JP2007034260A

JP2007034260A - 光学的ローパスフィルタ及びこれを備えた撮像光学系

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Publication number: JP2007034260A
Application number: JP2006040740A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Hattori; 俊明服部; Seiji Tone; 誠司刀禰; Shunsuke Chatani; 俊介茶谷
Original assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 2005-06-24
Filing date: 2006-02-17
Publication date: 2007-02-08
Anticipated expiration: 2026-02-17
Also published as: JP4913422B2

Abstract

【課題】安価であり且つ厚さが抑制され、光学長を短くすることが求められている光学系にも使用可能な光学的ローパスフィルタを提供すること。
【解決手段】本発明の光学的ローパスフィルタは、光重合性組成物を光重合して得られた光学的ローパスフィルタであって、マトリックス１２と、マトリックス内で一方向に配列された多数の柱状構造体１４とを備え、柱状構造体が、マトリックスと異なる屈折率を有し、配向方向に直交する面内において格子状に配列され、８０ｎｍないし１０００μｍのオーダーで周期的に屈折率が変化する規則性の高い構造を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、光学的ローパスフィルタ及びこれを備えた撮像光学系に関し、詳細には、モアレを防止するために携帯電話などに装着されるデジタルカメラ等で使用される光学的ローパスフィルタ及びこれを備えた撮像光学系に関する。

近年、高性能化が著しいホームビデオカメラやデジタルスチルカメラにおいては、撮像手段として、ＣＣＤエリアイメージセンサやＣＭＯＳエリアイメージセンサが用いられている。これらのセンサは、シリコン基板上に二次元的に配置された多数の受光素子で光電変換を行い、各受光素子で発生した電荷をＣＣＤ素子、あるいはＣＭＯＳ回路で、外部に転送する構成を備えている。これらのセンサでは、撮像素子は格子状に規則的に配置されている。さらに、受光素子（ピクセル）毎にカラー情報を得るため、各ピクセル上に、例えばＲＧＢのカラーフィルタがストライプ状に、または４種のフィルタが方形モザイク状に配置されている。

このように、上述したＣＣＤエリアイメージセンサ等では、撮像素子等が格子状に規則的に配置されているため、生成された被写体の画像に、擬似信号（モアレ）を発生する等の色再現上の不都合が生じることがある。このような問題を解決するため、特定周波数以上をカットする光学ローパスフィルタ（ＯＬＰＦ）が用いられている。このような光学的ローパスフィルタとしては、水晶の複屈折を利用した水晶ＯＬＰＦが最もよく使用されている。

一方、複屈折を利用する方法以外に、位相格子を利用して回折により光学ローパスフィルタとする方式も提案されている。位相格子には、表面凹凸型と屈折率変化型がある。
表面凹凸型としては、透明媒体の表面に機械的な切削加工や、型を押し当てるスタンパ法などの方法、あるいは、蒸着やイオンエッチング法などにより、規則的な凹凸構造を形成させて、これを光学用途に使用する試みがなされている（例えば、特許文献１）。

一方、屈折率変化型としては、プラスチックフィルムやシートに一次元あるいは二次元の規則構造を形成して光制御板等の光学用途に使用する試みがなされている。例えば、二次元の規則構造を形成するものとしては、ブロックポリマーをフィルムの厚さ方向に垂直な面内で整列配置させることが提案されている（非特許文献１）。

また、一次元の規則構造を形成するものとしては、膜状に維持した紫外線硬化性組成物に特定方向から紫外線を照射し、次いで得られた硬化膜に紫外線硬化性組成物を膜状に形成して別の方向から紫外線を照射することを繰り返して、シートの厚さ方向と垂直な方向に層状構造を形成させることが提案されている（例えば、特許文献２）。

Maclomoecules 2003, 36, 3272-3288 特開平９−２６３９３２特開昭６３−３０９９０２号公報

しかしながら、水晶ＯＬＰＦは、１／４波長板の両側に２枚の水晶板を配置する構造、または３枚の水晶板を組み合わせる構造を採るため、厚さが１ｍｍ以上となり、携帯電話のデジタルカメラ用光学系等の光学長を短くすることが求められる光学系には使用できないという問題がある。
さらに、水晶ＯＬＰＦは、高価であるという問題も有している。

また、非特許文献１記載の規則構造は、ｎｍオーダーの極めて微細な規則性しか付与できないため、８０ｎｍ〜１０００μｍ程度の規則性を必要とするＯＬＰＦ等の一般の光学用途には使用できないものであった。また、特許文献１の方法では、製造方法が複雑で高価になるという問題がある。
一方、特許文献２記載の規則構造はサブミクロンオーダーの規則性を有しているものの、規則性の程度が低いため、高度な光制御が要求されるＯＬＰＦ等の光学用途には適さないという問題点を有していた。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、安価であり且つ厚さが抑制され、光学長を短くすることが求められている光学系にも使用可能な光学的ローパスフィルタおよびこれを備えた光学系を提供することを目的とする。

さらに、本発明は、安価であり且つ厚さが抑制され、光学長を短くすることが求められている光学系にも使用可能な光学的ローパスフィルタの製造方法を提供することも目的とする。

本発明によれば、光重合性組成物を光重合して得られた光学的ローパスフィルタであって、マトリックスと、前記マトリックス内で一方向に配列された多数の柱状構造体とを備え、該柱状構造体が、前記マトリックスと異なる屈折率を有し、前記配向方向に直交する面内において格子状に配列され、８０ｎｍないし１０００μｍのオーダーで周期的に屈折率が変化する規則性の高い構造を有することを特徴とする光学的ローパスフィルタが提供される。

このような構成によれば、光学的ローパスフィルタは、配向方向に直交する面内において格子状に配列され、８０ｎｍないし１０００μｍのオーダーで周期的に屈折率が変化する規則性の高い構造によって、薄い構造でありながらモアレの発生を効果的に防止することができる。さらに、水晶製の光学的ローパスフィルタに比べて、安価である。

本発明の他の好ましい態様によれば、柱状構造体の直径が、８０ｎｍないし１０００μｍである。
本発明の他の好ましい態様によれば、前記柱状構造体の配列周期が８０ｎｍないし１０００μｍである。

本発明の他の態様によれば、光重合性組成物を光重合して得られた光学的ローパスフィルタであって、マトリックスと、前記マトリックス内で一方向に配列された多数の柱状構造体とを備え、該柱状構造体が、前記マトリックスと異なる屈折率を有し、前記配向方向に直交する面内において格子状に配列され、８０ｎｍないし１０００μｍのオーダーで周期的に屈折率が変化する規則性の高い構造を有することを特徴とする光学的ローパスフィルタ等が、固体撮像素子の受光面にギャップ層を介して配置されていることを特徴とする撮像光学系が提供される。

このような構成によれば、光学的ローパスフィルタは、配向方向に直交する面内において格子状に配列され、８０ｎｍないし１０００μｍのオーダーで周期的に屈折率が変化する規則性の高い構造によって、薄い構造でありながらモアレの発生を効果的に防止することができるので、光学系全体の厚さを抑制することができる。

本発明の他の態様によれば、光学的ローパスフィルタの製造方法であって、撮像素子の受光面にギャップ層を構成する透明樹脂を配置するステップと、前記透明樹脂上に２官能以上の多官能モノマーあるいはオリゴマーと光重合開始剤とを含有する光重合性組成物を配置するステップと、前記光重合性組成物に平行光を照射し、該光重合性組成物を重合硬化させ、マトリックスと該マトリックス内で一方向に配向され規則的に配列された多数の柱状構造体とを備えた光学的ローパスフィルタを前記ギャップ層上に形成するステップと、を備えていることを特徴とする光学的ローパスフィルタの製造方法が提供される。

このような構成によれば、一方向に配向され規則的に配列された多数の柱状構造体によって、薄い構造でありながらモアレの発生を効果的に防止することができるので、光学系全体の厚さを抑制することができる光学的ローパスフィルタを、固体撮像素子上に直接、作り込むことができるので、作業工程が簡略化され、製造のコストおよび手間が軽減される。

本発明の他の態様によれば、光学的ローパスフィルタの製造方法であって、ギャップ層を構成する透明樹脂をガラスなどの平滑基板上に配置するステップと、前記透明樹脂上に２官能以上の多官能モノマーあるいはオリゴマーと光重合開始剤とを含有する光重合性組成物を配置するステップと、前記光重合性組成物に平行光を照射し、該光重合性組成物を重合硬化させ、マトリックスと該マトリックス内で一方向に配向され規則的に配列された多数の柱状構造体とを備えた光学的ローパスフィルタを前記ギャップ層上に形成するステップと、を備えていることを特徴とする光学的ローパスフィルタの製造方法が提供される。

本発明によれば、安価であり且つ厚さが抑制され、光学長を短くすることが求められている光学系にも使用可能な光学的ローパスフィルタおよびこれを備えた光学系が提供される。

さらに、本発明によれば、安価であり且つ厚さが抑制され、光学長を短くすることが求められている光学系にも使用可能な光学的ローパスフィルタの製造方法が提供される。

以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態の光学的ローパスフィルタ１を用いた光学系について説明する。図１は、この撮像光学系２は、デジタルスチルカメラ用光学系、携帯電話などに装着されるデジタルカメラ用光学系等、所定ピッチの画素を有する固体撮像素子により画像を撮影する撮像光学系等として使用される。

図１に示されているように、撮像光学系２では、光学的ローパスフィルタ１が、固体撮像素子４の受光面に所定厚のギャップ層６を介して配置されている。本実施形態の撮像光学系２は、さらに、レンズ８と、赤外カットフィルタ１０を備えている。

本実施形態では、固体撮像素子４は、シリコン基板上に多数の受光素子が二次元的に配置されたもので、各受光素子で発生した電荷をＣＣＤ素子、またはＣＭＯＳ回路で外部に信号として転送することができるエリアイメージセンサである。

ギャップ層６は、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリスチレン樹脂、またはポリイミド樹脂で構成されているが、透明な材料であればよく、特にこれらに限定されるものではない。
ギャップ層６の厚さは、特に限定されるものではないが、０．１μｍないし１０００μｍの範囲とすることが好ましく、より好ましくは１μｍないし１００μｍの範囲である。

ギャップ層６の厚さは、回折により生じる画像ボカシ量が、撮像素子の画素ピッチ以下の有限な量になるように設定される。回折光の回折角θは、回折の次数として１次の時だけを考えると、規則構造の周期をΛ、光の波長をλ、ギャップ層の媒体の屈折率をｎ、と置くと式（１）のように表される。
ｎ・Λ・sinθ＝ λ ・・・（１）

式（１）と、画像ボカシ量として撮像素子の画素ピッチＰに対してＰ／２を設定すると、ギャップ層６の厚さＬは、（２）式のように決まる。
Ｌ＝Ｐ／２／tan（sin^-1(λ／n・Λ)）・・・（２）
（２）式より設定されるギャップ層６の厚さＬは、０．０１μｍないし１０ｍｍの範囲に設定され、好ましくは０．１μｍないし１０００μｍの範囲、より好ましくは１μｍないし５００μｍの範囲である。

レンズ８は、無機ガラスからなるガラスレンズ、またはポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリオレフィン樹脂などからなるプラスチックレンズで構成されている。

赤外カットフィルタ１０は、無機ガラスからなるガラスフィルタ、または有機色素を添加したポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリオレフィン樹脂からなるプラスチックフィルタで構成されている。

図２は、光学的ローパスフィルタ１の内部構造を模式的に示した斜視図である。光学的ローパスフィルタ１は、シートまたはフィルム状のマトリックス１２と、マトリックス１２内に配置された多数の柱状構造体１４とを備えている。柱状構造体１４は、マトリックス１２と屈折率が異なり、一方向（マトリクス１２の厚さ方向）に配向され、規則的に配列されている。本実施態様では、柱状構造体１４の配列周期は、８０ｎｍないし１０００μｍに設定されて、好ましくは９０ｎｍないし１００μｍ、より好ましくは１００ｎｍないし５０μｍである。

柱状構造体１４の直径（角柱状の場合は外接円の直径をいう。）は、８０ｎｍないし１０００μｍであり、好ましくは９０ｎｍないし１００μｍ、より好ましくは１００ｎｍないし５０μｍである。
このように柱状構造体１４の直径あるいは配列周期をこの範囲内とすることによって、光学製品として３５０ｎｍないし２０００ｎｍの波長範囲の光に対する干渉効果を十分に発現させることができ、光学的ローパスフィルタとして使用可能な波長範囲において回折や偏向等の高度な光制御が可能となる。

従って、光学的ローパスフィルタ１は、８０ｎｍないし１０００μｍのオーダーで周期的に屈折率が変化する規則性の高い構造を有している。

本実施形態の光学的ローパスフィルタ１は、光重合性組成物に光を照射して重合硬化させることによって形成される。光重合性組成物として、２官能以上の多官能モノマーあるいはオリゴマーと光重合開始剤とを含有するものが使用される。

２官能以上のモノマーを組成物に含ませることで、重合硬化の際、光重合性組成物の厚さ方向に垂直な面内で重合度（架橋密度）の粗密が生じやすくなる。重合度（架橋密度）が密な部分は疎な部分よりも屈折率が高くなる。このような屈折率の高低が出来ると、屈折率の高い部分が導波モードとなり、より多くの光がこの屈折率の高い部分を通ることになる。

このため、重合度（架橋密度）が密で屈折率が高くなった領域の下方では、光硬化性組成物の光反応は重合度（架橋密度）の粗密がより強調されて進行すると考えられる。このような現象によって、マトリックス１２内に、マトリック１２と屈折率が異なる多数の柱状構造体１４が形成されると考えられる。

２官能以上の多官能モノマーとしては、例えば、分子内に２個以上の重合性炭素−炭素二重結合を有するモノマーであれば、特に限定されるものではないが、（メタ）アクリロイル基、ビニル基、アリル基等を含有するものが特に好ましい。

このような２官能以上の多官能モノマーの具体例としては、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、１，４−ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、水添ジシクロペンタジエニルジ（メタ）アクリレート、エチレンオキサイド変性ビスフェノールＡジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、テトラメチロールメタンテトラ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、多官能のエポキシ（メタ）アクリレート、多官能のウレタン（メタ）アクリレート、ジビニルベンゼン、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、トリアリルトリメリテート、ジアリルクロレンデート、Ｎ，Ｎ’−ｍ−フェニレンビスマレイミド、ジアリルフタレート等が挙げられ、これらを単独であるいは２種以上の混合物として使用することができる。

分子内に３個以上の重合性炭素−炭素二重結合を有する多官能性モノマーを用いると、重合度（架橋密度）の粗密がより大きくなりやすく、柱状構造体が形成されやすくなる。
特に好ましい３個以上の重合性炭素−炭素二重結合を有する多官能性モノマーとしては、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、テトラメチロールメタンテトラ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、多官能のエポキシ（メタ）アクリレート、多官能のウレタン（メタ）アクリレートがある。

光重合性組成物として２種以上の多官能モノマーあるいはオリゴマーを使用する場合には、それぞれの単独重合体の屈折率が異なるものを使用することが好ましく、その屈折率差が大きいものを組み合わせることがより好ましい。
回折、偏向、拡散などの機能を高効率で得られるようにする為には屈折率差を大きくとることが必要であり、その屈折率差が０．０００１以上であることが好ましく、０．０５以上であることがより好ましい。

なお、３種以上の多官能モノマーあるいはオリゴマーを使用する場合は、それぞれの単独重合体の少なくともいずれか２つの屈折率差が上記範囲内となるようにすればよい。また、単独重合体の屈折率差が最も大きい２つのモノマーあるいはオリゴマーは、高効率な回折、偏向、拡散などの機能を得る為に、重量比で１０：９０ないし９０：１０の割合で用いることが好ましい。

本実施態様においては、光重合性組成物として、上記のような多官能モノマーあるいはオリゴマーとともに、分子内に１個の重合性炭素−炭素二重結合を有する単官能モノマーあるいはオリゴマーを使用してもよい。
このような単官能モノマーあるいはオリゴマーとしては、（メタ）アクリロイル基、ビニル基、アリル基等を含有するものが特に好ましい。

単官能モノマーの具体例としては、例えば、メチル（メタ）アクリレート、テトラヒドロフルフリル（メタ）アクリレート、エチルカルビトール（メタ）アクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチル（メタ）アクリレート、イソボニル（メタ）アクリレート、フェニルカルビトール（メタ）アクリレート、ノニルフェノキシエチル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシ−３−フェノキシプロピル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリロイルオキシエチルサクシネート、（メタ）アクリロイルオキシエチルフタレート、フェニル（メタ）アクリレート、シアノエチル（メタ）アクリレート、トリブロモフェニル（メタ）アクリレート、フェノキシエチル（メタ）アクリレート、トリブロモフェノキシエチル（メタ）アクリレート、ベンジル（メタ）アクリレート、ｐ−ブロモベンジル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート、トリフルオロエチル（メタ）アクリレート、２，２，３，３−テトラフルオロプロピル（メタ）アクリレート等の（メタ）アクリレート化合物；スチレン、ｐ−クロロスチレン、ビニルアセテート、アクリロニトリル、Ｎ-ビニルピロリドン、ビニルナフタレン等のビニル化合物；エチレングリコールビスアリルカーボネート、ジアリルフタレート、ジアリルイソフタレート等のアリル化合物等が挙げられる。

これら単官能モノマーあるいはオリゴマーは、光学的ローパスフィルタに柔軟性を付与するために用いられる。単官能モノマーあるいはオリゴマーの量は、多官能モノマーあるいはオリゴマーとの合計量のうち１０ないし９９質量％の範囲とすることが好ましく、より好ましくは１０ないし５０質量％の範囲である。

また、光重合性組成物として、前記多官能モノマーあるいはオリゴマーと重合性炭素―炭素二重結合を持たない化合物を含む均一溶解混合物を用いることもできる。
重合性炭素―炭素二重結合を持たない化合物としては、例えば、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレンオキシド、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ナイロン等のポリマー類、トルエン、ｎ-ヘキサン、シクロヘキサン、アセトン、メチルエチルケトン、メチルアルコール、エチルアルコール、酢酸エチル、アセトニトリル、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフランのような低分子化合物、有機ハロゲン化合物、有機ケイ素化合物、可塑剤、安定剤のような添加剤等が挙げられる。

これら重合性炭素―炭素二重結合を持たない化合物の使用量は、光学的ローパスフィルタを製造する際に光重合性組成物の粘度を低下させ取り扱い性を良くする為に用いられ、多官能モノマーあるいはオリゴマーとの合計量のうち１ないし９９質量％の範囲とすることが好ましく、取り扱い性も良くしつつ規則的な配列を持った柱状構造体を形成させる為により好ましくは１ないし５０質量％の範囲である。

本実施形態において、光重合性組成物に使用する光重合開始剤は、紫外線等の活性エネルギー線を照射して重合を行う通常の光重合で用いられるものであれば、特に限定されるものではない。例えば、ベンゾフェノン、ベンジル、ミヒラーズケトン、２−クロロチオキサントン、ベンゾインエチルエーテル、ジエトキシアセトフェノン、ｐ-ｔ−ブチルトリクロロアセトフェノン、ベンジルジメチルケタール、２−ヒドロキシ−２−メチルプロピルフェノン、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）-ブタノン−１、ジベンゾスベロン等が挙げられる。

これら光重合開始剤の使用量は、その他の光重合性組成物の１００重量部に対して０.００１ないし１０重量部の範囲とする事が好ましく、光学的ローパスフィルタの透明性を落とさないようにする為に０.０１ないし５重量部とする事がより好ましい。

上述したように、本実施形態の光学的ローパスフィルタ１は、マトリックス１２内に、マトリックス１２と屈折率が異なる多数の柱状構造体１４が一方向に配向して配置されている。柱状構造体１４は、配向方向と垂直な面内において二次元的な規則性を有して配置されている。柱状構造体１４としては、円柱状、楕円柱状、角柱状等ものが挙げられる。

本実施形態の光学的ローパスフィルタ１では、柱状構造体１４は、図３に示されている六方格子を構成するように規則的に配置され、この規則性によって、六点分離（三方向）を一枚のフィルタによって行うことできる。なお、六方格子とは、三角格子とハニカム格子を含む。

次に、光学的ローパスフィルタ１の製造方法について説明する。本実施形態の光学的ローパスフィルタ１は、固体撮像素子４の表面に配置されたギャップ層６上で製造される。
まず、固体撮像素子４の受光面にギャップ層６を構成するポリカーボネート樹脂等で作られた透明樹脂板を配置する。このような透明樹脂板は、固体撮像素子上に接着剤等で固定されてもよく、光硬化性樹脂組成物を固体撮像素子上にスピンコート法等で塗膜を形成し、拡散光等の紫外線で硬化したものでもよい。また、熱可塑性樹脂等を溶剤に溶解させた溶液をスピンコート法等で塗膜を形成し、溶剤を蒸発させ固化させたフィルム状物でもよい。

次いで、この透明樹脂板上に、２官能以上の多官能モノマーあるいはオリゴマーと光重合開始剤とを含有する光重合性組成物を、基板上に塗布する。光重合性組成物の塗布厚としては、特に限定されるものではないが、１μｍないし１０００μｍの範囲とすることが好ましく、より好ましくは５μｍないし５００μｍの範囲である。

さらに、波長半値全幅が１００ｎｍ以下である紫外線等の平行光を、光重合組成物に照射する。この照射により、８０ｎｍ〜１０００μｍのオーダーの柱状構造体１４が、レーザ光線の照射時に形成された周期的屈折率変化を反映した回折パターンに対応した規則性が高い六方格子構造で、光重合組成物内に形成される。なお、光重合組成物の柱状構造体１４以外の部分は、マトリックス１２となる。

照射する平行光は、柱状構造体１４を規則的に配列させるため、進行方向に直交する断面内での光強度分布が略一定であることが好ましい。
光源としては、特に限定されるものではないが、例えば、点光源や棒状光源からの光をミラーやレンズ等により光強度分布が略一定（ハット型分布）の平行光としたもの、面発光半導体レーザ(ＶＣＳＥＬ)等の面状光源等が好ましい。

照射する光の平行度としては、柱状構造体の規則的な配列を形成させる点から、ビーム広がり角が±０．０３ｒａｄ以下であるものが好ましく、より好ましくは±０．００１ｒａｄ以下の範囲である。ここで、レーザ光線は平行度の点では好ましい光源であるが、その光強度分布がガウス型の分布を有しているため、適当なフィルタ等を用いて光強度分布を略一定にして使用することが好ましい。

光学的ローパスフィルタの柱状構造体の配列の規則性を高くするには、光学的ローパスフィルタの膜厚方向に直交する平面内において重合反応を均一に進める事が好ましく、光強度分布、図４に示すように照射エリアの複数点（ＩないしＩＸ）の光強度を測定し、下記式（１）で与えられる照度分布の値が、２．０％以下であるものが好ましく、１．０％以下であるものがより好ましい。
照度分布＝（最大値−最低値）／（最大値＋最低値）×１００・・・式１

また、柱状構造体の規則的な配列を得る為には照射光の波長幅が狭いほうが良く、従って、半値全幅で１００ｎｍ以下、より好ましくは２０ｎｍ以下であるのがよい。
なお、光学的ローパスフィルタの柱状構造体が形成された層としては、光重合性組成物を所定の厚さのガラスセル中にフィルム状に封入し、上記と同様にして紫外線等の平行光を照射し光重合性物を重合硬化させて、柱状構造体が形成されたフィルムを作成し、このフィルムをギャップ層としての透明樹脂板に固定してもよい。

本発明の前記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内で種々の変更、変形が可能である。

以下、実施例にそって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
単独の重合体の屈折率が１.４８９であるメチルメタクリレート５０質量部と同じく単独の重合体の屈折率が１.５３５であるトリメチロールプロパントリアクリレート５０質量部からなる混合物に、光重合開始剤として１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン１質量部を溶解させ光重合性組成物を得た。得られた光重合性組成物を、５０ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのガラスセル中にフィルム状に封入した。次いで、ガラスセルの上部カバー１５の表面に対して垂直方向から、ビームの広がり角が±０．００１ｒａｄ以下であり、光の進行方向に対して垂直断面内の光強度分布における照度分布が２．０％以下である紫外線を照射して、光重合性組成物を重合硬化してプラスチックフィルムを得た。なお、光源には、超高圧水銀灯を使用した平行光紫外線照射装置を用い、干渉フィルターにより中心波長３６５ｎｍ、半値全幅１０ｎｍの単色光を取り出して照射した。

得られたプラスチックフィルムは、内部の膜厚方向に垂直な面内でマトリックスと異なる屈折率を有する直径２μｍの円柱状構造体が周期７μｍで六方格子状に配列していた。
このプラスチックフィルムを、図５に示すような評価用光学系を用いて光学的ローパスフィルタ１の機能を評価した。

評価用光学系は、ヘリウムネオンレーザー１６、フォトマスク１８、回折格子２０、スクリーン２２、カメラ２４、および拡大レンズ系２６を備えている。カメラ２４に搭載されているＣＣＤ固体撮像素子は、画素サイズが３．１μｍ、画素間隔が５μｍであり、図６に模式的に示すフォトマスク１８は、ＣＣＤ固体撮像素子と同サイズとされている。図７に模式的に示す回折格子２０の周期は５μｍとされている。さらに、ヘリウムネオンレーザー１６からの照射光２８は、６３０ｎｍの単色光である。

このような評価用光学系を用いて、光学的ローパスフィルタの性能評価を行った。
図６に示されているフォトマスク１８をスクリーン２２に投影したときの撮影像を図８に示す。

また、図６に示すフォトマスクと図７に示す回折格子によって生じるモアレ像を図９に示す。さらに図６に示すフォトマスク１８上に厚さ１７μｍのギャップ層を介して周期７μｍの内部屈折率変調型の光学的ローパスフィルタ１を挿入したときの投影像を図１０に示す。図１０では、図９で観察されたモアレ像が消失し、光学的ローパスフィルタ１による機能が発現していることが確認できる。

（実施例２）
光重合性組成物として、単独の重合体の屈折率が１.５３５であるトリメチロールプロパントリアクリレート４０質量部と、同じく単独の重合体の屈折率が１．５２３であるポリブチレングリコールジメタクリレート４０重量部と、同じく単独の重合体の屈折率が１．５４７である新中村化学社製の多官能ウレタンアクリレート混合物であるＵ-２ＰＰＡ２０重量部からなる混合物に、光重合開始剤として１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン１質量部を溶解させ光重合性組成物を得た。
得られた光重合性組成物を、５０ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ０．０６ｍｍのガラスセル中にフィルム状に封入した。セルの上部カバーガラス越しにケミカルランプを用いて、紫外線の拡散光を照射し、透明なギャップ層を得た。

単独の重合体の屈折率が１.５３５であるトリメチロールプロパントリアクリレート５０質量部と、同じく単独の重合体の屈折率が１．５２３であるポリブチレングリコールジメタクリレート１０重量部と、同じく単独の重合体の屈折率が１．５７２であるＥＯ変性ビスフェノールＡジメタクリレート２０重量部と、同じく単独の重合体の屈折率が１．５５７である新中村化学社製の多官能ウレタンアクリレート混合物であるＵ-６ＨＡ２０重量部からなる混合物に、光重合開始剤として１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン０．６質量部を溶解させ光重合性組成物を得た。

得られた光重合性組成物を、上記ギャップ層を基材フィルム（０．０６ｍｍ）とした、５ｍｍ×６ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのセル中にフィルム状に封入した。セルの上部カバーガラス越しに、カバーガラス表面に対して垂直方向から、ビームの広がり角が±０．００１ｒａｄ以下であり、光の進行方向に対して垂直断面内の光強度分布における照度分布が２．０％以下である紫外線を照射して、光重合性組成物を重合硬化して光学的ローパスフィルタを得た。なお、光源には、超高圧水銀灯を使用した平行光紫外線照射装置を用い、干渉フィルタにより中心波長３６５ｎｍ、半値全幅１０ｎｍの単色光を取り出して照射した。

得られた光学的ローパスフィルタを構成する透明ギャップ層の上のプラスチックフィルムは、内部の膜厚方向に垂直な面内でマトリックスと異なる屈折率を有する直径２μｍの円柱状構造体が周期１１μｍで六方格子状に配列していた。

この光学的ローパスフィルタを画素数１３０万のＣＭＯＳセンサの撮像センサ部（３．４ｍｍ×４．３ｍｍ）上に配置し、光学的ローパスフィルタの側面とＣＭＯＳセンサ表面とをエポキシ樹脂で接着して、撮像センサを作製した。

上記光学的ローパスフィルタ付きのＣＭＯＳ撮像素子を組み込んだ小型カメラモジュールを作製した。比較の為、光学的ローパスフィルタの付いていないＣＭＯＳ撮像素子を用いて、小型カメラモジュールを作製した。それぞれのカメラについて、図１１に示すサーキュラーゾーンプレートを撮影し、モアレの発生状態を比較検討した。

図１２に示すように、光学的ローパスフィルタのないＣＭＯＳ撮像素子を用いたカメラでは、多数のモアレが観察された（撮影画像の左下１／４のみ図示）。一方、図１３に示す光学的ローパスフィルタ付きのＣＭＯＳ撮像素子を組み込んだ小型カメラモジュールの撮影画像では、モアレが消失・低減し（i、ii、iii、iv、vで図示した部分）、光学的ローパスフィルタ１による機能が発現していることが確認できる。

（実施例３）
光重合性組成物として、単独の重合体の屈折率が１.５３５であるトリメチロールプロパントリアクリレート４０質量部と、同じく単独の重合体の屈折率が１．５２３であるポリブチレングリコールジメタクリレート４０重量部と、同じく単独の重合体の屈折率が１．５４７である新中村化学社製の多官能ウレタンアクリレート混合物であるＵ-２ＰＰＡ２０重量部からなる混合物に、光重合開始剤として１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン１質量部を溶解させ光重合性組成物を得た。厚さ０．０４ｍｍのガラスセルを用いた点を除いて、実施例２と同様にして、紫外線の拡散光を照射し、透明なギャップ層を得た。

単独の重合体の屈折率が１.５３５であるトリメチロールプロパントリアクリレート５０質量部と、同じく単独の重合体の屈折率が１．５２３であるポリブチレングリコールジメタクリレート１０重量部と、同じく単独の重合体の屈折率が１．５７２であるＥＯ変性ビスフェノール Aジメタクリレート２０重量部と、同じく単独の重合体の屈折率が１．５５７である新中村化学社製の多官能ウレタンアクリレート混合物であるＵ-６ＨＡ２０重量部からなる混合物に、光重合開始剤として１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン０．６質量部を溶解させ光重合性組成物を得た。
得られた光重合性組成物を、ギャップ層である基材フィルムの厚さが０．０４ｍｍである点を除いて、実施例２と同様にして、光重合性組成物を重合硬化して光学的ローパスフィルタを得た。

上記光学的ローパスフィルタ付きのＣＭＯＳ撮像素子を組み込んだ小型カメラモジュールを作製した。比較の為、光学的ローパスフィルタの付いていないＣＭＯＳ撮像素子用いて、小型カメラモジュールを作製した。それぞれのカメラについて、図１１に示すサーキュラーゾーンプレートを撮影し、モアレの発生状態を比較検討した。

図１４に示すように、光学的ローパスフィルタのないＣＭＯＳ撮像素子を用いた小型カメラの画像と、図１５に示す光学的ローパスフィルタ付きのＣＭＯＳ撮像素子を組み込んだ小型カメラの撮影画像ではモアレが低減し（Viで図示した部分）、光学的ローパスフィルタ１による機能が発現していることが確認できる。

本発明の一実施形態の光学的ローパスフィルタを用いた撮像光学系の構成を模式的に示す図面である。光学的ローパスフィルタの構造を模式的に示した斜視図である。光学的ローパスフィルタ内の柱状構造体の配置を模式的に示す斜視図である。光学的ローパスフィルタを製造する際の照度分布の決定方法を説明するための図面である。光学的ローパスフィルタの機能評価を行うための評価用光学系の構成を模式的に示す図面である。図５の評価用光学系で用いられるフォトマスクの模式的な図面である。図５の評価用光学系で用いられる回折格子の模式的な図面である。図６のフォトマスクをスクリーンに投影したときの撮影像を示す図面である。図６のフォトマスクと図７の回折格子によって生じるモアレ像を示す図面である。図９のモアレ像を生じさせたさ光学系に光学的ローパスフィルタを挿入したときの投影像を示す図面である。モアレ評価の為に用いられるサーキュラーゾーンプレートを示す図面である。光学的ローパスフィルタを装備していない小型カメラでの図１１のサーキュラーゾーンプレートを撮影した画像を示す図面である。実施例２の光学的ローパスフィルタを装備した小型カメラでの図１１のサーキュラーゾーンプレートの撮影した画像を示す図面である。光学的ローパスフィルタを装備していない小型カメラでの図１１のサーキュラーゾーンプレートを撮影した画像を示す図面である。実施例３の光学的ローパスフィルタを装備した小型カメラでの図１１のサーキュラーゾーンプレートを撮影した画像を示す図面である。

符号の説明

１：光学的ローパスフィルタ
２：撮像光学系
４：固体撮像素子
６：ギャップ層
１２：マトリックス
１４：柱状構造体

Claims

光重合性組成物を光重合して得られた光学的ローパスフィルタであって、
マトリックスと、
前記マトリックス内で一方向に配列された多数の柱状構造体とを備え、
該柱状構造体が、前記マトリックスと異なる屈折率を有し、前記配向方向に直交する面内において格子状に配列され、
８０ｎｍないし１０００μｍのオーダーで周期的に屈折率が変化する規則性の高い構造を有する、
ことを特徴とする光学的ローパスフィルタ。
請求項１に記載の光学的ローパスフィルタが、固体撮像素子の受光面にギャップ層を介して配置されていることを特徴とする撮像光学系。
光学的ローパスフィルタの製造方法であって、
固体撮像素子の受光面にギャップ層を構成する透明樹脂を配置するステップと、
前記透明樹脂上に２官能以上の多官能モノマーあるいはオリゴマーと光重合開始剤とを含有する光重合性組成物を配置するステップと、
前記光重合性組成物に平行光を照射し、該光重合性組成物を重合硬化させ、マトリックスと該マトリックス内で一方向に配向され規則的に配列された多数の柱状構造体とを備えた光学的ローパスフィルタを前記ギャップ層上に形成するステップと、を備えている、
ことを特徴とする光学的ローパスフィルタの製造方法。