JP6136661B2 - 近赤外線カットフィルタ - Google Patents
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Description
図1は、第1の実施形態に係る近赤外線カットフィルタ100(以下、IRCF100)の断面図である。図2は、第1,第2の光学多層膜12A,12Bの断面図である。以下、図1及び図2を参照してIRCF100の構成について説明する。
透明基板11の材料は、少なくとも可視波長域の光を透過できるものであれば特に限定されない。透明基板11の材料として、例えば、ガラス、水晶、ニオブ酸リチウム、サファイヤ等の結晶、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)等のポリエステル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン酢酸ビニル共重合体等のポリオレフィン樹脂、ノルボルネン樹脂、ポリアクリレート、ポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂、ウレタン樹脂、塩化ビニル樹脂、フッ素樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリビニルアルコール樹脂等が挙げられる。
図2は、第1,第2の光学多層膜12A,12Bの断面図である。光学多層膜12A,12Bは、透明基板11の表面(第1の主面)及び裏面(第2の主面)にそれぞれ設けられた第1,第2のSWPF(Short Wide Pass Filter)であり、それぞれ、波長500nmにおける屈折率が2.0以上の高屈折率膜をH、波長500nmにおける屈折率が1.6未満の低屈折率膜をLとしたときに、以下の(1)式で表される構造を有する。
(HL)^n(nは、1以上の自然数)・・・(1)
第3の光学多層膜12Cは、紫外光(UV)をカットするUVカットフィルタである。第3の光学多層膜12Cは、0°入射条件での分光特性で、400nm未満の波長範囲の紫外線を所定の波長幅と透過率でカットするものであれば、どのような膜構成のものであってもよい。第3の光学多層膜12Cは、例えば、波長500nmにおける屈折率が2.0以上の高屈折率膜Hと、波長500nmにおける屈折率が1.6未満の低屈折率膜Lとが積層された構造を有する。なお、本発明において、第3の光学多層膜12Cは任意の構成である。
第4の光学多層膜12Dは、0°入射条件での分光特性で、400〜700nmの波長範囲において平均透過率が85%以上となる透過帯と、透過帯の近赤外側に、750〜950nmの波長範囲において平均透過率が10%以下の領域の幅が100〜200nmである阻止帯とを有するものである。つまり、第1,第2の光学多層膜12A,12Bは、900〜1200nmの波長範囲において阻止帯を形成するのに対し、第4の光学多層膜12Dは、750〜950nmの波長範囲において阻止帯を形成する。そのため、第1,第2の光学多層膜12A,12Bおよび第4の光学多層膜12Dを用いることで、750〜1200nmの波長範囲において平均透過率が10%以下の阻止帯を形成できる。
光学多層膜を用いた近赤外線カットフィルタにおいて、入射光の角度の変動に伴い400〜700nmの波長範囲に透過率が局所的に低下する箇所(リップル)が発生するのは、900〜1200nmに阻止帯を形成するための光学多層膜(以下、光学多層膜900−1200と記載する)に起因する。なお、750〜950nmに阻止帯を形成するための光学多層膜は、400nm未満の波長範囲に入射光の角度の変動に伴い透過率が局所的に低下する箇所を発生させる。
第4の光学多層膜12Dは、前述したとおり、400〜700nmの波長範囲において平均透過率が85%以上となる透過帯と、750〜950nmの波長範囲において平均透過率が10%以下の領域の幅が100〜200nmである阻止帯とを有するものである。固体撮像素子用途の近赤外線カットフィルタは、700〜750nm付近の波長範囲の透過率が急峻に小さくなることが求められる。そのような用途の場合は、透明基板11の一方の主面のみに第4の光学多層膜12Dを設けることが好ましい。他方、前述のように、700〜750nm付近の波長範囲の透過率が急峻に小さくなる必要がない場合は、第4の光学多層膜12Dを第1,第2の主面のそれぞれに分割して設けてもよい。
第3の光学多層膜12Cは、400nm未満の波長範囲の紫外線をカットするものである。前述のとおり、第4の光学多層膜12Dは、750〜950nmに阻止帯を有するため、400nm未満の波長範囲に入射光の角度の変動に伴い透過率が局所的に低下する箇所を発生させる。そのため、第3の光学多層膜12Cを設けることにより、第4の光学多層膜12Dに起因するリップルを抑制することができる。
次に、光学多層膜12A〜12Dから構成される固体撮像素子用途に用いられる光学多層膜12全体の好ましい分光特性について説明する。
透明基板11として、近赤外波長域の光を吸収するものを用いると、第1,第2の光学多層膜12A,12Bの阻止帯における平均透過率が多少大きくても、組み合わせの分光特性において、900〜1200nmの波長範囲内の透過率が低く、固体撮像素子用途に好適な阻止帯を形成することができる。そのため、第1,第2の光学多層膜12A,12Bを少ない膜層数で構成することができ、生産性がよく低コストで近赤外線カットフィルタを製作することができる。また、近赤外波長域の光を吸収する透明基板11は、特に700nm前後の波長範囲において、人間の視感度特性に近い分光特性を作り出すことができるため、本発明の近赤外線カットフィルタを固体撮像素子に用いることで自然な色調の撮像画像を得ることができる。
以上のように、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記具体例に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。
発明者らは、以下に説明する実施例1,2および比較例1〜3に係る近赤外線カットフィルタ(IRCF)を作成し、0°入射条件(光学多層膜12の主面に対して光が垂直(0°)に入射する条件)及び45°入射条件(光学多層膜12の主面に対して光が垂直(0°)から45°傾いた状態で入射する条件)における分光特性を調べた。なお、以下の説明では、高屈折率膜Hの波長500nmにおけるQWOT(Quarter-wave Optical Thickness)をQH、低屈折率膜Lの波長500nmにおけるQWOTをQLとする。
比較例1では、第1の主面に表1に示す光学多層膜(近赤外線カットフィルタ)を設け、第2の主面に表2に示す6層からなる反射防止膜(AR)を設けた。
比較例2では、比較例1の第1の主面に形成した光学多層膜(近赤外線カットフィルタ、調整層を除く)を、2つに分け、基本単位(1.33QH、1.39QL)が3回(n=3)繰り返し積層された光学多層膜(近赤外線カットフィルタ)を第1の主面および第2の主面にそれぞれ設けた。
実施例1では、比較例2の第1の主面に設けられた光学多層膜(近赤外線カットフィルタ)の物理膜厚を一律で0.95倍した。また、比較例2の第2の主面に設けられた光学多層膜(近赤外線カットフィルタ)の物理膜厚を一律で1.05倍した。
実施例2では、第1の主面および第2の主面に光学多層膜(近赤外線カットフィルタ)を設けた。両面の光学多層膜の層数の合計は44層であり、総膜厚は4.67μmであった。
比較例3では、第1の主面に光学多層膜(近赤外線カットフィルタ)を設け、第2の主面に反射防止膜(AR)を設けた。両面の光学多層膜の層数の合計は43層であり、総膜厚は5.24μmであった。
Claims (4)
- 透明基板と、前記透明基板の第1,第2の主面にそれぞれ設けられた第1,第2の光学多層膜とを備え、
前記第1,第2の光学多層膜は、それぞれ、
波長500nmにおける屈折率が2.0以上である高屈折率膜と、波長500nmにおける屈折率が1.6未満である低屈折率膜とを備え、前記高屈折率膜をH、前記低屈折率膜をLとしたとき、(HL)^n(nは1以上の自然数)の繰り返しで表される繰り返し積層構造を有し、
0°入射条件での分光特性で、400〜700nmの波長範囲において平均透過率が85%以上となる透過帯と、900〜1200nmの波長範囲において平均透過率が30%以下の領域の幅が100〜280nmである阻止帯とを有し、
入射光の角度の変動に伴い発生する透過率が局所的に低下する箇所の極小値を示す波長が前記第1の光学多層膜による透過帯と前記第2の光学多層膜による透過帯とで互いに異なり、
前記透過率が局所的に低下する箇所の極小値を示す波長が前記第1の光学多層膜による透過帯と前記第2の光学多層膜による透過帯とで互いに25nm以上100nm未満離れていることを特徴とする近赤外線カットフィルタ。 - 前記nの値は、3以上20以下であることを特徴とする請求項1に記載の近赤外線カットフィルタ。
- 前記透明基板は、近赤外波長域に吸収を有する光学特性を備えることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の近赤外線カットフィルタ。
- 前記第1,第2の光学多層膜は、0°〜45°入射条件での分光特性で400〜700nmの波長範囲内に透過率が局所的に15%以上低下する箇所が存在しないことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の近赤外線カットフィルタ。
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