JP2002156608A

JP2002156608A - 光学的ローパスフィルター、光学システム、及び撮像装置

Info

Publication number: JP2002156608A
Application number: JP2000354866A
Authority: JP
Inventors: Tomoyoshi Koizumi; 智義小泉
Original assignee: Kureha Corp
Current assignee: Kureha Corp
Priority date: 2000-11-21
Filing date: 2000-11-21
Publication date: 2002-05-31

Abstract

(57)【要約】【課題】モアレの発生を十分に抑制しつつ、十分な被
写体画像のコントラストを得ることができ、しかも狭い
設置スペースへの配置が可能な光学的ローパスフィルタ
ーを提供する。【解決手段】ローパスフィルター３は、ガラス板、樹
脂板等から成る透明基体３１の片面に、例えば近赤外光
を反射叉は吸収する機能を有する単層叉は多層膜から成
る機能膜３２が形成され、他面に位相格子３３が形成さ
れたものである。このローパスフィルター３は、位相格
子３３の格子高さｈ（ｘ）、その格子周期Ｆ、固体撮像
素子４１上の結像面４１ａと位相格子３３との距離Ｄと
いった各種パラメータが適宜調整され、当該ローパスフ
ィルター３単独でのＭＴＦ特性におけるカットオフ周波
数が、固体撮像素子４１の画素ピッチにより定まるナイ
キスト周波数よりも大きいものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学的ローパスフ
ィルター、光学システム、及び撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ＣＣＤやＣ−ＭＯＳイメージセ
ンサ等の固体撮像素子、叉はそれらを用いたデジタルカ
メラ等の撮像装置においては、被写体光の高空間周波数
成分を制限し、擬似信号の発生（エリアジング）に伴う
被写体による光とは異なる色光成分を除去するために、
光学的ローパスフィルターによる補正を行うことが必要
である。このような光学的ローパスフィルターとして
は、（１）複屈折を利用した水晶フィルターと、（２）
位相型の回折格子（位相格子）の回折現象を利用した位
相格子型のものが知られている（特開昭５３−１１９０
６３号公報、本出願人による特開２０００−６６１４２
号公報等参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の水晶フ
ィルターを一枚用いた場合には、低空間周波数成分に対
するいわゆるＭＴＦ値が、通常用いられる位相格子型の
ものに比して優れるものの、固体撮像素子の画素ピッチ
で決定されるナイキスト周波数（各画素でのサンプリン
グの限界周波数）を超える高空間周波数成分のＭＴＦ値
は位相格子型のものに比して大きくなる傾向にある。こ
うなると、撮像された被写体画像のコントラストはある
程度満足がいくものであるが、モアレ（特に縞模様の画
像不良；色偽）が比較的発生し易くなることがある。

【０００４】また、光学的ローパスフィルターは、一般
に、レンズ系と固体撮像素子の間に配置されるが、固体
撮像素子の微細化及び高集積化、撮像装置の更なるダウ
ンサイジング、コンパクト化への要求により、レンズ系
と固体撮像素子との配置間隔がより狭められる傾向にあ
る。これに対し、所定のローパス機能を得るために、水
晶フィルターは位相格子型のものに比して厚くする必要
があり、レンズ系と固体撮像素子との狭隘な空間に配置
し難くなってきている。

【０００５】一方、位相格子型のものは、水晶フィルタ
ーに比して低空間周波数成分に対するＭＴＦ値がやや劣
る傾向にあり、必ずしも十分な被写体画像のコントラス
トが得られ難く、画像がいわゆる「ねむい」状態になり
易いという問題を有していた。

【０００６】そこで、本発明は、このような事情に鑑み
てなされたものであり、モアレの発生を十分に抑制しつ
つ、十分な被写体画像のコントラストを得ることがで
き、しかも狭い設置スペースへの配置が可能な光学的ロ
ーパスフィルターを提供することを目的とする。また、
本発明は、モアレが十分に低減され且つ十分なコントラ
ストを有する被写体画像を得ることができ、しかも、更
なるコンパクト化を達成できる光学システム及び撮像装
置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による光学的ローパスフィルターは、複数の
画素を有する固体撮像素子に用いられる位相格子型のも
のであって、当該光学的ローパスフィルター単独でのＭ
ＴＦ特性におけるカットオフ周波数が、固体撮像素子の
画素ピッチにより定まるナイキスト周波数よりも大きい
ものであることを特徴とする。

【０００８】ここで、ＭＴＦ（Modulation Transfer Fu
nction）とは、撮像された画像のコントラスト叉は鮮鋭
度を表す指標値の一つであり、得られた画像の被写体に
対する忠実度を表す値とも言え、光学システム及び撮像
装置で得られる画像の評価手法として広く用いられる値
である。このＭＴＦは、光学的伝達関数ＯＴＦ（Optica
l Transfer Function）と密接に関係しており、下記式
（３）；

【０００９】

【数３】で表される関係によって評価することができる。式中、
Ｈ（ｘ）は瞳関数を示し、Ｈ^*（ｘ）はその複素共役を
示す。また、式中のξは、下記式（４）；

【００１０】

【数４】で表される。ここで、式中、λは光（入射光）の波長を
示し、ｄは光学的ローパスフィルターの格子面と固体撮
像素子の撮像面との間の空気換算距離を示し、ｆは空間
周波数を示す。この空間周波数ｆは、１（ｍｍ）あたり
ｙ（本）の明暗線がある場合にｙ（本／ｍｍ）叉はｙ
（ｌｐ／ｍｍ）で表される。なお、‘ｌｐ’はラインペ
ア（Line Pairs）を示す。

【００１１】このＭＴＦは、被写体光のスペクトルとフ
ーリエスペクトルとを結ぶ演算子であって、式（３）よ
り明らかなように複素関数であり、空間周波数ｆが０
（ｌｐ／ｍｍ）のときにＭＴＦの値は１となる。

【００１２】さらに、「ＭＴＦ特性」とは、空間周波数
ｆとＭＴＦとの関係（曲線）をいう。またさらに、ここ
で「カットオフ周波数」とは、ＭＴＦ特性においてＭＴ
Ｆの値が最小となるときの空間周波数をいう。さらにま
た、「ナイキスト（Nyquist）周波数」とは、下記式
（５）；

【００１３】

【数５】で表される関係により算出される空間周波数である。式
中、ｆ_Nyqはナイキスト周波数（ｌｐ／ｍｍ）を示し、
ｐは固体撮像素子の画素ピッチ（μｍ）を示す。前述の
如く、ナイキスト周波数ｆ_Nyqは、固体撮像素子の画素
ピッチｐで決定されるサンプリングの限界周波数を示
す。例えば、ＶＧＡ（Video Graphics Array）モード相
当の解像度（６４０×４８０ドット）に対応するＣＣＤ
の画素ピッチは、５．６（μｍ）であり、このときのナ
イキスト周波数は８９（ｌｐ／ｍｍ）となる。

【００１４】このようなＭＴＦ特性を有する本発明の光
学的ローパスフィルターにおいては、光学的ローパスフ
ィルター一般にみられる特性として、空間周波数ｆが０
からナイキスト周波数に増大するにつれＭＴＦが徐々に
減少するというＭＴＦ特性を有する。従来の光学的ロー
パスフィルターは、固体撮像素子のサンプリングにおけ
る解像限界周波数（ナイキスト周波数）を超える高空間
周波数を極力制限するように、ナイキスト周波数におい
てＭＴＦが最小叉は０（ゼロ）とされる傾向にある。す
なわち、カットオフ周波数がナイキスト周波数とされて
いる。これに対し、本発明の光学的ローパスフィルター
は、上述の如く、カットオフ周波数がナイキスト周波数
よりも大きくされているので、ナイキスト周波数よりも
低い空間周波数でのＭＴＦが、従来の位相格子型の光学
的ローパスフィルターよりも改善される。

【００１５】このとき、カットオフ周波数がナイキスト
周波数を超える分、高空間周波数成分のＭＴＦが増大す
るが、位相格子型のフィルターであるため、ナイキスト
周波数以上での空間周波数におけるＭＴＦは水晶フィル
ターに比して緩やかに増大する。よって、モアレによる
色偽が問題となる程度に擬似信号が増強されることが抑
制される。ここで、カットオフ周波数を、ナイキスト周
波数の好ましくは１．５倍以下、より好ましくは１．４
倍以下、特に好ましくは１．３倍以下の所定の空間周波
数とすれば、擬似信号の量をより抑制することができ
る。

【００１６】また、位相格子面の格子高さ（深さ）は、
例えば数百（ｎｍ）オーダーでよいので、光学的ローパ
スフィルターの厚さを十分に薄くできる。また、位相格
子型であれば、樹脂性材料を用いることができるので、
成形加工性に優れる利点もある。

【００１７】或いは、本発明による光学的ローパスフィ
ルターは、レンズ系と、複数の画素を有する固体撮像素
子と、を含む撮像装置に用いられる光学的ローパスフィ
ルターであって、下記式（１）；

【００１８】

【数６】で表される関係を満たすものである。式中、Ｍｆは、波
長５５０ｎｍの光に対する当該光学的ローパスフィルタ
ー単独でのＭＴＦ特性において、固体撮像素子の画素ピ
ッチにより定まるナイキスト周波数におけるＭＴＦの値
を示し、Ｍｌは、波長５５０ｎｍの光に対するレンズ系
単独でのＭＴＦ特性において、ナイキスト周波数におけ
るＭＴＦの値を示す。

【００１９】撮像された画像の良否は、光学的ローパス
フィルターのＭＴＦのみならず、レンズ系のＭＴＦ、固
体撮像素子のＭＴＦ、等を加味したＭＴＦにより左右さ
れる。特に、レンズ系のＯＴＦに由来するレンズ系のＭ
ＴＦ特性は、通常、空間周波数に対してＭＴＦが減少す
る傾向にあり、用いられるレンズ系の種類によっては、
撮像された画像の質に有意な影響を与える因子となる。

【００２０】本発明の光学的ローパスフィルターは、可
視光波長領域の代表的な波長としての５５０ｎｍの光に
対する光学的ローパスフィルター単独でのナイキスト周
波数におけるＭＴＦの値Ｍｆと、同レンズ系のＭＴＦの
値Ｍｌとの積が、上記式（１）に示すように０よりも大
きいので、カットオフ周波数がナイキスト周波数よりも
大きくなる。その結果、ナイキスト周波数よりも低い空
間周波数でのＭＴＦが、従来の位相格子型の光学的ロー
パスフィルターよりも改善される。また、ＭｆとＭｌと
の積が、式（１）に示すように０より大きく０．２５以
下、好ましくは０より大きく０．２以下、より好ましく
は０より大きく０．１５以下であると、モアレによる色
偽が問題となる程度に擬似信号が増強されることを十分
に抑制できる。

【００２１】さらに、本発明の光学的ローパスフィルタ
ーは、下記式（２）；

【００２２】

【数７】で表される関係を満たすものであると好ましい。ここ
で、式中、Ｍｆ_1/2は、波長５５０ｎｍの光に対する当
該光学的ローパスフィルター単独でのＭＴＦ特性におい
て、固体撮像素子の画素ピッチにより定まるナイキスト
周波数の１／２の空間周波数におけるＭＴＦの値を示
し、Ｍｌ_1/2は、波長５５０ｎｍの光に対するレンズ系
単独でのＭＴＦ特性において、ナイキスト周波数の１／
２の空間周波数におけるＭＴＦの値を示す。このように
式（２）で表される関係を満たすようなＭＴＦ特性を有
する光学的ローパスフィルターとすれば、低空間周波数
域におけるＭＴＦの値を従来の水晶フィルターと同等叉
はそれ以上とすることが容易となる。

【００２３】或いは、下記式（６）；

【００２４】

【数８】で表される関係を満たしても好適である。式中、Ｍｆ
_3/4は、波長５５０ｎｍの光に対する当該光学的ローパ
スフィルター単独でのＭＴＦ特性において、ナイキスト
周波数の３／４の空間周波数におけるＭＴＦの値を示
し、Ｍｌ_3/4は、波長５５０ｎｍの光に対するレンズ系
単独でのＭＴＦ特性において、ナイキスト周波数の３／
４の空間周波数におけるＭＴＦの値を示す。このように
式（６）で表される関係を満たすようなＭＴＦ特性を有
する光学的ローパスフィルターとしても、低空間周波数
域におけるＭＴＦの値を従来の水晶フィルターと同等叉
はそれ以上とし得るので好ましい。

【００２５】また、本発明による光学システムは、本発
明の光学的ローパスフィルターを用いて有効に構成され
るものであって、光源叉は被写体からの光が入射される
レンズ系と、レンズ系の後段に配置された本発明の光学
的ローパスフィルターとを備える。

【００２６】また、本発明による撮像装置は、本発明の
光学的ローパスフィルターを用いて有効に構成されるも
のであって、光源叉は被写体からの光が入射されるレン
ズ系と、レンズ系の後段に配置された複数の画素を有す
る固体撮像素子と、レンズ系と固体撮像素子との間に配
置された本発明の光学的ローパスフィルターとを備える
ことを特徴とする。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
添付図面を参照して詳細に説明する。なお、同一の要素
には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。ま
た、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面
に示す位置関係に基づくものとする。また、図面の寸法
比率は、図示の比率に限られるものではない。

【００２８】図１は、本発明による光学的ローパスフィ
ルターを備える本発明の撮像装置の好適な一実施形態を
模式的に示す構成図である。撮像装置１は、被写体Ｗか
らの被写体光Ｃが入射されるレンズ系２と、その後段に
順次配置されたローパスフィルター３（光学的ローパス
フィルター）及び撮像部４とを備えるものである。レン
ズ系２は、変倍レンズ、フォーカスレンズ等を含む前群
２ａと、結像レンズ等を含む後群２ｂとから構成されて
いる。また、レンズ系２の前群２ａと後群２ｂとの間に
は、絞り機構５が設けられている。このように、レンズ
系２とローパスフィルター３とから本発明の光学システ
ムが構成されている。

【００２９】また、撮像部４は、光学的ローパスフィル
ターに対向設置されたＣＣＤ、Ｃ−ＭＯＳイメージセン
サ、イメージインテンシファイア付きＣＣＤ等の固体撮
像素子４１を備えている。この固体撮像素子は、所定の
画像解像度を得るために所定数の複数の画素を有するも
のである。また、撮像部４は、固体撮像素子４１を駆動
する駆動回路４２、ＣＣＤ等の電荷走査（掃引）用のゲ
ート操作回路４３、電源回路４４等から成る回路系４５
を有しており、この回路系４５からの出力信号が入力さ
れる信号処理回路４６を備えている。また、信号処理回
路４６は絞り機構５の開度を調節する絞り駆動部６に接
続されている。絞り駆動部６は、図示しない駆動モータ
を有しており、絞り機構５に接続されている。

【００３０】図２は、図１に示すローパスフィルター３
及び撮像部４の要部を示す摸式断面図である。ローパス
フィルター３は、ガラス板、樹脂板等から成る透明基体
３１の片面に、例えば近赤外光を反射叉は吸収する機能
を有する単層叉は多層膜から成る機能膜３２が形成さ
れ、他面に位相格子３３が形成されたものである。この
機能膜３２としては、例えば、二酸化ケイ素（Ｓｉ
Ｏ₂）層と酸化チタン（ＴｉＯ₂）層との交互積層膜から
成る蒸着膜等が例示される。また、機能膜３２の層厚、
積層数等は、適宜選択することができる。さらに、位相
格子３３は、断面が所定のピッチの凹凸部から成る位相
型の回折格子であり、通過する被写体光Ｃの光束に対し
て光学的ローパス機能を発現する。

【００３１】このようなローパスフィルター３を得るに
は、例えば、本出願人による特開平２０００−６６１４
２号公報に記載の方法及び材料を用いることができる。
つまり、ローパスフィルター３に透明樹脂板を採用する
場合には、例えば、本出願人による特開平６−１１８２
２８号公報等に記載の材料を用いることができる。かか
る樹脂材料を用いた場合には、透明基体３１自ら近赤外
光を吸収することが可能なのでより好ましく、ローパス
フィルター３が視感度補正機能を有するものとなる。

【００３２】また、ローパスフィルター３としてガラス
板を用いる場合には、例えば、リフトオフ法、エッチン
グ法、本出願人による特開平９−２６３９３２号公報に
記載の方法等が挙げられる。さらに、樹脂から成る透明
基体３１の表面に位相格子３３を形成する方法として
は、例えば、以下のような各種の方法を使用できる。

【００３３】すなわち；位相格子３３のネガパターンが成形面に形成された
モールド内において、樹脂を得るための単量体組成物を
注型重合する方法（上記の特開平９−２６３９３２号公
報等参照）。位相格子３３のネガパターンが表面に形成された加
熱板を透明基体３１の表面に圧着する方法。透明基体３１の表面に感光性樹脂を塗布し、形成さ
れた塗膜をフォトマスクを介して露光した後現像する方
法。位相格子３３のネガパターンが成形面に形成された
金型を使用して射出成形する方法。透明基体３１の表面に、樹脂を得るための単量体組
成物をスピンコート法によって塗布し、形成された単量
体組成物の塗膜の表面に、位相格子３３のネガパターン
が表面に形成された成形面を圧着し、この状態で当該単
量体組成物を重合させる方法。このとき、単量体組成物
として感光性のものを使用すれば、紫外線を利用して硬
化（重合）処理を実施できる。

【００３４】また、ローパスフィルター３は、当該ロー
パスフィルター３単独でのＭＴＦ特性におけるカットオ
フ周波数が、固体撮像素子４１の画素ピッチにより定ま
るナイキスト周波数よりも大きくされている。カットオ
フ周波数としては、ナイキスト周波数の好ましくは１．
５倍以下、より好ましくは１．４倍以下、特に好ましく
は１．３倍以下の所定の空間周波数とすると好適であ
る。

【００３５】ここで、本発明者は、ローパスフィルター
３のカットオフ周波数と、位相格子３３の格子高さ（深
さ）ｈ（ｘ）、その格子周期Ｆ、固体撮像素子４１上の
結像面４１ａと位相格子３３との距離Ｄ（図２参照）と
の間には密接な相関があることを見出した。また、本発
明者の知見によれば、それらの影響因子（パラメータ）
は、複雑に関連しており、カットオフ周波数を単一のパ
ラメータの関数として単純に表すことは困難である。こ
こに、図３〜５は、位相格子３３に対する各パラメータ
を所定条件で変化させたときのカットオフ周波数の変化
の例を示すグラフである。

【００３６】より具体的には、図３に示す曲線Ｌ１は、
格子周期Ｆを３３０（μｍ）とし、像面−格子間距離Ｄ
を２（ｍｍ）としたときの格子高さｈ（ｘ）とカットオ
フ周波数との関係を示すグラフである。また、図４に示
す直線Ｌ２は、格子高さｈ（ｘ）を４１０（ｎｍ）と
し、像面−格子間距離Ｄを２（ｍｍ）としたときの格子
周期Ｆとカットオフ周波数との関係を示すグラフであ
る。さらに、図５に示す曲線Ｌ３は、格子周期Ｆを３３
０（μｍ）とし、格子高さｈ（ｘ）を４１０（ｎｍ）と
したときの像面−格子間距離Ｄとカットオフ周波数との
関係を示すグラフである。

【００３７】図３より、格子周期Ｆ及び像面−格子間距
離Ｄが一定のとき、格子高さｈ（ｘ）に対してカットオ
フ周波数は指数関数的叉は高次関数的に増減する傾向に
ある。図３に示す条件では、下記式（７）；

【００３８】

【数９】で表される近似式（曲線Ｌ１）が得られた。式中、ｆ
_cut-offはカットオフ周波数（ｌｐ／ｍｍ）を示す。

【００３９】また、図４より、格子高さｈ（ｘ）及び像
面−格子間距離Ｄが一定のとき、格子周期Ｆに対してカ
ットオフ周波数は略直線的に増減する傾向にある。図４
に示す条件では、下記式（８）；

【００４０】

【数１０】で表される近似式（直線Ｌ２）が得られた。さらに、図
５より、格子周期Ｆ及び格子高さｈ（ｘ）が一定のと
き、像面−格子間距離Ｄに対してカットオフ周波数は逆
比例的に増減する傾向にある。図５に示す条件では、下
記式（９）；

【００４１】

【数１１】で表される近似式（曲線Ｌ３）が得られた。したがっ
て、このような各パラメータの値を適宜調整することに
より、所望のＭＴＦ特性を有するローパスフィルター３
を簡易に且つ確実に得ることができる。

【００４２】また、ローパスフィルター３は、先述の式
（１）で表される関係を満たすＭＴＦ特性を有してい
る。すなわち、波長５５０ｎｍの光に対するローパスフ
ィルター３単独でのＭＴＦ特性において、固体撮像素子
４１の画素ピッチにより定まるナイキスト周波数におけ
るＭＴＦの値をＭｆとし、同波長の光に対するレンズ系
２単独でのＭＴＦ特性のナイキスト周波数におけるＭＴ
Ｆの値をＭｌとしたときに、両者の積［Ｍｆ×Ｍｌ］
が、０より大きく０．２５以下、好ましくは０より大き
く０．２以下、より好ましくは０より大きく０．１５以
下とされている。

【００４３】更に好ましくは、ローパスフィルター３
は、先述した式（２）で表される関係を満たすＭＴＦ特
性を有している。すなわち、波長５５０ｎｍの光に対す
るローパスフィルター３単独でのＭＴＦ特性のナイキス
ト周波数の１／２の空間周波数におけるＭＴＦの値をＭ
ｆ_1/2とし、同波長の光に対するレンズ系２単独でのＭ
ＴＦ特性のナイキスト周波数の１／２の空間周波数にお
けるＭＴＦの値をＭｌ_1/ ₂としたときに、両者の積［Ｍ
ｆ_1/2×Ｍｌ_1/2］が、好ましくは０．３５以上、より好
ましくは０．４５以上、特に好ましくは０．５以上とさ
れている。

【００４４】また、一層好ましくは、ローパスフィルタ
ー３は、先述した式（６）で表される関係を満たすＭＴ
Ｆ特性を有している。すなわち、波長５５０ｎｍの光に
対するローパスフィルター３単独でのＭＴＦ特性のナイ
キスト周波数の３／４の空間周波数におけるＭＴＦの値
をＭｆ_3/4とし、同波長の光に対するレンズ系２単独で
のＭＴＦ特性のナイキスト周波数の３／４の空間周波数
におけるＭＴＦの値をＭｌ_3/4としたときに、両者の積
［Ｍｆ_3/4×Ｍｌ_3/4］が、好ましくは０．２５以上、よ
り好ましくは０．２７以上、特に好ましくは０．３以上
とされている。

【００４５】このように構成されたローパスフィルター
３を備える撮像装置１においては、被写体Ｗからの被写
体光Ｃがレンズ系２に入射すると、前群２ａで変倍、フ
ォーカス等され、所定の開度で開口する絞り機構５で光
束が絞られる。その被写体光Ｃは、レンズ系２の後群２
ｂで所定の焦点距離とされ、ローパスフィルター３を通
過し、固体撮像素子４１の結像面４１ａ上に結像され
る。このとき、ローパスフィルター３により、被写体光
Ｃの高空間周波数成分が十分に低減される。

【００４６】固体撮像素子４１上には、被写体光Ｃが電
荷に変換されて蓄積され、所定の走査間隔で回路系４５
によって走査され、受像信号として回路系４５から出力
される。この出力信号は、信号処理回路４６に入力さ
れ、増幅、整形、ＡＤ変換等の所定の信号処理が行わ
れ、例えば、図示しないテレビ受像機等の受像装置、メ
モリ等のデータ格納装置に出力される。また、信号処理
回路４６からの出力信号は、絞り駆動部６にも入力さ
れ、例えば、この信号強度の大小に基づいて、絞り機構
５の開度が調節され、映像信号のレベルが所定の範囲内
となるように調整維持される。

【００４７】そして、ローパスフィルター３によれば、
位相格子３３の格子高さ（深さ）ｈ（ｘ）、その格子周
期Ｆ、固体撮像素子４１上の結像面４１ａと位相格子３
３との距離Ｄといった各種パラメータが適宜調整され、
当該ローパスフィルター３単独でのＭＴＦ特性における
カットオフ周波数が、固体撮像素子４１の画素ピッチに
より定まるナイキスト周波数よりも大きいので、ナイキ
スト周波数よりも低い空間周波数でのＭＴＦが、従来の
位相格子型の光学的ローパスフィルターよりも増大され
る。よって、被写体Ｗの画像のコントラストを向上で
き、画像の鮮鋭度を改善できる。

【００４８】また、カットオフ周波数がナイキスト周波
数を超える分、高空間周波数成分のＭＴＦが増大する
が、ローパスフィルター３が位相格子型のフィルターで
あるため、ナイキスト周波数以上でのＭＴＦは、従来の
水晶フィルターに比して緩やかに増大する傾向にある。
よって、モアレによる色偽が問題となる程度に擬似信号
が増強されることを十分に抑制できる。よって、撮像装
置１で得られる画像に色偽が発生してしまうおそれを十
分に防止できる。

【００４９】この場合、ローパスフィルター３のカット
オフ周波数を、ナイキスト周波数の好ましくは１．５倍
以下、より好ましくは１．４倍以下、特に好ましくは
１．３倍以下の所定の空間周波数とすると、擬似信号の
量を一層抑制することができる。したがって、撮像装置
１で得られる画像に色偽が発生してしまうおそれを更に
十分に防止できる。

【００５０】またさらに、位相格子３３の格子高さｈ
（ｘ）は、図３に示す如く、数百（ｎｍ）オーダーで通
常の固体撮像素子に適応するカットオフ周波数を達成で
きるので、ローパスフィルター３の厚さを狭い設置スペ
ースへ配置できるように十分に薄くできる。よって、ロ
ーパスフィルター３を、例えば像面−格子間距離Ｄが１
〜数（ｍｍ）程度以下の狭い間隔のときでも、十分に且
つ平易に配置することができる。したがって、光学シス
テム及び撮像装置１のコンパクト化を図ることが可能と
なる。さらに、ローパスフィルター３に樹脂材料を用い
れば、成形加工が平易であり、厚さを簡易により一層薄
くできる利点もある。

【００５１】また、前述したように、撮像された画像の
質は、ローパスフィルター３のＯＴＦ叉はＭＴＦのみな
らず、レンズ系２や固体撮像素子４１のＯＴＦ叉はＭＴ
Ｆが加味されて定まり得る。そこで、特に画質に対する
影響が大きい傾向にあるローパスフィルター３とレンズ
系２との言わば合算したＭＴＦ特性として、先述の式
（１）を満たすように、つまり、［Ｍｆ×Ｍｌ］が０よ
り大きく０．２５以下、好ましくは０より大きく０．２
以下、より好ましくは０より大きく０．１５以下となる
ようにローパスフィルター３を設けると、モアレによる
色偽が問題となる程度に擬似信号が増強されることを十
分に抑制できる。これは、ローパスフィルター３のカッ
トオフ周波数をナイキスト周波数よりも大きくしたのと
本質的に同等であり、撮像装置１で得られる画像に色偽
が発生してしまうおそれを十分に防止できる。

【００５２】さらに、ローパスフィルター３が、先述し
た式（２）叉は式（６）で表される関係を満たすＭＴＦ
特性を有する場合には、カットオフ周波数がより確実に
ナイキスト周波数よりも大きくなる。よって、ナイキス
ト周波数よりも低い空間周波数でのＭＴＦをより確実に
改善できる。また、低空間周波数域におけるＭＴＦの値
を従来の水晶フィルターと同等叉はそれ以上とすること
が容易となる。したがって、撮像装置１で得られる画像
のコントラストを一層十分に向上できる。

【００５３】さらにまた、ローパスフィルター３のカッ
トオフ周波数が、所定のパラメータ、すなわち、位相格
子３３の格子高さｈ（ｘ）、格子周期Ｆ、及び像面−格
子間距離Ｄのうち少なくともいずれか一つを調整するこ
とにより、適宜所望の値として得られる。よって、所望
のカットオフ周波数を得易く、ナイキスト周波数よりも
カットオフ周波数を大きくしたり、先に述べた式
（１）、（２）叉は（６）で表される関係を、より確実
に且つ定量的に実現できる。

【００５４】なお、上述した実施形態においては、光学
的ローパスフィルターとして、ローパスフィルター３と
異なる構成を有するものを用いてもよい。図６（Ａ）及
び（Ｂ）は、本発明による光学的ローパスフィルターの
他の実施形態を示す摸式断面図である。

【００５５】図６（Ａ）に示すローパスフィルター８
（光学的ローパスフィルター）は、片面に機能膜３２が
形成された透明基体８１と、片面に位相格子８４が形成
された透明基体８３とが接着されて成るものである。透
明基体８１，８３は、透明基体３１と同様にガラス板、
樹脂板等から成り、機能膜８１は、機能膜３２と同様に
近赤外光を反射叉は吸収する機能を有する膜であり、位
相格子８４は、位相格子３３と同様に、断面が所定ピッ
チの凹凸部から成る位相型の回折格子である。ここで、
透明基体８１，８３を互いに接着する方法としては、例
えばシアノアクリレート系の瞬間接着剤「４０３」（日
本ロックタイト（株）製）といった接着剤を用いて面接
着する方法が挙げられる。

【００５６】また、図６（Ｂ）に示すローパスフィルタ
ー９（光学的ローパスフィルター）は、透明基体９１の
片面に機能膜９２が形成され、その他面に、位相格子９
４が形成された樹脂部材９３が積層されたものである。
透明基体９１は、透明基体３１と同様にガラス板、樹脂
板等から成り、機能膜９２は、機能膜３２と同様に近赤
外光を反射叉は吸収する機能を有する膜であり、位相格
子９４は、位相格子３３と同様に、断面が所定ピッチの
凹凸部から成る位相型の回折格子である。ここで、透明
基体９１の表面に樹脂部材９３を積層する方法として
は、透明基体９１の表面において、樹脂部材９３を得る
ための単量体組成物を重合処理する、すなわち位相格子
９４を形成するといった方法が挙げられる。

【００５７】また、ローパスフィルター３，８，９は、
固体撮像素子４１におけるレンズ系２の前群２ａの前、
後群２ｂの後、前群２ａ若しくは後群２ｂの中、叉は、
前群２ａと後群２ｂとの間に配置してもよい。さらに、
ローパスフィルター３，８，９を固体撮像素子４１のカ
バー材として用いてもよい。またさらに、機能膜３２，
８２，９２はなくてもよい。

【００５８】また、撮像装置１の具体的な例としては、
被写体の連続叉は断続撮影が可能なテレビジョンカメ
ラ、デジタルビデオカメラ等、或いは、ボードカメラ、
デジタルスチルカメラ等が挙げられる。さらに、本発明
の光学的ローパスフィルターの用途は、これらの撮像装
置に限定されず、例えば、小型化が特に望まれるいわゆ
るモバイル型或いはウェアラブル型の機器、移動体電子
機器、移動体端末、移動体通信端末等に搭載されるデジ
タルカメラ、デジタルアイ等の撮像装置、撮影装置等に
適用しても極めて好適である。

【００５９】

【実施例】以下、本発明に係る具体的な実施例について
説明するが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。

【００６０】〈固体撮像素子のナイキスト周波数〉以下
の実施例及び比較例で製造叉は準備した光学的ローパス
フィルターが用いられる固体撮像素子として、ＶＧＡモ
ードにおいて３５万画素強相当の解像度を有するＣＣＤ
モジュール（画素の水平ピッチが５（μｍ））を想定し
た。このような固体撮像素子に対するナイキスト周波数
は、１００（ｌｐ／ｍｍ）となる。

【００６１】〈実施例１〉厚さ０．５ｍｍの平面ガラス
板の表面に、特開平９−２６３９３２号公報記載の方法
により、格子高さｈ（ｘ）が３６０（ｎｍ）、格子周期
F（ピッチ）が３３０（μｍ）である台形形状の位相格
子を形成し、厚さが約０．５ｍｍで図２に示す形状のロ
ーパスフィルター３（本発明による光学的ローパスフィ
ルター）を得た。

【００６２】〈比較例１〉格子高さｈ（ｘ）が４１０
（ｎｍ）であること以外は、実施例１と同等の形状を有
する光学的ローパスフィルターを実施例１と同様にして
製造した。

【００６３】〈比較例２〉光学的ローパスフィルターと
して、厚さが０．８５（ｍｍ）の水晶フィルター（キン
セキ社製）を準備した。

【００６４】〈ＭＴＦ特性の評価〉実施例１並びに比較
例１及び２で得られた光学的ローパスフィルターをＭＴ
Ｆ測定装置（Image Science社製）に組み込み、波長５
５０ｎｍにおけるＭＴＦ特性を測定した。また、所定の
レンズ系（富士写真光機社製；製品名HF35A-2）につい
て、同様にＭＴＦ特性を測定した。図７〜９は、それぞ
れ実施例１、比較例１及び比較例２の光学的ローパスフ
ィルター等に対し、空間周波数が０〜１４０（ｌｐ／ｍ
ｍ）でのＭＴＦ特性の測定結果を示すグラフである。

【００６５】図中、曲線Ｌ７１，８１，９１は、光学的
ローパスフィルター単独でのＭＴＦ特性を示し、曲線７
２，８２，９２はレンズ系単独でのＭＴＦ特性を示す。
また、曲線７０，８０，９０は、光学的ローパスフィル
ター単独でのＭＴＦ特性とレンズ系単独でＭＴＦ特性の
積であり、曲線Ｌ７１，８１，９１と曲線７２，８２，
９２とをそれぞれ乗じて算出したものである。

【００６６】図７より、実施例１で得た光学的ローパス
フィルターのカットオフ周波数は、約１２４（ｌｐ／ｍ
ｍ）であり、ナイキスト周波数１００（ｌｐ／ｍｍ）の
約１．２４倍であった。また、ナイキスト周波数の１／
２の空間周波数である５０（ｌｐ／ｍｍ）及び３／４で
ある７５（ｌｐ／ｍｍ）における光学システム、すなわ
ちレンズ系と光学的ローパスフィルターとを組合わせた
系のＭＴＦ値（曲線Ｌ７０で表されるＭＴＦ特性参照）
は、それぞれ約０．５５及び約０．３１であった。ま
た、ナイキスト周波数である１００（ｌｐ／ｍｍ）以上
の高空間周波数成分に対するＭＴＦは、十分に低く抑え
られていることが判明した。

【００６７】一方、図８より、比較例１で得た光学的ロ
ーパスフィルターのカットオフ周波数は、約１００（ｌ
ｐ／ｍｍ）であり、ナイキスト周波数１００（ｌｐ／ｍ
ｍ）と実質的に同一であった。また、空間周波数が５０
及び７５（ｌｐ／ｍｍ）における光学システムのＭＴＦ
値（曲線Ｌ８０で表されるＭＴＦ特性参照）は、それぞ
れ約０．４５及び約０．２０であった。また、ナイキス
ト周波数である１００（ｌｐ／ｍｍ）以上の高空間周波
数成分に対するＭＴＦは、低く抑えられていることが判
明した。

【００６８】他方、図９より、比較例２の水晶フィルタ
ーのカットオフ周波数は、約１００（ｌｐ／ｍｍ）であ
り、ナイキスト周波数１００（ｌｐ／ｍｍ）と実質的に
同一であった。また、空間周波数が５０及び７５（ｌｐ
／ｍｍ）における光学システムのＭＴＦ値（曲線Ｌ９０
で表されるＭＴＦ特性参照）は、それぞれ約０．５５及
び約０．２８であった。また、ナイキスト周波数である
１００（ｌｐ／ｍｍ）以上の高空間周波数成分に対する
ＭＴＦは、ナイキスト周波数を超えると急激に増加する
傾向にあることが確認された。

【００６９】これらの結果より、実施例１で得た光学的
ローパスフィルター及びそれを用いた光学系は、ナイキ
スト周波数より小さい低空間周波数成分に対し、水晶フ
ィルター（比較例２）と同等叉はそれ以上のＭＴＦを実
現でき、従来の位相格子型のもの（比較例１）に比して
ＭＴＦ特性が格別に改善されることが確認された。ま
た、ナイキスト周波数を超える高空間周波数成分に対し
ては、水晶フィルターに比してＭＴＦを低く抑え得るこ
とが判明した。

【００７０】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明の光学的ロー
パスフィルターによれば、モアレの発生を十分に抑制し
つつ、十分な被写体画像のコントラストを得ることがで
きるとともに、狭い設置スペースへの配置が可能とな
る。また、本発明の光学システム及び撮像装置によれ
ば、モアレが十分に低減され且つ十分なコントラストを
有する被写体画像を得ることができ、しかも、更なるコ
ンパクト化を達成できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光学的ローパスフィルターを備え
る本発明の撮像装置の好適な一実施形態を模式的に示す
構成図である。

【図２】図１に示すローパスフィルター及び撮像部の要
部を示す摸式断面図である。

【図３】位相格子に対する各パラメータを所定条件で変
化させたときのカットオフ周波数の変化の一例を示すグ
ラフである。

【図４】位相格子に対する各パラメータを所定条件で変
化させたときのカットオフ周波数の変化の他の例を示す
グラフである。

【図５】位相格子に対する各パラメータを所定条件で変
化させたときのカットオフ周波数の変化の更に他の例を
示すグラフである。

【図６】図６（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明による光学的
ローパスフィルターの他の実施形態を示す摸式断面図で
ある。

【図７】実施例１の光学的ローパスフィルター等に対す
るＭＴＦ特性の測定結果を示すグラフである。

【図８】比較例１の光学的ローパスフィルター等に対す
るＭＴＦ特性の測定結果を示すグラフである。

【図９】比較例２の光学的ローパスフィルター等に対す
るＭＴＦ特性の測定結果を示すグラフである。

【符号の説明】１…撮像装置、２…レンズ系、３，８，９…ローパスフ
ィルター（光学的ローパスフィルター）、４…撮像部、
３１…透明基体、３３，８４，９４…位相格子、４１ａ
…結像面、４１…固体撮像素子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０４Ｎ 5/335 Ｈ０４Ｎ 5/335 Ｖ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の画素を有する固体撮像素子に用い
られる位相格子型の光学的ローパスフィルターであっ
て、当該光学的ローパスフィルター単独でのＭＴＦ特性にお
けるカットオフ周波数が、前記固体撮像素子の画素ピッ
チにより定まるナイキスト周波数よりも大きいものであ
る、ことを特徴とする光学的ローパスフィルター。
【請求項２】レンズ系と、複数の画素を有する固体撮
像素子と、を含む撮像装置に用いられる光学的ローパス
フィルターであって、下記式（１）；【数１】Ｍｆ：波長５５０ｎｍの光に対する当該光学的ローパス
フィルター単独でのＭＴＦ特性において、前記固体撮像
素子の画素ピッチにより定まるナイキスト周波数におけ
るＭＴＦの値、Ｍｌ：波長５５０ｎｍの光に対する前記レンズ系単独で
のＭＴＦ特性において、前記ナイキスト周波数における
ＭＴＦの値、で表される関係を満たすものである、ことを特徴とする
光学的ローパスフィルター。
【請求項３】下記式（２）；【数２】Ｍｆ_1/2：波長５５０ｎｍの光に対する当該光学的ロー
パスフィルター単独でのＭＴＦ特性において、前記固体
撮像素子の画素ピッチにより定まるナイキスト周波数の
１／２の空間周波数におけるＭＴＦの値、Ｍｌ_1/2：波長５５０ｎｍの光に対する前記レンズ系単
独でのＭＴＦ特性において、前記ナイキスト周波数の１
／２の空間周波数におけるＭＴＦの値、で表される関係を満たすものである、ことを特徴とする
請求項１叉は２に記載の光学的ローパスフィルター。
【請求項４】光源叉は被写体からの光が入射されるレ
ンズ系と、前記レンズ系の後段に配置された請求項１〜３のいずれ
か一項に記載の光学的ローパスフィルターと、を備える
光学システム。
【請求項５】光源叉は被写体からの光が入射されるレ
ンズ系と、前記レンズ系の後段に配置された複数の画素を有する固
体撮像素子と、前記レンズ系と前記固体撮像素子との間に配置された請
求項１〜３のいずれか一項に記載の光学的ローパスフィ
ルターと、を備える撮像装置。