CN115685427A

CN115685427A - 光学滤波器

Info

Publication number: CN115685427A
Application number: CN202210898048.3A
Authority: CN
Inventors: 高星英明; 竹本和矢; 河合启介; 三宅雅章
Original assignee: Japan Vacuum Optics Co ltd; Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: Japan Vacuum Optics Co ltd; AGC Inc
Priority date: 2021-07-30
Filing date: 2022-07-28
Publication date: 2023-02-03
Also published as: US20230039431A1; JP2023021037A

Abstract

本发明涉及一种光学滤波器，具备基材以及在上述基材的至少一个主面侧层叠有低折射率膜和高折射率膜的电介质多层膜，上述电介质多层膜包含4层以上的膜厚为15nm以下的高折射率膜，上述高折射率膜的最小膜厚为1.5～5nm，最大膜厚为100nm以下，上述高折射率膜的波长600nm处的消光系数k₆₀₀为0.12以上且800～1570nm处的最小消光系数k_{800－1570MIN}为0.01以下、或者自旋密度为5.0×10¹⁰(个/(nm*cm²))以上，上述光学滤波器满足所有特定的分光特性(ii－1)～(ii－4)。

Description

光学滤波器

技术领域

本发明涉及一种截止可见光区域的光并透射近红外域的光的光学滤波器。

背景技术

光探测和测距(LiDAR)传感器等利用近红外光的远程传感器模块的盖体使用透射800nm以上的近红外光并截止作为外部干扰重要因素的可见光的光学滤波器用来提高传感器的灵敏度。另外，作为车载用的盖体，从不易从外部看到传感器内部的观点和使盖体外观为设计性高的黑色的观点考虑，还优选光学滤波器的400～680nm的可见光区域的光的透射率较低。

作为光学滤波器，已知有例如在透明基板的单面或两面交替层叠折射率不同的电介质薄膜(电介质多层膜)、利用光的干涉来反射所要遮蔽的光的反射型滤波器等。

作为光学滤波器，另外还已知有使用具有光学吸收性的材料作为多层膜的吸收型滤波器。

例如，专利文献1中记载了一种具有交替层叠有高折射率层和低折射率层的电介质多层膜的光学滤波器，这里，高折射率层为800～1100nm的波长范围的消光系数k小于0.0005的氢化硅层。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利第9354369号说明书

发明内容

然而，在通过反射可见光而进行遮蔽的反射型滤波器中，由于外观成为镜面，因而难以确保设计性。

另外，在吸收型光学滤波器的情况下，根据可见光吸收特性，能够减少可见光透射性和可见光反射性，另一方面，由于吸收可见光的材料也容易吸收近红外区域，因此仅强化可见光吸收特性时，难以保持近红外透射性。

此外，由于在传感器内需要广角范围的扫描，因此还需要确保高入射角(广角入射)下的近红外区域的透射性。

应予说明，专利文献1所记载的光学滤波器虽然使用可见光吸收性材料，但由于高折射率层的800～1100nm处的消光系数小，因此推测包括可见光区域的600～680nm处的消光系数也小，即上述波长范围的透射率也高。另外，如果为了利用多层膜的反射能力弥补600～680nm的遮蔽性而提高上述范围的反射率，则反射色呈现红色而导致设计性降低。

本发明的目的在于提供一种400～680nm的可见光的遮蔽性优异、即便高入射角800nm以上的近红外光的透射性也优异、呈现黑色的光学滤波器。

本发明人等研究了上述课题，结果发现：通过使用可见光区域的吸收性高且近红外光区域的吸收性低的电介质膜材料，进而控制上述电介质膜的膜厚，能够解决上述课题。

本发明提供具有以下构成的光学滤波器。

〔1〕一种光学滤波器，具备基材以及在上述基材的至少一个主面侧作为最外层而层叠的电介质多层膜，

上述电介质多层膜为低折射率膜与高折射率膜层叠而得的层叠体，

上述电介质多层膜包含4层以上的膜厚为15nm以下的高折射率膜，

上述高折射率膜的最小膜厚为1.5～5nm，

上述高折射率膜的最大膜厚为100nm以下，

上述高折射率膜满足下述分光特性(i－1)和(i－2)，

上述光学滤波器满足所有下述分光特性(ii－1)～(ii－4)。

(i－1)波长600nm处的消光系数k₆₀₀为0.12以上

(i－2)800～1570nm的波长区域的最小消光系数k_{800－1570MIN}为0.01以下

(ii－1)400～680nm的波长区域的入射角0度时的最大透射率T_{400－680(0deg)MAX}为6％以下

(ii－2)400～680nm的波长区域的入射角5度时的最大反射率R_{400－680(5deg)MAX}为20％以下

(ii－3)X～Ynm的波长区域的入射角0度时的平均透射率T_{X－Y(0deg)AVE}为90％以上(其中，X＝800～1530nm，Y＝840～1570nm，Y－X＝40nm)

(ii－4)X～Ynm的波长区域的入射角60度时的平均透射率T_{X－Y(60deg)AVE}为90％以上(其中，X＝800～1530nm，Y＝840～1570nm，Y－X＝40nm)

〔2〕一种光学滤波器，具备基材以及在上述基材的至少一个主面侧作为最外层而层叠的电介质多层膜，

上述高折射率膜的最小膜厚为1.5～5nm，

上述高折射率膜的最大膜厚为100nm以下，

上述高折射率膜的自旋密度为5.0×10¹⁰(个/(nm*cm²))以上，

上述光学滤波器满足所有下述分光特性(ii－1)～(ii－4)。

根据本发明，能够提供一种400～680nm的可见光的遮蔽性优异、即便高入射角800nm以上的近红外光的透射性也优异、呈现黑色的光学滤波器。

附图说明

图1是示意地示出一个实施方式的光学滤波器的一个例子的截面图。

图2是示意地示出一个实施方式的光学滤波器的另一个例子的截面图。

图3是示出例2和例3的光学滤波器的入射角0度时的分光透射率曲线的图。

图4是示出例2和例3的光学滤波器的入射角60度时的分光透射率曲线的图。

图5是示出例2和例3的光学滤波器的入射角5度时的分光反射率曲线的图。

图6是表示自旋密度与消光系数k₆₀₀的关系的图。

符号说明

1A、1B…光学滤波器，10…基材，30…电介质多层膜

具体实施方式

本说明书中，对于特定的波长区域，透射率例如为90％以上是指在其整个波长区域中透射率不低于90％，即该波长区域中最小透射率为90％以上。同样，对于特定的波长区域，透射率例如为1％以下是指在其整个波长区域中透射率不超过1％，即该波长区域中最大透射率为1％以下。特定的波长区域的平均透射率是指该波长区域的每1nm的透射率的算术平均值。应予说明，只要没有特别说明，折射率是指20℃时对波长1550nm的光的折射率。

分光特性可以使用分光光度计进行测定。

消光系数可以通过对成膜于石英基板的单层膜的反射率、透射率和膜厚进行测定并使用光学薄膜计算软件而算出。

可见光反射率为基于CIE表色系统的光反射率Y值。

本说明书中，表示数值范围的“～”包括上限和下限。

自旋密度可以使用电子自旋共振波谱仪进行测定。可以由电子自旋共振波谱仪测定的自旋密度除了硅的悬空键以外，还包括二氧化硅膜的悬空键、玻璃中的过渡金属离子等，因此需要测定前的试样的加工和测定后的峰分离。

对于试样的加工而言，将包含多层膜的光学滤波器适当切断后，通过研磨而尽量除去赋予了多层膜的基材玻璃。由此能够减少来自基材玻璃的自旋信号的影响。另外，测定后的峰分离例如可以通过曲线拟合来进行。硅悬空键的信号作为g＝2.004～2.007、线宽4～8gauss的各向同性信号而被观测，通过曲线拟合而以峰分离的结果的形式得到该参数，所述曲线拟合利用了使线宽一致的高斯函数与洛伦兹函数的线性组合函数。这里所说的线宽是指以微分形式得到的电子自旋共振谱的峰顶与峰底的磁场之差。

自旋密度由于也与消光系数存在相关关系，因此也可以由消光系数而算出。例如无定形硅的自旋密度可以基于消光系数k₆₀₀使用图6的近似式而算出。

＜光学滤波器＞

本发明的一个实施方式的光学滤波器(以下，也称为“本滤波器”)是具备基材以及在基材的至少一个主面侧作为最外层而层叠的电介质多层膜的光学滤波器。

使用附图对本滤波器的构成例进行说明。图1～2是示意地示出一个实施方式的光学滤波器的一个例子的截面图。

图1所示的光学滤波器1A为在基材10的一个主面侧具有电介质多层膜30的例子。应予说明，“在基材的主面侧具有特定的层”不限于与基材的主面接触而具备该层的情况，还包括在基材与该层之间具备其它功能层的情况。

图2所示的光学滤波器1B是在基材10的两个主面侧具有电介质多层膜30的例子。

应予说明，安装本发明的光学滤波器时，在仅一个面具有电介质多层膜的滤波器的情况下，优选将电介质多层膜侧作为外部侧并将相反的一侧作为传感器侧。在两面具有电介质多层膜的滤波器的情况下，优选将满足后述的特定的膜厚和分光特性的电介质多层膜侧作为外部侧并将另一电介质多层膜侧作为传感器侧。

＜电介质多层膜＞

本滤波器中，电介质多层膜层叠于基材的至少一个主面侧作为最外层。

电介质多层膜设计成具有波长选择性，且至少一方为主要通过吸收来截止可见光并透射近红外光的可见光吸收层。另外，在电介质多层膜层叠于基材的两面的情况下，既可以两方的电介质多层膜为可见光吸收层，也可以仅一方的电介质多层膜为可见光吸收层。另外，一方的电介质多层膜为可见光吸收层的情况下，另一方的电介质多层膜也可以设计为防反射层等具有其它目的的层。

电介质多层膜为低折射率膜与高折射率膜层叠而得的层叠体。通过层叠折射率不同的薄膜，可以利用光的干涉作用来增加或降低反射率。反射率越大透射率越降低。低折射率膜与高折射率膜也可以交替层叠。

另外，消光系数或自旋密度根据构成多层膜的材料而不同。消光系数越大，光的吸收越大，透射率越降低。自旋密度越大，光的吸收越高。

本发明中，通过考虑各多层膜的折射率和消光系数或自旋密度来设计具有目标分光特性的光学滤波器。

另外，整个多层膜的分光特性也根据低折射率膜和高折射率膜的各膜厚而变化。从抑制可见光反射性(提高可见光吸收性)的观点考虑，吸收性的电介质膜的厚膜化有利。但是，由于光吸收特性通常是连续的，因此不仅可见光还包括近红外在内的吸收能力会整体提高，有可能近红外区域透射性降低。本发明中，如后所述，通过特别控制也作为可见光吸收性材料的高折射率膜的膜厚，从而设计出一种兼具抑制可见光反射性和即便在高入射角下近红外光的透射性也高的光学滤波器。

本发明中，高折射率膜满足下述分光特性(i－1)，且满足分光特性(i－2)。或者，本发明中，高折射率膜的自旋密度为5.0×10¹⁰(个/(nm*cm²))以上。

(i－1)波长600nm处的消光系数k₆₀₀为0.12以上

分光特性(i－1)为规定波长600nm的红色光的吸收性的特性。关于分光特性(i－1)，通过使高折射率膜的k₆₀₀为0.12以上，能够不借助反射地通过吸收来截止600nm附近的红色光。由此，无需提高600nm附近的反射率，因而得到反射色不易呈现红色的光学滤波器。k₆₀₀优选为0.18以上，另外，优选为1.00以下。

为了使高折射率膜的k₆₀₀在上述范围，例如，可举出使用未掺杂氢的无定形硅、或者即便掺杂时氢掺杂量也为20sccm以下的无定形硅作为高折射率膜材料。另外，也可以利用多层膜的成膜方法来控制k₆₀₀。

分光特性(i－2)为规定800nm以上的近红外区域的光的吸收性的特性。

关于分光特性(i－2)，意味着通过800～1570nm的波长区域的最小消光系数k_{800－1570MIN}为0.01以下而使800～1570nm区域的近红外光的吸收性小。

为了使高折射率膜的k_{800－1570MIN}在上述范围，例如，可举出使用未掺杂氢的无定形硅、或者即便在掺杂时氢掺杂量也为20sccm以下的无定形硅作为高折射率膜材料。另外，也可以利用多层膜的成膜方法来控制k_{800－1570MIN}。

通过使用消光系数k₆₀₀、最小消光系数k_{800－1570MIN}在上述特定的范围的高折射率膜，从而得到可见光的吸收性大、近红外光的吸收性小的电介质多层膜。

自旋密度表示膜中的悬空键的量。本发明中，通过高折射率膜的自旋密度为5.0×10¹⁰(个/(nm*cm²))以上而容易实现上述特定的消光系数k₆₀₀。即，得到可见光的吸收性大的电介质多层膜。高折射率膜的自旋密度优选为1.0×10¹²(个/(nm*cm²))以上。

为了使高折射率膜的自旋密度在上述范围，例如，可举出使用未掺杂氢的无定形硅、或者即便掺杂时氢掺杂量也为20sccm以下的无定形硅作为高折射率膜材料。

高折射率膜优选折射率为3.0以上，更优选为4.0以上。作为高折射率膜的材料，例如可举出硅(Si)、Ge、ZnSe、Ta₂O₅、TiO₂、Nb₂O₅、SiN等。其中，从容易实现上述特定的消光系数或自旋密度的观点考虑，优选硅，特别优选无定形硅。

另外，作为硅，从使k₆₀₀为0.12以上的观点或使自旋密度为5.0×10¹⁰(个/(nm*cm²))以上的观点考虑，进一步优选未掺杂氢的硅或氢的掺杂量得到抑制的硅。氢可以利用公知的方法进行掺杂，另外，掺杂量优选为20sccm以下，特别优选未掺杂的硅。

低折射率膜只要是折射率低于上述高折射率膜的膜即可，作为低折射率膜的材料，例如可举出SiO₂、SiO_xN_y、Ta₂O₅、TiO₂、SiO等，其中，可以组合使用折射率低于高折射率膜材料的材料。组合使用低折射率膜材料时，可以将折射率相对较高的膜作为中折射率膜并将折射率相对较低的膜作为低折射率膜进行层叠。低折射率膜优选折射率为2.5以下，更优选为1.5以下。从生产率的观点考虑，优选SiO₂。

本发明中的电介质多层膜包含4层以上的膜厚为15nm以下的高折射率膜。通过包含特定量的特定薄度的高折射率膜而得到可见光区域为低反射的光学滤波器。进一步优选包含1层以上的膜厚为5nm以下的高折射率膜。应予说明，本发明的光学滤波器具备2个以上的电介质多层膜时，优选在至少一个电介质多层膜中满足上述要件。

本发明中的高折射率膜的最小膜厚为1.5～5nm。通过高折射率膜的最小膜厚在上述范围，从而得到即便高入射角近红外区域的透射性也高的光学滤波器。最小膜厚优选为1.5～3.0nm。应予说明，本发明的光学滤波器具备2层以上的电介质多层膜(2层以上的1组电介质多层膜)时，优选包含4层以上的膜厚为15nm以下的高折射率膜的电介质多层膜中的高折射率膜满足上述要件。

本发明中的高折射率膜的最大膜厚为100nm以下。通过高折射率膜的最大膜厚在上述范围，从而得到即便高入射角近红外区域的透射性也高的光学滤波器。最大膜厚优选为90nm以下，另外，从近红外区域的透射特性的观点考虑，优选为30nm以上。应予说明，本发明的光学滤波器具备2层以上的电介质多层膜时，优选包含4层以上的膜厚为15nm以下的高折射率膜的电介质多层膜中的高折射率膜满足上述要件。

将电介质多层膜设计为可见光吸收层时，从可见光区域的遮光性的观点考虑，电介质多层膜的合计层叠数优选为10层以上，更优选为20层以上，进一步优选为30层以上。但是，如果合计层叠数变多，则产生翘曲等、或者膜厚增加，因此合计层叠数优选为70层以下，更优选为60层以下，进一步优选为50层以下。

另外，从生产率的观点考虑，电介质多层膜的膜厚优选为1.5μm以下，更优选为1.0μm以下。应予说明，具有2个以上的电介质多层膜时，膜厚的总厚优选为2.0μm以下。

本发明中，即便电介质多层膜的层叠数、膜厚小，也能够充分遮蔽可见光区域。这是由于本发明中的电介质多层膜的可见光区域的消光系数大，可以通过吸收来遮蔽可见光。

电介质多层膜的形成例如可以使用CVD法、溅射法、真空蒸镀法等干式成膜工艺、喷雾法、浸渍法等湿式成膜工艺等。其中，从容易得到上述薄膜层受到控制的高折射率膜的观点考虑，优选干式成膜工艺。

电介质多层膜可以由1层来提供规定的分光特性，或者由2层以上来提供规定的分光特性。具有2层以上时，各电介质多层膜可以为相同的构成，也可以为不同的构成。设置2层电介质多层膜时，可以使一方为透射近红外区域且遮蔽可见光区域的光的可见光吸收层，并使另一层为既透射近红外区域又透射可见光区域的可见光和近红外光透射层。

将电介质多层膜设计为防反射层时，也与可见光吸收层同样地层叠折射率不同的电介质膜而得到。应予说明，防反射层除了电介质多层膜以外，也可以由中间折射率介质、折射率逐渐变化的蛾眼结构等形成。

＜基材＞

本滤波器中的基材可以为单层结构，也可以为多层结构。另外，作为基材的材质，只要是透射近红外光的透明性材料，则有机材料和无机材料均可，没有特别限制。另外，也可以将不同的多种材料复合使用。

作为透明性无机材料，优选玻璃、晶体材料。

作为玻璃，可举出钠钙玻璃、硼硅酸盐玻璃、无碱玻璃、石英玻璃、铝硅酸盐玻璃等。

作为玻璃，也可以使用在玻璃化转变温度以下的温度利用离子交换将存在于玻璃板主面的离子半径小的碱金属离子(例如，Li离子、Na离子)交换成离子半径更大的碱离子(例，相如对于Li离子为Na离子或K离子、相对于Na离子为K离子)而得到的化学强化玻璃。

作为晶体材料，可举出水晶、铌酸锂、蓝宝石等双折射晶体。

基材的形状没有特别限定，可以为块状、板状、膜状。

另外，从电介质多层膜成膜时的翘曲减少、光学滤波器小型化、裂纹抑制的观点考虑，基材的厚度优选为0.1～5mm，更优选为2～4mm。

＜光学滤波器的特性＞

具有上述基材和电介质多层膜的本发明的光学滤波器作为遮蔽可见光且透射近红外光的IR带通滤波器而发挥功能。

光学滤波器满足所有下述分光特性(ii－1)～(ii－4)。

(ii－1)400～680nm的波长区域中的入射角0度时的最大透射率T_{400－680(0deg)MAX}为6％以下

(ii－2)400～680nm的波长区域中的入射角5度时的最大反射率R_{400－680(5deg)MAX}为20％以下

分光特性(ii－1)是指400～680nm的可见光区域的透射性低，分光特性(ii－2)是指可见光区域的反射率低。通过满足分光特性(ii－1)～(ii－2)，从而得到透射色和反射色都为黑色、设计性高的光学滤波器。分光特性(ii－1)例如可以通过使用如上述特性(i－1)所记载的那样消光系数k₆₀₀为特定以上或者自旋密度为特定以上、即可见光区域的吸收性大的高折射率膜而实现。分光以通特性(ii－2)可过以达到所期望的可见光反射率的方式设计电介质多层膜来实现。通过如分光特性(ii－1)所示可见光区域的透射率低，从而如分光特性(ii－2)所示地即便不提高反射率也能充分遮蔽可见光区域的光。

最大透射率T_{400－680(0deg)MAX}优选为5％以下。

最大反射率R_{400－680(5deg)MAX}优选为10％以下。

应予说明，特性(ii－2)的反射率为从具有满足上述分光特性(i－1)和(i－2)的高折射率膜、或者上述自旋密度为特定以上的高折射率膜的电介质多层膜侧测定的值。

分光特性(ii－3)～(ii－4)是指800～1570nm的近红外区域内的任意40nm波长宽度区域的平均透射率在高入射角下也良好。

通过满足分光特性(ii－3)～(ii－4)，从而能够在安装光学滤波器时即便入射高入射角的光也使传感器的灵敏度得到提高。

为了使特性(ii－3)中示出的T_{X－Y(0deg)AVE}在上述范围，例如可以通过使用上述特性(i－2)所示出的最小消光系数k_{800－1570MIN}为特定以下、即近红外光区域的吸收性小的高折射率膜作为电介质多层膜，且将X～Ynm的波长区域的反射率设计得较低来实现。为了使特性(ii－4)所示出的T_{X－Y(60deg)AVE}在上述范围，例如，可以使用上述高折射率膜的膜厚得到控制的电介质多层膜来实现。

任意的40nm波长宽度区域(X～Ynm)可以根据传感器灵敏度进行选择。另外，X～Ynm以外的近红外区域也可以根据需要以能够通过反射进行遮光的方式设计电介质多层膜。

X～Ynm优选为1310～1350nm或者1530～1570nm。

即，光学滤波器进一步优选满足所有下述分光特性(ii－3A)～(ii－4A)、或者满足所有下述分光特性(ii－3B)～(ii－4B)。

(ii－3A)1530～1570nm的波长区域的入射角0°时的平均透射率T_{1530－1570(0deg)AVE}为90％以上

(ii－4A)1530～1570nm的波长区域的入射角60°时的平均透射率T_{1530－1570(60deg)AVE}为90％以上

(ii－3B)1310～1350nm的波长区域的入射角0°时的平均透射率T_{1310－1350(0deg)AVE}为90％以上

(ii－4B)1310～1350nm的波长区域的入射角60°时的平均透射率T_{1310－1350(60deg)AVE}为90％以上

分光特性(ii－3A)～(ii－4A)是指在高入射角下1530～1570nm的近红外区域的透射性也优异。

分光特性(ii－3B)～(ii－4B)是指在高入射角下1310～1350nm的近红外区域的透射性也优异。

通过满足分光特性(ii－3A)～(ii－4A)或分光特性(ii－3B)～(ii－4B)，从而能够在安装光学滤波器时即便入射高入射角的光也使传感器的灵敏度得到提高。

平均透射率T_{1530－1570(0deg)AVE}更优选为95％以上。

平均透射率T_{1530－1570(60deg)AVE}更优选为92％以上。

平均透射率T_{1310－1350(0deg)AVE}更优选为92％以上。

平均透射率T_{1310－1350(60deg)AVE}更优选为94％以上。

光学滤波器还优选进一步满足下述分光特性(ii－5)。

(ii－5)光反射率Y为5％以下

通过满足分光特性(ii－5)，从而可见光区域的反射率更低，因而反射色变为黑色，得到设计性优异的光学滤波器。

光反射率Y优选为4％以下。

本发明的光学滤波器进一步优选满足分光特性(ii－6)和(ii－7)。

(ii－6)反射色a*为±30以内

(ii－7)反射色b*为±30以内

通过满足分光特性(ii－6)和(ii－7)，从而容易得到反射色为黑色的设计性高的光学滤波器。

应予说明，颜色指标使用基于JIS Z 8781－4：2013的L*a*b*。

反射色a*更优选为±10以内。反射色b*更优选为±10以内。

根据以上说明的实施方式，可得到可见光区域的遮蔽性和近红外光的透射性优异、呈现黑色的光学滤波器。本发明中，通过使用消光系数k₆₀₀大、即可见光区域的吸收性高且最小消光系数k_{800－1570MIN}小、近红外区域的吸收性低的多层膜材料，或者使用自旋密度为特定值的多层膜材料，且进行多层膜的膜厚控制，从而实现兼具基于光学干涉的可见光反射率的抑制和近红外光透射率的确保。

另外，本发明的LiDAR传感器具备上述本发明的光学滤波器。由此得到灵敏度和外观优异的传感器。

即本说明书公开下述的光学滤波器等。

〔1〕一种光学滤波器，具备：基材，以及在上述基材的至少一个主面侧作为最外层而层叠的电介质多层膜，

上述电介质多层膜为包含4层以上的膜厚为15nm以下的高折射率膜，

上述高折射率膜的最小膜厚为1.5～5nm，

上述高折射率膜的最大膜厚为100nm以下，

上述高折射率膜满足下述分光特性(i－1)和(i－2)，

上述光学滤波器满足所有下述分光特性(ii－1)～(ii－4)。

(i－1)波长600nm处的消光系数k₆₀₀为0.12以上

〔2〕一种光学滤波器，具备：基材，以及在上述基材的至少一个主面侧作为最外层而层叠的电介质多层膜，

上述高折射率膜的最小膜厚为1.5～5nm，

上述高折射率膜的最大膜厚为100nm以下，

上述高折射率膜的自旋密度为5.0×10¹⁰(个/(nm*cm²))以上，

上述光学滤波器满足所有下述分光特性(ii－1)～(ii－4)。

〔3〕根据〔1〕或〔2〕所述的光学滤波器，其中，进一步满足下述分光特性(ii－5)。

(ii－5)光反射率Y为5％以下

〔4〕根据〔1〕～〔3〕中任一项所述的光学滤波器，其中，进一步满足下述分光特性(ii－3A)和(ii－4A)。

〔5〕根据〔1〕～〔4〕中任一项所述的光学滤波器，其中，上述电介质多层膜的总膜厚为2.0μm以下。

〔6〕根据〔1〕～〔5〕中任一项所述的光学滤波器，其中，上述高折射率膜为硅膜，上述低折射率膜为氧化硅膜。

〔7〕根据〔1〕～〔6〕中任一项所述的光学滤波器，其中，上述高折射率膜为硅膜，上述高折射率膜的自旋密度为5.0×10¹⁰(个/(nm*cm²))以上。

〔8〕一种LiDAR传感器，具备〔1〕～〔7〕中任一项所述的光学滤波器。

实施例

接下来，根据实施例对本发明进行更详细的说明。

电介质膜的消光系数通过测定成膜于石英基板的单层膜的反射率和透射率以及膜厚，并使用光学薄膜计算软件而算出。

电介质膜的自旋密度基于消光系数使用图6所示的近似式而算出。应予说明，图6所示的近似式由成膜于石英基板的氢导入量、悬空键不同的多个Si单层膜的消光系数和自旋密度而算出。Si单层膜的消光系数利用上述方法而算出，自旋密度使用电子自旋共振波谱仪(Bruker制EMX－nano)进行测定。

分光特性使用分光光度计(岛津制作所公司制Solid Spec－3700)进行测定。

关于分光特性，不特别记载入射角的情况下为0°(垂直于光学滤波器主面的方向)时的测定值。

可见光波长区域的色度评价使用KONICAMINOLTA公司制(CM－26d)进行测定。

作为透明玻璃基板，使用长100mm×宽100mm×厚3.3mm的硼硅酸盐玻璃板(Schott公司制Tempax(注册商标))。

电介质多层膜的形成使用折射率3.5的Si(未掺杂氢的无定形硅)和折射率1.47的SiO₂。应予说明，SiO₂通过使用Si靶在氧气气氛中利用反应性溅射进行成膜。

(例1)

在透明玻璃基板的一个主面利用直流(DC)磁控溅射法使初始层为SiO₂、使最表层为SiO₂而将Si与SiO₂交替层叠23层，形成厚度1.8μm的电介质多层膜(S1－1)。Si的最薄层为2.1nm(从最表层起的第2层)，作为膜厚15nm以下的层，进一步具有膜厚6.0nm(从最表层起的第4层)、5.9nm(从最表层起的第8层)、9.4nm(从最表层起的第14层)的层。Si层的最厚层为89.3nm(从最表层起的第12层)。

接下来，在透明玻璃基板的另一主面利用直流(DC)磁控溅射法使初始层为SiO₂、使最表层为SiO₂而将Si与SiO₂交替层叠11层，形成厚度1.1μm的电介质多层膜(S2－1)。Si的最薄层为8.8nm(从最表层起的第10层)，Si层的最厚层为35nm(从最表层起的第4层)。

由此，得到例1的光学滤波器。

(例2)

在透明玻璃基板的一个主面利用直流(DC)磁控溅射法使初始层为SiO₂、使最表层为SiO₂而将Si与SiO₂交替层叠21层，形成厚度2.0μm的电介质多层膜(S1－2)。Si的最薄层为1.6nm(从最表层起的第2层)，作为膜厚15nm以下的层，进一步具有膜厚5.8nm(从最表层起的第4层)、11.2nm(从最表层起的第8层)、6.7nm(从最表层起的第14层)的层。Si层的最厚层为71.8nm(从最表层起的第12层)。

接下来，在透明玻璃基板的另一主面利用直流(DC)磁控溅射法使初始层为SiO₂、使最表层为SiO₂而将Si与SiO₂交替层叠11层，形成厚度1.4μm的电介质多层膜(S2－2)。Si的最薄层为13.4nm(从最表层起的第10层)，Si层的最厚层为39.8nm(从最表层起的第4层)。

由此，得到例2的光学滤波器。

(例3)

在透明玻璃基板的一个主面利用直流(DC)磁控溅射法使初始层为SiO₂、使最表层为SiO₂而将Si与SiO₂交替层叠21层，形成厚度1.7μm的电介质多层膜(S1－3)。Si的最薄层为0.9nm(从最表层起的第2层)，作为膜厚15nm以下的层，进一步具有膜厚4.5nm(从最表层起的第4层)、9.8nm(从最表层起的第8层)的层。Si层的最厚层为80.8nm(从最表层起的第12层)。

接下来，在透明玻璃基板的另一主面利用直流(DC)磁控溅射法使初始层为SiO₂、使最表层为SiO₂而将Si与SiO₂交替层叠11层，形成厚度1.3μm的电介质多层膜(S2－3)。Si的最薄层为4.8nm(从最表层起的第10层)，Si层的最厚层为47nm(从最表层起的第4层)。

由此，得到例3的光学滤波器。

(例4)

在透明玻璃基板的一个主面利用直流(DC)磁控溅射法使初始层为SiO₂、使最表层为SiO₂而将Si与SiO₂交替层叠23层，形成厚度1.9μm的电介质多层膜(S1－4)。Si的最薄层为2.1nm(从最表层起的第2层)，作为膜厚15nm以下的层，进一步具有膜厚6.0nm(从最表层起的第4层)的层。Si层的最厚层为89.3nm(从最表层起的第12层)。

接下来，在透明玻璃基板的另一主面利用直流(DC)磁控溅射法使初始层为SiO₂、使最表层为SiO₂而将Si与SiO₂交替层叠11层，形成厚度1.3μm的电介质多层膜(S2－4)。Si的最薄层为4.8nm(从最表层起的第10层)，Si层的最厚层为47nm(从最表层起的第4层)。

由此，得到例4的光学滤波器。

(例5)

在透明玻璃基板的一个主面利用直流(DC)磁控溅射法使初始层为SiO₂、使最表层为SiO₂而将Si与SiO₂交替层叠14层，形成厚度1.0μm的电介质多层膜(S1－5)。Si的最薄层为5.2nm(从最表层起的第2层)，作为膜厚15nm以下的层，进一步具有膜厚13.4nm(从最表层起的第4层)的层。Si层的最厚层为266.7nm(从最表层起的第12层)。

接下来，在透明玻璃基板的另一主面利用直流(DC)磁控溅射法使初始层为SiO₂、使最表层为SiO₂而将Si与SiO₂交替层叠14层而形成厚度0.7μm的电介质多层膜(S2－5)。Si的最薄层为4.3nm(从最表层起第13层)，Si层的最厚层为152nm(从最表层起的第4层)。

由此，得到例5的光学滤波器。

将上述各例的光学滤波器的分光特性和高折射率膜(Si层)的特性示于下述表中。

另外，将上述例2和例3中得到的光学滤波器的分光透射率曲线(入射角0度)示于图3，将分光透射率曲线(入射角60度)示于图4，将分光反射率曲线(入射角5度)示于图5。应予说明，反射特性为多层膜S1侧的测定值。

例1～2为实施例，例3～5为比较例。

[表1]

表1

根据上述结果可知：例1和例2的光学滤波器为可见光的遮蔽性优异、即便60度的高入射角1530～1570nm的近红外透射性也优异、而且可见光的透射率和反射率低的呈现黑色的光学滤波器。

例3和例4的光学滤波器的结果如下：膜厚为15nm以下的高折射率膜小于4层，可见光区域的反射率高。

例5的光学滤波器的结果如下：膜厚为15nm以下的高折射率膜小于4层，高折射率膜的最小膜厚超过5nm，高折射率膜的最大膜厚超过100nm，入射角60度时的可见光透射率低。

虽然参照特定的实施方式对本发明进行了详细说明，但在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以加入各种变更、修正，这对本领域技术人员而言是清楚的。本申请基于2021年7月30日申请的日本专利申请(日本特愿2021－126183)，并将其内容作为参照并入于此。

产业上的可利用性

本发明的光学滤波器由于近红外光的透射性和可见光的遮蔽性优异，因此在近年来推进高性能化的例如传输机用照相机、传感器等、特别是LiDAR传感器等信息获取装置的用途中有用。

Claims

1.一种光学滤波器，具备：基材，以及在所述基材的至少一个主面侧作为最外层而层叠的电介质多层膜，

所述电介质多层膜为低折射率膜与高折射率膜层叠而得的层叠体，

所述电介质多层膜包含4层以上的膜厚为15nm以下的高折射率膜，

所述高折射率膜的最小膜厚为1.5～5nm，

所述高折射率膜的最大膜厚为100nm以下，

所述高折射率膜满足下述分光特性(i－1)和(i－2)，

所述光学滤波器满足所有下述分光特性(ii－1)～(ii－4)，

(i－1)波长600nm处的消光系数k₆₀₀为0.12以上，

(i－2)800～1570nm的波长区域的最小消光系数k_{800－1570MIN}为0.01以下，

(ii－1)400～680nm的波长区域的入射角0度时的最大透射率T_{400－680(0deg)MAX}为6％以下，

(ii－2)400～680nm的波长区域的入射角5度时的最大反射率R_{400－680(5deg)MAX}为20％以下，

(ii－3)X～Ynm的波长区域的入射角0度时的平均透射率T_{X－Y(0deg)AVE}为90％以上，其中，X＝800～1530nm，Y＝840～1570nm，Y－X＝40nm，(ii－4)X～Ynm的波长区域的入射角60度时的平均透射率T_{X－Y(60deg)AVE}为90％以上，其中，X＝800～1530nm，Y＝840～1570nm，Y－X＝40nm。

2.一种光学滤波器，具备：基材，以及在所述基材的至少一个主面侧作为最外层而层叠的电介质多层膜，

所述高折射率膜的最小膜厚为1.5～5nm，

所述高折射率膜的最大膜厚为100nm以下，

所述高折射率膜的自旋密度为5.0×10¹⁰以上，自旋密度的单位为个/(nm*cm²)，

所述光学滤波器满足所有下述分光特性(ii－1)～(ii－4)，

3.根据权利要求1或2所述的光学滤波器，其中，进一步满足下述分光特性(ii－5)，

(ii－5)光反射率Y为5％以下。

4.根据权利要求1或2所述的光学滤波器，其中，进一步满足下述分光特性(ii－3A)和(ii－4A)，

(ii－3A)1530～1570nm的波长区域的入射角0°时的平均透射率T_{1530－1570(0deg)AVE}为90％以上，

(ii－4A)1530～1570nm的波长区域的入射角60°时的平均透射率T_{1530－1570(60deg)AVE}为90％以上。

5.根据权利要求1或2所述的光学滤波器，其中，所述电介质多层膜的总膜厚为2.0μm以下。

6.根据权利要求1或2所述的光学滤波器，其中，所述高折射率膜为硅膜，所述低折射率膜为氧化硅膜。

7.根据权利要求1或2所述的光学滤波器，其中，所述高折射率膜为硅膜，所述高折射率膜的自旋密度为5.0×10¹⁰以上，自旋密度的单位为个/(nm*cm²)。

8.一种LiDAR传感器，具备权利要求1或2所述的光学滤波器。