JP2009163176A - ローパスフィルタ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光学性能を容易に且つ精度良く制御することができ、また、製造が容易で安価且つ安定した品質で製造することができる量産性に適したローパスフィルタを提供する。
【解決手段】基材１１上に凸状のレンズ体１３が略一定のピッチＰで二次元状に配列された構造体１０Ａと、構造体１０Ａのレンズ体１３間の溝１４を埋めた状態で溝１４に配置された中間体１５と、を備えたローパスフィルタ１０であって、レンズ体１３は第１物質で形成され、中間体１５は第２物質で形成され、溝の深さをｄ（μｍ）とし、第１物質の屈折率と第２物質の屈折率との差をΔｎとしたとき、ｄ・Δｎ（μｍ）の値が０．２０〜０．６０の範囲であり、レンズ体のピッチが１．０μｍ〜１００μｍの範囲にある。
【選択図】図１

Description

本発明は、ローパスフィルタに係り、特に樹脂で形成されたフィルム状のローパスフィルタに関する。

規則的な繰り返しパターンをデジタルカメラ等の撮像装置で撮像した場合、この繰り返しパターンがイメージセンサの画素（撮像素子）ピッチに重なると、実在しない縞模様であるモアレ像が現れる。このモアレ像を防ぐため、撮像装置にはイメージセンサの手前にローパスフィルタが配置される。
従来、このようなローパスフィルタとして、光反応性高分子を用いて格子パターンを形成したフィルム状のローパスフィルタが提案されている（非特許文献１参照）。

このフィルム状のローパスフィルタを製造するには、先ず、ベンゾイルベンゾフェノン（ＢＢＰ）を含有する光反応性高分子を作製し、これをトルエン溶媒に溶解し、ガラスプレートにスピンコートして乾燥させる。次いで、ガラスプレート上に格子状パターンを有するフォトマスクを配置し、フォトマスクを介してガラスプレートに向けてＵＶ照射し、ＢＢＰをポリマーマトリックスに反応ベーキングする。その後、未反応ＢＢＰを真空下で昇華させる。

この方法で製造したローパスフィルタは、露光部分（反応部分）が非露光部分（非反応部分）よりも盛り上がった状態となり凹凸構造が形成され、また、露光部分と非露光部分の屈折率に差が生じるため、ローパスフィルタとして機能させることができる。

Jpn. J. Appl. Phys. Vol.35(1996) pp.1768-1776

しかしながら、上記ローパスフィルタの製造方法は、多くの工程を有しており、極めて煩雑であって、製造時間が掛かり、コスト高となるという問題があった。
また、上記ローパスフィルタでは、凹凸構造に起因するポリマーと空気との屈折率差を利用しているため、凹凸構造をサブμｍ以下（場合によっては０．１μｍ以下）で制御することが必要となる。しかしながら、上記製法は光反応による自己組織化を利用しているため、微細な構造制御を精度よく行うことが困難であり、再現性よく安定的に製造することが困難であるという問題があった。

そして、上記ローパスフィルタでは、微細な構造制御が難しいため、画像に与えるコントラストと、これとトレードオフの関係にあるモアレ除去特性とのバランスを正確に制御して、ユーザの種々の要求通りの光学性能を有するローパスフィルタを安定的に製造することが困難であった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、光学性能を容易に且つ精度良く制御することができ、また、製造が容易で安価且つ安定した品質で製造することができる量産性に適したローパスフィルタを提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために、本発明は、基材上に凸状のレンズ体が略一定のピッチで二次元状に配列された構造体と、構造体のレンズ体間の溝を埋めた状態で溝に配置された中間体と、を備えたローパスフィルタであって、レンズ体は第１物質で形成され、中間体は第２物質で形成され、溝の深さをｄ（μｍ）とし、第１物質の屈折率と第２物質の屈折率との差をΔｎとしたとき、ｄ・Δｎ（μｍ）の値が０．２０〜０．６０の範囲であり、レンズ体のピッチが１．０μｍ〜１００μｍの範囲にあることを特徴としている。

このように構成された本発明のローパスフィルタは、基材上に、二次元状に配列された凸状のレンズ体配列と、このレンズ体配列の溝を埋めるように配置された中間体とが形成された構成を有しているので、レンズ体と中間体との物質界面で光の散乱を生じさせ、ラマン・ナス回折格子として機能させることができる。
そして、レンズ体を第１物質で形成し、中間体を第２物質で形成しているので、製造時に、溝の深さｄと、第１物質と第２物質の屈折率差（Δｎ）との積（ｄ・Δｎ）を０．２０〜０．６０の範囲で容易に種々の小さな値に設定することが可能である。前記範囲は、より好ましくは０．３０〜０．５０であり、さらに好ましくは０．３５〜０．４５である。屈折率差をこの範囲で制御することにより、ラマン・ナス回折格子としての十分な機能を確保すると共に、強い高次項の回折光の発生を抑制して画像のコントラストの低下を防止することができる。

さらに、本発明では、ｄ・Δｎを小さく設定することにより、レンズ体のピッチを１．０μｍ〜１００μｍの範囲としつつ、レンズ体の高さを高く設定することが可能となるので、容易に且つ精度よく、しかも再現性よくローパスフィルタを製造することが可能となる。また、レンズ体のピッチを上記範囲とすることで、撮像装置のコンパクト化を阻害することなく、撮像素子近傍にローパスフィルタとして機能するように配置することが可能となる。

また、本発明において好ましくは、第１物質の屈折率と第２物質の屈折率との差Δｎが、０．００４〜０．０２０の範囲にある。このように第１物質と第２物質の屈折率差（Δｎ）を小さく設定することにより、レンズ体の高さ、すなわち溝の深さ（ｄ）を大きく設定することができる。

また、本発明において好ましくは、レンズ体が、略正四角錐の形状を有する。このように構成された本発明では、高い回折効率を有するローパスフィルタを得ることができる。
さらに、本発明において好ましくは、レンズ体の頂角が２０度〜１４０度の範囲にある。このように構成された本発明では、レンズ体の高いアスペクト比を確保することができると共に、レンズ体の製造を容易とすることができる。

また、本発明において好ましくは、レンズ体のピッチに対する前記溝の深さの比であるアスペクト比が、０．１〜４の範囲にある。このように構成された本発明では、この範囲でレンズ体のアスペクト比を変更することにより、容易にローパスフィルタの光学性能を制御することができる。

また、本発明において好ましくは、第１物質及び／又は第２物質が紫外線硬化性樹脂である。このように構成された本発明では、基材上にレンズ体及び中間体からなる配列を容易且つ安価に形成することができる。

また、本発明において好ましくは、基材が、アクリルフィルム，ＰＥＴフィルム及びＴＡＣフィルムを含む透明樹脂フィルムであり、厚みが１００μｍ以下である。このように構成された本発明では、安価に製造できると共に、ローパスフィルタの厚みを薄く構成することができる。

また、上記ローパスフィルタは、略一定のピッチで二次元状に配列された凸状のレンズ体のレンズ列を形成するための型面を備えた金型を準備する工程と、金型の型面に第１のエネルギー線硬化性樹脂を介して基材フィルムを接触させる工程と、エネルギー線硬化により第１のエネルギー線硬化性樹脂を硬化させて、基材フィルム上にレンズ体が配置された構造体を形成する工程と、構造体のレンズ体間を埋めるように、第１のエネルギー線硬化性樹脂とは屈折率の異なる第２のエネルギー線硬化性樹脂をコーティングする工程と、第２のエネルギー硬化性樹脂をエネルギー線硬化させる工程と、を備えた製造方法により製造することができる。

本発明によれば、光学性能を容易に且つ精度良く制御することができ、また、製造が容易で安価且つ安定した品質で製造することができる量産性に適したローパスフィルタを提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の実施形態によるローパスフィルタの斜視図、図２はローパスフィルタの構造体の平面図、図３はローパスフィルタの断面図、図４はローパスフィルタの製造工程の説明図である。

図１に示すように、本実施形態のローパスフィルタ１０は、基材１１と、基材１１上に二次元状に配列された同形の複数のレンズ体１３と、レンズ体１３間の溝１４を完全に埋めるようにレンズ体１３間に設けられた中間体１５とを備えている。基材１１とレンズ体１３により凹凸形状の構造体１０Ａが形成されている。

基材１１は、厚さ３０μｍの透明（又は半透明）なアクリルフィルムである。なお、本明細書で、「透明」とは「半透明」を含む。
ローパスフィルタ１０はイメージセンサ近傍に配置する場合に薄い方が好ましいため、基材１１も薄い方が好ましい。このため、基材１１の厚みは、１００μｍ以下が好ましいが、より好ましくは７５μｍ、さらに好ましくは５０μｍ以下、最も好ましくは３０μｍ以下である。また、基材１１の材料は、透明なフィルム状材料であればよく、アクリルフィルム以外にも、例えば、ＰＥＴフィルム，ＴＡＣフィルム等を使用することができる。

また、ローパスフィルタの実装においては、赤外線カットフィルタがコートされたガラス基材を使用し、これとローパスフィルタを張り合わせ一体化してもよい。また、赤外線カットフィルタがコートされたガラス基材を基材１１として用いて、ローパスフィルタ１０を形成してもよい。
また、基材１１の表面のうち、レンズ体１３が設けられていない面（図１では下側の面）、すなわち空気と接する面に、反射防止処理を施してもよい。例えば、使用光線に対する反射防止膜を形成することができる。このように空気と接触する面に反射防止処理を施すことにより、光学素子内部で多重反射光や映り込みを減らすことができ、ローパスフィルタの機能を高性能に発現させることが可能となる。

レンズ体１３は、紫外線硬化性樹脂材料で形成されたものであり、基材１１と接着する底部が略正四角形で側面が略二等辺三角形をなす略正四角錘の形状を有する凸状体である。レンズ体１３は、基材１１の表面に略一定のピッチＰで二次元状に多数配列されており、多数のレンズ体１３により二次元レンズ列を構成している（図２参照）。すなわち、レンズ体１３は、基材１１の表面上において、略直交する２軸方向にそれぞれピッチＰで配列されている。

図２は、基材１１上に配列されたレンズ体１３のみの平面図、すなわち構造体１０Ａの平面図である。また、図３は、図２のIII−III線に相当するローパスフィルタ１０の断面図である。
本実施形態では、レンズ体１３の底部の一辺の長さはピッチＰと等しく、隣接するレンズ体１３は、基材１１上で互いに底部の辺同士を当接させた状態で、正方格子状に配列されている。また、レンズ体１３は、底部から頂部までの高さｄを有し、したがって、レンズ体１３の周囲には、深さｄの溝１４が形成されている。レンズ体１３の高さｄは、溝１４を形成する部分の高さを意味する。また、レンズ体１３の基材１１側にレンズ体１３の一部をなす底上げ用の一定厚の層を設けてもよい。この層は光重合時における重合収縮によるレンズ体１３の形状変形を抑えることができる。なお、この層の厚さは深さｄには含まれない。

本実施形態では、レンズ体１３が略正四角錘形状に形成されることにより、ローパスフィルタ１０に入射した光が、進行方向を変更されることなく素通りしてしまうことを低減することができ、高い回折効率を得ることができる。
なお、本実施形態では、レンズ体１３が略正四角錘の形状を有するが、これは、底面と頂部を繋ぐ側面が凹曲面又は凸曲面である場合や、頂部が曲面又は平面等である場合を含むものである。また、レンズ体１３は、基材１１表面に対して凸状であればよく、例えば、ドーム形状，円錐形状，円柱形状、角柱形状，多角錘形状等の種々の形状であってもよい。

また、本実施形態では、レンズ列によって基材１１表面全体が略完全に覆われた状態となっているが、これに限らず、回折効率の低下の許容範囲内で、レンズ体１３の底部の辺同士を基材１１の平面方向に離間した状態、すなわちレンズ体１３によって基材１１が完全には覆われない状態で配列してもよい。また、レンズ体１３の基部同士が連結されていてもよい。

また、本実施形態では、レンズ体１３が正方格子状に配列されているが、これに限らず、撮像素子の配列に合わせて、三角格子状，四方格子状等の二次元状に一定の規則性を有するように配列してもよい。

本実施形態では、ピッチＰが３２μｍ、高さｄが５６μｍであり、ピッチＰに対する高さｄの比であるアスペクト比（ｄ／Ｐ）が１．７５に設定されている。
アスペクト比は、０．１〜４の範囲に設定するのが好ましく、より好ましくは０．３〜３の範囲、さらに好ましくは０．５〜２の範囲にある。アスペクト比が０．１よりも小さいと、ローパスフィルタ１０の回折効率が低下し、ローパスフィルタとしての機能が著しく低減してしまう。一方、アスペクト比が４よりも大きいと、レンズ体１３による凹凸構造を形成することが製造上困難となり好ましくない。

また、レンズ体１３の断面の頂角は３０度に設定されている。頂角は、レンズ体１３の対向する側面がなす角度である。レンズ体１３の頂角は、２０度〜１４０度の範囲が好ましく、より好ましくは２５度〜１００度の範囲であり、さらに好ましくは３０度〜６０度の範囲にある。頂角が２０度より小さいと、高いアスペクト比を確保することができるが、製造過程において先端の構造が倒れ易く、バリ状になり、安定した凹凸構造を形成するのが困難となる。また、頂角が１４０度より大きいと、有効なアスペクト比を確保するのが難しくなる。

中間体１５は、隣接するレンズ体１３間の溝１４を略完全に埋めるように形成されている。本実施形態では、中間体１５は、紫外線硬化性樹脂材料で形成されており、基材１１からレンズ体１３の頂部をわずかに越えた高さまで埋められ、レンズ体１３と一体に連結し、基材１１表面と略平行な平面である上面１５ａを形成している。

レンズ体１３と中間体１５は、共に透明な紫外線硬化性樹脂材料で形成されているが、これらは異なる屈折率を有する樹脂材料が選択されている。本実施形態では、このような樹脂材料として、多官能ウレタンアクリレート系紫外線硬化性組成物と多官能アクリレート系紫外線硬化性組成物との混合物を用いている。また、これ以外にも、種々の樹脂材料を使用してもよい。すなわち、レンズ体１３と中間体１５は、所定の屈折率差を有していればよく、紫外線や他の波長域の光を含む任意の波長の光（エネルギー線）により硬化する種々のエネルギー線硬化性材料で形成することができる。また、これに限らず、レンズ体１３及び中間体１５をエネルギー硬化性樹脂材料ではない樹脂材料で形成してもよいし、いずれか一方のみをエネルギー硬化性樹脂材料で形成してもよい。

本実施形態では、レンズ体１３の屈折率ｎ１と中間体１５と屈折率ｎ２との屈折率差Δｎ（「ｎ２−ｎ１」の絶対値）が０．００４〜０．０２０の範囲であり、且つ、ピッチＰが１．０〜１００μｍの範囲となるように設定されている。なお、屈折率差Δｎは、より好ましくは０．００５〜０．０１７の範囲、さらに好ましくは０．０１０〜０．０１７の範囲であり、ピッチＰは、より好ましくは５〜５０μｍの範囲、さらに好ましくは１０〜３０μｍの範囲にある。

屈折率差Δｎが０．００４より小さいと、レンズ体１３と中間体１５の物質界面での光の散乱が不十分となり、ラマン・ナス回折格子としての機能を充分に果たさない。すなわち、０次項の光が極端に強くなり、１次回折光の回折強度が極端に低下してしまう。
一方、屈折率差Δｎが０．０２０より大きいと、０次項の回折光の回折強度が極端に小さくなり、多次項の回折光の強い回折パターンが発生し、ローパスフィルタ１０を用いた時の映像のコントラストが著しく低下してしまう。すなわち、多くの強い高次回折光が発生し画像のコントラストを著しく低下させてしまう。

回折効率の変化は、おおよそ前記深さｄ（μｍ）と屈折率差Δｎ（ｄ線で測定）との積であるｄ・Δｎ（μｍ）の値に左右され、この値が０．２０〜０．６０の範囲にあることが好ましい。この値が０．２０より小さいと充分なモアレ除去効果が得られず、一方、０．６０より大きいと高次項が増え、且つそれらの強度が大きくなり、画像のコントラストを低下させる傾向にある。この値は、さらに好ましくは０．３０〜０．５０の範囲の値であり、さらに好ましくは０．３５〜０．４５の範囲の値である。

また、ピッチＰが１００μｍより大きいと、０次〜２次回折光パターンの間隔が著しく狭くなってしまうので、撮像素子ピッチに対して回折パターンを等価に設定しようとすると、撮像素子とローパスフィルタ１０との間隔を必要以上に大きくしなければならず、撮像装置のコンパクト化に支障を来たし好ましくない。一方、ピッチＰが１．０μｍよりも小さいと、ローパスフィルタ１０又は基材１１自体の厚みが、ローパスフィルタ１０と撮像素子との接近を阻害してしまい、撮像素子ピッチに対して回折パターンを等価に設定する前に、ローパスフィルタ１０が撮像素子と当接してしまうおそれが生じる。

次に、以上のような構成の本実施形態のローパスフィルタ１０の製造方法を説明する。
本実施形態のローパスフィルタ１０は、図４に示すフィルタ製造装置２０により構造体１０Ａを製造する工程と、構造体１０Ａに中間体１５を追加形成してローパスフィルタ１０を製造する工程とを有する。

まず、図４により、構造体１０Ａを製造する工程について説明する。図４に示すフィルタ製造装置２０は、原反フィルム巻き出し部２１と、重合賦型部２３と、送りローラ２７と、切断部２８とを備えている。
原反フィルム巻き出し部２１は、長尺状の透明基材フィルム１１Ａ（基材１１）がロール状に巻かれた原反フィルムロール２２を備え、この原反フィルムロール２２から巻き出された基材フィルム１１Ａを、重合賦型部２３へ送るように構成されている。

重合賦型部２３は、略円筒形状のレンズ金型２４と、樹脂供給ノズル２５と、紫外線照射装置２６とを備えている。この重合賦型部２３では、透明フィルムシートである基材フィルム１１Ａの一方の面に複数のレンズ体１３からなるレンズ列が賦型される。

レンズ金型２４は、その外周面の全体に透明フィルムシートに賦型されるレンズ体１３の形状と相補的な形状（中間体１５又は溝１４の形状）の金型形状が、連続的に形成された回転式金型であり、一定の回転速度で回転する。
なお、相補的な形状を有する型面は、銅めっきしたロール状のレンズ金型２４の表面をダイヤモンドバイトで切削することにより形成することができる。また、レンズ金型２４の表面には、種々のピッチＰ及び高さｄの組合せの設定に応じて、相補形状の連続配列からなる型面を切削により容易に形成することができる。

重合賦型部２３に送られた基材フィルム１１Ａは、回転するレンズ金型２４の外周面に接触して送り出される。基材フィルム１１Ａがレンズ金型２４と接触する位置より上流側に樹脂供給ノズル２５が配置され、基材フィルム１１Ａとレンズ金型２４の間に、樹脂供給ノズル２５から紫外線硬化性樹脂材料１３Ａが供給される。基材フィルム１１Ａとレンズ金型２４の型面との間に供給された樹脂材料１３Ａは、レンズ金型２４と基材フィルム１１Ａとの間で挟持され、レンズ金型２４の表面の凸形状に対応した形状とされる。

樹脂供給ノズル２５よりレンズ金型２４の回転方向下流側の外方位置に紫外線照射装置２６が設けられている。レンズ金型２４の型面の凸形状に沿った形状とされた紫外線硬化性樹脂材料１３Ａは、レンズ金型２４の回転によって紫外線照射装置２６の前を通過し、紫外線照射を受け硬化する。この結果、基材フィルム１１Ａは、一方の面に紫外線硬化性樹脂材料１３Ａが硬化したレンズ体１３が形成される。

レンズ体１３が形成された基材フィルム１１Ａはレンズ金型２４から離型され、送りローラ２７を介して、切断部２８に送り出される。基材フィルム１１Ａは、切断部２８でカッター２９によって切断され、これにより所定長の構造体１０Ａが製造される。
この構造体１０Ａは、レンズ体１３の頂角が３０度，ピッチＰが３２μｍ，高さｄが５６μｍ，アスペクト比が１．７５となるように設定されており、光学顕微鏡により良好な断面形状のレンズ体１３が転写されていることが確認された。

次に、構造体１０Ａに中間体１５を追加形成してローパスフィルタ１０を製造する工程について説明する。
この工程では、所定長の構造体１０Ａ上に、中間体１５を形成するための紫外線硬化性樹脂材料をコーティングし、レンズ体１３間の溝１４を埋めるようにローラで均した状態で、紫外線照射装置から紫外線を照射することにより、樹脂材料を硬化させる。これにより、構造体１０Ａに中間体１５が付加されたローパスフィルタ１０が製造される。
なお、本実施形態では、レンズ体１３を基材フィルム１１Ａに形成するために、略円筒形状のレンズ金型２４を使用していたが、これに限らず、平金型を使用してもよい。

次に、ローパスフィルタについての評価方法について説明する。
（ＣＺＰによるローパスフィルタの特性評価方法）
作製したローパスフィルタを、カメラモジュール内のＣＭＯＳ固体撮像素子上に配置して、ローパスフィルタ機能評価のために用いられるサーキュラーゾーンプレート（ＩＳＯ−１２２３３解像度テストチャート）を撮影することで、ローパスフィルタとしての特性評価を行う。

ＣＭＯＳ固体撮像素子は、エレコム社製ＵＳＢ接続Ｗｅｂカメラ ＵＣＡＭ−Ｐ１Ｃ３０に内蔵されている１／４インチＣＭＯＳ固体撮像素子（最大解像度：６４０×４８０ピクセル）である。
レンズは、エドモンドオプティクス社製μ−ＶＩＤＥＯレンズ 高解像度タイプ（焦点距離１２．５ｍｍ，Ｆナンバー２．５）である。
そして、上記ＣＭＯＳ固体撮像素子と、ローパスフィルタと、レンズを同一軸上に配置し、ＣＭＯＳ固体撮像素子とローパスフィルタとの間の距離は任意の値に設定できるような構成とする。
その他の撮影に関わる条件は、カメラ映像機器工業会規格 ＣＩＰＡ ＤＣ−００３−２００３「デジタルカメラの解像度測定方法」に従う。

（ローパスフィルタのレーザ回折強度比の測定方法）
図５に示すように、暗室内で、レーザポインタ４０と、減光フィルタ４１と、作製したローパスフィルタ１０と、スクリーン４２とを同一軸上（ｘ軸上）に配置し、スクリーン４２上に投影される回折パターンを、ＣＣＤカメラ４３により取り込み、画像解析ソフト（三谷商事製：商品名「ＷｉｎＲｏｏｆ」）を用いて、０次、±１次の回折光強度をそれぞれ求め、±１次の回折光強度の和を０次の回折光強度で除した値（｛（＋１次）＋（−１次）｝/（０次））を計算する。各回折強度の測定は前記「ＷｉｎＲｏｏｆ」ソフト上の“計測”モ−ドから“濃度特徴”モ−ドを選択し、次いで“合計”のコマンドを選択し、１個の回折スポット面積全体の積分強度を算出する。ただし、各回折スポットの解析領域は全て同一形状の長方形“ROI”（解析エリアを設定する枠のこと）で囲って行う。ROIが同じものであれば、各回折スポットの積分強度は常に正確に評価できる。
ただし、予め暗室内におけるレーザ発信しない状態でのバックグランド画像をデータとして取り込んでおき、バックグラウンド画像の値を、回折画像データから差し引いたマイナス演算画像を用いて、回折強度を正確に求める。

レーザポインタ４０は、株式会社高知豊中技研製のレーザポインタ（商品名「グリーンレーザーポインタ」，品番：ＧＬＰ−ＴＲ）であり、出力波長が５３２ｎｍ（出力：１ｍＷ未満）である。
ＣＣＤカメラ４３は、ソニー株式会社製のＣＣＤカメラ（商品名「３ＣＣＤカラービデオカメラ」，品番：ＤＸＣ−３９０）である。
スクリーン４２は、レーザポインタ４０側から方眼紙，黒画用紙，アクリル板を積層させたものである。

レーザポインタ４０と減光フィルタ４１間の距離ｘ１は２６ｃｍ、減光フィルタ４１とローパスフィルタ１０間の距離ｘ２は６ｃｍ、ローパスフィルタ１０とスクリーン４２との距離ｘ３は１００ｃｍ、ＣＣＤカメラ４３とスクリーン４２間の距離ｘ４は１２１ｃｍとした。また、ＣＣＤカメラ４３とレーザポインタ４０とのｙ軸方向の距離ｙ１は８．５ｃｍとした。

図６にレーザ回折パターンの一例を示す。中心に位置するスポットＳａが０次回折光であり、その上下及び左右に１次回折光，２次回折光・・・が観察される。図中、スポットＳｂがｙ軸方向の＋１次回折光、スポットＳｃがｙ軸方向の−１次回折光である。また、スポットＳｄがｘ軸方向の＋１次回折光、スポットＳｅがｘ軸方向の−１次回折光である。

本実施形態のローパスフィルタ１０では、回折光が現れる２軸方向において、レーザ光による０次回折光に対する１次回折光の回折強度比（｛（＋１次）＋（−１次）｝／（０次））が１．２０〜２．８０の範囲に設定されている（１次及び−１次回折光は、ｘ軸またはｙ軸方向の和）。回折強度比は、好ましくは１．６０〜２．５０の範囲に設定され、さらに好ましくは１．８０〜２．３０の範囲に設定される。

回折強度比が１．２０より小さいと、ローパスフィルタによる充分なモアレ除去効果が発現せず、回折強度比が２．８０より大きいと、２次以上の高次回折光強度が強くなり、画像のコントラストを低下させてしまう。

本発明の二次元ローパスフィルタは、レンズ体のピッチ，高さ及び断面形状、レンズ体及び中間体に用いる樹脂材料の屈折率等を、それぞれ上述の所定範囲に設定することにより、使用に即した光学性能を備えたものとすることができる。
以下に、レンズ体の構成，及び，レンズ体と中間体の樹脂材料の屈折率差を異ならせた実施例を示す。

（実施例１）
図１と同様の形状のローパスフィルタを作製した。レンズ体の形状が頂角３０度、ピッチ３２μｍ、高さ５６μｍ、アスペクト比１．７５の略正四角錘形状となるように、銅めっきしたロール状のレンズ金型にダイヤモンドバイトで切削して相補的形状の型面を作製した。このレンズ金型に屈折率ｎ１が１．４９８０の光硬化性樹脂材料を滴下塗布して、５０μｍ厚のＰＥＴフィルムを接触させ、高圧水銀ランプでＵＶ硬化させることで凹凸構造を有するフィルムを作製した。

次いで、このフィルムの凹凸面上に、屈折率ｎ２が１．４９１０の光硬化性樹脂材料を用いて凹凸の溝を埋めるように均し、高圧水銀ランプでＵＶ硬化させることにより二次元ローパスフィルタを作製した。
実施例１での屈折率差Δｎ（「ｎ１−ｎ２」の絶対値）は、０．００７である。なお、屈折率はアッベの屈折計で測定した。また、屈折率差は、以下の実施例及び比較例ともに、２３℃においてＤ線（波長５８９ｎｍ）により測定したものである。また、ｄ・Δｎは０．３９２である。

（実施例２）
屈折率ｎ１が１．４９８０、屈折率ｎ２が１．４９３０の光硬化性樹脂を用いて、実施例１と同様な方法により、同じ構成及び形状の二次元ローパスフィルタを作製した（屈折率は２３℃におけるＤ線（波長５８９ｎｍ）によるもの）。
実施例２での屈折率差Δｎは、０．００５０である。また、ｄ・Δｎは０．２８０である。

（実施例３）
屈折率ｎ１が１．５２２６、屈折率ｎ２が１．５０９６の光硬化性樹脂を用いて、実施例１と同様な方法により、略正四角錘形状のレンズ体が略直交方向に二次元状に配列された二次元ローパスフィルタを作製した（屈折率は２３℃におけるＤ線（波長５８９ｎｍ）によるもの）。実施例３のレンズ体は、ピッチ２０μｍ，高さ２８．２μｍ，アスペクト比１．４１である。また、実施例３での屈折率差Δｎは、０．０１３である。また、ｄ・Δｎは０．３６６６（μｍ）である。

（実施例４）
屈折率ｎ１が１．５２２６、屈折率ｎ２が１．５０７６の光硬化性樹脂を用いて、実施例３と同様な方法により、同じ構成及び形状の二次元ローパスフィルタを作製した（屈折率は２３℃におけるＤ線（波長５８９ｎｍ）によるもの）。実施例４のレンズ体は、ピッチ２０μｍ，高さ２８．２μｍ，アスペクト比１．４１である。また、実施例４での屈折率差Δｎは、０．０１５である。また、ｄ・Δｎは０．４２３０（μｍ）である。

（実施例５）
屈折率ｎ１が１．５２２６、屈折率ｎ２が１．５０５６の光硬化性樹脂を用いて、実施例３と同様な方法により、同じ構成及び形状の二次元ローパスフィルタを作製した（屈折率は２３℃におけるＤ線（波長５８９ｎｍ）によるもの）。実施例５のレンズ体は、ピッチ２０μｍ，高さ２８．２μｍ，アスペクト比１．４１である。また、実施例５での屈折率差Δｎは、０．０１７である。また、ｄ・Δｎは０．４７９４（μｍ）である。

（比較例１）
屈折率ｎ１が１．５２２６、屈折率ｎ２が１．５１５６の光硬化性樹脂を用いて、実施例３と同様な方法により、同じ構成及び形状の二次元ローパスフィルタを作製した（屈折率は２３℃におけるＤ線（波長５８９ｎｍ）によるもの）。比較例１のレンズ体は、ピッチ２０μｍ，高さ２８．２μｍ，アスペクト比１．４１である。また、比較例１での屈折率差Δｎは、０．００７である。また、ｄ・Δｎは０．１９７４（μｍ）である。

（比較例２）
屈折率ｎ１が１．５２２６、屈折率ｎ２が１．４９９６の光硬化性樹脂を用いて、実施例３と同様な方法により、同じ構成及び形状の二次元ローパスフィルタを作製した（屈折率は２３℃におけるＤ線（波長５８９ｎｍ）によるもの）。比較例２のレンズ体は、ピッチ２０μｍ，高さ２８．２μｍ，アスペクト比１．４１である。また、比較例２での屈折率差Δｎは、０．０２３である。また、ｄ・Δｎは０．６４８６（μｍ）である。

実施例１〜５、比較例１及び２のローパスフィルタのレーザ回折強度比を測定した。図７（Ａ）〜（Ｃ）にそれぞれ実施例３〜５で得られたレーザ回折パターンを示し、図８（Ａ），（Ｂ）にそれぞれ比較例１，２で得られたレーザ回折パターンを示す。
その結果、実施例１のローパスフィルタの回折強度比｛（＋１次）＋（−１次）｝／（０次）は２．５９であった。また、実施例２では２．７８、実施例３では１．３０、実施例４では１．９１、実施例５では２．２４であるのに対し、比較例１では０．１３、比較例２では２．８８であった。比較例１では、０次回折光に対して１次回折光が０．０６倍及び０．０７倍、２次回折光が０．０３倍及び０．０３倍、３次回折光が０．００倍及び０．００倍となり、１次項以上の回折光が０次項回折光に比べて非常に小さい。一方、比較例２では、０次回折光に対して１次回折光が１．１４倍及び１．７４倍、２次回折光が２．１１倍及び１．５７倍、３次回折光が１．８８倍及び１．４４倍となり、１次項以上の回折光が０次項回折光に比べて顕著に大きい。

なお、実施例３では、０次回折光に対して１次回折光が０．６３倍及び０．６７倍、２次回折光が０．１４倍及び０．１４倍、３次回折光が０．０３倍及び０．０３倍であった。また、実施例４では、０次回折光に対して１次回折光が０．８６倍及び１．０５倍、２次回折光が０．７２倍及び０．７２倍、３次回折光が０．６０倍及び０．57倍であった。また、実施例５では、０次回折光に対して１次回折光が１．１９倍及び１．０５倍、２次回折光が１．３１倍及び１．０４倍、３次回折光が０．７０倍及び０．７７倍であった。

このように、ｄ・Δｎが０．２０〜０．６０（μｍ）の範囲となる実施例１〜５では、回折強度比が１．２０〜２．８０の範囲となり、良好な特性を有するローパスフィルタを得ることができた。一方、ｄ・Δｎが上記範囲を超えた比較例１（ｄ・Δｎが０．１９７４）及び比較例２（ｄ・Δｎが０．６４８６）では、それぞれ回折強度比が０．１３，２．８８となり、適度な回折強度比を得ることができず、充分なモアレ除去効果を得られないか、２次以上の高次回折光強度が強くなり画像のコントラストが低下してしまった。

また、ＣＺＰによる特性評価を、実施例１〜５、比較例１及び２のローパスフィルタに対して行った。図９はローパスフィルタを使用しないで上述のＣＺＰを撮像した画像である。図１０は実施例１のローパスフィルタを配置してＣＺＰを撮像した画像であり、図１１は実施例２のローパスフィルタを配置してＣＺＰを撮像した画像である。

ローパスフィルタを使用しない場合（図９）、画像には多数のモアレ像が確認された。一方、実施例１のローパスフィルタを使用した場合（図１０）、図９で観察されたモアレ像の多くが消失した。さらに、実施例２のローパスフィルタを使用した場合（図１１）、実施例１のローパスフィルタよりもさらに多くのモアレ像が消失しており、モアレ除去機能が向上していることが確認された。
また、実施例３〜５でも良好なモアレ除去機能が確認された。一方、比較例１では充分なモアレ除去効果が得られなかった。

一方、ＣＺＰにおける低周波数領域よりのリングパターンのコントラストが、図９，図１０，図１１の順に徐々に低下していくことが確認された。また、比較例２では０次回折光が１次以上の回折光と比べて相対的に低下し、高次回折光が強くＣＺＰのコントラストが著しく低下した。
このように、実施例１〜５において、モアレ除去レベルと画像コントラストの異なるローパスフィルタを得ることができた。これにより、屈折率差Δｎ又はｄ・Δｎを制御することで、モアレ除去レベル及び画像コントラストを容易に制御することができることが明らかとなった。

以上のように、本発明の二次元ローパスフィルタは、従来のように光反応性高分子の光反応による自己組織化を利用するのではなく、金型により基材上に透明材料からなるレンズ列を形成し、屈折率の異なる透明材料を用いて、レンズ列間の溝を埋めるように中間体を形成している。

本発明のローパスフィルタでは、従来のように空気とレンズとの屈折率差を利用して回折を生じさせるのではなく、レンズ体と中間体との屈折率差を利用して回折を生じさせているため、レンズ体及び中間体を形成する透明材料を変更することにより、両者の屈折率差を容易に制御することができる。

そして、従来、空気とレンズとの屈折率差を利用する場合、この屈折率差は非常に大きな値となってしまうため、凹凸構造の高さをサブμｍオーダー以下で微細に制御しなければならなかった。
しかしながら、本発明では、レンズ体及び中間体の屈折率差を利用しているので、この屈折率差を非常に小さく設定することができる。このため、本発明では、レンズ体の高さ及びピッチをサブμｍ以下で微細に制御しなくてもすむ。

したがって、本発明のローパスフィルタでは、レンズ列を金型により容易に精度よく且つ再現性よく形成することができる。また、金型を変更することにより、レンズ列のピッチや高さを変更することが可能となる。
さらに、本発明のローパスフィルタは、金型で製造することができるため、製造工程が従来よりも単純化され、しかも安定した品質で極めて安価に製造することができ、量産化が可能となる。またモアレ除去効果やコントラストなどのバランスに優れた高性能なローパスフィルタを製造できる。

本発明の実施形態によるローパスフィルタの斜視図である。 本発明の実施形態によるローパスフィルタの構造体の平面図である。 本発明の実施形態によるローパスフィルタの断面図である。 本発明の実施形態によるローパスフィルタの製造工程の説明図である。 レーザ回折強度比の測定方法の説明図である。 レーザ回折パターンを示す説明図である。 本発明の実施例のレーザ回折パターンである。 比較例のレーザ回折パターンである。 本発明のローパスフィルタを使用しなかった場合のＣＺＰ評価画像である。 本発明の実施例１のローパスフィルタを使用した場合のＣＺＰ評価画像である。 本発明の実施例２のローパスフィルタを使用した場合のＣＺＰ評価画像である。

符号の説明

１０ ローパスフィルタ
１０Ａ 構造体
１１ 基材
１１Ａ 基材フィルム
１３ レンズ体
１３Ａ 紫外線硬化性樹脂材料
１４ 溝
１５ 中間体
１５ａ 上面
２０ フィルタ製造装置
２１ 原反フィルム巻き出し部
２２ 原反フィルムロール
２３ 重合賦型部
２４ レンズ金型
２５ 樹脂供給ノズル
２６ 紫外線照射装置
２７ 送りローラ
２８ 切断部
２９ カッター
４０ レーザポインタ
４１ 減光フィルタ
４２ スクリーン
４３ ＣＣＤカメラ

Claims (9)

1. 基材上に凸状のレンズ体が略一定のピッチで二次元状に配列された構造体と、
   前記構造体のレンズ体間の溝を埋めた状態で前記溝に配置された中間体と、を備えたローパスフィルタであって、
   前記レンズ体は第１物質で形成され、前記中間体は第２物質で形成され、
   前記溝の深さをｄ（μｍ）とし、前記第１物質の屈折率と前記第２物質の屈折率との差をΔｎとしたとき、ｄ・Δｎ（μｍ）の値が０．２０〜０．６０の範囲であり、前記レンズ体のピッチが１．０μｍ〜１００μｍの範囲にあることを特徴とするローパスフィルタ。
2. 前記第１物質の屈折率と前記第２物質の屈折率との差Δｎが、０．００４〜０．０２０の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載のローパスフィルタ。
3. 前記レンズ体が、略正四角錐の形状を有することを特徴とする請求項１に記載のローパスフィルタ。
4. 前記レンズ体の頂角が２０度〜１４０度の範囲にあることを特徴とする請求項３に記載のローパスフィルタ。
5. 前記レンズ体のピッチに対する前記溝の深さの比であるアスペクト比が、０．１〜４の範囲にあることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のローパスフィルタ。
6. 前記第１物質及び／又は前記第２物質が紫外線硬化性樹脂である請求項１乃至５のいずれか１項に記載のローパスフィルタ。
7. 前記基材が、アクリルフィルム，ＰＥＴフィルム及びＴＡＣフィルムを含む透明樹脂フィルムであり、厚みが１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のローパスフィルタ。
8. 前記基材は、前記レンズ体が設けられていない側の面に反射防止処理が施されたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のローパスフィルタ。
9. 略一定のピッチで二次元状に配列された凸状のレンズ体のレンズ列を形成するための型面を備えた金型を準備する工程と、
   前記金型の型面に第１のエネルギー線硬化性樹脂を介して基材フィルムを接触させる工程と、
   エネルギー線硬化により前記第１のエネルギー線硬化性樹脂を硬化させて、前記基材フィルム上に前記レンズ体が配置された構造体を形成する工程と、
   前記構造体のレンズ体間を埋めるように、前記第１のエネルギー線硬化性樹脂とは屈折率の異なる第２のエネルギー線硬化性樹脂をコーティングする工程と、
   前記第２のエネルギー硬化性樹脂をエネルギー線硬化させる工程と、を備えたことを特徴とするローパスフィルタの製造方法。