WO2008004570A1 - Filtre passe-bas optique, appareil photographique, dispositif de formation d'image et procédé de fabrication d'un filtre passe-bas optique - Google Patents

Filtre passe-bas optique, appareil photographique, dispositif de formation d'image et procédé de fabrication d'un filtre passe-bas optique

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WO2008004570A1
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liquid crystal
pass filter
optical low
region
alignment
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PCT/JP2007/063347
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Toru Iwane
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Nikon Corporation
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    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/42—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect
    • G02B27/46—Systems using spatial filters
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
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    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1337—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers
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    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14621—Colour filter arrangements

Definitions

  • the present invention relates to an optical low-pass filter using liquid crystal, a camera imaging device including the optical low-pass filter, and a method for manufacturing the optical low-pass filter.
  • an optical low-pass filter In an electronic camera that takes an image using an image sensor, an optical low-pass filter is generally used to prevent the generation of moire fringes.
  • an optical low-pass filter there is known an optical low-pass filter that performs image separation using the diffraction action of a phase-type diffraction grating in which an uneven relief surface is formed on the surface of a transparent substrate (Patent Document). 1).
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 6-148572
  • the optical Rhono filter having a liquid crystal substrate having a liquid crystal layer has a first liquid crystal portion in which the liquid crystal is aligned along the first direction, and the liquid crystal is in the first direction. And a second liquid crystal portion aligned along different second directions, and the first liquid crystal portion and the second liquid crystal portion are alternately and repeatedly arranged on the liquid crystal substrate.
  • the liquid crystal may include uniaxial refractive index ellipsoidal liquid crystal molecules.
  • the phases of the linearly polarized light transmitted through the first liquid crystal part and the second liquid crystal part are preferably shifted from each other by approximately half a wavelength. Good.
  • the optical low-pass filter in the optical low-pass filter according to any one of the first to third aspects, is arranged so that the alignment directions of the first liquid crystal parts or the second liquid crystal parts are orthogonal to each other. You can place multiple stacks.
  • the first liquid crystal section has the liquid crystal aligned in a first direction parallel to the direction in which the liquid crystal layer extends.
  • the liquid crystal is aligned in a second direction perpendicular to the first direction in the direction in which the liquid crystal layer extends.
  • the liquid crystal layer extends between the first liquid crystal part and the second liquid crystal part. It is preferable to be arranged repeatedly along the existing direction.
  • the liquid crystal is optically uniaxial crystal, and the thickness of the liquid crystal layer is equal to the ordinary refractive index of the uniaxial crystal. It may be determined based on the difference from the extraordinary refractive index and the wavelength of the incident light beam!
  • the portion in which the liquid crystal is aligned in the first direction and the portion in which the liquid crystal is aligned in the second direction are alternately and repeatedly arranged. It is preferable to form a liquid crystal layer on the film.
  • the liquid crystal layer may include a nematic liquid crystal sandwiched between a pair of substrates on which electrodes are formed. Good.
  • the optical low-pass filter according to the eighth aspect may further include a control circuit that controls an applied voltage to the electrode.
  • the ratio of the widths of the alternately arranged liquid crystal portions is set to change sinusoidally. May be.
  • An imaging device includes the optical aperture single-pass filter according to any one of the first to tenth aspects and a light receiving element that receives imaging light via the optical low-pass filter.
  • the pitch between different liquid crystal units adjacent to each other on the liquid crystal substrate, the distance between the optical low-pass filter and the light receiving element, and The pixel pitch force of the optical element may be set according to the required separation width.
  • a plurality of optical aperture single-pass filters may be provided for each of linearly polarized light orthogonal to each other.
  • a camera according to a fourteenth aspect of the present invention includes the optical low-pass filter according to any one of the first to tenth aspects and an image sensor that receives subject light via the optical low-pass filter.
  • a plurality of optical low-pass filters may be provided for each of linearly polarized light orthogonal to each other.
  • a first liquid crystal part and a second liquid crystal part having different liquid crystal alignment directions are alternately and repeatedly arranged on a liquid crystal substrate having a liquid crystal layer. .
  • the uniaxial refractive index ellipsoidal liquid crystal molecules contained in the ultraviolet curable liquid crystal are brought into the first alignment state and the first alignment is performed.
  • a first step of forming a liquid crystal portion a second step of irradiating the ultraviolet curable liquid crystal with ultraviolet rays using a mask that partially transmits ultraviolet rays to form a cured region and an uncured region, and uncured
  • one of the first and second alignment states is such that the liquid crystal molecules in the region are aligned in any direction. Even in a non-oriented state.
  • a mask in which a UV light transmitting portion and a light shielding portion are arranged in a checkered pattern or You can irradiate with UV light using a gradient mask whose UV transmittance gradually changes along the mask surface.
  • the first step of forming a photo-alignment agent on the substrate, the first liquid crystal part, and the second liquid crystal part is exposed through a mask in which regions having different transmittances are alternately provided.
  • the second step, the third step of exposing the region not exposed in the second step of the photo-alignment agent, and the fourth step of forming a liquid crystal layer on the photo-alignment agent may be included. .
  • FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a camera according to the present invention, and shows a schematic configuration of the camera.
  • FIG. 2 (a) is a plan view schematically showing the structure of a liquid crystal film 40 constituting the optical low-pass filter 4, and FIG. 2 (b) is a cross-sectional view taken along line AA.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a refractive index ellipsoid.
  • FIG. 4 (a) is a diagram for explaining separation of light beams by an optical low-pass filter
  • FIG. 4 (b) is a diagram showing the relationship between the arrangement of each region and the light beam separation direction.
  • FIGS. 5 (a) to 5 (d) are diagrams for explaining a method for producing a liquid crystal film, and FIGS. 5 (a) to 5 (c) show the first to third steps.
  • Figure 5 (d) is a plan view of the mask.
  • FIGS. 6 (a) to 6 (c) are diagrams for explaining a method for producing a liquid crystal film
  • FIG. 6 (a) shows a liquid crystal layer after the third step
  • FIG. 6 (b) Shows the fourth step
  • FIG. 6 (c) shows the liquid crystal layer after the fourth step.
  • FIG. 7 (a) is a diagram for explaining the transmittance distribution of a gradation mask
  • FIG. 7 (b) is a diagram showing another example of an optical low-pass filter.
  • FIG. 8 (a) is a plan view schematically showing the structure of the liquid crystal film
  • FIG. 8 (b) is a cross-sectional view taken along the line AA.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a refractive index ellipsoid.
  • FIG. 10 (a) is a diagram for explaining the separation of the light flux by the optical low-pass filter 4.
  • FIG. 10 (a) is a diagram for explaining the separation of the light flux by the optical low-pass filter 4.
  • 0 (b) is a diagram showing the relationship between the arrangement of each region and the light beam separation direction.
  • FIGS. 11 (a) to 11 (c) are diagrams for explaining a method for producing a liquid crystal film.
  • FIGS. 12 (a) to 12 (c) are diagrams for explaining a method for producing a liquid crystal film
  • FIG. 12 (a) is a plan view of a photo-alignment film
  • FIG. 12 (b) is a third view
  • FIG. 12C is a cross-sectional view for explaining the process
  • FIG. 12C is a plan view of the photo-alignment film after the ultraviolet irradiation.
  • FIGS. 13 (a) and 13 (b) are diagrams for explaining a method for producing a liquid crystal film
  • FIG. 13 (a) is a sectional view for explaining the fourth step
  • FIG. It is sectional drawing.
  • FIG. 14 is a diagram showing photo-alignment by oblique incidence of ultraviolet rays.
  • FIGS. 15 (a) and 15 (b) are diagrams for explaining the first modified example, FIG. 15 (a) shows a state where the low-pass function is on, and FIG. 15 (b) shows that the low-pass function is off. Shows the state.
  • FIGS. 16 (a) and 16 (b) are diagrams for explaining a second modification, showing the arrangement pattern of each region.
  • Figs. 17 (a) and 17 (b) are diagrams for explaining a sinusoidal arrangement pattern.
  • Fig. 17 (a) shows a sine curve
  • Fig. 17 (b) shows that of Fig. 16 (b). Each part surrounded by a broken line is shown.
  • FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a camera according to the present invention, and shows a schematic configuration of the camera.
  • Reference numeral 1 denotes an image pickup apparatus, which is provided with an image pickup element 2 that forms an object image formed by the taking lens 5.
  • the imaging element 2 is a light receiving element that receives imaging light (subject light).
  • imaging light for example, a CCD imaging element or a CMOS imaging element in which pixels are two-dimensionally arranged is used.
  • 3 is a cover glass for protecting the image pickup device 2, and an optical low-pass filter 4 is attached to the surface of the cover glass 3.
  • FIGS. 2 (a) and 2 (b) are schematic views showing the structure of the liquid crystal film 40 constituting the optical low-pass filter 4, FIG.
  • the optical low-pass filter 4 of the present embodiment uses two liquid crystal films 40 in an overlapping manner.
  • the liquid crystal film 40 uses an ultraviolet curable liquid crystal that is cured by irradiation with ultraviolet rays.
  • the liquid crystal molecules 400 contained in the ultraviolet curable liquid crystal have properties as a uniaxial refractive index ellipsoid.
  • two types of rectangular regions 40a and 40b having different alignment directions of the liquid crystal molecules 400 that is, the alignment direction of the refractive index ellipsoid
  • the alignment direction of the liquid crystal molecules 400 in the region 40a is the X-axis direction and is substantially parallel to the substrate surface (xy plane).
  • the liquid crystal molecules 400 are aligned substantially perpendicular to the substrate surface.
  • the alignment direction of the refractive index ellipsoid is almost the same as the alignment direction of the liquid crystal molecules 400.
  • the liquid crystal film 40 is obtained by aligning liquid crystal molecules 400 in the direction as shown in FIG. 2 (b) and curing the liquid crystal by ultraviolet irradiation.
  • This refractive index ellipsoid has a spheroid shape as shown in FIG. 3, and the diameter in the direction of the rotation axis (X-axis direction) represents the extraordinary refractive index nl, and the direction perpendicular to the rotation axis (y The diameter in the axial direction and z-axis direction represents the ordinary refractive index n2.
  • the major axis of the refractive index ellipsoid faces the direction perpendicular to the substrate (z-axis direction).
  • the refractive index is nl for linearly polarized light oscillating in the x direction, and the refractive index n2 for linearly polarized light oscillating in the y direction.
  • the refractive index n2 is obtained for both linearly polarized light oscillating in the X direction and linearly polarized light oscillating in the y direction. That is, the liquid crystal film 40 is merely a transparent substrate for linearly polarized light that vibrates in the y direction, but has a diffraction grating function for linearly polarized light that vibrates in the X direction.
  • a phase difference of t ⁇ (nl ⁇ n2) occurs between the light that has passed through the region 40a and the light that has passed through the region 40b.
  • t is the liquid crystal film 40 Is the thickness. If this phase difference is set to be half of the wavelength of the light, the 0th-order diffracted light becomes an opening, and the liquid crystal film 40 functions as a low-pass filter by separating the light flux by ⁇ 1st-order diffracted light. Although diffracted light of ⁇ 2nd order or higher is generated but the intensity is very weak, it can be considered as an optical low-pass filter using ⁇ 1st order diffracted light.
  • the regions 40a and 40b are alternately arranged in the force direction and the y direction, so that the light beam is separated into two directions, the X direction and the y direction.
  • the thickness t may be set as shown in the following equation (1).
  • the optical low-pass filter 4 is a laminate of two liquid crystal films 40.
  • the function is exactly the same
  • the pixels of the image sensor 2 are arranged in a matrix in the X direction and the y direction !, and the optical low-pass filter 4 separates the light flux in the pixel arrangement direction. To do. That is, as shown in FIG.
  • the light beam 20 incident on the optical low-pass filter 4 from the photographing lens 5 is separated by the optical low-pass filter 4 into two directions, the X direction and the y direction.
  • the separated luminous flux passes through the cover glass 3 and enters the imaging surface of the imaging device 2.
  • FIG. 4B is a diagram showing the positional relationship of the separated light beams 20A to 20D and the arrangement of the regions 40a and 4 Ob on the imaging surface.
  • the regions 40a and 40b are arranged in the xy direction as shown in FIG. 2 (a)
  • the light beam separation direction is also separated in a cross shape in the xy direction.
  • the pixel array of the image sensor 2 is in the xy direction, in order to position the four separated luminous fluxes at the vertices of the square according to the pixel array, as shown in FIG. It is necessary to dispose the liquid crystal film 40 so that the position of the region 40b with respect to the region 40a is 45 degrees.
  • the separation width h on the imaging surface depends on the optical distance from the optical low-pass filter 4 to the imaging surface so that the force is also divided. Therefore, the repetition pitch d between the region 40a and the region 40b is calculated by the following equation (4).
  • an alignment film (polyimide film or the like) 31 is applied on the flat substrate 30, and the alignment film 31 is rubbed.
  • a rubbing process is performed so that liquid crystal molecules are aligned in the horizontal direction in the figure.
  • the liquid crystal layer 32 is formed by diffusing the ultraviolet curable liquid crystal in a monomer state on the alignment film 31.
  • the liquid crystal molecules 400 in the liquid crystal layer 32 are aligned in the alignment direction of the alignment film 31, and the liquid crystal molecules 400 are aligned so that the major axis is substantially parallel to the substrate surface of the flat substrate 30.
  • the liquid crystal is diffused to a predetermined thickness on the alignment film 31 using an apparatus such as a spin coater.
  • the predetermined thickness is the thickness t of the liquid crystal film 40 described above.
  • the thickness t of the liquid crystal layer 32 is preferably determined based on the difference between the ordinary refractive index and the extraordinary refractive index of the uniaxial crystal and the wavelength of the incident light beam.
  • liquid crystal may be injected between a pair of transparent substrates arranged at a predetermined interval via a spacer.
  • the alignment film 31 is formed on at least one of the transparent substrates.
  • FIG. 5 (d) is a plan view of the mask 33, in which the rectangular ultraviolet ray transmission region 33a and the ultraviolet ray non-transmission region 33b are arranged in a pine pattern.
  • the exposure may be a type in which the mask 33 is adhered to the exposure surface, or a mask image may be projected onto the exposure surface using an optical system.
  • Fig. 6 (a) shows the cured liquid crystal layer 32.
  • the monomer state is cured into a polymer state.
  • the alignment direction of the liquid crystal molecules 400 is fixed in a direction parallel to the substrate.
  • the region 32b opposed to the ultraviolet non-transmitting region 33b the liquid crystal remains in an uncured state.
  • an electric field in a direction perpendicular to the planar substrate 30 is applied to forcibly align the liquid crystal molecules 400 in the uncured region 32b in the vertical direction.
  • the liquid crystal in the region 32b is cured by irradiating with ultraviolet rays, and the orientation direction of the liquid crystal molecules 400 is fixed in the direction perpendicular to the substrate.
  • FIG. A liquid crystal layer 32 including a region 32a having alignment characteristics and a region 32b having alignment characteristics perpendicular to the substrate 30 is formed.
  • a liquid crystal film 40 as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b) is obtained.
  • the regions 32a and 32b of the liquid crystal layer 32 are respectively corresponded to the regions 40a and 40b of the liquid crystal final 40, respectively.
  • the region 32b is brought into an isotropic state after being brought into a high temperature state and then cured by ultraviolet rays. Also good.
  • the planar substrate 30 on which the liquid crystal layer 32 in which the region 32b is uncured is formed is heated and heated using a thermostatic bath or the like and irradiated with ultraviolet rays.
  • Nematic liquid crystals stop being liquid crystals with optical anisotropy above a certain temperature and become like isotropic liquids.
  • the uncured liquid crystal in the region 32b loses its optical characteristics as a liquid crystal at a high temperature and becomes a substance having a predetermined refractive index. Then, the isotropic state in the region 32b is fixed by irradiating with ultraviolet rays. In this case, the region 32a has an alignment characteristic parallel to the substrate, and the region 32b has no alignment characteristic.
  • the ultraviolet ray transmission power as shown in Fig. 7 (a) is shown in Fig. 7 (a).
  • the ultraviolet transmittance changes like a sine curve.
  • the intensity of the UV light irradiated onto the substrate also changes gradually with the change in position, and the mixing ratio of the uncured region decreases as the UV intensity decreases. Will gradually increase. As a result, the optical performance is improved.
  • An optical low-pass filter 4 composed of a liquid crystal substrate (liquid crystal film 40) containing liquid crystal molecules of a uniaxial refractive index ellipsoid, wherein the first orientation directions of the refractive index ellipsoid are different from each other.
  • the region 40a and the second region 40b are alternately and repeatedly arranged.
  • the liquid crystal film 40 according to the first embodiment a liquid crystal layer having a uniform thickness is formed, and the regions 40a and 40b are formed by ultraviolet irradiation. Therefore, the liquid crystal film 40 can be easily manufactured and the cost can be reduced. Can do.
  • the zero-order light intensity can be made substantially zero by shifting the optical path of the first region 40a and the optical path of the second region 40b with respect to linearly polarized light by approximately half a wavelength. Further, by arranging a plurality of liquid crystal films 40 so that the alignment directions of the first regions or the second regions are orthogonal to each other, they function as an optical low-pass filter regardless of the polarization direction.
  • the first step of bringing the liquid crystal molecules 400 of the uniaxial refractive index ellipsoid contained in the ultraviolet curable liquid crystal into the first alignment state and the ultraviolet curable liquid crystal partially A second step of forming a cured region 32a and an uncured region 32b by irradiating the substrate with ultraviolet rays using a mask 33 that transmits ultraviolet rays, and bringing the liquid crystal molecules 400 in the uncured region 32b into a second alignment state.
  • an optical low-pass filter using an ultraviolet curable liquid crystal can be obtained by having the third step of curing the uncured region 32b by ultraviolet irradiation.
  • one of the first and second alignment states may be an unaligned state in which the liquid crystal molecules 400 in the region are aligned in an arbitrary direction.
  • a mask 33 in which the ultraviolet light transmitting portion 33a and the light shielding portion 33b are arranged in a pinecone pattern, or a gradation mask in which the ultraviolet light transmittance gradually changes along the mask surface is used. You may make it.
  • a camera including the optical low-pass filter and an image sensor that receives subject light through the optical low-pass filter, and a light-receiving element that receives image light through the optical low-pass filter and the optical low-pass filter.
  • the pitch between adjacent different regions of the liquid crystal substrate may be set according to the distance between the optical low-pass filter and the image pickup element and the separation width required for the pixel pitch force of the image pickup element.
  • the force is obtained by separating the luminous fluxes in the two directions of X and y by arranging the regions 40a and 40b alternately in the x and y directions. As shown in FIG. 5, the linear regions 40a and 40b may be alternately arranged only in one of the X direction and the y direction to separate the luminous flux in one direction.
  • two liquid crystal layers may be directly formed on the surface of the cover glass 3. That is, a liquid crystal layer having a predetermined thickness is formed on the cover glass 3 with a spin coater to form a liquid crystal layer 32 as shown in FIG. 6 (c).
  • a liquid crystal layer is formed on the liquid crystal layer 32 by a spin coater, and the second liquid crystal layer 32 is formed so that the alignment direction of the region 32 a is orthogonal to the alignment direction of the region 32 a of the lower liquid crystal layer 32.
  • FIGS. 8A and 8B are schematic views showing the structure of the liquid crystal film 40 ′ constituting the optical low-pass filter 4 used in the camera shown in FIG. 1, and FIG. 8A is a plan view.
  • Fig. 8 (b) is an AA sectional view.
  • the liquid crystal film 40 ′ uses an ultraviolet curable liquid crystal that is cured by irradiation with ultraviolet rays.
  • the liquid crystal molecules 400 contained in the liquid crystal have properties as a uniaxial refractive index ellipsoid.
  • liquid crystal film 40 ′ two types of rectangular regions 40a and 40b having different alignment directions of the liquid crystal molecules 400 (that is, the alignment direction of the refractive index ellipsoid) are arranged in a pinecone pattern that is alternately repeated in the X direction and the y direction. Being sung.
  • the alignment direction of the liquid crystal molecules 400 in the region 40a is the X-axis direction and is substantially parallel to the substrate surface (xy plane).
  • the liquid crystal molecules 400 in the region 40b are oriented in the y-axis direction and are substantially parallel to the substrate surface. Note that here, the liquid crystal molecules 400 are in a homogeneous alignment so as to be parallel to the substrate surface, but even if the liquid crystal molecules 400 are slightly tilted in the vertical direction, there is no problem.
  • the alignment direction of the refractive index ellipsoid is almost the same as the alignment direction of the liquid crystal molecules 400.
  • the liquid crystal film 40 ′ is obtained by aligning the liquid crystal molecules 400 in the direction shown in FIG. 8 (b) and curing the liquid crystal by ultraviolet irradiation.
  • This refractive index ellipsoid has a spheroid shape as shown in FIG. 9, and the diameter in the direction of the rotation axis (X-axis direction) represents the extraordinary refractive index nl, and the direction perpendicular to the rotation axis (y The diameter in the axial direction and z-axis direction represents the ordinary refractive index n2.
  • the region 40a When light having z-direction force is incident on the liquid crystal film 40, the region 40a has a refractive index nl for linearly polarized light oscillating in the x direction and linear polarization oscillating in the y direction.
  • the refractive index is n2.
  • the refractive index is nl for linearly polarized light oscillating in the y direction, and the refractive index n2 for linearly polarized light oscillating in the X direction.
  • the diffractive action works in the same way for two orthogonal polarizations of incident light. That is, the liquid crystal film 40 related to the polarization direction of incident light functions as a diffraction grating.
  • a phase difference of t ′ (nl ⁇ n2) is generated between the light that has passed through the region 40a and the light that has passed through the region 40b.
  • t is the thickness of the liquid crystal film 40. If the phase difference is set to be half the wavelength of the light as shown in the following equation (5), the 0th-order diffracted light becomes zero, and the liquid crystal film 40 functions as a low-pass filter by separating the light flux by ⁇ 1st-order diffracted light. Will be. In equation (5),! /, K is a natural number 0, 1, 2, 3, 4,.
  • diffracted light of ⁇ 2nd order or higher is also generated but the intensity is very weak, it can be considered as an optical low-pass filter using ⁇ 1st order diffracted light.
  • the regions 40a and 40b are alternately arranged in the X direction and the y direction, the light flux is separated into two directions, the X direction and the y direction.
  • the separation width of the light beam by the optical low-pass filter 4 (that is, the liquid crystal film 40 ′) will be described with reference to FIGS. 10 (a) and 10 (b).
  • the optical low-pass filter 4 separates the light flux in the pixel arrangement direction. That is, the light beam 20 incident on the optical low-pass filter 4 from the photographing lens 5 is separated by the optical low-pass filter 4 into two directions, the X direction and the y direction.
  • the separated luminous flux passes through the cover glass 3 and enters the imaging surface of the imaging device 2.
  • FIG. 10 (b) shows the positional relationship of the separated light beams 20A to 20D and the region 40a, It is a figure which shows arrangement
  • the regions 40a and 40b are arranged in the xy direction as shown in FIG. 8 (a)
  • the light beam separation direction is also separated in a cross shape in the xy direction.
  • the pixel array of the image sensor 2 is in the xy direction, in order to position the four separated light fluxes at the vertices of the square according to the pixel array, as shown in FIG. 10 (b).
  • the length d is determined by the separation angle ⁇ required for the optical low-pass filter 4 (see FIG. 10A). There is a relationship of the following equation (6) between d and separation angle ⁇ . Then, a design method is adopted in which the pixel pitch p of the image sensor 2 is set to the Nyquist frequency of the optical low-pass filter 4.
  • Equation (6) becomes Equation (8).
  • the pixel pitch ⁇ 2 / ⁇
  • the interval L lmm
  • the thickness of the cover glass 3 t2 0.5 mm
  • h 22 and the region 40a
  • the repetitive pitch with the region 40b that is, the length d of one side of the square regions 40a, 40b is d ⁇ O.477 mm. That is, the repetition pitch p between the regions 40a and 40b is set according to the distance between the optical low-pass filter 4 and the image sensor 2 and the separation width required from the pixel pitch p of the image sensor 2.
  • the regions 40a and 40b in which the alignment directions in the plane of the liquid crystal molecules 400 are orthogonal to each other are alternately arranged in a pine pattern on the same liquid crystal layer. did. Therefore, for example, it is possible to prevent the grid pattern from being reflected on the imaging surface, which is generated by an optical low-pass filter using an uneven relief type.
  • a film of a light directing agent having a photoreactive functional group and having a photoreactive functional group (hereinafter referred to as a photo-alignment film) 31 is formed on the flat substrate 30.
  • a photo-alignment film 31 is formed on the flat substrate 30.
  • the photo-alignment molecules 310 of the photo-alignment film 31 are oriented in a random direction.
  • the photo-alignment film 31 is exposed by polarized ultraviolet rays using the mask 32 to align the photo-alignment molecules 310.
  • FIG. 11 (c) is a plan view of the mask 32, in which square ultraviolet ray transmission regions 32a and ultraviolet ray opaque regions 32b are arranged in a pine pattern. Therefore, only the region corresponding to the transmission region 32a in the photo-alignment film 31 is irradiated with polarized ultraviolet rays. In the region irradiated with polarized ultraviolet rays, an anisotropic chemical reaction is caused in the photo-alignment molecules 310 in the photo-alignment film 31.
  • FIG. 12 (a) is a plan view of the photo-alignment film 31 and schematically shows the state of the photo-alignment molecules 310 after the ultraviolet irradiation.
  • the region 31a is a region irradiated with ultraviolet rays, and the photo-alignment molecule 310 is oriented in the polarization direction of the ultraviolet rays.
  • the photo-alignment molecules 310 in the region 31b that are shielded by the non-transmission region 32b and are not irradiated with ultraviolet rays remain randomly oriented.
  • FIG. 12B is a cross-sectional view illustrating the third step.
  • UV exposure is performed using the mask 32.
  • the mask 32 ′ is a mask in which the transmission region 32a is opposed to the region 31b of the photo-alignment film 310 and the non-transmission region 32b is opposed to the region 31a of the photo-alignment film 310, and the mask 32 ′ illustrated in FIG. It is a complementary mask. Therefore, the mask 32 can be used as a substitute by shifting the mask 32.
  • FIG. 12 (c) shows the photo-alignment film 31 after ultraviolet irradiation, and the region 31b is irradiated with ultraviolet rays polarized in the vertical direction in the figure.
  • the photo-alignment molecules 310 in the region 31b are aligned in the vertical direction in the figure.
  • FIG. 13 (a) is a diagram for explaining the fourth step.
  • the ultraviolet curable liquid crystal in a monomer state is diffused into a film shape on the photo-alignment film 31 to form the liquid crystal layer 41, and the liquid crystal layer 41 is cured by irradiating the ultraviolet rays.
  • the photo-alignment molecules 310 of the photo-alignment film 31 are aligned in the horizontal direction in the drawing in the region 31a, and are aligned in the direction perpendicular to the paper surface in the region 3 lb.
  • the liquid crystal molecules 400 of the liquid crystal layer 41 are aligned in the alignment direction of the photo-alignment molecules 310 of the photo-alignment film 31, the liquid crystal molecules 400 are aligned in the horizontal direction in the drawing in the region 40a on the region 3 la.
  • the region 4 lb of liquid crystal molecules 400 located on 31 b is aligned in a direction perpendicular to the plane of the paper.
  • the liquid crystal is diffused to a predetermined thickness on the alignment film 31 using an apparatus such as a spin coater.
  • the predetermined thickness is the thickness t2 of the liquid crystal film 40 ′ described above.
  • the ultraviolet exposure may be a type of exposure in which the masks 32 and 32 'are in close contact with the exposure surface, or a type in which an optical system is used to project a mask image onto the exposure surface.
  • the photo-alignment molecules 310 of the photo-alignment film 31 are aligned in a predetermined direction by linearly polarized ultraviolet rays.
  • the same photo-alignment can be performed by obliquely making ultraviolet rays incident on the photo-alignment film 31 as shown in FIG.
  • the photo-alignment film 31 for example, a film of a low molecular azo dye derivative is used. Ultraviolet rays are incident obliquely at one corner of the Brewster.
  • the liquid crystal film 40 ′ is formed by curing the ultraviolet curable liquid crystal, and the spacer is used as an optical low-pass filter 4 like a normal liquid crystal panel.
  • the liquid crystal may be injected between a pair of transparent substrates arranged at predetermined intervals.
  • the photo-alignment film 31 is previously formed on the transparent substrate and is aligned as shown in FIG. 12 (c).
  • the liquid crystal used may be an ultraviolet curable liquid crystal or a normal nematic liquid crystal.
  • the low pass function may be turned on / off with a configuration as shown in Figs. 15 (a) and 15 (b). Fig.
  • Electrodes 52 are formed on the surface of the transparent substrate 51 such as a glass substrate by a transparent conductive film such as ITO (tin-doped indium oxide).
  • the above-described photo-alignment film 31 is formed on the electrode 52 of any one of the transparent substrates 51.
  • the photo-alignment film 31 is photo-aligned as shown in FIG. 12 (c), and regions 31a and 31b whose alignment directions are orthogonal to each other are formed.
  • the orientation direction is the horizontal direction in the figure for the region 31a, and the direction perpendicular to the paper surface for the region 31b.
  • These transparent substrates 51 are arranged at predetermined intervals, and a nematic liquid crystal is injected into the gap to form a liquid crystal layer 50.
  • the drive control unit 60 controls on / off of the low-pass function of the optical low-pass filter 4 by controlling the voltage applied to the electrode 52.
  • FIG. 15 (a) shows a case where the low pass function is turned on. This is a state in which the potential difference between the electrodes 52 is controlled to be zero, for example, when the applied voltage is zero.
  • the liquid crystal molecules 500 are aligned by the photo-alignment film 31, and are aligned in the horizontal direction in the drawing in the region 50 facing the region 3la, and in the direction perpendicular to the paper surface in the portion facing the region 31b.
  • the liquid crystal layer 50 operates as a diffraction grating.
  • FIG. 15B shows a case where the low-pass function is turned off, and the drive control unit 60 controls the applied voltage so that a potential difference is generated between the electrodes 52.
  • the drive control unit 60 controls the applied voltage so that a potential difference is generated between the electrodes 52.
  • an electric field is generated in the liquid crystal layer 50 in the substrate vertical direction (the vertical direction in the drawing), and the liquid crystal molecules 500 in the regions 50a and 50b are aligned in the substrate vertical direction.
  • the diffraction function of the liquid crystal layer 50 disappears.
  • the function as the low-pass filter can be turned on and off. For this reason, for example, if you want to shoot an image with a higher resolution than moiré prevention, you can flexibly respond to the subject and your shooting intent by shooting with the low-pass function turned off as shown in Fig. 15 (b). It becomes possible to do.
  • regions 40a and 40b with side length d were arranged in a pinecone pattern.
  • regions 70a to 70f oriented in the X direction as in the region 40a and regions 71a to 71f oriented in the y direction as in the region 40b May be arranged in the X and y directions.
  • the region 70a and the region 71a have the same shape and different orientation directions.
  • the widths of the regions 70a to 70f and 71a to 71f are the same in the x direction and the y direction.
  • FIG. 17B shows a portion surrounded by a broken line in FIG. 16B, and shows an arrangement pattern in the X direction.
  • Fig. 17 (a) shows a sine curve with a period of 2d.
  • the width of each of the regions 70a to 70f and 71a to 71f is set so that the width ratio changes sinusoidally with respect to the adjacent regions of different orientation directions. ing.
  • the force described in the x direction has the same configuration in the y direction as shown in Fig. 16 (b).
  • the arrangement pattern shown in FIG. 16 (b) is also a diffraction grating having a pitch d like the arrangement pattern shown in FIG. 16 (a).
  • the efficiency of the optical low-pass filter 4 is increased and the primary light diffraction efficiency is increased. Multi-order light is reduced. As a result, the decrease in MTF can be suppressed.
  • the liquid crystal is aligned in a first direction parallel to the direction in which the liquid crystal layer 41 extends, and the region 40a
  • the liquid crystal is aligned in the direction in which the liquid crystal layer extends and is aligned in the second direction perpendicular to the first direction, and the regions 40b are alternately arranged along the direction in which the liquid crystal layer 41 extends.
  • the optical low-pass filter 4 was arranged repeatedly. Thereby, it is possible to prevent the grid pattern from being reflected on the imaging surface.
  • the regions 40a and 40b of the liquid crystal layer 41 having a uniform thickness are formed by UV curing, so that they can be easily manufactured and the cost can be reduced. it can.
  • the thickness of the liquid crystal layer 41 is determined based on the difference between the ordinary refractive index and the extraordinary refractive index of the uniaxial crystal and the wavelength of the incident light beam.
  • the liquid crystal layer 41 is formed on the alignment film 31 in which the regions 31a oriented in the first direction and the regions 31b oriented in the second direction are alternately arranged, thereby easily aligning the liquid crystals. Can be done
  • the liquid crystal layer 50 may be nematic liquid crystal sandwiched between a pair of substrates 51 on which electrodes 52 are formed. Furthermore, the optical low-pass filter function can be turned on and off by controlling the voltage applied to the electrode 52 by the drive control unit 60.
  • a photo-alignment agent is formed on the substrate, the photo-alignment agent is exposed through the mask 32 in which regions having different transmittances are alternately provided, and further, the unexposed region of the photo-alignment agent is exposed.
  • the optical low-pass filter 4 can be easily manufactured by forming a liquid crystal layer on the photo-alignment agent thus exposed. It is also possible to align liquid crystal molecules by irradiating with ultraviolet rays in a state where a liquid crystal layer is formed on the photo-alignment material.
  • the manufacturing method of the optical low-pass filter 4 according to the first embodiment described above is the same as that according to the second embodiment. Of course, it is also possible to apply to the manufacturing method of the optical low-pass filter 4.
  • the regions 40a and 40b are alternately arranged in the x direction and the y direction, so that the light flux is separated in two directions of the X and y directions.
  • 40a and 40b may be alternately arranged in one direction to separate the light beam in one direction (see FIG. 7 (b)).
  • the liquid crystal layer 41 may be directly formed on the surface of the cover glass 3 in which the liquid crystal film 40 ′ is not bonded to the cover glass 3.

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Description

明 細 書
光学ローパスフィルタ、カメラ、撮像装置、および光学ローパスフィルタの 製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、液晶を用いた光学ローパスフィルタ、光学ローパスフィルタを備えたカメ ラゃ撮像装置、および光学ローパスフィルタの製造方法に関する。
背景技術
[0002] 撮像素子を用いて撮影を行う電子カメラでは、一般的に、モアレ縞の発生を防止す るために光学ローパスフィルタが用いられて 、る。このような光学ローパスフィルタとし て、透明基板の表面に凹凸のレリーフ面が形成された位相型の回折格子の回折作 用を利用して像分離を行う光学ローパスフィルタが知られている (特許文献 1参照)。
[0003] 特許文献 1 :特開平 6— 148572号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] し力しながら、凹面と凸面とを繋ぐ垂直なエッジ面力 斜光線で陰になったり全反射 で明るくなつたりして、格子模様が撮像面に映りこみ、撮像画像に悪影響を与えると いう問題が生じる。とりわけ、カメラの撮像レンズの絞り値が小さいときには光束が垂 直平行光に近くなり、エッジの映り込みが著しくなる。
課題を解決するための手段
[0005] 本発明の第 1の態様による、液晶の層を有する液晶基板力も成る光学ローノ スフィ ルタは、液晶が第 1方向に沿って配向された第 1液晶部と、液晶が第 1方向とは異な る第 2方向に沿って配向された第 2液晶部とを備え、第 1液晶部と第 2液晶部とは、液 晶基板に交互に繰り返し配置されている。
本発明の第 2の態様は、第 1の態様による光学ローパスフィルタにおいて、液晶は、 一軸性屈折率楕円体の液晶分子を含んでもよい。
本発明の第 3の態様は、第 2の態様による光学ローパスフィルタにおいて、第 1液晶 部と第 2液晶部を透過する直線偏光の位相は、互いに略半波長ずれていることが好 ましい。
本発明の第 4の態様は、第 1〜3のいずれかの態様による光学ローパスフィルタに おいて、第 1液晶部同士または第 2液晶部同士の配向方向が互いに直交するように 光学ローパスフィルタを複数重ねて配置してもよ 、。
本発明の第 5の態様は、第 1の態様による光学ローパスフィルタにおいて、第 1液晶 部は、液晶の層が延在する方向に平行な第 1の方向に液晶が配向しており、第 2液 晶部は、液晶の層が延在する方向において第 1の方向と直交する第 2の方向に液晶 が配向しており、第 1液晶部と第 2液晶部とは、液晶の層が延在する方向に沿って交 互に繰り返し配置されて 、ることが好ま 、。
本発明の第 6の態様は、第 1〜5のいずれかの態様による光学ローパスフィルタに おいて、液晶は光学的に一軸結晶であって、液晶層の厚さを一軸結晶の常屈折率と 異常屈折率との差、および入射する光束の波長に基づ!、て決定してもよ 、。
本発明の第 7の態様は、第 5または 6の態様による光学ローパスフィルタにおいて、 第 1の方向へ液晶を配向させる部分と第 2の方向へ液晶を配向させる部分とを交互 に繰り返し配置した配向膜上に、液晶層を形成することが好ましい。
本発明の第 8の態様は、第 1〜7のいずれかの態様による光学ローパスフィルタに おいて、液晶層は、電極が形成された一対の基板間に挟持されたネマティック液晶 を有してもよい。
本発明の第 9の態様は、第 8の態様による光学ローパスフィルタにおいて、電極に 対する印加電圧を制御する制御回路をさらに備えてもよい。
本発明の第 10の態様は、第 1〜9のいずれかの態様による光学ローパスフィルタに おいて、交互に配置された液晶部の幅の比率は、正弦波的に変化するように設定さ れてもよい。
本発明の第 11の態様による撮像装置は、第 1〜10のいずれかの態様による光学口 一パスフィルタと、光学ローパスフィルタを介して撮像光を受光する受光素子とを備え る。
本発明の第 12の態様は、第 11の態様による撮像装置において、液晶基板の隣り 合う異なる液晶部のピッチを、光学ローパスフィルタと受光素子との間隔、および受 光素子の画素ピッチ力 要求される分離幅に応じて設定してもよい。
本発明の第 13の態様は、第 11または 12の態様による撮像装置において、光学口 一パスフィルタは、互いに直交する直線偏光の光のそれぞれに対して複数設けられ てもよい。
本発明の第 14の態様によるカメラは、第 1〜10のいずれかの態様による光学ロー パスフィルタと、光学ローパスフィルタを介して被写体光を受光する撮像素子とを備え る。
本発明の第 15の態様は、第 14の態様によるカメラにおいて、光学ローパスフィルタ は、互いに直交する直線偏光の光のそれぞれに対して複数設けられてもよい。 本発明の第 16の態様による光学ローパスフィルタの製造方法は、液晶の層を有す る液晶基板に、液晶の配向方向が互いに異なる第 1液晶部と第 2液晶部とを交互に 繰り返し配置する。
本発明の第 17の態様は、第 16の態様による光学ローパスフィルタの製造方法にお いて、紫外線硬化型液晶に含まれる一軸性屈折率楕円体の液晶分子を第 1の配向 状態にして第 1液晶部とする第 1の工程と、紫外線硬化型液晶に、部分的に紫外線 を透過するマスクを用いて紫外線を照射して硬化領域と未硬化領域とを形成する第 2の工程と、未硬化領域の液晶分子を第 2の配向状態にして、その未硬化領域を紫 外線照射により硬化させて第 2液晶部とする第 3の工程とを有することが好ましい。 本発明の第 18の態様は、第 17の態様による光学ローパスフィルタの製造方法にお いて、第 1および第 2の配向状態のいずれか一方は、領域内の液晶分子が各々任意 の方向に配向して 、る無配向な状態であってもよ 、。
本発明の第 19の態様は、第 17または 18の態様による光学ローノ スフィルタの製造 方法において、第 2の工程では、紫外線に対する透過部と遮光部とを市松模様に配 置したマスク、または、紫外線透過率がマスク面に沿って漸次的に変化するグラデー シヨンマスクを用いて紫外線を照射してもよ 、。
本発明の第 20の態様は、第 16の態様による光学ローパスフィルタの製造方法にお いて、基板上に光配向剤を形成する第 1の工程と、第 1液晶部と第 2液晶部とに対応 して、透過率の異なる領域が交互に設けられたマスクを介して、光配向剤を露光する 第 2の工程と、光配向剤の第 2の工程で感光していない領域を露光する第 3の工程と 、光配向剤上に液晶層を形成する第 4の工程とを有してもよい。
発明の効果
[0006] 本発明によれば、光学ローパスフィルタの利用時に格子模様の映りこみを防止する ことができる。
図面の簡単な説明
[0007] [図 1]図 1は、本発明によるカメラの第 1の実施の形態を示す図であり、カメラの概略 構成を示したものである。
[図 2]図 2 (a)は、光学ローパスフィルタ 4を構成する液晶フィルム 40の構造を模式的 に示す平面図、図 2 (b)は A— A断面図である。
[図 3]図 3は、屈折率楕円体を説明する図である。
[図 4]図 4 (a)は光学ローパスフィルタによる光束の分離を説明する図であり、図 4 (b) は各領域の配置と光束分離方向との関係を示す図である。
[図 5]図 5 (a)〜図 5 (d)は液晶フィルムの製造方法を説明する図であり、図 5 (a)〜図 5 (c)は第 1〜第 3の工程を示し、図 5 (d)はマスクの平面図である。
[図 6]図 6 (a)〜図 6 (c)は液晶フィルムの製造方法を説明する図であり、図 6 (a)は第 3の工程後の液晶層を示し、図 6 (b)は第 4の工程を示し、図 6 (c)は第 4の工程後の 液晶層を示す。
[図 7]図 7 (a)はグラデーションマスクの透過率分布を説明する図であり、図 7 (b)は光 学ローパスフィルタの他の例を示す図である。
[図 8]図 8 (a)は液晶フィルムの構造を模式的に示す平面図、図 8 (b)は A— A断面図 である。
[図 9]図 9は屈折率楕円体を説明する図である。
[図 10]図 10 (a)は光学ローパスフィルタ 4による光束の分離を説明する図であり、図 1
0 (b)は各領域の配置と光束分離方向との関係を示す図である。
[図 11]図 11 (a)〜図 11 (c)は液晶フィルムの製造方法を説明する図であり、図 11 (a
)は第 1の工程を、図 11 (b)は第 2の工程を、図 11 (c)はマスクの平面図をそれぞれ 示す。 [図 12]図 12 (a)〜図 12 (c)は液晶フィルムの製造方法を説明する図であり、図 12 (a )は光配向膜の平面図、図 12 (b)は第 3の工程を説明する断面図、図 12 (c)は紫外 線照射後の光配向膜の平面図をそれぞれ示す。
[図 13]図 13 (a) (b)は液晶フィルムの製造方法を説明する図であり、図 13 (a)は第 4 の工程を説明する断面図、図 13 (b)は液晶フィルムの断面図である。
[図 14]図 14は紫外線の斜入射による光配向を示す図である。
[図 15]図 15 (a) (b)は第 1の変形例を説明する図であり、図 15 (a)はローパス機能が オンの状態を示し、図 15 (b)はローパス機能がオフの状態を示している。
[図 16]図 16 (a) (b)は第 2の変形例を説明する図であり、各領域の配置パターンを示 す。
[図 17]図 17 (a) (b)は正弦波的な配置パターンを説明する図であり、図 17 (a)は正 弦曲線を、図 17 (b)は、図 16 (b)の破線で囲まれた部分をそれぞれ示す。
発明を実施するための最良の形態
[0008] 第 1の実施の形態
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図 1 は本発明によるカメラの第 1の実施の形態を示す図であり、カメラの概略構成を示し たものである。 1は撮像装置であり、撮影レンズ 5で結像された被写体像を結像する 撮像素子 2が設けられている。撮像素子 2は、撮像光 (被写体光)を受光する受光素 子であって、例えば、画素を 2次元的に配置した CCD撮像素子や CMOS撮像素子 などが用いられる。 3は撮像素子 2を保護するためのカバーガラスであり、カバーガラ ス 3の表面には光学ローパスフィルタ 4が貼り付けられている。
[0009] 撮像装置 1と撮影レンズ 5との間にはメインミラー 6およびシャッター 7が設けられて いる。露光時にはメインミラー 6が光路外へと待避駆動され、シャッター 7が開かれる。 その結果、被写体像が撮像素子 2によって撮像される。一方、非露光時には、撮影レ ンズ 5からの被写体光はメインミラー 6で反射され、撮像面と光学的に等価な位置に 配置されたファインダスクリーン 8上に結像する。ファインダスクリーン 8上に結像され た被写体像は、ペンタプリズム 9および接眼レンズ 10を介してファインダ画像として観 察される。 [0010] 図 2 (a) (b)は光学ローパスフィルタ 4を構成する液晶フィルム 40の構造を示す模式 図であり、図 2 (a)は平面図、図 2 (b)は A— A断面図である。後述するように、本実施 の形態の光学ローパスフィルタ 4はこの液晶フィルム 40を 2枚重ねて使用している。こ の液晶フィルム 40には紫外線の照射により硬化する紫外線硬化型液晶が用いられ ている。紫外線硬化型液晶に含まれる液晶分子 400は、一軸性屈折率楕円体として の性質を有している。液晶フィルム 40には、液晶分子 400の配向方向（すなわち屈 折率楕円体の配向方向）が異なる 2種類の矩形領域 40a, 40bが X方向および y方向 に交互に繰り返し配置されて 、る。
[0011] 図 2 (b)の断面図に示すように、領域 40aにおける液晶分子 400の配向方向は X軸 方向であって基板面 (xy平面）に対してほぼ平行になっている。一方、領域 40bにお いては、液晶分子 400は基板面に対してほぼ垂直に配向している。一軸性屈折率楕 円体の光学異方性を有する液晶の場合、屈折率楕円体の配向方向は液晶分子 40 0の配向方向とほぼ一致している。液晶フィルム 40は、図 2 (b)に示すような向きに液 晶分子 400を配向させ、紫外線照射によって液晶を硬化させたものである。
[0012] この屈折率楕円体は図 3に示すように回転楕円体形状をしており、回転軸方向（X 軸方向）の径が異常屈折率 nlを表し、回転軸に直交する方向（y軸方向、 z軸方向） の径が常屈折率 n2を表している。なお、図 3に示した屈折率楕円体は図 2 (b)の領域 40aに関するものを示したものであり、 ny=nzであって nl >n2であるとして考える。領 域 40bにおいては、屈折率楕円体の長軸が基板に垂直な方向（z軸方向）を向いて いる。
[0013] 領域 40aに zプラス方向から光が入射した場合、 x方向に振動する直線偏光の光に 対しては屈折率 nlとなり、 y方向に振動する直線偏光の光に対しては屈折率 n2となる 。一方、領域 40bに zプラス方向から光が入射した場合、 X方向に振動する直線偏光 の光に対しても y方向に振動する直線偏光の光に対しても屈折率 n2となる。すなわち 、 y方向に振動する直線偏光に対しては液晶フィルム 40は単なる透明基板であるが 、 X方向に振動する直線偏光に対しては、回折格子の機能を有している。
[0014] すなわち、 X方向の直線偏光に対しては、領域 40aを通過した光と領域 40bを通過 した光との間には、 t- (nl—n2)だけの位相差が生じる。ここで、 tは液晶フィルム 40の 厚さである。この位相差が光の波長の半分となるように設定すると、 0次の回折光がゼ 口となり、液晶フィルム 40は ± 1次回折光による光束分離によってローパスフィルタと して機能することになる。なお、 ±2次以上の回折光も発生するが強度が非常に弱い ので、実質的には ±1次回折光による光学ローパスフィルタとして考えて良い。液晶 フィルム 40では、領域 40a, 40b力 方向および y方向に交互に配置されているので 、光束は X方向および y方向の 2方向に分離されることになる。
[0015] 例えば、 nl— n2 = 0. 1で光の波長えがえ =540nmの場合には、厚さ tを次式（1) のように設定すれば良い。
t= l/(2(nl-n2))=2. 7(μΐη) … ）
式（1)は位相差が λ Ζ2である場合の厚さであって、一般的には (位相変化量） = ( 2η+1) πであれば良いので、次式（2)において、 ηを 0, 1, 2, 3, 4,…とおくことに より所望の厚さを選択すれば良い。
t= λ (2n+l)/(2(nl-n2)) ·'·(2)
[0016] 図 2 (a) (b)に示した液晶フィルム 40では、領域 40aの液晶分子 400が x方向に配 向しているために X方向の直線偏光だけが 2方向に分離した。ところで、図 2 (a) (b) に示した液晶フィルム 40を z軸の周りに 90度回転すると、領域 40aの液晶分子 400 は y方向に配向されていることになる。そのため、このような配置とすると図 2 (a)の配 置の場合とは異なり、 y方向の直線偏光が 2方向に分離されることになる。
[0017] すなわち、領域 40aの液晶分子 400の配向方向が互いに直交するように液晶フィ ルム 40を 2枚重ねると、入射光の偏光方向に依らず 2方向に分離されることになる。 なお、液晶フィルム 40を重ねる場合、領域 40a同士および領域 40b同士が重なって いる必要はない。図 1に示した光学ローパスフィルタ 4においては、図 2(a) (b)に示 すような液晶フィルム 40が領域 40aの液晶分子 400の配向方向が互いに直交するよ うに 2枚重ねてカバーガラス 3に貼り付けてある。
[0018] 次に、光学ローパスフィルタ 4による光束の分離幅にっ 、て、図 4 (a) (b)を参照して 説明する。なお、光学ローパスフィルタ 4は液晶フィルム 40を 2枚重ねたものであるが 、互いに直交する直線偏光の一方に対する一方の液晶フィルム 40のフィルタ機能と 、他方の直線偏光に対する他方の液晶フィルム 40のフィルタ機能とは全く同じである [0019] 第 1の実施の形態では、撮像素子 2の画素は X方向および y方向にマトリクス状に配 列されて!、るとし、光学ローパスフィルタ 4は画素配列方向に光束を分離するものと する。すなわち、図 4 (a)に示すように、撮影レンズ 5から光学ローパスフィルタ 4に入 射した光束 20は、光学ローパスフィルタ 4によって X方向および y方向の 2方向に分 離される。分離された光束は、カバーガラス 3を透過して撮像素子 2の撮像面に入射 する。
[0020] 図 4 (b)は撮像面上における分離光束 20A〜20Dの位置関係および領域 40a, 4 Obの配置を示す図である。図 2 (a)に示すように領域 40a, 40bが xy方向に配列され ている場合、光束分離方向も xy方向に十字状に分離されることになる。一方、撮像 素子 2の画素配列は xy方向であるため、画素配列に合わせて分離後の 4つの光束 が正方形の頂点に位置するようにするためには、図 4 (b)に示すように、領域 40aに 対する領域 40bの位置が斜め 45度となるように液晶フィルム 40を配置する必要があ る。
[0021] その場合、光束分離方向も斜め 45度方向となり、分離された光束 20A〜20Dは一 辺の長さが画素ピッチ pに等しい正方形の頂点上に並ぶ。そのため、撮像面上にお ける分離幅 hは h=p 2となる必要がある。カバーガラス 3の厚さが t2、屈折率が nd であって、光学ローパスフィルタ 4と撮像面との間隔を Lとすると、光学ローパスフィル タ 4から撮像面までの光学的距離 L'は次式 (3)で表される。
L' =t2+ (L-t2) -nd - -- (3)
[0022] 図 4 (a)力も分力るように、撮像面上での分離幅 hは光学ローパスフィルタ 4から撮像 面までの光学的距離に依存する。そのため、領域 40aと領域 40bとの繰り返しピッチ dは、次式 (4)で算出される。 λは光の波長である。例えば、画素ピッチ p = 2 /z m、 間隔 L= lmm、カバーガラス 3の厚さ t2 = 0. 5mm、屈折率 nd= l. 5、 λ = 540nm とすると、領域 40aと領域 40bとの繰り返しピッチ dは d^O. 477mmとなる。そのため 、正方形領域 40a, 40bの一辺の長さは 0. 477mmとなる。
ά= 2 λ -L' /
= 2 λ - (t2+ (L-t2) -nd) / (p^2) · '· (4) [0023] [液晶フィルム 40の製造方法]
次いで、液晶フィルム 40の製造方法の概略について説明する。まず、図 5 (a)に示 す第 1の工程では、平面基板 30上に配向膜 (ポリイミド膜等） 31を塗布し、配向膜 31 にラビング処理を施す。ここでは、図示左右方向に液晶分子が配向されるようなラビ ング処理を行う。図 5 (b)に示す第 2の工程では、配向膜 31上にモノマー状態の紫外 線硬化型液晶を膜状に拡散させて液晶層 32を形成する。液晶層 32中の液晶分子 4 00は配向膜 31の配向方向に配向され、液晶分子 400は長軸が平面基板 30の基板 面にほぼ並行となるように配向する。
[0024] 液晶層 32の形成方法としては、スピンコーターなどの装置を用いて配向膜 31上に 液晶を所定厚さに拡散させる。ここで、所定厚さとは上述した液晶フィルム 40の厚さ t である。なお、液晶層 32の厚さ tは、一軸結晶の常屈折率と異常屈折率との差、およ び入射する光束の波長に基づいて決定するようにするのが好ましい。また、通常の液 晶パネルのように、スぺーサを介して所定間隔に配置された一対の透明基板の間に 液晶を注入するようにしても良い。この場合も、少なくとも一方の透明基板上に配向 膜 31を形成しておく。
[0025] 図 5 (c)に示す第 3の工程では、マスク 33を用いて液晶層 32を紫外線露光する。図 5 (d)はマスク 33の平面図であり、矩形状の紫外線透過領域 33aと紫外線非透過領 域 33bとが巿松模様に配置されている。この場合の露光は、マスク 33を露光面に密 着させるタイプの露光を採用しても良いし、光学系を用いてマスク像を露光面に投影 するタイプでも良い。図 6 (a)は硬化後の液晶層 32を示したものであり、液晶層 32の 紫外線が照射された領域 32a (紫外線透過領域 33aに対向する領域)ではモノマー 状態がポリマー状態に硬化し、液晶分子 400の配向方向が基板に平行な方向に固 定される。紫外線非透過領域 33bが対向している領域 32bでは、液晶は未硬化状態 のままになっている。
[0026] 図 6 (b)に示す第 4の工程では、平面基板 30に垂直な方向の電界を印加して、未 硬化状態である領域 32bの液晶分子 400を垂直方向に強制的に配向させる。そして 、その状態で紫外線を照射して領域 32bの液晶を硬化させ、液晶分子 400の配向方 向を基板垂直方向に固定する。その結果、図 6 (c)に示すように、基板 30に平行な 配向特性を有する領域 32aと、基板 30に垂直な配向特性を有する領域 32bとを備え た液晶層 32が形成される。この液晶層 32を基板 30から剥離することによって、図 2 ( a) (b)に示すような液晶フィルム 40が得られる。ここで、液晶層 32の領域 32a, 32b ίま、それぞれ液晶フイノレム 40の領域 40a, 40b【こ対応して!/、る。
[0027] なお、電界を印加して未硬化状態である領域 32bの液晶分子 400を基板垂直方向 に配向させる代わりに、高温状態にして領域 32bを等方性状態にした後に紫外線硬 化させても良い。例えば、領域 32bが未硬化状態の液晶層 32が形成された平面基 板 30を恒温槽等を用いて加熱昇温して、紫外線を照射する。ネマティック液晶は、 一定温度を越えると光学異方性をもつ液晶であることをやめ等方性の液体のような状 態となる。そのため、領域 32bの未硬化状態の液晶は、高温下において液晶としての 光学特性を失い所定の屈折率を有する物質となる。そして、紫外線を照射することに より、領域 32bにおける等方性状態を固定する。この場合、領域 32aは基板に平行な 配向特性を有し、領域 32bは配向特性を持たな 、領域となる。
[0028] 上述した第 3の工程では、紫外線に対する透過部と遮光部とが巿松模様に配置さ れたマスク 33を用いて紫外線を照射した力 図 7 (a)に示すように紫外線透過率が X 軸方向および y軸方向に漸次的に変化するグラデーションマスクを用いても良 、。図 7 (a)に示す例では、サインカーブのように紫外線透過率が変化している。このように 紫外線透過率が漸次的に変化するマスクを用いると、位置の変化とともに基板上に 照射される紫外線の強度も漸次的に変化し、紫外線強度が小さくなるにつれて未硬 化領域の混入割合が徐々に増加することになる。その結果、光学性能が向上するこ とになる。
[0029] 以上説明した第 1の実施の形態の作用効果をまとめると以下のようになる。
(1)一軸性屈折率楕円体の液晶分子を含む液晶基板 (液晶フィルム 40)から成る光 学ローパスフィルタ 4であって、液晶基板に、屈折率楕円体の配向方向が互いに異 なる第 1の領域 40aと第 2の領域 40bとを交互に繰り返し配置した。これにより、回折 作用を利用した光学ローノ スフィルタにおいて格子模様の撮像面への映りこみを防 止することができる。凹凸のレリーフが形成された位相型回折格子を型成形する場合 を考えると、凹凸の寸法が波長オーダーであるため、型の形成が非常に難しくコスト アップを招く。一方、第 1の実施の形態における液晶フィルム 40では、均一な厚さの 液晶層を形成し、紫外線照射により領域 40a, 40bを形成するので、簡単に製造する ことができ、コストダウンを図ることができる。
[0030] (2)直線偏光に対する第 1の領域 40aの光路と第 2の領域 40bの光路とを、ほぼ半波 長ずらすことにより 0次光の強度をほぼゼロとすることができる。また、第 1の領域同士 または第 2の領域同士の配向方向が互いに直交するように液晶フィルム 40を複数重 ねて配置することにより、偏光方向によらず光学ローパスフィルタとして機能する。
(3)光学ローパスフィルタの製造方法において、紫外線硬化型液晶に含まれる一軸 性屈折率楕円体の液晶分子 400を第 1の配向状態にする第 1の工程と、紫外線硬化 型液晶に、部分的に紫外線を透過するマスク 33を用いて紫外線を照射して硬化領 域 32aと未硬化領域 32bとを形成する第 2の工程と、未硬化領域 32bの液晶分子 40 0を第 2の配向状態にして、その未硬化領域 32bを紫外線照射により硬化させる第 3 の工程とを有することにより、紫外線硬化型液晶を用 、た光学ローパスフィルタを得 ることがでさる。
(4)なお、第 1および第 2の配向状態のいずれか一方を、領域内の液晶分子 400が 各々任意の方向に配向している無配向な状態としても良い。また、第 2の工程におい て、紫外線に対する透過部 33aと遮光部 33bとを巿松模様に配置したマスク 33、また は、紫外線透過率がマスク面に沿って漸次的に変化するグラデーションマスクを用い るようにしても良い。
(5)上記光学ローパスフィルタとその光学ローパスフィルタを介して被写体光を受光 する撮像素子とを備えたカメラや、上記光学ローパスフィルタとその光学ローパスフィ ルタを介して撮像光を受光する受光素子とを備える撮像装置において、液晶基板の 隣り合う異なる領域のピッチを、光学ローパスフィルタと撮像素子との間隔、および撮 像素子の画素ピッチ力 要求される分離幅に応じて設定するようにしても良い。
[0031] 上述した第 1の実施の形態では、領域 40a, 40bを x方向および y方向に交互に配 置することにより、光束を Xおよび y方向の 2方向に分離した力 図 7 (b)に示すように 、ライン状の領域 40a, 40bを X方向および y方向のいずれか一方の方向にのみ交互 に配置して、光束を一方向に分離するようにしても良い。 [0032] また、カバーガラス 3に液晶フィルム 40を貼り合わせるのではなく、カバーガラス 3の 面上に直接液晶層を 2層形成するようにしても良い。すなわち、カバーガラス 3上にス ビンコ一ターにより所定厚さの液晶層を形成して、図 6 (c)に示すような液晶層 32を 形成する。さらに、その液晶層 32上に液晶層をスピンコーターにより形成し、領域 32 aの配向方向が下層の液晶層 32の領域 32aの配向方向と直交するように 2層目の液 晶層 32を形成する。なお、以上の説明はあくまでも一例であり、本発明の特徴を損な わない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。
[0033] 第 2の実施の形態
次に、本発明の第 2の実施の形態について、図面を用いて説明する。以下では、上 述した第 1の実施の形態との相違点を主に説明する。
[0034] 図 8 (a) (b)は、図 1に示したカメラに用いられる光学ローパスフィルタ 4を構成する 液晶フィルム 40'の構造を示す模式図であり、図 8 (a)は平面図、図 8 (b)は A— A断 面図である。この液晶フィルム 40 'には紫外線の照射により硬化する紫外線硬化型 液晶が用いられている。液晶に含まれる液晶分子 400は、一軸性屈折率楕円体とし ての性質を有している。液晶フィルム 40'には、液晶分子 400の配向方向（すなわち 屈折率楕円体の配向方向）が異なる 2種類の矩形領域 40a, 40bが X方向および y方 向に交互に繰り返される巿松模様に配置されて ヽる。
[0035] 図 8 (b)の断面図に示すように、領域 40aにおける液晶分子 400の配向方向は X軸 方向であって基板面 (xy平面）に対してほぼ平行になっている。一方、領域 40bの液 晶分子 400は y軸方向に配向しており、基板面に対してほぼ平行になっている。なお 、ここでは液晶分子 400を基板面に平行となるようなホモジ-ァス配向にしているが、 液晶分子 400が上下方向に若干チルトしていても力まわない。一軸性屈折率楕円体 の光学異方性を有する液晶の場合、屈折率楕円体の配向方向は液晶分子 400の配 向方向とほぼ一致している。液晶フィルム 40'は、図 8 (b)に示すような向きに液晶分 子 400を配向させ、紫外線照射によって液晶を硬化させたものである。
[0036] この屈折率楕円体は図 9に示すように回転楕円体形状をしており、回転軸方向（X 軸方向）の径が異常屈折率 nlを表し、回転軸に直交する方向（y軸方向、 z軸方向） の径が常屈折率 n2を表している。なお、図 9に示した屈折率楕円体は図 8 (b)の領域 40aに関するものを示したものであり、 ny=nzであって nl >n2であるとして考える。領 域 40bにおいては、屈折率楕円体の長軸が y軸方向を向いている。
[0037] このような液晶フィルム 40に zプラス方向力も光が入射した場合、領域 40aでは、 x 方向に振動する直線偏光の光に対しては屈折率 nlとなり、 y方向に振動する直線偏 光の光に対しては屈折率 n2となる。一方、領域 40bでは、領域 40aとは逆に y方向に 振動する直線偏光の光に対して屈折率 nlとなり、 X方向に振動する直線偏光の光に 対して屈折率 n2となる。入射光の直交する 2つの偏光に対して、同じように回折作用 が働くことになる。すなわち、入射する光の偏光方向に関係なぐ液晶フィルム 40は 回折格子として機能することになる。
[0038] すなわち、領域 40aを通過した光と領域 40bを通過した光との間には、 t' (nl— n2) だけの位相差が生じる。ここで、 tは液晶フィルム 40の厚さである。次式（5)に示すよ うに位相差が光の波長の半分となるように設定すると、 0次の回折光がゼロとなり、液 晶フィルム 40は ± 1次回折光による光束分離によってローパスフィルタとして機能す ることになる。式（5)にお!/、て、 kは自然数 0, 1, 2, 3, 4,…である。
t= (k+ l/2) λ / I nl -n2 | · '· (5)
[0039] 例えば、 nl—n2 = 0. 1で光の波長えがえ = 540nmの場合には、 k=0のときの厚 さ tは 2. となる。なお、 ± 2次以上の回折光も発生するが強度が非常に弱いの で、実質的には ± 1次回折光による光学ローパスフィルタとして考えて良い。液晶フィ ルム 40では、領域 40a, 40bが X方向および y方向に交互に配置されているので、光 束は X方向および y方向の 2方向に分離されることになる。
[0040] 次に、光学ローパスフィルタ 4 (すなわち液晶フィルム 40' )による光束の分離幅に ついて、図 10 (a) (b)を参照して説明する。第 2の実施の形態では、撮像素子 2の画 素は X方向および y方向にマトリクス状に配列されて 、るとし、光学ローパスフィルタ 4 は画素配列方向に光束を分離するものとする。すなわち、撮影レンズ 5から光学ロー パスフィルタ 4に入射した光束 20は、光学ローパスフィルタ 4によって X方向および y 方向の 2方向に分離される。分離された光束は、カバーガラス 3を透過して撮像素子 2の撮像面に入射する。
[0041] 図 10 (b)は撮像面上における分離光束 20A〜20Dの位置関係および領域 40a, 40bの配置を示す図である。図 8 (a)に示すように領域 40a, 40bが xy方向に配列さ れている場合、光束分離方向も xy方向に十字状に分離されることになる。一方、撮 像素子 2の画素配列は xy方向であるため、画素配列に合わせて分離後の 4つの光 束が正方形の頂点に位置するようにするためには、図 10(b)に示すように、領域 40a に対する領域 40bの位置が斜め 45度となるように液晶フィルム 40を配置する必要が ある。
[0042] 領域 40a, 40bを一辺の長さが dの正方形とすると、この長さ dは光学ローパスフィル タ 4に要求される分離角 Θによって決まる（図 10 (a)参照)。 dと分離角 Θとの間には 次式（6)の関係がある。そして、撮像素子 2の画素ピッチ pを光学ローパスフィルタ 4 のナイキスト周波数とするような設計方法をとる。
d= λ /tan Θ ---(6)
[0043] カバーガラス 3の厚さおよび屈折率を t2、 nd、光学ローパスフィルタ 4と撮像面との 間隔を Lとすると、光学ローパスフィルタ 4から撮像面までの光学的距離は L'は次式（ 7)で表される。そのため、式（6)は式（8)のようになる。
L'=t2+(L-t2) -nd ---(7)
ά=2λ -L'/
=2λ - (t2+(L-t2) -nd)/h ---(8)
[0044] また、図 10(b)に示すように、分離方向は 45度傾いた方向となるので、画素ピッチ を Pとすると必要な分離幅 hは h=p 2となる。例えば、画素ピッチ ρ = 2/ζπι、間隔 L = lmm、カバーガラス 3の厚さ t2 = 0. 5mm、屈折率 nd=l. 5、 =540nmとする と、 h= 2 2となり、領域 40aと領域 40bとの繰り返しピッチ、すなわち正方形領域 40 a, 40bの一辺の長さ dは d^O.477mmとなる。すなわち、領域 40a, 40bとの繰り返 しピッチ pは、光学ローパスフィルタ 4と撮像素子 2との間隔、および撮像素子 2の画 素ピッチ pから要求される分離幅に応じて設定される。
[0045] このように、第 2の実施の形態の光学ローパスフィルタ 4では、液晶分子 400の面内 における配向方向が互いに直交する領域 40a, 40bを、同一液晶層に巿松模様に 交互に配置した。したがって、例えば凹凸レリーフ型を利用した光学ローパスフィルタ で発生するような格子模様の撮像面への映りこみを防止することができる。 [0046] [液晶フィルム 40，の製造方法]
次に、液晶フィルム 40'の製造方法の概略について説明する。まず、図 11 (a)に示 す第 1の工程では、平面基板 30上に、光反応性官能基をもつ化合物力 なる光配 向剤の膜 (以下では光配向膜と称する） 31を形成する。この時点では、光配向膜 31 の光配向分子 310はランダムな方向を向いている。図 11 (b)に示す第 2の工程では 、マスク 32を用いて偏光した紫外線により光配向膜 31を露光し、光配向分子 310を 配向させる。
[0047] 紫外線は偏光板 33を介してマスク 32に照射され、図の左右方向に偏光した偏光 光のみが偏光板 33を透過する。図 11 (c)はマスク 32の平面図であり、正方形の紫外 線透過領域 32aと紫外線不透過領域 32bが巿松模様に配置されている。そのため、 光配向膜 31の内の透過領域 32aに対応する領域のみに偏光した紫外線が照射され ることになる。偏光した紫外線が照射された領域では、光配向膜 31内の光配向分子 310に異方的な化学反応を生じさせる。
[0048] 図 12 (a)は光配向膜 31の平面図であり、紫外線照射後の光配向分子 310の様子 を模式的に示したものである。領域 31aは紫外線が照射された領域であり、光配向分 子 310は紫外線の偏光方向に配向される。一方、不透過領域 32bにより遮蔽されて 紫外線が照射されな力つた領域 31bの光配向分子 310は、配向方向がランダムにな つたままである。
[0049] 図 12 (b)は第 3の工程を説明する断面図である。第 3の工程では、マスク 32，を用 いて紫外線露光を行う。マスク 32'は、光配向膜 310の領域 31bに透過領域 32aが 対向し、光配向膜 310の領域 31aに不透過領域 32bが対向するマスクであり、図 11 ( c)に示したマスク 32と相補的なマスクとなっている。そのため、マスク 32をずらして用 いることにより、マスク 32，の代替とすることができる。
[0050] 紫外線照射の際には紙面に垂直な偏光光を透過する偏光板 34を用い、この偏光 板 34を透過した偏光光を光配向膜 31に照射する。図 12 (c)は紫外線照射後の光 配向膜 31を示したものであり、領域 31bには図示上下方向に偏光した紫外線が照射 される。その結果、領域 31bの光配向分子 310は図示上下方向に配向されることに なる。 [0051] 図 13 (a)は第 4の工程を説明する図である。第 4の工程では、光配向膜 31上にモノ マー状態の紫外線硬化型液晶を膜状に拡散させて液晶層 41を形成し、紫外線を照 射して液晶層 41を硬化させる。光配向膜 31の光配向分子 310は、領域 31aでは図 示左右方向に配向されており、領域 3 lbでは紙面に垂直な方向に配向されている。
[0052] 液晶層 41の液晶分子 400は光配向膜 31の光配向分子 310の配向方向に配向さ れるため、領域 3 la上の領域 40aでは液晶分子 400は図示左右方向に配向され、領 域 31 b上に位置する領域 4 lbの液晶分子 400は紙面に垂直な方向に配向される。 紫外線照射によりモノマーがポリマーとなり、液晶分子 400の配向方向が図 13 (a)に 示す状態に固定される。そして、硬化した液晶層 41を基板 30から剥離することにより 、図 13 (b)に示すような液晶フィルム 40が得られる。
[0053] なお、液晶層 41の形成方法としては、スピンコーターなどの装置を用いて配向膜 3 1上に液晶を所定厚さに拡散させる。ここで、所定厚さとは上述した液晶フィルム 40' の厚さ t2である。また、紫外線露光は、マスク 32, 32'を露光面に密着させるタイプの 露光を採用しても良いし、光学系を用 、てマスク像を露光面に投影するタイプでも良 い。
[0054] 上述した第 2の実施の形態では、偏光板 33, 34を用いて、直線偏光した紫外線に より光配向膜 31の光配向分子 310を所定方向に配向させた。しかし、直線偏光の紫 外線を用いる代わりに、図 14に示すように紫外線を光配向膜 31に斜入射させること によっても同様の光配向を行わせることができる。この場合、光配向膜 31としては、 例えば、低分子ァゾ色素誘導体の膜などが用いられる。紫外線は、ほぼブリュースタ 一角で斜入射させる。
[0055] [変形例 1]
上述した第 2の実施の形態では、紫外線硬化型液晶を硬化させることで液晶フィル ム 40'を形成し、それを光学ローパスフィルタ 4として用いた力 通常の液晶パネルの ように、スぺーサを介して所定間隔に配置された一対の透明基板の間に液晶を注入 するようにしても良い。この場合、予め透明基板上に光配向膜 31を形成して図 12 (c )のように配向させておく。使用する液晶は、紫外線硬化型液晶でも良いし、通常の ネマティック液晶でも良 ヽ。 [0056] また、ネマティック液晶を用いるタイプの場合、図 15 (a) (b)に示すような構成にして 、ローパス機能をオンオフできるようにしても良い。図 15 (a)はローパス機能がオンの 状態を示し、図 15 (b)はローパス機能がオフの状態を示している。ガラス基板などの 透明基板 51の表面には、 ITO (スズドープ酸化インジウム)等の透明導電膜により電 極 52がそれぞれ形成されて!ヽる。
[0057] さらに、いずれか一方の透明基板 51の電極 52上には、上述した光配向膜 31が形 成されている。光配向膜 31は図 12 (c)のように光配向されており、配向方向が互い に直交する領域 31a, 31bが形成されている。なお、配向方向は、領域 31aでは図示 左右方向であり、領域 31bでは紙面に垂直な方向である。これらの透明基板 51を所 定間隔で配置して、その隙間にネマティック液晶を注入して液晶層 50を形成する。 駆動制御部 60は、電極 52の印加電圧を制御することにより光学ローパスフィルタ 4 のローパス機能のオンオフを制御して 、る。
[0058] 図 15 (a)はローパス機能をオンとした場合を示したものである。これは、電極 52間 の電位差がゼロとなるように制御されている状態であって、例えば、印加電圧 =ゼロ とした場合である。この場合、液晶分子 500は光配向膜 31によって配向され、領域 3 laに対向する領域 50では図示左右方向に配向し、領域 31bに対向する部分では紙 面に垂直な方向に配向する。その結果、液晶層 50は回折格子として動作するように なる。
[0059] 一方、図 15 (b)はローパス機能をオフとした場合を示しており、駆動制御部 60は電 極 52間に電位差が生じるように印加電圧を制御する。その結果、液晶層 50には基 板垂直方向（図示上下方向）に電界が生じ、領域 50aおよび 50bの液晶分子 500は 基板垂直方向に配向させられる。その結果、液晶層 50の回折機能は消滅することに なる。
[0060] このように、図 15 (a) (b)に示した光学ローパスフィルタ 4ではローパスフィルタとし ての機能のオンオフを行うことができる。そのため、例えば、モアレ防止よりも解像度 の高い画像を撮影したい場合には、図 15 (b)に示すようにローパス機能をオフして 撮影を行えば良ぐ被写体や撮影意図に応じて柔軟に対応することが可能となる。
[0061] 上述した第 2の実施の形態の光学ローパスフィルタ 4では、図 16 (a)に示すように、 一辺の長さが dの正方形領域 40a, 40bを巿松模様に配置した。しかし、図 16 (b)に 示すように、領域 40aと同様に X方向に配向している領域 70a〜70fと、領域 40bと同 様に y方向に配向して 、る領域 71a〜71fとを X方向および y方向に配置しても良 、。 領域 70aと領域 71aとは、形状が同じで配向方向が異なっている。領域 70bと領域 7 lb、領域 70cと領域 71c、領域 70dと領域 71d、領域 70eと領域 71e、および領域 70 fと領域 71fに関しても同様である。なお、各領域 70a〜70f, 71a〜71fの幅は、 x方 向も y方向も同じである。
[0062] 図 17 (b)は、図 16 (b)の破線で囲まれた部分を示したものであって、 X方向の配置 パターンを示したものである。一方、図 17 (a)は、周期 2dの正弦曲線を示したもので ある。図 17 (b)に示したパターンにおいては、各領域 70a〜70f, 71a〜71fの幅は、 隣あった配向方向の異なる領域に関して、幅の比率が正弦波的に変化するように設 定されている。
[0063] ここで、幅の比率とは、例えば隣り合う領域 70c, 71dを例にとると、次式（9)で表さ れる量であって、合計の幅に対する X方向に配向している領域の幅を表す量である。 比率 = (領域 70cの幅) ZK領域 71dの幅） + (領域 70cの幅) } …（9) この大きさは、図 17 (a)に示した正弦曲線の点 P1の値と同じになっている。また、 正弦曲線の周期 2dの半分の距離 dの位置にある領域 70d, 71dの場合には、幅が 等し 、ので比率は 0. 5となり曲線上の点 P2と同じ値になって 、る。
[0064] 図 17 (a) (b)では x方向について説明した力 図 16 (b)に示すように y方向に関して も同様の構成となっている。図 16 (b)に示す配置パターンも、図 16 (a)に示す配置 パターンと同様にピッチ dの回折格子となっている。このように、図 16 (a)に示す矩形 波的配置パターンを図 16 (b)の正弦波的配置パターンとすることにより、一次光の回 折効率が高まり光学ローパスフィルタ 4の効果が増すとともに、多次光が低減する。そ の結果、 MTFの低下を抑制することができる。さらに、上述した第 1の実施の形態に おける光学ローパスフィルタ 4においても、正弦波的配置パターンを適用し、上記式（ 9)に従って各領域の幅を決定することも可能である。
[0065] 以上説明した第 2の実施の形態の作用効果をまとめると以下のようになる。
( 1 )液晶が液晶層 41が延在する方向に平行な第 1の方向に配向して 、る領域 40aと 、液晶が液晶層が延在する方向にお!、て第 1の方向と直交する第 2の方向に配向し て 、る領域 40bとを、液晶層 41の延在する方向に沿って交互に繰り返し配置して光 学ローパスフィルタ 4とした。これにより、格子模様の撮像面への映りこみを防止する ことができる。
(2)凹凸のレリーフが形成された位相型回折格子を型成形する場合を考えると、凹 凸の寸法が波長オーダーであるため、型の形成が非常に難しくコストアップを招く。 第 2の実施の形態の光学ローパスフィルタ 4では、均一な厚さの液晶層 41の領域 40 a, 40bを紫外線硬化させて形成するので、簡単に製造することができ、コストダウン を図ることができる。
[0066] (3)なお、液晶層 41の厚さを一軸結晶の常屈折率と異常屈折率との差、および入射 する光束の波長に基づいて決定するようにするのが好ましい。また、第 1の方向へ配 向させる領域 31aと第 2の方向へ配向させる領域 31bとを交互に繰り返し配置した配 向膜 31上に液晶層 41を形成することで、液晶の配向を容易に行わせることができる
(4)図 15 (a) (b)に示すように、液晶層 50を、電極 52が形成された一対の基板 51間 に挟持されたネマティック液晶としても良い。さら〖こ、駆動制御部 60により電極 52に 対する印加電圧を制御することで、光学ローパスフィルタ機能をオンオフさせることが できる。
[0067] (5)また、交互に配置された領域 70a〜70f, 71a〜71fの幅の比率を、正弦波的に 変化するように設定することで、一次光の回折効率が高まり光学ローパスフィルタ 4の 効果が増すとともに、多次光が低減する。その結果、 MTFの低下を抑制することが できる。
(6)基板上に光配向剤を形成し、透過率の異なる領域が交互に設けられたマスク 32 を介して光配向剤を露光し、さらに、光配向剤のまだ感光していない領域を露光し、 このようにして感光した光配向剤上に液晶層を形成することで、容易に光学ローパス フィルタ 4を製造することができる。また、光配向材上に液晶層を形成した状態で紫外 線照射を行い、液晶分子の配向を行うようにすることも可能である。なお、上述した第 1の実施の形態による光学ローパスフィルタ 4の製造方法を、第 2の実施の形態によ る光学ローパスフィルタ 4の製造方法に適用することももちろん可能である。
[0068] 上述した第 2の実施の形態では、領域 40a, 40bを x方向および y方向に交互に配 置することにより、光束を Xおよび y方向の 2方向に分離したが、ライン状の領域 40a, 40bを一方の方向に交互に配置して、光束を一方向に分離するようにしても良!、（図 7 (b)参照)。また、カバーガラス 3に液晶フィルム 40'を貼り合わせるのではなぐカバ 一ガラス 3の面上に液晶層 41を直接形成するようにしても良い。なお、以上の説明は あくまでも一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に 何ら限定されるものではな 、。
[0069] 上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容 に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態 様も本発明の範囲内に含まれる。
本出願は日本国特許出願 2006— 185153号（2006年 7月 5日出願）、および日 本国特許出願 2006— 252805号（2006年 9月 19日出願）を基礎として、その内容 は弓 I用文としてここに組み込まれる。

Claims

請求の範囲
[1] 液晶の層を有する液晶基板力 成る光学ローパスフィルタであって、
前記液晶が第 1方向に沿って配向された第 1液晶部と、
前記液晶が前記第 1方向とは異なる第 2方向に沿って配向された第 2液晶部とを備 え、
前記第 1液晶部と前記第 2液晶部とは、前記液晶基板に交互に繰り返し配置されて V、る光学ローパスフィルタ。
[2] 請求項 1による光学ローパスフィルタにお ヽて、
前記液晶は、一軸性屈折率楕円体の液晶分子を含む光学ローパスフィルタ。
[3] 請求項 2による光学ローパスフィルタにお ヽて、
前記第 1液晶部と前記第 2液晶部を透過する直線偏光の位相は、互いに略半波長 ずれて!/、る光学ローパスフィルタ。
[4] 請求項 1〜3のいずれ力 1項による光学ローパスフィルタにおいて、
前記第 1液晶部同士または前記第 2液晶部同士の配向方向が互いに直交するよう に前記光学ローパスフィルタを複数重ねて配置した光学ローパスフィルタ。
[5] 請求項 1による光学ローパスフィルタにお ヽて、
前記第 1液晶部は、前記液晶の層が延在する方向に平行な第 1の方向に前記液 晶が配向しており、
前記第 2液晶部は、前記液晶の層が延在する方向において前記第 1の方向と直交 する第 2の方向に前記液晶が配向しており、
前記第 1液晶部と前記第 2液晶部とは、前記液晶の層が延在する方向に沿って交 互に繰り返し配置されて 、る光学ローパスフィルタ。
[6] 請求項 1〜5のいずれ力 1項による光学ローパスフィルタにおいて、
前記液晶は光学的に一軸結晶であって、前記液晶層の厚さを一軸結晶の常屈折 率と異常屈折率との差、および入射する光束の波長に基づいて決定する光学ローバ スフィルタ。
[7] 請求項 5または 6による光学ローパスフィルタにおいて、
前記第 1の方向へ前記液晶を配向させる部分と前記第 2の方向へ前記液晶を配向 させる部分とを交互に繰り返し配置した配向膜上に、前記液晶層を形成した光学口 一パスフィルタ。
[8] 請求項 1〜7のいずれ力 1項による光学ローパスフィルタにおいて、
前記液晶層は、電極が形成された一対の基板間に挟持されたネマティック液晶を 有する光学ローパスフィルタ。
[9] 請求項 8による光学ローパスフィルタにおいて、
前記電極に対する印加電圧を制御する制御回路をさらに備える光学ローパスフィ ルタ。
[10] 請求項 1〜9のいずれ力 1項による光学ローパスフィルタにおいて、
前記交互に配置された液晶部の幅の比率は、正弦波的に変化するように設定され て 、る光学ローパスフィルタ。
[11] 撮像装置であって、
請求項 1〜10のいずれ力 1項による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撮像光を受光する受光素子とを備える撮像装置
[12] 請求項 11による撮像装置において、
前記液晶基板の隣り合う異なる液晶部のピッチを、前記光学ローパスフィルタと前 記受光素子との間隔、および前記受光素子の画素ピッチ力 要求される分離幅に応 じて設定する撮像装置。
[13] 請求項 11または 12による撮像装置において、
前記光学ローパスフィルタは、互いに直交する直線偏光の光のそれぞれに対して 複数設けられて 、る撮像装置。
[14] カメラであって、
請求項 1〜10のいずれ力 1項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被写体光を受光する撮像素子とを備えるカメラ。
[15] 請求項 14によるカメラにおいて、
前記光学ローパスフィルタは、互いに直交する直線偏光の光のそれぞれに対して 複数設けられているカメラ。
[16] 光学ローパスフィルタの製造方法であって、
液晶の層を有する液晶基板に、前記液晶の配向方向が互いに異なる第 1液晶部と 第 2液晶部とを交互に繰り返し配置する光学ローパスフィルタの製造方法。
[17] 請求項 16による光学ローパスフィルタの製造方法において、
紫外線硬化型液晶に含まれる一軸性屈折率楕円体の液晶分子を第 1の配向状態 にして前記第 1液晶部とする第 1の工程と、
前記紫外線硬化型液晶に、部分的に紫外線を透過するマスクを用 ヽて紫外線を照 射して硬化領域と未硬化領域とを形成する第 2の工程と、
前記未硬化領域の液晶分子を第 2の配向状態にして、その未硬化領域を紫外線 照射により硬化させて前記第 2液晶部とする第 3の工程とを有する光学ローパスフィ ルタの製造方法。
[18] 請求項 17による光学ローパスフィルタの製造方法において、
前記第 1および第 2の配向状態のいずれか一方は、領域内の液晶分子が各々任 意の方向に配向している無配向な状態である光学ローパスフィルタの製造方法。
[19] 請求項 17または 18による光学ローパスフィルタの製造方法において、
前記第 2の工程では、紫外線に対する透過部と遮光部とを市松模様に配置したマ スク、または、紫外線透過率がマスク面に沿って漸次的に変化するグラデーションマ スクを用いて紫外線を照射する光学ローパスフィルタの製造方法。
[20] 請求項 16による光学ローパスフィルタの製造方法において、
基板上に光配向剤を形成する第 1の工程と、
前記第 1液晶部と第 2液晶部とに対応して、透過率の異なる領域が交互に設けられ たマスクを介して、前記光配向剤を露光する第 2の工程と、
前記光配向剤の前記第 2の工程で感光していない領域を露光する第 3の工程と、 前記光配向剤上に液晶層を形成する第 4の工程とを有する。
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