９とが、所定の厚さで、交互に２０層積層された多層膜からなる。一方、多層膜７７は同様にＳｉＯ2膜とＮｂ2Ｏ5膜とが所定の厚さで、交互に１９層積層された多層膜からなる。このように、高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に積層して形成した多層膜は、ＩＲカットフィルタとして機能し、可視光は透過するが、６８０ｎｍ以上の赤外線の透過率を十分に小さくすると開示されている。なお、基板の両面にほぼ均等な厚さの多層膜を設けることで、多層膜の応力が釣り合うように構成できたと開示されている。
【０００７】
しかし、ビデオカメラやデジタルカメラの性能向上には、赤外線を防止するだけでは不十分であり、レンズ系の近紫外線領域の色収差により、撮影された画像に紫色の輪郭ぼけが発生することが知られている。これは光学系を構成する媒質の屈折率が光の波長に依存する性質があり、同一媒質であっても可視光に対する屈折率と、近紫外線に対する屈折率とが異なることに起因している。そこで、ガラスにＴｉＯ2を混入してなるＵＶカットフィルタを用いることにより、可視光は透過するが近紫外線以下の波長をほぼ吸収することができるので、レンズ系で発生する色収差を除去して映像信号の偽色を低減することが可能になると、特許文献４に開示されている。
【０００８】
また、特許文献５には図１６に示すような光学フィルタユニット８０が開示されている。光学フィルタユニット８０はＣＣＤの受光面に重ねて設けられ、ＩＲカットフィルタ８１と、光学ローパスフィルタ８２と、ＩＲカットフィルタ８３と、光学ローパスフィルタ８４、８５とからなる。光学ローパスフィルタ８２、８４、８５は被写体光の空間周波数の中から、ＣＣＤの画素間隔で決まる標本化空間周波数に近い空間周波数成分を低減させるように作用する。この光学ローパスフィルタ８２、８４、８５を設けたことにより、偽色（モアレ）が生じるのを防止する。ＩＲカットフィルタ８３を設けることにより、ＣＣＤが人間の目には見えない赤外光を受光するのを防止する。また、ＵＶカットフィルタ８１は、人間の目には見えない紫外光をＣＣＤで受光したときの画像に青色や紫色の色にじみが生じるのを防止することができると開示されている。
【０００９】
ところで、近年、可視域の高波長側から赤外域に亘って、人間の目の感度特性に近づけるために、所望の波長帯域において急峻に変移することなく緩やかに透過率が低下する透過率特性を有するＩＲカットフィルタが要求されるようになってきた。
図１７（ａ）に示すように、特許文献６には、水晶基板９１の片側主面上に高屈折率材料（ＴｉＯ2）９２と低屈折率膜（ＳｉＯ2）９３とを交互に複数積層してなる誘電体多層膜９４を形成して構成したＩＲカットフィルタ９５において、所定の波長帯域内の透過率に緩やかな傾斜特性をもたせることが提案されている。
【００１０】
即ち、図１７（ｂ）に示すように、誘電体多層膜９４には、予め設定した波長帯域内において透過率が急峻に変移するのを防止する急峻防止手段が備えられている。この急峻防止手段により、図１８ に示すような透過率が急峻に変移する変移波長帯域の波長に変極点Ｘ が形成される。尚、予め設定した波長帯域とは、可視域（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）のことを示している。
【００１１】
図１７（ｂ）に示すように、前記急峻防止手段は、第１層９４ａ（前半層）、第２層９４ｂ（中間層）、第３層９４ｃ（後半層）のうちいずれか２つの層において積層された高屈折率材料（ＴｉＯ2）９２と低屈折率膜（ＳｉＯ2）９３との光学膜厚を略同一とするとともに、その他の層においては積層された高屈折率材料（ＴｉＯ2）９２と低屈折率膜（ＳｉＯ2）９３との光学膜厚を水晶基板９１側から漸次増加するように、第１層９４ａ（前半層）、第２層９４ｂ（中間層）、第３層９４ｃ（後半層）それぞれにおける各薄膜９２、９３の光学膜厚を設定している。
【００１２】
更に、前記急峻防止手段は、図１７（ｂ）に示すように、第１層９４ａと第２層９４ｂと第３層９４ｃとの間と、その両端に調整層９４ｄが積層されてなる。この調整層３ｄにより、第１層９４ａと第２層９４ｂと第３層９４ｃとの各層間に起因した急峻な透過率変移量を制御することができる。
【００１３】
尚、図１７（ｃ）に示すように、高屈折率材料（ＴｉＯ2）９２と低屈折率膜（ＳｉＯ2）９３の光学膜厚を略同一としている層は、第２層９４ｂと第３層９４ｃであり、高屈折率材料（ＴｉＯ2）９２と低屈折率膜（ＳｉＯ2）９３の光学膜厚が同一ではない層を第１層９４ａとしている。
【００１４】
更に、ＩＲカットフィルタ９５の波長特性を微調整するために、高屈折率材料（ＴｉＯ2）９２と低屈折率膜（ＳｉＯ2）９３の光学膜厚を略同一としている第２層９４ｂ及び第３層９４ｃにおいて、高屈折率材料（ＴｉＯ2）９２と低屈折率膜（ＳｉＯ2）９３との光学膜厚が、微量に変化するよう設定されている。
このようにＩＲカットフィルタを設計することにより、図１８に示すように波長５５０ｎｍ〜７００ｎｍの波長帯域において、透過率が徐々に減少することを実現している。
【００１５】
【特許文献１】特開２００３−２４８１９８号公報
【特許文献２】特開２００３−２７９７２６号公報
【特許文献３】特許第３６７９２６８号公報
【特許文献４】特開２００３−４６８２１号公報
【特許文献５】特開２００５−１２１７２３号公報
【特許文献６】特開２００４−３５４７３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ここで、人間のくろ目の有する性質について詳細に説明する。図１９に示すように、くろ目の範囲内には瞳孔及び虹彩が存在する。瞳孔は透明であるので瞳孔の色（反射光）は網膜などの内部器官の色（反射光）を呈することとなる。一方、虹彩の色（反射光）はメラニン色素の量で決まり、人種等によって異なる。例えば、アフリカ系やアジア系の虹彩は濃いブラウン（黒色）、中部ヨーロッパ及びスラブ系の虹彩はヘーゼル、北欧系や非スパニック系の虹彩はブルー、等の色をしている。つまり、瞳孔は不要な光を遮断する絞りの機能を有しているが、観察する対象物からの光線を人間の目で観察したとき、前述のように人種の違いによってくろ目の有する性質に違いがあることから、人間の目が視認する光線の感度特性において、人種によって違いが生ずることとなる。
故に、ＩＲカットフィルタの透過率特性も人種にあわせて適宜設計し直さなければならないという新たな課題に直面した。
【００１７】
しかしながら、特許文献６においては、人間の目が有する感度特性に近い透過率特性を得た図１７（ｃ）に示すような４０層からなる誘電体多層膜の各膜厚を、人種に応じて適宜、新規に設計し直さなければならないという煩雑性の問題があった。
本発明は、上記の如き問題に鑑みてなされたものであり、人種に応じて容易に設計することを可能とする人間の目に近い透過率特性を有する光学フィルタと、これを用いた光学ローパスフィルタ及び撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の光学フィルタは、透明基板と、当該透明基板上に形成した多層膜とからなる光学フィルタであって、所望の波長範囲において波長が長くなるに従って透過率が次第に低下する透過率特性を有するよう、前記多層膜が、低屈折率材料からなる第１薄膜と、高屈折率材料からなる第２薄膜とを交互に複数積層することにより構成されていることを特徴とする。
このように構成した光学フィルタは、人間の目が有する感度特性とほぼ同等な透過率特性が得られるので、最近の高級なビデオカメラやデジタルカメラに要求されている仕様を満足するという効果がある。
更に、人種の違いに起因した人間の目が有する感度特性の違いに応じて、適宜多層膜を容易に設計できるので、人種に応じた感度特性とほぼ同等の透過率特性を有する光学フィルタを得ることができる。
【００１９】
また本発明の光学フィルタは、透明基板と、当該透明基板上に形成した多層膜とからなる光学フィルタであって、赤外域の光線を遮断可能であると共に、波長が５００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲において波長が長くなるに従って透過率が次第に低下する透過率特性を有するよう、前記多層膜が、低屈折率材料からなる第１薄膜と、高屈折率材料からなる第２薄膜とを交互に複数積層することにより構成されていることを特徴とする。
このように構成した光学フィルタは、人間の目が有する、特に可視光領域から赤外域に亘る波長帯域の感度特性において、ほぼ同等な透過率特性が得られるので、最近の高級なビデオカメラやデジタルカメラに要求されている仕様を満足するという効果がある。
更に、人種の違いに起因した人間の目が有する感度特性の違いに応じて、適宜多層膜を容易に設計できるので、人種に応じた、特に波長５００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲の感度特性とほぼ同等の透過率特性を有する光学フィルタを得ることができる。
【００２０】
本発明の光学フィルタは、前記透明基板が複屈折性を有する基板であることを特徴とする。
このように構成した光学フィルタは、人間の目が有する、特に可視光領域から赤外域に亘る波長帯域の感度特性において、ほぼ同等な透過率特性が得られるので、最近のビデオ、高級デジタルカメラに要求される、人間の目が有する感度特性とほぼ同等な透過率特性を備えた光学ローパスフィルタを構成することができるという利点がある。さらに例えば波打つ海面からの反射光があるような厳しい条件での撮影等も可能になる。
【００２１】
また、本発明の光学ローパスフィルタは、入力光をその進行方向に直交する第１の方向に２分割して２つの光に分離する第１複屈折板と、該第１の複屈折板から出射した２つの光をそれぞれ１／４波長遅延させる１／４波長板と、該１／４波長板から出射した２つの光を前記第１の方向と直交する第２の方向にそれぞれ２分割して計４つの光に分離する第２複屈折板と、を積層してなる光学ローパスフィルタであって、前記第１複屈折板、前記１／４波長板、前記第２複屈折板のうちのいずれかの入射面に赤外域の光線を遮断可能であると共に、波長が５００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲において波長が長くなるに従って透過率が次第に低下する透過率特性を有するよう、低屈折率材料からなる第１薄膜と、高屈折率材料からなる第２薄膜とを交互に複数積層してなる多層膜を形成していることを特徴とする。
このように構成した光学ローパスフィルタは、人間の目が有する、特に可視光領域から赤外域に亘る波長帯域の感度特性において、ほぼ同等な透過率特性が得られるので、最近の高級なビデオカメラやデジタルカメラに要求されている仕様を満足するという効果がある。
更に、人種の違いに起因した人間の目が有する感度特性の違いに応じて、適宜多層膜を容易に設計できるので、人種に応じた、特に波長５００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲の感度特性とほぼ同等の透過率特性を有する光学ローパスフィルタを得ることができる。
【００２２】
また、本発明の撮像装置は、前記光学フィルタを備えることを特徴とする。
このように構成した撮像装置は、可視光領域外の光線による視感度の問題を解消するという効果がある。
【００２３】
また、本発明の撮像装置は、前記光学ローパスフィルタを備えることを特徴とする。
このように構成した撮像装置は、人種に応じた、特に波長５００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲の感度特性とほぼ同等の透過率特性を有する光学ローパスフィルタを備えているので、可視光領域外の光線による視感度の問題を解消するという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係るＵＶＩＲカットフィルタ１の構成を示す斜視図であって、光透過部材からなる基板２と、この基板２の一方の主面に可視光を透過すると共に近紫外線及び赤外線の透過を防止するための、低屈折率材料からなる薄膜（以下、膜と称す）と高屈折率材料からなる膜とを交互に複数積層した第１の多層膜２ａと、基板２の他方の主面に可視光を透過すると共に可視域の高波長側から赤外域に亘る所定の波長帯域において透過率が緩やかに減少して所定の波長にて透過率が５０％になるように設定した、低屈折率材料と高屈折率材料とを交互に複数積層した第２の多層膜２ｂ（以下、傾斜膜と称す）と、を備えている。
【００２５】
高屈折率材料としては二酸化チタン（ＴｉＯ2）、五酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5）、五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）等があり、低屈折率材料としては二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）等が知られている。本実施例においては、一例として、高屈折率材料に二酸化チタン（ＴｉＯ2）を、低屈折率材料に二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）を用いた。
各波長における光の透過率は、交互に積層する各層の屈折率材料の光学膜厚で決定され、該光学膜厚は、下記の数式（１）により求められる。
Ｎｄ＝ｄ×Ｎ×４／λｏ      （１）
但し、Ｎｄ：光学膜厚、ｄ：物理膜厚、Ｎ：屈折率、λｏ：設計波長（中心波長）である。
【００２６】
まず、図２に示すように、光透過部材である基板２の一方の主面に、多層膜２ａによる基本ＵＶＩＲカットフィルタを形成する。基板２の一方の主面に交互に積層する二酸化ケイ素膜と二酸化チタン膜の、それぞれの層数及び膜厚を種々変え、周知の光学フィルタ理論を用いて基本ＵＶＩＲカットフィルタのシミュレーションを行った。
【００２７】
【表１】
2008003575.tif 000003
【００２８】
表１は、設計波長（中心波長）λを６９５ｎｍとしシミュレーションにより得られた多層膜の構成の一例であって、基板２に接する側から光学膜厚が２．８７の二酸化ケイ素膜、次に０．１３の二酸化チタン膜という順に、二酸化ケイ素膜と二酸化チタン膜とを交互に積層して、総層数が３９層の基本ＵＶＩＲカットフィルタを構成した。
表１により構成した多層膜２ａにより得られる基本ＵＶＩＲカットフィルタの波長（ｎｍ）−透過率（％）特性を図３に示す。図３に示すように、４００ｎｍ〜４５０ｎｍの帯域及び６５０ｎｍ〜７００ｎｍの帯域で透過率が急峻に減少していることが確認できる。
【００２９】
次に、図２に示すように、基板２の他方の主面に、波長−透過率特性を可視域の高波長側から赤外域に亘る所定の波長帯域において透過率が緩やかに減少すると共に所定の波長、例えば６７５μｍにて透過率が５０％となるように設定した傾斜膜２ｂを形成することを検討した。基板２の他方の主面に交互に積層する二酸化ケイ素膜と二酸化チタン膜の層数、及びそれぞれの膜厚を種々変え、周知の光学フィルタ理論を用いて二酸化ケイ素傾斜膜２ｂのシミュレーションを行った。
【００３０】
【表２】
2008003575.tif 000004
【００３１】
表２は、設計波長（中心波長）λを６９５ｎｍとしシミュレーションにより得られた傾斜膜２ｂの構成の一例であって、基板２に接する側から光学膜厚が２．２５の二酸化ケイ素膜、次に０．１１の二酸化チタン膜という順に、二酸化ケイ素膜と二酸化チタン膜とを、交互に積層して総層数が１３層の傾斜膜２ｂを構成した。表２により構成した傾斜膜２ｂにより得られる光学フィルタの波長（ｎｍ）−透過率（％）特性を図４に示す。図４に示すように、５００ｎｍ〜８００ｎｍに亘る波長帯域において波長の低域側から高域側へ向かって透過率が緩やかに減少すると共に、波長６７５μｍで透過率がほぼ５０％（半値）となっていることが確認できる。
【００３２】
図５は、図３に示す基本ＵＶＩＲカットフィルタの波長（ｎｍ）−透過率（％）特性と、図４に示す傾斜膜２ｂによる光学フィルタの波長（ｎｍ）−透過率（％）特性との積によって得られたＵＶＩＲカットフィルタの波長（ｎｍ）−透過率（％）特性を示す図である。
図５から明らかなように、波長５００ｎｍから７００ｎｍに亘る波長帯域において透過率が急峻に変移することなく緩やかに減少すると共に、波長６７５μｍにおいて透過率がほぼ５０％（半値）となるＵＶＩＲカットフィルタを実現することができた。
【００３３】
人間の目が有する感度特性は人種等により違いがあることは前述の通りである。そこで、本願発明者は、図３に示すような基板２の一方の主面に形成した多層膜２ａによる基本ＵＶＩＲカットフィルタを基本の透過率特性と設定した上で、人種に応じて、所定の波長帯域において透過率が急峻に変移することなく緩やかに減少すると共に、所定の波長において透過率がほぼ５０％となるように基板２の他方の主面に形成した傾斜膜２ｂだけを適宜設計しさえすれば所望のＵＶＩＲカットフィルタを実現することができることに思い至った。
【００３４】
即ち、人種に応じたＵＶＩＲカットフィルタを実現するためには、表２に示すように、傾斜膜２ｂを１３層からなる多層膜で構成すると共に、各層の光学膜厚も設計したので、人種に応じた半値波長（透過率が５０％となる波長を半値波長と呼ぶ）λ１を適宜設定して、該半値波長λ１から設計波長λｏ（＝λ１＋２０ｎｍ）を適宜設定して、数式１に光学膜厚Ｎｄ、屈折率Ｎ、設計波長λｏを代入して傾斜膜２ｂの各層の物理膜厚ｄを算出すれば良い。
【００３５】
例えば、波長５２０ｎｍから７００ｎｍに亘る波長帯域において透過率が急峻に変移することなく緩やかに減少すると共に、半値波長λ１＝６３０μｍにおいて透過率がほぼ５０％（半値）となるＵＶＩＲカットフィルタの傾斜膜２ｂの多層膜は、下記の表３に示すように、設計波長λｏを６５０ｎｍ（＝６３０ｎｍ＋２０ｎｍ）として、各層の物理膜厚ｄを算出する。
【００３６】
【表３】
2008003575.tif 000005
【００３７】
波長５３０ｎｍから７００ｎｍに亘る波長帯域において透過率が急峻に変移することなく緩やかに減少すると共に、半値波長λ１＝６５０μｍにおいて透過率がほぼ５０％（半値）となるＵＶＩＲカットフィルタの傾斜膜２ｂの多層膜は、下記の表４に示すように、設計波長λｏを６７０ｎｍ（＝６５０ｎｍ＋２０ｎｍ）として、各層の物理膜厚ｄを算出する。
【００３８】
【表４】
2008003575.tif 000006
【００３９】
波長５４０ｎｍから７００ｎｍに亘る波長帯域において透過率が急峻に変移することなく緩やかに減少すると共に、半値波長λ１＝６７０μｍにおいて透過率がほぼ５０％（半値）となるＵＶＩＲカットフィルタの傾斜膜２ｂの多層膜は、下記の表５に示すように、設計波長λｏを６９０ｎｍ（＝６７０ｎｍ＋２０ｎｍ）として、各層の物理膜厚ｄを算出する。
【００４０】
【表５】
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【００４１】
表３〜表５のように設計した各傾斜膜２ｂにより得られる透過率特性と前記基本ＵＶＩＲカットフィルタの有する透過率特性とを掛け合わせてなるＵＶＩＲカットフィルタの透過率特性を図６に示す。
図６（ａ）は、多層膜２ａによる基本ＵＶＩＲカットフィルタの透過率特性並びに傾斜膜２ｂによる光学フィルタの透過率特性を示すグラフであって、曲線６１は基本ＵＶＩＲカットフィルタの透過率特性、曲線６２は表３により構成された傾斜膜２ｂによる光学フィルタの透過率特性、曲線６３は表４により構成された傾斜膜２ｂによる光学フィルタの透過率特性、曲線６４は表５により構成された傾斜膜２ｂによる光学フィルタの透過率特性である。透過率特性６２〜６４は、互いにほぼ同等の傾斜を維持したまま、グラフの横軸（波長）に沿ってシフトしているのが確認できる。
【００４２】
図６（ｂ）は、図６（ａ）に示した傾斜膜２ｂの透過率特性６２〜６４をそれぞれ基本ＵＶＩＲカットフィルタの透過率特性６１に掛け合わせて（積）得られる各々のＵＶＩＲカットフィルタの透過率特性６５〜６７を示すグラフである。
図６（ｂ）に示すように、透過率特性６５では波長６３０ｎｍにおいて、透過率特性６６では６５０ｎｍにおいて、透過率特性６７では６７０ｎｍにおいて、それぞれ透過率が５０％となっていることが確認できる。
従って、各人種が有する感度特性に応じてほぼ同等の透過率特性を容易に設計可能なＵＶＩＲカットフィルタを実現することを可能とした。
【００４３】
尚、本実施例では、可視域の高波長側から赤外域に亘る所定の波長帯域の透過率を緩やかに低下させる多層膜２ｂを形成しているが、これに限定されるものではなく、紫外域から可視域の低波長側に亘る波長帯域の透過率を波長が低くなるに従って緩やかに低下させる多層膜２ｂを形成してもよい。この場合、紫外域から可視域に亘る帯域において人の目に近い透過率特性を得ることができる。
【００４４】
図７は本発明に係る第２の実施例である光学ローパスフィルタの一例の構成を示す斜視図であって、光学ローパスフィルタ３は、複屈折性を有する水晶基板５と、この水晶基板５の一方の主面に可視光を透過し、近紫外線及び赤外線をカットするための、低屈折率膜と高屈折率膜とを交互に重ねて積層した第１の多層膜５ａと、水晶基板５の他方の主面に波長−透過率特性を所定の波長にて５０％になるように設定した、低屈折率膜と高屈折率膜とを交互に重ねて積層した第２の多層膜５ｂ（傾斜膜）と、１／４波長板６と、水晶板７と、を備えている。本実施例のように、水晶基板５の両面にそれぞれＵＶＩＲカット膜５ａと、傾斜膜５ｂを形成することにより、最近のビデオカメラ、デジタルカメラ等に要求されるフィルタ特性を満たすことができる。
【００４５】
図８は、図７に示した光学ローパスフィルタの分解斜視図である。
この図８に示す互いに直交する光学軸を有する２枚の水晶複屈折板４、７のうち、水晶複屈折板４を構成する水晶基板５の一方の面にＵＶＩＲカット膜５ａが、他方の面に傾斜膜５ｂが夫々形成されている。なお、以下水晶複屈折板４のことをＵＶＩＲ／傾斜膜コート０°複屈折板４ということにする。
入射光（ランダム光）９がＵＶＩＲ／傾斜膜コート０°複屈折板４（光学軸の方位角０°）を通過する際に、ＵＶＩＲ／傾斜膜コート０°複屈折板４の一方の面に形成されたＵＶＩＲカット膜５ａにより、近紫外線と赤外線の成分がカットされ、他方の面に形成された傾斜膜５ｂにより所定の波長（例えば６７５μｍ）にて透過率が５０％になった可視光のみが透過する。そして、ＵＶＩＲ／傾斜膜コート０°複屈折板４の複屈折性により常光線１０と、異常光線１１とに分離される。
【００４６】
常光線１０はＵＶＩＲ／傾斜膜コート０°複屈折板４を直進し、異常光線１１はＹ軸方向に屈折し、２本の偏光光に分離され、１／４波長板６に入射する。入射した常光線１０と異常光線１１とは、１／４波長板６によりそれぞれ位相が９０°変換されることにより、互いに回転方向が異なる円偏光１２、１３に変換されて、９０°複屈折板７に入射する。入射した円偏光１２は、９０°複屈折板７により常光線１４と、異常光線１５とに分離され、常光線１４は９０°複屈折板７を直線し、異常光線１５はＸ軸方向に屈折し、常光線１４と、異常光線１５との２本の偏光光に分離される。また、円偏光１３は、９０°複屈折板７により常光線１６と、異常光線１７とに分離され、常光線１６は９０°複屈折板７を直進し、異常光線１７は９０°複屈折板７によりＸ軸方向に屈折し、常光線１６と、異常光線１７の２本の偏光光に分離される。このように、２枚の複屈折板５、７を備えた光学ローパスフィルタは入射光を４本の光線に分離する作用を有している。
【００４７】
本発明の光学ローパスフィルタ３は、各人種が有する感度特性に応じてほぼ同等の透過率特性を有するＵＶＩＲカット膜を備えているので、赤外線による視感度の問題も解消し、光学系に起因する近紫外線の色収差、つまり、青色や紫色の色にじみの問題も解決され、また最近の高級なビデオカメラやデジタルカメラ等に要求される、人種に応じた所定の波長にて透過率を５０％に設定した光学ローパスフィルタの規格を十分に満たすことができる。
【００４８】
図９は本発明に係る第３の実施例である光学ローパスフィルタの一例の構成を示す斜視図であって、光学ローパスフィルタ１８は、１／４波長板１９と、ＵＶＩＲ／傾斜膜コート複屈折板２０とを備えている。ＵＶＩＲ／傾斜膜コート複屈折板２０は、複屈折性を有する水晶基板２１（光学軸方位角４５°）と、この水晶基板２１の一方の主面に近紫外線及び赤外線をカットするための、低屈折率膜と高屈折率膜とを交互に重ねて積層した第１の多層膜２１ａと、水晶基板２１の他方の主面に波長−透過率特性を所定の波長にて５０％になるように設定した、低屈折率膜と高屈折率膜とを交互に重ねて積層した第２の多層膜２１ｂとからなる。
【００４９】
図１０は、図９に示した光学ローパスフィルタ１８の分解斜視図であって、その作用について説明する。入射光９が１／４波長板１９に入射すると、１／４波長板１９により円偏光１９'に変換されて出射し、ＵＶＩＲ／傾斜膜コート４５°複屈折板２０に入射する。ＵＶＩＲ／傾斜膜コート４５°複屈折板２０を透過する際に、その一方の面に形成されたＵＶＩＲカット膜２１ａにより、近紫外線と赤外線とがカットされ、他方の面に形成された傾斜膜２１ｂにより所定の波長にて透過率が５０％になった可視光のみが透過することになる。さらに、４５°複屈折板２０により、常光線２２と異常光線２３の２点に分離される。つまり、入射光９は光学ローパスフィルタ１８により、モアレ等を引き起こす疑似色信号を除去し、２点に分離された出射光となる。その上、出射光は複屈折板２１の両面に形成されたＵＶＩＲ膜と傾斜膜とにより、可視光のみとなる。
【００５０】
図１１は、本発明に係る第４の実施例である光学ローパスフィルタ２５の一例の構成を示す斜視図、図１２はその分解斜視図である。図７に示した光学ローパスフィルタ３と異なる点は、光学ローパスフィルタ３の入射面に１／４波長板２６が付加された点である。
１／４波長板２６の作用は、９０度位相をずらすことにより、直線偏光を円偏光に、また逆に円偏光を直線偏光に変換することである。それ以下の光学作用は図８で説明した通りである。
【００５１】
図９、図１１に示すように光学系の入射側に１／４波長板を設ける理由を説明する。波打つ海面に自然光（ランダム光）が入射すると、その反射光には直線偏光光が含まれており、該反射光が入射側に１／４波長板を備えていない光学ローパスフィルタへ入射すると、前記直線偏光と複屈折板の光学軸の方向が同一の場合、前記直線偏光が複屈折板で分離されることなく次の光学素子へ入射することになるので、画像の色再現等に悪影響を及ぼすこととなる。そこで、水面から反射してきた自然光が光学ローパスフィルタに入射する際に、自然光が複屈折板に入射する前に、全ての光成分を確実にランダム光（円偏光）とした上で複屈折板に入射させ、入射光全てを常光、異常光に分割せしめて撮像素子へ導くことにより画像の色再現性等を高めるという手法（図９、図１１の構造）が好適なのである。
【００５２】
以上の光学ローパスフィルタについての説明では複屈折板に水晶板を用いて説明したが、ニオブ酸リチウム、ルチル、四酸化バナジウム（ＹＶＯ4）、光学異方性高分子成形体等の複屈折性を有する材料を用いてよい。また、水晶複屈折板の光学軸が０度、９０度、４５度のものを用いて説明したが、光学軸が他の角度のものを用いて構成してもよいことは説明するまでもない。１／４波長板としては水晶波長板、樹脂波長板、構造複屈折の波長板等がある。また、光透過材、例えば光学ガラスの両面にそれぞれＩＲカット膜、ＵＶカット膜を形成したＵＶ／ＩＲカットフィルタと、１／４波長板、複屈折板を用いて前記の光学ローパスフィルタを形成してもよい。
【００５３】
図１３は、本発明に係る第５の実施例の撮像装置５０の構造を示す断面図であって、凹陥型のセラミックパッケージ５１と、個体撮像素子（ＣＣＤ等）５２と、上記で説明した光学ローパスフィルタ５３と、から構成される。撮像装置５０は、セラミックパッケージ５１の凹部底面に個体撮像素子（ＣＣＤ等）５２を埋め込み、個体撮像素子（ＣＣＤ等）５２の端子（図示しない）と、セラミックパッケージ５１の端子（図示しない）とを電気的に接続する。そして、セラミックパッケージ５１の上部周縁に形成された段差部に、本発明に係る光学ローパスフィルタ５３をはめ込み、接着剤等で密閉する。光学ローパスフィルタ５３は、図７、図９、図１１で説明した光学ローパスフィルタのいずれかを用いる。
本発明の撮像装置は各人種が有する感度特性に応じてほぼ同等の透過率特性を有する近紫外線及び赤外線を防止する機能を有しているので、赤外線による視感度の問題も解消し、光学系に起因する近紫外線の色収差、つまり、青色や紫色の色にじみの問題も解決されるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に係るＵＶＩＲ膜と傾斜膜と備えた光学フィルタの概略斜視図。
【図２】図１の膜構成要素の詳細を示す図。
【図３】基本ＵＶＩＲカット膜の波長（ｎｍ）−透過率（％）特性を示す図。
【図４】傾斜膜の波長（ｎｍ）−透過率（％）特性を示す図。
【図５】ＵＶＩＲカット膜と傾斜膜とを備えた光学フィルタの波長（ｎｍ）−透過率（％）特性を示す図。
【図６】（ａ）は各多層膜の透過率特性を示す図、（ｂ）各傾斜膜の有する透過率特性をそれぞれ基本ＵＶＩＲカットフィルタの透過率特性に掛け合わせた後の各ＵＶＩＲカットフィルタの透過率特性を示す図。
【図７】ＵＶＩＲカット膜及び傾斜膜付き光学ローパスフィルタの斜視図。
【図８】図７の分解斜視図。
【図９】ＵＶＩＲカット膜及び傾斜膜付き光学ローパスフィルタの斜視図。
【図１０】図９の分解斜視図。
【図１１】ＵＶＩＲカット膜及び傾斜膜付き光学ローパスフィルタの斜視図。
【図１２】図１１の分解斜視図。
【図１３】ＵＶＩＲカット膜及び傾斜膜付き光学ローパスフィルタを用いた撮像装置の構造を示した断面図。
【図１４】従来の光学ローパスフィルタの構成を示す図。
【図１５】従来のＩＲカットフィルタの構成を示す図。
【図１６】従来の光学フィルタユニットの構成を示す断面図。
【図１７】（ａ）は従来のＩＲカットフィルタの構成を示す図、（ｂ）は従来のＩＲカットフィルタの概略構成図、（ｃ）は従来のＩＲカットフィルタの多層膜の組成を示す図。
【図１８】従来のＩＲカットフィルタの透過率特性を示す図。
【図１９】人間の目の構造を示す説明図。
【符号の説明】
【００５５】
１…近紫外線及び赤外線カットフィルタ、２…光透過部材、２ａ，５ａ，２１ａ，２８ａ…近紫外線及び赤外線カット膜、２ｂ，５ｂ，２１ｂ，２８ｂ…傾斜膜、Ｌ１…酸化シリコン膜、Ｌ２…酸化チタン膜、３，１８，２５，５３…光学ローパスフィルタ、４，２０，２７…ＵＶＩＲカット膜及び傾斜膜付き複屈折板、５，７，２１，２８，３０…複屈折板、６，１９，２６，２９…１／４波長板、９…光軸、１０，１４，１６，２２，３２，３６，３８…常光線、１１，１５，１７，２３，３３，３７，３９…異常光線、１２，１３，１９'，２１，３１，３４，３５…円偏光、４ｘ，４ｚ，７ｙ，７ｚ，２０ｘ，２０ｙ，２０ｚ，２７ｘ，２７ｚ，３０ｙ，３０ｚ…光軸、５０…撮像装置、５１…セラミックパッケージ、５２…ＣＣＤ。
【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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