(57)【要約】    【課題】  微細構造による光学的異方性を利用した安価で薄型の光学フィルタを実現する。    【解決手段】  光束分離作用を有する２つの光学素子１，２と、これら２つの光学素子の間に配置され、偏光解消作用を有する光学素子３とを有し、３つの光学素子のうち少なくとも１つの光学素子を、入射光の波長より細かい構造の光学的異方性による光束分離作用又は偏光解消作用を持つ微細構造素子として光学フィルタを構成する。【選択図】  図１
2005062524.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光束分離作用を有する２つの光学素子と、
これら２つの光学素子の間に配置され、偏光解消作用を有する光学素子とを有し、
前記３つの光学素子のうち少なくとも１つの光学素子を、入射光の波長より細かい構造の光学的異方性による光束分離作用又は偏光解消作用を持つ微細構造素子としたことを特徴とする光学フィルタ。
【請求項２】
光束分離作用を持つ２つの光学結晶板と、
これら２つの光学結晶板の間に配置され、入射光の波長より細かい構造の光学的異方性による偏光解消作用を持つ微細構造素子とを有することを特徴とする光学フィルタ。
【請求項３】
前記微細構造素子は、前記２つの光学結晶板のうち一方の光学結晶板上に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光学フィルタ。
【請求項４】
前記微細構造素子と前記２つの光学結晶板のうち他方の光学結晶板との間に空気間隔を形成するためのスペーサを有することを特徴とする請求項２に記載の光学フィルタ。
【請求項５】
前記スペーサは、前記２つの光学結晶板の間に前記微細構造素子を密封する封止部材であることを特徴とする請求項４に記載の光学フィルタ。
【請求項６】
入射光の波長より細かい構造の光学的異方性による光束分離作用を持つ２つの微細構造素子と、
これら２つの光学素子の間に配置され、偏光解消作用を持つ光学結晶板とを有することを特徴とする光学フィルタ。
【請求項７】
前記２つの微細構造素子が、前記光学結晶板上に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の光学フィルタ。
【請求項８】
前記微細構造素子が光学的等方性を有する媒質により構成されており、
該媒質が波長選択フィルタ作用を有することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の光学フィルタ。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１つに記載の光学フィルタを有することを特徴とする光学機器。
【請求項１０】
光学的等方性を有する２つの平板と、
前記２つの平板のうち一方の平板の外側の面上に形成され、入射光の波長より細かい構造の光学的異方性による光束分離作用を持つ第１の微細構造素子と、
前記一方の平板の内側の面上に形成され、入射光の波長より細かい構造の光学的異方性による偏光解消作用を持つ第２の微細構造素子と、
前記２つの平板のうち他方の平板の片面上に形成され、入射光の波長より細かい構造の光学的異方性による光束分離作用を持つ第３の微細構造素子とを有することを特徴とする光学フィルタ。
【請求項１１】
前記第３の微細構造素子が前記他方の平板の内側の面上に形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の光学フィルタ。
【請求項１２】
前記第２および第３の微細構造素子の間に空気間隔を形成するためのスペーサを有することを特徴とする請求項１１に記載の光学フィルタ。
【請求項１３】
前記スペーサは、前記２つの平板の間に前記微細構造素子を密封する封止部材であることを特徴とする請求項１２に記載の光学フィルタ。
【請求項１４】
前記平板を形成する光学的等方性を有する媒質が波長選択フィルタ機能を有することを特徴とする請求項１０から１３のいずれか１つに記載の光学フィルタ。
【請求項１５】
前記微細構造素子が光学的等方性を有する媒質により構成されており、
該媒質が波長選択フィルタ作用を有することを特徴とする発明１０から１３のいずれか１つに記載の光学フィルタ。
【請求項１６】
請求項１０から１５のいずれか１つに記載の光学フィルタを有することを特徴とする光学機器。
【請求項１７】
請求項１１に記載の光学フィルタと、この光学フィルタを通過した光を受光する受光素子とを備え、
前記光学フィルタは、前記第１の微細構造素子が前記受光素子に対向するよう配置されていることを特徴とする光学機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学フィルタに関し、特にデジタルスチルカメラやビデオカメラ等の光学機器に用いられるローパスフィルタとして好適な光学フィルタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサ等の２次元固体撮像素子を使用するデジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置においては、被写体像を画素ピッチ毎にサンプリングする。このため、空間周波数の高い成分を持った被写体の撮影時には、高周波数成分の折り返し歪みによる像（サンプリングピッチよりも高い周波数が入力された場合、そのカットオフ周波数を境に折り返すように生じる偽解像）が低周波数成分の不要な解像信号として発生し、被写体像の解像度を低下させる要因となっている。
【０００３】
また、単板式のカラー固体撮像素子を使用する撮像装置においても同様に、空間周波数の高い成分を持った被写体の撮影時には、各画素の前方に配置されたカラーフィルタの配列によって決まる不要な色信号が発生し、被写体像の色再現性を低下させる要因となっている。
【０００４】
このような被写体像の高周波数成分による不要信号を低減させる目的で、従来、各種の光学ローパスフィルタが提案されている。
【０００５】
その中で最も代表的なものは、水晶等の単結晶の平行平板を用いている。入射面の法線と結晶の光学軸（Ｚ軸）とを所定角度だけ傾けて配置すると、一軸性結晶である水晶の平行平板に入射した光線は、Ｚ軸の方向に異方性を示し、常光線と異常光線とに分離する。分離した光線は平行に平行平板から射出する。
【０００６】
このとき、常光線と異常光線の分離幅は、平行平板の入射面の法線と結晶のＺ軸とのなす角および平行平板の厚さによって決定される。この現象は、水晶のように一軸性結晶物質の持つ複屈折作用と呼ばれ、結晶軸に沿った振動成分を持つ偏光と結晶軸に垂直な振動成分を持つ偏光とでは、結晶の光線に作用する屈折率が異なることによって引き起こされる。
【０００７】
結晶軸に沿った振動方向を持つ偏光は常光線と呼ばれ、結晶軸に垂直な振動方向を持った偏光は異常光線と呼ばれる。また、それぞれの光線に対する屈折率が一軸性結晶では異なっている。
【０００８】
このような水晶の作用を利用した光学ローパスフィルタの従来例として、特許文献１〜特許文献４にて開示若しくは提案されているものがある。
【０００９】
特許文献１および特許文献２にて開示された光学ローパスフィルタは、カラーフィルタとしてストライプ状のフィルタを想定し、被写体の空間周波数がこのカラーフィルタと同期性を持ったときに発生する不要色信号を低減させるため、水晶等の複屈折性を有する平行平板によって光線を常光線と異常光線に分離して撮像面上に結像させる。
【００１０】
特に特許文献１にて開示の光学ローパスフィルタでは、水晶の単結晶をその光学軸（Ｚ軸）が平行平板の入出射面に対して略４５°の角度をなすように切り出して使用する。
【００１１】
また、特許文献３および特許文献４にて提案された光学ローパスフィルタは、カラーフィルタとして、例えば図１０に示すようなベイヤー配列のフィルタ１００を想定し、複数枚の複屈折板を組み合わせることによって光線を常光線と異常光線に分離して被写体像を所定ピッチだけずれた複数の像に分離させて結像させ、被写体の高周波数成分による不要解像信号や不要色信号の発生を効果的に低減させている。
【００１２】
また、複屈折板として水晶以外の単結晶板を使用する例が、特許文献５，６にて提案されている。
【００１３】
特許文献５，６にて提案の光学ローパスフィルタは、複数枚の複屈折板を使用し、その中の少なくとも１枚にニオブ酸リチウムを用いている。ニオブ酸リチウムの単結晶は、水晶の単結晶と同様に、一軸性の結晶であるが、常光線の屈折率と異常光線の屈折率の差が水晶よりも大きいため、所定の光線の分離幅を得るために必要な複屈折板の厚さを薄くすることができる。
【特許文献１】実公昭４７−１８６８８号公報（請求の範囲、第３図等）
【特許文献２】実公昭４７−１８６８９号公報（請求の範囲、第３図等）
【特許文献３】特開昭５９−７５２２２号公報（請求の範囲、２頁左下欄５行から同右下欄７行、第４，５図等）
【特許文献４】特開昭６０−１６４７１９号公報（請求の範囲、２頁右下欄８〜２０行、第４図等）
【特許文献５】特開平９−２１１２２２号公報（請求の範囲、段落００１１〜００１２、図２等）
【特許文献６】特開平１１−２１８６１２号公報（段落００１１〜００１２、図３（ｂ）等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
水晶の複屈折板を、１枚または複数枚組み合わせて光学ローパスフィルタとして使用する従来例では、常光線と異常光線の屈折率差が小さいため、光線の分離幅を所定量確保するためには、複屈折板の厚さをある程度以上厚くする必要がある。
【００１５】
一般に、一軸性結晶の平行平板をその入射面の法線と光学軸（Ｚ軸）とのなす角がθとなるように作成したとき、円偏光の光が垂直に入射する場合の平行平板中での常光線の進行方向と異常光線の進行方向とのなす角φは、次式によって表わされる。
【００１６】
tanφ＝（no2−ne2）sinθcosθ／（ne2cos2θ＋no2sin2θ）    …（１）
式（１）は、複屈折板の単位厚さあたりの常光線と異常光線の分離幅を表わしており、θ＝４５°のときこの値は最大となる。
【００１７】
水晶単結晶のｄ線に対する常光線の屈折率をno＝1.544、異常光線の屈折率を ne＝1.553とすれば、θ＝４５°のときtanφ≒−0.0058となる。
【００１８】
ここで、固体撮像素子の長辺方向の画素ピッチＰｈが１０μｍであるとして、この方向に発生する不要解像信号を除去するために、水晶の複屈折板によって異常光線をこの方向に１０μｍずらすように構成することを想定する。この場合、上述したように、水晶単結晶ではtanφ≒−0.0058 であるから、複屈折板の厚さｄは少なくとも約１．７ｍｍも必要となる。
【００１９】
このように、常光線と異常光線の屈折率差が小さい水晶を複屈折板として用いると、光学ローパスフィルタが厚くなり、光学系が大型化してしまう。またこれと同時に、水晶のような結晶自体が高価であり、高価な水晶で厚い水晶を必要とするためにますますフィルタが高価になってしまう。
【００２０】
また、ニオブ酸リチウムのように、常光線と異常光線の屈折率差が大きな結晶を用いれば薄型化が可能であるが、結晶自体が高価であることやその加工が難しい。
【００２１】
本発明は、できるだけ結晶板の使用を抑えた安価で薄型の光学フィルタを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記の目的を達成するために、本発明では、微細構造の持つ光学的異方性、すなわち構造複屈折または形態異方性と呼ばれる現象を用い、安価で薄型の光学フィルタを実現する。
【００２３】
すなわち、本発明の光学ローパスフィルタでは、光束分離作用を有する２つの光学素子と、これら２つの光学素子の間に配置され、偏光解消作用を有する光学素子とを有する。ここで、上記３つの光学素子のうち少なくとも１つの光学素子を、入射光の波長より細かい構造の光学的異方性による光束分離作用又は偏光解消作用を持つ微細構造素子とする。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように、本発明によれば、微細構造の光学素子を用いることで、従来の光学フィルタに比べて薄いの光学フィルタを実現することができる。また、高価な光学結晶板の数が少なくて済むので、光学フィルタを安価に構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の実施例を説明する前に、構造複屈折について説明する。
【００２６】
入射光の波長より細かな微細構造を人工的に制御し作製することで、光学的異方性、すなわち複屈折性を備えることが可能になる。
【００２７】
図９に示すように、ｎ１，ｎ２なる異なる屈折率を持つ層を交互に積層した構造では、入射進行する光の偏光方向により実効的な屈折率が異なることが知られている。偏光方向により屈折率が異なるので、光学的な異方性が生じる。その屈折率は有効屈折率と呼ばれ、構造の方向性により発生することから、構造性複屈折と呼ばれることもある。
【００２８】
図９中の層のピッチ（厚み）ａ，ｂが入射光線の波長よりも充分に小さい場合、入射光線の光学軸に対する偏光の角度により、その光線に対する有効屈折率は以下のような式で与えられる。
【００２９】
層に対して平行な０度の角度をなす偏光については、
2005062524.tif 000003
【００３０】
・・・（２）
層に対して垂直な９０度の角度をなす偏光については、
2005062524.tif 000004
【００３１】
・・・（３）
となる。
【００３２】
これらの式から、各層の厚みａ，ｂの比によって、有効屈折率がｎ１からｎ２の間で変わることや、各層は等方性の物質で構成しても偏光方向によって光学的な異方性を生じることがわかる。
【００３３】
ここで、一軸性の光学軸を有する結晶と同様に、光学軸は積層方向に定義することができる。たとえば、屈折率1.500 の等方性物質と空気とが積層された構成の場合を考えて見る。ピッチがａ＝ｂとなるような等間隔とすれば、（２），（３）式より、ｎ0=1.275（常光線）、ｎ90＝1.177（異常光線）となる。これは、常光線と異常光線に対する屈折率差が０．１にも達することを意味している。これは水晶の約１７倍にあたり、薄い層でも充分な光線分離が可能であることを示している。
【００３４】
（１）式にあてはめて計算すれば、光軸の角度を４５°とすると、tanφ＝0.0798 となる。たとえば、１０μｍ（0.01ｍｍ）の分離幅を得ようとした場合、層の厚みは0.125 と極めて薄い構成が可能となる。
【００３５】
本実施例では、このような光学的異方性を利用して構造性複屈折作用を起こすことにより、光学ローパスフィルタとして好適な構成を実現している。
【実施例１】
【００３６】
図１には、本発明の実施例１である光学ローパスフィルタの構成を示している。
【００３７】
本実施例では、光線（光束）の分離は、光学軸を入射光線に対して傾けた水晶等の２枚の一軸性の結晶板１，２の光束分離作用により行い、これら２枚の結晶板１，２の間に偏光解消層である位相板（λ／４板）３として、入射光の波長よりも細かい周期構造（微細周期構造）による光学的異方性を有した光学素子を配置する。
【００３８】
位相板３の微細構造は、結晶板１の裏面（結晶板２に対向する内側の面）上に形成されている。結晶板１と２の光学軸が結晶板平面内へ射影された線分は直交しているものとする。
【００３９】
ここで、入射光束Ｌ１は、結晶板１により偏光方向が直交する２つの偏光光束Ｌ２，Ｌ３に分離される。そして、これら２つの偏光光束Ｌ２，Ｌ３は、位相板３の偏光解消作用によって円偏光に変換された後、結晶板２に入射し、それぞれ互いに直交する偏光方向を有する偏光光束Ｌ２１，Ｌ２２とＬ３１，Ｌ３２とに分離される。これにより入射光束の４点分離が達成される。
【００４０】
この様子を図２を用いて説明する。図２（Ａ）は、本実施例のローパスフィルタに入射する前の光束Ｌ１の断面図である。円が光束Ｌ１の断面を示し、この円内の矢印方向は偏光方向を示している。図２（Ａ）に示すローパスフィルタへの入射前の段階では、光束Ｌ１には２つの偏光成分が直交して存在している。
【００４１】
このような状態の光束Ｌ１が、第１の光束分離層である図１の結晶板１に入射すると、該光束Ｌ１は、図２（Ｂ）に示すように、偏光方向が異なる２つの光束Ｌ２，Ｌ３に分離される。
【００４２】
図２（Ｂ）に示す２つの円が、分離された２つの光束Ｌ２，Ｌ３を示し、それぞれの光束Ｌ２，Ｌ３には１つの偏光成分（光束Ｌ２とＬ３の偏光成分は互いに直交する）が存在している。図２（Ｂ）の中央に示した長い矢印１ａは、結晶板１の結晶光学軸を結晶板１の平面に射影した方向を示している。
【００４３】
結晶板１を射出した２つの光束Ｌ２，Ｌ３は、偏光解消層である位相板３に入射し、図２（Ｃ）に示すように偏光が解消されて円偏光の光束Ｌ２’，Ｌ３’に変換される。
【００４４】
図２（Ｃ）中の長い矢印３ａは、位相板３の微細周期構造によって生じる光学的異方性を示す光学軸であり、位相板３の面内に存在する。この微細周期構造については後で詳述する。
【００４５】
位相板３の作用によって円偏光に変換された光束Ｌ２’，Ｌ３’はそれぞれ、図２（Ｄ）に示すように、第２の光束分離層である結晶板２により互いに直交する偏光成分からなる２つ（計４つ）の偏光光束Ｌ２１，Ｌ２２とＬ３１，Ｌ３２に分離される。これにより、ローパスフィルタに入射した光束Ｌ１の４点分離が達成される。図２（Ｄ）中の長い矢印２ａは、結晶板２の結晶光学軸を該結晶板２の平面に射影した方向を示している。
【００４６】
次に、図１に示した偏光解消層としての位相板３の微細周期構造を図３を用いて説明する。
【００４７】
直線偏光を円偏光に変換するためには、一般にλ／４板と呼ばれる位相板を使用する。これは、偏光方向に対する一軸性光学結晶の異方性によって生じる直交した進相軸と遅相軸の方向の間４５°に直線偏光を入射させ、２つの軸方向の偏光成分にλ／４の位相ずれを生じさせることにより実現する。
【００４８】
図３には、位相板３の微細周期構造を拡大して示している。図３中の周期構造のピッチａ，ｂは、入射光の波長よりも充分に小さい。ピッチ（幅）ａを有する部分は、光学的等方性を有する媒質からなり、ピッチ（空気間隔）ｂを有する部分は空気層である。
【００４９】
図中に示す進相軸と遅相軸の方向の実効屈折率は、前述の式（２），（３）により容易に求めることができ、そこに生じる屈折率差αから、λ／４の位相差が生じる微細構造の光線の透過方向の厚みＬが以下の式により計算できる。
【００５０】
Ｌ＝（λ／４）／α  ・・・（４）
光源が自然光であり、コヒーレント性が弱い場合は、Ｌを充分大きくすることによって、（４）式を厳密に満たさなくとも円偏光と同様の扱いをすることができる。
【００５１】
本実施例によれば、厚みが結晶板に比べてきわめて薄い微細構造の位相板３を用いることで、３枚の結晶板を重ねることによって厚みが大きくなっていた従来の光学ローパスフィルタに比べて、その全体を薄型化することができる。また、高価な結晶板を３枚使用する場合に比べて、安価な光学ローパスフィルタを実現することができる。
【００５２】
なお、上記微細周期構造は、硝子基板などにフォトリソ技術でパターンニングしたのちエッチングなどの処理によって微細構造を形成してもよいし、精密成形可能な透明樹脂材を射出成形することにより得るようにしてもよい。
【００５３】
また、本実施例では、図１に示すように、微細構造の位相板３を結晶板１の内側の面上に設け、位相板３をスペーサとしての機能も果たす封止材４で結晶板２との間に空気間隔をあけた状態で密封している。これにより、微細構造を外乱から保護することを容易にしている。また、微細構造の位相板３と結晶板２とが接触しないので、微細構造を保護することができる。
【００５４】
なお、微細構造を構成する等方性媒質に波長選択的な吸収効果のある樹脂などを用いてカラーフィルタとしての機能を付加することが可能である。
【００５５】
図４には、本実施例の光学ローパスフィルタ１３を備えたカメラ（デジタルスチルカメラ又はビデオカメラ）１１と、交換レンズ１６とを有するカメラシステムを示している。
【００５６】
カメラ１１において、１２はＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等からなる撮像素子（受光素子）であり、この撮像素子１２の前に光学ローパスフィルタ１３が配置される。
【００５７】
また、交換レンズ１６において、１５は撮影光学系である。撮影光学系１５から入射した被写体からの光束は、光学ローパスフィルタ１３によって前述したように４点分離されて、図１０に示すようなＲＧＢのカラーフィルタを備えた撮像素子１２に入射する。４点分離した光束をカラーフィルタのＲ部分，２つのＧ部分およびＢ部分に導くことにより、不要な解像信号や色信号の発生を抑えることができる。
【００５８】
なお、本実施例の光学ローパスフィルタは、撮影レンズ一体型のカメラ（光学機器）にも適用することができる。
【実施例２】
【００５９】
図５には、本発明の実施例２である光学ローパスフィルタの構成を示している。この光学ローパスフィルタも、図４に示したカメラ１１に搭載される。
【００６０】
図５において、５，６は光学的等方性の媒質であるガラスなどで形成された平行平板である。ここでは、ガラス板とする。
【００６１】
５１は第１のガラス板５の表面（外側の面）上に、入射光線に対して斜めに傾く光学軸を有して構造的複屈折作用を持った微細構造に形成された第１の微細構造素子である。
【００６２】
また、５２は、図１に示した位相板３と同じ微細構造を持つ、偏光解消層としての第２の微細構造素子であり、第１のガラス板５の裏面（内側の面）上に形成されている。
【００６３】
６１は第２のガラス板６の裏面（内側の面）上に、入射光線に対して斜めに傾く光軸を有して構造的複屈折作用を持った微細構造に形成された第３の微細構造素子である。
【００６４】
上記第１の微細構造素子５１の断面形状を図６に示す。第１の微細構造素子５１は、等方性媒質である第１のガラス板５の表面に、屈折率の異なる微細な層を傾けた形に積層することにより形成される。図中の黒い斜めの帯状の部分５１ａが第１の屈折率（高屈折率）の層を示し、白い斜めの帯状の部分５１ｂが第１の屈折率よりも低い第２の屈折率（低屈折率）の層を示す。ここで、低屈折率の層は空気層などでもよい。
【００６５】
これにより、図６中に矢印５３で示す方向に傾いた光学軸を有する光学的異方性を持った光束分離層としての第１の微細構造素子５１を形成することができる。その特性は、積層物質の屈折率および積層ピッチから、（１），（２），（３）式を用いて容易に計算することができる。また、その光学軸は、積層方向に定義される。
【００６６】
なお、光束分離層としての第２の微細構造素子６１も、第２のガラス板６の裏面に、第１の微細構造素子５１と同様に形成される。
【００６７】
図５における第１および第３の微細構造素子５１，６１の光学軸は、図１で説明した結晶板１，２と同じ方向であり、光学的作用も同様となる。従って、本実施例の第１および第３の微細構造素子５１，６１は、実施例１の結晶板１，２と同様の光束分離作用を持つことになる。
【００６８】
図５において、入射光束Ｌ１は、第１の微細構造素子５１により偏光方向が直交する２つの偏光光束Ｌ２，Ｌ３に分離される。そして、偏光光束Ｌ２，Ｌ３は、第２の微細構造素子５２で円偏光に変換された後、第３の微細構造素子６１に入射する。
【００６９】
第３の微細構造素子６１に入射した２つの円偏光光束はそれぞれ、偏光方向が直交する２つ（計４つ）の偏光光束Ｌ２１，Ｌ２２とＬ３１，Ｌ３２とに分離され、入射光束Ｌ１の４点分離が達成される。
【００７０】
さらに、本実施例では、第２および第３の微細構造素子５２，６１をそれぞれ第１および第２のガラス板５，６の内側の面に設け、これら第２および第３の微細構造素子５２，６１をスペーサとしての機能も果たす封止材４を用いて相互に空気間隔をあけた状態で密封している。これにより、第２および第３の微細構造素子５２，６１を外乱から保護することを容易にしている。また、第２および第３の微細構造素子５２，６１が互いに接触しないので、これらを保護することができる。
【００７１】
また、本実施例によれば、高価な結晶板を用いなくても光学ローパスフィルタを構成することができ、安価な光学ローパスフィルタを実現することができる。また、図４に示したカメラ１１に大型の撮像素子１２を用いる場合には、これに対応して光学ローパスフィルタも大型化する必要があるが、結晶板は大型化が困難である。これに対し、本実施例で用いるガラス板は大型化が容易である。したがって、本実施例の光学ローパスフィルタは、大型の撮像素子を用いたカメラに特に好適である。
【００７２】
さらに、本実施例でも、結晶板に比べて厚みがきわめて薄い微細構造素子を用いており、しかも３つの微細構造素子を形成するための基板として最小枚数（２枚）のガラス板のみを用いているので、光学ローパスフィルタ全体を従来の結晶板を３枚重ねたものに比べて薄型化することができる。
【００７３】
ここで、図５では、第１の微細構造素子５１側から光を入射させる場合について説明したが、第２のガラス板６側（第３の微細構造素子６１側）から光を入射させるようにしてもよい。この場合、本光学ローパスフィルタを、図４に示したカメラ１１に、第２のガラス板６が被写体側に面し、第１の微細構造素子５１が撮像素子１２に面するように配置するとよい。これにより、交換レンズ１５をカメラ１１から取り外した状態で、ユーザが第１の微細構造素子５１に手で触れることを防止でき、該第１の微細構造素子５１を保護することができる。
【００７４】
なお、第１および第３の微細構造素子５１，６１を構成する等方性媒質に波長選択的な吸収効果のある樹脂などを用いると、カラーフィルタとしての機能を付加することが可能である。
【実施例３】
【００７５】
図７には、本発明の実施例３である光学ローパスフィルタの構成を示している。この光学ローパスフィルタも図４に示したカメラ１１に搭載される。
【００７６】
図７中の７，８は光学的等方性を有するガラス等の媒質からなる第１および第２の平行平板である。ここでは、ガラス板とする。
【００７７】
７１は第１のガラス板７の表面（外側の面）上に、入射光線に対して斜めに傾く光学軸を有して構造的複屈折作用を持った微細構造に形成された第１の微細構造素子である。
【００７８】
８１は第２のガラス板８の表面（外側の面）上に、入射光線に対して斜めに傾く光軸を有して構造的複屈折作用を持った微細構造に形成された第３の微細構造素子である。これら第１および第３の微細構造素子７１，８１は、図６にて説明した微細構造素子５１と同様に形成され、いずれも光束分離作用を有する。
【００７９】
７２は図３にて説明したように、λ／４板作用（偏光解消作用）を有する微細構造に形成された第２の微細構造素子である。この第２の微細構造素子７２は、本実施例では第１のガラス板７の裏面（内側の面）上に形成されているが、第２のガラス板８の裏面（内側の面）上に形成してもよい。
【００８０】
そして、本実施例では、第２の微細構造素子７２に第２のガラス板８の内側の面が密着するように構成されている。
【００８１】
本実施例の光学ローパスフィルタも、実施例２と同様に入射光束の４点分離作用を有する。
【００８２】
すなわち、入射光束Ｌ１は、第１の微細構造素子７１により偏光方向が直交する２つの偏光光束Ｌ２，Ｌ３に分離される。次に、偏光光束Ｌ２，Ｌ３は第２の微細構造素子７２によってそれぞれ円偏光に変換された後、第３の微細構造素子８１に入射し、それぞれ偏光方向が直交する２つ（計４つ）の偏光光束Ｌ２１，Ｌ２２とＬ３１，Ｌ３２とに分離され、入射光束Ｌ１の４点分離が達成される。
【００８３】
本実施例によれば、高価な結晶板を用いなくても光学ローパスフィルタを構成することができ、安価な光学ローパスフィルタを実現することができる。また、本実施例で用いるガラス板は大型化が容易であるので、光学ローパスフィルタを大型の撮像素子を用いたカメラに対応させることができる。
【００８４】
さらに、本実施例でも、結晶板に比べて厚みがきわめて薄い微細構造素子を用いており、しかも３つの微細構造素子を形成するための基板として最小枚数（２枚）のガラス板のみを用いているので、光学ローパスフィルタ全体を従来の結晶板を３枚重ねたものに比べて薄型化することができる。
【００８５】
なお、本実施例においても、等方性媒質であるガラス板７，８に波長選択的な吸収効果のある樹脂などを用いると、カラーフィルタとしての機能を付加することが可能である。
【実施例４】
【００８６】
図８には、本発明の実施例４である光学ローパスフィルタの構成を示している。この光学ローパスフィルタも、図４に示したカメラ１１に搭載される。
【００８７】
図８中の９は水晶などの一軸性光学結晶により形成された位相板であり、偏光解消作用を有する。
【００８８】
９１，９２は、位相板９の両面上に形成され、図６に示したように、入射光に対して傾いた光学軸を有する構造的複屈折作用を持った第１および第２の微細構造素子であり、光束分離作用を有する。
【００８９】
このような構成により、本実施例の光学ローパスフィルタは、他の実施例のものと同様に、入射光束の４点分離作用を有する。
【００９０】
入射光束Ｌ１は、第１の微細構造素子９１により偏光方向が直交する２つの光束Ｌ２，Ｌ３に分離される。次に、光束Ｌ２，Ｌ３は位相板９によってそれぞれ円偏光に変換された後、第２の微細構造素子９２に入射し、それぞれ偏光方向が直交する２つ（計４つ）の光束Ｌ２１，Ｌ２２とＬ３１，Ｌ３２とに分離され、入射光束Ｌ１の４点分離が達成される。
【００９１】
本実施例によれば、厚みが結晶板に比べてきわめて薄い微細構造の光学素子９１，９２を用いることで、３枚の結晶板を重ねることによって厚みが大きくなっていた従来の光学ローパスフィルタに比べて、その全体を薄型化することができる。また、高価な結晶板を３枚使用する場合に比べて、安価な光学ローパスフィルタを実現することができる。
【００９２】
なお、以上説明した各実施例の構成は例に過ぎず、２つの光束分離作用を持つ光学素子と、これら２つの光学素子の間に配置された、偏光解消作用を持つ光学素子とを組み合わせた光学ローパスフィルタにおいて、少なくとも１つの光学素子を微細構造素子により構成したものであれば、すべて本発明の実施例となる。
【００９３】
また、上記各実施例では、光学ローパスフィルタについて説明したが、本発明は他の用途を持つ光学フィルタにも適用できる。
【００９４】
以上説明したように、光学フィルタを、光束分離作用を持つ２つの光学結晶板と、これら２つの光学結晶板の間に配置され、入射光の波長より細かい構造の光学的異方性による偏光解消作用を持つ微細構造素子とを有する構成とすることにより、厚みが光学結晶板に比べてきわめて薄い微細構造の光学素子を用いることができ、３枚の光学結晶板を重ねることによって厚みが大きくなっていた従来の光学フィルタに比べて、その全体を薄型化することができる。また、３枚の光学結晶板を重ねていた従来の光学フィルタに比べて安価にすることができる。
【００９５】
また、微細構造素子がフィルタ表面に露出しないため、該微細構造素子を保護することができる。
【００９６】
さらに、微細構造素子と他の光学結晶板との間にスペーサを設けることで、これらの直接の接触を回避して微細構造素子を保護することができる。また、スペーサにより微細構造素子を密封することにより、微細構造素子を外乱から保護することができる。
【００９７】
また、光学フィルタを、光学的等方性を有する２つの平板と、これら２つの平板のうち一方の平板の外側の面上に形成され、入射光の波長より細かい構造の光学的異方性による光束分離作用を持つ第１の微細構造素子と、上記一方の平板の内側の面上に形成され、入射光の波長より細かい構造の光学的異方性による偏光解消作用を持つ第２の微細構造素子と、上記２つの平板のうち他方の平板の片面上に形成され、入射光の波長より細かい構造の光学的異方性による光束分離作用を持つ第３の微細構造素子とを有する構成とすることにより、高価な光学結晶板を用いなくても光学フィルタを構成することができ、安価な光学フィルタを実現できる。また、光学結晶板のように大型化が困難な材料を用いないため、光学フィルタの大型化も容易である。
【００９８】
さらに、水晶板に比べて厚みがきわめて薄い微細構造素子を用い、かつ３つの微細構造素子を形成するための基板として最小枚数（２つ）の平板のみを用いているので、光学フィルタ全体を従来に比べて薄型化することができる。
【００９９】
また、第３の微細構造素子を上記他方の平板の内側の面上に形成することにより、第２および第３の微細構造素子がフィルタ表面に露出しないので、これら第２および第３の微細構造素子を保護することができる。
【０１００】
また、第２および第３の微細構造素子の間にスペーサを設けることにより、第２および第３の微細構造素子同士の直接の接触を防止することができ、これら微細構造素子を保護することができる。スペーサにより微細構造素子を密封することにより、微細構造素子を外乱から保護することができる。
【０１０１】
また、上記光学フィルタと、この光学フィルタを通過した光を受光する受光素子とを備えた光学機器において、光学フィルタを、第１の微細構造素子が受光素子に対向するように配置することにより、受光素子に面した第１の微細構造素子への接触等も防止でき、第１の微細構造素子をも保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の実施例１である光学ローパスフィルタの断面図である。
【図２】上記実施例１の光学ローパスフィルタにおける光束分離作用と偏光解消作用とを説明する図である。
【図３】上記実施例１の光学ローパスフィルタにおける微細構造による位相板の構造を示す模式図である。
【図４】上記実施例１の光学ローパスフィルタを備えたカメラシステムの概略図である。
【図５】本発明の実施例２である光学ローパスフィルタの断面図である。
【図６】上記実施例２の光学ローパスフィルタにおける微細構造素子の構成を示す断面図である。
【図７】本発明の実施例３である光学ローパスフィルタの断面図である。
【図８】本発明の実施例４である光学ローパスフィルタの断面図である。
【図９】微細構造による異方性の説明図である。
【図１０】カラーフィルタの構成例を示す図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１，２，９  結晶板
３，５２，７２  偏光解消作用を有する微細構造素子
５１，６１，７１，８１  光束分離作用を有する微細構造素子
４  封止材
１１  カメラ
１２  撮像素子
１３  光学ローパスフィルタ
【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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