CN111381303B - 滤光片和近红外线截止滤光片 - Google Patents
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Abstract
本发明提供光学特性优良的滤光片和近红外线截止滤光片。滤光片(16)具备基板(20)、设置在基板(20)上的光学多层膜(22)、设置在光学多层膜(22)上的整合层(24)、和设置在整合层(24)上且具有含有红外线吸收成分的透明基体的吸收层(26)。整合层(24)抑制由吸收层(26)引起的透射率的强度变动。
Description
技术领域
本发明涉及光学设备中所使用的滤光片。特别涉及可作为数字静态照相机及摄像机中使用的CCD(Charge Coupled Device：电荷耦合装置)及CMOS(Complementary MetalOxide Semiconductor：互补金属氧化物半导体)等固体摄像元件的可见度校正滤光片而使用的近红外线截止滤光片。
背景技术
数字静态照相机及摄像机中所使用的CCD及CMOS等固体摄像元件的光谱灵敏度具有与人类的可见度特性相比对近红外区域的光有较强的灵敏度的特点。于是，通常使用可使这些固体摄像元件的光谱灵敏度与人类的可见度特性相一致的可见度校正滤光片。
作为这样的可见度校正滤光片，专利文献1中公开了使氟磷酸盐玻璃或磷酸盐玻璃等玻璃中存在Cu2+离子，对光谱特性进行了调整的近红外线截止滤光片玻璃。
此外，已知一种近红外线截止滤光片：为了正确地确定透射的波长区域，且使其变锐(日文：シャープ)，在如上所述的近红外线截止滤光片玻璃的表面上设置将多个高折射率层和低折射率层交替层叠而得的光学多层膜，具有使可见光区域的波长(400～600nm)高效地透过、且将近红外区域的波长(700nm)锐截止的优异的特性(例如参照专利文献2)。此外，为了抑制玻璃基板表面的反射并提高透射率，有时也在近红外线截止滤光片玻璃的表面上设置防反射膜。
近红外线截止滤光片的情况下，光学多层膜例如通过将由氧化钛、氧化钽、氧化铌等构成的高折射率层和由氧化硅等构成的低折射率层交替层叠在玻璃基板上而形成，通过适当地选择高折射率层和低折射率层的构成材料、厚度、层数等，利用光的干涉使光选择性地透过。
此外，作为在可见光区域具有高透明性、并且在近红外线区域具有优良的阻止性能的近红外线截止滤光片，提出了将含有吸收红外线的色素或颜料的树脂吸收层和光学多层膜设置在基板上而得的滤光片(例如参照专利文献3、4)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开平06-16451号公报
专利文献2：日本专利特开平02-213803号公报
专利文献3：日本专利特开2006-301489号公报
专利文献4：国际公开第2014/030628号
发明内容
发明所要解决的技术问题
专利文献3和专利文献4中记载的滤光片具有优良的光学特性。但是，本发明人发现，在光学多层膜上设置树脂层的构成可能会对光学特性造成不良影响。在基板或光学多层膜上设置树脂层的情况下，通常采用旋涂、浸涂、印刷等湿式涂布法。采用这些制造方法而形成的树脂层的膜厚虽然存在具有比光学多层膜的膜厚大很多的厚度的树脂层，但多数在数十微米以下，特别是数微米以下的膜厚接近光的波长，从而成为具有光学干涉特性的层。该情况下，在光学多层膜上构成了树脂层的情况下，特别是有可能对光学特性造成预料不到的影响。即，与光学多层膜的膜厚精度相比时，由上述湿式涂布法形成的树脂层的膜厚均匀性及批次间的偏差大，特别是在光学多层膜上存在这样的树脂层的情况下，可知由于光学多层膜的干涉，所设计的光学特性可能会因树脂层的存在而大大地变差。此外，为了得到所需的光学特性而想要改变树脂层的膜厚时，每次都需要重新设计光学多层膜，还存在设计的自由度小的问题。
本发明是鉴于上述技术问题而完成的，其目的是提供光学特性优良的滤光片及近红外线截止滤光片。
解决技术问题所采用的技术方案
为了解决上述的技术问题并达到目的，本公开的滤光片具备：基板、设置在上述基板上的光学多层膜、设置在上述光学多层膜上的整合层、和设置在上述整合层上且具有含有近红外线吸收成分的透明基体的吸收层，上述整合层抑制由上述吸收层引起的透射率的强度变动。
上述整合层优选由多个的折射率高的高折射率膜和折射率比上述高折射率膜低的低折射率膜层叠而构成，或者由中折射率膜的单层构成，上述高折射率膜在波长500nm处的折射率为1.8以上，上述低折射率膜在波长500nm处的折射率小于1.6，上述中折射率膜在波长500nm处的折射率为1.6以上且小于1.8。
在将上述光学多层膜的设计上的中心波长作为中心波长的情况下，当将上述高折射率膜的QWOT记为QH、将上述低折射率膜的QWOT记为QL时，上述整合层从上述基板侧起由(aQLbQHcQL)的三层构成，a和c在0.2以上且小于0.5，b在0.07以上且小于0.5，且优选b＜a。
优选还具有设置在上述吸收层上、且抑制入射的可见光区域的波长带的光被上述吸收层反射的辅助整合层。
上述吸收层的厚度优选在100nm以上且5000nm以下。
上述基板优选是白板玻璃、蓝玻璃和树脂中的任一种。
上述光学多层膜优选可见光区域的波长带的光的平均透射率在80％以上，近红外区域的波长带的光的平均透射率在10％以下。
为了解决上述的技术问题并达到目的，本公开的近红外线截止滤光片优选具有上述滤光片。
发明效果
根据本发明，可提供光学特性优良的滤光片和近红外线截止滤光片。
附图说明
图1是本实施方式的摄像装置的示意剖视图。
图2是本实施方式的滤光片的示意剖视图。
图3是表示反射光的状态的示例的示意图。
图4是示出实施例1的各膜厚的透射率的值的图。
图5是示出比较例1的各膜厚的透射率的值的图。
图6是示出实施例2的各膜厚的透射率的值的图。
图7是示出实施例3的各膜厚的透射率的值的图。
图8是示出比较例2的各膜厚的透射率的值的图。
符号说明
10 摄像装置
16 滤光片
18 摄像元件
20 基板
22 光学多层膜
24 整合层
26 吸收层
28 辅助整合层
30 背面层。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的优选的实施方式进行详细说明。本发明并不是由该实施方式来限定，并且，在存在多种实施方式的情况下，还包括将各实施方式组合而构成的发明。
图1是本实施方式的摄像装置的示意剖视图。如图1所示，本实施方式的摄像装置10具有框体12、透镜14、滤光片16和摄像元件18。框体12是保持透镜14、滤光片16和摄像元件18的构件。透镜14、滤光片16和摄像元件18在框体12内，从光L入射的一侧起，以该顺序设置。从透镜14入射的光L通过滤光片16入射至摄像元件18。滤光片16将从透镜14入射的光L中的规定的波长带的光阻隔、并且使未阻隔的波长带的光透过，并使其入射至摄像元件18。本实施方式中，滤光片16起到使可见光区域的波长带的光透过、且阻隔近红外区域的波长带的光的近红外线截止滤光片的作用。摄像元件18将透过滤光片16而入射的光转换为电信号，并作为图像信号输出。通过由此得到图像信号，摄像装置10对被拍摄物进行摄像。另外，摄像元件18例如是CCD(电荷耦合装置)或CMOS(互补金属氧化物半导体)等固体摄像元件。另外，图1的摄像装置10的构成是一例，摄像装置10只要是从透镜入射的光L通过滤光片16入射至摄像元件18的构成即可。
图2是本实施方式的滤光片的示意剖视图。如图2所示，滤光片16具有基板20、光学多层膜22、整合层24、吸收层26、辅助整合层28和背面层30。光学多层膜22设置在基板20的表面20a上。表面20a也可另称为基板20的一方的主面。整合层24设置在光学多层膜22的表面22a上。表面22a是光学多层膜22的与基板20相反的一侧的表面，也可另称为光学多层膜22的一方的主面。吸收层26设置在整合层24的表面24a上。表面24a是整合层24的与光学多层膜22相反的一侧的表面，也可另称为整合层24的一方的主面。辅助整合层28设置在吸收层26的表面26a上。表面26a是吸收层26的与整合层24相反的一侧的表面，也可另称为吸收层26的一方的主面。辅助整合层28在与吸收层26相反的一侧的表面28a上没有层叠其他的层，可以说暴露于外部。即，辅助整合层28的表面28a可以说是与空气接触的空气侧的面。表面28a也可另称为辅助整合层28的一方的主面。
背面层30设置在基板20的表面20b上。表面20b是与表面20a相反的一侧的表面，也可另称为基板20的另一方的主面。此外，在将背面层30的与基板20相反的一侧的表面记作30a的情况下，该面可称为与空气接触的空气侧的面。
如图1和图2所示，滤光片16以辅助整合层28和背面层30中的辅助整合层28成为入射的光L侧(透镜14侧)的条件设置在摄像装置10上。即，滤光片16中，从光L的入射侧起，依次层叠有辅助整合层28、吸收层26、整合层24、光学多层膜22、基板20和背面层30。此外，滤光片16也可以背面层30朝向入射光L侧(透镜14侧)的方式配置。如果这样配置滤光片16，则在吸收层26中含有具备近红外线的吸收特性的色素或颜料的情况下，能更有效地抑制在摄像元件18的表面反射的内部散射光的影响。
滤光片16中的各层按照以上的顺序层叠。以下，对滤光片16的各层的构成进行具体说明。
(基板)
基板20是能够使可见光区域的波长带的光透过的板状的构件。可见光区域的波长带在多数情况下通常表示380nm以上且780nm以下的光，但是，在例如考虑将滤光片用作固体摄像元件的可见度校正滤光片的情况下，大多将420nm～650nm(即420nm以上且650nm以下)作为可见光区域，将700nm以上、400nm以下分别视为近红外光、紫外光并作为阻止的对象。这是因为人的眼睛具有的可见度与固体摄像元件具有的可见度的波长依赖性不同，且由使用它们构成图像时的颜色再现的方法来确定，因此不能总是唯一地确定。因此，作为参考应当进行考虑，例如，作为可见度校正滤光片用途的滤光片，理想的是在图像构成上最重要的绿色区域(通常在500nm～560nm之间)的透射率在80％以上。
基板20优选近红外区域的波长带的光的透射率低。近红外区域的波长带通常是指750nm～1.4μm的光，但在本说明书中是指700nm～1000nm。如上所述，固体摄像元件的灵敏度特性、特别是700nm以上的可见度特性与人的眼睛相比较大。因此，在将滤光片16用作可见度校正滤光片的情况下，优选将透射可见光、吸收近红外光的蓝色滤光片作为基板。在该情况下，基板20在700nm～1000nm的波长范围内的平均透射率优选在20％以下。但是，在波长700～1000nm的透射率低的情况下，可见光的透射率也倾向于降低，所以在多数情况下通常同时使用下述的红外线截止滤光片等光学多层膜。
基板20优选是玻璃或树脂。对于基板20要求用于支持光学多层膜或吸收层等的强度，而玻璃通常具有它们所需的强度和优良的耐候性，因此优选；作为树脂，优选强度和透明度、耐候性比较优良的环烯烃类树脂等。在使用树脂作为基板20的情况下，可以使树脂本身含有下述的吸收层中所含有的色素等。
此外，在用玻璃构成基板20的情况下，作为玻璃，优选使用白板玻璃、或蓝玻璃。白板玻璃大多使用高透明度的硅酸盐玻璃，从耐候性的角度考虑，更优选碱成分的含有率少的硼硅酸盐玻璃等。此外，还优选导致可见光的透射率降低及负感作用的铁成分等的含量少的玻璃。蓝玻璃是在近红外区域的波长区域内具有宽吸收特性的玻璃。具体而言，含铜的氟磷酸盐类玻璃的耐候性良好、可见光透射率高且具有近红外光吸收，因此优选。此外，以不含氟成分的磷酸玻璃为基质的含铜的磷酸盐类玻璃具有较高的近红外光吸收，因此优选。
作为氟磷酸盐类玻璃，优选例如下述玻璃：以阳离子％表示含有25～50％的P5+、5～20％的Al3+、20～40％的R+(其中，R+表示Li+、Na+和K+的总量)、10～30％的R'2+(其中，R'2+表示Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+和Zn2+的总量)、0.1～15％的Cu2+、0～1％的Sb3+，并且以阴离子％表示含有30～90％的O2-、10～70％的F-。上述组成的氟磷酸盐类玻璃的耐候性优良，且通过含有铜成分，使近红外线截止滤光片玻璃具有合适的光谱特性。此外，作为氟磷酸盐类玻璃，除上述组成的玻璃以外，可以使用例如日本专利特开平3-83834号公报、日本专利特开平6-16451号公报、日本专利特开平8-253341号公报、日本专利特开2004-83290号公报、或日本专利特开2011-132077号公报中公开的组成范围或实施例中记载的玻璃。作为磷酸盐类玻璃，优选例如下述玻璃：以摩尔％表示含有50～75％的P2O5、5～22％的Al2O3、0.5～20％的R2O(其中，R2O表示Li2O、Na2O和K2O的总量)、0.1～25％的R’O(其中，R’O表示MgO、CaO、SrO、BaO、和ZnO的总量)、0.1～15％的CuO。上述组成的磷酸盐类玻璃的近红外线的吸收能力高，且近红外线截止滤光片玻璃具有合适的光谱特性。此外，作为磷酸盐类玻璃，除上述组成的玻璃以外，可使用例如日本专利特开2010-8908号公报、日本专利特开2011-121792号公报、日本专利特开2012-224491号公报、日本专利特开2015-13773号公报中公开的组成范围或实施例中记载的玻璃。
为了得到玻璃制的基板20，以形成如上所述的所需的玻璃组成的条件，将玻璃原料调配、熔融，接着对熔融的玻璃进行成形。接着，以形成规定尺寸的方式加工外形来制作玻璃基板后，将玻璃基板的表面研磨，接着进行抛光(精密研磨)，得到基板20。另外，为了得到滤光片16，在由此得到的基板20的表面20a上依次形成光学多层膜22、整合层24、吸收层26和辅助整合层28，在基板20的表面20b上形成背面层30。接着，以形成规定的制品尺寸的方式，使用公知的方法(划线、切割、激光切割等)进行切割。
从滤光片16的薄型化的角度考虑，基板20的厚度优选在0.3mm以下，更优选在0.22mm以下，进一步优选在0.18mm以下，最优选在0.15mm以下。此外，从抑制加工成本和抑制强度降低的角度考虑，基板20的厚度优选在0.025mm以上，更优选在0.03mm以上，进一步优选在0.05mm以上。
(光学多层膜)
光学多层膜22是具有规定的光学特性的层，在本实施方式中，以使可见光区域的波长带的光透过、且抑制近红外区域的波长的光透过的方式构成。例如，光学多层膜22通过反射近红外区域的波长的光，可抑制近红外区域的波长的光透过。即，光学多层膜22是红外线遮蔽膜(InfraRed Cut Filter膜，也称为IRCF膜)。光学多层膜22的可见光区域的波长带的光的平均透射率优选在80％以上、且在100％以下。此外，光学多层膜22的近红外区域的波长的光的平均透射率优选在10％以下、且在0％以上。
作为具有这样的功能的光学多层膜22，例如可使用将折射率不同的膜层叠而得的层叠膜。光学多层膜22通过这样构成，由于光的干涉作用，可以反射近红外区域的波长的光，并使可见光区域的波长带的光透过。光学多层膜22例如通过将多个的高折射率膜22A和比高折射率膜22A的折射率低的低折射率膜22B交替配置而构成。作为高折射率膜22A，可使用例如选自ZrO2、Nb2O5、TiO2和Ta2O5的至少1种金属氧化物膜等。作为低折射率膜22B，可使用例如SiO2等。高折射率膜22A和低折射率膜22B的膜厚及层叠数可根据光学多层膜22所要求的光学特性进行适当设定。
光学多层膜22可通过使用溅射法或离子辅助蒸镀法形成在基板20的表面20a上。通过溅射法或离子辅助蒸镀法形成的膜与通过不使用离子辅助的蒸镀法形成的膜相比，存在以下优点：能够实现高温高湿下的光谱特性的变化非常小、实质上没有光谱变化的无漂移(non-shift)膜。此外，由这些方法形成的膜致密且硬度高，所以不容易受伤，在部件安装工序等中的操作性也优良。因此，适合作为用作摄像元件的视感度校正滤光片的近红外线截止滤光片的光学多层膜的成膜方法。
此外，光学多层膜22也可通过不使用离子辅助的真空蒸镀法来形成。在使用该蒸镀方法的情况下，装置成本低，可抑制制造成本。此外，在形成光学多层膜22时，可得到异物等的附着少的膜。即，光学多层膜22的形成方法并不限定于溅射法或离子辅助蒸镀法等，可以是任意的方法。
(吸收层)
在对整合层24进行说明之前，对吸收层26进行说明。吸收层26是由含有近红外线吸收成分的透明基体构成的层。透明基体的“透明”是指对可见光区域的波长带的光具有透过性。
吸收层26的透明基体优选为树脂或无机材料。在透明基体是树脂的情况下，作为树脂，可例举例如丙烯酸树脂、环氧树脂、烯硫醇树脂、聚碳酸酯树脂、聚酯树脂、聚丙烯酸酯树脂、聚砜树脂、聚醚砜树脂、聚对亚苯基树脂、聚酯树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺酰亚胺树脂和聚烯烃树脂、环状烯烃树脂等。特别是，作为玻璃化温度(Tg)高的树脂，优选选自聚酯树脂、聚碳酸酯树脂、聚醚砜树脂、聚丙烯酸酯树脂、聚酰亚胺树脂和环氧树脂的1种以上。此外，作为透明基体的树脂更优选选自聚酯树脂、聚酰亚胺树脂的1种以上，特别优选聚酰亚胺树脂。作为聚酯树脂，优选聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚萘二甲酸乙二醇酯树脂等。此外，在吸收层26的透明基体是无机材料的情况下，作为无机材料，优选例如氧化硅膜。
此外，吸收层26所含有的近红外线吸收成分由能够吸收近红外区域的波长带的光的吸收剂构成。吸收层26通过将吸收剂均匀地溶解或分散于透明基体中而形成，形成在透明基体中含有近红外线吸收成分的构成，使可见光区域的波长带的光透过，并且吸收近红外区域的波长带的光。吸收剂优选为例如在使吸收剂溶解或分散于透明基体中时的吸收最大波长在600nm以上且1200nm以下，更优选在600nm以上且1000nm以下，最优选在600nm以上且850nm以下。吸收剂可以是吸收近红外区域的波长的光的色素。当将该色素记为色素(A)时，作为色素(A)，可例举二亚铵类、花青类、酞菁类、萘酞菁类、二硫醇金属络合物类、偶氮类、铵类、聚甲炔类、苯酞、萘醌类、蒽醌类、靛酚类、吡喃类、硫代吡喃/>类、方酸/>类、克酮酸类、四脱氢胆碱类(日文：テトラデヒドオコリン系)、三苯甲烷类、铵类等的色素。此外，例如吸收剂也可以是吸收近红外区域的波长的光的无机颜料。作为无机颜料，可例举例如包含A1/nCuPO4(其中，A是选自碱金属(Li、Na、K、Rb、Cs)、碱土类金属(Mg、Ca、Sr、Ba)和NH4的1种以上，n在A是碱金属或NH4的情况下为1，在A为碱土类金属的情况下为2)的微晶的近红外线吸收粒子或含钨氧化物微粒等。
另外，在吸收层26的透明基体是树脂的情况下，通过旋涂或浸涂(浸渍)等的涂布法将均匀地溶解或分散有吸收剂的透明基体涂布在整合层24的表面24a上，利用热或紫外光等使透明基体固化，从而形成吸收层26。此外，在吸收层26的透明基体是无机材料的情况下，例如使用溶胶凝聚法来形成吸收层26。即，在作为透明基体的原料的溶液中均匀地溶解或分散吸收剂，通过将该溶液涂布在整合层24的表面24a上，使溶液溶胶化，并使溶胶凝胶化，从而形成吸收层26。
另外，在本实施方式中，吸收层26是单层，但也可以由多层构成。吸收层26在由单层或多层构成的情况下，厚度均优选在100nm以上且5000nm以下。通过使厚度在5000nm以下，可以使吸收层26的因膜厚不均造成的光学特性的下降的程度不会变得过大。此外，通过将厚度设为100nm以上，可以抑制吸收层26的吸收能力、即消光系数变得过高，抑制折射率的急速上升，且抑制纹波的影响变大。另外，当厚度小于100nm时，难以通过涂布等形成膜，并且如果考虑到近红外吸收等特性，则通过消光系数k增大，而折射率n值增大，所以有可能在薄膜设计上存在不利。此外，在厚度超过5000nm的情况下，会产生滤光片的总厚度增大，耐候性较低的树脂比率增大而引起耐候性变差的可能性，因此是不优选的。
此外，吸收层26也可以含有紫外线吸收成分。紫外线吸收成分例如由能够吸收紫外线区域的波长带的光的紫外线吸收剂构成。通过构成为使紫外线吸收剂均匀地溶解或分散于透明基体，从而在吸收层26中含有紫外线吸收成分。紫外线吸收剂优选均匀地溶解或分散于透明基体时的最大吸收波长在360nm以上且415nm以下。紫外线吸收剂例如是能够吸收紫外线区域的波长带的光的色素。当将能够吸收紫外线区域的波长带的光的色素记为色素(U)的情况下，作为色素(U)，可例举唑类、部花青类、花青类、萘二甲酰亚胺类、/>二唑类、/>嗪类、/>唑烷类、萘二甲酸类、苯乙烯基类、蒽类、环状羰基类、***类等的色素。
(整合层、辅助整合层)
因为同时进行关于整合层24和辅助整合层28的说明比较容易理解，所以以下对它们的作用进行说明。
整合层24和辅助整合层28分别是用于抑制吸收层26作为干涉膜的膜厚依赖性的纹波调整层。吸收层26如在别处所描述，有时在成形工序等中发生膜厚变动。整合层24抑制由该膜厚变动引起的对滤光片的光学特性的影响。
首先，对利用整合层24来抑制由吸收层26引起的透射率的强度变动的想法进行说明。
由吸收层26到基板20的各构成按照基板20、光学多层膜22、整合层24、吸收层26的顺序构成。这里，当将吸收层26视为入射介质时，则变为基板20、光学多层膜22、整合层24、入射介质(吸收层26)的顺序，例如在入射介质是空气的情况下，与非常普通的光学薄膜的构成相同。入射介质被认为是理论上无限存在于光入射的一侧的介质，在该点上不存在厚度的概念。另外，通常在关于光学干涉的计算中，因为以入射介质为无限厚作为前提，所以将作为吸收特性的消光系数k值视为零。
在上述构成中，为了使光学多层膜22造成的光谱波形的可见光区域的反射率最小、并抑制被称为反射纹波、透射纹波等的波形的波纹，以往在光学多层膜22的入射介质侧***被称为纹波调整层的薄膜，但是整合层24起到与该纹波调整层相同的作用。即，整合层24是当吸收层26为入射介质时的纹波调整层。另外，这里所述的纹波调整是指抑制吸收层26的因膜厚变化造成的可见光区域的波长带的光学特性的强度变动。
光学多层膜22制造的光谱波形的可见光区域的反射率的标准优选在2％以下，更优选在1％以下。如果是该反射率，则也会限制称为纹波的光谱特性上的强度变动。
另外，关于入射角度，因为实际使用上的滤光片16在大气中或真空下使用，所以相对于以空气作为介质时的入射角度，将以斯内尔定律成立的方式调整的入射角度作为入射介质侧入射角度使用。
同样地，辅助整合层28是当将吸收层26视为基板、且形成为基板(吸收层26)、辅助整合层28、入射介质(空气)时的、用于使可见光区域的反射率最小、并抑制被称为反射纹波、透射纹波的波形的波纹的纹波调整层，但是，上述的情况下，因为只有辅助整合层28，所以通过作为用于使反射率最小的层而构成，为此目的的最小单元是防反射膜，所以辅助整合层28只要是形成为基板(吸收层26)、辅助整合层28、入射介质(空气)时的防反射膜即可。当然，因为只要可见光区域的反射率最小、且能抑制纹波即可，所以即使是红外线截止滤光片等带通滤波器等也无妨，但考虑到本发明的目的，最好是制成最小膜厚、层数的构成的防反射膜。
作为将吸收层26视为基板、并形成为基板(吸收层26)、辅助整合层28、入射介质(空气)时的可见光区域的反射率的标准，优选在2％以下，更优选在1％以下。如果是在该条件下，则也会限制称为纹波的光谱特性上的强度变动。
对于基板，在关于光学干涉的计算上，可将与吸收相关的消光系数k视为零进行计算，在光学干涉上认为基板的厚度为无限大。即，与入射介质同样，在光学薄膜的干涉设计上不具有膜厚依赖性。
滤光片16中，在将吸收层26作为基准时，图1中的从吸收层26到空气侧的构成可考虑将吸收层26作为基板来设计，从吸收层26到基板20侧可考虑将吸收层26作为入射介质来设计。因此，即使在将全部的构成(基板20、光学多层膜22、整合层24、吸收层26、辅助整合层28、空气(入射介质))合在一起的状态下，吸收层26的膜厚依赖性也非常小，其结果是，即使涂布工序等造成的吸收层26的膜厚变动较大，也可抑制作为光学干涉膜的不良影响。在这些全部的构成合在一起的状态下，为了维持使上述可见光区域的反射率和纹波最少的状态，整合层24优选是下述的三层结构或单层的中间折射率膜。
另外，如果是这样设计的构成，即使没有辅助整合层，也能获得作为本发明的目的的抑制由吸收层26的膜厚变动引起的对滤光片的光学特性的影响的效果。这是因为，由于吸收层26是树脂层，所以其表面反射率较小，但是为了获得更好的光学特性，需要存在辅助整合层。
本实施方式中，整合层24构成为高折射率膜24A和低折射率膜24B交替层叠而成的三层以上的层叠膜。如上所述，整合层24起到光学多层膜22的纹波调整层的作用，因此膜厚依赖于光学多层膜22的构成。若考虑滤光片16的主要用途，例如光学多层膜22是红外线截止滤光片等。通常，这些光学多层膜22的光学设计是，当将高折射率膜的光学膜厚QWOT记为H、将低折射率膜的光学膜厚QWOT记为L时，基本上以(HL)^n的重复进行构成。另外，(HL)^n表示将高折射率膜24A和低折射率膜24B按照该顺序重复n次的构成。此外，此时，层叠的高折射率膜24A的各自的光学膜厚也可以不同。在该方面，低折射率膜24B也同样。整合层24需要由比光学多层膜22的重复构成内的靠近整合层24侧的基本重复构成(HL)^n的光学膜厚薄的膜构成，更优选由下述的(aQLbQHcQL)的三层构成。另外，由此构成的整合层24的膜材料与光学多层膜22相同，这在制造上是优选的，但是只要使上述条件满足光学膜厚即可，不需要是完全相同的膜材料。
作为整合层24的构成，除上述外，也可以由中间折射率膜构成，在该情况下可以减少膜层数。基于等效膜的观念，中间折射率膜可以由更薄的高折射率膜和低折射率膜的三层结构表示，这是因为能表现出接近于由上述三层构成的整合层24的光学特性。但是，因为等效膜条件与上述三层结构下的条件不同，所以性能上稍差，但在实际使用上能以没有问题的水平表现出作为整合层24的特性。
另外，高折射率膜的波长500nm处的折射率在1.8以上且3以下，低折射率膜的波长500nm处的折射率优选在1.4以上且小于1.6，中间折射率膜的波长500nm处的折射率优选在1.6以上且小于1.8。本发明以在光学多层膜22上配置吸收层26作为前提，因此滤光片16的作为干涉多层膜的基本光学特性由光学多层膜22确定。整合层24的膜材料、折射率依赖于光学多层膜22，因此上述折射率的范围也适用于光学多层膜22，折射率的上述指定取决于例如为了制作红外线截止滤光片所需的制作条件。
对整合层24的构成进行更详细的说明。如前面所说明，整合层24相对于光学多层膜22，作为特定条件下的纹波调整层起作用。因此，光学膜厚中的QWOT(Quarter-waveOptical Thickness：四分之一波光学厚度)的中心波长通过以光学多层膜22中的膜设计上的中心波长为基础来确定。具体而言，在光学多层膜22是红外线截止滤光片的情况下，由红外线截止滤光片截止的波长带的中心波长是整合层24的QWOT的中心波长。另外，由红外线截止滤光片截止的波长带是多个的情况下，选择位于接近整合层24侧的波长带的中心波长。此外，整合层24的QWOT的中心波长优选为700nm～1400nm。
这里，将高折射率膜24A的QWOT(Quarter-wave Optical Thickness：四分之一波光学厚度)记为QH，将低折射率膜24B的QWOT记为QL。在该情况下，整合层24优选从基板20侧(光学多层膜22侧)朝向吸收层26侧，由(aQLbQHcQL)的三层构成。这里，a、b、c是各基本单元的系数，各基本单元的膜的物理膜厚表示为QWOT的多少倍。因此，aQL、bQH、cQL是指各膜的光学膜厚。即、整合层24的最靠近基板20侧(光学多层膜22侧)的膜是低折射率膜24B，其光学膜厚是aQL。接着，整合层24中，设置在最靠近基板20侧的低折射率膜24B的吸收层26侧的膜是高折射率膜24A，其光学膜厚为bQH。此外，整合层24中，设置在高折射率膜24A的吸收层26侧的膜是低折射率膜24B，其光学膜厚为cQL。本实施方式中，整合层24是三层构成，所以设置在高折射率膜24A的吸收层26侧的低折射率膜24B是设置在最靠近吸收层26侧的膜。另外，整合层24由(aQLbQHcQL)的三层构成时的a、b、c通过使用光学多层膜22的阻止带的中心波长处的高折射率膜24A和低折射率膜24B的各自的折射率来算出。
这里，优选a和c在0.2以上且小于0.5，b在0.07以上且小于0.5，且b＜a。通过使a、b、c在这样的数值范围内，整合层24通过抑制吸收层26的膜厚依赖性的方式，有助于抑制可见光区域的反射率、纹波。
但是，整合层24只要构成为可抑制由吸收层26引起的可见光区域的波长带的光的干涉，则即使不是这样在2个低折射率膜24B之间设置1个高折射率膜24A的构成也可，高折射率膜24A和低折射率膜24B的光学膜厚也可以不具有如上所述的关系。例如，整合层24可以是在2个高折射率膜24A之间设置1个低折射率膜24B的三层构成。此外，整合层24例如可以是高折射率膜24A和低折射率膜24B交替地层叠共4层以上，也可层叠共2层。此外，整合层24也可以由具有规定的折射率(即中间折射率)的1个层、即上述的中折射率膜的单层构成。中间折射率是例如上述说明的高折射率膜24A的折射率和低折射率膜24B的折射率之间的值。
此外，整合层24优选如下构成：基板20、光学多层膜22、整合层24、吸收层26、和辅助整合层28以该顺序层叠，在辅助整合层28对着空气露出的情况下，可抑制在从空气侧入射至辅助整合层28并透过基板20的光的可见光区域的波长带中产生纹波。
另外，作为高折射率膜24A，可使用例如选自ZrO2、Nb2O5、TiO2和Ta2O5的至少1种金属氧化物膜等。此外，作为低折射率膜24B，可使用例如SiO2等。高折射率膜24A优选是与光学多层膜22的高折射率膜22A相同的材料，低折射率膜24B优选是与光学多层膜22的低折射率膜22B相同的材料。通过采用相同的材料，可容易进行层叠。但是，高折射率膜24A和高折射率膜22A可以是不同的材料，低折射率膜24B和低折射率膜22B也可以是不同的材料。
整合层24可通过与光学多层膜22的形成相同的方法形成在光学多层膜22的表面22a上。即，整合层24可使用例如溅射法、离子辅助蒸镀法、真空蒸镀法等来形成。
(辅助整合层)
辅助整合层28是抑制入射至辅助整合层28的可见光区域的波长带的光被吸收层26(辅助整合层28和吸收层26的界面)反射的层。即、辅助整合层28是具有防反射功能的防反射膜(也称为Anti-Reflection膜、AR膜)。本实施方式中，辅助整合层28是将折射率不同的多个膜层叠而构成的光学多层膜。即，辅助整合层28可使用例如将多个的高折射率膜和比高折射率膜的折射率低的低折射率膜交替地配置而得的层叠膜。作为高折射率膜，可使用例如选自ZrO2、Nb2O5、TiO2和Ta2O5的至少1种金属氧化物膜等。作为低折射率膜，可使用例如SiO2等。高折射率膜和低折射率膜的膜厚或层叠数可根据辅助整合层28所要求的光学特性进行适当设定。辅助整合层28也可通过与光学多层膜22的形成相同的方法形成在吸收层26的表面26a上。即，辅助整合层28可使用例如溅射法、离子辅助蒸镀法、真空蒸镀法等来形成。另外，辅助整合层28如果具有防反射功能，则并不限定于这样的多层膜，也可由单层构成，也可以是红外线截止滤光片或紫外线截止滤光片等。此外，滤光片16可以不设置辅助整合层28。
(背面层)
背面层30是为了补充作为滤光片16的光学特性而设置的，上述滤光片16由基板20、以及设置在基板20上的光学多层膜22、整合层24、吸收层26、辅助整合层28构成。因此，背面层30可以是与光学多层膜22、整合层24、吸收层26、辅助整合层28同样的构成，也可以仅由光学多层膜构成，也可以不设置背面层30。在将滤光片16作为摄像装置用滤光片使用的情况下，作为背面层30，假想为红外线截止滤光片或防反射膜。在背面层30由光学多层膜构成的情况下，可以使用例如将多个的高折射率膜和比高折射率膜的折射率低的低折射率膜交替地配置而得的层叠膜。作为高折射率膜，可使用例如选自ZrO2、Nb2O5、TiO2和Ta2O5的至少1种金属氧化物膜等。作为低折射率膜，可使用例如SiO2等。高折射率膜和低折射率膜的膜厚或层叠数可根据背面层30所要求的光学特性进行适当设定。背面层30也可通过与光学多层膜22的形成相同的方法形成在基板20的表面20b上。即，背面层30可使用例如溅射法、离子辅助蒸镀法、真空蒸镀法等来形成。另外，背面层30只要具有防反射功能，就不限定于这样的多层膜，也可以由单层构成。
滤光片16成为如上所述的构成。图3是表示反射光的状态的示例的示意图。图3表示比较例的滤光片16x和本实施方式的滤光片16的反射光的状态的不同。如图3所示，比较例的滤光片16x按照基板20x、吸收层26x、光学多层膜22x的顺序层叠。即，在比较例中，光学多层膜22x位于比吸收层26x更靠近入射光L1x侧的位置。在该情况下，入射光L1x中的不需要的波长的光在光学多层膜22x的表面作为反射光L2x被反射。反射光L2xは、例如在摄像装置的框体内作为杂光而存在，有可能再次入射至滤光片16x。此时，如果杂光以广角度入射至滤光片16x中，则由于光学多层膜22X的斜入射特性而无法将杂光反射，有可能透过滤光片16x并到达摄像元件。在该情况下，该光将被识别为摄像图像中的噪声，有可能造成摄像图像的画质降低。
另一方面，本实施方式的滤光片16的吸收层26位于比光学多层膜22更靠近入射光L1侧的位置。另外，在图3中，为了便于说明，省略了辅助整合层28和背面层30。如图3所示，进入滤光片16的入射光L1入射到吸收层26内，入射光L1中的不需要的波长的光被吸收层26吸收。此外，没有被吸收层26吸收的不需要的波长的光在光学多层膜22的表面反射。在光学多层膜22的表面反射的光再次入射到吸收层26中，被吸收层26吸收，只有未被吸收层26吸收的光作为反射光L2射出至摄像装置的框体内。即，反射光L2因为透过吸收层26两次，因此强度比反射光L2x要低这两次的透过中被吸收的量。因此，根据本实施方式的滤光片16，即使杂光到达摄像元件，因为杂光的强度降低，所以减少了对摄像图像造成的影响，抑制摄像图像的画质降低。即，本实施方式的滤光片16通过降低杂光的强度，抑制光学特性的降低。
但是，在将吸收层26配置在比光学多层膜22更靠近入射光L1侧的情况下，如上所述，光学多层膜22的透射率的纹波变得明显，滤光片16的光学特性有可能会降低。相对于此，本实施方式的滤光片16通过利用整合层24来抑制由吸收层26引起的可见光区域的波长带的光的干涉，从而抑制光学多层膜22的透射率的纹波，并抑制滤光片16的光学特性的降低。
如以上说明的那样，本实施方式的滤光片16具备基板20、设置在基板20上的光学多层膜22、设置在光学多层膜22上的整合层24、和设置在整合层24上且具有含有红外线吸收成分的透明基体的吸收层26。整合层24构成为抑制由吸收层26引起的透射率的强度变动。根据该滤光片16，通过降低杂光的强度、并且抑制由吸收层26造成的可见光区域的波长带的光的干涉，能够抑制滤光片16的光学特性的降低。
(实施例1)
接着，对实施例1进行说明。在实施例1中，对于本实施方式的滤光片16，在改变吸收层26的膜厚(厚度)的基础上，进行透射率的模拟实验。表1记载了实施例1的滤光片16的各层的构成。如表1所示，在实施例1中，辅助整合层28的高折射率膜采用TiO2，辅助整合层28的低折射率膜采用SiO2，整合层24的高折射率膜24A和光学多层膜22的高折射率膜22A采用ZrO2，整合层24的低折射率膜24B和光学多层膜22的低折射率膜22B采用SiO2。在波长500nm下，TiO2的折射率为2.467，SiO2的折射率为1.483，ZrO2的折射率为2.058。接着，在实施例1中，作为光学多层膜22、整合层24、辅助整合层28的如表1所示的构成，使吸收层26的膜厚在700nm到1400nm的范围内变动，通过模拟实验算出滤光片16的光谱透射率。即，在光从辅助整合层28向表1的构成的滤光片16入射的情况下，对吸收层26的各膜厚通过模拟实验算出从基板20射出的光的透射率。另外，如表1所示，可知实施例1的整合层24是(aQLbQHcQL)的三层构成。在表1中，光学多层膜是基板20侧，辅助整合层是空气侧。在实施例1中，光学多层膜22的设计上的中心波长是930nm，a为0.313，b为0.131，c为0.412。另外，各系数通过使用整合层24的高折射率膜24A和低折射率膜24B在波长930nm处的折射率(ZrO2:2.025、SiO2:1.467)来算出。此外，作为计算光谱透射率的模拟软件，使用TFCalc(软件光谱公司(Software Spectra社)制)。此外，基板20和吸收层26在没有光吸收的条件下算出。与光学干涉相关的计算通过将吸收有关的消光系数k视为零进行计算。
[表1]
(表1) 实施例1
另一方面，表2示出了比较例1的滤光片的各层的构成。在表2中，光学多层膜是基板20侧，辅助整合层是空气侧。比较例1的滤光片在不具有整合层24的点上与实施例1不同。对于比较例1，与实施例1同样地，使吸收层26的膜厚在700nm到1400nm的范围内变动，通过模拟实验算出了滤光片16的光谱透射率。
[表2]
(表2) 比较例1
图4是示出实施例1的各膜厚的光谱透射率的值的图。图5是示出比较例1的各膜厚的光谱透射率的值的图。图4和图5的横轴是波长，纵轴是滤光片16的光谱透射率。图4和图5示出对于波长从350nm到1200nm的各个光，吸收层26的各膜厚时的滤光片16的透射率的计算结果。如图4和图5所示，在实施例1中，特别是在入射的光的波长在450nm以上且750nm以下(进一步而言，在450nm以上且650nm以下)时，与比较例1相比，可知相对于吸收层26的膜厚的变化，滤光片的光谱透射率的值的变动小，纹波受到了抑制。此外，对吸收层26的膜厚变化时的滤光片16的光谱透射率的变动进行了详细确认，结果是可见光区域的波长带(这里，波长在450nm以上且650nm以下)处的最大透射率和最小透射率的差在实施例1中为0.66％以上且0.89％以下，相对于此，在比较例1中为2.60％以上且7.66％以下。
(实施例2、实施例3)
接着，对实施例2和实施例3进行说明。在实施例2中，对于本实施方式的滤光片16，在改变吸收层26的膜厚(厚度)的基础上，进行透射率的模拟实验。表3记载了实施例2的滤光片16的各层的构成。在表3中，光学多层膜是基板20侧，辅助整合层是空气侧。如表3所示，在实施例2中，辅助整合层28的构成与实施例1大致相同。另一方面，整合层24的中折射率膜由Al2O3的单层构成，在这一点上与实施例1不同。在波长500nm处，Al2O3的折射率为1.617。接着，在实施例2中，使光学多层膜22、整合层24、辅助整合层28采用如表3所示的构成，使吸收层26的膜厚在700nm到1400nm的范围内变动，通过模拟实验算出滤光片16的光谱透射率。即，在光从辅助整合层28向表3的构成的滤光片16入射的情况下，对吸收层26的各膜厚通过使用与实施例1相同的模拟实验和条件算出从基板20射出的光的透射率。
[表3]
(表3) 实施例2
在实施例3中，对于本实施方式的滤光片16，在改变吸收层26的膜厚(厚度)的基础上，进行光谱透射率的模拟实验。表4记载了实施例3的滤光片16的各层的构成。在表4中，光学多层膜是基板20侧，吸收层是空气侧。如表4所示，在实施例3中，整合层24的构成与实施例1大致相同。在实施例3中，光学多层膜22的设计上的中心波长是930nm，a为0.313，b为0.131，c为0.412。另外，各系数通过使用整合层24的高折射率膜24A和低折射率膜24B在波长930nm处的折射率(ZrO2:2.025、SiO2:1.467)来算出。此外，实施例3在没有设置辅助整合层28的点上与实施例1不同。接着，在实施例3中，使光学多层膜22、整合层24采用如表4所示的构成，使吸收层26的膜厚在700nm到1400nm的范围内变动，通过模拟实验算出滤光片16的光谱透射率。即，在光从吸收层26向表4的构成的滤光片16入射的情况下，对吸收层26的各膜厚通过使用与实施例1相同的模拟实验和条件算出从基板20射出的光的透射率。
[表4]
(表4) 实施例3
另一方面，表5示出了比较例2的滤光片的各层的构成。在表5中，光学多层膜是基板20侧，吸收层是空气侧。比较例2的滤光片在不具有整合层24和辅助整合层28的点上与实施例1不同。对于比较例2，与实施例1同样地，使吸收层26的膜厚变动，通过模拟实验算出了滤光片16的光谱透射率。
[表5]
(表5) 比较例2
图6是示出实施例2的各膜厚的光谱透射率的值的图。图7是示出实施例3的各膜厚的光谱透射率的值的图。图8是示出比较例2的各膜厚的光谱透射率的值的图。图6至图8的横轴是波长，纵轴是滤光片16的光谱透射率。图6至图8示出对于波长从350nm到1200nm的各个光，吸收层26的各膜厚时的滤光片16的光谱透射率的计算结果。如图6至图8所示，在实施例2和实施例3中，特别是在入射的光的波长在450nm以上且750nm以下(进一步而言，在450nm以上且650nm以下)时，与各比较例相比，可知在全部的波长的光下，透射率的值的变动少，纹波受到了抑制。相对于此，在比较例2中，可知特别是相对于吸收层26的膜厚(厚度)的变动，透射率的值的变动大，产生了纹波。此外，对滤光片16的吸收层26的膜厚变化时的分光透射率的变动进行了详细确认，结果是可见光区域的波长带(这里，波长在450nm以上且650nm以下)处的最大透射率和最小透射率的差在实施例2中为1.27％以上且2.38％以下，在实施例3中为3.11％以上且4.72％以下，相对于此，在比较例2中为1.34％以上且17.97％以下。
以上说明了本发明的实施方式，但实施方式不限定于上述实施方式的内容。此外，上述的构成要素包括本领域技术人员容易根据该构成要素想到的要素、与该构成要素实质相同的要素，即等同范围内的要素。此外，上述的构成要素还能够适当地组合。此外，可以在不脱离上述的实施方式的技术思想的范围内进行构成要素的各种各样的省略、替换或改变。
Claims (7)
1. 一种滤光片，其特征在于，依次层叠有：
背面层、
基板、
设置在所述基板上的光学多层膜、
设置在所述光学多层膜上的整合层、
设置在所述整合层上且具有含有近红外线吸收成分的透明基体的吸收层、和
设置在所述吸收层上且抑制入射的可见光区域的波长带的光被所述吸收层反射的辅助整合层，
所述整合层抑制由所述吸收层的膜厚变动引起的透射率的强度变动，
所述整合层由多个的折射率高的高折射率膜和折射率比所述高折射率膜低的低折射率膜层叠而构成，或者由中折射率膜的单层构成，
所述高折射率膜在波长500nm处的折射率为1.8以上，所述低折射率膜在波长500nm处的折射率小于1.6，所述中折射率膜在波长500nm处的折射率为1.6以上且小于1.8。
2.如权利要求1所述的滤光片，其特征在于，所述辅助整合层是将折射率不同的多个膜层叠而构成的光学多层膜，并且在入射介质为空气时使可见光区域的反射率最小、并抑制被称为反射纹波、透射纹波的波形的波纹。
3.如权利要求1所述的滤光片，其特征在于，在将所述光学多层膜的设计上的中心波长作为中心波长的情况下，当将所述高折射率膜的QWOT记为QH、将所述低折射率膜的QWOT记为QL时，
所述整合层从所述基板侧起由(aQLbQHcQL)的三层构成，a和c在0.2以上且小于0.5，b在0.07以上且小于0.5，且b＜a。
4.如权利要求1或2所述的滤光片，其特征在于，所述吸收层的厚度在100nm以上且5000nm以下。
5.如权利要求1或2所述的滤光片，其特征在于，所述基板是白板玻璃、蓝玻璃和树脂中的任意一种。
6.如权利要求1或2所述的滤光片，其特征在于，所述光学多层膜的可见光区域的波长带的光的平均透射率在80％以上，近红外区域的波长带的光的平均透射率在10％以下。
7.一种近红外线截止滤光片，其特征在于，具有权利要求1～6中任一项所述的滤光片。
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