JP2003279726A - 赤外線カットフィルタ付き光学ローパスフィルタ - Google Patents

赤外線カットフィルタ付き光学ローパスフィルタ

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JP2003279726A
JP2003279726A JP2002077718A JP2002077718A JP2003279726A JP 2003279726 A JP2003279726 A JP 2003279726A JP 2002077718 A JP2002077718 A JP 2002077718A JP 2002077718 A JP2002077718 A JP 2002077718A JP 2003279726 A JP2003279726 A JP 2003279726A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 反りが抑制されかつ所望の赤外線カット特性
が得られた状態の赤外線カットフィルタが形成された光
学ローパスフィルタを提供する。 【解決手段】 基板101の一方に、二酸化シリコン
(SiO2)からなる低屈折率層122と、五酸化ニオ
ブ(Nb25)からなる高屈折率層123とを交互に2
0層積層した入射側多層膜102を備え、基板101の
他方に、二酸化シリコン(SiO2)からなる低屈折率
層132と、五酸化ニオブ(Nb25)からなる高屈折
率層133とを交互に19層積層した出射側多層膜10
3を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、CCDイメージセ
ンサやCMOSイメージセンサなどの固体撮像素子を用
いた撮像装置に用いられる赤外線カットフィルタ付き光
学ローパスフィルタに関する。
【0002】
【従来の技術】例えばCCDイメージセンサでは、光の
入力量に応じて蓄電容量が変化するシリコンフォトダイ
オードからなる受光セル(画素)を、マトリクス状の複
数配列している。このような固体撮像素子で受光セルの
配列間隔に相当する空間周波数成分を有する像を撮像す
ると、得られた画素にモアレ状のノイズが発生する。ま
た、固体撮像素子は、人間には見えない赤外線まで感知
するため、一般的な撮像においては、赤外線がノイズと
なってしまう。このため、固体撮像素子を用いた撮像装
置では、固体撮像素子に光学像を結像するための光学系
の所定の箇所に、光学ローパスフィルタと赤外線カット
フィルタとを設けるようにしている。
【0003】光学ローパスフィルタは、空間周波数の高
い成分を除去するフィルタであり、例えば、複屈折性を
もつ水晶などから構成され、光学的に入射点光を分離
し、空間周波数の高い成分の像を故意にぼかすようにし
ている。また、赤外線カットフィルタは、固体撮像素子
に入ってくる赤外光を除去するフィルタであり、厚さと
添加した成分とにより透過特性を変化させて用いるガラ
スタイプと、無機材料の多層膜をガラスなどの透明板に
形成して層数と光学膜厚とにより透過特性を変化させて
用いるコーティングタイプとがある。
【0004】一方、固体撮像素子を利用した撮像装置の
小型化が進行する中で、撮像装置の光学系も、小型化が
進んできている。このような中で、上述したような光学
フィルタも、より薄く小さいものが要求されるようにな
ってきている。このため、厚みがあって光学軸方向に配
置領域を必要とするガラスタイプに比較し、非常に薄く
配置領域を必要としないコーティングタイプが有望とな
ってきている。コーティングタイプであれば、前述した
光学ローパスフィルタとして用いる水晶の表面に形成し
て用いることが可能となるため、ガラスタイプを用いる
場合に比較し、光学系をより小型化することが可能とな
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、近年、より
一層の小型化が要求される中で、赤外線カットフィルタ
を形成した光学ローパスフィルタの反りが問題となって
きている。従来では、光学ローパスフィルタの厚さが
0.8mm以上あり、赤外線カットフィルタとなる多層
膜が形成されたときに発生する反りが、あまり問題とは
ならなかった。しかしながら、より薄い光学ローパスフ
ィルタに赤外線カットフィルタを形成しようとすると、
赤外線カットフィルタを形成する基板となる光学ローパ
スフィルタの反りが、大きな問題となってきている。
【0006】上述した基板の反りは、一方の面に赤外線
カットフィルタの層を形成していたため、形成したフィ
ルタ層により応力が発生し、この結果発生していた。し
たがって、単純には、基板の両面に赤外線カットフィル
タ層を形成することで、基板の反りの問題は解消するこ
とができる。しかしながら、水晶基板からなる光学ロー
パスフィルタの両面に単純に赤外線カットフィルタ層を
形成しても、赤外光の除去効果が所望の通りに得られな
いと言う問題があった。
【0007】本発明は、以上のような問題点を解消する
ためになされたものであり、反りが抑制されかつ所望の
赤外線カット特性が得られた状態の赤外線カットフィル
タが形成された光学ローパスフィルタを提供することを
目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明に係る赤外線カッ
トフィルタ付き光学ローパスフィルタは、複屈折特性を
もつ結晶からなる透明な基板と、基板の一方の面に形成
された第1の多層膜と、基板の他方の面に形成された第
2の多層膜とから構成され、第1の多層膜は、高屈折材
料からなる透明薄膜と低屈折率材料からなる透明薄膜と
が交互に例えば20層重ねられ、第2の多層膜は、低屈
折率材料からなる透明薄膜と高屈折材料からなる透明薄
膜とが交互に、例えば19層重ねられたものである。な
お、透明薄膜の総層数は、28層以上39層以下であれ
ばよい。この赤外線カットフィルタ付き光学ローパスフ
ィルタは、基板の両面に形成された2つの多層膜で、所
望とする赤外線カット特性が得られる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図を参照して説明する。図1は、本発明の実施の形態
における赤外線カットフィルタ付き光学ローパスフィル
タの層構成を概略的に示す構成図である。この赤外線カ
ットフィルタ付き光学ローパスフィルタは、水晶からな
る基板101の一方の面に、総膜厚が2.4μm程度の
入射側多層膜(第1の多層膜)102が形成され、基板
101の他方の面に、総膜厚が2.0μm程度の出射側
多層膜(第2の多層膜)103が形成されている。
【0010】基板101が、光学ローパスフィルタであ
り、入射側多層膜102と出射側多層膜103とにより
赤外線カットフィルタが構成され、これらで赤外線カッ
トフィルタ付き光学ローパスフィルタとなる。また、入
射側多層膜102の総膜厚と出射側多層膜103の総膜
厚との差が、0.4μm以下となるように形成されてお
り、入射側と出射側を入れ替えて用いるようにしてもよ
い。なお、基板101は、水晶に限るものではなく、ニ
オブ酸リチウム(LiNbO3),タンタル酸リチウム
(LiTaO3),四ホウ酸リチウム(Li247)な
ど、他の複屈折特性をもつ結晶から構成するようにして
もよい。
【0011】入射側多層膜102は、基板101上に、
二酸化シリコン(SiO2)からなる低屈折率層122
と、五酸化ニオブ(Nb25)からなる高屈折率層12
3とを交互に20層積層したものである。したがって、
入射側多層膜102は、高屈折率層123の面で基板1
01に当接し、また、低屈折率層122が最表面で露出
している。また、出射側多層膜103は、二酸化シリコ
ンからなる低屈折率層132と、五酸化ニオブからなる
高屈折率層133とを交互に19層積層したものであ
る。したがって、出射側多層膜103は、低屈折率層1
32の面で基板101に当接し、かつ、低屈折率層13
2が最表面で露出している。
【0012】なお、上述では、高屈折材料として五酸化
ニオブを用いるようにしたが、これに限るものではな
く、二酸化チタン(TiO2)や五酸化タンタル(Ta2
5)を用いてもよい。また、上述では、低屈折率材料
として二酸化シリコンを用いるようにしたが、フッ化マ
グネシウム(MgF2)を用いるようにしてもよい。
【0013】入射側多層膜102および出射側多層膜1
03は、水晶からなる基板101に、二酸化シリコンの
薄膜と五酸化ニオブの薄膜とを、真空蒸着法により交互
に形成することで製造できる。以下、この製造方法につ
いて簡単に説明すると、まず、水晶基板を真空蒸着装置
の真空容器内に設けられたドーム状の取り付け治具に固
定する。また、ペレット状または粒状の五酸化ニオブと
二酸化シリコンの蒸着源を、上記真空容器内に設けられ
た2つの電子ビーム蒸着源容器に各々収容し、真空容器
内を真空排気する。
【0014】真空容器内の圧力が1×10-3Pa以下に
なったら、電子ビーム蒸着源容器内の蒸着源に電子ビー
ムを照射し、五酸化ニオブと二酸化シリコンとを各々加
熱して蒸発させる。2つの蒸着源の直上には、各々開閉
可能なシャッターが設けられ、五酸化ニオブの蒸着時に
は、五酸化ニオブ側のシャッターを開き、かつ二酸化シ
リコン側のシャッターを閉じる。また、二酸化シリコン
の蒸着時には、二酸化シリコン側のシャッターを開き、
かつ五酸化ニオブ側のシャッターを閉じる。これらを、
所定回数交互に繰り返すことで、所望とする多層膜が形
成できる。
【0015】各薄膜の膜厚は、取り付け治具の頭部に設
けられた開口部の直上に配置された膜厚モニターによ
り、蒸着がされている間測定され、所定の膜厚で対応す
るシャッターを閉じるようにすることで制御している。
なお、必要により、蒸着終了後に、多層膜が形成された
水晶基板を所定時間加熱し、蒸着された薄膜の結晶化を
促進させ、形成した多層膜の各薄膜の特性を向上させる
ようにしてもよい。
【0016】以上のことにより製造した赤外線カットフ
ィルタ付き光学ローパスフィルタの層構成例を以下の表
1,2に示す。
【0017】
【表1】
【0018】
【表2】
【0019】このように各層を構成した入射側多層膜1
02と出射側多層膜103とからなる赤外線カットフィ
ルタの特性は、図2に示すようになり、充分な赤外線カ
ット特性が得られている。また、水晶基板の入射側およ
び出射側の多層膜は、反射防止膜の機能もかねるので、
反射防止膜を新たに形成する必要が無くなる。
【0020】また、以下の表3,4に示す層構成として
もよい。
【0021】
【表3】
【0022】
【表4】
【0023】このように各層を構成した入射側多層膜1
02と出射側多層膜103とからなる赤外線カットフィ
ルタの特性は、図3に示すようになり、充分な赤外線カ
ット特性が得られている。また、この場合においても、
水晶基板の入射側および出射側の多層膜は、反射防止膜
の機能もかねるので、反射防止膜を新たに形成する必要
が無くなる。
【0024】以上説明したように、本実施の形態の赤外
線カットフィルタ付き光学ローパスフィルタは、光学ロ
ーパスフィルタとなる基板の両面に、異なる層数で各々
多層膜を形成し、これら2つの多層膜で赤外線カットフ
ィルタの機能を発現させるようにした。従来では、水晶
基板の入射側に赤外線カットフィルタを形成し、水晶基
板の出射側に反射防止膜を形成していたが、コーティン
グタイプの赤外線カットフィルタは、総膜厚が約5μm
程度となり、反射防止膜は0.3μm程度となる。この
ため、従来では、反りが発生していた。
【0025】これに対し、本実施の形態の赤外線カット
フィルタ付き光学ローパスフィルタでは、水晶基板の両
側に、総膜厚がほぼ同じになるように多層膜を形成し、
これら2つの多層膜で赤外線カットフィルタの機能をも
たせるようにしたので、反りが抑制できるようになる。
低屈折率層と高屈折率層との層数を、入射側が20層、
出射側が19層とすることで、総膜厚がほぼ同じとな
り、かつ所望の赤外線カット特性が得られるようにな
る。
【0026】ところで、上述では、多層膜の層数とし
て、両面合わせた総層数が39層の構成を示したが、こ
れに限るものではない。図4に39層(実線)と28層
(点線)との分光透過率特性の比較を示すように、28
層以上であれば、薄膜材料又は成膜条件を変えることに
より透明薄膜の屈折率を変化させ、同様の分光透過特性
を得られる。ただし、層数の上限は製造のしやすさや製
造コストなど製造上の理由で決定されるが、実用上は3
9層が望ましい。
【0027】赤外線カットフィルタは、高屈折率材料と
低屈折率材料とを交互に28層以上重ね合わせることで
作製すれば、従来よりあるCCDなどの固体撮像素子に
おいては、28層で充分使用することが可能であった。
ところが、近年の高画素化にともない、1100nm付
近までの赤外線カットが必要となる場合がある。このよ
うな要求に対しても、図4に示すように、少なくとも2
8層あれば、要求特性を満たした状態となっている。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、低屈
折率層と高屈折率層との層数を、例えば第1の多層膜が
20層、第2の多層膜が19層とすることで、各々の総
膜厚をほぼ同じとして基板両面における応力の釣り合い
をとるとともに、所望の赤外線カット特性を得るように
した。この結果、本発明によれば、反りを抑制しかつ所
望の赤外線カット特性が得られた状態の赤外線カットフ
ィルタが形成された光学ローパスフィルタが提供できる
というすぐれた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態における赤外線カットフ
ィルタ付き光学ローパスフィルタの層構成を概略的に示
す構成図である。
【図2】 図1に示す赤外線カットフィルタ付き光学ロ
ーパスフィルタの、入射側多層膜102と出射側多層膜
103とからなる赤外線カットフィルタの特性を示す特
性図である。
【図3】 他の形態における入射側多層膜102と出射
側多層膜103とからなる赤外線カットフィルタの特性
を示す特性図である。
【図4】 39層(実線)と28層(点線)との分光透
過率特性の比較を示す特性図である。
【符号の説明】
101…基板、102…入射側多層膜(第1の多層
膜)、103…出射側多層膜(第2の多層膜)、122
…低屈折率層、123…高屈折率層、132…低屈折率
層、133…高屈折率層。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複屈折特性をもつ結晶からなる透明な基
    板と、 前記基板の一方の面に高屈折材料からなる透明薄膜と低
    屈折率材料からなる透明薄膜とが交互に重ねて形成され
    た第1の多層膜と、 前記基板の他方の面に高屈折材料からなる透明薄膜と低
    屈折率材料からなる透明薄膜とが交互に重ねて形成され
    た第2の多層膜とから構成され、 前記透明薄膜の総層数は、28層以上39層以下である
    ことを特徴とする赤外線カットフィルタ付き光学ローパ
    スフィルタ。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の赤外線カットフィルタ付
    き光学ローパスフィルタにおいて、 前記第1の多層膜は、高屈折材料からなる透明薄膜と低
    屈折率材料からなる透明薄膜とが交互に20層重ねら
    れ、 前記第2の多層膜は、低屈折率材料からなる透明薄膜と
    高屈折材料からなる透明薄膜とが交互に19層重ねられ
    たものであることを特徴とする赤外線カットフィルタ付
    き光学ローパスフィルタ。
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