TW201819963A - 光學濾波器 - Google Patents

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齋藤秀史
藤井祐貴
加茂佑一
正垣達也
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Abstract

本發明提供一種能充分抑制紅色分量透過的光學濾波器。該光學濾波器(10)為，在第一濾波器(20)的一個面(20A)上形成有第二濾波器(30)：在第一濾波器(20)的另一個面(20B)上形成有第三濾波器(40)，在設置為從可見光區域的長波長側至近紅外光區域為止的第一頻帶(A1)、及設置為比該第一頻帶更靠近長波長側的第三頻帶(A3)中具有遮光特性，且在設置於第一頻帶(A1)和第三頻帶(A3)之間的第二頻帶(A2)中具有透光特性，第一頻帶(A1)中透光率在5%以下的遮光頻帶的頻帶寬度被設定為至少100nm。

Description

光學濾波器
本發明涉及一種設置在攝像裝置中的光學濾波器。
作為設置在攝像裝置中的光學濾波器，已知有在可見光區域和近紅外光區域這兩個波段中具有透光特性的光學濾波器。採用這種光學濾波器，不僅能在有自然光射入的日間進行攝影，而且還能在夜間等暗視下進行攝影。
作為如上所述的光學濾波器，例如，專利文獻1中記載了一種光學濾波器，其具備具有吸收近紅外光區域的光的特性的紅外線吸收基板(紅外線吸收體)、及在該紅外線吸收基板上形成的電介質多層膜。另外還記載了，作為紅外線吸收基板，採用在透明樹脂中含有吸收紅外線的化合物的紅外線吸收樹脂。
上述專利文獻1中記載的光學濾波器在設置於近紅外光區域的第一頻帶(光線阻擋頻帶Za)、及設置為比該第一頻帶更靠近長波長側的第三頻帶(光線阻擋頻帶Zc)中具有遮光特性，並在設置於第一頻帶和第三頻帶之間的第二頻帶(光線透過頻帶Zb)中具有透光特性。然而，專利文獻1記載的光學濾波器在近紅外光區域中不能充分確保上述第一頻帶的遮光特性，因而，存在因紅色分量透過而引起混色進而導致攝像裝置拍攝的圖像色彩再現性能降低的可能性。
「專利文獻1」：日本特許第5884953號公報
為了解決上述技術問題，本發明的目的在於，提供一種能充分抑制紅色分量透過的光學濾波器。
作為解決上述技術問題的技術方案，本發明採用以下結構。即，本發明是一種在可見光區域和近紅外光區域這兩個波段(即波長頻帶)中具有透光特性的光學濾波器，其特徵在於：在由紅外線吸收體構成的第一濾波器的一個面上，形成有由電介質多層膜構成的第二濾波器；在所述第一濾波器的另一個面上，形成有由電介質多層膜構成的第三濾波器，在設置為從可見光區域的長波長側至近紅外光區域為止的第一頻帶、及設置為比該第一頻帶更靠近長波長側的第三頻帶中具有遮光特性，且在設置於所述第一頻帶和所述第三頻帶之間的第二頻帶中具有透光特性，在所述第一頻帶中，透光率在5%以下的遮光頻帶的頻帶寬度被設定為至少100nm。
基於上述結構，由於在光學濾波器的第一頻帶中，透光率在5%以下的遮光頻帶的頻帶寬度被設定為至少100nm，所以，與現有技術相比，能確保遮光頻帶的頻帶寬度較寬，從而能充分確保第一頻帶的遮光特性。由此，能充分抑制紅色分量透過，進而防止因紅色分量透過而引起混色發生。其結果，能防止攝像裝置拍攝的圖像色彩再現性能降低。
具有上述結構的光學濾波器中，較佳為，所述第一濾波器為，在可見光區域透光率為50%的波長是640nm~660nm範圍內的波長，且在650nm~800nm的範圍內有吸收極大值，所述第二濾波器為，透光率為50%的波長是685nm~710nm範圍內的波長，且透光率在5%以下的遮光頻帶被設置為，在近紅外光區域中至少佔據100nm的範圍。另外，較佳為，所述第二濾波器由多個濾波器組合而成。
基於上述結構，作為第一濾波器，通過採用具有上述特性的紅外線吸收體，能減輕可見光區域中的入射角依存性，並能防止攝像裝置拍攝的圖像中發生重影、耀斑。
具有上述結構的光學濾波器中，較佳為，所述第二濾波器的透光率為50%的波長比所述第一濾波器的可見光區域中透光率為50%的波長更靠近長波長側。
基於上述結構，由於第二濾波器的半值波長(透光率為50%的波長)比第一濾波器的可見光區域中的半值波長更靠近長波長側，所以能利用第一濾波器對光的吸收，來抑制被第二濾波器反射的光的量。由此，能防止第二濾波器對光的反射所引起的重影發生。
具有上述結構的光學濾波器中，較佳為，所述第一頻帶由所述第一濾波器和所述第二濾波器形成，所述第三頻帶由所述第三濾波器形成。或者，也可以為，所述第一頻帶的短波長側的遮光特性由所述第一濾波器形成，所述第二頻帶的短波長側的透光特性由所述第二濾波器形成，所述第二頻帶的長波長側的透光特性由所述第三濾波器形成。
基於上述結構，在第二頻帶中，能容易地改變透光率在50%以上的透光頻帶的頻帶寬度，從而能靈活地應對光學濾波器的近紅外光區域的濾波器特性的各種要求。其中，可將第二頻帶的透光率在50%的透光頻帶的頻帶寬度設定為35nm~200nm。另外，可將第二頻帶的透光率在50%的透光頻帶設定在800nm~1000nm的範圍。
具有上述結構的光學濾波器中，較佳為，所述第一濾波器是通過在透明基板上塗布紅外線吸收色素而構成的，所述第三濾波器是由反射防止膜構成的。基於該結構，通過調整紅外線吸收色素的種類、濃度、厚度等，與採用紅外線吸收樹脂基板的情況相比，能容易地獲得所期的紅外吸收特性。
具有上述結構的光學濾波器中，較佳為，所述第一頻帶由所述第一濾波器和所述第二濾波器形成，所述第三頻帶由所述第二濾波器形成。或者也可以為，所述第一頻帶的短波長側的遮光特性只由所述第一濾波器形成，或由所述第一濾波器和所述第二濾波器形成，所述第二頻帶的短波長側的透光特性、及所述第二頻帶的長波長側的透光特性由所述第二濾波器形成。基於這些結構，由於能在形成有紅外線吸收色素的面的相反側的面上，將能以單個濾波器形成第二頻帶的透光特性的第二濾波器成膜，所以能減少成膜時對紅外線吸收色素的損傷(特別是熱損傷)。
具有上述結構的光學濾波器中，較佳為，所述第一頻帶的透光率為50%的波長間的頻帶寬度大於所述第一濾波器的透光率為50%的波長間的頻帶寬度、及所述第二濾波器的透光率為50%的波長間的頻帶寬度。
基於上述結構，能通過第一濾波器、第二濾波器，在近紅外光區域的所期範圍內設定透光頻帶(第二頻帶)，且能減輕可見光區域中的入射角依存性，從而能防止攝像裝置拍攝的圖像中發生重影、耀斑。
具有上述結構的光學濾波器中，較佳為，所述第二濾波器由多個高折射率膜、和折射率小於所述高折射率膜的多個低折射率膜交替疊層而構成，所述第二濾波器中，所述低折射率膜的光學膜厚的平均值小於所述高折射率膜的光學膜厚的平均值，所述低折射率膜的光學膜厚的平均值與所述高折射率膜的光學膜厚的平均值之間的膜厚比為0.50~0.85。
基於上述結構，能使第二濾波器的具有遮光特性的遮光頻帶的頻帶寬度變窄，從而將透光頻帶(第二頻帶)設置在與可見光區域之間存在間距的、近紅外光區域的所期範圍內。
發明的效果： 基於本發明的光學濾波器，由於在第一頻帶中，透光率在5%以下的遮光頻帶的頻帶寬度被設定為至少100nm，所以，與現有技術相比，能確保遮光頻帶的頻帶寬度較寬，從而能充分確保第一頻帶的遮光特性。由此，能充分抑制紅色分量透過，從而防止因紅色分量透過而引起混色發生。其結果，能防止攝像裝置拍攝的圖像色彩再現性能降低。
以下，參照附圖，對本發明所涉及的光學濾波器的實施方式(第一實施方式)進行說明。本實施方式所涉及的光學濾波器是設置在攝像裝置中的光學濾波器，其在可見光區域和近紅外光區域這兩個波段中具有透光特性。可見光區域的具有透光特性的波段被設置為與近紅外光區域的具有透光特性的波段之間存在間距。另外，本實施方式中，可見光區域是指，光的波長為約400nm~約700nm的區域；近紅外光區域是指，光的波長為約700nm~約1100nm為止的區域。
圖1是表示採用了光學濾波器10的攝像裝置的概要結構的圖。圖2是表示光學濾波器10的概要結構的示意圖。圖3是表示光學濾波器10的濾波器特性的一例的圖。
如圖1所示，攝像裝置中，光學濾波器10是對於由透鏡80匯集的光，讓波長在可見光區域和近紅外光區域這兩個波段的光透過，並讓光入射到CCD、CMOS等成像元件90中的光學濾波器。圖1中示出了光垂直地射入透鏡80的情況、和光以入射角α傾斜地射入透鏡80的情況。
如圖2所示，光學濾波器10具備：由紅外線吸收體構成的第一濾波器20、由在第一濾波器20的一個面上塗布的電介質多層膜構成的第二濾波器30、及由在第一濾波器20的另一個面上塗布的電介質多層膜構成的第三濾波器40。光學濾波器10顯示圖3所示的濾波器特性(透光率波形)。以下，對光學濾波器10的各結構進行說明。
＜第一濾波器＞ 第一濾波器20由具有吸收近紅外光區域的光的特性的紅外線吸收基板(紅外線吸收體)構成。本實施方式中，作為構成第一濾波器20的紅外線吸收體，採用在透明樹脂中含有吸收紅外線的化合物(色素)的紅外線吸收樹脂。作為透明樹脂及色素，例如可以採用日本特許第5884953號公報中示出的公知物質。
如圖4所示，第一濾波器20在可見光區域與近紅外光區域的邊界附近有吸收極大值，第一濾波器20的透光率最小。圖4示出的是，光的入射角α(參照圖1)為0°的情況下(垂直入射的情況下)第一濾波器20的濾波器特性。
具體而言，第一濾波器20在可見光區域(400nm~700nm)的幾乎整個區域中具有透光特性，並具有在可見光區域的長波長側(比600nm更靠近長波長側)透光率平緩減小的透光特性。可見光區域中，第一濾波器20的透光率在50%以上的範圍為，從可見光區域的短波長端(400nm)至約650nm為止的波段。第一濾波器20的透光率在80%以上的範圍為，從可見光區域的短波長端(400nm)至約615nm為止的波段。第一濾波器20的透光率在90%以上的範圍為，約440nm~約590nm的波段。第一濾波器20的透光率在95%以上的範圍為，約458nm~約570nm的波段。
另外，第一濾波器20在近紅外光區域(700nm~1100nm)的幾乎整個區域中具有透光特性，並有在近紅外光區域的短波長側(比750nm更靠近短波長側)透光率增加的透光特性。近紅外光區域中，第一濾波器20的透光率在50%以上的範圍為，從約750nm至近紅外光區域的長波長端(1100nm)為止的波段。第一濾波器20的透光率在80%以上的範圍為，從約760nm至近紅外光區域的長波長端(1100nm)為止的波段。第一濾波器20的透光率在90%以上的範圍為，從約770nm至近紅外光區域的長波長端(1100nm)為止的波段。第一濾波器20的透光率在95%以上的範圍為，從約776nm至近紅外光區域的長波長端(1100nm)為止的波段。近紅外光區域的短波長側中，第一濾波器20的透光率的變化率(增加率)大於可見光區域的長波長側的變化率(減少率)。
另一方面，可見光區域與近紅外光區域的邊界附近的第一濾波器20的吸收特性如下所述。第一濾波器20的透光率在20%以下的範圍為，約680nm~約740nm的波段。第一濾波器20的透光率在10%以下的範圍為，約686nm~約728nm的波段。第一濾波器20的透光率在5%以下的範圍為，約690nm~約716nm的波段。並且，在約704nm的波長，第一濾波器20的透光率成為最小值(約1.9%)(吸收極大值)。另外，本實施方式中，第一濾波器20的吸收極大值存在於約704nm的波長處，但是，第一濾波器20的吸收極大值只要存在於650nm~800nm的範圍內即可，例如，作為第一濾波器20的其它例，如圖4中的虛線所示那樣，吸收極大值也可以存在於約760nm的波長處。
＜第二濾波器＞ 如圖2所示，第二濾波器30由在第一濾波器20的一個表面20A上形成的電介質多層膜構成。具體而言，如圖5所示，第二濾波器30由作為高折射率膜30H的TiO2 、和作為低折射率膜30L的SiO2 交替層疊而構成。高折射率膜30H及低折射率膜30L各形成有15層，總共形成有30層。從第一濾波器20側開始數，奇數序號的層為高折射率膜30H；偶數序號的層為低折射率膜30L。最靠近第一濾波器20側的第1層(最下層)為高折射率膜30H；最靠近大氣側的第30層(最上層)為低折射率膜30L。另外，高折射率膜30H和低折射率膜30L的疊層順序不局限於該例，也可以是從第一濾波器20側開始數，奇數序號的層為低折射率膜30L；偶數序號的層為高折射率膜30H。另外，高折射率膜30H和低折射率膜30L的層數也可以只相差一層，例如，與後述的第三濾波器40相同，可以將低折射率膜30L的層數設定為只比高折射率膜30H的層數多一層。
本實施方式中，採用TiO2 作為高折射率膜30H，但不局限於此，例如也可以採用ZrO2 、Nb2 O5 、Ta2 O5 這樣的材料。換言之，作為高折射率膜30H的材料，較佳為折射率大於2.0的材料。另外，低折射率膜30L也不局限於SiO2 ，例如也可採用MgF2 這樣的材料。換言之，作為低折射率膜30L的材料，較佳為折射率小於高折射率膜30H的材料，更佳為折射率小於1.5的材料。
第二濾波器30的各層(低折射率膜30L及高折射率膜30H)由公知的真空蒸鍍裝置交替進行真空蒸鍍。蒸鍍膜厚是根據折射率N與物理膜厚d的乘積(即光學膜厚Nd)設計的，第二濾波器30的光學膜厚例如被設計成圖5所示的膜厚。另外，光學膜厚Nd與中心波長λ之間存在[Nd=λ/4]這樣的關係。圖5中的中心波長(720nm)為膜厚設計中的中心波長。
如圖5所示，第二濾波器30為，高折射率膜30H與低折射率膜30L總共疊層有30層，此時的總膜厚(物理膜厚)為約3.1μm。第二濾波器30的層數較佳為20層~60層，此時的總膜厚較佳為2.0μm~6.0μm。
第二濾波器30的低折射率膜30L的光學膜厚為0.10~2.58，光學膜厚的平均值為0.93。第二濾波器30的高折射率膜30H的光學膜厚為0.18~1.78，光學膜厚的平均值為1.21。如此，第二濾波器30中，低折射率膜30L的光學膜厚的平均值小於高折射率膜30H的光學膜厚的平均值，低折射率膜30L的光學膜厚的平均值與高折射率膜30H的光學膜厚的平均值間的膜厚比(即低折射率膜30L的光學膜厚的平均值/高折射率膜30H的光學膜厚的平均值)為0.77。另外，較佳為，低折射率膜30L的光學膜厚的平均值與高折射率膜30H的光學膜厚的平均值間的膜厚比為0.50~0.85。
如圖6所示，第二濾波器30在可見光區域(400nm~700nm)的幾乎整個區域中具有透光特性，並且在近紅外光區域(700nm~1100nm)的一部分中具有透光特性。圖6中，用實線示出了光的入射角α(參照圖1)為0°的情況下(垂直入射的情況下)的第二濾波器30的濾波器特性。另外，圖6的虛線(細線)示出了上述第一濾波器20的濾波器特性(參照圖4)與第二濾波器30的濾波器特性相組合後的濾波器特性。
具體而言，第二濾波器30在可見光區域(400nm~700nm)的幾乎整個區域中具有透光特性，並具有在可見光區域的長波長側(比680nm更靠近長波長側)透光率急劇減小的透光特性。可見光區域中，第二濾波器30的透光率在50%以上的範圍為，從可見光區域的短波長端(400nm)至約694nm為止的波段。第二濾波器30的透光率在80%以上的範圍為，從可見光區域的短波長端(400nm)至約690nm為止的波段。第二濾波器30的透光率在90%以上的範圍為，約408nm~約688nm的波段。第二濾波器30的透光率在95%以上的範圍為，約410nm~約686nm的波段。
另外，第二濾波器30在近紅外光區域(700nm~1100nm)的一部分中具有透光特性。第二濾波器30的在近紅外光區域中具有透光特性的波段被設置為與在可見光區域中具有透光特性的波段之間存在間距。詳細而言，第二濾波器30在800nm~950nm的波段的一部分中具有透光特性，並具有在近紅外光區域的比800nm更靠近長波長側透光率急劇增加、且在比950nm更靠近短波長側透光率急劇減小的透光特性。並且，近紅外光區域中第二濾波器30的透光率在50%以上的範圍為，約830nm~約916nm的波段。第二濾波器30的透光率在80%以上的範圍為，約836nm~約908nm的波段。第二濾波器30的透光率在90%以上的範圍為，約838nm~約904nm的波段。第二濾波器30的透光率在95%以上的範圍為，約840nm~約902nm的波段。
另一方面，可見光區域與近紅外光區域的邊界附近的第二濾波器30的遮光特性如下所述。第二濾波器30的透光率在20%以下的範圍為，約700nm~約824nm的波段。第二濾波器30的透光率在10%以下的範圍為，約706nm~約818nm的波段。第二濾波器30的透光率在5%以下的範圍為，約712nm~約812nm的波段。
＜第三濾波器＞ 如圖2所示，第三濾波器40由在第一濾波器20的另一個表面20B上形成的電介質多層膜構成。具體而言，如圖7所示，第三濾波器40由作為高折射率膜40H的TiO2 、和作為低折射率膜40L的SiO2 交替層疊而構成。高折射率膜40H形成有12層；低折射率膜40L形成有13層，總共形成有25層。從第一濾波器20側開始數，奇數序號的層為低折射率膜40L；偶數序號的層為高折射率膜40H。最靠近第一濾波器20側的第1層(最下層)為低折射率膜40L；最靠近大氣側的第25層(最上層)也為低折射率膜40L。另外，高折射率膜40H及低折射率膜40L的疊層順序不局限於該例，也可以是從第一濾波器20側開始數，奇數序號的層為高折射率膜40H；偶數序號的層為低折射率膜40L。另外，例如，與上述第二濾波器30相同，也可以是高折射率膜40H和低折射率膜40L的層數相同。
本實施方式中，採用TiO2作為高折射率膜40H，但不局限於此，例如也可以採用ZrO2、Nb2O5、Ta2O5這樣的材料。換言之，作為高折射率膜40H的材料，較佳為折射率大於2.0的材料。另外，低折射率膜40L也不局限於SiO2，例如也可以採用MgF2這樣的材料。換言之，作為低折射率膜40L的材料，較佳為折射率小於高折射率膜40H的材料，更佳為折射率小於1.5的材料。
第三濾波器40的各層(低折射率膜40L及高折射率膜40H)由公知的真空蒸鍍裝置交替進行真空蒸鍍。蒸鍍膜厚是根據折射率與物理膜厚的乘積(即，光學膜厚)設計的，第三濾波器40的光學膜厚例如被設計成圖7所示的膜厚。圖7中的中心波長(720nm)為膜厚設計中的中心波長。
如圖7所示，第三濾波器40為，高折射率膜40H與低折射率膜40L總共疊層有25層，此時的總膜厚(物理膜厚)為約3.0μm。第二濾波器30的層數較佳為20層~60層，此時的總膜厚較佳為2.4μm~7.2μm。
如圖8所示，第三濾波器40在可見光區域(400nm~700nm)的幾乎整個區域及近紅外光區域(700nm~1100nm)的短波長側的區域中具有透光特性。圖8示出的是光的入射角α(參照圖1)為0°的情況下(垂直入射的情況下)第三濾波器40的濾波器特性。
具體而言，第三濾波器40在從可見光區域的短波長端(400nm)起直至近紅外光區域具有透光特性，並具有在近紅外光區域中(比900nm更靠近短波長側)透光率急劇減小的透光特性。可見光區域的幾乎整個區域中，第三濾波器40的透光率在95%以上。另外，近紅外光區域中，第三濾波器40從近紅外光區域的短波長端(700nm)至比900nm更靠近短波長側，透光率在95%以上。在此情況下，在約862nm的波長，第三濾波器40的透光率為95%。另外，在約866nm的波長，第三濾波器40的透光率為90%；在約870nm的波長，第三濾波器40的透光率為80%；在約876nm的波長，第三濾波器40的透光率為50%。
另一方面，近紅外光區域中第三濾波器40的遮光特性如下所述。第三濾波器40的透光率在20%以下的範圍為，從約886nm至近紅外光區域的長波長端(1100nm)為止的波段。第三濾波器40的透光率在10%以下的範圍為，從約892nm至近紅外光區域的長波長端(1100nm)為止的波段。第三濾波器40的透光率在5%以下的範圍為，從約900nm至近紅外光區域的長波長端(1100nm)為止的波段。
＜光學濾波器的特性＞ 本實施方式的第一濾波器20、第二濾波器30、第三濾波器40的濾波器特性分別如圖4、圖6、圖8所示。並且，光學濾波器10整體的濾波器特性為，將第一濾波器20的濾波器特性、第二濾波器30的濾波器特性、及第三濾波器40的濾波器特性相乘後獲得的特性(參照圖3)。換言之，第一濾波器20的透光率波形(參照圖4)、第二濾波器30的透光率波形(參照圖6)、及第三濾波器40的透光率波形(參照圖8)統合後得到圖3所示的光學濾波器10的透光率波形。即，基於本實施方式的光學濾波器10，如圖3所示那樣，能獲得在可見光區域和近紅外光區域這兩個波段中具有透光特性的濾波器特性。光學濾波器10的在近紅外光區域中具有透光特性的波段被設置為與在可見光區域中具有透光特性的波段之間存在間距。
具體而言，如圖3所示，光學濾波器10在可見光區域(400nm~700nm)的幾乎整個區域中具有透光特性，並具有在可見光區域的長波長側(比600nm更靠近長波長側)透光率平緩減小的透光特性。這樣的光學濾波器10的可見光區域的特性主要通過第一濾波器20實現。可見光區域的長波長側(比600nm更靠近長波長側)中光學濾波器10的透光率減小的波形與第一濾波器20的透光率減小的波形基本一致。換言之，可見光區域的長波長側的區域中，由於第二濾波器30及第三濾波器40的透光率為約100%(95%以上)，所以光學濾波器10的濾波器特性大致直接反映出第一濾波器20的濾波器特性。
更詳細而言，可見光區域中，光學濾波器10的透光率在50%以上的範圍為，從可見光區域的短波長端(400nm)至約646nm為止的波段。光學濾波器10的透光率在80%以上的範圍為，約420nm~約610nm的波段。光學濾波器10的透光率在90%以上的範圍為，約450nm~約580nm的波段。光學濾波器10的透光率在95%以上的範圍為，約470nm~約540nm的波段。
另外，如圖3所示，光學濾波器10在近紅外光區域的一部分中具有透光特性。即，光學濾波器10在被設置為從可見光區域的長波長側至近紅外光區域為止的第一頻帶A1、及被設置為比該第一頻帶A1更靠近長波長側的第三頻帶A3中具有遮光特性，同時，在被設置在第一頻帶A1及第三頻帶A3之間的第二頻帶A2中具有透光特性。
第一頻帶A1被設置為，從比640nm更靠近長波長側至比800nm更靠近長波長側，該第一頻帶A1中設有透光率在5%以下的遮光頻帶。另外，第三頻帶A3被設置為，從比900nm更靠近短波長側至近紅外光區域的長波長端(1100nm)為止，該第三頻帶A3中設有透光率在5%以下的遮光頻帶。並且，通過第一頻帶A1的遮光頻帶及第三頻帶A3的遮光頻帶而形成了第二頻帶A2的透光頻帶。第二頻帶A2中，在比800nm更靠近長波長側的波長(約830nm)及比900nm更靠近短波長側的波長(約876nm)，光學濾波器10的透光率為50%。
具體而言，如圖3所示，第一頻帶A1的透光率為50%的波長間的頻帶為，約646nm~約830nm的波段。第二頻帶A2的透光率為50%的波長間的頻帶為，約830nm~約876nm的波段。第三頻帶A3的透光率為50%的波長間的頻帶為，約876nm至近紅外光區域的長波長端(1100nm)為止的波段。
光學濾波器10在第一頻帶A1中的遮光特性如下所述。光學濾波器10的透光率在20%以下的範圍為，約680nm~約824nm的波段。光學濾波器10的透光率在10%以下的範圍為，約686nm~約818nm的波段。光學濾波器10的透光率在5%以下的範圍為，約690nm~約812nm的波段。如此，光學濾波器10在第一頻帶A1中，具有在近紅外光區域的比800nm更靠近長波長側透光率急劇增加的特性。
另外，光學濾波器10在第三頻帶A3中的遮光特性如下所述。光學濾波器10的透光率在20%以下的範圍為，從約884nm至近紅外光區域的長波長端(1100nm)為止的波段。光學濾波器10的透光率在10%以下的範圍為，從約892nm至近紅外光區域的長波長端(1100nm)為止的波段。光學濾波器10的透光率在5%以下的範圍為，從約900nm至近紅外光區域的長波長端(1100nm)為止的波段。如此，光學濾波器10在第三頻帶A3中，具有在近紅外光區域的比900nm更靠近短波長側透光率急劇減小的特性。
另一方面，光學濾波器10在第二頻帶A2中的透光特性如下所述。光學濾波器10的透光率在50%以上的範圍為，約830nm~約876nm的波段。光學濾波器10的透光率在80%以上的範圍為，約836nm~約870nm的波段。光學濾波器10的透光率在90%以上的範圍為，約840nm~約866nm的波段。光學濾波器10的透光率在95%以上的範圍為，約842nm~約864nm的波段。如此，光學濾波器10在第二頻帶A2中，具有在近紅外光區域的比800nm更靠近長波長側透光率急劇增加的特性，另外，具有在近紅外光區域的比900nm更靠近短波長側透光率急劇減小的特性。
本實施方式中，光學濾波器10的第一頻帶A1的短波長側的遮光特性由第一濾波器20形成。另外，光學濾波器10的第一頻帶A1的長波長側的遮光特性、及第二頻帶A2的短波長側的透光特性由第二濾波器30形成。另外，光學濾波器10的第二頻帶A2的長波長側的透光特性、及第三頻帶A3的短波長側的遮光特性由第三濾波器40形成。並且，光學濾波器10的第一頻帶A1中，透光率在5%以下的遮光頻帶的頻帶寬度為至少100nm。以下，對此進行說明。
如圖3所示，第一頻帶A1的近紅外光區域中，光學濾波器10的透光率在5%以下的遮光頻帶被設在從近紅外光區域的短波長端(700nm)至比800nm更靠近長波長側的波段。更詳細而言，第一頻帶A1的遮光頻帶不僅設在近紅外光區域，而且還連續地設在可見光區域的長波長側，具體而言是設在約690nm~約812nm的範圍。
這樣的光學濾波器10的第一頻帶A1的遮光頻帶由第一濾波器20及第二濾波器30形成。具體而言，可見光區域中，從可見光區域的長波長側(約690nm)至可見光區域的長波長端(700nm)為止的波段中，第一頻帶A1的遮光頻帶大致基於第一濾波器20的濾波器特性。換言之，從可見光區域的長波長側(約690nm)至可見光區域的長波長端(700nm)為止的波段中，第一濾波器20的透光率約為0%(5%以下)，因而，光學濾波器10的濾波器特性大致直接反映出第一濾波器20的濾波器特性。
近紅外光區域中，從近紅外光區域的短波長端(700nm)至近紅外光區域的短波長側(約712nm)為止的波段中，第一頻帶A1的遮光頻帶是將第一濾波器20的濾波器特性和第二濾波器30的濾波器特性組合而成的。另一方面，從近紅外光區域的短波長側(約712nm)至比800nm更靠近長波長側(約812nm)為止的波段中，第一頻帶A1的遮光頻帶大致基於第二濾波器30的濾波器特性。換言之，從近紅外光區域的短波長側(約712nm)至比800nm更靠近長波長側(約812nm)為止的波段中，第二濾波器30的透光率約為0%(5%以下)，因而，光學濾波器10的濾波器特性大致直接反映出第二濾波器30的濾波器特性。
如此，光學濾波器10的第一頻帶A1的遮光頻帶由第一濾波器20及第二濾波器30形成。光學濾波器10的第一頻帶A1中，近紅外光區域中透光率在5%以下的遮光頻帶的頻帶寬度被設定為至少100nm，該例中，約為112nm。另外，不僅僅是近紅外光區域，若還考慮可見光區域的長波長側的話，光學濾波器10的第一頻帶A1的透光率在5%以下的遮光頻帶的頻帶寬度為，從可見光區域的長波長側至近紅外光區域為止的約122nm。
其次，在第一頻帶A1與第二頻帶A2的邊界附近，光學濾波器10具有在近紅外光區域的比800nm更靠近長波長側透光率急劇增加的濾波器特性。在約812nm~約842nm的範圍，光學濾波器10的透光率從5%增加到95%。這樣的光學濾波器10的第一頻帶A1的長波長側的遮光特性、及第二頻帶A2的短波長側的透光特性與第二濾波器30的濾波器特性基本一致。換言之，在近紅外光區域的比800nm更靠近長波長側(約812nm~約842nm)，第一濾波器20及第三濾波器40的透光率約為100%(95%以上)，因而，光學濾波器10的濾波器特性大致直接反映出第二濾波器30的濾波器特性。如此，光學濾波器10的第一頻帶A1的長波長側的遮光特性、及第二頻帶A2的短波長側的透光特性由第二濾波器30形成。
其次，第二頻帶A2中，在從比800nm更靠近長波長側至比900nm更靠近短波長側的波段，具體而言是約842nm~約864nm的波段中，設有光學濾波器10的透光率在95%以上的透光頻帶。這樣的光學濾波器10的第二頻帶A2的透光頻帶大致基於第二濾波器30和第三濾波器40的濾波器特性。換言之，約842nm~約864nm的波段中，第一濾波器20及第三濾波器40的透光率約為100%(95%以上)，因而，光學濾波器10的濾波器特性大致直接反映出第二濾波器30的濾波器特性。如此，光學濾波器10的第二頻帶A2的透光頻帶由第二濾波器30形成。光學濾波器10的第二頻帶A2中，透光率在95%以上的透光頻帶的頻帶寬度在該例中約為22nm。另外，光學濾波器10的第二頻帶A2中，透光率在50%以上的透光頻帶的頻帶寬度在該例中約為46nm。
其次，在第二頻帶A2與第三頻帶A3的邊界附近，光學濾波器10具有在近紅外光區域的比900nm更靠近短波長側透光率急劇減小的濾波器特性。在約864nm~約900nm的範圍，光學濾波器10的透光率從95%減小到5%。這樣的光學濾波器10的第二頻帶A2的長波長側的透光特性、及第三頻帶A3的短波長側的遮光特性與第三濾波器40的濾波器特性基本一致。換言之，在比900nm更靠近短波長側(約864nm~約900nm)，第一濾波器20及第二濾波器30的透光率約為100%(95%以上)，因而，光學濾波器10的濾波器特性大致直接反映出第三濾波器40的濾波器特性。如此，光學濾波器10的第二頻帶A2的長波長側的透光特性、及第三頻帶A3的短波長側的遮光特性由第三濾波器40形成。
進一步，第三頻帶A3中，在從比900nm更靠近短波長側至近紅外光區域的長波長端(1100nm)為止的波段中，設有光學濾波器10的透光率在5%以下的遮光頻帶。這樣的光學濾波器10的第三頻帶A3的遮光頻帶大致基於第三濾波器40的濾波器特性。換言之，從比900nm更靠近短波長側(約900nm)至近紅外光區域的長波長端(1100nm)為止的波段中，第三濾波器40的透光率約為0%(5%以下)，因而，光學濾波器10的濾波器特性大致直接反映出第三濾波器40的濾波器特性。如此，光學濾波器10的第三頻帶A3的遮光頻帶由第三濾波器40形成。光學濾波器10的第三頻帶A3中，透光率在5%以下的遮光頻帶的頻帶寬度在該例中約為200nm。
基於本實施方式，光學濾波器10的第一頻帶A1中，透光率在5%以下的遮光頻帶的頻帶寬度被設定為至少100nm，因而，與現有技術相比，能確保遮光頻帶的頻帶寬度較寬，從而能充分確保第一頻帶A1的遮光特性。由此，能充分抑制紅色分量透過，從而能防止因紅色分量透過而引起的混色發生。其結果，能防止攝像裝置拍攝的圖像色彩再現性能降低。另外，對上述第一頻帶A1的遮光頻帶的頻帶寬度的上限值無特別限定，例如可以是150nm，也可以是250nm。
在此，由於第二濾波器30的半值波長(透光率為50%的波長)比第一濾波器20的半值波長更靠近長波長側，所以借助於第一濾波器20對光的吸收，能減少被第二濾波器30反射的光的量。由此，能防止因第二濾波器30對光進行反射而引起重影的情況發生。
另外，本實施方式中，第一濾波器20由紅外線吸收體(紅外線吸收樹脂)形成，因而，與第一濾波器20由電介質多層膜形成的情況相比，能降低光學濾波器10可見光區域中的入射角依存性，並能防止攝像裝置拍攝的圖像中產生重影、耀斑的情況發生。下面，參照圖9對此進行說明。圖9是表示光學濾波器10中光的入射角α(參照圖1)為0°、10°、20°、及30°時各濾波器特性的一部分的圖。L1表示光的入射角α為0°時的濾波器特性；L2表示光的入射角α為10°時的濾波器特性；L3表示光的入射角α為20°時的濾波器特性；L4表示光的入射角α為30°時的濾波器特性。
如圖9所示，近紅外光區域中，光的入射角α越大，光學濾波器10的波形越向短波長側位移。其理由是，近紅外光區域中，光學濾波器10的濾波器特性是通過由電介質多層膜構成的第二濾波器30、第三濾波器40形成的，所以，近紅外光區域中，光學濾波器10的入射角依存性較大。因而，在近紅外光區域中，想用成像元件只檢測特定波長的光的情況下，檢測效率有可能降低。
另一方面，可見光區域中，與近紅外光區域的情況相比，光學濾波器10的波形向短波長側位移的量較小。其理由是，可見光區域中，光學濾波器10的濾波器特性是通過由紅外線吸收體(紅外線吸收樹脂)構成的第一濾波器20形成的。如此，本實施方式中，能降低光學濾波器10在可見光區域中的入射角依存性，從而能防止攝像裝置拍攝的圖像中產生重影、耀斑的情況發生。另外，第一濾波器20單體幾乎沒有入射角依存性，即便在光的入射角α為30°的情況下，向短波長側位移的量也只有數nm。換言之，圖9中出現的可見光區域中的入射角依存性不是第一濾波器20產生的，主要是第二濾波器30產生的。
另外，本實施方式中，在近紅外光區域中，光學濾波器10的濾波器特性由第二濾波器30、第三濾波器40形成。詳細而言，光學濾波器10的第二頻帶A2的短波長側的透光特性由第二濾波器30形成；第二頻帶A2的長波長側的透光特性由第三濾波器40形成。由此，光學濾波器10的第二頻帶A2中，能容易地對透光率在50%以上的透光頻帶的頻帶寬度進行變更，從而能靈活地對應對光學濾波器10的近紅外光區域的濾波器特性的各種要求。另外，光學濾波器10的第二頻帶A2中，較佳為，將透光率在50%以上的透光頻帶的頻帶寬度設定為35nm~200nm。在此情況下，較佳為，將第二頻帶A2的透光率在50%的波段設置在800nm~1000nm的範圍。例如，將上述第二頻帶A2的透光頻帶的頻帶寬度設定為200nm的情況下，使用具有在1000nm附近的波長透光率急劇減小的濾波器特性的第三濾波器40即可。
另外，本實施方式中，第二濾波器30的低折射率膜30L的光學膜厚的平均值與高折射率膜30H的光學膜厚的平均值之間的膜厚比(即低折射率膜30L的光學膜厚的平均值/高折射率膜30H的光學膜厚的平均值)被設定為0.50~0.85範圍內的值。由此，能使第二濾波器30的具有遮光特性的遮光頻帶的頻帶寬度變窄，從而能將透光頻帶(第二頻帶A2)設在與可見光區域之間存在間距的、近紅外光區域的所期範圍內。
另外，本實施方式中，第一頻帶A1的透光率為50%的波長間的頻帶寬度大於第一濾波器20的透光率為50%的波長間的頻帶寬度、及第二濾波器30的透光率為50%的波長間的頻帶寬度。由此，通過第一濾波器20、第二濾波器30，能將透光頻帶(第二頻帶A2)設在近紅外光區域的所期範圍內。
在此示出的實施方式只是對各方面的示例，不構成進行限定性解釋的根據。本發明的技術範圍不是只通過上述實施方式來解釋的範圍，而是根據申請專利範圍的記載所界定的範圍。另外，本發明的技術範圍中包含與申請專利範圍同等的意義及範圍內的所有的變更。
上述實施方式中，光學濾波器10在可見光區域的幾乎整個區域中具有透光特性，但不局限於此，也可以將光學濾波器10構成為，只在可見光區域的一部分區域中具有透光特性。
上述實施方式的第一濾波器20僅為一例，只要在可見光區域透光率為50%的波長為640nm~660nm範圍內的波長，且在650nm~800nm的範圍內有吸收極大值，則第一濾波器20也可以是上述實施方式以外的結構。例如，上述實施方式中，作為第一濾波器20，採用了透明樹脂中含有吸收紅外線的化合物的紅外線吸收體，但不局限於此，作為第一濾波器20，也可以採用在玻璃等基材的表面塗布有吸收紅外線的化合物(紅外線吸收墨)的結構的紅外線吸收體。
上述實施方式的第二濾波器30僅為一例，只要透光率為50%的波長為685nm~710nm範圍內的波長，且透光率在5%以下的遮光頻帶被設置為在近紅外光區域中至少佔有100nm的範圍，則第二濾波器30也可以是上述實施方式以外的結構。例如，也可對第二濾波器30採用由多個濾波器(電介質多層膜)組合而成的結構。同樣，也可對第三濾波器40採用由多個濾波器(電介質多層膜)組合而成的結構。
下面，參照圖10~圖15對本發明的光學濾波器的其它實施方式(第二實施方式)進行說明。
圖10~圖15所示的光學濾波器100是設置在攝像裝置中的光學濾波器，其在可見光區域和近紅外光區域這兩個波段中具有透光特性。可見光區域的具有透光特性的波段被設置為與近紅外光區域的具有透光特性的波段之間存在間距。具體而言，如圖10所示，光學濾波器100具備，由紅外線吸收體構成的第一濾波器120、由在第一濾波器120的一個面上塗布的電介質多層膜構成的第二濾波器130、及由在第一濾波器120的另一個面上塗布的電介質多層膜構成的第三濾波器140。光學濾波器100顯示如圖11所示的濾波器特性(透光率波形)。以下，對光學濾波器100的各結構進行說明。
＜第一濾波器＞ 本實施方式中，作為紅外線吸收體的第一濾波器120是通過在透明基材(透明基板)120a的一個面上塗布吸收紅外線的紅外線吸收墨(紅外線吸收色素)120b而構成的。透明基材120a為無色透明玻璃基板，作為這樣的玻璃基板，例如可以採用D263Teco(SCHOTT AG製作)、BK7等。作為紅外線吸收色素120b，例如可以採用方酸菁(Squarilium)系色素、酞菁(Phthalocyanine)系色素、青藍(Cyanine)系色素等。這樣的紅外線吸收色素120b通過與透明樹脂、溶劑等混合而被製成塗布液狀態，在該狀態下被塗布在透明基材120a的表面。通過將玻璃基板用作透明基材120a，能增大第一濾波器120的剛性，從而抑制由後述的第二濾波器130、第三濾波器140成膜時的應力引起的第一濾波器120的變形。但是，透明基材120a也可以是玻璃以外的基材，只要是無色透明的基材即可，例如可以是聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸脂、環烯烴聚合物等的透明樹脂。
例如可通過以下工序製造具有上述結構的第一濾波器120。
首先，通過將紅外線吸收色素120b與透明樹脂、溶劑等混合，而製作紅外線吸收色素120b的塗布液(塗布液製作工序)。作為一例，可將作為溶劑的聚甲基丙烯酸甲酯按5~15重量%的比例與作為透明樹脂的甲基乙基酮混合，而製作使聚甲基丙烯酸甲酯溶解後的溶液。將作為紅外線吸收色素120b的青藍系赤外吸收色素按0.1~1.0重量%的比例添加於上述溶液中，而製作紅外線吸收色素120b的塗布液。另外，作為透明樹脂，例如可以採用丙烯系樹脂、環氧系樹脂、聚苯乙烯系樹脂、聚酯纖維系樹脂、環狀烯烴系樹脂等樹脂。作為溶劑，例如可以採用酮系(甲基乙基酮等)、烴系(甲苯等)、酯系(醋酸甲酯等)、醚系(四氫呋喃等)、醇系(乙醇等)的溶剤。另外，也可以根據需要而添加光聚合引發劑、熱聚合引發劑等的聚合引發劑。另外，也可以從市場購入塗料狀態的紅外線吸收色素120b(例如，環氧樹脂塗料)，將該紅外線吸收色素120b塗布在透明基材120a上，在此情況下，可以節省略塗布液製作工序。
其次，將在塗布液製作工序中製作的紅外線吸收色素120b的塗布液以規定厚度均勻地塗布在透明基材120a的表面(塗布工序)。在該塗布工序中，例如可使用旋轉塗布機、模塗機、棒塗機等進行塗布液的塗布。
其次，使在塗布工序中用塗布液塗布過的透明基材120a乾燥，從而使塗布液中含有的溶劑揮發，並使塗布液中含有的透明樹脂硬化(乾燥工序)。在該乾燥工序中，例如通過用烤箱、烤盤等在約100℃下加熱5分鐘左右，來實現溶劑的揮發及透明樹脂的硬化。另外，在添加了光聚合引發劑的情況下，利用光聚合來使透明樹脂硬化。
第一濾波器120如圖12所示，在可見光區域與近紅外光區域的邊界附近具有吸收極大值，第一濾波器120的透光率變為最小。圖12示出光的入射角α(參照圖1)為0°的情況下(垂直入射的情況下)的第一濾波器120的濾波器特性。
具體而言，第一濾波器120在可見光區域(400nm~700nm)的幾乎整個區域中具有透光特性，並具有在可見光區域的長波長側(比600nm更靠近長波長側)透光率平緩減小的透光特性。可見光區域中，第一濾波器120的透光率在50%以上的範圍為，從可見光區域的短波長端(400nm)至約654nm為止的波段。第一濾波器120的透光率在80%以上的範圍為，從可見光區域的短波長端(400nm)至約606nm為止的波段。第一濾波器120的透光率在90%以上的範圍為，從可見光區域的短波長端(400nm)至約584nm的波段。第一濾波器120的透光率在95%以上的範圍為，約434nm~約564nm的波段。
另外，第一濾波器120在近紅外光區域(700nm~1100nm)的幾乎整個區域中具有透光特性，並具有在近紅外光區域的短波長側(比750nm更靠近短波長側)透光率增加的透光特性。近紅外光區域中，第一濾波器120的透光率在50%以上的範圍為，從約796nm至近紅外光區域的長波長端(1100nm)為止的波段。第一濾波器120的透光率在80%以上的範圍為，從約814nm至近紅外光區域的長波長端(1100nm)為止的波段。第一濾波器120的透光率在90%以上的範圍為，從約826nm至近紅外光區域的長波長端(1100nm)為止的波段。第一濾波器120的透光率在95%以上的範圍為，從約838nm至近紅外光區域的長波長端(1100nm)為止的波段。近紅外光區域的短波長側中，第一濾波器120的透光率的變化率(增加率)大於可見光區域的長波長側的變化率(減少率)。
另一方面，在可見光區域與近紅外光區域的邊界附近，第一濾波器120的吸收特性如下所述。第一濾波器120的透光率在20%以下的範圍為，約722nm~約778nm的波段。第一濾波器120的透光率在10%以下的範圍為，約742nm~約762nm的波段。並且，在約752nm的波長，第一濾波器120的透光率成為最小值(約8.6%)(吸收極大值)。另外，本實施方式中，約在752nm的波長存在第一濾波器120的吸收極大值，但第一濾波器120的吸收極大值只要存在於650nm~800nm的範圍內即可。
＜第二濾波器＞ 如圖10所示，第二濾波器130由在第一濾波器120的一個表面120A上形成的電介質多層膜構成。本實施方式中，是在第一濾波器120的兩個表面中未設置上述紅外線吸收色素120b的表面上形成有第二濾波器130。換言之，在第一濾波器120的透明基材120a的表面設置有第二濾波器130。
第二濾波器130是通過將作為高折射率膜130H的TiO2 與作為低折射率膜130L的SiO2 交替層疊而構成的。本實施方式中，第二濾波器130是通過將上述第一實施方式的光學濾波器10的第二濾波器30和第三濾波器40形成為一個濾波器而構成的。換言之，第二濾波器130是通過將多個濾波器組合而構成的。詳細而言，在第一濾波器120的一個表面120A上，形成有與第一實施方式的光學濾波器10的第二濾波器30(參照圖5)結構大致相同的電介質多層膜，並在該電介質多層膜的上進一步形成有與第一實施方式的光學濾波器10的第三濾波器40(參照圖7)結構大致相同的電介質多層膜。
第二濾波器130中，高折射率膜130H形成有27層；低折射率膜130L形成有28層，總共形成有55層。從第一濾波器120側開始數，奇數序號的層為低折射率膜130L；偶數序號的層為高折射率膜130H。最靠近第一濾波器120側的第1層(最下層)為低折射率膜130L；最靠近大氣側的第55層(最上層)也為低折射率膜130L。另外，高折射率膜130H及低折射率膜130L的疊層順序不局限於該例，也可以是，從第一濾波器120側開始數，奇數序號的層為高折射率膜130H；偶數序號的層為低折射率膜130L。另外，高折射率膜130H及低折射率膜130L的層數也可以相同。
本實施方式中，採用TiO2 作為高折射率膜130H，但不局限於此，例如，也可以採用ZrO2 、Nb2 O5 、Ta2 O5 這樣的材料。換言之，作為高折射率膜130H的材料，較佳為採用折射率大於2.0的材料。另外，低折射率膜130L也不局限於SiO2 ，例如也可以採用MgF2 這樣的材料。換言之，作為低折射率膜130L的材料，較佳為折射率小於高折射率膜130H的材料，更佳為折射率小於1.5的材料。
第二濾波器130的各層(低折射率膜130L及高折射率膜130H)是使用公知的真空蒸鍍裝置，在第一濾波器120的兩個表面中未設置紅外線吸收色素120b的表面交替地進行真空蒸鍍而形成的。蒸鍍膜厚是基於折射率與物理膜厚之間的乘積(即，光學膜厚)設計的。第二濾波器130的各層的結構與第一實施方式的光學濾波器10的第二濾波器30、第三濾波器40的各層的結構(參照圖5、圖7)大致相同，因而在此省略說明。另外，第二濾波器130中，與第一實施方式的光學濾波器10相同，低折射率膜130L的光學膜厚的平均值小於高折射率膜130H的光學膜厚的平均值，較佳為，低折射率膜130L的光學膜厚的平均值與高折射率膜130H的光學膜厚的平均值之間的膜厚比(即低折射率膜130L的光學膜厚的平均值/高折射率膜130H的光學膜厚的平均值)為0.50~0.85。
第二濾波器130如圖13所示，在可見光區域(400nm~700nm)的幾乎整個區域中具有透光特性，且在近紅外光區域(700nm~1100nm)的一部分具有透光特性。圖13示出光的入射角α(參照圖1)為0°的情況下(垂直入射的情況下)的第二濾波器130的濾波器特性。
具體而言，第二濾波器130在可見光區域(400nm~700nm)的幾乎整個區域中具有透光特性，並具有在可見光區域的長波長側(比680nm更靠近長波長側)透光率急劇減小的透光特性。可見光區域中，第二濾波器130的透光率在50%以上的範圍為，約406nm~約694nm為止的波段。第二濾波器130的透光率在80%以上的範圍為，約408nm~約690nm為止的波段。第二濾波器130的透光率在90%以上的範圍為，約408nm~約688nm的波段。第二濾波器130的透光率在95%以上的範圍為，約410nm~約686nm的波段。
另外，第二濾波器130在近紅外光區域(700nm~1100nm)的一部分中具有透光特性。第二濾波器130的近紅外光區域中具有透光特性的波段被設置為與可見光區域中具有透光特性的波段之間存在間距。詳細而言，第二濾波器130在800nm~950nm的波段的一部分具有透光特性，並具有在近紅外光區域的比800nm更靠近長波長側透光率急劇增加、且在比950nm更靠近短波長側透光率急劇減小的透光特性。並且，近紅外光區域中，第二濾波器130的透光率在50%以上的範圍為，約830nm~約876nm的波段。第二濾波器130的透光率在80%以上的範圍為，約836nm~約868nm的波段。第二濾波器130的透光率在90%以上的範圍為，約838nm~約866nm的波段。第二濾波器130的透光率在95%以上的範圍為，約840nm~約862nm的波段。
另一方面，可見光區域與近紅外光區域的邊界附近的第二濾波器130的遮光特性如下所述。第二濾波器130的透光率在20%以下的範圍為，約700nm~約824nm的波段。第二濾波器130的透光率在10%以下的範圍為，約706nm~約818nm的波段。第二濾波器130的透光率在5%以下的範圍為，約712nm~約812nm的波段。
＜第三濾波器＞ 如圖10所示，第三濾波器140由在第一濾波器120的另一個表面120B上形成的電介質多層膜構成。本實施方式中，第一濾波器120的兩個表面中，在設有上述紅外線吸收色素120b的表面上形成有第三濾波器140。換言之，在第一濾波器120的紅外線吸收色素120b的表面設有第三濾波器140。
本實施方式中，第三濾波器140被構成為，具有如圖15所示的濾波器特性的反射防止膜。具體而言，如圖14所示，第三濾波器140是通過將作為高折射率膜140H的TiO2 與作為低折射率膜140L的SiO2 交替層疊而構成的。高折射率膜140H形成有4層；低折射率膜140L形成有5層，總共形成有9層。從第一濾波器120側開始數，奇數序號的層為低折射率膜140L，偶數序號的層為高折射率膜140H。最靠近第一濾波器120側的第1層(最下層)為低折射率膜140L，最靠近大氣側的第9層(最上層)也為低折射率膜140L。另外，高折射率膜140H及低折射率膜140L的疊層順序不局限於該例，也可以是，從第一濾波器120側開始數，奇數序號的層為高折射率膜140H，偶數序號的層為低折射率膜140L。另外，高折射率膜140H及低折射率膜140L的層數也可以相同。
本實施方式中，採用TiO2作為高折射率膜140H，但不局限於此，例如，也可以採用ZrO2 、Nb2 O5 、Ta2 O5 這樣的材料。換言之，作為高折射率膜140H的材料，較佳為折射率大於2.0的材料。另外，低折射率膜140L也不局限於SiO2 ，例如也可以採用MgF2 這樣的材料。換言之，作為低折射率膜140L的材料，較佳為折射率小於高折射率膜140H的材料，更佳為折射率小於1.5的材料。
第三濾波器140的各層(低折射率膜140L及高折射率膜140H)是通過使用公知的真空蒸鍍裝置，在第一濾波器120的兩個表面中設有紅外線吸收色素120b的表面交替地進行真空蒸鍍而形成的。蒸鍍膜厚是根據折射率與物理膜厚的乘積(即，光學膜厚)設計的，第三濾波器140的光學膜厚例如可被設計成圖14所示的厚度。圖14中的中心波長(510nm)為膜厚設計中的中心波長。
第三濾波器140如圖15所示，在可見光區域(400nm~700nm)的幾乎整個區域及近紅外光區域(700nm~1100nm)的幾乎整個區域中具有透光特性。圖15示出光的入射角α(參照圖1)為0°的情況下(垂直入射的情況下)的第三濾波器140的濾波器特性。具體而言，第三濾波器140在可見光區域的幾乎整個區域中，透光率在95%以上。另外，第三濾波器140在近紅外光區域中，從近紅外光區域的短波長端(700nm)至比900nm更靠近短波長側，透光率在95%以上。同時，約在1012nm的波長，第三濾波器140的透光率為95%；在近紅外光區域的長波長端(1100nm)，第三濾波器140的透光率為90.4%。
＜光學濾波器的特性＞ 本實施方式的第一濾波器120、第二濾波器130、第三濾波器140的濾波器特性分別如圖12、圖13、圖15所示。並且，光學濾波器100整體的濾波器特性是將第一濾波器120的濾波器特性、第二濾波器130的濾波器特性、及第三濾波器140的濾波器特性相乘後獲得的特性(參照圖11)。換言之，通過將第一濾波器120的透光率波形(參照圖12)、第二濾波器130的透光率波形(參照圖13)、第三濾波器140的透光率波形(參照圖15)統合，而獲得圖11所示的光學濾波器100的透光率波形。即，基於本實施方式的光學濾波器100，如圖11所示那樣，能獲得在可見光區域和近紅外光區域這兩個波段中具有透光特性的濾波器特性。光學濾波器100的近紅外光區域中具有透光特性的波段被設置為與可見光區域中具有透光特性的波段之間存在間距。
具體而言，光學濾波器100如圖11所示，在可見光區域(400nm~700nm)的幾乎整個區域中具有透光特性，並有在可見光區域的長波長側(比600nm更靠近長波長側)透光率平緩減小的透光特性。這樣的光學濾波器100的可見光區域的特性主要通過第一濾波器120獲得。可見光區域的長波長側(比600nm更靠近長波長側)中光學濾波器100的透光率減小的波形與第一濾波器120的透光率減小的波形基本一致。換言之，可見光區域的長波長側的區域中，第二濾波器130及第三濾波器140的透光率約為100%(95%以上)，因而，光學濾波器100的濾波器特性大致直接反映出第一濾波器120的濾波器特性。
更詳細而言，可見光區域中，光學濾波器100的透光率在50%以上的範圍為，從可見光區域的短波長端(400nm)至約650nm為止的波段。光學濾波器100的透光率在80%以上的範圍為，約408nm~約602nm的波段。光學濾波器100的透光率在90%以上的範圍為，約424nm~約576nm的波段。光學濾波器100的透光率在95%以上的範圍為，約454nm~約540nm的波段。
另外，光學濾波器100如圖11所示，在近紅外光區域的一部分具有透光特性。即，光學濾波器100在被設置為從可見光區域的長波長側至近紅外光區域的第一頻帶A11、及設置於比該第一頻帶A11更靠近長波長側的第三頻帶A13中具有遮光特性，並在設置於第一頻帶A11和第三頻帶A13之間的第二頻帶A12中具有透光特性。
第一頻帶A11被設置為從比640nm更靠近長波長側至比800nm更靠近長波長側，在該第一頻帶A11中設有透光率在5%以下的遮光頻帶。另外，第三頻帶A13被設置為從比900nm更靠近短波長側至近紅外光區域的長波長端(1100nm)為止，該第三頻帶A13中設有透光率在5%以下的遮光頻帶。並且，由第一頻帶A11的遮光頻帶及第三頻帶A13的遮光頻帶形成了第二頻帶A12的透光頻帶。第二頻帶A12中，在比800nm更靠近長波長側的波長(約832nm)及比900nm更靠近短波長側的波長(約874nm)，光學濾波器100的透光率為50%。
具體而言，如圖11所示，第一頻帶A11的透光率為50%的波長間的頻帶為，約650nm~約832nm的波段。第二頻帶A12的透光率在50%以上的波段為，約832nm~約874nm的波段。第三頻帶A13的透光率為50%的波長間的頻帶為，從約874nm至近紅外光區域的長波長端(1100nm)的波段。
光學濾波器100的第一頻帶A11中的遮光特性如下所述。光學濾波器100的透光率在20%以下的範圍為，約690nm~約824nm的波段。光學濾波器100的透光率在10%以下的範圍為，約696nm~約820nm的波段。光學濾波器100的透光率在5%以下的範圍為，約700nm~約814nm的波段。如此，光學濾波器100在第一頻帶A11中，具有在近紅外光區域的比800nm更靠近長波長側透光率急劇增加的特性。
另外，光學濾波器100的第三頻帶A13中的遮光特性如下所述。光學濾波器100的透光率在20%以下的範圍為，從約884nm至近紅外光區域的長波長端(1100nm)為止的波段。光學濾波器100的透光率在10%以下的範圍為，從約890nm至近紅外光區域的長波長端(1100nm)為止的波段。光學濾波器100的透光率在5%以下的範圍為，從約898nm至近紅外光區域的長波長端(1100nm)為止的波段。如此，光學濾波器100在第三頻帶A13中，具有在近紅外光區域的比900nm更靠近短波長側透光率急劇減小的特性。
另一方面，光學濾波器100的第二頻帶A12中的透光特性如下所述。光學濾波器100的透光率在50%以上的範圍為，約832nm~約874nm的波段。光學濾波器100的透光率在80%以上的範圍為，約836nm~約868nm的波段。光學濾波器100的透光率在90%以上的範圍為，約840nm~約864nm的波段。如此，光學濾波器100在第二頻帶A12中，具有在近紅外光區域的比800nm更靠近長波長側透光率急劇增加的特性，另外，具有在近紅外光區域的比900nm更靠近短波長側透光率急劇減小的特性。
本實施方式中，光學濾波器100的第一頻帶A11的短波長側的遮光特性由第一濾波器120及第二濾波器130形成。另外，光學濾波器100的第一頻帶A11的長波長側的遮光特性、及第二頻帶A12的短波長側的透光特性由第二濾波器130形成。另外，光學濾波器100的第二頻帶A12的長波長側的透光特性、及第三頻帶A13的短波長側的遮光特性由第二濾波器130形成。並且，光學濾波器100的第一頻帶A11中，透光率在5%以下的遮光頻帶的頻帶寬度為至少100nm。以下，對此進行說明。
如圖11所示，第一頻帶A11中，近紅外光區域中，在從近紅外光區域的短波長端(700nm)至比800nm更靠近長波長側的波段設有光學濾波器100的透光率在5%以下的遮光頻帶。第一頻帶A11的遮光頻帶設置於約700nm~約814nm的範圍。
這樣的光學濾波器100的第一頻帶A11的遮光頻帶由第一濾波器120及第二濾波器130形成。換言之，近紅外光區域中，從近紅外光區域的短波長端(700nm)至近紅外光區域的短波長側(約712nm)為止的波段中，第一頻帶A11的遮光頻帶由第一濾波器120的濾波器特性和第二濾波器130的濾波器特性組合而成。另一方面，從近紅外光區域的短波長側(約712nm)至比800nm更靠近長波長側(約814nm)為止的波段中，第一頻帶A11的遮光頻帶大致基於第二濾波器130的濾波器特性。換言之，從近紅外光區域的短波長側(約712nm)至比800nm更靠近長波長側(約814nm)為止的波段中，第二濾波器130的透光率約為0%(5%以下)，因而，光學濾波器100的濾波器特性大致直接反映出第二濾波器130的濾波器特性。
如此，光學濾波器100的第一頻帶A11的遮光頻帶由第一濾波器120及第二濾波器130形成。光學濾波器100的第一頻帶A11中，近紅外光區域中，透光率在5%以下的遮光頻帶的頻帶寬度被設定為至少100nm，該例中，約為112nm。
其次，在第一頻帶A11與第二頻帶A12的邊界附近，光學濾波器100具有在近紅外光區域的比800nm更靠近長波長側透光率急劇增加的濾波器特性。在約814nm~約840nm的範圍，光學濾波器100的透光率從5%增加到90%。這樣的光學濾波器100的第一頻帶A11的長波長側的遮光特性及第二頻帶A12的短波長側的透光特性與第二濾波器130的濾波器特性基本一致。換言之，在近紅外光區域的比800nm更靠近長波長側(約814nm~約840nm)，第一濾波器120及第三濾波器140的透光率約為100%(95%以上)，因而，光學濾波器100的濾波器特性大致直接反映出第二濾波器130的濾波器特性。如此，光學濾波器100的第一頻帶A11的長波長側的遮光特性、及第二頻帶A12的短波長側的透光特性由第二濾波器130形成。
其次，第二頻帶A12中，在從比800nm更靠近長波長側至比900nm更靠近短波長側的波段，具體而言是約840nm~約864nm的波段中，設有光學濾波器100的透光率在90%以上的透光頻帶。這樣的光學濾波器100的第二頻帶A12的透光頻帶大致基於第二濾波器130的濾波器特性。換言之，約840nm~約864nm的波段中，第一濾波器120及第三濾波器140的透光率約為100%(95%以上)，因而，光學濾波器100的濾波器特性基本直接反映出第二濾波器130的濾波器特性。如此，光學濾波器100的第二頻帶A12的透光頻帶由第二濾波器130形成。光學濾波器100的第二頻帶A12中，透光率在90%以上的透光頻帶的頻帶寬度在該例中為約24nm。另外，光學濾波器100的第二頻帶A12中，透光率在50%以上的透光頻帶的頻帶寬度在該例中約為42nm。
其次，在第二頻帶A12與第三頻帶A13的邊界附近，光學濾波器100具有在近紅外光區域的比900nm更靠近短波長側透光率急劇減小的濾波器特性。在約864nm~約898nm的範圍，光學濾波器100的透光率從90%減小到5%。這樣的光學濾波器100的第二頻帶A12的長波長側的透光特性、及第三頻帶A13的短波長側的遮光特性與第二濾波器130的濾波器特性基本一致。換言之，在比900nm更靠近短波長側(約864nm~約898nm)，第一濾波器120及第三濾波器140的透光率約為100%(95%以上)，因而，光學濾波器100的濾波器特性大致直接反映出第二濾波器130的濾波器特性。如此，光學濾波器100的第二頻帶A12的長波長側的透光特性、及第三頻帶A13的短波長側的遮光特性由第二濾波器130形成。
進一步，第三頻帶A13中，在從比900nm更靠近短波長側至近紅外光區域的長波長端(1100nm)為止的波段中，設有光學濾波器100的透光率在5%以下的遮光頻帶。這樣的光學濾波器100的第三頻帶A13的遮光頻帶大致基於第二濾波器130的濾波器特性。換言之，在比900nm更靠近短波長側(約898nm)至近紅外光區域的長波長端(1100nm)為止的波段中，第二濾波器130的透光率約為0%(5%以下)，因而，光學濾波器100的濾波器特性大致直接反映出第二濾波器130的濾波器特性。如此，光學濾波器100的第三頻帶A13的遮光頻帶由第二濾波器130形成。光學濾波器100的第三頻帶A13中，透光率在5%以下的遮光頻帶的頻帶寬度在該例中約為202nm。
基於本實施方式，與上述第一實施方式相同，光學濾波器100的第一頻帶A11中，透光率在5%以下的遮光頻帶的頻帶寬度被設定為至少100nm，因而，與現有技術相比，能確保遮光頻帶的頻帶寬度較寬，從而能充分確保第一頻帶A11的遮光特性。由此，能充分抑制紅色分量透過，進而防止因紅色分量透過而引起的混色發生。其結果，能防止攝像裝置拍攝的圖像色彩再現性能降低。另外，對上述第一頻帶A11的遮光頻帶的頻帶寬度的上限值無特別限定，例如，可以是150nm，也可以是250nm。
在此，由於第二濾波器130的半值波長(透光率為50%的波長)比第一濾波器120的半值波長更靠近長波長側，所以，借助於第一濾波器120對光的吸收，能使第二濾波器130反射的光的量減少。由此，能防止因第二濾波器130對光的反射而引起的重影發生。
另外，本實施方式中，與上述第一實施方式相同，由於第一濾波器120是由紅外線吸收體(透明基材及紅外線吸收色素)形成的，所以，與第一濾波器120由電介質多層膜形成的情況相比，能降低光學濾波器100的可見光區域中的入射角依存性(參照圖9)，同時，還能防止攝像裝置拍攝的圖像中發生重影、耀斑。
除此之外，本實施方式中，近紅外光區域中，光學濾波器100的濾波器特性由第二濾波器130形成。詳細而言，光學濾波器100的第二頻帶A12的短波長側的透光特性、及第二頻帶A12的長波長側的透光特性由第二濾波器130形成。由此，能容易地改變光學濾波器100的第二頻帶A12中透光率在50%以上的透光頻帶的頻帶寬度，從而能靈活地對應對光學濾波器100的近紅外光區域的濾波器特性的各種要求。另外，光學濾波器100的第二頻帶A12中，較佳為，將透光率在50%以上的透光頻帶的頻帶寬度設定為35nm~200nm。在此情況下，較佳為，將第二頻帶A12的透光率在50%的波段設定在800nm~1000nm的範圍。例如，將上述第二頻帶A12的透光頻帶的頻帶寬度設定為200nm的情況下，將第二濾波器130構成為在1000nm附近的波長透光率急劇減小即可。如此，能在形成有紅外線吸收色素120b的面的相反側的面上，將能以單個濾波器形成第二頻帶A12的透光特性的第二濾波器130成膜，因而，能防止成膜時對紅外線吸收色素120b造成損傷(特別是熱損傷)。
另外，本實施方式中，與上述第一實施方式相同，第二濾波器130的低折射率膜130L的光學膜厚的平均值與高折射率膜130H的光學膜厚的平均值之間的膜厚比(即低折射率膜130L的光學膜厚的平均值/高折射率膜130H的光學膜厚的平均值)被設定為0.50~0.85的範圍內的值。由此，能使第二濾波器130的具有遮光特性的遮光頻帶的頻帶寬度變窄，從而能將透光頻帶(第二頻帶A12)設定在與可見光區域之間存在間距的、近紅外光區域的所期範圍內。
另外，本實施方式中，與上述第一實施方式相同，第一頻帶A11的透光率為50%的波長間的頻帶寬度大於第一濾波器120的透光率為50%的波長間的頻帶寬度、及第二濾波器130的透光率為50%的波長間的頻帶寬度。由此，通過第一濾波器120、第二濾波器130，能將透光頻帶(第二頻帶A12)設定在近紅外光區域的所期範圍內。
另外，本實施方式中，第一濾波器120採用在透明基板120a上塗布紅外線吸收色素120b的結構，因而，與使用紅外線吸收樹脂基板的情況相比，通過調整紅外線吸收色素120b的種類、濃度、厚度等，能更容易地獲得所期的紅外吸收特性。
另外，雖然是由第一濾波器120及第二濾波器130形成第一頻帶A11的短波長側的遮光特性，但不局限於此，也可以只由第一濾波器120形成第一頻帶A11的短波長側的遮光特性。
另外，以上說明中，第一濾波器120的兩個表面中，在未設置紅外線吸收色素120b的表面形成有第二濾波器130；在設置有紅外線吸收色素120b的表面形成有第三濾波器140。然而，不局限於此，也可以是，第一濾波器120的兩個表面中，在設置有紅外線吸收色素120b的表面形成第二濾波器130；在未設置有紅外線吸收色素120b的表面形成第三濾波器140。
工業實用性 本發明是攝像裝置中設置的光學濾波器，可應用於在可見光區域和近紅外光區域這兩個波段中具有透光特性的光學濾波器。
10、100‧‧‧光學濾波器
120a‧‧‧透明基材(透明基板)
120b‧‧‧紅外線吸收墨(紅外線吸收色素)
20、120‧‧‧第一濾波器
20A、20B、120A、120B‧‧‧表面
30、130‧‧‧第二濾波器
30H、40H、130H、140H‧‧‧高折射率膜
30L、40L、130L、140L‧‧‧低折射率膜
40、140‧‧‧第三濾波器
80‧‧‧透鏡
90‧‧‧成像元件
A1、A11‧‧‧第一頻帶
A2、A12‧‧‧第二頻帶
A3、A13‧‧‧第三頻帶
α‧‧‧入射角
圖1是表示採用了本發明的光學濾波器的攝像裝置的概要結構的圖。
圖2是表示本發明的光學濾波器的概要結構的示意圖。
圖3是表示圖2的光學濾波器的濾波器特性的一例的圖。
圖4是表示圖2的光學濾波器的第一濾波器的濾波器特性的一例的圖。
圖5是表示圖2的光學濾波器的第二濾波器的各層結構的一例的表格。
圖6是表示圖5的第二濾波器的濾波器特性的一例的圖。
圖7是表示圖2的光學濾波器的第三濾波器的各層結構的一例的表格。
圖8是表示圖7的第三濾波器的濾波器特性的一例的圖。
圖9是表示圖2的光學濾波器中光的入射角為0°、10°、20°及30°時各濾波器特性的一部分的圖。
圖10是表示本發明的其它實施方式的光學濾波器的概要結構的示意圖。
圖11是表示圖10的光學濾波器的濾波器特性的一例的圖。
圖12是表示圖10的光學濾波器的第一濾波器的濾波器特性的一例的圖。
圖13是表示圖10的光學濾波器的第二濾波器的濾波器特性的一例的圖。
圖14是表示圖10的光學濾波器的第三濾波器的各層結構的一例的表格。
圖15是表示圖14的第三濾波器的濾波器特性的一例的圖。

Claims (13)

  1. 一種光學濾波器，在可見光區域和近紅外光區域這兩個波段中具有透光特性，其特徵在於： 在由紅外線吸收體構成的一第一濾波器的一個面上，形成有由電介質多層膜構成的一第二濾波器；在該第一濾波器的另一個面上，形成有由電介質多層膜構成的一第三濾波器， 在設置為從可見光區域的長波長側至近紅外光區域為止的一第一頻帶、及設置為比該第一頻帶更靠近長波長側的一第三頻帶中具有遮光特性，且在設置於該第一頻帶和該第三頻帶之間的一第二頻帶中具有透光特性， 在該第一頻帶中，透光率在5%以下的一遮光頻帶的頻帶寬度被設定為至少100nm。
  2. 如請求項第1項所述的光學濾波器，其特徵在於： 該第一濾波器為，在可見光區域透光率為50%的波長是640nm~660nm範圍內的波長，且在650nm~800nm的範圍內有吸收極大值， 該第二濾波器為，透光率為50%的波長是685nm~710nm範圍內的波長，且透光率在5%以下的一遮光頻帶被設置為，在近紅外光區域中至少佔據100nm的範圍。
  3. 如請求項第1或2項所述的光學濾波器，其特徵在於： 該第二濾波器的透光率為50%的波長比該第一濾波器的可見光區域中透光率為50%的波長更靠近長波長側。
  4. 如請求項第1或2項所述的光學濾波器，其特徵在於： 該第一頻帶由該第一濾波器和該第二濾波器形成；以及 該第三頻帶由該第三濾波器形成。
  5. 如請求項第1或2項所述的光學濾波器，其特徵在於： 該第一頻帶的短波長側的遮光特性由該第一濾波器形成； 該第二頻帶的短波長側的透光特性由該第二濾波器形成；以及 該第二頻帶的長波長側的透光特性由該第三濾波器形成。
  6. 如請求項第1或2項所述的光學濾波器，其特徵在於： 該第一濾波器是通過在一透明基板上塗布紅外線吸收色素而構成的；以及 該第三濾波器是由反射防止膜構成的。
  7. 如請求項第6項所述的光學濾波器，其特徵在於： 該第一頻帶由該第一濾波器和該第二濾波器形成；以及 該第三頻帶由該第二濾波器形成。
  8. 如請求項第6項所述的光學濾波器，其特徵在於： 該第一頻帶的短波長側的遮光特性只由該第一濾波器形成，或由該第一濾波器和該第二濾波器形成；以及 該第二頻帶的短波長側的透光特性、及該第二頻帶的長波長側的透光特性由該第二濾波器形成。
  9. 如請求項第1或2項所述的光學濾波器，其特徵在於： 該第二頻帶中，透光率在50%的一透光頻帶的頻帶寬度被設定為35nm~200nm。
  10. 如請求項第9項所述的光學濾波器，其特徵在於： 該第二頻帶的透光率在50%的一透光頻帶被設置在800nm~1000nm的範圍。
  11. 如請求項第1或2項所述的光學濾波器，其特徵在於： 該第一頻帶的透光率為50%的波長間的頻帶寬度大於該第一濾波器的透光率為50%的波長間的頻帶寬度、及該第二濾波器的透光率為50%的波長間的頻帶寬度。
  12. 如請求項第1或2項所述的光學濾波器，其特徵在於： 該第二濾波器由複數濾波器組合而成。
  13. 如請求項第1或2項所述的光學濾波器，其特徵在於： 該第二濾波器是由複數高折射率膜、和折射率小於各該高折射率膜的複數低折射率膜交替疊層而構成的， 該第二濾波器中，各該低折射率膜的光學膜厚的平均值小於各該高折射率膜的光學膜厚的平均值，各該低折射率膜的光學膜厚的平均值與各該高折射率膜的光學膜厚的平均值之間的膜厚比為0.50~0.85。
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