JP5281936B2 - 撮像フィルタ - Google Patents

Description

本発明は、被写体にイメージセンサを密着させて撮像を行う密着型の撮像装置に用いられる撮像フィルタに関し、さらに詳しくは、この撮像装置のイメージセンサへの光の入射角度を制限する撮像フィルタに関する。

画像や文書等の原稿を撮像し、そのデジタルな画像データを得るイメージスキャナが普及している。イメージスキャナには、読み取る原稿と同じ幅のラインイメージセンサを、原稿に略密着させて撮像する密着型のイメージスキャナが知られている。密着型のイメージスキャナは、原稿からイメージセンサまでの距離が短く、縮小光学系を用いる他のタイプのイメージスキャナよりもコンパクトに構成される。

原稿の像を結像させるレンズ等を用いずに、単にイメージセンサを原稿に密着させて配置すれば、原稿のある一点からの光は、一つの画素に到達するのではなく、本来入射すべき画素とともに、周辺の複数の画素にも入射してしまう。このため、密着型のイメージスキャナであっても、屈折率を中心から周辺にかけて減少するように分布させた円柱状のロッドレンズをイメージセンサと原稿の間に配置することによって、原稿のある一点からの光が、イメージセンサのある一つの撮像エリアに略一対一に到達するように、イメージセンサへの光の入射を制限している。

また、イメージセンサへの光の入射を制限する撮像装置としては、イメージセンサの受光エリアを複数に区画して用いるために、イメージセンサへの光の入射角度を制限する撮像フィルタを用いた撮像装置が知られている。例えば、区画する受光エリアに合わせて遮光ブロックを配置したイメージセンサや（特許文献１）、スリットのあいた格子板を設けることで長方形状に受光エリアを区画する撮像装置が知られている（特許文献２）。さらに、多数の貫通孔があいた多孔板を設けることで、受光エリアに対して垂直に入射する平行光だけがフィルムに入射するように、受光エリアへの光の入射角度を制限したフィルムカメラが知られている（特許文献３）。
特開２００７−１２１６３１号公報 特開２００７−２９９０８５号公報 特開２００４−１５１１２４号公報

密着型のイメージスキャナであっても、撮像対象とイメージセンサとの間に隙間ができることは避けられない。また、フォトダイオードは、イメージセンサの表面よりも深い位置にある。これらのために、撮像対象の一点からの光は隣り合うフォトダイオードの双方に斜めに入射してしまい、ノイズや偽信号の原因になる。したがって、精細な撮像のためには、一点からの光が一つのフォトダイオードだけに入射するように、イメージセンサへの光の入射角度を制限する必要がある。

一点からの光が隣接する複数のフォトダイオードや隣接する受光エリアに入射することを防ぐには、密着型イメージスキャナで使われているようなロッドレンズを用いるか、あるいは特許文献１や特許文献２の撮像フィルタのように、貫通孔で受光エリアを区画する撮像フィルタを用いて、イメージセンサに入射する光の入射角を制限する必要がある。

しかし、ロッドレンズを用いる場合は、厚み方向に比較的大きな組み込みスペースを必要とするために、さらに薄型化することは難しい。

また、スリット等の貫通孔のあいた撮像フィルタは、金属製の板等からつくられるが、貫通孔の径が小さいほど、また、貫通孔同士の間隔が狭いほど、貫通孔を設ける加工が困難なものとなる。また、こうした微小な貫通孔を機械的な加工で設けることができたとしても、高コストな撮像フィルタとなってしまう。さらに、貫通孔の内壁で入射光の一部が反射（または透過）されると、貫通孔の径で定めた領域外に出射する光が生じてしまうので、貫通孔の内壁は反射防止加工等を施す必要があるが、貫通孔を設けること自体が困難な微小な貫通孔の場合には、内壁に特殊加工を施すことは困難である。

また、径の小さい貫通孔が設けられた撮像フィルタは、製造過程やイメージスキャナへの組み込み時などに、ゴミや埃等により目詰まりが生じやすく、一旦貫通孔に入り込んでしまったゴミ等を除去することは難しい。このため、径の小さな貫通孔が設けられた撮像フィルタは、取り扱い時の周囲環境等に配慮しなければならず、また、貫通孔が設けられた撮像フィルタやこれを用いるイメージスキャナの歩留まりは悪く、安定した量産が難しい。

本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、量産適正に優れ、製造コストが低く抑えられ、厚み方向の組み込みスペースも小さく、かつ、イメージセンサへの光の入射角度を制限する撮像フィルタを提供することを目的とする。

本発明の撮像フィルタは、透明な基板と、基板の被写体側表面に設けられ、一定の大きさを有する複数の開口が一定の間隔で形成され、開口以外の部分に入射する光を吸収する吸収膜と、基板のイメージセンサ側表面に設けられ、多層の誘電体薄膜からなり、垂直に入射する所定波長の光を透過し、斜めに入射する所定波長の光を反射する入射角依存性反射膜と、を備え、吸収膜の開口によってイメージセンサへの光の入射角度を制限し、さらに開口を通って基板に進入した光のうち斜めに入射した光を入射角依存性反射膜によって反射して吸収膜で吸収することを特徴とする。

多層の誘電体薄膜からなり、垂直に入射する前記所定波長の光を透過し、斜めに入射する所定波長の光を反射する第２の入射角依存性反射膜を、基板の被写体側表面側にさらに備えていても良い。

また、被写体側表面の吸収膜の開口とそれぞれ中心が一致し、被写体側表面の吸収膜の開口よりも径が小さい開口が形成された第２の吸収膜を、基板のイメージセンサ側表面にさらに備えていても良い。

また、前記反射膜は、略垂直に入射する赤外線を透過し、斜めに入射する赤外線を反射する赤外線カットフィルタ膜であることを特徴とする。

また、前記基板が非研磨ガラス基板であることを特徴とする。

本発明によれば、イメージセンサを撮像対象に密着させて、１個〜数個程度の画素からなるような極めて小さな領域に受光エリアを区画してイメージセンサを用いる場合に、イメージセンサへの光の入射角度を容易に制限するとともに、量産適正に優れ、製造コストが低く抑えられ、厚み方向の組み込みスペースが小さい撮像フィルタを提供することができる。

密着型スキャナの構成を概略的に示す説明図である。 角度制限フィルタを用いる撮像装置の構成を概略的に示す斜視図である。 角度制限フィルタの断面図である。 入射角依存性反射膜の特性を示すグラフである。 角度制限フィルタの作用を示す説明図である。 両面に入射角依存性反射膜を設けた角度制限フィルタの断面図である。 第１実施形態の角度制限フィルタの変形例を示す断面図である。 第１実施形態の角度制限フィルタの変形例を示す断面図である。 第２実施形態の角度制限フィルタを示す断面図である。 第２実施形態の角度制限フィルタの変形例を示す断面図である。 第２実施形態の角度制限フィルタの変形例を示す断面図である。

［第１実施形態］
図１に示すように、密着型スキャナ１０は、イメージセンサ１６に略密着された被写体１１を撮像する撮像装置であり、保護カバー１２、ＬＥＤ１３、バンドパスフィルタ１４、角度制限フィルタ１５、イメージセンサ１６等から構成される。保護カバー１２は、透明なガラス板であり、下方に配置される角度制限フィルタ１５やイメージセンサ１６を傷や埃から保護する。また、撮像される被写体１１は、保護カバー１２上に直接載置される。

ＬＥＤ１３は、波長８５０ｎｍの赤外線を発し、保護カバー１２上に載置された被写体１１を一様に照明する。ＬＥＤ１３から発せられた赤外線は、被写体１１の箇所によって異なる赤外線の吸収率及び反射率を反映して散乱され、その一部が、保護カバー１２下に設けられた角度制限フィルタ１５の方向に入射する。このとき、角度制限フィルタ１５に入射する被写体１１からの入射光は、角度制限フィルタ１５に対して垂直なものだけでなく、斜めに入射する成分も含まれている。

バンドパスフィルタ１４は、撮像に用いられる赤外線を透過し、保護カバー１２を通って外部から入射する可視光や紫外線を遮光する。これにより、角度制限フィルタ１５やイメージセンサ１６に入射する光は、撮像に利用する赤外線だけに制限される。また、角度制限フィルタ１５（撮像フィルタ）は、後述するように、被写体１１側から様々な角度で入射する光のうち、斜めに入射する光を遮光し、イメージセンサ１６に略垂直に入射する光だけをイメージセンサ１６側に通す。イメージセンサ１６は、波長８５０ｎｍ近傍の赤外線に感度を持つＣＣＤ型のエリアイメージセンサであり、角度制限フィルタ１５によって表面に対して略垂直な角度に入射角度が制限された光で、被写体１１を撮像する。

図２に示すように、角度制限フィルタ１５は、被写体１１側から様々な角度で入射する入射光１８のうち、表面に対して略垂直に入射した垂直入射光１９をイメージセンサ１６側に通し、斜めに入射した入射光１８は遮光する。角度制限フィルタ１５の表面は、入射光１８を遮光する遮光エリア２１と入射光１８を通す通光エリア２２が設けられている。遮光エリア２１は、角度制限フィルタ１５の略全面を覆うように設けられており、この遮光エリア２１内に複数の通光エリア２２が配列されている。遮光エリア２１に入射した光は反射，透過されることなく吸収される。また、各々の通光エリア２２は、イメージセンサ１６の一つの画素１７の大きさと略同程度の大きさで、円形に設けられているとともに、各画素１７に一つの通光エリア２２が対応するように配列されている。また、角度制限フィルタ１５は、各々の通光エリア２２が対応する画素１７の直上に位置するように、位置合わせして配置される。なお、図２では説明のために、角度制限フィルタ１５をイメージセンサ１６から離してあるが、角度制限フィルタ１５は、図示しない他の光学フィルタ等を介してイメージセンサ１６に密着して配置される。

図３に示すように、角度制限フィルタ１５は、透明な板状のガラス基板２６、第１遮光膜２７、第２遮光膜２８、入射角依存性反射膜２９とから構成される。ガラス基板２６は、０．１５ｍｍの厚さとなっており、イメージセンサ１６で撮像に利用する波長８５０ｎｍ近傍の赤外線だけでなく、可視光や紫外線といった種々の波長域の光を略全て透過する。

第１遮光膜２７は、吸収係数の大きな金属薄膜と透明な誘電体薄膜を交互に多層積層してつくられ、ガラス基板２６の被写体１１側表面（表面）に設けられる。第１遮光膜２７は、イメージセンサ１６で撮像に利用される波長８５０ｎｍ近傍の赤外線だけでなく、イメージセンサ１６に感度のある波長域の光を略全て吸収する吸収膜となっている。また、第１遮光膜２７には入射開口３１が複数形成されており、入射光を通す部分はこの入射開口３１に制限される。各々の入射開口３１の形状は円形であり、中心位置が画素１７の中心と一致するように一定の間隔で配列されている。また、角度制限フィルタ１５を入射側の正面からみたときには、この入射開口３１の周縁が通光エリア２２と遮光エリア２１の境界となる。

第２遮光膜２８は、光が出射するガラス基板２６のイメージセンサ１６側表面（裏面）に設けられ、第１遮光膜２７と同様に、吸収係数の大きな金属薄膜と透明な誘電体薄膜とを交互に多層積層した遮光膜であり、イメージセンサ１６に感度のある波長域の光を略全て吸収する吸収膜となっている。また、第２遮光膜２８には出射開口３２が複数形成されており、入射光を通す部分はこの出射開口３２に制限される。各々の出射開口３２の形状は円形であり、出射開口３２の径Ｄ２は入射開口３１の径Ｄ１よりも小さく、中心位置が各画素１７の中心及び各入射開口３１の中心の位置と一致するように配列されている。

入射角依存性反射膜２９は、ガラス基板２６のイメージセンサ１６側に、第２遮光膜２８と出射開口３２と全てを覆うように設けられる。また、入射角依存性反射膜２９は、屈折率の異なる誘電体薄膜を複数積層したものであり、入射角度に応じて、赤外線を透過または反射する赤外線カットフィルタ膜となっている。

図４に示すように、入射角依存性反射膜２９は、波長８５０ｎｍの赤外線が入射するときに、入射角度が約１８度よりも小さく、入射角依存性反射膜２９に略垂直に入射するものを透過し、入射角度が約１８度よりも大きく、入射角依存性反射膜２９に対して傾斜して入射するものを反射するように、層構造が定められている。また、このような入射角依存性反射膜２９を構成する材料，層構造，特性は、使用する光の波長、ガラス基板２６の厚さ、入射開口３１（出射開口３２）の配列間隔、入射開口３１と出射開口３２の相対的な大きさに応じて定められる。

このように構成される角度制限フィルタ１５には、図５に示すように、様々な入射角度で、様々な入射位置に、波長８５０ｎｍの赤外線Ａ〜赤外線Ｄが入射する。

赤外線Ａのように、入射位置が第１遮光膜２７に覆われた位置であると、入射角度によらず、第１遮光膜２７によって吸収されるために、イメージセンサ１６側には透過しない。一方、赤外線Ｂ〜赤外線Ｄのように、入射開口３１に入射する赤外線は、第１遮光膜２７によって吸収されることなく、ガラス基板２６内に進入する。

入射開口３１に入射した赤外線の中でも、入射角依存性反射膜２９によって定まる所定角度θ（約１８度）よりも入射角度が小さく、角度制限フィルタ１５に略垂直に入射する赤外線Ｂは、ガラス基板２６を透過して、出射開口３２に達する。このとき、入射角依存性反射膜２９への赤外線Ｂの入射角度は、角度制限フィルタ１５への入射角度と略等しく、約１８度よりも小さいために、入射角依存性反射膜２９を透過して、イメージセンサ１６側に出射される。

しかし、赤外線Ｃのように、入射位置が入射開口３１であり、かつ、入射角度が約１８度以内であっても、ガラス基板２６を透過して達する位置が第２遮光膜２８に覆われた位置であると、吸収されるため、イメージセンサ１６側には出射されない。また、赤外線Ｄのように、入射開口３１内に入射角度が約１８度を超えるような傾斜して入射すると、出射開口３２に達したとしても、入射角依存性反射膜２９によってガラス基板２６の内部へと反射され、イメージセンサ１６側へは出射されない。

このように、角度制限フィルタ１５は、様々な入射角度で入射する赤外線のうち、イメージセンサ１６側に出射する赤外線を、約１８度という入射角依存性反射膜２９によって決まる角度よりも小さく、略垂直に入射した赤外線に制限する。

このとき、ある出射開口３２に対して、隣接する出射開口３２に対応する入射開口３１のような、対応しない位置に設けられた入射開口３１から入射する赤外線は、入射角依存性反射膜２９によって反射され、イメージセンサ１６側には出射しない。このため、角度制限フィルタ１５を用いることで、各画素１７に入射する赤外線は、周辺の画素１７への入射光と重畳することなく、被写体１１の一つの箇所と略一対一に対応し、ぼやけやにじみといった解像度を低下させるノイズを軽減して撮像することができる。

また、出射開口３２の径を入射開口３１の径よりも小さく設けることで、垂直入射光１９を集光してイメージセンサ１６へ入射させることができる。

また、角度制限フィルタ１５は、貫通孔や研磨といった機械的加工を必要としないから、ガラス基板２６上に薄膜をパターニングすることで容易に、かつ安価に製造される。さらに、角度制限フィルタ１５には貫通孔のような深い孔はなく、略平坦な表面となっているため、ゴミや埃が付着したとしても、エアを吹き付けたり、超音波洗浄などにより容易にこれらを除去することができる。このため、角度制限フィルタ１５は、歩留まりも良く量産に適している。

なお、上述の第１実施形態では、入射角依存性反射膜２９を、ガラス基板２６のイメージセンサ１６側表面（裏面）に設けるが、これに限らず、被写体１１側表面（表面）にだけ入射角依存性反射膜２９を設けても良く、イメージセンサ１６側表面と被写体１１側表面の両方に入射角依存性反射膜２９を設けても良い。この場合にも、上述の実施形態と同様の効果が得られる。特に、ガラス基板２６が薄く、一方の表面にだけ入射角依存性反射膜２９を設けると角度制限フィルタ１５に反りを生じてしまう場合には、図６に示す角度制限フィルタ３５のように、イメージセンサ１６側表面と被写体１１側表面の両面に入射角依存性反射膜２９を設けることが好ましい。

また、角度制限フィルタ１５の反りを防止する等のために、ガラス基板２６の両面に入射角依存性反射膜２９等の誘電体薄膜を積層する場合には、ガラス基板２６の一方の面に入射角依存性反射膜２９を設け、他方の面上には可視光カットフィルタやバンドバスフィルタといった他の光学的作用を持った誘電体の多層膜を設けることが好ましい。例えば、上述の第１実施形態で説明したように、ガラス基板２６のイメージセンサ１６側表面に入射角依存性反射膜２９を設けるとともに、ガラス基板２６の被写体１１側表面に、バンドパスフィルタ１４を角度制限フィルタ１５と一体的に設ける。このように、ガラス基板２６の面上に、入射角依存性反射膜２９の他に、他の光学的作用を持った誘電体多層膜を設けることで、密着型スキャナ１０の部品点数を削減することができ、密着型スキャナ１０をよりコンパクトにすることができる。

なお、上述の第１実施形態では、ガラス基板２６のイメージセンサ１６側表面に第２遮光膜２８を設け、さらに第２遮光膜２８を覆うように入射角依存性反射膜２９を設けた例を説明したが、入射角依存性反射膜２９を設ける位置はこれに限らない。例えば、図７に示す角度制限フィルタ３６のように、ガラス基板２６の表面に入射角依存性反射膜２９を設け、さらにこの上に第２遮光膜２８を設けるようにすることで、入射角依存性反射膜２９と第２遮光膜２８の積層順序を入れ替えても良い。また、ここではイメージセンサ１６側に入射角依存性反射膜２９を設ける例で説明したが、被写体１１側に入射角依存性反射膜２９を設ける場合も同様である。したがって、被写体１１側に入射角依存性反射膜２９を設けるときには、ガラス基板２６の被写体１１側表面ではガラス基板２６側から入射角依存性反射膜２９，第１遮光膜２７の順に配置し、イメージセンサ１６側表面に第２遮光膜２８を配置するようにしても良い。

また、前述のようにガラス基板２６の両面に入射角依存性反射膜２９を設ける場合には、図８（Ａ）に示す角度制限フィルタ３７のように、ガラス基板２６の表面に入射角依存性反射膜２９を設け、その上に第１遮光膜２７，第２遮光膜２８を設けるようにしても良い。さらに、こうしてガラス基板２６の両面に入射角依存性反射膜２９を設けるときには、ガラス基板２６の両面で、ガラス基板２６に対する入射角依存性反射膜２９と遮光膜の配置順序が異なっていても良い。例えば、図８（Ｂ）に示す角度制限フィルタ３８のように、ガラス基板２６の被写体１１側表面ではガラス基板２６側から入射角依存性反射膜２９，第１遮光膜２７の順に配置し、イメージセンサ１６側表面ではガラス基板２６側から第２遮光膜２８，入射角依存性反射膜２９の順に配置しても良い。同様に、ガラス基板２６の被写体１１側表面ではガラス基板２６側から第１遮光膜２７，入射角依存性反射膜２９の順に配置し、イメージセンサ１６側表面ではガラス基板２６側から入射角依存性反射膜２９，第２遮光膜２８の順となるように配置しても良い。

なお、上述の第１実施形態では、入射開口３１の径Ｄ１よりも出射開口３２の径Ｄ２を小さく設けているが、これに限らず、出射させる光の用途に応じて、入射開口３１の径と出射開口３２の径を等しく設けたり、入射開口３１の径Ｄ１よりも出射開口３２の径Ｄ２を大きく設けても良い。

［第２実施形態］
なお、上述の第１実施形態では、ガラス基板２６の表裏に、第１遮光膜２７，第２遮光膜２８をそれぞれ設ける例を説明したが、これに限らず、遮光膜をガラス基板２６の一方の面にだけ設けるようにしても良い。こうして、ガラス基板２６の一方の面にだけ遮光膜を設ける例を、以下に第２実施形態として説明する。例えば、図９に示すように、角度制限フィルタ４１は、ガラス基板２６の被写体１１側の表面にだけ遮光膜４２を設けたものであり、前述の角度制限フィルタ１５，３５とは異なり、イメージセンサ１６側の表面には遮光膜は設けられていない。また、入射角依存性反射膜２９は、遮光膜４２の全体を覆うように、ガラス基板２６の被写体１１側表面に、遮光膜４２の全体を覆うように設けられている。

角度制限フィルタ４１に設けられた遮光膜４２は、前述の第１遮光膜２７や第２遮光膜２８と同様に、吸収係数の大きな金属薄膜と透明な誘電体薄膜とを交互に多層積層したものであり、イメージセンサ１６に感度のある波長域の光を略全て吸収する吸収膜として機能する。また、遮光膜４２には、中心位置が画素１７の中心位置と一致するように一定の間隔で、円形状の開口４３が複数設けられている。ここで遮光膜４２に設けられた開口４３の径Ｄ３は、前述の第１遮光膜２７に設けられた入射開口３１の径Ｄ１よりも小さく、第２遮光膜２８に設けられた出射開口３２の径Ｄ２よりも大きい。

また、角度制限フィルタ４１に設けられた入射角依存性反射膜２９は、前述の角度制限フィルタ１５，３５に設けられたものと同様に、屈折率の異なる誘電体薄膜を複数積層したものであり、入射した赤外線を、その入射角度に応じて透過または反射する赤外線カットフィルタ膜として機能する。

このように構成される角度制限フィルタ４１は、遮光膜４２及び入射角依存性反射膜２９が設けられた表面を被写体１１側に向けて、イメージセンサ１６の前面に配置される。角度制限フィルタ４１には、被写体１１から様々な角度で赤外線が入射する。このとき、入射角依存性反射膜２９に所定角度よりも傾斜して入射した赤外光は、入射角依存性反射膜２９で反射され、遮光膜４２には到達しない。一方、入射角依存性反射膜２９に所定角度以内で略垂直に入射した赤外光は、入射角依存性反射膜２９を透過する。こうして入射角依存性反射膜２９を透過した赤外光のうち、遮光膜４２に入射した赤外光は遮光膜４２に吸収される。一方、入射角依存性反射膜２９を透過した赤外光のうち、開口４３に入射した光は、開口４３を通過してイメージセンサ１６に到達する。このとき、開口４３を通過した赤外光は、通過した開口４３の直下に設けられた画素１７に入射する。

こうして被写体１１から入射する赤外線は、角度制限フィルタ４１によってイメージセンサ１６への入射角度を略垂直な方向に制限される。同時に、角度制限フィルタ４１を搭載する密着型スキャナは、角度制限フィルタ４１により、被写体１１から入射する赤外線が被写体１１の一つの箇所とイメージセンサ１６の各画素１７と略一対一に対応してイメージセンサ１６に入射するので、ぼやけやにじみといった解像度を低下させるノイズを軽減して撮像することができる。

また、上述の角度制限フィルタ４１の製造には、貫通孔や研磨といった機械的な加工を必要としないから、第１実施形態の角度制限フィルタ１５，３５の製造と同様に、安価に安定して製造することができる。

一方、第１実施形態の角度制限フィルタ１５，３５では、ガラス基板２６の両面に第１遮光膜２７，第２遮光膜２８がそれぞれ設けられているのに対し、角度制限フィルタ４１では、被写体１１側に配置されるガラス基板２６の一方の面にのみ遮光膜４２を設ける。このため、被写体１１からイメージセンサ１６への赤外線の入射角度選択性は、角度制限フィルタ４１よりも第１実施形態の角度制限フィルタ１５の方が優れる。しかし、角度制限フィルタ１５，３５は、対応する入射開口３１と出射開口３２の位置が揃うように、ガラス基板２６の両面に第１遮光膜２７，第２遮光膜２８をそれぞれ設けなければならないが、遮光膜４２は被写体１１側の１つであり、角度制限フィルタ４１ではこうした遮光膜同士の位置合わせが不要となっている。このため、角度制限フィルタ４１は、第１実施形態の角度制限フィルタ１５，３５よりも、低いコストで、容易に安定して製造することができる。したがって、角度制限フィルタ４１は、イメージセンサ１６への赤外線の入射角度を、実用的な解像度で撮像できる範囲に制限することができる上に、低コストで容易に安定して製造できる。

なお、上述の第２実施形態では、遮光膜４２に設ける開口４３の大きさを、第１実施形態の２つの遮光膜２７，２８に設ける開口３１，３２の大きさの中間の大きさとしたが、開口４３の大きさはこれに限らない。開口４３の大きさは、撮像に必要な解像度や光量、イメージセンサ１６の感度等に応じて定めることが好ましく、第１実施形態の密着型スキャナ１０と同じイメージセンサ１６を同じ条件で用いる場合には、上述のように開口３１，３２の大きさの中間の大きさとすることが好ましい。

なお、上述の第２実施形態では、ガラス基板２６の被写体１１表面に遮光膜４２及び入射角依存性反射膜２９を設け、他方のイメージセンサ１６側表面には遮光膜等を設けない例を説明したが、遮光膜４２や入射角依存性反射膜２９を設ける表面は被写体１１側に限らず、遮光膜４２及び入射角依存性反射膜２９をイメージセンサ１６表面に設け、被写体１１側表面に遮光膜等を設けない構成としても良い。但し、ガラス基板２６のイメージセンサ１６側表面にだけ遮光膜４２及び入射角依存性反射膜２９を設ける場合よりも、ガラス基板２６の被写体１１側表面にだけ遮光膜４２及び入射角依存性反射膜２９を設ける場合の方が、被写体１１からイメージセンサ１６への赤外線の入射角度を良好に制限することができる。このため、ガラス基板２６の一方の面にだけ遮光膜を設ける場合には、上述の第２実施形態の角度制限フィルタ４１のように被写体１１側に遮光膜４２及入射角依存性反射膜２９を設けることが好ましい。

なお、上述の第２実施形態では、被写体１１側の表面に遮光膜４２及び入射角依存性反射膜２９を設け、他方のイメージセンサ１６側表面には遮光膜等を設けない例を説明したが、このようにガラス基板２６の一方の面にだけ遮光膜４２等を設けると、角度制限フィルタ４１に反りが生じてしまうことがある。このため、ガラス基板２６の一方の表面に遮光膜４２を設け、他方の表面に入射角依存性反射膜２９を設ける等、ガラス基板２６の両面に光学的な機能を持つ薄膜等を設けることにより角度制限フィルタ４１の反りを防止することが好ましい。

例えば、図１０（Ａ）に示す角度制限フィルタ４６のように、ガラス基板２６の被写体１１側表面には遮光膜４２だけを設け、イメージセンサ１６側表面に入射角依存性反射膜２９を設けるようにすることで、角度制限フィルタの反りを低減させるようにしても良い。また、このようにガラス基板２６の両面に、入射角依存性反射膜２９と遮光膜４２を分けて設けるときには、角度制限フィルタ４６とは逆に、ガラス基板２６の被写体１１側表面に入射角依存性反射膜２９を設け、イメージセンサ１６側表面に遮光膜４２を設けるようにしても良い。

また、例えば、図１０（Ｂ）に示す角度制限フィルタ４７のように、ガラス基板２６の両面に入射角依存性反射膜２９を設けることで、角度制限フィルタの反りを低減させても良い。さらに、ここでは被写体１１側に遮光膜４２が設けられた角度制限フィルタ４７を例にしたが、イメージセンサ１６側に遮光膜４２を設ける場合にも同様に、ガラス基板２６の両面に入射角依存性反射膜２９を設けることにより、角度制限フィルタの反りを低減させても良い。

さらに、例えば、上述の第２実施形態の角度制限フィルタ４１のように、ガラス基板２６の一方の表面に、遮光膜４２と入射角依存性反射膜２９を設けておき、他方の表面に、バンドパスフィルタ１４として機能する光学薄膜を設けることによって、角度制限フィルタの反りを低減させるようにしても良い。こうして、バンドパスフィルタ１４として機能する光学薄膜を、角度制限フィルタ４１と一体に設ける場合には、角度制限フィルタの反りが低減されるだけでなく、密着型スキャナの部品点数を削減することができる。これにより、密着型スキャナは、さらに薄型にかつ安価に構成することができる。

なお、前述の第１実施形態の角度制限フィルタ１５，３５，３６，３７，３８についても、角度制限フィルタの反りを抑えるために、上述のように入射角依存性反射膜２９をガラス基板２６の両面にそれぞれ設けたり、部品点数の削減や低コスト化のために、バンドパスフィルタ１４として機能する光学薄膜５７を設けて角度制限フィルタ１５，３５とバンドパスフィルタ１４を一体化しても良い。

なお、上述の第２実施形態では、ガラス基板２６上に遮光膜４２を設け、その上に入射角依存性反射膜２９を設ける例を説明したが、遮光膜４２と入射角依存性反射膜２９の配置順序はこれに限らない。ガラス基板２６の一方の表面に遮光膜４２と入射角依存性反射膜２９をともに設けるときには、例えば、図１１に示す角度制限フィルタ４８のように、ガラス基板２６側から入射角依存性反射膜２９，遮光膜４２の順に配置されるようにしても良い。また、ここでは被写体１１側表面に入射角依存性反射膜２９，遮光膜４２が設けられた角度制限フィルタ４８を例に説明したが、イメージセンサ１６側に入射角依存性反射膜２９，遮光膜４２を設ける場合にも同様に、ガラス基板２６側から入射角依存性反射膜２９，遮光膜４２の順に配置しても良い。さらに、前述の角度制限フィルタ４７（図１０Ｂ）のように、ガラス基板２６の両面に入射角依存性反射膜２９を設ける場合にも、ガラス基板２６側から遮光膜４２，入射角依存性反射膜２９の順に配置されている必要はなく、ガラス基板２６側から入射角依存性反射膜２９，遮光膜４２の順に配置されるようにしても良い。

なお、上述の第１実施形態及び第２実施形態の角度制限フィルタでは、出射させる光の入射角度を約１８度以内の角度に制限する入射角依存性反射膜２９を備えるが、角度制限フィルタから出射させる光の入射角度は入射角依存性反射膜２９の材料や層構造を調節することで任意に調節することができる。また、上述の第１実施形態及び第２実施形態では、波長８５０ｎｍの赤外線に対して機能する角度制限フィルタを例に説明するが、入射角依存性反射膜２９の材料と層構造を調節することで、他の任意の波長に対して機能する角度制限フィルタとすることができる。また、上述の実施形態では、波長８５０ｎｍの単一の波長について機能するように入射角依存性反射膜２９は構成されるが、これに限らず、層構造や材料を調節することで、複数の波長の光に対して、所定の幅を持った波長域の光に対して、略垂直に入射する光を透過し、斜めに入射する光を反射するように入射角依存性反射膜２９を構成しても良い。

なお、上述の第１実施形態及び第２実施形態では、入射開口３１，出射開口３２，開口４３は、個々の画素１７に対応して設けられているが、これに限らず、撮像領域を複数の画素からなる領域に区画してイメージセンサ１６を用いる場合には、こうした区画に対応させて、入射開口３１，出射開口３２，開口４３を設けるようにしても良い。また、上述の第１実施形態及び第２実施形態では、入射開口３１，出射開口３２，開口４３の形状を円形とするが、これに限らず、正方形等の他の形状としても良い。さらに、上述の第１実施形態及び第２実施形態では、入射開口３１，出射開口３２，開口４３は２次元に配列されているが、これに限らず、長方形を１次元的に配列したスリット状に入射開口３１，出射開口３２，開口４３を設けても良い。

また、上述の第１実施形態及び第２実施形態では、イメージセンサ１６への入射光１８を垂直入射光１９に制限するために、入射開口３１と出射開口３２の中心位置を一致させるように設けるが、これに限らず、入射開口３１と出射開口３２の中心位置をずらして設け、斜めに入射する入射光１８を角度制限フィルタ１５から出射するようにしても良い。この場合には、入射角依存性反射膜２９の特性を、角度制限フィルタ１５から出射させる光の角度に応じて、層構造や材料を調節する必要がある。

なお、上述の第１実施形態及び第２実施形態では、イメージセンサ１６をＣＣＤとするが、これに限らず、ＣＭＯＳ等の他のイメージセンサに対しても角度制限フィルタを好適に用いることができる。

なお、上述の第１実施形態及び第２実施形態では、角度制限フィルタの基板としてガラス基板２６を用いるが、薄いガラス基板２６を用いる場合には、光学的な機能に影響を与えないような微細な研磨痕が原因となり、割れやすくなってしまう。このため、角度制限フィルタの厚みを抑えるために薄いガラス基板２６を用いるときには、表面を研磨していない非研磨ガラス基板を用いることが好ましい。角度制限フィルタに用いる薄い非研磨ガラス基板は、熔解した硝材を熔融金属上に流し浮かべるフロート式の製板方法で製造されたものであることが特に好ましく、プレス成形によって製造されたものであっても良い。また、研磨痕を原因とする割れが生じない程度の厚みを持ったガラス基板２６を用いて角度制限フィルタを製造するときには、非研磨ガラス基板だけでなく、表面を研磨したガラス基板を用いても良い。

なお、上述の第１実施形態及び第２実施形態の角度制限フィルタで、迷光を防止するためには、第１遮光膜２７，第２遮光膜２８，遮光膜４２の特性が、角度制限フィルタに入射される全ての波長の光に対して、反射率及び透過率が５％以下となっていることが好ましい。

なお、上述の第１実施形態及び第２実施形態では、第１遮光膜２７，第２遮光膜２８，遮光膜４２は、赤外線を含め入射した光を全て吸収し、反射及び透過しないが、これに限らず、第１遮光膜２７，第２遮光膜２８，遮光膜４２は、少なくとも撮像に利用する波長の光を透過させない膜質であれば良い。例えば、第１遮光膜２７，第２遮光膜２８，遮光膜４２を、入射する全ての波長の光を反射する反射膜としても良い。また、上述の第１実施形態では、第１遮光膜２７と第２遮光膜２８はともに吸収膜であるが、第１遮光膜２７と第２遮光膜２８を同じ膜質とする必要はなく、一方を吸収膜、他方を反射膜としても良い。このように、第１遮光膜２７や第２遮光膜２８を反射膜とする場合には、入射開口３１を通ってガラス基板２６に進入した光のうち、ガラス基板２６の内面で反射された光をも再度反射して、迷光が生じるので、上述の実施形態のように第１遮光膜２７及び第２遮光膜２８は吸収膜となっていることが好ましい。

なお、上述の第１実施形態及び第２実施形態では、入射角依存性反射膜２９は、約１８度よりも大きな入射角度に対して略０％の透過率となっているが、これに限らず、入射光が全反射されるようになる臨界角よりも大きな入射角を考慮せずに、入射角依存性反射膜２９の材料や層構造を調節して良い。

なお、本明細書中で、略垂直及び垂直とは、単に角度制限フィルタ１５，３５，３６，３７，３８，４１，４６，４７，４８の表面に垂直な角度に近いことを意味するのではなく、入射開口３１と出射開口３２の径の比率（第１実施形態の角度制限フィルタ１５，３５の場合）、ガラス基板２６の厚さ、入射開口３１，出射開口３２，開口４３，画素１７の大きさや配列間隔、入射角依存性反射膜２９の透過率が急峻に変化する入射角度等に基づいて定まる角度範囲を意味するものである。特に、第１実施形態の角度制限フィルタ１５，３５では隣接する入射開口３１からの光が出射開口３２を透過しない入射角度の範囲を意味する。したがって、第１実施形態の角度制限フィルタ１５，３５では、隣接する入射開口３１からの光が出射開口３２を透過しない角度、第２実施形態の角度制限フィルタ４１では必要な解像度で撮像することができる角度であれば、入射角度の絶対値によらず、略垂直（垂直）に含まれるものとする。

なお、上述の第１実施形態及び第２実施形態実施形態では、第２遮光膜２８，遮光膜４２のうえに、第２遮光膜２８，遮光膜４２の全体を覆うように入射角依存性反射膜２９を設けるが、これに限らず、入射角依存性反射膜２９は、第２遮光膜２８，遮光膜４２の全面を覆うように設けられている必要はなく、少なくとも出射開口３２，開口４３を覆うように設けられていれば良い。また、このことは、第１実施形態の角度制限フィルタ３５のように、第１遮光膜２７上に入射角依存性反射膜２９を設ける場合も同様である。

なお、上述の第１実施形態では、ガラス基板２６上に設けられた第２遮光膜２８のうえに、さらに入射角依存性反射膜２９を設けるが、第２遮光膜２８と入射角依存性反射膜２９の順序はこれに限らず、ガラス基板２６側から、入射角依存性反射膜２９、第２遮光膜２８の順に設けても良い。但し、このように入射角依存性反射膜２９と第２遮光膜２８との積層順序を入れ替え、第２遮光膜２８よりもガラス基板２６側に入射角依存性反射膜２９を設ける場合には、ガラス基板２６内面で反射された光が、第２遮光膜２８に到達し難く、第２遮光膜２８に吸収され難くなる。このためガラス基板２６内面で反射された光が迷光となってしまうおそれがある。したがって、上述の実施形態のように、ガラス基板２６側から、第２遮光膜２８、入射角依存性反射膜２９の順に設けられていることが特に好ましい。このことは、第１遮光膜２７上に入射角依存性反射膜２９を設ける場合や、第２実施形態の角度制限フィルタ４１の場合も同様である。

なお、上述の第１実施形態及び第２実施形態では、被写体１１からの反射光で撮像する密着型スキャナ１０を例に説明するが、これに限らず、被写体１１を外部から照明し、被写体１１を透過した光で撮像する密着型スキャナに対しても本発明を好適に用いることができる。

なお、上述の第１実施形態及び第２実施形態では、イメージセンサ１６がＣＣＤ型のエリアイメージセンサを例として説明するが、これに限らず、ラインイメージセンサであっても良く、また、ＣＭＯＳ等の他の周知の機構の撮像素子を用いても良い。

１０ 密着型スキャナ
１１ 被写体
１３ ＬＥＤ
１４ バンドパスフィルタ
１５，３５，３６，３７，３８，４１，４６，４７，４８ 角度制限フィルタ（撮像フィルタ）
１６ イメージセンサ
１７ 画素
１８ 入射光
１９ 垂直入射光
２１ 遮光エリア
２２ 通光エリア
２６ ガラス基板
２７ 第１遮光膜
２８ 第２遮光膜
２９ 入射角依存性反射膜
３１ 入射開口
３２ 出射開口
４２ 遮光膜
４３ 開口

Claims (5)

1. 透明な基板と、
   前記基板の被写体側表面に設けられ、一定の大きさを有する複数の開口が一定の間隔で形成され、前記開口以外の部分に入射する光を吸収する吸収膜と、
   前記基板のイメージセンサ側表面に設けられ、多層の誘電体薄膜からなり、垂直に入射する所定波長の光を透過し、斜めに入射する前記所定波長の光を反射する入射角依存性反射膜と、を備え、
   前記吸収膜の前記開口によってイメージセンサへの光の入射角度を制限し、さらに前記開口を通って基板に進入した光のうち斜めに入射した光を前記入射角依存性反射膜によって反射して前記吸収膜で吸収することを特徴とする撮像フィルタ。
2. 多層の誘電体薄膜からなり、垂直に入射する前記所定波長の光を透過し、斜めに入射する前記所定波長の光を反射する第２の入射角依存性反射膜を、前記基板の被写体側表面側にさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の撮像フィルタ。
3. 前記吸収膜の前記開口とそれぞれ中心が一致し、前記吸収膜の前記開口よりも径が小さい開口が形成された第２の吸収膜を、前記基板のイメージセンサ側表面にさらに備えたことを特徴とする請求項１または２記載の撮像フィルタ。
4. 前記入射角依存性反射膜は、略垂直に入射する赤外線を透過し、斜めに入射する赤外線を反射する赤外線カットフィルタ膜であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の撮像フィルタ。
5. 前記基板が非研磨ガラス基板であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮像フィルタ。

Images