(57)【要約】【課題】  入射光の偏光成分をよく分離でき、光軸角度の位置合わせが比較的容易な光学ローパスフィルタを提供する。【解決手段】  光学ローパスフィルタは、第１複屈折板と、第２複屈折板と、旋光板とを備える。第１複屈折板は、入射光を２つの直線偏光成分に分離して出射する。第２複屈折板は、入射光を２つの直線偏光成分に分離して出射するとともに、第１複屈折板と光軸角度が交差する。旋光板は、第１複屈折板と第２複屈折板との間に配置され、直線偏光の偏光面を回転させる。【選択図】  図１
2013152378.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を２つの直線偏光成分に分離して出射する第１複屈折板と、
入射光を２つの直線偏光成分に分離して出射するとともに、前記第１複屈折板と光軸角度が交差する第２複屈折板と、
前記第１複屈折板と前記第２複屈折板との間に配置され、直線偏光の偏光面を回転させる旋光板と、
を備える光学ローパスフィルタ。
【請求項２】
請求項１に記載の光学ローパスフィルタにおいて、
前記第１複屈折板と前記第２複屈折板との光軸角度が直交し、
前記旋光板は、入射光の中心波長で直線偏光の偏光面を４５°回転させる光学ローパスフィルタ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の光学ローパスフィルタと、
前記光学ローパスフィルタを通過した光束による結像を撮像する撮像部と、
を備える撮像装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の光学ローパスフィルタと、
前記光学ローパスフィルタを介して光学像を形成するための光束を外部に出射する投影部と、
を備える投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学ローパスフィルタ、撮像装置および投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、電子カメラ等の撮像装置では、光学的疑似信号を濾波するために、撮影レンズと撮像素子との間に光学ローパスフィルタが配置される。
【０００３】
一般的な光学ローパスフィルタの構成として、光軸角度が直交する２枚の複屈折板の間に、直線偏光を円偏光に変換する４５°偏光解消板を配置したものや、３枚の複屈折板を用いたものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−６９９６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
４５°偏光解消板を用いた光学ローパスフィルタの場合、４５°偏光解消板での直線偏光から円偏光への変換特性が周期的に変化するため、波長域によっては入射光の偏光成分を十分に分離できないことがある。
【０００６】
一方、３枚の複屈折板を用いた光学ローパスフィルタは、第１複屈折板（光軸角度０°）に対して光軸角度を４５°傾けた第２複屈折板（光軸角度４５°）と、第２複屈折板に対して光軸角度を直交させた第３複屈折板（光軸角度１３５°）とを重ね合わせている。かかる光学ローパスフィルタの場合、複屈折板の枚数が増える分、光軸角度の位置合わせが煩雑となる点で改善の余地があった。
【０００７】
上記事情に鑑み、入射光の偏光成分をよく分離でき、光軸角度の位置合わせが比較的容易な光学ローパスフィルタを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面の光学ローパスフィルタは、第１複屈折板と、第２複屈折板と、旋光板とを備える。第１複屈折板は、入射光を２つの直線偏光成分に分離して出射する。第２複屈折板は、入射光を２つの直線偏光成分に分離して出射するとともに、第１複屈折板と光軸角度が交差する。旋光板は、第１複屈折板と第２複屈折板との間に配置され、直線偏光の偏光面を回転させる。
【０００９】
上記した一側面において、第１複屈折板と第２複屈折板との光軸角度が直交してもよい。そして、旋光板は、入射光の中心波長で直線偏光の偏光面を４５°回転させるものであってもよい。
【００１０】
なお、上記した一側面の光学ローパスフィルタを備えた撮像装置および投影装置は、いずれも本発明の具体的態様として有効である。
【発明の効果】
【００１１】
入射光の偏光成分をよく分離でき、光軸角度の位置合わせが比較的容易な光学ローパスフィルタを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一の実施形態における光学ローパスフィルタの構成例を示す図
【図２】一の実施形態における光学ローパスフィルタでの偏光の状態を示す図
【図３】波長５５０ｎｍで旋光角４５°の旋光板における可視光域での旋光度の変化を示す図
【図４】水晶原石から旋光板を切り出す場合を示す図
【図５】水晶原石から複屈折板を切り出す場合を示す図
【図６】水晶原石から４５°偏光解消板を切り出す場合を示す図
【図７】他の実施形態における撮像装置の構成例を示す図
【図８】他の実施形態における投影装置の構成例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜光学ローパスフィルタの構成例＞
図１は、一の実施形態における光学ローパスフィルタの構成例を示す図であり、図２は、一の実施形態における光学ローパスフィルタでの偏光の状態を示す図である。光学ローパスフィルタは、入射光から空間周波数の高い成分を除去する薄板状の光学フィルタであって、例えば、撮像装置（電子カメラ等）や投影装置（プロジェクタ等）の光学系に用いられる。
【００１４】
一の実施形態の光学ローパスフィルタ１は、入射側から順に、第１複屈折板２と、旋光板３と、第２複屈折板４とを有している。第１複屈折板２、旋光板３、第２複屈折板４は、例えばＵＶ接着剤（紫外線硬化型接着剤）でそれぞれ貼り合わされて一体の光学素子をなしている。なお、光学ローパスフィルタ１において、第１複屈折板２の入射面や第２複屈折板４の出射面に、赤外線カット膜や紫外線カット膜を形成してもよい（図１では、ＵＶ接着剤の層や、外線カット膜、紫外線カット膜の図示はいずれも省略する）。
【００１５】
第１複屈折板２は、単結晶の水晶で形成されており、図２のｘ方向（左右方向）に光軸が延長するように配置される（光軸角度０°）。第１複屈折板２は、入射光を振動方向が互いに直交する２つの直線偏光成分に分離して出射する。例えば、すべての方向の偏光成分を含む自然光を第１複屈折板２に入射させた場合、第１複屈折板２は、入射光を常光と異常光とに分離し、異常光をｙ方向に所定量移動させて出射する。第１複屈折板２において、常光は図２のｘ方向に振動する直線偏光であり、異常光は図２のｙ方向（上下方向）に振動する直線偏光である。
【００１６】
旋光板３は、単結晶の水晶で形成されており、入射光の中心波長を５５０ｍｎとしたときに、直線偏光の偏光面を右回り方向に４５°回転させる。第１複屈折板２から出射される常光および異常光は、旋光板３での作用で直線偏光の振動方向が斜めによじれる。これにより、旋光板３から出射される直線偏光は、いずれもｘ方向およびｙ方向の振動成分を含む状態となる。
【００１７】
ここで、単結晶の水晶で旋光板を形成する場合、旋光板の旋光角θ（ｄｅｇ）は下式（１）で求めることができる。
θ＝７．１９×１０6×λ2／（λ2−９２．６2）×Ｔ    ……（１）
上記の式（１）において、「λ」は入射光の中心波長（ｎｍ×１０4）を示し、「Ｔ」は旋光板の厚さ（ｍｍ）を示す。上記の式（１）によれば、入射光の中心波長が波長５５０ｎｍの場合、厚さ１ｍｍの旋光板の旋光角θは２５．１８°となる。中心波長５５０ｍｎの入射光に対してθ＝４５°とするには、旋光板３の厚さを１．７８ｍｍとすればよい。
【００１８】
図３は、波長５５０ｎｍで旋光角４５°の旋光板における可視光域での旋光度の変化を示す図である。図３の縦軸は旋光角を示し、図３の横軸は波長を示す。一の実施形態での旋光板によれば、可視光域において旋光度が緩やかなカーブで連続的に変化する。そのため、旋光板は、可視光域の全域にわたって、周期性を生じさせずに直線偏光を旋光させることが分かる。
【００１９】
第２複屈折板４は、単結晶の水晶で形成されており、図２のｙ方向に光軸が延長するように配置される（光軸角度９０°）。第２複屈折板４は、入射光を振動方向が互いに直交する２つの直線偏光成分に分離して出射する。例えば、旋光板３で旋光した直線偏光を第２複屈折板４に入射させた場合、第２複屈折板４は、入射光を常光と異常光とに分離し、異常光をｘ方向に所定量移動させて出射する。第２複屈折板４において、常光は図２のｙ方向に振動する直線偏光であり、異常光は図２のｘ方向に振動する直線偏光である。
【００２０】
以下、一の実施形態の光学ローパスフィルタでの作用効果を説明する。
【００２１】
光学ローパスフィルタ１の入射面側から自然光の光束（中心波長５５０ｎｍ）が入射すると、第１複屈折板２では、ｘ方向に振動する直線偏光（常光）とｙ方向に振動する直線偏光（異常光）とに入射光が分離される。そして、第１複屈折板２で分離された直線偏光は、第１複屈折板２と第２複屈折板４との間に配置された旋光板３において、それぞれ偏光面が右回り方向に４５°回転する。その後、旋光板３で旋光した各々の直線偏光は、第１複屈折板２と光軸角度が直交する第２複屈折板４において、ｙ方向に振動する直線偏光（常光）とｘ方向に振動する直線偏光（異常光）とにさらに分離される。これにより、光学ローパスフィルタ１の出射面側からは、入射光の４点分離像の光束が射出される。かかる光学ローパスフィルタ１によって入射光の空間周波数の高い成分が除去される。
【００２２】
また、一の実施形態の光学ローパスフィルタ１は、光軸角度が直交する第１複屈折板２と第２複屈折板４との間に旋光板３を配置している。旋光板３は可視光域の全域にわたって、周期性を生じさせずに直線偏光を旋光させるので、一の実施形態の光学ローパスフィルタ１は、４５°偏光解消板を用いた光学ローパスフィルタと比べて、可視光の各波長を第２複屈折板４で比較的よく分離できる。
【００２３】
また、一の実施形態の光学ローパスフィルタ１は、複屈折板を３枚用いる光学ローパスフィルタと比べて、複屈折板の光軸角度の位置合わせが容易であるので製造が容易となる。
【００２４】
さらに、一の実施形態の光学ローパスフィルタ１は旋光板３を用いることから、４５°偏光解消板を用いた光学ローパスフィルタや複屈折板を３枚用いる光学ローパスフィルタと比べて、製造コストを非常に小さくすることができる。以下、その理由を説明する。
【００２５】
図４は、水晶原石５から旋光板を切り出す場合を示す図であり、図５は、水晶原石５から複屈折板を切り出す場合を示す図であり、図６は、比較例として、水晶原石５から４５°偏光解消板を切り出す場合を示す図である。
【００２６】
図４から図６に示す水晶原石５は、いずれも矢印で示す光軸方向に成長する。そして、水晶原石５が光軸方向に長くなるほど、成長に時間がかかるので水晶原石５のコストが増加する。
【００２７】
図５に示す複屈折板は、水晶原石５の光軸方向に対して４５°傾斜させた面を正方形に切り出して生成される。複屈折板の光軸角度が０°の場合は、切り出した水晶板をそのまま使用すればよく、複屈折板の光軸角度が９０°の場合は、切り出した水晶板を９０°回転させて使用すればよい。なお、複屈折板の光軸角度が４５°や１３５°の場合、切り出した水晶板を４５°または１３５°傾けてさらに正方形に切り出す必要が生じる。そのため、光軸角度が４５°や１３５°の複屈折板は、光軸角度が０°または９０°の複屈折板と比べて製造時により大きな水晶板が必要となるのでコスト高となる。
【００２８】
また、図６に示す４５°偏光解消板は、水晶原石５の光軸方向に沿った面を薄板状に切り出した後、切り出した水晶板（ウエハ）を４５°傾けてさらに切り出すことで生成される（図６（ｂ）参照）。そのため、偏光解消板を切り出すためには水晶原石５を非常に大きく成長させなければならず、その分コスト高となる。
【００２９】
一方、図４に示す旋光板は、水晶原石５の光軸方向と垂直な面を薄板状に切り出して生成される。旋光板の旋光角は旋光板の厚みで決定されるが、複屈折板や偏光解消板と比べて旋光板は成長日数の短い水晶原石５から切り出すことができるので、製造コストを抑制できる。また、旋光板は、水晶原石５の切断方向が複屈折板や旋光解消板と異なるので、大きなサイズのものを製造することも容易である。
【００３０】
＜撮像装置の構成例＞
図７は、他の実施形態における撮像装置の構成例を示す図である。他の実施形態の撮像装置は、一の実施形態の光学ローパスフィルタ１を備えた電子カメラである。
【００３１】
電子カメラ１１は、撮影光学系１２と、一の実施形態の光学ローパスフィルタ１と、撮像素子１３と、信号処理部１４と、画像処理エンジン１５と、メモリ１６と、記録Ｉ／Ｆ１７と、ユーザの操作を受け付ける操作部１８とを備えている。ここで、信号処理部１４、メモリ１６、記録Ｉ／Ｆ１７および操作部１８は、それぞれ画像処理エンジン１５と接続されている。
【００３２】
他の実施形態において、光学ローパスフィルタ１は、光学的疑似信号を濾波するために撮影光学系１２と撮像素子１３との間に配置されている。なお、光学ローパスフィルタ１は、撮像素子１３の受光面に一体に取り付けられたものであってもよい。
【００３３】
撮像素子１３は、撮影光学系１２によって結像された被写体の像を撮像（撮影）するデバイスである。撮像素子１３の画像出力は、信号処理部１４に接続されている。信号処理部１４は、アナログ信号処理を行うアナログフロントエンド回路と、Ａ／Ｄ変換およびデジタル信号処理を行うデジタルフロントエンド回路とを含んでいる。
【００３４】
画像処理エンジン１５は、電子カメラ１１の動作を統括的に制御するプロセッサである。画像処理エンジン１５は、１フレーム分の画像データに対して、各種の画像処理（色補間処理、階調変換処理、ホワイトバランス調整、輪郭強調処理、色変換処理など）を施す。また、メモリ１６は、画像処理エンジン１５での画像処理前後のデータを一時的に保持する。
【００３５】
記録Ｉ／Ｆ１７は、不揮発性の記憶媒体１９を接続するためのコネクタを有している。そして、記録Ｉ／Ｆ１７は、コネクタに接続された記憶媒体１９に対して画像のデータの書き込み／読み込みを実行する。上記の記憶媒体１９は、例えば、半導体メモリを内蔵したメモリカードである。
【００３６】
かかる他の実施形態の撮像装置によれば、一の実施形態の光学ローパスフィルタ１によって光学的疑似信号が除去されるので、画像のモアレを抑制することができる。
【００３７】
＜投影装置の構成例＞
図８は、さらに他の実施形態における投影装置の構成例を示す図である。他の実施形態の投影装置は、一の実施形態の光学ローパスフィルタ１を備えたプロジェクタである。
【００３８】
プロジェクタ２１は、画像投影用の光源であるＬＥＤ２２と、集光レンズ２３と、偏光ビームスプリッタ２４と、ＬＣＯＳ２５（反射型液晶素子）と、一の実施形態の光学ローパスフィルタ１と、投影画像を投影するための投影レンズ２６とを備えている。図８において、偏光ビームスプリッタ２４の左面２４ａには黒色処理等の無反射処理が施されている。
【００３９】
集光レンズ２３は、ＬＥＤ２２から射出された光を略平行にする。偏光ビームスプリッタ２４は、入射光をＰ偏光成分の光とＳ偏光成分の光とに分離する。ＬＣＯＳ２５は、外部に投影する投影画像を表示するデバイスである。また、図８において、偏光ビームスプリッタ２４と投影光学系２６との間には、一の実施形態の光学ローパスフィルタ１が配置されている。
【００４０】
プロジェクタ２１において、ＬＥＤ２２から射出された後に集光レンズ２３で略平行光とされた光は、偏光ビームスプリッタ２４に入射する。偏光ビームスプリッタ２４に入射した光のうち、Ｓ偏光成分の光は図８の左方に反射されて、偏光ビームスプリッタ２４の無反射処理が施された面２４ａへと向かう。一方、Ｐ偏光成分の光は偏光ビームスプリッタ２４を透過してＬＣＯＳ２５に入射する。ＬＣＯＳ２５に入射したＰ偏光成分の光は、ＬＣＯＳ２５の液晶層を進行して不図示の反射膜で反射された後、ＬＣＯＳ２５の液晶層を逆方向に進行してＬＣＯＳ２５から射出される。ＬＣＯＳ２５から射出された光は、偏光ビームスプリッタ２４に再度入射する。ＬＣＯＳ２５の液晶層は電圧が印加されると位相板として機能し、Ｐ偏光成分の光をＳ偏光成分の光に変換する。従って、偏光ビームスプリッタ２４へ再度入射する光は、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との混合光となる。偏光ビームスプリッタ２４は、再入射された光のうちＳ偏光成分の光のみを反射する。そして、反射されたＳ偏光成分の光は、光学ローパスフィルタ１および投影レンズ２６を介してプロジェクタ２１の投影窓から出射される。これにより、ＬＣＯＳ２５に表示された画像が投影画像として読み出され、プロジェクタ２１の前方の投影領域へ投影される。
【００４１】
かかる他の実施形態の投影装置によれば、一の実施形態の光学ローパスフィルタ１によって投影画像の高周波数成分が除去されるので、投影画像においてＬＯＣＯＳ２５の画素格子が鮮明に写って画質が低下することを防止できる。
【００４２】
＜実施形態の補足事項＞
（ａ）上記実施形態では、中心波長が５５０ｎｍの光学ローパスフィルタの例を説明した。しかし、本発明の光学ローパスフィルタにおいて中心波長は上記の例に限定されるものではない。例えば、色分離プリズムを備えた３板式電子カメラに関し、赤色の波長域、緑色の波長域、青色の波長域をそれぞれ中心波長とする一の実施形態のローパスフィルタを各色の撮像素子の前方に配置してもよい。
【００４３】
（ｂ）上記実施形態では、撮像装置の一例として電子カメラの構成を説明した。しかし、本発明の撮像装置は、例えば一の実施形態のローパスフィルタを一体に備える固体撮像素子であってもよい。
【００４４】
（ｃ）上記実施形態では、投影装置の一例としてプロジェクタの構成を説明した。しかし、本発明の投影装置は、例えばヘッドマウントディスプレイなどの表示デバイスであってもよい。
【００４５】
以上の詳細な説明により、実施形態の特徴点および利点は明らかになるであろう。これは、特許請求の範囲が、その精神および権利範囲を逸脱しない範囲で前述のような実施形態の特徴点および利点にまで及ぶことを意図する。また、当該技術分野において通常の知識を有する者であれば、あらゆる改良および変更に容易に想到できるはずであり、発明性を有する実施形態の範囲を前述したものに限定する意図はなく、実施形態に開示された範囲に含まれる適当な改良物および均等物によることも可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１…光学ローパスフィルタ、２…第１複屈折板、３…旋光板、４…第２複屈折板、１１…電子カメラ、２１…プロジェクタ
【図１】
2013152378.tif 000003
【図２】
2013152378.tif 000004
【図３】
2013152378.tif 000005
【図４】
2013152378.tif 000006
【図５】
2013152378.tif 000007
【図６】
2013152378.tif 000008
【図７】
2013152378.tif 000009
【図８】
2013152378.tif 000010