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JP7207883B2 - Optical low-pass filter and imager - Google Patents
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JP7207883B2 - Optical low-pass filter and imager - Google Patents

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Description

本発明は、光学ローパスフィルタに関し、特に撮像装置に用いられる多点分離型光学ローパスフィルタに関する。 The present invention relates to an optical low-pass filter, and more particularly to a multi-point separation type optical low-pass filter used in imaging devices.

CCDセンサやC-MOSセンサ等の2次元撮像素子を用いる撮像装置では、撮像により取得される画像における偽色やモアレ縞の発生を防ぐために、光学ローパスフィルタ(以下、光学素子ともいう)が用いられる。光学ローパスフィルタは結像する光の点像分布を制御することでナイキスト周波数以上の高周波の画像情報を制限する。 Imaging devices that use two-dimensional imaging elements such as CCD sensors and C-MOS sensors use optical low-pass filters (hereinafter also referred to as optical elements) to prevent the occurrence of false colors and moire fringes in images obtained by imaging. be done. The optical low-pass filter limits image information of high frequencies equal to or higher than the Nyquist frequency by controlling the point image distribution of the imaged light.

特許文献1には、複屈折光学素子(複屈折層)を6層から8層積層して点像分布をガウス形状とすることで、高周波の解像度を高め斜め方向の偽色やモアレの発生を抑制する光学ローパスフィルタが開示されている。また特許文献2には、撮影レンズの収差や回折限界の影響を考慮して、光学ローパスフィルタによる4点分離または2点分離の光線分離幅を設定することが開示されている。 In Patent Document 1, 6 to 8 layers of birefringent optical elements (birefringent layers) are laminated to form a Gaussian point image distribution, thereby improving high-frequency resolution and suppressing false colors and moire in oblique directions. A suppressing optical low pass filter is disclosed. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-200000 discloses setting a light beam separation width for four-point separation or two-point separation by an optical low-pass filter in consideration of the effects of aberration and diffraction limit of a photographing lens.

特開2015-213306号公報JP 2015-213306 A 特許第5212044号公報Japanese Patent No. 5212044

しかしながら、撮像素子の画素ピッチの縮小化や分布する点像の多点化によって、複数に分離した点像間の距離(光線分離幅)が回折限界程度に近接すると、点像同士が干渉し合うことによって点像分布の形状が変化する。特許文献1では、点像分布を形成する際の条件を開示しているが、各複屈折素子で生ずる位相差や各複屈折素子の分離軸方位の影響については言及していない。特許文献2では、回折限界による点像の拡がりの影響については言及しているものの、点像間の干渉により点像分布が非対称化することについては言及していない。 However, when the distance between the separated point images (light beam separation width) approaches the diffraction limit due to the reduction of the pixel pitch of the image sensor and the increase in the number of distributed point images, the point images interfere with each other. This changes the shape of the point spread distribution. Although Patent Document 1 discloses conditions for forming a point spread distribution, it does not refer to the phase difference generated in each birefringent element or the influence of the separation axis orientation of each birefringent element. Although Patent Document 2 refers to the influence of the spread of the point images due to the diffraction limit, it does not refer to the asymmetry of the point image distribution due to the interference between the point images.

本発明は、対称性の高い光線分離作用を有する光学ローパスフィルタを提供する。 The present invention provides an optical low-pass filter having a highly symmetrical beam splitting effect.

本発明の一側面としての光学ローパスフィルタは、それぞれが入射光線を複数の光線に分離する複数の光学異方性層を有する。該光学ローパスフィルタは、複数の光学異方性層のそれぞれを光入射側から順に第1層乃至第N層(≦N≦5)とし、該第1層乃至第(N-1)層による光線分離幅の合計値をDa[μm]とし、第1層乃至第(N-1)層により分離された光線のうち入射光線に対して最大位相差を有する光線と最小位相差を有する光線との間の距離をDs[μm]とするとき、
Ds≦0.50Da
なる条件を満足し、第1層乃至第N層のうち全ての互いに隣接する二つの光学異方性層の光線分離方向が互いになす角度が120°以上150°以下であることを特徴とする。
An optical low-pass filter as one aspect of the present invention has a plurality of optically anisotropic layers each separating an incident light beam into a plurality of light beams. The optical low-pass filter has a plurality of optically anisotropic layers, each of which is a first layer to an N-th layer ( 4 ≤ N ≤ 5) in order from the light incident side, and the first to (N−1)-th layers The total value of the beam separation width is Da [μm], and among the beams separated by the first to (N−1)th layers, the beam having the maximum phase difference and the beam having the minimum phase difference with respect to the incident beam When the distance between is Ds [μm],
Ds≤0.50 Da
and the angle formed by the light beam splitting directions of all two adjacent optically anisotropic layers among the first to Nth layers is 120° or more and 150° or less .

なお、上記光学ローパスフィルタと、該光学ローパスフィルタを通過した光により形成された光学像を光電変換する撮像素子とを有する撮像装置も、本発明の他の一側面を構成する。 Note that an imaging apparatus including the above optical low-pass filter and an imaging device that photoelectrically converts an optical image formed by light passing through the optical low-pass filter also constitutes another aspect of the present invention.

本発明によれば、対称性の高い光線分離作用を有する光学ローパスフィルタを実現することができる。 According to the present invention, it is possible to realize an optical low-pass filter having a highly symmetrical light beam splitting effect.

本発明の代表的な実施例である光学ローパスフィルタの構成を示す図。1 is a diagram showing the configuration of an optical low-pass filter that is a representative embodiment of the present invention; FIG. 複屈折光学素子による点像分離を説明する図。FIG. 4 is a diagram for explaining point image separation by a birefringent optical element; 点像間の干渉効果を説明する図。The figure explaining the interference effect between point images. 実施例の光学ローパスフィルタの点像分布と位相差分布を説明する図。FIG. 4 is a diagram for explaining the point spread distribution and phase difference distribution of the optical low-pass filter of the example; 代表的な比較例である光学ローパスフィルタの点像分布と位相差分布を説明する図。FIG. 5 is a diagram for explaining point spread distribution and phase difference distribution of an optical low-pass filter as a typical comparative example; 本発明の実施例1である光学ローパスフィルタの点像分布図。1 is a point spread diagram of an optical low-pass filter that is Embodiment 1 of the present invention. FIG. 比較例1である光学ローパスフィルタの点像分布図。4 is a point spread diagram of an optical low-pass filter that is Comparative Example 1. FIG. 実施例1の空間周波数特性を示す図。4 is a diagram showing spatial frequency characteristics of Example 1. FIG. 比較例1の空間周波数特性を示す図FIG. 10 is a diagram showing spatial frequency characteristics of Comparative Example 1; 本発明の実施例2である光学ローパスフィルタの点像分布図。FIG. 4 is a point spread diagram of an optical low-pass filter that is Embodiment 2 of the present invention. 実施例2の空間周波数特性を示す図。FIG. 10 is a diagram showing spatial frequency characteristics of Example 2; 本発明の実施例3である光学ローパスフィルタの点像分布図。FIG. 4 is a point spread diagram of an optical low-pass filter that is Embodiment 3 of the present invention. 実施例3の空間周波数特性を示す図。FIG. 10 is a diagram showing spatial frequency characteristics of Example 3; 本発明の実施例4である光学ローパスフィルタの構成を示す図。FIG. 4 is a diagram showing the configuration of an optical low-pass filter that is Embodiment 4 of the present invention. 実施例4の光学ローパスフィルタの点像分布図。FIG. 10 is a point spread diagram of the optical low-pass filter of Example 4; 実施例4の空間周波数特性を示す図。FIG. 11 is a diagram showing spatial frequency characteristics of Example 4; 本発明の実施例5である光学ローパスフィルタの構成を示す図。FIG. 5 is a diagram showing the configuration of an optical low-pass filter that is Embodiment 5 of the present invention. 実施例5の光学ローパスフィルタの点像分布図。FIG. 11 is a point spread diagram of the optical low-pass filter of Example 5; 実施例5の空間周波数特性を示す図。FIG. 11 is a diagram showing spatial frequency characteristics of Example 5; 本発明の実施例6である撮像装置を示す図。The figure which shows the imaging device which is Example 6 of this invention.

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の代表的な実施例である多層(多点分離型)光学ローパスフィルタ10の構成を示している。光学ローパスフィルタ10は、光学異方性素子(光学異方性層)としての4層の複屈折光学素子(複屈折板)1~4が積層された構造を有する。ただし、光学異方性層の層数は4層に限られるものではなく、5層であっても本発明の効果を得ることができる。 FIG. 1 shows the configuration of a multi-layer (multipoint separation type) optical low-pass filter 10, which is a representative embodiment of the present invention. The optical low-pass filter 10 has a structure in which four layers of birefringent optical elements (birefringent plates) 1 to 4 as optical anisotropic elements (optical anisotropic layers) are laminated. However, the number of optically anisotropic layers is not limited to four, and the effect of the present invention can be obtained even with five layers .

以下の説明において、光学ローパスフィルタ10の長辺方向(水平方向)に延びる軸をx軸とし、その方向をx方向とする。また、光学ローパスフィルタ10の短辺方向(垂直方向)に延びる軸をy軸とし、その方向をy方向とする。さらに、x軸とy軸に沿った面、すなわちxy面を光学ローパスフィルタ10の素子面という。この素子面に直交する軸を光軸といい、該光軸が延びる方向を光軸方向(z方向)とする。4層の複屈折光学素子1~4は光軸方向に積層されている。 In the following description, the axis extending in the long-side direction (horizontal direction) of the optical low-pass filter 10 is defined as the x-axis, and its direction is defined as the x-direction. The axis extending in the short side direction (vertical direction) of the optical low-pass filter 10 is defined as the y-axis, and the direction is defined as the y-direction. Further, a plane along the x-axis and the y-axis, that is, the xy plane is called an element plane of the optical low-pass filter 10 . The axis perpendicular to the element surface is called an optical axis, and the direction in which the optical axis extends is called the optical axis direction (z direction). Four layers of birefringent optical elements 1 to 4 are stacked in the optical axis direction.

光軸方向は、光が光学ローパスフィルタ10に入射して透過する方向である。なお、各複屈折光学素子の光軸方向での厚さは、図では説明のために実際よりも厚く示しているが、実際の厚さは数100μm程度である。 The optical axis direction is the direction in which light enters and passes through the optical low-pass filter 10 . Although the thickness of each birefringent optical element in the optical axis direction is shown to be thicker than the actual thickness for explanation purposes, the actual thickness is about several hundred micrometers.

複屈折光学素子1~4はそれぞれ、水晶またはニオブ酸リチウム等の一軸性結晶(異方性材料)により形成されている。図2(a)に示すように、光軸方向から各複屈折光学素子を見ると、その光学軸はy方向に対して90°の方向を向いている。また、図2(b)に示すように、各複屈折光学素子をy方向から見ると、その光学軸は、光軸方向に対して角度θ(素子面に対して90°-θ)だけ傾いている。以下の説明では、θを傾斜角という。θは一般的には45°付近の角度に設定されるが、材質や設定したい位相差に応じて10°以上80°以下の範囲で設定される。 Each of the birefringent optical elements 1 to 4 is made of uniaxial crystal (anisotropic material) such as quartz or lithium niobate. As shown in FIG. 2A, when each birefringent optical element is viewed from the optical axis direction, the optical axis is oriented at 90° to the y direction. Also, as shown in FIG. 2B, when each birefringent optical element is viewed from the y direction, its optical axis is inclined by an angle θ (90°−θ with respect to the element surface) with respect to the optical axis direction. ing. In the following description, θ is called the tilt angle. Although θ is generally set to an angle around 45°, it is set in the range of 10° or more and 80° or less depending on the material and the desired phase difference.

また、一般に、斜めの光学軸を有する平行平板形状の複屈折光学素子に入射した光線は常光線と異常光線の2つの光線に分離されることが知られている。すなわち、図2(c)に示すように、光軸方向から複屈折光学素子に入射した光線6は、まっすぐに透過する常光線7と、常光線7に対して図中に示す方向に透過する異常光線8とに分離される。以下の説明において、常光線7と異常光線8とが分離する方向を光線分離方向という。 Also, it is generally known that a light beam incident on a birefringent optical element having a parallel plate shape with an oblique optical axis is split into two light beams, an ordinary ray and an extraordinary ray. That is, as shown in FIG. 2(c), a light ray 6 incident on the birefringent optical element from the optical axis direction is an ordinary ray 7 that is transmitted straight, and an ordinary ray 7 that is transmitted in the direction shown in the figure. and the extraordinary ray 8 . In the following description, the direction in which the ordinary ray 7 and the extraordinary ray 8 are separated is called the ray separation direction.

常光線7は光線分離方向に対して直交する方向に電場が振動する偏光となり、異常光線8は光線分離方向と平行な方向に電場が振動する偏光となる。すなわち、常光線7と異常光線8の偏光方向は直交する。 The ordinary ray 7 becomes polarized light with an electric field oscillating in a direction perpendicular to the beam splitting direction, and the extraordinary ray 8 becomes polarized light with an electric field oscillating in a direction parallel to the beam splitting direction. That is, the polarization directions of the ordinary ray 7 and the extraordinary ray 8 are orthogonal.

複屈折光学素子から常光線7および異常光線8が出射するときのこれら光線7,8間の距離である光線分離幅wは、複屈折光学素子の材質固有の屈折率異方性の大きさnΔと光学軸の傾斜角θと複屈折光学素子の厚みdとで一意に決まる。材質と傾斜角θが決まれば、光線分離幅wは厚みdに比例する。 The ray separation width w, which is the distance between the ordinary ray 7 and the extraordinary ray 8 when they are emitted from the birefringent optical element, is the magnitude nΔ of refractive index anisotropy unique to the material of the birefringent optical element. , the tilt angle θ of the optical axis, and the thickness d of the birefringent optical element. If the material and the inclination angle θ are determined, the beam separation width w is proportional to the thickness d.

このような複屈折光学素子を、光線分離方向が45°または135°となるように光軸方向(積層方向)に積層することにより、層数N(4≦N≦5)に対して2のN乗個に分かれた点像分布(光線分布)が形成される。複屈折光学素子1~4の光線分離方向、光線分離幅および積層数を考慮して点像分布の拡がりを幾何光学的に設計することで、光学ローパスフィルタ10として機能させることができる。 By stacking such birefringent optical elements in the optical axis direction (stacking direction) so that the light beam separation direction is 45° or 135°, the number of layers N (4 ≤ N ≤ 5) is 2. A point spread distribution (ray distribution) divided into N-th power is formed. The optical low-pass filter 10 can be made to function by geometrically optically designing the spread of the point spread in consideration of the light beam separation direction, the light beam separation width, and the number of layers of the birefringent optical elements 1 to 4 .

しかし、複数ある点像(光線)間の距離が、点像分布自体の拡がりに対して近接している場合には、波動光学的な干渉が生じ、幾何光学的に求めたような点像分布が得られない場合がある。 However, when the distance between multiple point images (light rays) is close to the spread of the point image distribution itself, wave optics interference occurs and the point image distribution obtained by geometrical optics may not be obtained.

最も簡単な例として、図3(a),(b)に示すように、複数に分離した点像のうち距離Dだけ離れ、偏光方向が平行な2点の点像を考える。図中の点線曲線はそれぞれの点像の本来の強度分布(点像分布)を示し、実線曲線は2つの点像の合成として得られる点像分布を示す。点像の白と黒は位相の違いを表し、図3(a)では2つの点像の位相差が(m+1)λ/2だけずれていることを点線の上下でも示している。図3(b)では2つの点像の位相差はゼロまたは波長の整数倍である。幾何光学的には、2つの点像にどのような位相差が付与されていたとしても点像分布は一様である。しかし、実際には点像は回折や収差により有限の拡がりを持ち、互いの点像分布の位相差に応じた干渉が生じる。 As the simplest example, as shown in FIGS. 3A and 3B, consider two point images separated by a distance D and having parallel polarization directions among the point images separated into a plurality of points. The dotted line curve in the figure shows the original intensity distribution (point spread distribution) of each point image, and the solid line curve shows the point spread distribution obtained as a synthesis of two point images. White and black of the point images represent phase differences, and in FIG. 3A, the upper and lower dotted lines also indicate that the phase difference between the two point images is shifted by (m+1)λ/2. In FIG. 3(b), the phase difference between the two point images is zero or an integer multiple of the wavelength. In terms of geometrical optics, the point image distribution is uniform regardless of the phase difference given to the two point images. However, the point images actually have a finite spread due to diffraction and aberration, and interference occurs according to the phase difference between the point image distributions.

具体的には、図3(a)では、打ち消し合いにより点像間に落ち込みが発生するのに対して、図3(b)の例では強め合いにより滑らかな点像分布が得られる。この結果、図3(a)と図3(b)とで、2つの点像の合成として得られる点像分布関数に差が生じる。この場合、干渉を考慮した見かけの光線分離幅は図3(a)よりも図3(b)の方が小さくなる。 Specifically, in FIG. 3A, a drop occurs between point images due to cancellation, whereas in the example of FIG. 3B, a smooth point image distribution is obtained due to reinforcement. As a result, there is a difference between the point spread functions obtained by synthesizing the two point images between FIG. 3(a) and FIG. 3(b). In this case, the apparent beam separation width in consideration of interference is smaller in FIG. 3B than in FIG. 3A.

一般に、複屈折光学素子により分離された直後の点像間の偏光関係は、図2(d)において各点像の偏光方向を両矢印で示したように直交関係にあるため、点像分布は位相を考慮しない強度分布の足し合わせでよい。点像の回折や収差による拡がりよりも各点像の分離幅が十分に大きければ、干渉の影響は軽微であると考えられる。 In general, the polarization relationship between the point images immediately after being separated by the birefringent optical element is orthogonal to each other, as indicated by the double-headed arrows in FIG. 2(d). A sum of intensity distributions without consideration of the phase may be used. If the separation width of each point image is sufficiently larger than the spread due to diffraction or aberration of the point image, the influence of interference is considered to be minor.

しかし、多層、すなわち多点分離型光学ローパスフィルタでは、点像分離の過程で点像間の距離が近接するため、干渉の影響が表れやすくなる。特に8点以上、より顕著には16点以上に点像を分離する多点分離型光学ローパスフィルタでは、それら点像間の影響が複雑化するため、点像間の位相差による干渉を考慮した上で適切な点像分布となるように光学ローパスフィルタの構成を選択する必要がある。 However, in a multi-layer, ie multi-point separation type optical low-pass filter, the distance between point images becomes close in the process of point image separation, so the influence of interference is likely to appear. Especially in a multi-point separation type optical low-pass filter that separates point images into 8 points or more, more significantly 16 points or more, the influence between the point images becomes complicated, so we considered the interference due to the phase difference between the point images. It is necessary to select the configuration of the optical low-pass filter so as to obtain an appropriate point spread distribution.

多点分離型光学ローパスフィルタでの干渉の影響の説明のために、図1と同じく4層構成の16点分離を行う光学ローパスフィルタを考える。図4は、4層の複屈折光学素子を光軸方向に積層したときの点像の分離過程を示している。以下、複屈折光学素子をLPFと記す。また、図4では、光入射側から順に配置された第1層から第4層のLPFをそれぞれ、LPF1、LPF2、LPF3、LPF4と記す。 To explain the effect of interference in a multi-point separation type optical low-pass filter, consider an optical low-pass filter that performs 16-point separation with a four-layer configuration, as in FIG. FIG. 4 shows the separation process of point images when four layers of birefringent optical elements are stacked in the optical axis direction. The birefringent optical element is hereinafter referred to as LPF. In addition, in FIG. 4, the LPFs of the first to fourth layers arranged in order from the light incident side are denoted as LPF1, LPF2, LPF3, and LPF4, respectively.

図4(a)~(d)では、LPF1、LPF2、LPF3、LPF4をこの順に光線が透過した際の点像分離の様子を示している。実線丸は常光線の点像を、点線丸は異常光線の点像を表す。また、点像から点像へ向かう矢印は、光線分離方向を示す。図4に示すように、光学ローパスフィルタに入射した光線(入射光線)は、LPF1~LPF4のそれぞれにおいて、x軸となす角度が225°、0°、135°、270°である各光線分離方向に分離される。これにより、入射光線は合計4回分離され、図4(d)に示すように最終的に16点の点像が形成される。 FIGS. 4A to 4D show the state of point image separation when light rays pass through LPF1, LPF2, LPF3, and LPF4 in this order. Solid circles represent point images of ordinary rays, and dotted circles represent point images of extraordinary rays. An arrow pointing from one point image to another point image indicates the direction of beam separation. As shown in FIG. 4, light beams incident on the optical low-pass filter (incident light beams) are split in the respective light beam separation directions at angles of 225°, 0°, 135°, and 270° with the x-axis in each of LPF1 to LPF4. separated into As a result, the incident light beam is separated four times in total, and 16 point images are finally formed as shown in FIG. 4(d).

なお、図4(a)~(d)における各LPFの横には、図4(e)~(h)として各点像の位相差を濃淡で示している。ここでは、各LPFで生じる常光線と異常光線との間の位相差Δは互いに同じとする。 4(a) to 4(d), beside each LPF, the phase difference of each point image is indicated by shading as FIGS. 4(e) to 4(h). Here, it is assumed that the phase difference Δ between the ordinary ray and the extraordinary ray generated in each LPF is the same.

図4(e)に示すように、入射光線がLPF1を透過することで、異常光線の点像に常光線に対する位相差Δが付与される。そして、各光線がLPF2を透過した時点で図4(f)に示す位相差の分布(0~2Δ)が得られ、さらに各光線がLPF3を透過した時点で図4(g)に示す位相差の分布(0~3Δ)が得られる。最後に各光線がLPF4を透過することで、図4(h)に示すように常光線と異常光線の点像分布が形成されるが、常光線及び異常光線は直交偏光であるため互いに干渉しない。したがって、LPF3を透過した時点での8点の点像分布において位相差分布に応じた点像間の干渉が生じ、それが重ね合わされて16点分離に相当する点像が形成される。 As shown in FIG. 4(e), the incident ray passes through the LPF 1, so that the point image of the extraordinary ray is given a phase difference Δ with respect to the ordinary ray. Then, when each light beam passes through LPF 2, the phase difference distribution (0 to 2Δ) shown in FIG. 4(f) is obtained. distribution (0 to 3Δ) is obtained. Finally, each ray passes through the LPF 4, forming a point image distribution of the ordinary ray and the extraordinary ray as shown in FIG. 4(h). . Therefore, interference between point images corresponding to the phase difference distribution occurs in the point image distribution of 8 points at the time of transmission through the LPF 3, and the point images are superimposed to form a point image corresponding to 16 point separation.

干渉の影響を考慮すべきLPF3での位相差分布に着目すると、中心付近にて位相差が最小(0)の点像と位相差が最大(3Δ)の点像が隣接し、その周囲に位相差Δおよび位相差2Δの3つの点像が対称的に配置される。なお、図4(h)に示したLPF4における常光線の8つの点像と異常光線の8つの点像の位相差分布は相対的に同じであるが、実際には光線分離方向に起因する位相飛びが加わるため、2つは同一の干渉分布とはならない。 Focusing on the phase difference distribution in the LPF 3 where the influence of interference should be considered, the point image with the minimum phase difference (0) and the point image with the maximum phase difference (3Δ) are adjacent to each other near the center. Three point images with phase difference Δ and phase difference 2Δ are symmetrically arranged. The phase difference distribution between the eight point images of the ordinary ray and the eight point images of the extraordinary ray in the LPF 4 shown in FIG. Due to the added jump, the two do not have the same interference distribution.

次に、図4と同様に4層構成であるが、これとは異なる構成で16点分離を行う光学ローパスフィルタの例(比較例)を図5に示す。図5では、第1層から第4層のLPFをそれぞれ、LPF1′、LPF2′、LPF3′、LPF4′と記す。図5に示すLPF1′~LPF4′での光線分離方向は、図4に示したLPF1~LPF4での光線分離方向と異なる。図5(a)~(d)に示すように、光学ローパスフィルタに入射した入射光線は、LPF1′~LPF4′のそれぞれにおいて、x軸となす角度が45°、0°、315°、90°である各光線分離方向に分離される。これにより、入射光線は合計4回分離され、図5(d)に示すように最終的に16点の点像が形成される。 Next, FIG. 5 shows an example (comparative example) of an optical low-pass filter that performs 16-point separation with a four-layer structure similar to that of FIG. 4, but with a different structure. In FIG. 5, the LPFs of the first to fourth layers are denoted as LPF1', LPF2', LPF3', and LPF4', respectively. The beam splitting directions at LPF1' to LPF4' shown in FIG. 5 are different from the beam splitting directions at LPF1 to LPF4 shown in FIG. As shown in FIGS. 5(a) to 5(d), the incident light rays entering the optical low-pass filters form angles of 45°, 0°, 315°, and 90° with the x-axis in LPF1′ to LPF4′, respectively. is separated in each ray separation direction. As a result, the incident light beam is separated four times in total, and 16 point images are finally formed as shown in FIG. 5(d).

幾何光学的には重心位置の違いを除いて、図5のLPF4′で得られる点像分布は図4のLPF4で得られる点像分布と同様である。図4と同様に、図5の各LPFの横に図5(e)~(h)として各点像の位相差を示す。図5のLPF3′で得られる位相差分布は図4のLPF3で得られる位相差分布とは異なっている。最も左の点像の位相差が0で最小である。他に位相差Δの点像が3点、位相差2Δの点像が3点形成され、最も右の点像の位相差が3Δで最大となる。このように、図中の左から右に向かって位相差が増えるような位相差分布が得られる。図4(g)と図5(g)を比較するとわかるように、図5のLPF3′で得られる位相差分布は、図4のLPF3で得られる位相差分布に比べて対称性が低い(非対称性が高い)。 In terms of geometrical optics, the point spread distribution obtained by the LPF4' of FIG. 5 is the same as the point spread distribution obtained by the LPF4 of FIG. Similar to FIG. 4, the phase difference of each point image is shown as FIGS. 5(e) to 5(h) next to each LPF in FIG. The phase difference distribution obtained by LPF3' of FIG. 5 is different from the phase difference distribution obtained by LPF3 of FIG. The phase difference of the leftmost point image is 0, which is the minimum. In addition, three point images with a phase difference Δ and three point images with a phase difference of 2Δ are formed, and the rightmost point image has the maximum phase difference of 3Δ. Thus, a phase difference distribution is obtained in which the phase difference increases from left to right in the figure. As can be seen by comparing FIG. 4(g) and FIG. 5(g), the phase difference distribution obtained by LPF3′ in FIG. high quality).

点像の位相差分布の対称性を説明するために、図4のLPF1~LPF4の構成と図5のLPF1′~LPF4′の構成をベクトルで表記する。ベクトルの方向を光線分離方向とし、ベクトルの長さを光線分離幅として、LPF1~LPF4を重ねたものを図4(i)に示し、LPF1′~LPF4′を重ねたものを図5(i)に示す。 In order to explain the symmetry of the phase difference distribution of the point image, the configuration of LPF1 to LPF4 in FIG. 4 and the configuration of LPF1' to LPF4' in FIG. 5 are represented by vectors. FIG. 4(i) shows the overlapping of LPF1 to LPF4 with the direction of the vector as the ray separation direction and the length of the vector as the ray separation width, and FIG. shown in

また、位相差を考慮すべき層であるLPF1~LPF3およびLPF1′~LPF3′においてベクトルを足し合わせた合成ベクトルを二重線矢印で示す。合成ベクトルの方向は、点像全体の位相差分布の勾配方向として、長さは位相差分布の偏り量として考えることができる。図4(i)ではベクトルの方向に偏りは少なく、その結果として合成ベクトルは打ち消し合って短くなる。これは、図4(h)に示したLPF4で形成されるほぼ均一な位相差分布と対応していると考えることができる。 Double-line arrows indicate synthetic vectors obtained by adding vectors in LPF1 to LPF3 and LPF1' to LPF3', which are layers in which the phase difference should be considered. The direction of the composite vector can be considered as the gradient direction of the phase difference distribution of the entire point image, and the length can be considered as the amount of deviation of the phase difference distribution. In FIG. 4(i), there is little deviation in the direction of the vector, and as a result the resultant vector cancels out and becomes short. It can be considered that this corresponds to the substantially uniform phase difference distribution formed by the LPF 4 shown in FIG. 4(h).

一方、図5(i)に示す比較例においては位相差分布に偏りがあるため、ベクトルはx方向への偏りが大きく、この結果、合成ベクトルはx方向に長く伸びる。図5(i)に示した合成ベクトルを図5(h)に示したLPF4′で得られる位相差分布と比較すると、合成ベクトルがx方向に長いことは、位相差分布がx方向に偏っていることと対応していることがわかる。したがって、図4の構成は図5の構成に比べて位相差分布の対称性が高い。位相差分布の対称性が高いことは、後述する波長平均化により点像分布を均一化しやすいと考えることができる。 On the other hand, in the comparative example shown in FIG. 5(i), since the phase difference distribution is biased, the vectors are largely biased in the x direction, and as a result, the combined vector extends long in the x direction. Comparing the composite vector shown in FIG. 5(i) with the phase difference distribution obtained by the LPF 4′ shown in FIG. It can be seen that it corresponds to the presence of Therefore, the configuration of FIG. 4 has higher symmetry of the phase difference distribution than the configuration of FIG. It can be considered that the high symmetry of the phase difference distribution facilitates homogenization of the point spread distribution by wavelength averaging, which will be described later.

また、合成ベクトルの長さは、図4(h)と図5(h)に示したように、LPF3又はLPF3′で得られる各点像における、位相差が最小の点像の位置と位相差が最大の点像の位置との間の距離(光線分離幅ともいう)Dsと等しくなる。これは最小位相差を有する点像を出発点として、最大位相差を有する点像の到達位置が合成ベクトルの終点と一致するためである。このため、点像分布における位相差の対称性を評価する評価値として距離Dsを用いることができる。均一な点像分布を得るには、距離Dsが十分に小さくなるようにLPF1~LPF4の光学軸の方位や光線分離幅を設計することが望ましい。 Further, as shown in FIGS. 4(h) and 5(h), the length of the synthesized vector is the position of the point image with the minimum phase difference and the phase difference is equal to the distance (also called ray separation width) Ds between the position of the maximum point image. This is because, with the point image having the minimum phase difference as the starting point, the arrival position of the point image having the maximum phase difference coincides with the end point of the composite vector. Therefore, the distance Ds can be used as an evaluation value for evaluating the symmetry of the phase difference in the point spread. In order to obtain a uniform point spread, it is desirable to design the azimuths of the optical axes of LPF1 to LPF4 and the beam separation width so that the distance Ds is sufficiently small.

具体的には、N層(N≧3)のLPFにより構成された光学ローパスフィルタにおいて、光入射側から順に配置された第1層から第(N-1)層までのLPFの光線分離幅の合計値をDaとする。また、第1層から第(N-1)層までのLPFにより分離された光線のうち最大位相差を有する光線と最小位相差を有する光線との間の距離をDs[μm]とする。このとき、光線分離幅DsはDaに対して以下の条件式(1)を満足することが望ましい。 Specifically, in an optical low-pass filter composed of N layers (N≧3) of LPFs, the light beam separation width of the LPFs from the first layer to the (N-1)th layer arranged in order from the light incident side Let Da be the total value. Let Ds [μm] be the distance between the light beam with the maximum phase difference and the light beam with the minimum phase difference among the light beams separated by the LPF from the first layer to the (N−1)th layer. At this time, it is desirable that the beam separation width Ds satisfies the following conditional expression (1) with respect to Da.

Ds≦0.5Da (1)
この条件を満足することにより、点像間の干渉効果を考慮したとしても方位対称性が高く、幾何光学的な設計値により近い光学ローパスフィルタを得ることができる。
Ds ≤ 0.5 Da (1)
By satisfying this condition, it is possible to obtain an optical low-pass filter that has high azimuth symmetry even when the interference effect between point images is taken into consideration, and that is closer to the geometrical optics design value.

さらに、この光学ローパスフィルタを撮像装置の光学系に用いる場合の現実的目安として、Dsが、F5.6でのd線(587nm)の回折拡がりである幅4μm(1.22λdF=4.010μm)より小さい場合は点像間の干渉の影響が顕著であると考えられる。製造誤差等を考慮した上で、Dsが4.2μm以下である場合(Ds≦4.2μmなる条件を満たす場合)には、特に条件式(1)を満足することが望ましい。実際には、撮像素子の画素ピッチの縮小化が進み、より小さい光線分離幅で、かつより明るいFナンバでローパスフィルタ効果を得ようとする場合には、Dsが2μm程度であっても点像間の干渉による点像分布の変形への影響が増大すると考えられる。 Furthermore, as a practical guideline for using this optical low-pass filter in the optical system of an imaging device, Ds is the diffraction spread of the d-line (587 nm) at F5.6, which is a width of 4 μm (1.22λdF=4.010 μm). If it is smaller, it is considered that the influence of interference between point images is significant. Considering manufacturing errors and the like, when Ds is 4.2 μm or less (when the condition Ds≦4.2 μm is satisfied), it is particularly desirable to satisfy conditional expression (1). In fact, as the pixel pitch of the image pickup device continues to shrink, when trying to obtain a low-pass filter effect with a smaller light beam separation width and a brighter F number, even if Ds is about 2 μm, a point image It is thought that the influence on the deformation of the point spread distribution due to the interference between them increases.

光学ローパスフィルタが用いられる撮像装置は、一般に、可視光帯域等のブロードな波長帯域で動作する。各LPFの位相差は波長分散を持つため、波長によって位相差Δが変化し、それに応じて点像の分布も変化する。しかし、撮像装置で取得される実際の撮像画像では、撮像素子の感度やカラーフィルタの帯域幅で点像の分布は平均化され、対称性の高い点像分布となる。 An imaging device using an optical low-pass filter generally operates in a broad wavelength band such as a visible light band. Since the phase difference of each LPF has wavelength dispersion, the phase difference Δ changes depending on the wavelength, and the distribution of point images also changes accordingly. However, in an actual captured image obtained by the imaging device, the point image distribution is averaged by the sensitivity of the image sensor and the bandwidth of the color filter, resulting in a point image distribution with high symmetry.

図6には、一例として、表1に示す構成において波長460nmから640nmで波長を平均化したときの点像分布を示す。点像の拡がりによって互いの強度分布が干渉し合った結果、波長の平均化を考慮しても点像分布は対称な分布となる。図7には、比較例として、表2に示す構成における点像分布を示す。この比較例では、波長の平均化を考慮しても点像分布の非対称性が残存する。 FIG. 6 shows, as an example, the point spread distribution when the wavelength is averaged from 460 nm to 640 nm in the configuration shown in Table 1. In FIG. As a result of the mutual interference of the intensity distributions due to the spread of the point images, the point image distributions are symmetrical even when the wavelength averaging is considered. FIG. 7 shows the point spread distribution in the configuration shown in Table 2 as a comparative example. In this comparative example, the asymmetry of the point spread distribution remains even when the wavelength averaging is considered.

図6と図7の点像分布の違いは、点像間の位相差分布に起因する。図7の点像の位相差分布は偏りが大きく、波長分散による変化を考慮しても非対称性が残存する。これに対して図6の点像分布では点像の位相差分布の対称性が高く、波長の平均化により均一な点像が得られる。条件式(1)を満足することにより、各LPFでの光線分離方向を偏らないように分布させることができ、これにより均一な点像分布が得られる。
さらに、以下の条件式(1a)を満足することがより好ましい。
The difference between the point spread distributions in FIGS. 6 and 7 is due to the phase difference distribution between the point spreads. The phase difference distribution of the point images in FIG. 7 is highly biased, and asymmetry remains even when changes due to wavelength dispersion are considered. On the other hand, in the point image distribution of FIG. 6, the phase difference distribution of the point image is highly symmetrical, and a uniform point image can be obtained by averaging the wavelengths. By satisfying the conditional expression (1), it is possible to distribute the light beam splitting directions in each LPF so as not to be biased, thereby obtaining a uniform point spread distribution.
Furthermore, it is more preferable to satisfy the following conditional expression (1a).

Ds≦0.4Da (1a)
本実施例の光学ローパスフィルタが使用される波長域(使用波長域)において波長が十分に平均化されるためには、各LPFの位相差の波長分散がある程度大きいことが望ましい。波長分散が小さいと、単一波長の光線が入射したときの点像分布に偏りが生じた際に十分に波長が平均化されない場合がある。
Ds≦0.4 Da (1a)
In order for the wavelengths to be sufficiently averaged in the wavelength range in which the optical low-pass filter of this embodiment is used (use wavelength range), it is desirable that the chromatic dispersion of the phase difference of each LPF is large to some extent. If the wavelength dispersion is small, the wavelength may not be sufficiently averaged when the point spread distribution is biased when a light beam of a single wavelength is incident.

具体的には光学ローパスフィルタの使用波長域における最短波長をλmin、最長波長をλmaxとする。そして、第1層から第(N-1)層までのLPFのうち少なくとも一つのLPFにおいて、最短波長λminと最長波長λmaxに対して生じる位相差をそれぞれδminおよびδmaxとするとき、以下の条件式(2)を満足することが望ましい。 Specifically, the shortest wavelength in the operating wavelength range of the optical low-pass filter is λmin, and the longest wavelength is λmax. In at least one of the LPFs from the 1st layer to the (N-1)th layer, when the phase differences occurring with respect to the shortest wavelength λmin and the longest wavelength λmax are respectively δmin and δmax, the following conditional expression: It is desirable to satisfy (2).

0.5≦δmin/λmin-δmax/λmax (2)
また、N層のLPFのうち少なくとも一つのLPFで生じる位相差をδsとするとき、以下の条件式(3)を満足することが望ましい。
0.5≦δmin/λmin−δmax/λmax (2)
Further, it is desirable to satisfy the following conditional expression (3), where δs is the phase difference generated in at least one LPF among the N layers of LPFs.

0.5≦δs/λmin-δs/λmax (3)
条件式(2)または(3)を満足することにより、十分な波長平均化の効果を得ることができる。
0.5≦δs/λmin−δs/λmax (3)
By satisfying conditional expression (2) or (3), a sufficient wavelength averaging effect can be obtained.

なお、使用波長域とは、光学ローパスフィルタが用いられる撮像装置の仕様によって決まり、例えば光学ローパスフィルタを撮像素子に対して用いる場合は、該撮像素子の感度、カラーフィルタやカットフィルタの透過率等を考慮して設定される。可視光波長域であれば概ね400nmから700nmの範囲、またはその中の100nm程度の特定の色域に対応する任意の波長幅の波長域が選択される。撮像装置により設定される波長域であれば、可視光波長以外の赤外波長域や紫外波長域であってもよい。 The usable wavelength range is determined by the specifications of the imaging device in which the optical low-pass filter is used. is set in consideration of If it is a visible light wavelength range, a wavelength range with an arbitrary wavelength width corresponding to a specific color range of approximately 100 nm within the range of approximately 400 nm to 700 nm is selected. As long as it is a wavelength range set by the imaging device, it may be an infrared wavelength range or an ultraviolet wavelength range other than visible light wavelengths.

光学ローパスフィルタを機能させる際に考慮すべき波長域を使用波長域と考えるとき、本実施例の効果を得るために条件式(2)を満足することが望ましい。さらには、第1層から第(N-1)層までのLPFのうち一つのLPFだけでなく、他のLPFにおいても条件式(2)を満足することがより望ましい。 Considering the wavelength range to be considered when the optical low-pass filter functions as the wavelength range to be used, it is desirable to satisfy the conditional expression (2) in order to obtain the effect of this embodiment. Furthermore, it is more desirable that not only one of the LPFs from the 1st layer to the (N-1)th layer but also the other LPFs satisfy the conditional expression (2).

さらに、以下の条件式(2a)および(2b)を順に満足することがより好ましい。 Furthermore, it is more preferable to satisfy the following conditional expressions (2a) and (2b) in order.

0.5≦δmin/λmin-δmax/λmax≦3.0 (2a)
0.6≦δmin/λmin-δmax/λmax≦2.0 (2b)
また、以下の条件式(3a)及び(3b)を順に満足することがより好ましい。
0.5≦δmin/λmin−δmax/λmax≦3.0 (2a)
0.6≦δmin/λmin−δmax/λmax≦2.0 (2b)
Moreover, it is more preferable to satisfy the following conditional expressions (3a) and (3b) in order.

0.5≦δs/λmin-δs/λmax≦10.0 (3a)
0.55≦δs/λmin-δs/λmax≦8.5 (3b)
また、これまでの説明では、波長板を用いずに点像分離を行う構成を示したが、隣接する2層のLPF間に波長板(λ/4板)を配置して、これらLPFにより互いに直交する方向に点像分離を行うように構成してもよい。この場合、波長板は点像分離の作用はなく偏光状態の変換に用いられ、実質的に合成ベクトルには寄与しないが、上記2つのLPFの光学軸の方位が互いに90°をなす場合にも合成ベクトルと同様の考えを適用できる。
0.5≦δs/λmin−δs/λmax≦10.0 (3a)
0.55≦δs/λmin−δs/λmax≦8.5 (3b)
In addition, in the description so far, the configuration for performing point image separation without using a wave plate was shown, but a wave plate (λ/4 plate) is arranged between two adjacent LPF layers, and these LPFs mutually It may be configured to perform point image separation in an orthogonal direction. In this case, the wave plate does not act to separate the point image and is used for polarization state conversion, and does not substantially contribute to the composite vector. Similar considerations apply to composite vectors.

ただし、点像間の干渉が生じ易い多点分離型光学ローパスフィルタにおいて点像分離に寄与しない層を増やすことは、材料コストと厚みの増大につながる。このため、x方向(第1の方向)またはy方向(第2の方向)に点像分離を行う第1のLPF(第1の光学異方性層、第1の異方性光学素子)と、xまたはy方向に対して45°または135°の方向に点像分離を行う第2のLPF(第2の光学異方性層、第2の異方性光学素子)とを交互に積層するとよい。この場合には、対角成分で発生しやすい偽色を効果的に抑制するため、第1のLPFの光線分離幅が、第2のLPFの光線分離幅より小さいことが望ましい。 However, increasing the number of layers that do not contribute to point image separation in a multi-point separation optical low-pass filter in which interference between point images is likely to occur leads to an increase in material cost and thickness. Therefore, a first LPF (first optically anisotropic layer, first anisotropic optical element) that performs point image separation in the x direction (first direction) or the y direction (second direction) and , and a second LPF (second optically anisotropic layer, second anisotropic optical element) that performs point image separation in a direction of 45° or 135° with respect to the x or y direction. good. In this case, in order to effectively suppress false colors that tend to occur in diagonal components, it is desirable that the light beam separation width of the first LPF is smaller than the light beam separation width of the second LPF.

また、図4に示した構成例では、光線分離幅が互いに同一である4つのLPF1~LPF4を用いたが、各LPFの光線分離幅は互いに異なっていてもよい。条件式(1)に示したように光線分離幅Dsが十分小さいことは、光線分離方向の合成ベクトルの偏りが方位によらず小さいことを意味する。このため、LPF1~LPF4の光線分離幅が互いに異なっていたとしても、図4の構成と同様な効果が得られる。 Further, in the configuration example shown in FIG. 4, four LPF1 to LPF4 having the same beam separation width are used, but the beam separation width of each LPF may be different from each other. As shown in conditional expression (1), the sufficiently small beam separation width Ds means that the deviation of the combined vector in the beam separation direction is small regardless of the azimuth. Therefore, even if the light beam separation widths of LPF1 to LPF4 are different from each other, the same effect as the configuration of FIG. 4 can be obtained.

なお、点像間の干渉を考慮しても、基本的な光学ローパスフィルタの設計値は幾何光学的な条件から算出してもよい。より好ましくは、事前に回折拡がりと干渉の影響を考慮した点像分布を求め、その結果に基づいてLPFの特性の強弱を調整する方法を採用するとよい。このとき、条件式(1)および(2)を満足することと幾何光学的な条件から設計値を算出することとは背反条件とはならない。幾何光学的な設計値ではLPFの光線分離方向に対して2つの自由度(例えば+45°方位の分離と225°方位の分離とは幾何光学的に等価である)があるため、幾何光学的な設計値と条件式(1)とは独立に扱うことが可能である。すなわち、幾何光学的な設計を行った上で、上記自由度の中で条件式(1)を満足するように各LPFの光線分離幅を設定することができる。 Even if interference between point images is taken into account, the basic design value of the optical low-pass filter may be calculated from geometrical optics conditions. More preferably, a point spread distribution considering the effects of diffraction spread and interference is obtained in advance, and the strength of the LPF characteristic is adjusted based on the results. At this time, satisfying the conditional expressions (1) and (2) and calculating the design value from the geometrical optics conditions are not contradictory conditions. In the geometrical optics design value, there are two degrees of freedom for the LPF beam splitting direction (for example, +45° azimuth separation and 225° azimuth separation are geometrically equivalent). The design value and conditional expression (1) can be treated independently. That is, after performing geometrical optics design, the ray separation width of each LPF can be set so as to satisfy the conditional expression (1) within the above degrees of freedom.

また、条件式(2)に関する位相差についても同様である。例えば、LPFの分離幅の決定方法には傾斜角θと厚みdの2つのパラメータがある。これらパラメータは互いに独立であるので、同一の光線分離幅で位相差を任意に調整することができる。このため、光線分離幅と位相差とを互いに独立に制御することができる。例えば、通常は傾斜角θが45°付近とするのが最も分離幅を大きく取れる。しかし厚みdを十分厚く取れば傾斜角θは45°よりも大きな値とすることができる。分離幅は同じでも後者の方が位相差を大きくすることができる。 The same applies to the phase difference related to conditional expression (2). For example, the method of determining the separation width of the LPF includes two parameters, the tilt angle θ and the thickness d. Since these parameters are independent of each other, the phase difference can be arbitrarily adjusted with the same beam separation width. Therefore, the beam separation width and the phase difference can be controlled independently of each other. For example, the inclination angle .theta. of about 45.degree. However, if the thickness d is sufficiently thick, the tilt angle θ can be set to a value larger than 45°. Even if the separation width is the same, the latter can increase the phase difference.

条件式(1)に関して、N層のLPFが同一の光線分離幅を有するように構成される場合には、より簡易な構成方法として、互いに隣接する2層のLPFの光線分離方向同士がなす角度を135°程度に設定してもよい。これにより、条件式(1)を満足する光学ローパスフィルタを実現することができる。ただし、光線分離幅や光線分離方向の設定は設計条件により決まるので、上記角度を厳密に135°にする必要はなく、公差や設計許容量を見込んで、上記角度を120°以上150°以下の範囲で選択すればよい。 Regarding the conditional expression (1), when the LPFs of N layers are configured to have the same beam separation width, as a simpler configuration method, the angle formed by the beam separation directions of the two LPFs adjacent to each other is may be set to about 135°. This makes it possible to realize an optical low-pass filter that satisfies conditional expression (1). However, since the setting of the beam separation width and the beam separation direction is determined by the design conditions, it is not necessary to strictly set the above angle to 135°. Select from the range.

これまで、主として点像間の干渉を考慮する際に波長の平均化により均一化された設計値に近い点像分布を得るための条件を説明してきた。これに対して、単一波長において対称性の高い点像分布を得るには、前述した点像間の位相差だけでなく点像分離において発生する位相飛びや第(N-1)層までで形成される点像分布をどのように重ね合わせるかを含めて考える必要がある。さらに条件式(1)を満足する場合には、LPFの光学軸の方位の条件はある程度決まっているため、最終層である第N層のLPFの光線分離方向や各層のLPFで生じさせる位相差Δを用いて点像分布の対称性を調整する必要がある。 So far, the conditions for obtaining a point spread distribution close to the design value that has been uniformed by averaging the wavelengths have mainly been described when considering the interference between the point spreads. On the other hand, in order to obtain a highly symmetric point image distribution at a single wavelength, not only the phase difference between the point images described above, but also the phase jump that occurs in the point image separation and the (N-1)th layer It is necessary to consider how to superimpose the formed point spread distributions. Furthermore, when the conditional expression (1) is satisfied, since the condition of the optical axis orientation of the LPF is determined to some extent, the light beam separation direction of the LPF of the Nth layer, which is the final layer, and the phase difference caused by the LPF of each layer Δ should be used to adjust the symmetry of the point spread distribution.

N層のLPFの光線分離幅が全て等しい場合は、使用波長域の最短波長λminより長く最長波長λmaxより短い波長λaに対して、第2層から第(N-1)層までの光学異方性層のうち少なくとも一つ(第1層及び第N層を除く少なくとも一つ)のLPFの位相差Δndが以下の式(4)を満足することが望ましい。mは自然数である。
Δnd=m×λa (4)
一方、上述した第1および第2のLPFが交互に積層され、それらの光線分離幅が互いに異なる場合には、波長λaに対して、第1層と第N層を除く少なくとも一つの層のLPFの位相差Δndが以下の式(5)を満足することが望ましい。
Δnd=(m+0.5)/2×λa (5)
このように、特定波長での点像分布であっても、各層のLPFの位相差や光線分離方向を制御すれば、対称性の高い点像分布を得ることができる。
When the light beam separation widths of the LPFs of the N layers are all equal, the optical anisotropy of the second to (N−1) layers with respect to the wavelength λa longer than the shortest wavelength λmin and shorter than the longest wavelength λmax It is desirable that the phase difference Δnd of the LPF of at least one (at least one other than the first layer and the Nth layer) of the magnetic layers satisfies the following equation (4). m is a natural number.
Δnd=m×λa (4)
On the other hand, when the above-described first and second LPFs are alternately stacked and their beam separation widths are different from each other, at least one layer of LPF excluding the first layer and the Nth layer with respect to the wavelength λa It is desirable that the phase difference Δnd of satisfies the following equation (5).
Δnd=(m+0.5)/2×λa (5)
Thus, even with a point spread at a specific wavelength, a highly symmetrical point spread can be obtained by controlling the phase difference of the LPF of each layer and the light beam separation direction.

各層のLPFの材料としては、様々な材料を用いることができる。例えば、水晶、サファイア、ニオブ酸リチウム等の透明な一軸異方性結晶材料を用いることができ、N層のLPFにおいてこれらの材料を組み合わせて用いてもよい。また、結晶材料以外にも、液晶を用いてLPFを構成したり構造複屈折を用いてLPFを構成したりしてもよい。 Various materials can be used as the material of the LPF of each layer. For example, transparent uniaxially anisotropic crystal materials such as quartz, sapphire, and lithium niobate can be used, and these materials may be used in combination in an N-layer LPF. In addition to the crystal material, the LPF may be configured using liquid crystal, or the LPF may be configured using structural birefringence.

以下、上述した光学ローパスフィルタの具体的な実施例(数値例)について説明する。 Specific examples (numerical examples) of the optical low-pass filter described above will be described below.

本発明の実施例1(数値例1)の光学ローパスフィルタについて説明する。表1に本実施例の光学ローパスフィルタの構成を示す。本実施例の光学ローパスフィルタ10は、図1に示すように、水晶により形成されたLPF1~4をこの順で光軸方向に積層して構成されている。表1に示すように、LPF1~4の光線分離方向はそれぞれ、x方向に対して225°、0°、135°、270°である。また、LPF1~4の光線分離幅は全て等しい2.10μmである。 An optical low-pass filter of Example 1 (numerical example 1) of the present invention will be described. Table 1 shows the configuration of the optical low-pass filter of this embodiment. As shown in FIG. 1, the optical low-pass filter 10 of this embodiment is constructed by stacking LPFs 1 to 4 made of quartz in this order along the optical axis direction. As shown in Table 1, the beam splitting directions of LPFs 1-4 are 225°, 0°, 135°, and 270° with respect to the x-direction, respectively. Also, the light beam separation widths of LPFs 1 to 4 are all the same, 2.10 μm.

第3層のLPF3における点像の位相差分布は図4の3段目に示す通りである。位相差が最大の点像と最小の点像間の距離Dsは0.870μmであり、これは0.138Daに相当するため、条件式(1)が満たされている。 The phase difference distribution of point images in the LPF 3 of the third layer is as shown in the third row of FIG. The distance Ds between the point image with the maximum phase difference and the point image with the minimum phase difference is 0.870 μm, which corresponds to 0.138 Da, so that conditional expression (1) is satisfied.

また、使用波長域の最短波長460nmと最長波長640nmにおいて各層のLPFで生じる位相差をこれら460nmと640nmで除した値の差は1.118であるため、条件式(2)が満たされている。 In addition, the difference between the values obtained by dividing the phase difference generated in the LPF of each layer by 460 nm and 640 nm at the shortest wavelength of 460 nm and the longest wavelength of 640 nm in the wavelength range used is 1.118, so conditional expression (2) is satisfied. .

本実施例の光学ローパスフィルタの点像強度分布を図6に示す。この点像強度分布は、F2.0に相当する光束を光学ローパスフィルタに入射させたときの焦点位置での分布を示す。波長については460nmから640nmの範囲で平均化した結果である。16点分離とは異なるものの、各方位に対してむらが少ない点像分布が得られていることが分かる。 FIG. 6 shows the point image intensity distribution of the optical low-pass filter of this embodiment. This point image intensity distribution shows the distribution at the focal position when a light flux corresponding to F2.0 is made incident on the optical low-pass filter. The wavelength is the result of averaging in the range from 460 nm to 640 nm. Although different from the 16-point separation, it can be seen that a point spread distribution with less unevenness is obtained for each direction.

また、図6の点像強度分布の空間周波数特性(MTF)を図8に示す。図8中の4つの線はそれぞれ、水平方向(x)、垂直方向(y)、+45°方向(P)、-45°方向(N)のMTFを示している。本実施例のMTFは、全ての方向に対して対称な分布を示している。 8 shows the spatial frequency characteristic (MTF) of the point spread intensity distribution of FIG. The four lines in FIG. 8 indicate the MTF in horizontal (x), vertical (y), +45° (P), and -45° (N) directions, respectively. The MTF of this example exhibits a symmetrical distribution in all directions.

本実施例の光学ローパスフィルタでは、ナイキスト周波数Fnは約110/mmとしていることから、対角方向に生じる色モアレを適度に抑制しつつ、水平および垂直方向の解像感を高めることができる。 Since the optical low-pass filter of this embodiment has a Nyquist frequency Fn of about 110/mm, it is possible to improve the sense of resolution in the horizontal and vertical directions while appropriately suppressing color moire occurring in the diagonal direction.

これに対して比較例1の光学ローパスフィルタの構成を表2に示す。この比較例では、光線分離幅および位相差は実施例1と同じであるが、光線分離方向が異なっている。距離Dsは5.070μmとなり、これは0.805Daに相当するため、条件式(1)を満足しない。 On the other hand, Table 2 shows the configuration of the optical low-pass filter of Comparative Example 1. In this comparative example, the beam separation width and phase difference are the same as in Example 1, but the beam separation direction is different. The distance Ds is 5.070 μm, which corresponds to 0.805 Da, and does not satisfy conditional expression (1).

比較例1の点像強度分布を図7に、MTFのグラフを図9にそれぞれ示す。比較例1の点像分布は中心付近の一部に偏りが生じている。これにより水平方向(x)と-45°方向(N)のMTFが高めになっている。これは、水平方向(x)と-45°方向(N)に射影した点像分布が、設計値に比べて分布形状が中心部に集中しているためである。また全体的に200lp/mm以上の高周波域のMTFの落ちが十分ではない。その結果、特定の方向において色モアレが増大したり、高周波の折り返りモアレが生じたりするおそれがある。 The point image intensity distribution of Comparative Example 1 is shown in FIG. 7, and the MTF graph is shown in FIG. The point spread distribution of Comparative Example 1 is partially biased near the center. This results in higher MTFs in the horizontal (x) and -45° (N) directions. This is because the distribution shape of the point spread projected in the horizontal direction (x) and the -45° direction (N) is concentrated in the center compared to the design value. In addition, the drop in MTF in the high frequency range of 200 lp/mm or more is not sufficient overall. As a result, color moiré may increase in a specific direction, or high-frequency folding moiré may occur.

本実施例によれば、多点分離型光学ローパスフィルタの点像分布を均一化させることができ、点像分布の対称性が高く、かつ設計値に近い光学ローパスフィルタを得ることができる。 According to this embodiment, the point spread of the multi-point separation type optical low-pass filter can be made uniform, and an optical low-pass filter with a highly symmetrical point spread and close to the design value can be obtained.

本発明の実施例2(数値例2)の光学ローパスフィルタについて説明する。表3に本実施例の光学ローパスフィルタの構成を示す。本実施例は、実施例1に比べてLPF1~4の光線分離幅が1.50μmと小さくなっている。また、LPF1~4の光線分離方向はそれぞれ、x方向に対して45°、180°、315°、90°である。LPF1~4の光線分離幅は全て等しい1.75μmである。 An optical low-pass filter of Example 2 (numerical example 2) of the present invention will be described. Table 3 shows the configuration of the optical low-pass filter of this embodiment. In this embodiment, the light separation width of LPFs 1 to 4 is as small as 1.50 μm as compared with the first embodiment. The light beam splitting directions of LPFs 1 to 4 are 45°, 180°, 315°, and 90° with respect to the x direction, respectively. The beam separation widths of LPFs 1 to 4 are all equal, 1.75 μm.

距離Dsは、0.725μmであり、これは0.138Daに相当するため、条件式(1)を満足する。また、使用波長域の最短波長460nmと最長波長640nmにおいて各層のLPFで生じる位相差をこれら460nmと640nmで除した値の差は0.798であるため、条件式(2)が満たされている。 The distance Ds is 0.725 μm, which corresponds to 0.138 Da, and thus satisfies conditional expression (1). In addition, the difference between the values obtained by dividing the phase difference generated in the LPF of each layer by 460 nm and 640 nm at the shortest wavelength of 460 nm and the longest wavelength of 640 nm in the wavelength range used is 0.798, so conditional expression (2) is satisfied. .

本実施例の光学ローパスフィルタの点像強度分布を図10に示す。この点像強度分布は、F2.0に相当する光束を光学ローパスフィルタに入射させたときの焦点位置での分布を示す。実施例1に比べて点像同士が近づいたために、それらの干渉によって点像強度分布は一様なガウス分布に近い形状になっている。 FIG. 10 shows the point image intensity distribution of the optical low-pass filter of this embodiment. This point image intensity distribution shows the distribution at the focal position when a light flux corresponding to F2.0 is made incident on the optical low-pass filter. Since the point images are closer to each other than in Example 1, the point image intensity distribution has a shape close to a uniform Gaussian distribution due to their interference.

また、図10の点像の空間周波数特性(MTF)を図11に示す。図11中の4つの線で示すMTFの意味は実施例1と同じである。本実施例のMTFは全ての方向に対して対称な分布を示している。本実施例の光学ローパスフィルタにおいては、ナイキスト周波数Fnは約150/mmとしていることから、対角方向に生じる色モアレを適度に抑制しつつ、水平および垂直方向の解像感を高めることができる。 11 shows the spatial frequency characteristic (MTF) of the point image of FIG. The meaning of MTF indicated by four lines in FIG. 11 is the same as in the first embodiment. The MTF of this example exhibits a symmetrical distribution in all directions. In the optical low-pass filter of the present embodiment, the Nyquist frequency Fn is about 150/mm, so that it is possible to improve the sense of resolution in the horizontal and vertical directions while appropriately suppressing color moire that occurs in the diagonal direction. .

本発明の実施例3(数値例3)の光学ローパスフィルタについて説明する。表4に本実施例の光学ローパスフィルタの構成を示す。本実施例は、実施例1に比べてLPF1~4の光線分離幅が3.03μmと大きくなっている。また、LPF1~4の光線分離方向は、x方向に対して135°、0°、225°、90°である。また、LPF1~4の光線分離幅は全て等しい3.03μmである。 An optical low-pass filter of Example 3 (numerical example 3) of the present invention will be described. Table 4 shows the configuration of the optical low-pass filter of this embodiment. In this embodiment, the light separation width of LPFs 1 to 4 is as large as 3.03 μm compared to the first embodiment. Also, the light beam splitting directions of LPFs 1 to 4 are 135°, 0°, 225°, and 90° with respect to the x direction. Further, the LPFs 1 to 4 all have the same beam separation width of 3.03 μm.

距離Dsは、1.255μmであり、これは0.138Daに相当するため、条件式(1)を満足する。また、使用波長域の最短波長460nmと最長波長640nmにおいて各層のLPFで生じる位相差をこれら460nmと640nmで除した値の差は1.613であるため、条件式(2)が満たされている。 The distance Ds is 1.255 μm, which corresponds to 0.138 Da, and thus satisfies conditional expression (1). In addition, the difference between the values obtained by dividing the phase difference generated in the LPF of each layer by 460 nm and 640 nm at the shortest wavelength of 460 nm and the longest wavelength of 640 nm in the wavelength range used is 1.613, so conditional expression (2) is satisfied. .

本実施例の光学ローパスフィルタの点像強度分布を図12に示す。この点像強度分布は、F4.0に相当する光束を光学ローパスフィルタに入射させたときの焦点位置での分布を示す。点像分布に若干の偏りがあるものの、対称性が高く均一な分布が得られている。 FIG. 12 shows the point image intensity distribution of the optical low-pass filter of this embodiment. This point image intensity distribution shows the distribution at the focal position when a light beam corresponding to F4.0 is made incident on the optical low-pass filter. Although the point spread distribution is slightly biased, a highly symmetrical and uniform distribution is obtained.

また、図12の点像の空間周波数特性(MTF)を図13に示す。図13中の4つの線で示すMTFの意味は実施例1と同じである。本実施例のMTFは全ての方向に対して対称な分布を示しており、高周波域まで均一にMTFを抑制している。本実施例の光学ローパスフィルタにおいては、ナイキスト周波数Fnは約80/mmとしていることから、対角方向に生じる色モアレを適度に抑制しつつ、水平および垂直方向の解像感を高めることができる。 13 shows the spatial frequency characteristic (MTF) of the point image of FIG. 12. In FIG. The meaning of MTF indicated by four lines in FIG. 13 is the same as in the first embodiment. The MTF of this embodiment exhibits a symmetrical distribution in all directions, and the MTF is uniformly suppressed up to the high frequency range. In the optical low-pass filter of the present embodiment, the Nyquist frequency Fn is about 80/mm, so that it is possible to improve the sense of resolution in the horizontal and vertical directions while appropriately suppressing color moire that occurs in the diagonal direction. .

本発明の実施例4(数値例4)の光学ローパスフィルタについて説明する。図14および表5に本実施例の光学ローパスフィルタの構成を示す。図14に示すように、本実施例の光学ローパスフィルタ40は、それぞれ水晶により形成された5層のLPF31~35が光軸方向にこの順で積層されることにより構成されている。LPF31~35の光線分離方向はそれぞれ、x方向に対して180°、45°、90°、315°、90°であり、LPF31とLPF35の光線分離方向が同一となっている。また、LPF31とLPF35の光線分離幅(1.32μm)が、他のLPF32~34の光線分離幅(2.64μm)の半分となっている。 An optical low-pass filter of Example 4 (numerical example 4) of the present invention will be described. FIG. 14 and Table 5 show the configuration of the optical low-pass filter of this example. As shown in FIG. 14, the optical low-pass filter 40 of this embodiment is constructed by stacking five layers of LPFs 31 to 35 each made of quartz in this order in the optical axis direction. The beam splitting directions of the LPFs 31 to 35 are 180°, 45°, 90°, 315°, and 90° with respect to the x direction, respectively, and the beam splitting directions of the LPF 31 and the LPF 35 are the same. Also, the beam separation width (1.32 μm) of LPF 31 and LPF 35 is half the beam separation width (2.64 μm) of the other LPFs 32-34.

本実施例のローパスフィルタ40は、5層のLPF31~35を有するため、本来は入射光線を32点に分離する構成である。しかし、そのうち8点が同一位置に重なるため、24点分離の光学ローパスフィルタとなっている。このため、幾何光学的な点像分布はx方向とy方向とで正確には同一ではないが、光線分離幅はx方向とy方向とで同じとなっている。 Since the low-pass filter 40 of this embodiment has five layers of LPFs 31 to 35, it is originally configured to separate the incident light beam into 32 points. However, since eight of them overlap at the same position, the optical low-pass filter is divided into 24 points. Therefore, although the geometrical optics point spread is not exactly the same in the x direction and the y direction, the beam separation width is the same in the x direction and the y direction.

本実施例において、Dsは1.714μmとなり、これは0.186Daに相当するので、条件式(1)を満足する。また。条件式(2)の値は、LPF31,32,34で1.404、LPF33,35で0.701となり、条件式(2)が満たされている。 In this example, Ds is 1.714 μm, which corresponds to 0.186 Da, so that conditional expression (1) is satisfied. Also. The value of conditional expression (2) is 1.404 for LPFs 31, 32 and 34, and 0.701 for LPFs 33 and 35, thus satisfying conditional expression (2).

本実施例の光学ローパスフィルタ40の点像強度分布を図15に示す。この点像強度分布は、F2.0に相当する光束を光学ローパスフィルタに入射させたときの焦点位置での分布を示す。点像分布に若干の偏りがあるものの、対称性が高く均一な分布が得られている。 FIG. 15 shows the point image intensity distribution of the optical low-pass filter 40 of this embodiment. This point image intensity distribution shows the distribution at the focal position when a light flux corresponding to F2.0 is made incident on the optical low-pass filter. Although the point spread distribution is slightly biased, a highly symmetrical and uniform distribution is obtained.

図15の点像の空間周波数特性(MTF)を図16に示す。図中の4つの線で示すMTFの意味は実施例1と同じである。前述したように、本実施例における点像分布は、x方向とy方向とで光線分離回数が異なるために2方向に対して幾何光学的に等しい点像分布とはならない。しかし、点像間の干渉が強く影響する領域では4方向のMTFは比較的対称な分布を示す。このため、本実施例によれば、点像分布の対称性が高く均一な光学ローパスフィルタが得られる。 FIG. 16 shows the spatial frequency characteristic (MTF) of the point image of FIG. The meaning of MTF indicated by four lines in the figure is the same as in the first embodiment. As described above, the point spread in this embodiment does not have the same point spread in the two directions in terms of geometrical optics because the number of beam splitting times differs between the x direction and the y direction. However, in a region strongly affected by the interference between point images, the MTFs in the four directions exhibit a relatively symmetrical distribution. Therefore, according to this embodiment, an optical low-pass filter having a highly symmetrical and uniform point spread distribution can be obtained.

本発明の実施例5(数値例5)の光学ローパスフィルタについて説明する。図17および表6に本実施例の光学ローパスフィルタ50の構成を示す。本実施例の光学ローパスフィルタ50は、それぞれy方向とx方向に光線分離幅Dbで点像分離を行う第2および第4のLPF42,44と、それぞれ対角方向に光線分離幅Dc(Dc>Db)で点像分離を行う第1および第3のLPF41,43とを有する。第1から第4のLPF41,42,43,44が光軸方向にこの順で交互に積層されている。 An optical low-pass filter of Example 5 (numerical example 5) of the present invention will be described. FIG. 17 and Table 6 show the configuration of the optical low-pass filter 50 of this embodiment. The optical low-pass filter 50 of this embodiment includes second and fourth LPFs 42 and 44 that perform point image separation with a beam separation width Db in the y and x directions, respectively, and a beam separation width Dc (Dc> Db) has first and third LPFs 41 and 43 for performing point image separation. The first to fourth LPFs 41, 42, 43, 44 are alternately stacked in this order in the optical axis direction.

第1から第4のLPF41,42,43,44の光線分離方向は、順に、x方向に対して45°、180°、315°、90°である。第2および第4のLPF42,44の材料は水晶であり、第1および第3のLPF41,43の材料はニオブ酸リチウム(NbLiO)である。第2および第4のLPF42,44の光線分離幅は1.73μmであり、第1および第3のLPF41,43の光線分離幅は3.48μmである。 The light beam splitting directions of the first to fourth LPFs 41, 42, 43 and 44 are 45°, 180°, 315° and 90° with respect to the x direction, respectively. The material of the second and fourth LPFs 42, 44 is crystal, and the material of the first and third LPFs 41, 43 is lithium niobate ( NbLiO3 ). The beam separation width of the second and fourth LPFs 42 and 44 is 1.73 μm, and the beam separation width of the first and third LPFs 41 and 43 is 3.48 μm.

距離Dsは3.191μmであり、これは0.367Daに相当するので、条件式(1)が満たされている。また、使用波長域の最短波長460nmと最長波長640nmにおいて少なくとも1層のLPFで生じる位相差をこれら460nmと640nmで除した値の差は、第2および第4のLPF42,44で約1.038となり、条件式(2)が満たされている。 Since the distance Ds is 3.191 μm, which corresponds to 0.367 Da, conditional expression (1) is satisfied. Further, the difference in the value obtained by dividing the phase difference generated in at least one layer of LPF by 460 nm and 640 nm at the shortest wavelength of 460 nm and the longest wavelength of 640 nm in the used wavelength range is about 1.038 for the second and fourth LPFs 42 and 44. Thus, the conditional expression (2) is satisfied.

本実施例の光学ローパスフィルタ50の点像強度分布を図18に示す。この点像強度分布は、F4.0に相当する光束を光学ローパスフィルタに入射させたときの焦点位置での分布を示す。本実施例の光学ローパスフィルタでは、水平および垂直方向の光線分離幅と対角方向の光線分離幅とを異ならせることで、対角色モアレの抑制と水平および垂直方向の解像感とを両立する構成としている。MTFは水平および垂直方向、さらに対角2方向のそれぞれで均一な分布が得られている。 FIG. 18 shows the point image intensity distribution of the optical low-pass filter 50 of this embodiment. This point image intensity distribution shows the distribution at the focal position when a light beam corresponding to F4.0 is made incident on the optical low-pass filter. In the optical low-pass filter of this embodiment, by making the horizontal and vertical ray separation widths and the diagonal ray separation widths different, it is possible to achieve both suppression of diagonal color moire and resolution in the horizontal and vertical directions. It is configured. A uniform distribution of the MTF is obtained in each of the horizontal and vertical directions and the two diagonal directions.

図18の点像の空間周波数特性(MTF)を図19に示す。図中の4つの線で示すMTFのうち、水平垂直成分に対するMTFは高周波に渡ってなだらかに低下する傾向を示している。対角方向のMTFは140lp/mm付近で落ちており、この付近に発生する偽色を抑制しつつ水平垂直の解像度を高周波まで維持できる構成となっている。なお、対角成分には220lp/mmで折り返りが発生しているが、従来の4点分離等に比べると低く抑えられている。 FIG. 19 shows the spatial frequency characteristic (MTF) of the point image of FIG. Of the MTFs indicated by the four lines in the figure, the MTFs for horizontal and vertical components show a tendency to gently decrease over high frequencies. The MTF in the diagonal direction drops around 140 lp/mm, and the configuration is such that horizontal and vertical resolution can be maintained up to high frequencies while suppressing false colors occurring in this vicinity. Folding occurs in the diagonal component at 220 lp/mm, but it is suppressed to a low level compared to the conventional four-point separation or the like.

図20には、本発明の実施例6である撮像装置100の構成を示す。撮像装置100は、上述した実施例1~5の光学ローパスフィルタ81を、撮像光学系83と撮像素子82との間に配置した構成を有する。撮像光学系83を通過し、さらに光学ローパスフィルタ81を通過した光束により光学像が撮像素子82上に形成される。撮像素子82は、該光学像を光電変換して画像信号を生成する。 Embodiment 6 FIG. 20 shows the configuration of an imaging apparatus 100 that is Embodiment 6 of the present invention. The imaging apparatus 100 has a configuration in which the optical low-pass filter 81 of Examples 1 to 5 described above is arranged between the imaging optical system 83 and the imaging device 82 . An optical image is formed on the imaging device 82 by the light flux that has passed through the imaging optical system 83 and further passed through the optical low-pass filter 81 . The imaging device 82 photoelectrically converts the optical image to generate an image signal.

撮像素子82はR、GおよびB画素からなるベイヤー配列の画素配列を有し、特に対角(斜め)方向の空間高周波領域において色モアレが発生しやすい。また、高周波領域における折り返りの輝度モアレ等も懸念される。これらの課題に対して、実施例1~5の光学ローパスフィルタ81を用いることにより、対角方向、水平方向および垂直方向のそれぞれに対して良好な色モアレや輝度モアレの抑制効果を付与することができる。光学ローパスフィルタ81の構成は、撮像素子82の画素ピッチや撮像装置100の構成に応じて適切に選択すればよい。 The imaging element 82 has a Bayer array of R, G, and B pixels, and color moire is likely to occur particularly in a diagonal (diagonal) spatial high-frequency region. In addition, there is concern about luminance moiré caused by aliasing in a high-frequency region. To solve these problems, the optical low-pass filters 81 of Examples 1 to 5 are used to provide good color moire and luminance moire suppression effects in each of the diagonal, horizontal, and vertical directions. can be done. The configuration of the optical low-pass filter 81 may be appropriately selected according to the pixel pitch of the imaging device 82 and the configuration of the imaging device 100 .

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。 Each embodiment described above is merely a representative example, and various modifications and changes can be made to each embodiment in carrying out the present invention.

例えば、各層のLPFに対して異なる材料、例えば水晶とニオブ酸リチウムを組み合わせてもよい。また、層数についても厚みやコストの許容度に応じて6層以上であってもよい。層数が多い方が点像分布の全体が平滑化するが、干渉の影響も増大するため、上述した各条件式を満足することにより、点像分布の対称性が高く均一な光学ローパスフィルタが得られる。 For example, different materials, such as quartz and lithium niobate, may be combined for each layer of LPF. Also, the number of layers may be six or more depending on the tolerance of thickness and cost. As the number of layers increases, the overall point spread is smoothed, but the effect of interference also increases. Therefore, by satisfying the above-mentioned conditional expressions, an optical low-pass filter with a highly symmetrical and uniform point spread can be obtained. can get.

また、光学ローパスフィルタの強度は光線分離幅に比例するが、光線分離幅全体をスケーリングすることでもカットオフとなる空間周波数を制御することができる。水平および斜め方向を含んだ全体のカットオフ周波数をシフトできる。水平方向と斜め方向を独立に制御したい場合は、点像の斜め方向分離と水平分離とを個別に制御すればよく、抑制したい周波数域と方位に応じて光線分離幅を適切に選択することが望ましい。 In addition, although the strength of the optical low-pass filter is proportional to the beam separation width, it is also possible to control the cutoff spatial frequency by scaling the entire beam separation width. You can shift the overall cutoff frequency including horizontal and diagonal directions. If you want to control the horizontal direction and the oblique direction independently, you can control the oblique direction separation and the horizontal separation of the point image separately. desirable.

Figure 0007207883000001
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Figure 0007207883000006
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表7に、各実施例における各条件式の値を示す。なお、実施例4,5については、複屈折光学素子の材質ごとに、上下段に分けて数値を記載している。また、条件式(3)については、各波長に対する位相差δsの夫々に関する値を示している。表7に示す通り、何れの実施例においても条件式(3)が満たされている。 Table 7 shows the values of each conditional expression in each example. For Examples 4 and 5, numerical values are described separately for each material of the birefringent optical element. In addition, regarding conditional expression (3), the respective values of the phase difference δs for each wavelength are shown. As shown in Table 7, conditional expression (3) is satisfied in any of the examples.

Figure 0007207883000007
Figure 0007207883000007

1,2,3,4 光学異方性層
6 入射光線
7 常光線
8 異常光線
10,40,50 光学ローパスフィルタ
1, 2, 3, 4 Optically anisotropic layer 6 Incident ray 7 Ordinary ray 8 Extraordinary ray 10, 40, 50 Optical low-pass filter

Claims (14)

それぞれが入射光線を複数の光線に分離する複数の光学異方性層を有する光学ローパスフィルタであって、
前記複数の光学異方性層のそれぞれを光入射側から順に第1層乃至第N層(≦N≦5)とし、該第1層乃至第(N-1)層による光線分離幅の合計値をDa[μm]、該第1層乃至第(N-1)層により分離された光線のうち前記入射光線に対して最大位相差を有する光線と最小位相差を有する光線との間の距離をDs[μm]とするとき、
Ds≦0.50Da
なる条件を満足し、
前記第1層乃至第N層のうち全ての互いに隣接する二つの光学異方性層の光線分離方向が互いになす角度が120°以上150°以下であることを特徴とする光学ローパスフィルタ。
An optical low pass filter having a plurality of optically anisotropic layers each separating an incident light beam into a plurality of light beams,
Each of the plurality of optically anisotropic layers is the first layer to the Nth layer ( 4 ≤ N ≤ 5) in order from the light incident side, and the total width of light beam separation by the first layer to the (N-1)th layer The value is Da [μm], and the distance between the ray having the maximum phase difference and the ray having the minimum phase difference with respect to the incident light beam among the light beams separated by the first to (N−1)th layers is Ds [μm],
Ds≤0.50 Da
satisfies the following conditions,
An optical low-pass filter, wherein the angle formed by the light beam splitting directions of all two adjacent optically anisotropic layers among the first to N-th layers is 120° or more and 150° or less .
使用波長域における最短波長および最長波長をそれぞれλminおよびλmax、前記第1層乃至第(N-1)層のうち少なくとも一つにおいて、前記最短波長λminおよび前記最長波長λmaxに対して生じる位相差をそれぞれδminおよびδmaxとするとき、
0.5≦δmin/λmin-δmax/λmax
なる条件を満足することを特徴とする請求項1に記載の光学ローパスフィルタ。
λmin and λmax are the shortest and longest wavelengths in the wavelength range used, and the phase difference that occurs with respect to the shortest wavelength λmin and the longest wavelength λmax in at least one of the first to (N-1)-th layers is When δmin and δmax respectively,
0.5≦δmin/λmin−δmax/λmax
2. The optical low-pass filter according to claim 1, wherein the following condition is satisfied.
使用波長域における最短波長及び最長波長をそれぞれλminおよびλmax、前記第1層乃至第N層のうち少なくとも一つで生じる位相差をδsとするとき、
0.5≦δs/λmin-δs/λmax
なる条件を満足することを特徴とする請求項1又は2に記載の光学ローパスフィルタ。
When the shortest wavelength and the longest wavelength in the wavelength range used are λmin and λmax, respectively, and the phase difference occurring in at least one of the first to Nth layers is δs,
0.5≦δs/λmin−δs/λmax
3. The optical low-pass filter according to claim 1, wherein the following condition is satisfied.
前記第1層乃至第N層の光線分離幅が全て等しいことを特徴とする請求項1からのいずれか一項に記載の光学ローパスフィルタ。 4. The optical low-pass filter according to any one of claims 1 to 3 , wherein the first to N-th layers all have the same beam separation width. 第2層から前記第(N-1)層のうち少なくとも一つにおいて、使用波長域における最短波長λminよりも長く最長波長よりも短い波長λa[nm]に対して生じる位相差をΔnd[nm]、自然数をmとするとき、
Δnd=m×λa
なる条件を満足することを特徴とする請求項に記載の光学ローパスフィルタ。
In at least one of the second layer to the (N-1)th layer, the phase difference generated for a wavelength λa [nm] longer than the shortest wavelength λmin and shorter than the longest wavelength in the wavelength range used is Δnd [nm] , where m is a natural number,
Δnd=m×λa
5. The optical low-pass filter according to claim 4 , wherein the following condition is satisfied.
前記第1層乃至第N層は、第1および第2の光学異方性層を含み、該第1の光学異方性層は第1の方向または該第1の方向に直交する第2の方向に前記入射光線を分離し、前記2の光学異方性層は前記第1または第2の方向に対して45°または135°の方向に前記入射光線を分離することを特徴とする請求項1からのいずれか一項に記載の光学ローパスフィルタ。 The first to Nth layers include first and second optically anisotropic layers, and the first optically anisotropic layer is in the first direction or in the second direction orthogonal to the first direction. direction, and wherein said two optically anisotropic layers separate said incident light beam in directions at 45° or 135° to said first or second direction. 4. The optical low-pass filter according to any one of 1 to 3 . 前記第1の光学異方性層の光線分離幅は、前記第2の光学異方性層の光線分離幅よりも小さいこと特徴とする請求項に記載の光学ローパスフィルタ。 7. The optical low-pass filter according to claim 6 , wherein the ray separation width of said first optically anisotropic layer is smaller than the ray separation width of said second optically anisotropic layer. 前記第1層乃至第N層において、互いに光線分離幅が異なる前記第1および第2の光学異方性層が交互に積層され、
前記第1層および前記第N層を除く少なくとも一つの層において、使用波長域における最短波長λminよりも長く最長波長よりも短い波長λa[nm]に対して生じる位相差をΔnd[nm]、自然数をmとするとき、
Δnd=(m+0.5)/2×λa
なる条件を満足することを特徴とする請求項またはに記載の光学ローパスフィルタ。
In the first to Nth layers, the first and second optically anisotropic layers having different light beam separation widths are alternately laminated,
In at least one layer excluding the first layer and the Nth layer, the phase difference that occurs with respect to the wavelength λa [nm] longer than the shortest wavelength λmin and shorter than the longest wavelength in the wavelength range used is Δnd [nm], a natural number is m,
Δnd=(m+0.5)/2×λa
8. The optical low-pass filter according to claim 6 , wherein the following condition is satisfied.
前記第1層乃至第N層のそれぞれは、水晶で形成された光学異方性層およびニオブ酸リチウムで形成された光学異方性層のうち少なくとも一方により構成されていることを特徴とする請求項1からのいずれか一項に記載の光学ローパスフィルタ。 Each of the first to Nth layers is composed of at least one of an optically anisotropic layer made of crystal and an optically anisotropic layer made of lithium niobate. 9. The optical low-pass filter according to any one of items 1 to 8 . Ds≦4.2
なる条件を満足することを特徴とする請求項1からのいずれか一項に記載の光学ローパスフィルタ。
Ds≤4.2
10. The optical low-pass filter according to any one of claims 1 to 9 , wherein the following condition is satisfied.
Ds≦0.4Da
なる条件を満足することを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載の光学ローパスフィルタ。
Ds≤0.4 Da
11. The optical low-pass filter according to any one of claims 1 to 10 , wherein the following condition is satisfied.
使用波長域における最短波長および最長波長をそれぞれλminおよびλmax、前記第1層乃至第(N-1)層のうち少なくとも一つにおいて、前記最短波長λminおよび前記最長波長λmaxに対して生じる位相差をそれぞれδminおよびδmaxとするとき、
0.5≦δmin/λmin-δmax/λmax≦3.0
なる条件を満足することを特徴とする請求項1から11のいずれか一項に記載の光学ローパスフィルタ。
λmin and λmax are the shortest and longest wavelengths in the wavelength range used, and the phase difference that occurs with respect to the shortest wavelength λmin and the longest wavelength λmax in at least one of the first to (N-1)-th layers is When δmin and δmax respectively,
0.5≦δmin/λmin−δmax/λmax≦3.0
12. The optical low-pass filter according to any one of claims 1 to 11 , wherein the following condition is satisfied.
使用波長域における最短波長および最長波長をそれぞれλminおよびλmax、前記第1層乃至第N層のうち少なくとも一つで生じる位相差をδsとするとき、
0.5≦δs/λmin-δs/λmax≦10.0
なる条件を満足することを特徴とする請求項1から12のいずれか一項に記載の光学ローパスフィルタ。
When the shortest wavelength and the longest wavelength in the wavelength range used are λmin and λmax, respectively, and the phase difference occurring in at least one of the first to Nth layers is δs,
0.5≦δs/λmin−δs/λmax≦10.0
13. The optical low-pass filter according to any one of claims 1 to 12 , wherein the following condition is satisfied.
請求項1から13のいずれか一項に記載の光学ローパスフィルタと、
該光学ローパスフィルタを通過した光により形成された光学像を光電変換する撮像素子とを有することを特徴とする撮像装置。
an optical low-pass filter according to any one of claims 1 to 13 ;
and an imaging device that photoelectrically converts an optical image formed by light that has passed through the optical low-pass filter.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020134849A (en) * 2019-02-25 2020-08-31 キヤノン株式会社 Optical low-pass filter and imaging device
TWI779268B (en) 2019-02-28 2022-10-01 日商Ihi股份有限公司 Ultrasonic flaw detection device

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001065306A1 (en) 2000-02-29 2001-09-07 Daishinku Corporation Optical device
JP2001272632A (en) 2000-01-21 2001-10-05 Daishinku Corp Depolarizing member, depolarizing member for optical low-pass filter, and optical low-pass filter using the depolarizing member
JP2003329979A (en) 2002-05-17 2003-11-19 Kinseki Ltd Optical low-pass filter
JP2004125857A (en) 2002-09-30 2004-04-22 Kinseki Ltd Method for manufacturing birefringent plate and optical low-pass filter
JP2006091625A (en) 2004-09-27 2006-04-06 Seiko Epson Corp Optical low-pass filter
CN201181362Y (en) 2008-02-04 2009-01-14 骏虹科技有限公司 optical low pass filter
US20090096915A1 (en) 2007-10-16 2009-04-16 Kelly Sean C Anti-aliasing spatial filter system
JP2015179174A (en) 2014-03-19 2015-10-08 株式会社大真空 Optical low-pass filter and imaging apparatus provided with optical low-pass filter

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0668586B2 (en) * 1984-04-28 1994-08-31 株式会社東芝 Color solid-state imaging device
JPH06100733B2 (en) * 1984-05-17 1994-12-12 株式会社東芝 Spatial frequency filter
JPH0548176Y2 (en) * 1985-09-04 1993-12-21
JPH06169415A (en) * 1992-11-30 1994-06-14 Olympus Optical Co Ltd Image pickup device
JP3599939B2 (en) * 1997-02-13 2004-12-08 シャープ株式会社 Imaging device

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001272632A (en) 2000-01-21 2001-10-05 Daishinku Corp Depolarizing member, depolarizing member for optical low-pass filter, and optical low-pass filter using the depolarizing member
WO2001065306A1 (en) 2000-02-29 2001-09-07 Daishinku Corporation Optical device
JP2003329979A (en) 2002-05-17 2003-11-19 Kinseki Ltd Optical low-pass filter
JP2004125857A (en) 2002-09-30 2004-04-22 Kinseki Ltd Method for manufacturing birefringent plate and optical low-pass filter
JP2006091625A (en) 2004-09-27 2006-04-06 Seiko Epson Corp Optical low-pass filter
US20090096915A1 (en) 2007-10-16 2009-04-16 Kelly Sean C Anti-aliasing spatial filter system
CN201181362Y (en) 2008-02-04 2009-01-14 骏虹科技有限公司 optical low pass filter
JP2015179174A (en) 2014-03-19 2015-10-08 株式会社大真空 Optical low-pass filter and imaging apparatus provided with optical low-pass filter

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