JP2012137650A - Optical filter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、撮像装置等において用いる所定の波長領域の光の透過を制限する赤外線カットフィルタ、紫外赤外線カットフィルタ等の光学フィルタに関するものである。 The present invention relates to an optical filter such as an infrared cut filter or an ultraviolet infrared cut filter that restricts transmission of light in a predetermined wavelength region used in an imaging apparatus or the like.
ビデオカメラ等の撮像装置に使用される固体撮像素子は、人眼の感度特性に対応させるために、分光透過率等の光学特性を調節するフィルタと組み合わせて使用されることがある。具体的には、近赤外線カットフィルタや紫外線カットフィルタ、又はこれらを1枚のフィルタで実現した紫外赤外線カットフィルタ等がある。 A solid-state imaging device used in an imaging apparatus such as a video camera may be used in combination with a filter that adjusts optical characteristics such as spectral transmittance in order to correspond to the sensitivity characteristics of the human eye. Specifically, there are a near-infrared cut filter, an ultraviolet cut filter, or an ultraviolet / infrared cut filter in which these are realized by a single filter.
これらのフィルタは所望の波長領域の光の透過を制限するために、フィルタの基材内に制限領域の光を吸収する材料を練り込んだり、基材上に塗布したりすることにより吸収している。また、基材上に屈折率が異なる2種類以上の薄膜を積層し、薄膜の干渉を利用して反射させるものもある。 In order to limit the transmission of light in a desired wavelength region, these filters absorb the material by absorbing the light in the restricted region into the filter base material or apply it on the base material. Yes. In addition, there are some in which two or more kinds of thin films having different refractive indexes are laminated on a base material and reflected by utilizing interference of the thin films.
これらのフィルタは構成上、透過波長領域、不透過波長領域、透過波長領域から不透過波長領域に遷移する遷移波長領域を有している。この透過波長領域から不透過波長領域に遷移する遷移波長領域は理想的な0nmにすることはできないため、例えば50nm程度の遷移波長領域の間で、透過率を理想的には100→0%、又は0→100%へと変化させている。 These filters have a transmission wavelength region, a non-transmission wavelength region, and a transition wavelength region that transitions from a transmission wavelength region to a non-transmission wavelength region. Since the transition wavelength region that transitions from the transmission wavelength region to the non-transmission wavelength region cannot be set to an ideal 0 nm, for example, the transmittance is ideally 100 → 0% between the transition wavelength regions of about 50 nm, Or it is changed from 0 to 100%.
透過波長領域とは概ね透過率80%以上、より好ましくは90%以上を連続して維持している波長領域のことであり、不透過波長領域とは概ね透過率15%以下、より好ましくは5%以下を連続して維持している波長領域のことである。 The transmission wavelength region is a wavelength region that continuously maintains a transmittance of 80% or more, more preferably 90% or more, and the non-transmission wavelength region is a transmittance of approximately 15% or less, more preferably 5%. % Is a wavelength region that is continuously maintained below 100%.
ビデオカメラ等においては、上述した遷移波長領域では光学フィルタを透過した光のうち、その一部が撮像素子において反射し、撮像素子の面側から光学フィルタに再入射してしまう現象が生ずる。この際に、反射タイプの光学フィルタにおいては、この再入射光の一部が再度、光学フィルタで反射し撮像素子に到達することにより、ゴースト光が発生し、画像を劣化させてしまう場合がある。 In a video camera or the like, in the transition wavelength region described above, a phenomenon occurs in which part of the light transmitted through the optical filter is reflected by the image sensor and reenters the optical filter from the surface side of the image sensor. At this time, in the reflection type optical filter, a part of the re-incident light is reflected again by the optical filter and reaches the image pickup device, so that ghost light is generated and the image may be deteriorated. .
簡易的な考え方では、各波長における光学フィルタにおけるゴースト光の強度は、(入射光の透過率)・(入射光の反射率)が目安となる。 In a simple way of thinking, the intensity of the ghost light in the optical filter at each wavelength is based on (incident light transmittance) and (incident light reflectance).
従って、このようなゴースト光の強度は、例えば紫外赤外線カットフィルタであれば、紫外光側の半値波長付近や、近赤外光側の半値波長付近において最大となる。撮像素子の感度特性や、フィルタの配置位置等により影響は様々ではあるが、反射タイプの赤外線カットフィルタにおいてはゴースト光は多かれ少なかれ原理的に必ず発生する現象である。 Therefore, for example, in the case of an ultraviolet-infrared cut filter, the intensity of such ghost light becomes maximum near the half-value wavelength on the ultraviolet light side or near the half-value wavelength on the near-infrared light side. Although the influence varies depending on the sensitivity characteristics of the image sensor, the arrangement position of the filter, and the like, in the reflection type infrared cut filter, the ghost light is a phenomenon that always occurs more or less in principle.
近年の撮像素子の高感度化により、これらの問題が顕在化してきている。特に、赤外線カットフィルタを光路から退避させ、近赤外波長領域の光を利用する監視カメラ等においては、近赤外波長領域における感度が非常に高いため、通常モードで赤外線カットフィルタを使用した場合に、このような不具合が顕著になる。 These problems have become apparent with the recent increase in sensitivity of image sensors. In particular, in surveillance cameras that retract the infrared cut filter from the optical path and use light in the near infrared wavelength region, the sensitivity in the near infrared wavelength region is very high, so when using the infrared cut filter in normal mode In addition, such a problem becomes remarkable.
上述したゴースト光を低減するために、反射タイプの光学フィルタを光軸に対して傾けて配置したり、曲面形状を有する基板に薄膜を成膜させたりする等で対策する各種の方法が提案されている。しかし、光路上のスペースが大きくなったり、同一の光学フィルタ内の膜厚誤差が大きくなったり、生産性を著しく低下する等の別の問題が発生する。 In order to reduce the above-described ghost light, various methods have been proposed to take measures such as disposing a reflection type optical filter inclined with respect to the optical axis, or forming a thin film on a curved substrate. ing. However, other problems such as an increase in the space on the optical path, an increase in film thickness error in the same optical filter, and a significant reduction in productivity occur.
このように、ゴースト光が問題となる場合には、赤外線吸収材料を使用したタイプの光学フィルタがより好ましいと云える。 Thus, when ghost light becomes a problem, it can be said that an optical filter using an infrared absorbing material is more preferable.
吸収タイプの赤外線カットフィルタも各種の様々なものが提案されており、例えば樹脂中に特定波長の光を吸収する特性を備えた色素等を分散させ、形成する方法が提案されている。しかし、吸収成分のみで概ね700〜1100nm又は1200nm程度までの近赤外波長領域に渡る不透過波長領域の透過率を制限し、理想的には0%に近付けるためには、同時に透過波長領域の透過率まで低下させてしまうことになる。また、透過波長領域に大きなリップルを発生させてしまう問題も有している。 Various types of absorption-type infrared cut filters have been proposed. For example, a method of forming a dye by dispersing a dye having a characteristic of absorbing light of a specific wavelength in a resin has been proposed. However, in order to limit the transmittance in the non-transmission wavelength region over the near-infrared wavelength region up to about 700 to 1100 nm or about 1200 nm with only the absorption component, and ideally to approach 0%, The transmittance will be lowered. There is also a problem that a large ripple is generated in the transmission wavelength region.
また、ガラスや樹脂等の基板中に金属錯体等を分散させ、特定波長の光を吸収する方法も提案されている。しかし、このような光学フィルタにおいては、吸収層に相応の厚みを必要とし、特に基板中に吸収剤を分散させたような場合には、概ね0.3〜0.5mm以上の厚みが必要となり、光学フィルタの薄型化・小型化への要望を達成することが困難となる。 In addition, a method of dispersing a metal complex or the like in a substrate such as glass or resin and absorbing light of a specific wavelength has been proposed. However, in such an optical filter, an appropriate thickness is required for the absorption layer, and particularly when an absorbent is dispersed in the substrate, a thickness of about 0.3 to 0.5 mm or more is required. Therefore, it becomes difficult to achieve the demand for thinner and smaller optical filters.
そこで、本出願人は無機膜による近赤外光反射構造体と、樹脂バインダ中に染料等の色素を分散させて形成した有機膜による光吸収構造体とを組み合わせたハイブリッドタイプの光学フィルタを提案している。このハイブリッドタイプの光学フィルタは、近赤外光反射構造体により作製された分光透過率特性の透過波長領域から不透過波長領域、又は不透過波長領域から透過波長領域へと変化する可視波長領域の一部に遷移波長領域を有している。そして、この遷移波長領域中において光吸収構造体により、所望の波長の光を吸収させている。 Therefore, the present applicant has proposed a hybrid type optical filter that combines a near-infrared light reflecting structure made of an inorganic film and a light absorbing structure made of an organic film formed by dispersing a pigment such as a dye in a resin binder. is doing. This hybrid type optical filter has a visible wavelength region that changes from a transmission wavelength region to a non-transmission wavelength region or from a non-transmission wavelength region to a transmission wavelength region of the spectral transmittance characteristic produced by the near-infrared light reflecting structure. Some have a transition wavelength region. In the transition wavelength region, light having a desired wavelength is absorbed by the light absorption structure.
このような構成とすることにより良好な光学特性を得ることができ、上述した遷移波長領域に起因した反射ゴーストを低減でき、薄型化が可能な光学フィルタを得ることができる。 With such a configuration, good optical characteristics can be obtained, and the reflection ghost caused by the transition wavelength region described above can be reduced, and an optical filter that can be thinned can be obtained.
しかし、一般にこのような色素は水分に弱く、樹脂バインダ中に分散させた場合であっても、周辺環境からの吸湿等により光学特性が変化してしまうことがある。従って、水分による光学特性に変化を低減でき、良好な耐環境性を備える光学フィルタが求められている。 However, in general, such a dye is weak against moisture, and even when dispersed in a resin binder, the optical characteristics may change due to moisture absorption from the surrounding environment. Accordingly, there is a need for an optical filter that can reduce changes in optical properties due to moisture and has good environmental resistance.
特許文献1には、プラズマディスプレイ用の光学フィルタにおいて、水分による色素の劣化を防止する方法として、基板両面に水蒸気バリア層を形成したものが提案されている。しかし、このような構成では光学フィルタの断面側の端部からの吸湿を抑制することは極めて困難である。
また、特許文献2においては、基材と平坦化層で着色樹脂層から成る吸収層を封止した構造の光学フィルタが開示され、特許文献3においては、所定の波長領域の光を減衰する樹脂層が保護層で覆われている光学フィルタが提案されている。しかし、水蒸気バリアを目的とした新たに保護層を設けると、大幅なコストアップとなってしまう。
本発明の目的は、上述の問題点を解消し、ゴースト光の発生を低減でき、周辺環境からの吸湿等による光学特性の変化を低減することができ、薄型化が可能な光学フィルタを提供することにある。 An object of the present invention is to provide an optical filter that can eliminate the above-mentioned problems, reduce the generation of ghost light, reduce the change in optical characteristics due to moisture absorption from the surrounding environment, and the like, and can be thinned. There is.
上記目的を達成するための本発明に係る光学フィルタは、透明基板上に、色素が分散された樹脂層により形成され所定の吸収波長領域を有する光吸収構造体と、複数の無機薄膜を積層し少なくとも近赤外波長領域の一部を反射する近赤外光反射構造体とを形成した光学フィルタにおいて、前記近赤外光反射構造体の光を透過する透過波長領域から不透過波長領域に遷移する遷移波長領域に、前記光吸収構造体の前記吸収波長領域の少なくとも一部が重なっており、前記光吸収構造体の表面に大気遮蔽層を設けたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, an optical filter according to the present invention is formed by laminating a light absorption structure having a predetermined absorption wavelength region and a plurality of inorganic thin films formed on a transparent substrate by a resin layer in which a pigment is dispersed. In an optical filter formed with a near-infrared light reflecting structure that reflects at least a part of the near-infrared wavelength region, transition from a transmission wavelength region that transmits light of the near-infrared light reflection structure to a non-transmission wavelength region At least a part of the absorption wavelength region of the light absorption structure overlaps with the transition wavelength region, and an air shielding layer is provided on the surface of the light absorption structure.
本発明に係る光学フィルタによれば、無機薄膜により構成された近赤外光反射構造体や反射防止構造体の大気遮蔽層により、水分に弱い色素を含む光吸収構造体を覆うことにより周辺環境からの吸湿を低減でき、またゴースト光の発生も低減できる。 According to the optical filter of the present invention, the ambient environment can be obtained by covering the light absorbing structure containing a pigment weak to moisture with the atmospheric shielding layer of the near-infrared light reflecting structure or the antireflection structure constituted by the inorganic thin film. Can reduce moisture absorption and also reduce the generation of ghost light.
本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。 The present invention will be described in detail based on the embodiments shown in the drawings.
図1は本実施例1の赤外線カットフィルタ1から成る光学フィルタの構成図を示しており、透明基板2の表面には光吸収構造体3が形成され、この光吸収構造体3を覆うように近赤外光反射構造体4が設けられている。更に、透明基板2の反対の面には近赤外光反射構造体5、紫外光反射構造体6が順次に積層されて、この光学フィルタは紫外赤外線カットフィルタとしても機能している。
FIG. 1 is a configuration diagram of an optical filter including an
なお、透明基板2、光吸収構造体3、近赤外光反射構造体4の関係は成膜手法によっても異なるが、より正確には例えば図2の断面図に示すように、反射構造体4は光吸収構造体3の上面及び端面を覆った大気遮蔽層とされている。
In addition, although the relationship between the
なお、本実施例の近赤外光反射構造体4と近赤外光反射構造体5を合わせた分光特性においては、図3に示すように紫外線領域、近赤外線領域において反射する特性を有している。また、近赤外光反射構造体4と近赤外光反射構造体5は分光特性が異なり、反射構造体4は透過波長領域から不透過波長領域への遷移波長領域を有せず、反射構造体5は遷移波長領域を有している。また、光吸収構造体3は近赤外光反射構造体4と近赤外光反射構造体5により形成される赤外光側の半値波長近傍において、吸収特性を有している。そして、赤外線カットフィルタ1は所望する紫外波長領域と近赤外波長領域の一部の透過を制限し、図3に示すような分光透過率特性となるように設計されている。
Note that the spectral characteristics of the near-infrared
本実施例1においては、透明基板2に厚さ0.1mmのArton(JSR製、製品名)フィルムを使用している。Artonフィルムはガラス転移点が100℃以上あり、曲げ弾性率が約3000MPa程度と比較的高く、透明基板2の割れやうねりを低減できる理由により選択している。本実施例では、ノルボルネン系材料であるArtonを使用したが、この他にポリイミド系の樹脂フィルム等も好適な基材の1つであり、またこれらに限らずPET、PEN、PES、PC等を使用してもよい。
In Example 1, an Arton (manufactured by JSR, product name) film having a thickness of 0.1 mm is used for the
図1に示す赤外線カットフィルタ1では、透明基板2上に光吸収構造体3を成膜した後に、光吸収構造体3が大気中に直接露出しないように、IAD法により複数の無機薄膜の大気遮蔽層としての役割を満足する誘電体膜を積層し、これを近赤外光反射構造体4としている。続いて、透明基板2の反対の面に近赤外光反射構造体4と同様に、無機薄膜から成る近赤外光反射構造体5、紫外光反射構造体6を順次に成膜する。この際に、透明基板2の反りを低減するため、透明基板2の両面に薄膜積層構造体を分割して配置しているが、それぞれの応力を予め測定し、透明基板2の両面への配置を最適化することが望ましい。
In the
光吸収構造体3は図4に示すような所定の吸収波長領域を有している。この光吸収構造体3はシアニン系の赤外線吸収色素を、アクリル−スチレン共重合樹脂から成る樹脂バインダ中に分散させ、所望の吸収が得られるように色素の濃度を調整した塗布液を作製することにより得られる。
The
そして、この塗布液を図5の(a)断面図及び(b)平面図に示すような光吸収構造体3のパターンとなるように、グラビアコート法により透明基板2上に膜状に塗工する。この際に、塗布液にメチルエチルケトン(MEK)とメチルイソブチルケトン(MIBK)を混合し、溶剤として添加し、塗工後に熱を加え、乾燥、硬化させる。
Then, this coating solution is applied in a film form on the
波長589nmの光における透明基板2の屈折率は1.52程度であり、アクリル−スチレン共重合樹脂の屈折率は1.49程度であって、透明基板2に対し比較的屈折率の差が小さい材料を用いて塗布液を作製する。光吸収構造体3の樹脂バインダは、透明基板2との屈折率差が小さいものがより好ましく、透明基板2上に光吸収構造体3を成膜する場合に、屈折率差を小さくすることにより、透明基板2と樹脂バインダの界面での反射を小さくすることができる。また、樹脂層の応力を低減するために、樹脂バインダの膜厚を薄くした場合であっても、干渉効果による影響をより小さくすることが可能である。
The refractive index of the
光吸収構造体3の樹脂が乾燥することにより、発生する硬化収縮に起因する応力は、樹脂層の膜厚を薄くすることで低減することができる。この際には、所望する吸収特性を維持するために、色素の濃度や、塗工プロセスの調整等が必要となる。また、同様の理由から、透明基板2と光吸収構造体3との間に接着層や応力緩和層等の機能膜を挿入した場合であっても、透明基板2、機能膜、光吸収構造体3の三者の屈折率が近いものがより望ましい。
When the resin of the light-absorbing
本実施例1においては、赤外線吸収色素としてシアニン系以外のアゾ系やフタロシアニン系、ナフタロシアニン系、ジイモニウム系、ポリメチン系、アンスラキノン系、ナフトキノン系、トリフェニルメタン系、アミニウム系、ピリリウム系、スクワリリウム系等の色素を用いてもよい。また、これらを2種類以上混合して用いてもよい。ただし、フィルタの色再現性を考慮すると、透過波長領域における吸収が小さく、透過波長領域における透過率が平坦又は連続的に変化することが好ましい。 In Example 1, as an infrared absorbing dye, azo dyes other than cyanine dyes, phthalocyanine dyes, naphthalocyanine dyes, diimonium dyes, polymethine dyes, anthraquinone dyes, naphthoquinone dyes, triphenylmethane dyes, aminium dyes, pyrylium dyes, squarylium dyes. You may use pigments, such as a system. Moreover, you may use these in mixture of 2 or more types. However, in consideration of the color reproducibility of the filter, it is preferable that the absorption in the transmission wavelength region is small and the transmittance in the transmission wavelength region changes flatly or continuously.
また樹脂バインダとして、可視波長領域において透過率の高いものであれば、アクリル系、ポリスチレン系、環状オレフィン系、ポリエステル系、ポリウレタン系、フッ素系、ポリイミド系、PC(ポリカーボネート)系等の樹脂を用いてもよい。これらの樹脂を単体又は2種類以上を混合して用いてもよく、また共重合体として用いてもよい。樹脂バインダは赤外線吸収色素との相性や、透明基板2や近赤外光反射構造体4、5、紫外光反射構造体6との密着性、前後のプロセス、光学フィルタに要求される特性等を考慮しながら最適なものを適宜に選択すればよい。
If the resin binder has a high transmittance in the visible wavelength region, an acrylic resin, polystyrene resin, cyclic olefin resin, polyester resin, polyurethane resin, fluorine resin, polyimide resin, PC (polycarbonate) resin or the like is used. May be. These resins may be used alone or in combination of two or more, or may be used as a copolymer. The resin binder has compatibility with infrared absorbing dyes, adhesion to the
本実施例1においては、溶媒はケトン系に限らず、シクロヘキサン、トルエン等の炭化水素系、酢酸メチル、酢酸エチル等のエステル系、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル系、メタノール、エタノール等のアルコール系、ジメチルホルムアミド等のアミン系の溶媒や水を色素、樹脂バインダの溶解性や揮発性等を考慮し、単体又は2種類以上の混合物として最適な組合わせになるように適宜に選択すればよい。 In Example 1, the solvent is not limited to ketones, but hydrocarbons such as cyclohexane and toluene, esters such as methyl acetate and ethyl acetate, ethers such as diethyl ether and tetrahydrofuran, alcohols such as methanol and ethanol. In addition, an amine solvent such as dimethylformamide or water may be appropriately selected in consideration of the solubility and volatility of the pigment and the resin binder so as to obtain an optimum combination as a single substance or a mixture of two or more kinds.
また、光吸収構造体3の成膜法としてグラビアコート法を選択したが、スプレ法等でも成膜可能であり、所望の分光を満たす膜厚や、形状、生産性等を考慮し、最適な成膜方法を選択すればよい。光吸収構造体3の成膜後に何らかの硬化工程が必要な場合には、熱硬化法に限らず、他の活性エネルギ線、例えば可視光線、電子線、プラズマ、赤外線、紫外線等を用いてもよい。活性エネルギ線の照射量は、樹脂組成物の硬化が進行するエネルギ量であればよい。
Further, although the gravure coating method is selected as the film forming method of the
また、必要に応じて光重合開始剤を添加することもできる。例えば、光重合開始剤としては、ベンゾフェノン、ベンジル、4,4−ジメチルアミノベンゾフェノン、2−クロロチオキサントン、2,4−ジエチルチオキサントン、ベンゾインエチルエーテル、ジエトキシアセトフェノン、ベンジルジメチルケタール、2−ヒドロキシ−2−メチルプロピオフェノン、1−ヒドロキシシクヘキシルフェニルケトン、テトラメチルチウラムモノスルフィド、テトラメチルチウラムジスルフィド、ヒドラゾン、α−アシロキシムエステル等が挙げられるが、これらに限定されるものでなく、単独又は複数で用いてもよい。 Moreover, a photoinitiator can also be added as needed. For example, as a photopolymerization initiator, benzophenone, benzyl, 4,4-dimethylaminobenzophenone, 2-chlorothioxanthone, 2,4-diethylthioxanthone, benzoin ethyl ether, diethoxyacetophenone, benzyldimethyl ketal, 2-hydroxy-2 -Methylpropiophenone, 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, tetramethylthiuram monosulfide, tetramethylthiuram disulfide, hydrazone, α-acyloxime ester, and the like, but are not limited to these. May be used.
電子線硬化開始剤としては、例えばベンゾフェノン、2−エチルアントラキノン、2,4−ジエチルチオキサントン、メチルオルソベンゾイルベンゾエート、イソプロピルチオキサントン、ジエトキシアセトフェノン、ベンジルジメチルケタール、1−ヒドロキシシクロヘキシル−フェニルケトン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド、ビス−フェニルホスフィンオキサイド、メチルベンゾイルホルメート、1,7−ビスアクリジニルヘプタン、9−フェニルアクリジン等が挙げられるが、これらに限定されるものでなく、単独又は複数で用いることもできる。 Examples of the electron beam curing initiator include benzophenone, 2-ethylanthraquinone, 2,4-diethylthioxanthone, methyl orthobenzoylbenzoate, isopropylthioxanthone, diethoxyacetophenone, benzyldimethyl ketal, 1-hydroxycyclohexyl-phenyl ketone, benzoin methyl ether. , Benzoin ethyl ether, benzoin isopropyl ether, benzoin isobutyl ether, 2,4,6-trimethylbenzoyldiphenylphosphine oxide, bis-phenylphosphine oxide, methylbenzoylformate, 1,7-bisacridinylheptane, 9-phenylacridine However, the present invention is not limited to these and can be used alone or in combination.
熱重合開始剤としては、例えば過酸化ベンゾイル、t−ブチルパーベンゾエイト、クメンヒドロパーオキサイド、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ−n−プロピルパーオキシジカーボネート、ジ(2−エトキシエチル)パーオキシジカーボネート、t−ブチルパーオキシネオデカノエート、t−ブチルパーオキシビバレート、(3,5,5−トリメチルヘキサノイル)パーオキシド、ジプロピオニルパーオキシド、ジアセチルパーオキシド、2,2−アゾビスイソブチロニトリル、2,2−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、1,1−アゾビス(シクロヘキサン−1−カルボニル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2−アゾビス(2,4−ジメチル−4−メトキシバレロニトリル)、ジメチル2,2−アゾビス(2−メチルプロピオネート)、4,4−アゾビス(4−シアノバレリック酸)等が挙げられるが、これらに限定されるものでなく、単独又は複数で用いてもよい。
Examples of the thermal polymerization initiator include benzoyl peroxide, t-butyl perbenzoate, cumene hydroperoxide, diisopropyl peroxydicarbonate, di-n-propyl peroxydicarbonate, and di (2-ethoxyethyl) peroxydi. Carbonate, t-butyl peroxyneodecanoate, t-butyl peroxybivalate, (3,5,5-trimethylhexanoyl) peroxide, dipropionyl peroxide, diacetyl peroxide, 2,2-azobisisobutyrate Nitrile, 2,2-azobis (2-methylbutyronitrile), 1,1-azobis (cyclohexane-1-carbonyl), 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), 2,2- Azobis (2,4-dimethyl-4-methoxyvaleronitrile),
また、酸化防止剤を添加することで、色素の劣化を低減することができる場合もあり、この酸化防止剤としては、例えばフェノール系、ビンダードフェノール系、アミン系、ビンダードアミン系、硫黄系、リン酸系、亜リン酸系等が挙げられる。 In addition, by adding an antioxidant, it may be possible to reduce the deterioration of the pigment, such as phenol, binderd phenol, amine, binderd amine, sulfur , Phosphoric acid type, phosphorous acid type and the like.
近赤外光反射構造体4、5及び紫外光反射構造体6は、それぞれ少なくとも2種類以上の無機薄膜を複数、積層することにより構成されており、反射防止構造体7は少なくとも1種類以上の無機薄膜により構成されている。
Each of the near-infrared
本実施例1では、先に光吸収構造体3を形成した面に、図6(a)に示すように近赤外光反射構造体4を成膜し、その後に(b)に示すように透明基板2の反対の面に近赤外光反射構造体5を成膜する。最後に、(c)に示すように反射構造体5の上に紫外光反射構造体6を成膜する。このような構造体4、5、6の無機薄膜の誘電体膜を形成する材料には、高屈折率材料にはTiO2を、低屈折率材料にはSiO2を使用し、TiO2とSiO2の交互層による構成としている。
In the first embodiment, a near-infrared
成膜手法によっても異なるが、概ね高屈折率材料としてはNb2O5やZrO2、Ta2O5等が一般的に使用され、低屈折率材用としてはMgF2が使用する場合もある。設計上や成膜上の理由から、中間屈折率材料であるAl2O3等を一部の層で使用する場合もあるが、これらに限らず、適宜に最適な材料の組合わせを選択すればよい。 Although it differs depending on the film forming method, generally Nb 2 O 5 , ZrO 2 , Ta 2 O 5 or the like is generally used as a high refractive index material, and MgF 2 may be used for a low refractive index material. . For reasons of design and film formation, Al 2 O 3 or the like, which is an intermediate refractive index material, may be used in some layers, but this is not a limitation, and the optimal combination of materials should be selected appropriately. That's fine.
透明基板2に合成樹脂基板を用い、近赤外光反射構造体4、5、紫外光反射構造体6を成膜すると、成膜プロセスにおける熱に起因した問題が発生する。ガラス基板と比較して、ガラス転移点が低い合成樹脂基板においては、透明基板2と膜との線膨張係数の差に起因する透明基板2の反りや、この反りに伴う膜面のクラックが発生する場合がある。
When a synthetic resin substrate is used for the
そこで、成膜中に発生する熱への対策を講ずる必要があり、耐熱温度の高い基板材料を選択したり、成膜を低温プロセスで行う方法が考えられる。本実施例1においては、成膜装置に吸熱機構を設け、放射冷却効果により成膜中に透明基板2に発生する熱を取り除く手法を選択した。この際に、成膜プロセスで到達する透明基板2上の最高温度を予め測定し、その温度に耐えることができる基材を選択する必要がある。
Therefore, it is necessary to take measures against heat generated during film formation, and a method of selecting a substrate material having a high heat-resistant temperature or performing film formation by a low-temperature process can be considered. In Example 1, a method for removing heat generated in the
本実施例1においては成膜プロセスの安定性を考慮し、先に実験した到達最高温度に或る程度の許容値を加味し、ガラス転移点を適性判断のパラメータとし、概ね70℃以上のガラス転移点を有する透明基板2の材料を選択した。
In the first embodiment, considering the stability of the film forming process, a certain allowable value is added to the maximum temperature reached in the experiment, and the glass transition point is used as a parameter for determining the suitability. A material for the
また、成膜中の温度が通常の成膜に比べて特に低くなるため、何らかのアシストを付加したり、スパッタ法等の比較的に高エネルギで成膜され、膜密度が高くなるプロセスを選択したりすることがより好ましい。具体的には、スパッタ法、IAD法、イオンプレーティング法、IBS法、クラスタ蒸着法等の膜厚を比較的正確に制御でき、再現性の高い膜を得ることができる成膜方法であればよく、最適な方法を適宜に選択すればよい。 In addition, since the temperature during film formation is particularly low compared to normal film formation, a process that increases the film density by adding some assistance or film formation with relatively high energy, such as sputtering, is selected. Is more preferable. Specifically, any film forming method capable of relatively accurately controlling the film thickness, such as sputtering, IAD, ion plating, IBS, and cluster deposition, and capable of obtaining a highly reproducible film. The optimal method may be selected as appropriate.
無機薄膜だけで形成された反射タイプの赤外線カットフィルタの場合には、赤外光半値波長でゴースト光強度の目安値が最大となる。そこで、光吸収構造体3は、近赤外光反射構造体4、5で形成される遷移波長領域に含まれる赤外光半値波長付近で吸収させることにより、反射率を50%以下に低減しゴースト光の強度を小さくする。
In the case of a reflection type infrared cut filter formed only of an inorganic thin film, the reference value of the ghost light intensity becomes maximum at the half-wavelength of infrared light. Therefore, the
従って、より好ましくは光吸収構造体3は一般的にこの赤外光半値波長が形成される可視波長領域の一部である600〜750nmの波長の間に吸収波長領域を有することがよい。更には、可視波長領域から近赤外波長領域に相当する400〜1200nm程度までの波長の中で、上述の赤外光半値波長を含む650〜800nm程度の波長の中に、最大の吸収を有することがより好ましい。
Therefore, more preferably, the
650nmよりも短い波長に吸収のピークを有する特性であると、本来必要とする透過波長領域の一部も大きく吸収してしまう可能性がある。また、800nmよりも長い波長において吸収ピークを有する特性であると、遷移波長領域で十分な吸収を得るためには複数の色素を混合したりする必要があり、透過波長領域でのリップルが問題となる可能性が高い。また、色素の濃度を濃くすることで対応する場合には、透過波長領域での透過率まで低下させてしまったり、光吸収構造体3を形成する樹脂層の膜厚を厚くすることにより、上述したような応力が問題となる虞れがある。
If the characteristic has an absorption peak at a wavelength shorter than 650 nm, there is a possibility that a part of the transmission wavelength region that is originally required may be largely absorbed. Further, if the characteristic has an absorption peak at a wavelength longer than 800 nm, it is necessary to mix a plurality of dyes in order to obtain sufficient absorption in the transition wavelength region, and ripple in the transmission wavelength region is a problem. Is likely to be. Further, in the case of dealing with the increase in the concentration of the dye, it is possible to reduce the transmittance to the transmission wavelength region or to increase the thickness of the resin layer that forms the
ゴースト光の画像への影響はゴースト光の強度の他に、撮像素子の感度特性や、光学フィルタ等の配置位置によって変化する。しかし、概ね赤外光半値波長付近での光学フィルタなどによる反射光の強度を低減することで、ゴースト光の低減が可能である。 The influence of the ghost light on the image varies depending on the sensitivity characteristic of the image sensor and the arrangement position of the optical filter, in addition to the intensity of the ghost light. However, it is possible to reduce ghost light by reducing the intensity of reflected light by an optical filter or the like in the vicinity of the half-wavelength of infrared light.
また本実施例1のように、有機膜と無機膜のハイブリッドタイプのフィルタの場合に、有機膜による吸収と無機膜による反射を考慮し、所望の波長が赤外光半値波長となるように、予め調整することが必要となる場合がある。 In addition, in the case of a hybrid type filter of an organic film and an inorganic film as in Example 1, considering the absorption by the organic film and the reflection by the inorganic film, the desired wavelength is an infrared light half-value wavelength. It may be necessary to adjust in advance.
透明基板2上の光吸収構造体3を覆うように、大気遮蔽層として近赤外光反射構造体4及び近赤外光反射構造体5、紫外光反射構造体6を成膜した後に、所望の形状になるように打ち抜き加工を行い赤外線カットフィルタ1を得る。ただし、赤外線カットフィルタ1として完成した状態で、光吸収構造体3の断面端部が大気に触れる状態を極力避けるため、図2に示すように近赤外光反射構造体4は光吸収構造体3よりも大きな形状として打ち抜く必要がある。
After forming the near-infrared
作製した赤外線カットフィルタ1は、ほぼ図3に示すような分光特性を得ることができた。簡易的な概算では、近赤外光反射構造体4、5のみでのゴースト光の最大強度の目安が25%であるのに対し、光吸収構造体3を加えた本実施例の赤外線カットフィルタ1の遷移波長領域でのゴースト光の最大強度の目安は8%以下となる。
The produced
ゴースト光に関しては、上述のように撮像素子の感度特性等の様々な要因によりその影響は異なる。しかし、本実施例1で作製された赤外線カットフィルタ1においては、遷移波長領域での最大強度の目安値を3割以上も低減しており、多くの光学系でゴースト光による画像への悪影響を著しく低減できる。
As described above, the influence of the ghost light varies depending on various factors such as the sensitivity characteristics of the image sensor. However, in the
このように作製した赤外線カットフィルタ1を高温高湿試験を実施したところ、赤外光半値波長のシフト量において、光学特性の変化を評価すると、数サンプルの平均で0.8nm以下、最大値で1.2nmの変化が確認された。
When the
これに対して、上述した赤外線カットフィルタ1と各層の膜構成、成膜プロセス等を全く同様の構成で、近赤外光反射構造体4と光吸収構造体3との位置を入れ換えたサンプルを比較例として作製した。この比較例サンプルは光学特性の最適化を図るための膜厚調整を行っていないため、透過波長領域で大きなリップルが発生したが、波長675nm付近に赤外光半値波長が確認でき、環境特性の差異を確認できる特性は得ることができた。しかし、この比較例サンプルについて、先と同様の高温高湿試験を実施したところ、赤外光半値波長のシフト量が、数サンプルの平均で約3nm、最大値で4nmもの変化が生ずることが確認された。
On the other hand, a sample in which the positions of the near-infrared
図7は実施例1の変形例を示し、(a)に示す赤外線カットフィルタ1’は、紫外赤外線カットフィルタの機能をも有している。透明基板2には、光吸収構造体3、大気遮蔽層としての近赤外光反射構造体5、紫外光反射構造体6が順次に積層され、透明基板2の反対の面に例えば微細凹凸周期構造を有する反射防止構造体7が成膜されている。
FIG. 7 shows a modification of the first embodiment. The
この場合は、光吸収構造体3の表面に大気遮蔽層として近赤外光反射構造体5、紫外光反射構造体6が設けられている。また、反射防止構造体7に対し、光吸収構造体3、反射構造体5、反射構造体6を配置した反対の面との応力バランスをとる機能を持たせている。
In this case, the near-infrared
(b)に示す変形例の赤外線カットフィルタ1”は、透明基板2の表面側に光吸収構造体3が成膜され、その表面に大気遮蔽層として反射防止構造体7が成膜され、反対の面に近赤外光反射構造体5が成膜されている。
In the
なお、最表層に大気遮蔽層としての近赤外光反射構造体5、又は紫外光反射構造体6が形成される場合は、反射防止機能は反射構造体5、又は反射構造体6、又は構成によっては双方の反射構造体5、6に含まれている。
When the near-infrared
図8は実施例1で製作した赤外線カットフィルタ1を用いたビデオカメラ等の撮像装置の構成図である。光路上に、レンズ11、光量絞り装置12、レンズ13〜15、赤外線カットフィルタ1、固体撮像素子16が順次に配列されている。また、赤外線カットフィルタ1を配置する際に、ゴースト光をより低減できるように、近赤外光反射構造体5に対し、光吸収構造体3の位置を固体撮像素子16に近くなるように配置する。
FIG. 8 is a configuration diagram of an imaging apparatus such as a video camera using the
光量絞り装置12においては、絞り羽根支持板17に一対の絞り羽根18a、18bが可動に取り付けられている。絞り羽根18aには、絞り羽根18a、18bにより形成される開口部を通過する光量を減光することを目的としたND(Neutral Density)フィルタ19が接着されている。
In the
実施例1の赤外線カットフィルタ1を固体撮像素子16の前面に搭載することにより、周囲雰囲気等の水分による光学特性の変化を著しく低減した撮像装置を得られる。
By mounting the
赤外線カットフィルタ1は光路内に進退自在に駆動することも可能である。具体的には、光量絞り装置12を透過して固体撮像素子16に結像した光量を判断して、赤外線カットフィルタ1を光路内に挿入する。入射した被写界の光量が通常の撮影に十分な量であるときは、固体撮像素子16にかかるように図示しない駆動部により赤外線カットフィルタ1を光路内に進入させる。光量が不十分なときは、固体撮像素子16にかからないように光路外に退避させる。
The
赤外線カットフィルタ1の光路内への有無により、結像する光線に光路差が発生してしまい、画像が劣化してしまうことがある。このような場合には、赤外線カットフィルタ1の透明基板2と同じ材質の基材をダミーとして挿入することで、画像劣化を十分に低減可能である。
Depending on the presence or absence of the
このように作製された撮像装置は、ゴーストの発生を著しく低減することが可能である。 The imaging device thus manufactured can significantly reduce the occurrence of ghosts.
図9はビデオカメラ又はデジタルスチルカメラ等の撮影系に使用するに適した光量調節装置の構成図を示している。光量調節装置はCCDやCMOSセンサから成る固体撮像素子16への入射光量を制御するために設けられ、被写界が明るくなるにつれ、絞り羽根18a、18bによる開口部を制御し、より小さく絞り込まれてゆく構造になっている。この小絞り状態時に発生する像性能の劣化に対する対策として、絞り羽根18a、18bの近傍にNDフィルタ19を配置し、被写界の明るさが同一であっても、開口部を極端に小さくしなくとも済むようにしている。
FIG. 9 shows a configuration diagram of a light amount adjusting device suitable for use in a photographing system such as a video camera or a digital still camera. The light amount adjusting device is provided to control the amount of light incident on the solid-
被写界による入射光がこの光量絞り装置12を通過し、固体撮像素子16に到達することで電気的な信号に変換され画像が形成される。この光量絞り装置12内に、赤外線カットフィルタ1を配置することもでき、NDフィルタ19の位置に、NDフィルタ19に代り赤外線カットフィルタ1を配置することも可能であるし、絞り羽根支持板17に固定するように配置することもできる。
Incident light from the object field passes through the
この場合に、赤外線カットフィルタ1を配置する位置や、光量絞り装置12の機械的な機構にもよるが、赤外線カットフィルタ1が必要な外形が異なる場合も想定され、最適な形状を選択すればよい。実施例1と同様の膜設計、成膜プロセスで、光吸収構造体3のパターンと、成膜時に使用する打ち抜き形状を変えることだけで、所望の特性、形状の赤外線カットフィルタ1を作製することが可能である。
In this case, although depending on the position where the
このように作製された光量絞り装置12を使用することにより、周囲雰囲気等の水分による光学特性の変化を低減した撮像装置を実現できる。この際に、実施例2と同様に、ゴースト光をより低減できるように、固体撮像素子16に近い面側に光吸収構造体3を配置する。
By using the light
このように作製された光量絞り装置12は、ゴースト光の発生を著しく低減することが可能である。
The light
1、1’、1” 赤外線カットフィルタ
2 透明基板
3 光吸収構造体
4、5 近赤外光反射構造体
6 紫外光反射構造体
7 反射防止構造体
12 光量絞り装置
16 固体撮像素子
17 絞り羽根支持板
18a、18b 絞り羽根
19 NDフィルタ
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