【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、赤外線をカットし、可視光を透過する赤外カットフィルタ及びその赤外カットフィルタを有する光学製品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビデオカメラやデジタルカメラ等の撮像素子として、ＣＣＤ（Charge CoupledDevice、電荷結合素子）が多く用いられている。ＣＣＤは比較的広い波長の光に感度があり、可視光領域のみならず近赤外領域（７５０〜２５００ｎｍ）の光にも感度が良好である。しかし、通常のカメラの用途では、人間の眼に見えない赤外領域は不要であり、近赤外線が撮像素子に入射すると解像度の低下や画像のムラなどの不都合を引き起こす。そのため、ビデオカメラ等の光学系には色ガラスなどの赤外カットフィルタが挿入され、入射する光の中の近赤外線をカットするようになっている。
【０００３】
ところで、近年のカメラの小型化の要請から、光学系を小型化することが求められている。色ガラスの赤外カットフィルタは独立した部品であり、それだけ光学系の小型化の妨げになっている。そのため、特許文献１では、誘電体多層膜で構成される赤外カットフィルタをレンズやローパスフィルタと一体化し、部品としての赤外線カットフィルタを廃止して光学系の小型化を図ることが提案されている。
【０００４】
従来の誘電体多層膜で構成される赤外カットフィルタは、有害な近赤外線をほぼ完全にカットすると共に、できる限り可視光領域（約４００〜７５０ｎｍ）の光を透過できるように、透過波長域から不透過波長域へ変化する傾斜が急峻な分光透過率を備えるものが望まれていた。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−２０７３５０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、赤外カットフィルタを用いて近赤外線をカットして可視光領域の光のみを通すようにしても、人間の眼の網膜は５５０ｎｍ付近が一番感度が良く、ＣＣＤの感度とは一致していない。そのため、ＣＣＤを用いるカメラでは、ＣＣＤで受光した画像の電気信号の分光分布を人間の眼の感度に近い分光分布に変換する画像処理を行っている。この画像処理がカメラのコスト高を招くと共に、画像処理速度が低下する原因となっている。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、人間の眼の網膜の感度に合わせた分光透過率を有する赤外カットフィルタを提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は、この赤外カットフィルタを有する光学製品を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討した結果、誘電体多層膜で構成される赤外カットフィルタの設計を見直し、透過波長域から不透過波長域への変化を示す半値を赤外領域に近接した可視光領域の６００〜７００ｎｍの範囲とすると共に、透過波長域から不透過波長域へ変化する傾斜を緩やかな分光透過率とすることにより、有害な近赤外線をカットする機能はそのままで可視光領域で人間の眼の網膜の感度に近い分光透過率を赤外カットフィルタに与えることができることを見い出した。
【００１０】
従って、請求項１記載の発明は、誘電体多層膜で構成され、５００〜６００ｎｍの波長領域で９０％以上の平均透過率、半値が６００〜７００ｎｍ、７５０〜１０００ｎｍの波長領域で１０％以下の平均透過率、透過率が９０％から１０％へ減少するときの波長幅が４０ｎｍ以上の分光透過率を備えることを特徴とする赤外カットフィルタを提供する。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の赤外カットフィルタを光透過性基材の少なくとも一部の面に有することを特徴とする光学製品を提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の赤外カットフィルタ及び光学製品の実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００１３】
本発明の赤外カットフィルタは、赤外領域の光を反射し、可視光領域の光を透過する赤外線遮断誘電体多層膜であり、透過波長域から不透過波長域への変化を示す半値が赤外領域に近接した可視光領域の６００〜７００ｎｍの範囲であり、透過波長域から不透過波長域へ変化する傾斜を緩やかにした分光透過率を備える。
【００１４】
具体的には、本発明の赤外カットフィルタの分光透過率は、人間の網膜の感度が最も良い５５０ｎｍ近傍の５００〜６００ｎｍの波長領域で９０％以上、好ましくは９５％以上の平均透過率、半値が６００〜７００ｎｍ、好ましくは６２０〜６８０ｎｍの範囲、カットすべき近赤外線領域である７５０〜１０００ｎｍの波長領域で１０％以下、好ましくは５％以下の平均透過率を有する。なお、半値とは、最大透過率の半分の透過率のところの波長である。
【００１５】
図１に本発明の赤外カットフィルタと従来の赤外カットフィルタの分光透過率を比較して示す。実線Ａは本発明の赤外カットフィルタの分光透過率の一例、破線Ｂは従来の赤外カットフィルタの分光透過率の一例を示す。
【００１６】
本発明の赤外カットフィルタの分光透過率Ａと従来の赤外カットフィルタの分光透過率Ｂは、４００〜６００ｎｍの可視光領域ではほぼ９５％以上の透過率を示し、半値がほぼ６５０ｎｍで、７５０〜１０００ｎｍの赤外領域ではほとんど遮断できる共通点を有する。
【００１７】
しかし、本発明の赤外カットフィルタの分光透過率Ａは、６５０ｎｍ近傍の立ち下がり特性が従来のものより傾斜が緩くなっている。具体的には、透過率が９０％から１０％へ減少するときの波長幅が４０ｎｍ以上、好ましくは５０ｎｍ以上、最も好ましくは６０ｎｍ以上の緩やかな傾斜の立ち下がり特性を備える。
【００１８】
破線Ｂで示す従来の赤外カットフィルタの立ち下がり特性は、透過率が９０％から１０％へ減少するときの波長幅が約１０ｎｍであり、急峻である。
【００１９】
本発明の赤外カットフィルタは、半値近傍における透過波長域から不透過波長域へ変化する立ち下がり特性を緩くしたもので、可視光の長波長側を弱くして、実際の眼の感度を示す視感スペクトル感度に近い分光透過率を有する。そのため、本発明の赤外カットフィルタは、ＣＣＤ等の近赤外線にも感度を有する撮像素子を用いるビデオカメラやデジタルカメラの光学系に挿入し、撮像素子に入射する光線から近赤外線をカットすると共に、可視光の長波長側を弱くして、実際の眼の感度を示す視感スペクトル感度に近い光線を撮像素子に入射させる用途に用いることが好適である。これにより、従来の赤外カットフィルタに変えて本発明の赤外カットフィルタを用いるだけでＣＣＤ等で受光した画像信号の分光分布を人間の眼の感度に近い分光分布に変換することを行っている画像処理を簡略化でき、低コストとすることができると共に画像処理速度を高速化することができる。
【００２０】
図１に示す分光透過率では、可視光領域の長波長側の立ち下がり特性を緩やかにし、短波長側は４００ｎｍ以下の紫外線領域をカットできるように３５０〜４００ｎｍの波長範囲で急峻な立ち上がり特性となっているが、更に眼の網膜に近い分光透過率にするために、４００〜５００ｎｍの短波長側を緩やかな立ち上がり特性としても良い。
【００２１】
本発明の誘電体多層膜で構成される赤外カットフィルタは、ビデオカメラやデジタルカメラ等の光学系を構成する部品等の光透過性基材に設けて光学製品として用いることができる。例えば、図２（ａ）に示すように、赤外線をカットする独立した部品としての光学フィルタとして用いることができる。この光学フィルタ１０は、ガラス板やプラスチック板等の光透過性基板１０１の一面側に本発明の赤外カットフィルタ１が設けられ、光透過性基板１０１の反対面には反射防止膜２が設けられている。
【００２２】
また、図２（ｂ）に示すように、光学レンズに用いて赤外カットフィルタ付レンズとして用いることができる。この赤外カットフィルタ付レンズ１１は、平凸レンズ１０２の平坦か平坦に近い光学面に本発明の赤外カットフィルタ１が設けられ、レンズ１０２の他面側の曲率の大きな光学面には反射防止膜２が設けられている構造を有する。この赤外カットフィルタ付光学レンズ１１は、レンズ１０２の光線束を収束又は発散させる機能に赤外カットの機能が付加されたものである。
【００２３】
図２（ｂ）に示す赤外カットフィルタ付レンズ１１は、平面か平面に近い屈折表面に赤外カットフィルタ１を設けている。赤外カットフィルタ１は層間の多重干渉を利用してフィルタ作用を行うため、入射角依存性が大きく、入射角が大きくなると赤外線遮断効率が悪くなる。斜光線が入射したときに、凸面であれば、凸面の法線に対する光線の入射角は凸面の部位によって極めて大きくなり、極端には接線に近くなる場合もある。ところが、斜光線が入射したときに、平面であれば、入射角は部位によらず一定である。そのため、平面か平面に近い屈折表面に赤外カットフィルタ１を設けることにより、赤外カットフィルタ１の入射角依存性を最小限にすることができる。
【００２４】
また、曲率の大きな曲面に対しては赤外カットフィルタ１の均一な成膜は一般に困難である。図２（ｂ）に示す赤外カットフィルタ付レンズ１１では、平面か平面に近い光学面に赤外カットフィルタ１を設けているため、特性に優れた赤外カットフィルタ１を形成することができる。
【００２５】
なお、平凸レンズは両凸レンズと比較して集光力が劣るので、集光力を高めるために、凸面の屈折表面を非球面とすることが好ましい。また、凹レンズでも同様に赤外カットフィルタ付レンズとすることができる。
【００２６】
また、本発明の赤外カットフィルタは、図２（ｃ）に示すように、ローパスフィルタに用いて赤外カットフィルタ付ローパスフィルタとして用いることができる。ローパスフィルタは、光学像の空間周波数の高域成分を抑制して撮像素子にモアレが発生することを抑制する機能を有する。この赤外カットフィルタ付ローパスフィルタ１２は、ローパスフィルタ１０３の一面側に本発明の赤外カットフィルタ１が設けられ、他面側に反射防止膜２が設けられている。ローパスフィルタ１０３は、例えば水晶板の単板又は単板を２枚若しくは３枚組み合わせたものや、図２（ｃ）に示すような２枚の水晶板１０５，１０６の間に１／４波長板１０７を挟んだ構造のものなどがある。１／４波長板としては、例えば一軸延伸したプラスチックフィルムが用いられる。赤外カットフィルタ付ローパスフィルタ１２は、光学像の空間周波数の高域成分を抑制する機能に赤外カットの機能が付加されたものである。
【００２７】
本発明の赤外カットフィルタは、ＴｉＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、Ｔａ2Ｏ5等の高屈折率の誘電体からなる高屈折率層とＳｉＯ2、ＭｇＦ2等の低屈折率の誘電体層からなる低屈折率層が交互に数層から数十層積層されている構造を有する。
【００２８】
膜厚の基本的な設計として、高屈折率層と低屈折率層とが交互にそれぞれ同じ光学的膜厚で繰り返し積層された繰り返し交互層を有するのが一般的である。繰り返し交互層は、（１Ｈ、１Ｌ）Ｓのように表される。ここで、カットしたい波長の中心近くの波長を設計波長λとして、高屈折率層（Ｈ）の膜厚を光学的膜厚ｎｄ＝１／４λの値を１Ｈとして表記し、低屈折率層（Ｌ）を同様に１Ｌとする。Ｓはスタック数と呼ばれる繰り返しの回数で、括弧内の構成を周期的に繰り返すことを表している。この繰り返し交互層によって、カットされる特定の波長が決定される。Ｓの値が大きくなると吸収−透過へ変化する立ち下がり特性（急峻さ）が急になるため、本発明の赤外カットフィルタにおいては、立ち下がり特性を緩やかにするため、Ｓの値としては２から７程度の範囲から選定され、また、通常の基本設計の繰り返し交互層を少しずつ厚さを変えて積層することが好ましい。
【００２９】
透過帯域の透過率を高くし、リップルと呼ばれる光透過率の凹凸をフラットな特性にするためには、繰り返し交互層の基板近くと、媒質近くの数層ずつの膜厚を変化させて最適設計を行う。そのため、基板｜０．５Ｌ、１Ｈ・・・ＨＬ（ＨＬ）ｓＨＬ・・・Ｈ、０．５Ｌのように表記される。また、高屈折率層にＴｉＯ2などを使う場合、最外層を高屈折率層で終わらせるよりも、より耐環境特性にすぐれたＳｉＯ2を最外層に追加して設計を行うことが多い。基板に接する層もＴｉＯ2が基板と反応して特性が劣化することがあるので、化学的に安定なＳｉＯ2を第１層に追加することもある。このような多層膜カットフィルタの設計は市販のソフトウエアを用いて理論的に行うことができる（参考文献：ＯＰＴＲＯＮＩＣＳ誌 １９９９ Ｎｏ．５ ｐ．１７５−１９０）。
【００３０】
本発明の赤外カットフィルタの具体的な構造を示すと、低屈折率層としてＳｉＯ2（ｎ＝１．４６）、高屈折率層としてＴａ2Ｏ5（ｎ＝２．１）を選定し、設計波長λを７５５ｎｍとした場合、次のような４０層の積層構造を例示することができる。
【００３１】
１．１７Ｈ、１．１３Ｌ、（０．９５Ｈ、０．９９Ｌ）４、（１．０５Ｈ、１．１Ｌ）４、（１．１８Ｈ、１．２２Ｌ）２、（１．２５Ｈ、１．２８Ｌ）３、（１．３３Ｈ、１．３４Ｌ）５、１．１６Ｈ、０．５９Ｌ。
【００３２】
高屈折率層と低屈折率層とを交互に基板上に成膜するには、物理的成膜法が一般的であり、通常の真空蒸着法でも可能であるが、膜の屈折率の安定した制御が可能で、保管・仕様環境変化による分光特性の経時変化が少ない膜を作成できるイオンアシスト蒸着やイオンプレーティング法、スパッタリング法が望ましい。
【００３３】
真空蒸着法は、高真空中で薄膜材料を加熱蒸発させ、この蒸発粒子を基板上に堆積させて薄膜を形成する方法である。イオンアシスト蒸着は、真空蒸着装置の中にイオンビーム発生装置とニュートライザーを備え、薄膜材料を気化させ、イオンビーム発生装置で不活性ガス又は酸素ガスをイオン化及び加速してイオンビームを基板に向けて出射すると共にニュートライザーでイオンビームを無帯電気体化しながら気化した薄膜材料を加速したり、基板上に付着した薄膜材料を撹拌（ミキシング）することにより活性化して蒸着させる方法である。イオンプレーティング法は、蒸着粒子をイオン化し、電界により加速して基板に付着させたり、ガスイオンで基板上を活性化させながら成膜する方法であり、ＡＰＳ（Advanced Plasma Source）、ＥＢＥＰ（Electron Beam Excited Plasma）法、ＲＦ（Radio Frequency）直接基板印加法（成膜室内に高周波ガスプラズマを発生させた状態で反応性の真空蒸着を行う方法）などの方式がある。スパッタリング法は、電界により加速したイオンを薄膜材料に衝突させて薄膜材料を叩き出すスパッタリングにより薄膜材料を蒸発させ、蒸発粒子を基板上に堆積させる薄膜形成方法である。成膜される層の屈折率等の光学定数は、成膜方法、成膜条件等で異なってくるので、製造前に成膜される層の光学定数を正確に測定する必要がある。
【００３４】
成膜の対象となる光透過性基材が、ガラスのように耐熱性が良好な素材とプラスチックのように耐熱性が低い素材とでは、成膜方法が異なる。
【００３５】
ガラス基板への真空蒸着では内部に設置された加熱用のヒーターで、積極的に基板を２００℃〜３００℃に加熱することが広く行われている。基板温度を上げると基板上で活性な状態で蒸着膜が形成されるため、膜の酸化を促進する効果や、緻密で耐環境性に優れた膜をつくることができる。
【００３６】
ところが樹脂部品へ直接成膜する場合、殆どの樹脂の耐熱温度は１００℃台であるため、成膜温度について１００℃程度を上限に押さえる必要がある。成膜面はガラスであっても裏面や内部に樹脂が貼り合わされているローパスフィルタのような場合はもう少し高温での成膜が可能となるが、それでも１５０℃程度が上限となる低温成膜を行う。
【００３７】
低温成膜では、成膜時にイオンビームアシスト蒸着やイオンプレーティングを行うことで結晶が緻密で耐環境性に優れた膜を成膜することができる。材料によっては基板を加熱しない場合でも通常の蒸着（低温での）より優れた膜の強度や光学特性が得られるため、いずれかの方法を必要に応じて採用する。実際にＴａ2Ｏ5，ＴｉＯ2については、低温での蒸着では膜が酸素不足状態となり光の吸収が生じてしまう問題があるので、酸素ガスによるイオンビームアシスト蒸着やイオンプレーティングを行うことが好ましい。低温成膜では、イオンビーム照射やプラズマにより基板の温度上昇が生じるため、必要最小限のパワーで済ませることが好ましい。
【００３８】
Ｔａ2Ｏ5，ＴｉＯ2のイオンビームアシスト条件に関しては、酸素ガスをチャンバに導入して１×１０-3Ｐａ程度の真空度として、イオン電流密度２０μＡ／ｃｍ2以下、加速電圧３００Ｖ以下にする。通常の条件は、３０μＡ／ｃｍ2以上、加速電圧も５００Ｖ以上に設定する。
【００３９】
同じくイオンプレーティングに関しては酸素ガスを使ったＲＦプラズマ方式において、１ＫＷ以下のＲＦ出力とすることが好ましい。通常の条件では数ＫＷかける。
【００４０】
１×１０-3Ｐａ程度の真空度で０．５〜０．７５ＫＷのＲＦ印加をすると膜の強度が実用上問題なく、吸収も少ない膜が得られる。成膜速度に関しては急速に成膜することにより、プラズマやイオンビームの作用が薄れて吸収が生じたりしないように０．１ｎｍ／ｓ〜０．５ｎｍ／ｓの範囲で調節することが好ましい。
【００４１】
蒸着時に、蒸発源からの輻射熱によって表面温度が上昇する問題もある。蒸発源と成膜面の距離を離すのが好ましい。
【００４２】
一方、ＳｉＯ2に関しては、プラスチック眼鏡レンズの蒸着に古くから使われているように、１００℃以下の低温での通常蒸着でも実用上十分な膜強度と光学特性が得られるため通常の蒸着で成膜できる。
【００４３】
なお、多層膜の熱応力と膜の応力は殆どの場合、膜が圧縮された圧縮応力であり、膜面凸となるそりが発生する。１００℃以下の低温で成膜することで熱応力を減らすことができる。
【００４４】
本発明の赤外カットフィルタと共に形成される反射防止膜は、無機被膜、有機被膜の単層または多層で構成される。無機被膜と有機被膜との多層構造であってもよい。無機被膜の材質としては、ＳｉＯ2、ＳｉＯ、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2、ＴｉＯ、Ｔｉ2Ｏ3、Ｔｉ2Ｏ5、Ａｌ2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5、ＣｅＯ2、ＭｇＯ、Ｙ2Ｏ3、ＳｎＯ2、ＭｇＦ2、ＷＯ3等の無機物が挙げられ、これらを単独でまたは２種以上を併用して用いることができる。また、多層膜構成とした場合は、最外層はＳｉＯ2とすることが好ましい。
【００４５】
無機被膜の多層膜としては、基材側からＺｒＯ2層とＳｉＯ2層の合計光学膜厚がλ／４，ＺｒＯ2層の光学的膜厚がλ／４、最上層のＳｉＯ2層の光学的膜厚がλ／４の４層構造を例示することができる。ここで、λは設計波長であり、通常５２０ｎｍが用いられる。
【００４６】
無機被膜の成膜方法は、例えば真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、飽和溶液中での化学反応により析出させる方法等を採用することができる。
【００４７】
有機被膜の材質は、例えばＦＦＰ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＥＴＦＥ（エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体）等を挙げることができ、基材の屈折率を考慮して選定される。成膜方法は、真空蒸着法の他、スピンコート法、ディップコート法などの量産性に優れた塗装方法で成膜することができる。
【００４８】
【実施例】
＜実施例＞
光透過性基板材料はＢＫ７（ｎ＝１．５２の白板ガラス）を用いた。使用する膜の材料は、高屈折率層（Ｈ）がＴａ2Ｏ5、低屈折率層（Ｌ）がＳｉＯ2、成膜方法はＲＦイオンプレーティング装置（昭和真空（株）製）を用いた。
【００４９】
膜厚構成は、λ＝７５５ｎｍ、基板側から１．１７Ｈ、１．１３Ｌ、１．０１Ｈ、１．０５Ｌ、（０．９５Ｈ、０．９９Ｌ）４、１．０２Ｈ、１．１１Ｌ、１．１１Ｈ、１．１２Ｌ、１．０４Ｈ、１．０５Ｌ、１．０３Ｈ、１．１２Ｌ、（１．１８Ｈ、１．２２Ｌ）２、（１．２５Ｈ、１．２８Ｌ）２、１．２９Ｈ、（１．３４Ｌ、１．３３Ｈ）３、１．３３Ｌ、１．２８Ｈ、１．２４Ｌ、１．１６Ｈ、０．５９Ｌの４０層とした。
【００５０】
得られた赤外カットフィルタの分光透過率は、図１の実線Ａで示される。
＜比較例＞
光透過性基板材料はＢＫ７（ｎ＝１．５２の白板ガラス）を用いた。使用する膜の材料は、高屈折率層（Ｈ）がＴａ2Ｏ5、低屈折率層（Ｌ）がＳｉＯ2、成膜方法はＲＦイオンプレーティング装置（昭和真空（株）製）を用いた。
【００５１】
膜厚構成は、λ＝７５５ｎｍ、基板側から１．１４１Ｈ、１．０８８Ｌ、１．０３Ｈ、１．０１Ｌ、（０．９９４Ｈ、０．９９４Ｌ）６、１．０２４Ｈ、１．０７７Ｌ、１．３０９Ｈ、０．１７５Ｌ、１．３６８Ｈ、１．２４１Ｌ、１．２７３Ｈ、１．２７７Ｌ、（１．２７５Ｈ、１．２７６Ｌ）６、１．２５７Ｈ、１．２７８Ｌ、１．２５４Ｈ、０．６２６Ｌの４０層とした。
【００５２】
得られた赤外カットフィルタの分光透過率は、図１の破線Ｂで示される。
【００５３】
【発明の効果】
本発明の赤外カットフィルタは、赤外線をカットできると共に、可視光領域では人間の眼の網膜の感度に合わせた分光透過率を有する。
【００５４】
また、本発明の光学製品は、赤外線をカットできると共に、可視光領域では人間の眼の網膜の感度に合わせた分光透過率の赤外カットフィルタを有するため、撮像素子に結像するための光学系に用いて、画像処理の負荷を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の赤外カットフィルタと従来の赤外カットフィルタの分光透過率の一例を示すグラフである。
【図２】本発明の赤外カットフィルタを種々の光透過性基材に設けた例を示すもので、（ａ）は光透過性基板に、（ｂ）は光学レンズに、（ｃ）はローパスフィルタに赤外カットフィルタを設けた例を示す。
【符号の説明】
１：赤外カットフィルタ
２：反射防止膜
１０：光学フィルタ
１１：光学レンズ
１２：ローパスフィルタ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an infrared cut filter that cuts infrared light and transmits visible light, and an optical product having the infrared cut filter.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art CCDs (Charge Coupled Devices) are often used as image pickup devices for video cameras, digital cameras, and the like. The CCD is sensitive to light having a relatively wide wavelength, and has good sensitivity not only to visible light but also to light in the near infrared region (750 to 2500 nm). However, in a normal camera application, an infrared region invisible to human eyes is unnecessary, and when near-infrared light is incident on the image sensor, inconveniences such as a decrease in resolution and unevenness of an image are caused. For this reason, an infrared cut filter such as a colored glass is inserted into an optical system such as a video camera to cut a near infrared ray in incident light.
[0003]
By the way, in recent years, downsizing of an optical system has been demanded in response to a demand for downsizing of a camera. The infrared cut filter of colored glass is an independent component, which hinders miniaturization of the optical system. For this reason, Patent Document 1 proposes that an infrared cut filter composed of a dielectric multilayer film is integrated with a lens or a low-pass filter, and the infrared cut filter as a component is eliminated to reduce the size of the optical system. I have.
[0004]
A conventional infrared cut filter composed of a dielectric multilayer film cuts harmful near-infrared rays almost completely and transmits light in a visible light region (about 400 to 750 nm) as much as possible. There is a demand for a device having a spectral transmittance with a steep slope that changes from a wavelength to an opaque wavelength region.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-5-207350
[Problems to be solved by the invention]
However, even if the near-infrared ray is cut off using an infrared cut filter and only the light in the visible light region passes, the retina of the human eye has the highest sensitivity near 550 nm, which matches the sensitivity of the CCD. Not. For this reason, a camera using a CCD performs image processing for converting a spectral distribution of an electric signal of an image received by the CCD into a spectral distribution close to the sensitivity of human eyes. This image processing causes an increase in the cost of the camera and causes a reduction in image processing speed.
[0007]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an infrared cut filter having a spectral transmittance that matches the sensitivity of the retina of a human eye.
[0008]
Another object of the present invention is to provide an optical product having the infrared cut filter.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present inventor has conducted intensive studies to achieve the above object, and as a result, reviewed the design of the infrared cut filter composed of the dielectric multilayer film, and changed the half value indicating the change from the transmission wavelength range to the non-transmission wavelength range to the infrared ray. The function to cut harmful near-infrared rays is maintained as it is by setting the range of 600 to 700 nm in the visible light region close to the region and making the slope that changes from the transmission wavelength region to the non-transmission wavelength region a gentle spectral transmittance. It was found that a spectral transmittance close to the sensitivity of the retina of the human eye in the visible light region can be given to the infrared cut filter.
[0010]
Therefore, the invention according to claim 1 is constituted of a dielectric multilayer film, and has an average transmittance of 90% or more in a wavelength region of 500 to 600 nm, a half value of 600 to 700 nm, and a half value of 10% or less in a wavelength region of 750 to 1000 nm. Provided is an infrared cut filter having a spectral transmittance of 40 nm or more in wavelength width when the average transmittance and the transmittance decrease from 90% to 10%.
[0011]
According to a second aspect of the present invention, there is provided an optical product having the infrared cut filter according to the first aspect on at least a part of a surface of a light-transmitting substrate.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the infrared cut filter and the optical product of the present invention will be described, but the present invention is not limited to the following embodiments.
[0013]
The infrared cut filter of the present invention is an infrared cut-off dielectric multilayer film that reflects light in the infrared region and transmits light in the visible light region, and has a half value indicating a change from a transmission wavelength region to a non-transmission wavelength region. It is a range of 600 to 700 nm in a visible light region close to an infrared region, and has a spectral transmittance with a gentle slope that changes from a transmission wavelength region to a non-transmission wavelength region.
[0014]
Specifically, the spectral transmittance of the infrared cut filter of the present invention is 90% or more, preferably 95% or more in the wavelength region of 500 to 600 nm near 550 nm where the sensitivity of the human retina is the best. It has a half value in the range of 600 to 700 nm, preferably 620 to 680 nm, and has an average transmittance of 10% or less, preferably 5% or less in a wavelength region of 750 to 1000 nm which is a near infrared region to be cut. Note that the half value is a wavelength at a transmittance of half of the maximum transmittance.
[0015]
FIG. 1 shows a comparison of the spectral transmittance between the infrared cut filter of the present invention and the conventional infrared cut filter. Solid line A shows an example of the spectral transmittance of the infrared cut filter of the present invention, and broken line B shows an example of the spectral transmittance of the conventional infrared cut filter.
[0016]
The spectral transmittance A of the infrared cut filter of the present invention and the spectral transmittance B of the conventional infrared cut filter show a transmittance of approximately 95% or more in the visible light region of 400 to 600 nm, and have a half value of approximately 650 nm. In the infrared region of 750 to 1000 nm, there is a common point that can be almost cut off.
[0017]
However, the spectral transmittance A of the infrared cut filter according to the present invention has a more gradual falling characteristic near 650 nm than the conventional one. Specifically, it has a gently falling characteristic with a wavelength width of 40 nm or more, preferably 50 nm or more, and most preferably 60 nm or more when the transmittance decreases from 90% to 10%.
[0018]
The falling characteristic of the conventional infrared cut filter indicated by the broken line B is steep, with a wavelength width of about 10 nm when the transmittance decreases from 90% to 10%.
[0019]
The infrared cut filter of the present invention has a gentle fall characteristic that changes from a transmission wavelength range to a non-transmission wavelength range in the vicinity of half value, weakens the long wavelength side of visible light, and shows actual eye sensitivity. It has a spectral transmittance close to the luminous spectral sensitivity. Therefore, the infrared cut filter of the present invention is inserted into an optical system of a video camera or a digital camera using an image sensor having sensitivity to near infrared rays such as a CCD, and cuts near infrared rays from light rays incident on the image sensor. It is preferable to use the device for weakening the long-wavelength side of visible light so as to make a light ray close to the luminous spectrum sensitivity indicating actual eye sensitivity incident on the image sensor. By using the infrared cut filter of the present invention instead of the conventional infrared cut filter, the spectral distribution of an image signal received by a CCD or the like can be converted into a spectral distribution close to the sensitivity of human eyes. Image processing can be simplified, the cost can be reduced, and the image processing speed can be increased.
[0020]
In the spectral transmittance shown in FIG. 1, the falling characteristic on the long wavelength side in the visible light region is moderated, and on the short wavelength side, the steep rising characteristic in the wavelength range of 350 to 400 nm is set so that the ultraviolet region of 400 nm or less can be cut. However, in order to make the spectral transmittance closer to the retina of the eye, the short wavelength side of 400 to 500 nm may have a gentle rising characteristic.
[0021]
The infrared cut filter composed of the dielectric multilayer film of the present invention can be used as an optical product by being provided on a light-transmitting substrate such as a component constituting an optical system such as a video camera or a digital camera. For example, as shown in FIG. 2A, it can be used as an optical filter as an independent component that blocks infrared rays. In the optical filter 10, an infrared cut filter 1 of the present invention is provided on one surface side of a light transmitting substrate 101 such as a glass plate or a plastic plate, and an antireflection film 2 is provided on the opposite surface of the light transmitting substrate 101. Have been.
[0022]
Further, as shown in FIG. 2B, it can be used as an optical lens and as a lens with an infrared cut filter. In the lens 11 with an infrared cut filter, the infrared cut filter 1 of the present invention is provided on a flat or nearly flat optical surface of a plano-convex lens 102, and an optical surface with a large curvature on the other surface side of the lens 102 has an antireflection. It has a structure in which the film 2 is provided. In the optical lens 11 with an infrared cut filter, an infrared cut function is added to the function of converging or diverging the light beam of the lens 102.
[0023]
In the lens 11 with an infrared cut filter shown in FIG. 2B, the infrared cut filter 1 is provided on a flat surface or a refractive surface close to a flat surface. Since the infrared cut filter 1 performs a filter action by utilizing multiple interference between layers, the infrared cut filter 1 has a large incident angle dependency, and as the incident angle increases, the infrared cutoff efficiency deteriorates. If the oblique ray is incident, if it is a convex surface, the incident angle of the light ray with respect to the normal of the convex surface becomes extremely large depending on the convex portion, and may be extremely close to a tangent line. However, if the oblique rays are incident and are flat, the incident angle is constant regardless of the location. Therefore, by providing the infrared cut filter 1 on a flat surface or a refractive surface close to a flat surface, the incident angle dependence of the infrared cut filter 1 can be minimized.
[0024]
Also, it is generally difficult to form a uniform film of the infrared cut filter 1 on a curved surface having a large curvature. In the lens 11 with an infrared cut filter shown in FIG. 2B, since the infrared cut filter 1 is provided on a plane or an optical surface close to a plane, the infrared cut filter 1 having excellent characteristics can be formed. .
[0025]
Note that a plano-convex lens is inferior in light-collecting power as compared with a biconvex lens, and therefore it is preferable that the convex refracting surface be an aspheric surface in order to increase the light-collecting power. Similarly, a concave lens can be used as a lens with an infrared cut filter.
[0026]
Further, as shown in FIG. 2C, the infrared cut filter of the present invention can be used as a low pass filter and a low pass filter with an infrared cut filter. The low-pass filter has a function of suppressing a high-frequency component of the spatial frequency of the optical image and suppressing occurrence of moire in the image sensor. In the low-pass filter 12 with an infrared cut filter, the infrared cut filter 1 of the present invention is provided on one surface of the low-pass filter 103, and the antireflection film 2 is provided on the other surface. The low-pass filter 103 is, for example, a single quartz plate or a combination of two or three single plates, or a 波長 wavelength plate between two quartz plates 105 and 106 as shown in FIG. For example, there is one having a structure sandwiching 107. For example, a uniaxially stretched plastic film is used as the 波長 wavelength plate. The low-pass filter 12 with an infrared cut filter has a function of suppressing an infrared cut function added to a function of suppressing a high frequency component of a spatial frequency of an optical image.
[0027]
The infrared cut filter of the present invention includes a high-refractive-index layer made of a high-refractive-index dielectric such as TiO 2 , Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 and a low-refractive-index dielectric layer made of SiO 2 , MgF 2 or the like. Having a low refractive index layer composed of several to several tens of layers alternately laminated.
[0028]
As a basic design of the film thickness, a high refractive index layer and a low refractive index layer generally have a repetitive alternating layer which is alternately and repeatedly laminated with the same optical film thickness. Repeated alternating layers are represented as (1H, 1L) S. Here, the wavelength near the center of the wavelength to be cut is expressed as the design wavelength λ, the thickness of the high refractive index layer (H) is expressed as the optical thickness nd =＝ λ, and the value of 1H is expressed as the low refractive index layer ( L) is similarly set to 1L. S is the number of repetitions called the number of stacks, and represents that the configuration in parentheses is repeated periodically. The particular wavelength to be cut is determined by the repeating alternating layers. As the value of S increases, the falling characteristic (steepness) that changes to absorption-transmission becomes steep, so in the infrared cut filter of the present invention, the value of S is set to 2 in order to make the falling characteristic gentle. It is preferable that the repetition alternating layers of the ordinary basic design are laminated while changing the thickness little by little.
[0029]
In order to increase the transmittance in the transmission band and flatten out the unevenness of the light transmittance called ripple, the optimal design is made by changing the film thickness of several layers near the substrate and the medium near the alternating layers repeatedly. I do. Therefore, the substrate is expressed as | 0.5L, 1H... HL (HL) sHL. When TiO 2 or the like is used for the high refractive index layer, the design is often performed by adding SiO 2 having better environmental resistance characteristics to the outermost layer, rather than ending the outermost layer with the high refractive index layer. Since the TiO 2 may react with the substrate and deteriorate the characteristics of the layer in contact with the substrate, chemically stable SiO 2 may be added to the first layer. The design of such a multilayer cut filter can be theoretically performed using commercially available software (Reference: OPTRONICS Magazine 1999 No. 5 p. 175-190).
[0030]
To show the specific structure of the infrared cut filter of the present invention, SiO 2 (n = 1.46) is selected as the low refractive index layer and Ta 2 O 5 (n = 2.1) is selected as the high refractive index layer. When the design wavelength λ is 755 nm, the following 40-layer laminated structure can be exemplified.
[0031]
1.17H, 1.13L, (0.95H, 0.99L) 4, (1.05H, 1.1L) 4, (1.18H, 1.22L) 2, (1.25H, 1.28L) 3, (1.33H, 1.34L) 5, 1.16H, 0.59L.
[0032]
In order to alternately form a high-refractive-index layer and a low-refractive-index layer on a substrate, a physical film-forming method is generally used, and a normal vacuum deposition method is also possible. It is desirable to use ion-assisted vapor deposition, ion plating, or sputtering, which can form a film that can perform controlled control and has little change over time in spectral characteristics due to storage and specification environment changes.
[0033]
The vacuum evaporation method is a method in which a thin film material is heated and evaporated in a high vacuum, and the evaporated particles are deposited on a substrate to form a thin film. Ion-assisted vapor deposition is equipped with an ion beam generator and a nutrizer in a vacuum vapor deposition system.The thin film material is vaporized, and the ion beam generator ionizes and accelerates the inert gas or oxygen gas to direct the ion beam to the substrate. This is a method in which the vaporized thin film material is accelerated while the ion beam is uncharged and gasified by a nutrizer, or the thin film material attached to the substrate is activated (mixed) to be activated and deposited. The ion plating method is a method in which vapor deposition particles are ionized and accelerated by an electric field to adhere to a substrate, or a film is formed while activating the substrate with gas ions, and is formed by APS (Advanced Plasma Source), EBEP (Electron). Beam Excited Plasma), RF (Radio Frequency) direct substrate application (reactive vacuum deposition with high-frequency gas plasma generated in a deposition chamber), and the like. The sputtering method is a thin film forming method in which ions accelerated by an electric field collide with the thin film material and the thin film material is sputtered to evaporate the thin film material and deposit evaporated particles on a substrate. Since the optical constants such as the refractive index of the layer to be formed differ depending on the film forming method, film forming conditions, and the like, it is necessary to accurately measure the optical constant of the layer formed before manufacturing.
[0034]
The method of forming a film differs depending on whether the light-transmitting substrate to be formed is a material having good heat resistance such as glass and a material having low heat resistance such as plastic.
[0035]
In vacuum deposition on a glass substrate, it is widely practiced to actively heat the substrate to 200 ° C. to 300 ° C. with a heating heater installed inside. When the substrate temperature is increased, a deposited film is formed in an active state on the substrate, so that an effect of accelerating oxidation of the film and a dense film having excellent environmental resistance can be formed.
[0036]
However, when a film is formed directly on a resin part, since the heat resistance temperature of most resins is in the order of 100 ° C., it is necessary to keep the upper limit of the film forming temperature at about 100 ° C. Even if the film formation surface is glass, it is possible to form a film at a slightly higher temperature in the case of a low-pass filter in which a resin is adhered to the back surface or the inside. Do.
[0037]
In low-temperature film formation, by performing ion beam assisted vapor deposition or ion plating during film formation, a film having dense crystals and excellent environmental resistance can be formed. Depending on the material, even when the substrate is not heated, a film strength and optical characteristics superior to those of ordinary vapor deposition (at a low temperature) can be obtained. Therefore, any one of the methods is adopted as necessary. Actually, for Ta 2 O 5 and TiO 2, there is a problem that the vapor deposition at a low temperature causes the film to be in an oxygen-deficient state and light absorption occurs. Therefore, it is necessary to perform ion beam assisted vapor deposition or ion plating using oxygen gas. preferable. In low-temperature film formation, the temperature of the substrate is increased by ion beam irradiation or plasma, so it is preferable to use only the minimum necessary power.
[0038]
Regarding the ion beam assist conditions of Ta 2 O 5 and TiO 2 , an oxygen gas is introduced into the chamber to a degree of vacuum of about 1 × 10 −3 Pa, an ion current density of 20 μA / cm 2 or less, and an acceleration voltage of 300 V or less. . Normal conditions are set to 30 μA / cm 2 or more and the acceleration voltage to 500 V or more.
[0039]
Similarly, with regard to ion plating, it is preferable that the RF output be 1 KW or less in the RF plasma system using oxygen gas. Under normal conditions, several KW are required.
[0040]
When a RF of 0.5 to 0.75 KW is applied at a degree of vacuum of about 1 × 10 −3 Pa, a film having practically no problem in strength of the film and little absorption can be obtained. The deposition rate is preferably adjusted in the range of 0.1 nm / s to 0.5 nm / s so that the action of the plasma or ion beam is not weakened due to rapid deposition.
[0041]
At the time of vapor deposition, there is also a problem that the surface temperature rises due to radiant heat from the evaporation source. It is preferable to increase the distance between the evaporation source and the film formation surface.
[0042]
On the other hand, as for SiO 2 , as has been used for a long time in the deposition of plastic spectacle lenses, practical deposition at a low temperature of 100 ° C. or less can provide practically sufficient film strength and optical characteristics, so that it is formed by ordinary deposition. Can membrane.
[0043]
In most cases, the thermal stress of the multilayer film and the stress of the film are compressive stresses generated by compressing the film, and warpage that becomes convex on the film surface occurs. By forming a film at a low temperature of 100 ° C. or less, thermal stress can be reduced.
[0044]
The antireflection film formed together with the infrared cut filter of the present invention is composed of a single layer or a multilayer of an inorganic film and an organic film. It may have a multilayer structure of an inorganic coating and an organic coating. Examples of the material of the inorganic coating include SiO 2 , SiO, ZrO 2 , TiO 2 , TiO, Ti 2 O 3 , Ti 2 O 5 , Al 2 O 3 , Ta 2 O 5 , CeO 2 , MgO, Y 2 O 3 , Inorganic substances such as SnO 2 , MgF 2 and WO 3 can be mentioned, and these can be used alone or in combination of two or more. In the case of a multilayer structure, the outermost layer is preferably made of SiO 2 .
[0045]
As the multilayer film of the inorganic coating, the total optical thickness of the ZrO 2 layer and the SiO 2 layer from the substrate side is λ / 4, the optical thickness of the ZrO 2 layer is λ / 4, and the optical thickness of the uppermost SiO 2 layer is An example is a four-layer structure with a target film thickness of λ / 4. Here, λ is a design wavelength, and usually 520 nm is used.
[0046]
As a method of forming the inorganic coating, for example, a vacuum deposition method, an ion plating method, a sputtering method, a CVD method, a method of depositing by a chemical reaction in a saturated solution, or the like can be adopted.
[0047]
Examples of the material of the organic film include FFP (tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer), PTFE (polytetrafluoroethylene), and ETFE (ethylene-tetrafluoroethylene copolymer). It is selected in consideration of the refractive index. As a film formation method, a film can be formed by a coating method excellent in mass productivity such as a spin coating method and a dip coating method, in addition to a vacuum evaporation method.
[0048]
【Example】
<Example>
BK7 (white plate glass with n = 1.52) was used as the light transmitting substrate material. Use a film material to be used, the high refractive index layer (H) is Ta 2 O 5, the low refractive index layer (L) is SiO 2, film forming method RF ion plating apparatus (manufactured by Showa vacuum Co.) Was.
[0049]
The film thickness configuration is: λ = 755 nm, 1.17H, 1.13L, 1.01H, 1.05L, (0.95H, 0.99L) 4, 1.02H, 1.11L, 1.11H from the substrate side. , 1.12L, 1.04H, 1.05L, 1.03H, 1.12L, (1.18H, 1.22L) 2, (1.25H, 1.28L) 2, 1.29H, (1. 34L, 1.33H) 40 layers of 3, 1.33L, 1.28H, 1.24L, 1.16H, 0.59L.
[0050]
The spectral transmittance of the obtained infrared cut filter is shown by a solid line A in FIG.
<Comparative example>
BK7 (white plate glass with n = 1.52) was used as the light transmitting substrate material. Use a film material to be used, the high refractive index layer (H) is Ta 2 O 5, the low refractive index layer (L) is SiO 2, film forming method RF ion plating apparatus (manufactured by Showa vacuum Co.) Was.
[0051]
The film thickness configuration is λ = 755 nm, 1.141H, 1.088L, 1.03H, 1.01L, (0.994H, 0.994L) 6, 1.024H, 1.077L, 1.309H from the substrate side. , 0.175L, 1.368H, 1.241L, 1.273H, 1.277L, (1.275H, 1.276L) 6, 1.257H, 1.278L, 1.254H, 0.626L And
[0052]
The obtained spectral transmittance of the infrared cut filter is indicated by a broken line B in FIG.
[0053]
【The invention's effect】
The infrared cut filter of the present invention can cut infrared rays and has a spectral transmittance in the visible light region that matches the sensitivity of the retina of the human eye.
[0054]
In addition, the optical product of the present invention can cut infrared light, and has an infrared cut filter having a spectral transmittance in the visible light region that matches the sensitivity of the retina of the human eye. It can be used in a system to reduce the load of image processing.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing an example of the spectral transmittance of an infrared cut filter of the present invention and a conventional infrared cut filter.
FIGS. 2A and 2B show examples in which the infrared cut filter of the present invention is provided on various light-transmitting substrates, wherein FIG. 2A shows a light-transmitting substrate, FIG. 2B shows an optical lens, and FIG. An example in which an infrared cut filter is provided in a low-pass filter will be described.
[Explanation of symbols]
1: infrared cut filter 2: anti-reflection film 10: optical filter 11: optical lens 12: low-pass filter
