JP2022078399A - 光学ローパスフィルタ、光学ローパスフィルタの製造方法、光学機器、及びドローン - Google Patents

光学ローパスフィルタ、光学ローパスフィルタの製造方法、光学機器、及びドローン Download PDF

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Abstract

【課題】薄型の光学ローパスフィルタを提供することである。【解決手段】本発明の一態様にかかる光学ローパスフィルタ１は、ニオブ酸リチウムを用いて構成され、直線偏光である入射光を通常光線と異常光線とに光分離する複屈折層１１と、ＳＲＦを用いて構成され、複屈折層１１を通過した直線偏光を円偏光に変換する偏光解消層１２と、ニオブ酸リチウムを用いて構成され、偏光解消層１２を通過した光を通常光線と異常光線とに光分離する複屈折層１３と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、光学ローパスフィルタ、光学ローパスフィルタの製造方法、光学機器、及びドローンに関する。
スマートフォン等では、レンズによって結像した像を撮像するため、ＣＭＯＳイメージセンサ等の撮像素子が用いられる。こうした撮像素子は、受光素子が格子状に配列されたベイヤー配列を有している。そのため、撮像する像の空間周波数が受光素子配列のサンプリング周波数よりも高い場合、モアレ等の偽信号が発生することが知られている。このような偽信号を防止するため、一般に、撮像素子の手前側に光学ローパスフィルタが挿入されている。
特許文献１には、赤外線吸収機能を有する軽量の光学ローパスフィルタに関する技術が開示されている。特許文献１に開示されている光学ローパスフィルタは、４点分離型の光学ローパスフィルタであり、２枚の複屈折板の間に位相板あるいは複屈折板を挟み、かつ、１枚の複屈折板と位相板との間に赤外線吸収剤が保持された構造を備える。
特開２００６－２０８４７０号公報
しかし、上記のような光学ローパスフィルタでは、複屈折板は水晶で構成されており、厚みを軽減するには限界がある。スマートフォンなどの更なる小型化、薄型化が期待される現状を考慮すると、より薄型の光学ローパスフィルタが望まれる。
本発明は上記の事情に鑑みて成されたものであり、本発明の目的は、薄型の光学ローパスフィルタ、光学ローパスフィルタの製造方法、光学機器、及びドローンを提供することである。
本発明の一態様にかかる光学ローパスフィルタは、ニオブ酸リチウムを用いて構成され、直線偏光である入射光を通常光線と異常光線とに光分離する第１の複屈折層と、ＳＲＦ（Super Retardation Film）を用いて構成され、前記第１の複屈折層を通過した直線偏光を円偏光に変換する偏光解消層と、ニオブ酸リチウムを用いて構成され、前記偏光解消層を通過した光を通常光線と異常光線とに光分離する第２の複屈折層と、を備える。
本発明の一態様にかかる光学機器は、上述の光学ローパスフィルタと撮像素子とを備える。
本発明の一態様にかかるドローンは、上述の光学機器を備える。
本発明の一態様にかかる光学ローパスフィルタの製造方法は、ニオブ酸リチウムを用いて構成され、直線偏光である入射光を通常光線と異常光線とに光分離する第１の複屈折層を準備する工程と、ＳＲＦ（Super Retardation Film）を用いて構成され、前記第１の複屈折層を通過した直線偏光を円偏光に変換する偏光解消層を準備する工程と、ニオブ酸リチウムを用いて構成され、前記偏光解消層を通過した光を通常光線と異常光線とに光分離する第２の複屈折層を準備する工程と、前記第１の複屈折層、前記偏光解消層、及び前記第２の複屈折層を貼り合わせる工程と、を備える。
本発明によれば、薄型の光学ローパスフィルタ、光学ローパスフィルタの製造方法、光学機器、及びドローンを提供することができる。
実施の形態１にかかる光学ローパスフィルタの構成例を説明するための断面図である。 複屈折層の光学的性質を説明するための図である。 実施の形態１にかかる光学ローパスフィルタで生成される点像分離の一例を説明するための図である。 実施の形態１にかかる光学ローパスフィルタの構成例を説明するため表である。 実施の形態２にかかる光学ローパスフィルタの構成例を説明するための断面図である。 実施の形態２にかかる光学ローパスフィルタの製造方法を説明するためのフローチャートである。 実施の形態３にかかる光学ローパスフィルタの構成例を説明するための断面図である。 実施の形態３にかかる光学ローパスフィルタの製造方法を説明するためのフローチャートである。 直線偏光された光が偏光解消層を通過した後の偏光状態を表す図である。 光学ローパスフィルタを通過した光の点像を模式的に示す図である。 本発明にかかる光学ローパスフィルタを搭載したデジタルカメラを説明するための断面図である。 本発明にかかる光学ローパスフィルタを搭載した光学機器を備えるドローンを説明するための正面図である。
＜発明者等による偏光解消層の検討＞
実施の形態の説明をする前に、本発明者等が偏光解消層として、ＳＲＦ（Super Retardation Film）の適用を検討した内容について説明する。
従来の設計では、例えば可視光領域の略中心である波長６００ｎｍ付近で直線偏光された光を、偏光解消層にλ／４水晶を用いて、通常光線と異常光線とで１／４波長ずらし、円偏光を実現していた。本発明者等は、通常光線と異常光線の位相差を非常に大きくできるＳＲＦ（例えば、０．０８ｍｍの厚さで１００００ｎｍの位相差を実現できる）を偏光解消層に適用することを検討した。
図９は直線偏光された光が、偏光解消層を通過した後の偏光状態を表す図であり、横軸が光の波長、縦軸が偏光状態である。図９では、偏光解消層として、λ／４水晶を用いた場合と、ＳＲＦを用いた場合を比較している。なお、偏光状態は、（ｓｉｎ（位相差×円周率／波長））２という式で定義され、グラフにおいて、縦軸（偏光状態）の中心が円偏光、縦軸の最上部、最下部が直線偏光である。図９より、ＳＲＦはλ/４水晶に比べて、偏光状態の波長に対する変化の周期が短いことが分かる。つまり、偏光解消層にＳＲＦを用いることで、様々な波長範囲の直線偏光を、円偏光へ変換可能であることが分かる。
図１０は、光軸方向に２つの複屈折層に挟まれるように偏光解消層が配置された光学ローパスフィルタを通過した光の点像を模式的に示す図である。偏光解消層にλ／４水晶を用いる場合と、ＳＲＦを用いる場合について、白色光、黄色光、緑色光、水色光の場合を比較している。図１０において、４点の像は、光の強度を色の濃淡で表しており、濃い色の方が光の強度が強い。図１０の４点の像の写り具合より、偏光解消層としてλ／４水晶よりもＳＲＦを用いる方が、効率的に偏光変換（直線偏光から円偏光への変換）されていることがわかる。つまり、偏光解消層にλ／４水晶を用いるよりも、ＳＲＦを用いる方が、光の正方４点分離に有効であることが分かる。以上のように発明者等の事前検討により、光学ローパスフィルタの偏光解消層に、ＳＲＦが適用可能であることが確認できた。
＜実施の形態１＞
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、実施の形態１にかかる光学ローパスフィルタの構成例を説明するための断面図である。図１に示すように、本実施の形態にかかる光学ローパスフィルタ１は、複屈折層１１、偏光解消層１２、及び複屈折層１３が光軸方向に配置された構造を備える。なお、本実施の形態にかかる光学ローパスフィルタ１は、複屈折層１１、偏光解消層１２、及び複屈折層１３を少なくとも備えていればよく、これら以外の層を更に備えていてもよい。
複屈折層１１はニオブ酸リチウム（Lithium Niobate、以下ＬＮと表記する場合もある）を用いて構成され、直線偏光である入射光を通常光線と異常光線とに光分離する層である。偏光解消層１２はＳＲＦ（Super Retardation Film）を用いて構成され、複屈折層１１を通過した直線偏光を円偏光に変換する層である。複屈折層１３はＬＮを用いて構成され、偏光解消層１２を通過した光を通常光線と異常光線とに光分離する層である。以下、本実施の形態にかかる光学ローパスフィルタ１の光学的機能について詳細に説明する。
図２は、複屈折層１１、１３の光学的性質を説明するための図である。図２では、入射光Ｌのうち、紙面に垂直な偏光成分（垂直偏光と称する）を黒点で、紙面に平行な偏光成分（水平偏光と称する）を両矢印で示している。入射光Ｌは、紙面上から材料Ｍ（複屈折層１１、１３に対応）の入射面に垂直に入射する。このとき、材料Ｍの光学軸ＡＸが入射面に対して傾斜角度θをなしている。材料Ｍは複屈折性を有しているので、例えば垂直偏光は材料Ｍに入射してからそのまま直進して、材料Ｍから出射する（いわゆる、通常光線ＯＤ）。これに対し、例えば水平偏光は材料Ｍに入射してから屈折して、通常光線とは異なる方向へ進み、材料Ｍの出射面から通常光線と平行な方向に出射する（いわゆる、異常光線ＥＸ）。本実施の形態において分離量ｄ（分離幅とも称される）とは、垂直偏光（通常光線）と水平偏光（異常光線）との出射位置の距離のことを指すものである。
材料Ｍの厚みをｔ、通常光線に対する材料Ｍの屈折率をｎｏ、異常光線に対する材料Ｍの屈折率をｎｅとすると、このときの分離量ｄは、以下の式で表されることが知られている。
Figure 2022078399000002
なお、上述した分離量ｄは、光学軸の傾斜角度θが４５°のときに最大となることが知られている。すなわち、傾斜角度が（４５－α）°における分離量は、傾斜角度が（４５＋α）°における分離量と等しくなる。
本実施の形態にかかる光学ローパスフィルタ１は、光学ローパスフィルタ１に入射した入射光を点像分離するように構成されている。光学ローパスフィルタ１で形成される点像分離の像は、複屈折層１１および複屈折層１３の光学的性質によって決定される。本実施の形態では、複屈折層１１の光分離方向と複屈折層１３の光分離方向とが９０°ずれるように構成している。ここで光分離方向とは、複屈折層に入射した入射光が通常光線と異常光線とに分離された際、通常光線に対して異常光線が分離された方向を意味している。図２に示す例では、光分離方向は、紙面右方向である。
図３は、本実施の形態にかかる光学ローパスフィルタで生成される点像分離の一例を説明するための図である。図３では一例として、偏光解消層１２が直交する２つの偏光成分にλ／４の位相差をつけ、複屈折層１１の光分離方向が９０°、複屈折層１３の光分離方向が０°である場合の点像分離を示している。
複屈折層１１の光分離方向は９０°であるので、図１に示す複屈折層１１に入射光（直交する２つの直線偏光）が入射すると、図３に示すように、入射光は通常光線６１と異常光線６２とに光分離される。その後、複屈折層１１を通過した直線偏光は偏光解消層１２に入射して、直線偏光から円偏光に変換される。つまり、偏光解消層１２は、入射した直線偏光の一方の位相をλ／４ずらす性質（所謂、λ／４板）を有するので、複屈折層１１を通過した直線偏光は偏光解消層１２に入射して円偏光に変換される。換言すると、偏光解消層１２は直線偏光の偏光を解消するための層として機能する。その後、偏光解消層１２を通過した光は複屈折層１３に入射する。複屈折層１３の光分離方向は０°であるので、図３に示すように、複屈折層１３に入射した光は、通常光線６１、６２と異常光線６３、６４とに光分離される。
直線偏光が円偏光に変換される原理は上記通りであり、本発明者等による偏光解消層の検討で記した通り、偏光解消層１２にＳＲＦを用いる場合は、約１００００ｎｍの位相差を実現できるため、直線偏光が円偏光に変換される波長に対する周期は短くなっている。
以上で説明した理由から、本実施の形態にかかる光学ローパスフィルタ１を用いることで、入射光を４つの像に正方分離することができる。
図４は、本実施の形態にかかる光学ローパスフィルタの構成例を説明するため表である。図４に示すような光学的性質を有する複屈折層１１、偏光解消層１２、及び複屈折層１３を組み合わせることで、図４に示す点像分離が得られる。なお、図４においてθ１は、上述の光分離方向に対応している。また、θ２は、図２の光学軸の傾斜角度θに対応している。
図４では、一例として２つの構成例（１）、（２）を示している。図４の構成例（１）では、入射光が０°方向、及び９０°方向と平行な方向に正方分離される構成例を示している。また、構成例（２）では、入射光が４５°方向、及び１３５°方向と平行な方向に正方分離される構成例を示している。
図４に示す構成例では、複屈折層１１および複屈折層１３のθ２を４５°としたが、θ２の値は、１°以上４５°以下又は４５°以上８９°以下となるように構成してもよい。つまり、光学ローパスフィルタの光学的設計に応じて、θ２の値を変更してもよい。なお、θ２が４５°のときに分離量ｄが最大となるのは上述した通りである。
また、複屈折層１１および複屈折層１３のθ１の値についても、光学ローパスフィルタの光学的設計に応じて適宜変更してもよい。偏光解消層１２の回転角についても、光学ローパスフィルタの光学的設計に応じて適宜変更することができる。例えば、偏光解消層１２の回転角は、４５°、９０°、２２５°、２７０°とすることができる。なお、偏光解消層１２は偏光を解消するための層であるので、θ２の値は０°（つまり、光軸に垂直）となる。
以上で説明した本実施の形態にかかる光学ローパスフィルタ１では、ニオブ酸リチウムを用いて複屈折層１１および複屈折層１３を構成している。ニオブ酸リチウムは水晶と比べて屈折率が大きいため、単位厚さあたりの分離量ｄを大きくすることができる。したがって、水晶を用いて複屈折層を構成した場合よりも、複屈折層１１、１３の厚さを薄くすることができる。
また、本実施の形態にかかる光学ローパスフィルタ１では、ＳＲＦ（Super Retardation Film）を用いて偏光解消層１２を構成している。このようにＳＲＦを用いて偏光解消層１２を構成した場合は、水晶を用いて偏光解消層を構成した場合よりも、偏光解消層１２の厚さを薄くすることができる。すなわち、ＳＲＦは面内位相差値が大きいフィルムであり、水晶を用いた場合よりも偏光解消層１２を薄く構成することができる。例えば、ＳＲＦはポリエチレンテレフタレートフィルムを用いて構成することができる。一例を挙げると、ＳＲＦとして、東洋紡製、コスモシャイン（登録商標）を用いることができる。
例えば、水晶の屈折率をｎｏ＝１．５４４３、ｎｅ＝１．５５３４とし、ＬＮの屈折率をｎｏ＝２．２９９７、ｎｅ＝２．２１４２とする（いずれも波長５８９．３ｎｍで算出した値である）。この場合、図１に示した構成の光学ローパスフィルタを用いて５μｍの正方分離特性を得るためには、複屈折層１１、１３の厚さをそれぞれ０．１３２ｍｍとし、偏光解消層１２の厚さを０．０８ｍｍとする必要がある。なお、複屈折層１１、１３の傾斜角度θ２は４５°とした。各々の層を接着する接着層の厚さを０．０１５ｍｍとした場合、光学ローパスフィルタ（本発明）の厚さは、０．３７４ｍｍとなる。
一方、水晶を用いて同様の光学特性を有する光学ローパスフィルタを構成した場合は、複屈折層１１、１３の厚さをそれぞれ０．８５ｍｍとし、偏光解消層１２の厚さを０．２１５ｍｍとする必要がある。なお、複屈折層１１、１３の傾斜角度θ２は４５°とした。各々の層を接着する接着層の厚さを０．０１５ｍｍとした場合、光学ローパスフィルタ（比較例）の厚さは、１．９４５ｍｍとなる。
このように、比較例にかかる光学ローパスフィルタの厚さは１．９４５ｍｍであるのに対して、本発明にかかる光学ローパスフィルタの厚さは０．３７４ｍｍとなる。したがって、比較例に比べて光学ローパスフィルタの厚さを１．５７１ｍｍ薄くすることができる（約８１％厚さを薄くすることができる）。
設計値の一例を挙げると、本実施の形態にかかる光学ローパスフィルタでは、例えば、５．８８μｍ以上８．４０μｍの正方分離特性を得るためには、複屈折層１１の厚さを０．１５ｍｍ以上０．２２ｍｍ以下とし、偏光解消層１２の厚さを０．０５ｍｍ以上０．０８ｍｍ以下とし、複屈折層１３の厚さを０．１５ｍｍ以上０．２２ｍｍ以下とする。また、４．１８μｍ以上５．９７μｍの正方分離特性を得るためには、複屈折層１１の厚さを０．１１ｍｍ以上０．１６ｍｍ以下とし、偏光解消層１２の厚さを０．０５ｍｍ以上０．０８以下とし、複屈折層１３の厚さを０．１１ｍｍ以上０．１６ｍｍ以下とする。なお、上述の設計値は一例であり、本実施の形態にかかる光学ローパスフィルタでは、所定の光学特性を得るために複屈折層１１、偏光解消層１２、及び複屈折層１３の厚さ等のパラメータを適宜変更してもよい。
次に、本実施の形態にかかる光学ローパスフィルタの製造方法について説明する。
本実施の形態にかかる光学ローパスフィルタを製造する際は、ニオブ酸リチウムを用いて構成され、直線偏光である入射光を通常光線と異常光線とに光分離する複屈折層１１を準備する。また、ＳＲＦを用いて構成され、複屈折層１１を通過した直線偏光を円偏光に変換する偏光解消層１２を準備する。また、ニオブ酸リチウムを用いて構成され、偏光解消層１２を通過した光を通常光線と異常光線とに光分離する複屈折層１３を準備する。そして、準備した複屈折層１１、偏光解消層１２、及び複屈折層１３を貼り合わせることで、本実施の形態にかかる光学ローパスフィルタを製造することができる。なお、光学ローパスフィルタの具体的な製造方法については、実施の形態２、３で詳細に説明する。
以上で説明したように、本実施の形態にかかる発明では、ニオブ酸リチウムを用いて複屈折層１１および複屈折層１３を構成し、ＳＲＦを用いて偏光解消層１２を構成している。したがって、上述の比較例のように水晶を用いて構成した光学ローパスフィルタと比べて、光学ローパスフィルタを薄くすることができる。
＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２では、光学ローパスフィルタの具体的な構成例について説明する。なお、実施の形態１で説明した光学ローパスフィルタ１と同一の構成要素については同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
図５は、本実施の形態にかかる光学ローパスフィルタの構成例を説明するための断面図である。図５に示すように、本実施の形態にかかる光学ローパスフィルタ２は、光学ガラス２２、複屈折層１１、赤外線吸収層２１（ＩＲカット層）、偏光解消層１２、及び複屈折層１３が光軸方向に配置された構造を備える。光学ローパスフィルタ２を構成するこれらの材料は、接着剤を用いて接着されている。
なお、本実施の形態においても、ニオブ酸リチウムを用いて複屈折層１１および複屈折層１３を構成し、ＳＲＦを用いて偏光解消層１２を構成している。また、本実施の形態では、複屈折層１１の光分離方向を９０°とし、複屈折層１３の光分離方向を０°としている。この場合、偏光解消層１２の回転角は４５°とする。
光学ガラス２２は、光学ローパスフィルタ２の最表面に配置されており、光学ローパスフィルタ２を保護する機能を有する。光学ガラス２２は、所定の厚さ（例えば、０．３２ｍｍ程度）を有するガラスを用いて構成することができる。光学ガラスの表面３１には、ＵＶ－ＩＲカット層がコーティングされている。ＵＶ－ＩＲカット層は、紫外線（ＵＶ）と赤外線（ＩＲ）をカットする層であり、例えばＴｉＯ２、ＳｉＯ２などを蒸着して積層することで形成できる。
複屈折層（ＬＮ９０°）１１は、ニオブ酸リチウムを用いて構成されている。複屈折層（ＬＮ９０°）１１の光学ガラス２２側の表面３２および赤外線吸収層２１側の表面３３には、接着剤の屈折率と複屈折層（ＬＮ９０°）１１の屈折率とをマッチングさせるためのマッチング層がそれぞれ形成されている。つまり、複屈折層（ＬＮ９０°）１１を構成しているニオブ酸リチウムは高い屈折率を有するので、複屈折層（ＬＮ９０°）１１の両面の接着剤と複屈折層（ＬＮ９０°）１１との間に、これらの屈折率をマッチングするためのマッチング層を設ける。マッチング層は、例えばＬａｘＴｉｙＯｚ、ＳｉＯ２などを蒸着することで形成できる。
赤外線吸収層２１は、入射光に含まれる赤外線を吸収する層（赤外線をカットする層）であり、例えば赤外線カットガラスを用いて構成することができる。赤外線吸収層２１の厚さは特に限定されないが、例えば０．３ｍｍ程度の赤外線カットガラスを用いることができる。
偏光解消層１２はＳＲＦを用いて構成されている。ＳＲＦは面内位相差値が大きいフィルムである。例えば、ＳＲＦはポリエチレンテレフタレートフィルムを用いて構成することができる。一例を挙げると、ＳＲＦとして、東洋紡製、コスモシャイン（登録商標）を用いることができる。
複屈折層（ＬＮ０°）１３は、ニオブ酸リチウムを用いて構成されている。複屈折層（ＬＮ０°）１３の偏光解消層１２側の表面３５には、接着剤の屈折率と複屈折層（ＬＮ０°）１３の屈折率とをマッチングさせるためのマッチング層が形成されている。つまり、複屈折層（ＬＮ０°）１３を構成しているニオブ酸リチウムは高い屈折率を有するので、複屈折層（ＬＮ０°）１３の偏光解消層１２側の接着剤と複屈折層（ＬＮ０°）１３との間に、これらの屈折率をマッチングするためのマッチング層を設ける。マッチング層は、例えばＬａｘＴｉｙＯｚ、ＳｉＯ２などを蒸着することで形成できる。また、複屈折層（ＬＮ０°）１３の外側の表面３６には、反射防止膜（ＡＲコート）が形成されている。反射防止膜は、例えばＳｉＯ２、Ｔｉ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３などを蒸着することで形成できる。
光学ガラス２２、複屈折層（ＬＮ９０°）１１、赤外線吸収層（ＩＲカット）２１、偏光解消層（ＳＲＦ）１２、及び複屈折層（ＬＮ０°）１３は、各々の界面３２～３５に接着剤を塗布することで張り合わされている。例えば、接着剤にはエポキシ樹脂を含む接着剤を用いることができる。
次に、本実施の形態にかかる光学ローパスフィルタの製造方法について説明する。図６は、本実施の形態にかかる光学ローパスフィルタの製造方法を説明するためのフローチャートである。本実施の形態にかかる光学ローパスフィルタを製造する際は、まず、複屈折層（ＬＮ９０°）１１の両面にマッチング層を形成する（ステップＳ１）。マッチング層は、複屈折層（ＬＮ９０°）１１の両面にＬａｘＴｉｙＯｚ、ＳｉＯ２などを蒸着することで形成できる。蒸着には、電子ビーム（ＥＢ）蒸着法などを用いることができる。
次に、複屈折層（ＬＮ０°）１３の一方の面３５にマッチング層を、他方の面３６に反射防止膜を形成する（ステップＳ２）。マッチング層は、複屈折層（ＬＮ９０°）１１の一方の面３５にＬａｘＴｉｙＯｚ、ＳｉＯ２などを蒸着することで形成できる。反射防止膜は、複屈折層（ＬＮ９０°）１１の他方の面３６にＳｉＯ２、Ｔｉ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３などを蒸着することで形成できる。
次に、光学ガラス２２の表面３１にＵＶ－ＩＲカット層を形成する（ステップＳ３）。ＵＶ－ＩＲカット層は、例えばＴｉＯ２、ＳｉＯ２などを蒸着することで形成できる。
次に、光学ガラス２２、複屈折層（ＬＮ９０°）１１、赤外線吸収層（ＩＲカット）２１、偏光解消層（ＳＲＦ）１２、及び複屈折層（ＬＮ０°）１３の各々の界面３２～３５に接着剤を塗布し、これらの部材を張り合わせる（ステップＳ４）。例えば、各々の界面３２～３５に接着剤を塗布した後、スピンコーターで接着剤を伸ばし、その後乾燥させることで、光学ガラス２２、複屈折層（ＬＮ９０°）１１、赤外線吸収層（ＩＲカット）２１、偏光解消層（ＳＲＦ）１２、及び複屈折層（ＬＮ０°）１３を張り合わせることができる。例えば、接着剤にはエポキシ樹脂を含む接着剤を用いることができる。一例を挙げると、スピンコーターの条件は、回転速度３５００ｒｐｍ、回転時間３０秒とすることができる。
以上で説明した方法を用いることで、本実施の形態にかかる光学ローパスフィルタを製造することができる。なお、上述のステップＳ１～Ｓ３の順番については、これらの順番に限定されることはなく、任意の順番としてもよい。
以上で説明した本実施の形態にかかる光学ローパスフィルタ２においても、ニオブ酸リチウムを用いて複屈折層１１および複屈折層１３を構成し、ＳＲＦを用いて偏光解消層１２を構成している。したがって、水晶を用いて構成した光学ローパスフィルタと比べて、光学ローパスフィルタを薄くすることができる。
＜実施の形態３＞
次に、本発明の実施の形態３について説明する。実施の形態３では、光学ローパスフィルタの具体的な構成例について説明する。なお、実施の形態１、２で説明した光学ローパスフィルタ１、２と同一の構成要素については同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
図７は、本実施の形態にかかる光学ローパスフィルタの構成例を説明するための断面図である。図７に示すように、本実施の形態にかかる光学ローパスフィルタ３は、光学ガラス２２、複屈折層１３、赤外線吸収層２１（ＩＲカット層）、偏光解消層１２、及び複屈折層１１が光軸方向に配置された構造を備える。光学ローパスフィルタ３を構成するこれらの材料は、接着剤を用いて接着されている。
なお、本実施の形態においても、ニオブ酸リチウムを用いて複屈折層１１および複屈折層１３を構成し、ＳＲＦを用いて偏光解消層１２を構成している。また、本実施の形態では、複屈折層１１の光分離方向を９０°とし、複屈折層１３の光分離方向を０°としている。この場合、偏光解消層１２の回転角は４５°とする。
本実施の形態にかかる光学ローパスフィルタ３は、実施の形態２にかかる光学ローパスフィルタ２と比べて、複屈折層（ＬＮ９０°）１１の位置と複屈折層（ＬＮ０°）１３の位置が逆になっている点が異なる。
光学ガラス２２は、光学ローパスフィルタ３の最表面に配置されており、光路長を調整する機能や光学ローパスフィルタ３を保護する機能を有する。光学ガラス２２は、所定の厚さ（例えば、０．３２ｍｍ程度）を有するガラスを用いて構成することができる。光学ガラスの表面４１には、ＵＶ－ＩＲカット層がコーティングされている。ＵＶ－ＩＲカット層は、紫外線（ＵＶ）と赤外線（ＩＲ）をカットする層であり、例えばＴｉＯ２、ＳｉＯ２などを蒸着することで形成できる。
複屈折層（ＬＮ０°）１３は、ニオブ酸リチウムを用いて構成されている。複屈折層（ＬＮ０°）１３の光学ガラス２２側の表面４２および赤外線吸収層２１側の表面４３には、接着剤の屈折率と複屈折層（ＬＮ０°）１３の屈折率とをマッチングさせるためのマッチング層がそれぞれ形成されている。つまり、複屈折層（ＬＮ０°）１３を構成しているニオブ酸リチウムは高い屈折率を有するので、複屈折層（ＬＮ０°）１３の両面の接着剤と複屈折層（ＬＮ０°）１３との間に、これらの屈折率をマッチングするためのマッチング層を設ける。マッチング層は、例えばＬａｘＴｉｙＯｚ、ＳｉＯ２などを蒸着することで形成できる。
赤外線吸収層２１は、入射光に含まれる赤外線を吸収する層（赤外線をカットする層）であり、例えば赤外線カットガラスを用いて構成することができる。赤外線吸収層２１の厚さは特に限定されないが、例えば０．３ｍｍ程度の赤外線カットガラスを用いることができる。
偏光解消層１２はＳＲＦを用いて構成されている。ＳＲＦは面内位相差値が大きいフィルムである。例えば、ＳＲＦはポリエチレンテレフタレートフィルムを用いて構成することができる。一例を挙げると、ＳＲＦとして、東洋紡製、コスモシャイン（登録商標）を用いることができる。
また、本実施の形態では、偏光解消層１２の赤外線吸収層２１側の表面４４および複屈折層（ＬＮ９０°）１１側の表面４５のそれぞれに、ウレタンアクリレート系の材料をコーティングしている。このように、偏光解消層１２の表面４４、４５にウレタンアクリレート系の材料をコーティングすることで、偏光解消層１２の表面４４、４５に気泡が発生したり白濁化したりすることを抑制できる。
すなわち、偏光解消層１２の表面をコーティングしていない場合は、熱や光などの影響によって偏光解消層１２の表面に炭素中心のラジカルが発生する場合がある。そしてこの炭素中心のラジカルが酸化することで水素が発生し、偏光解消層１２の表面にガスだまりが発生する場合がある。また、これにより、偏光解消層１２が白濁化する場合がある。このような問題を解決するために、本実施の形態では、偏光解消層１２の表面４４、４５に、ウレタンアクリレート系の材料をコーティングしている。このように、偏光解消層１２の表面４４、４５にウレタンアクリレート系の材料をコーティングすることで、偏光解消層１２の表面４４、４５に気泡が発生したり白濁化したりすることを抑制できる。
複屈折層（ＬＮ９０°）１１は、ニオブ酸リチウムを用いて構成されている。複屈折層（ＬＮ９０°）１１の偏光解消層１２側の表面４５には、接着剤の屈折率と複屈折層（ＬＮ９０°）１１の屈折率とをマッチングさせるためのマッチング層が形成されている。つまり、複屈折層（ＬＮ９０°）１１を構成しているニオブ酸リチウムは高い屈折率を有するので、複屈折層（ＬＮ９０°）１１の偏光解消層１２側の接着剤と複屈折層（ＬＮ９０°）１１との間に、これらの屈折率をマッチングするためのマッチング層を設ける。マッチング層は、例えばＬａｘＴｉｙＯｚ、ＳｉＯ２などを蒸着することで形成できる。また、複屈折層１３の外側の表面４６には、反射防止膜（ＡＲコート）が形成されている。反射防止膜は、例えばＳｉＯ２、Ｔｉ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３などを蒸着することで形成できる。
光学ガラス２２、複屈折層（ＬＮ０°）１３、赤外線吸収層（ＩＲカット）２１、偏光解消層（ＳＲＦ）１２、及び複屈折層（ＬＮ９０°）１１は、各々の界面４２～４５に接着剤を塗布することで張り合わされている。例えば、接着剤にはエポキシ樹脂を含む接着剤を用いることができる。
次に、本実施の形態にかかる光学ローパスフィルタの製造方法について説明する。図８は、本実施の形態にかかる光学ローパスフィルタの製造方法を説明するためのフローチャートである。本実施の形態にかかる光学ローパスフィルタを製造する際は、まず、複屈折層（ＬＮ０°）１３の両面にマッチング層を形成する（ステップＳ１１）。マッチング層は、複屈折層（ＬＮ０°）１３の両面にＬａｘＴｉｙＯｚ、ＳｉＯ２などを蒸着することで形成できる。蒸着には、電子ビーム（ＥＢ）蒸着法などを用いることができる。
次に、複屈折層（ＬＮ９０°）１１の一方の面４５にマッチング層を、他方の面４６に反射防止膜を形成する（ステップＳ１２）。マッチング層は、複屈折層（ＬＮ９０°）１１の一方の面４５にＬａｘＴｉｙＯｚ、ＳｉＯ２などを蒸着することで形成できる。反射防止膜は、複屈折層（ＬＮ９０°）１１の他方の面４６にＳｉＯ２、Ｔｉ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３などを蒸着することで形成できる。
次に、偏光解消層１２の赤外線吸収層２１側の表面４４および複屈折層（ＬＮ９０°）１１側の表面４５のそれぞれに、ウレタンアクリレート系の材料をコーティングする（ステップＳ１３）。このときのコーティング層の厚さは、１μｍ以上とすることが好ましい。
次に、光学ガラス２２、複屈折層（ＬＮ０°）１３、赤外線吸収層（ＩＲカット）２１、偏光解消層（ＳＲＦ）１２、及び複屈折層（ＬＮ９０°）１１の各々の界面４２～４５に接着剤を塗布し、これらの部材を張り合わせる（ステップＳ１４）。例えば、各々の界面４２～４５に接着剤を塗布した後、スピンコーターで接着剤を伸ばし、その後乾燥させることで、光学ガラス２２、複屈折層（ＬＮ０°）１３、赤外線吸収層（ＩＲカット）２１、偏光解消層（ＳＲＦ）１２、及び複屈折層（ＬＮ９０°）１１を張り合わせることができる。例えば、接着剤にはエポキシ樹脂を含む接着剤を用いることができる。一例を挙げると、スピンコーターの条件は、回転速度３５００ｒｐｍ、回転時間３０秒とすることができる。
次に、光学ガラス２２の表面３１にＵＶ－ＩＲカット層を形成する（ステップＳ１５）。ＵＶ－ＩＲカット層は、例えばＴｉＯ２、ＳｉＯ２などを蒸着することで形成できる。ここで本実施の形態では、ステップＳ１４において各部材を貼り合わせた後にＵＶ－ＩＲカット層を形成する。例えば、実施の形態２で説明した製造方法（図６参照）のように、光学ガラス２２単体の表面にＵＶ－ＩＲカット層を形成した場合は（ステップＳ３）、薄い光学ガラス２２単体の表面に複数層からなるＵＶ－ＩＲカット層が形成されるため、光学ガラス２２単体が反り返る場合がある。この場合は各部材を貼り合わせた際に光学ガラス２２単体が反り返っている状態となり、光学ローパスフィルタの厚みムラが大きくなるという問題があった。
これに対して本実施の形態では、ステップＳ１４において各部材を貼り合わせた後にＵＶ－ＩＲカット層を形成している。したがって、光学ガラス２２単体が反り返るのではなく、貼り合わせた後の全部材が反り返るようにすることができるので、面精度を保つことができる。また、光学ローパスフィルタの厚みムラも小さくすることができる。
なお、この場合は、接着剤の耐熱性の問題から、蒸着温度を低くする必要がある。このため、本実施の形態では、ＵＶ－ＩＲカット層の蒸着にＩＡＤ（Ion Assisted Deposition）法を用いることが好ましい。ＩＡＤ法を用いることで蒸着温度を低く（１３０℃程度）することができる。
以上で説明した方法を用いることで、本実施の形態にかかる光学ローパスフィルタ３を製造することができる。なお、上述のステップＳ１１～Ｓ１３の順番については、これらの順番に限定されることはなく、任意の順番とすることができる。
以上で説明した本実施の形態にかかる光学ローパスフィルタ３においても、ニオブ酸リチウムを用いて複屈折層１１および複屈折層１３を構成し、ＳＲＦを用いて偏光解消層１２を構成している。したがって、水晶を用いて構成した光学ローパスフィルタと比べて、光学ローパスフィルタを薄くすることができる。
また、本実施の形態にかかる光学ローパスフィルタ３では、偏光解消層１２と複屈折層（ＬＮ９０°）１１とが隣接するように配置している。この理由は下記の通りである。
上述のように、本実施の形態では、ステップＳ１４において各部材を貼り合わせた後にＵＶ－ＩＲカット層を形成している。ＵＶ－ＩＲカット層を形成する際は、貼り合わせた部材の温度を上昇させるが、このとき各層の反り方向の違い（熱膨張の違い）により、各層間に熱応力が発生し、この熱応力起因して接着剤が剥がれる場合がある。そして、接着剤が剥がれた箇所に空気や水などの接着剤以外の成分が侵入し、その箇所が光学的な欠陥となる場合がある。
ところで、デジタルカメラ等で使用されている撮像素子は長辺と短辺とを有する矩形状であるため、光学ローパスフィルタも長辺と短辺とを有する矩形状としている。ここで、複屈折層１１、１３、及び偏光解消層（ＳＲＦ）１２の反り方向は、光学軸方向に依存する。具体的には、複屈折層（ＬＮ０°）１３は長辺方向に反りが発生しやすく、複屈折層（ＬＮ９０°）１１および偏光解消層（ＳＲＦ）１２は短辺方向に反りが発生しやすいという性質を有する。なお、光学ローパスフィルタの長辺方向が光分離方向０°に対応しているものとする。
この点を考慮して本実施の形態にかかる光学ローパスフィルタ３では、図７に示すように、短辺方向に反りが発生しやすい複屈折層（ＬＮ９０°）１１と偏光解消層（ＳＲＦ）１２とを隣接するように配置している。このような配置とした場合は、実施の形態２にかかる光学ローパスフィルタ２と比べて、複屈折層（ＬＮ９０°）１１と偏光解消層（ＳＲＦ）１２との間に働く熱応力を低減することができる。よって、複屈折層（ＬＮ９０°）１１と偏光解消層（ＳＲＦ）１２との間において接着剤が剥がれることを抑制できる。
＜その他の実施の形態＞
上述の本発明にかかる光学ローパスフィルタは、様々な光学機器、スマートフォン等の携帯機器、電子デバイス等に用いることができる。本発明にかかる光学ローパスフィルタと撮像素子とを備える光学機器の一例としてデジタルカメラがある。図１１は、本発明にかかる光学ローパスフィルタを搭載したデジタルカメラを説明するための断面図である。
図１１に示すように、デジタルカメラ１００は、筐体１０１の内部に、レンズ群１０２、光学ローパスフィルタ１０３、撮像素子１０４を備える。例えば、撮像素子１０４は、ＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサである。光学ローパスフィルタ１０３は撮像素子１０４と隣接するように配置されている。デジタルカメラ１００に入射した入射光は、レンズ群１０２を通過した後、光学ローパスフィルタ１０３を通過して、撮像素子１０４に到達する。本実施の形態では、入射光が光学ローパスフィルタ１０３を通過した際、入射光が正方分離される。そして、光学ローパスフィルタ１０３で正方分離された光が撮像素子１０４へと導入される。
また、本発明にかかる光学ローパスフィルタを搭載した光学機器は、様々な電子デバイス、車両、飛翔体等に搭載することができる。図１２は、本発明にかかる光学ローパスフィルタを搭載した光学機器を備えるドローンを説明するための正面図である。図１２に示すように、ドローン２００は、本体部２０１と、複数のプロペラ２０２、２０３を備える。なお、図１２は正面図なので図示しているプロペラの数は２つであるが、ドローン２００は、４つのプロペラが対角線上に配置された構造を備える。ドローン２００には光学機器（カメラ）２０４が搭載されている。したがって、複数のプロペラ２０２、２０３が回転してドローン２００が飛行している際、光学機器（カメラ）２０４を用いてドローン２００の周囲の風景を撮影することができる。
以上、本発明を上記実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施の形態の構成にのみ限定されるものではなく、本願特許請求の範囲の請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得る各種変形、修正、組み合わせを含むことは勿論である。
１、２、３ 光学ローパスフィルタ
１１ 複屈折層
１２ 偏光解消層
１３ 複屈折層
２１ 赤外線吸収層
２２ 光学ガラス
１００ デジタルカメラ
１０１ 筐体
１０２ レンズ群
１０３ 光学ローパスフィルタ
１０４ 撮像素子
２００ ドローン
２０１ 本体部
２０２、２０３ プロペラ
２０４ 光学機器

Claims (12)

  1. ニオブ酸リチウムを用いて構成され、直線偏光である入射光を通常光線と異常光線とに光分離する第１の複屈折層と、
    ＳＲＦ（Super Retardation Film）を用いて構成され、前記第１の複屈折層を通過した直線偏光を円偏光に変換する偏光解消層と、
    ニオブ酸リチウムを用いて構成され、前記偏光解消層を通過した光を通常光線と異常光線とに光分離する第２の複屈折層と、を備える、
    光学ローパスフィルタ。
  2. 前記第１及び第２の複屈折層は、前記入射光に対する光学軸の傾斜角度が４５°である、請求項１に記載の光学ローパスフィルタ。
  3. 前記第１の複屈折層の光分離方向と前記第２の複屈折層の光分離方向とが９０°ずれている、請求項１または２に記載の光学ローパスフィルタ。
  4. 前記第１の複屈折層の光分離方向が０°であり、
    前記第２の複屈折層の光分離方向が９０°である、
    請求項３に記載の光学ローパスフィルタ。
  5. 前記第１の複屈折層の厚さが０．１１ｍｍ以上０．２２ｍｍ以下であり、
    前記偏光解消層の厚さが０．０５ｍｍ以上０．０８ｍｍ以下であり、
    前記第２の複屈折層の厚さが０．１１ｍｍ以上０．２２ｍｍ以下である、
    請求項４に記載の光学ローパスフィルタ。
  6. 前記偏光解消層と前記第２の複屈折層とが隣接するように配置されている、請求項５に記載の光学ローパスフィルタ。
  7. 前記偏光解消層の前記第２の複屈折層が配置されている側と反対側の面に配置された赤外線吸収層を更に備える、請求項１～６のいずれか一項に記載の光学ローパスフィルタ。
  8. 前記偏光解消層の表面がウレタンアクリレート系の材料でコーティングされている、請求項１～７のいずれか一項に記載の光学ローパスフィルタ。
  9. 前記第１の複屈折層、前記偏光解消層、及び前記第２の複屈折層がエポキシ樹脂を含む接着剤で張り合わされている、請求項１～８のいずれか一項に記載の光学ローパスフィルタ。
  10. 請求項１～９のいずれか一項に記載の光学ローパスフィルタと、
    撮像素子と、を備える、光学機器。
  11. 請求項１０に記載の光学機器を備える、ドローン。
  12. ニオブ酸リチウムを用いて構成され、直線偏光である入射光を通常光線と異常光線とに光分離する第１の複屈折層を準備する工程と、
    ＳＲＦ（Super Retardation Film）を用いて構成され、前記第１の複屈折層を通過した直線偏光を円偏光に変換する偏光解消層を準備する工程と、
    ニオブ酸リチウムを用いて構成され、前記偏光解消層を通過した光を通常光線と異常光線とに光分離する第２の複屈折層を準備する工程と、
    前記第１の複屈折層、前記偏光解消層、及び前記第２の複屈折層を貼り合わせる工程と、を備える、
    光学ローパスフィルタの製造方法。
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