JP2015011319A - 近赤外線カットフィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】リップルが抑制された近赤外線カットフィルタを提供すること。【解決手段】本発明に係る近赤外線カットフィルタは、透明基板と、前記透明基板の第１，第２の主面にそれぞれ設けられた第１，第２の光学多層膜とを備え、前記第１，第２の光学多層膜は、それぞれ、高屈折率膜Ｈと、低屈折率膜Ｌとを備え、（ＨＬ）＾ｎ（ｎは１以上の自然数）の繰り返しで表される繰り返し積層構造を有し、０?入射条件での分光特性で、４００〜７００ｎｍの波長範囲における平均透過率が８５％以上となる透過帯と、９００〜１２００ｎｍの波長範囲において平均透過率が３０％以下の領域の幅が１００〜２８０ｎｍである阻止帯とを有し、入射光の角度の変動に伴い発生する透過率が局所的に低下する箇所の極小値を示す波長が前記第１の光学多層膜による透過帯と前記第２の光学多層膜による透過帯とで互いに異なることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、近赤外線カットフィルタに関し、特に、透明基板上に形成された光学多層膜を有する近赤外線カットフィルタに関する。

デジタルカメラやデジタルビデオ等には、Charge Coupled Device（ＣＣＤ）イメージセンサやComplementary Metal Oxide Semiconductor（ＣＭＯＳ）イメージセンサ等（以下、固体撮像素子と称する）が使用される。しかしながら、これら固体撮像素子の分光特性は、人間の視感度特性に比べて赤外光に強い感度を有する。そこで、デジタルカメラやデジタルビデオ等では、近赤外線カットフィルタによる分光補正を行っている。

近赤外線カットフィルタとしては、例えば、Ｃｕ^２＋イオンを着色成分として含有するフツリン酸系ガラス等の近赤外線吸収タイプの色ガラスフィルタが使用されてきた。しかしながら、色ガラスフィルタ単体では、近赤外域及び紫外域の光を十分にカットすることができないことから、現在では、近赤外線をカットできる特性を有する光学多層膜が併用されている。

光学多層膜には、固体撮像素子が必要とする４００〜７００ｎｍにおける透過帯において、局所的に透過率が落ち込む現象（以降、リップルと記載することがある）が生じないことが求められる。光学多層膜において、リップルを抑制する技術が従来から提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。

特許第４６７２１０１号公報 特開２００８−１３９６９３号公報

しかしながら、光学多層膜には、特定角度で入射する光のリップルを抑制できたとしても、光の入射角度が変化するとその変化に伴ってリップルが発生することがある。特許文献１〜２に記載の技術は、特定角度で入射する光のリップルの抑制には対応できるものの、光の入射角度が変化することに起因して発生するリップルに対しては全く考慮されていない。

このような状況において、近年では、デジタルカメラやデジタルビデオ等がさらに小型化、薄型化しており、デジタルカメラやデジタルビデオ等のレンズの広角化が進んでいる。このため、例えば、従来では、固体撮像素子への光の入射角度が３０°以下の場合への対応が求められていたのに対し、近年では、３０°を超える入射角への対応を強く求められるようになってきている。

上述したリップルは、光の入射角度が傾斜するに従い、透過率の落ち込み量も大きくなる。特許文献１〜２に開示される提案では、入射角度変化に伴うリップルの抑制について考慮がなされていないことから、固体撮像素子への光の入射角度が３０°以下であれば、リップルが極端に大きくなることはないが、３０°を超えるような入射角度になると撮像画像に悪影響を及ぼす程度のリップルが発生するおそれがある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、リップルが抑制された近赤外線カットフィルタを提供することを目的とする。

本発明に係る近赤外線カットフィルタは、透明基板と、前記透明基板の第１，第２の主面にそれぞれ設けられた第１，第２の光学多層膜とを備え、前記第１，第２の光学多層膜は、それぞれ、波長５００ｎｍにおける屈折率が２．０以上である高屈折率膜と、波長５００ｎｍにおける屈折率が１．６未満である低屈折率膜とを備え、前記高屈折率膜をＨ、前記低屈折率膜をＬとしたとき、（ＨＬ）＾ｎ（ｎは１以上の自然数）の繰り返しで表される繰り返し積層構造を有し、０°入射条件（光学多層膜１２の主面に対して光が垂直（０°）に入射する条件）での分光特性で、４００〜７００ｎｍの波長範囲において平均透過率が８５％以上となる透過帯と、９００〜１２００ｎｍの波長範囲において平均透過率が３０％以下の領域の幅が１００〜２８０ｎｍである阻止帯とを有し、入射光の角度の変動に伴い発生する透過率が局所的に低下する箇所の極小値を示す波長が前記第１の光学多層膜による透過帯と前記第２の光学多層膜による透過帯とで互いに異なることを特徴とする。

本発明によれば、第１の光学多層膜および第２の光学多層膜に起因する４００〜７００ｎｍの波長範囲におけるリップルを分散する。このため、リップルが抑制された近赤外線カットフィルタを提供することができる。

第１の実施形態に係る近赤外線カットフィルタの断面図である。 第１の実施形態に係る第１，第２の光学多層膜の断面図である。 比較例１に係るＩＲＣＦの分光特性である。 比較例２係るＩＲＣＦの分光特性である。 実施例１係るＩＲＣＦの分光特性である。 実施例２に係るＲＣＦの分光特性である。 比較例３に係るＩＲＣＦの分光特性である。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る近赤外線カットフィルタ１００（以下、ＩＲＣＦ１００）の断面図である。図２は、第１，第２の光学多層膜１２Ａ，１２Ｂの断面図である。以下、図１及び図２を参照してＩＲＣＦ１００の構成について説明する。

図１に示すようにＩＲＣＦ１００は、透明基板１１と、透明基板１１に設けられた光学多層膜１２とを備える。光学多層膜１２は、透明基板１１の表面（第１の主面）に設けられた第１の光学多層膜１２Ａと、透明基板１１の裏面（第２の主面）に設けられた第２の光学多層膜１２Ｂと、第１の光学多層膜１２Ａの表面に設けられた第３の光学多層膜１２Ｃと、第２の光学多層膜１２Ｂの表面に設けられた第４の光学多層膜１２Ｄとから構成される。

（透明基板１１）
透明基板１１の材料は、少なくとも可視波長域の光を透過できるものであれば特に限定されない。透明基板１１の材料として、例えば、ガラス、水晶、ニオブ酸リチウム、サファイヤ等の結晶、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等のポリエステル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン酢酸ビニル共重合体等のポリオレフィン樹脂、ノルボルネン樹脂、ポリアクリレート、ポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂、ウレタン樹脂、塩化ビニル樹脂、フッ素樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリビニルアルコール樹脂等が挙げられる。

透明基板１１としては、特に、近赤外波長域の光を吸収するものが好ましい。近赤外波長域の光を吸収する透明基板１１を用いることで、人間の視感度特性に近い画質を得ることができるためである。なお、近赤外波長域の光を吸収する透明基板１１としては、例えば、フツリン酸塩系ガラスやリン酸塩系ガラスにＣｕ^２＋（イオン）が添加された吸収型ガラスが挙げられる。また、樹脂材料中に近赤外線を吸収する吸収剤を添加したものを使用してもよい。吸収剤としては、例えば、染料、顔料、金属錯体系化合物が挙げられ、具体的には、フタロシアニン系化合物、ナフタロシアニン系化合物、ジチオール金属錯体系化合物が挙げられる。

（光学多層膜１２Ａ，１２Ｂ）
図２は、第１，第２の光学多層膜１２Ａ，１２Ｂの断面図である。光学多層膜１２Ａ，１２Ｂは、透明基板１１の表面（第１の主面）及び裏面（第２の主面）にそれぞれ設けられた第１，第２のＳＷＰＦ（Short Wide Pass Filter）であり、それぞれ、波長５００ｎｍにおける屈折率が２．０以上の高屈折率膜をＨ、波長５００ｎｍにおける屈折率が１．６未満の低屈折率膜をＬとしたときに、以下の（１）式で表される構造を有する。
（ＨＬ）＾ｎ（ｎは、１以上の自然数）・・・（１）

なお、ｎの値は、３以上２０以下であることが好ましい。光学多層膜において、高屈折率膜Ｈと低屈折率膜Ｌとの繰り返し（ＨＬ）が多いほど、所定の波長範囲における透過率を低くすることができる。第１，第２の光学多層膜１２Ａ，１２Ｂの前記ｎの値を３以上とすることで、両者の分光特性を重ね合わせることで９００〜１２００ｎｍの波長範囲において平均透過率が１０％以下の透過率を得ることができる。また、第１，第２の光学多層膜１２Ａ，１２Ｂの前記ｎの値を２０以下とすることで、少ない膜層数で前記分光特性を得ることができ、生産性がよく低コストで近赤外線カットフィルタを製作することができる。

第１，第２の光学多層膜１２Ａ，１２Ｂは、それぞれ、０°入射条件での分光特性で、４００〜７００ｎｍの波長範囲において平均透過率が８５％以上となる透過帯と、９００〜１２００ｎｍの波長範囲において平均透過率が３０％以下の領域の幅が１００〜２８０ｎｍである阻止帯とを有する。

前記透過帯における４００〜７００ｎｍの波長範囲の平均透過率が８５％未満であると、近赤外線カットフィルタを固体撮像素子に用いる際に、撮像画像が暗くなるなどの不具合が生じるおそれがある。前記４００〜７００ｎｍの波長範囲における平均透過率は、８７％以上が好ましく、９０％以上がより好ましい。

前記阻止帯における９００〜１２００ｎｍの波長範囲の平均透過率が３０％を超えると、近赤外線カットフィルタを固体撮像素子に用いる際に、撮像画像の色調に不具合が生じるおそれがある。前記９００〜１２００ｎｍの波長範囲における平均透過率は、２５％以下が好ましく、２０％以下がより好ましい。

前記阻止帯における９００〜１２００ｎｍの波長範囲の平均透過率が３０％の領域の幅が、１００ｎｍ未満であると、阻止帯を構成するための別の光学多層膜を設ける必要が生じ、近赤外線カットフィルタを製作する際のコストが高くなるおそれがある。また、前記幅が２８０ｎｍを超えると、阻止帯の幅が非常に広いため光学多層膜の設計が複雑となるおそれがある。

（第３の光学多層膜１２Ｃ）
第３の光学多層膜１２Ｃは、紫外光（ＵＶ）をカットするＵＶカットフィルタである。第３の光学多層膜１２Ｃは、０°入射条件での分光特性で、４００ｎｍ未満の波長範囲の紫外線を所定の波長幅と透過率でカットするものであれば、どのような膜構成のものであってもよい。第３の光学多層膜１２Ｃは、例えば、波長５００ｎｍにおける屈折率が２．０以上の高屈折率膜Ｈと、波長５００ｎｍにおける屈折率が１．６未満の低屈折率膜Ｌとが積層された構造を有する。なお、本発明において、第３の光学多層膜１２Ｃは任意の構成である。

なお、第３の光学多層膜１２Ｃは、透明基板１１と第１の光学多層膜１２Ａとの間に設けてもよく、第２の光学多層膜１２Ｂの表面（透明基板１１との間）又は裏面に設けてもよい。その他、分光特性を調整する調整層を設けるようにしてもよい。

（第４の光学多層膜１２Ｄ）
第４の光学多層膜１２Ｄは、０°入射条件での分光特性で、４００〜７００ｎｍの波長範囲において平均透過率が８５％以上となる透過帯と、透過帯の近赤外側に、７５０〜９５０ｎｍの波長範囲において平均透過率が１０％以下の領域の幅が１００〜２００ｎｍである阻止帯とを有するものである。つまり、第１，第２の光学多層膜１２Ａ，１２Ｂは、９００〜１２００ｎｍの波長範囲において阻止帯を形成するのに対し、第４の光学多層膜１２Ｄは、７５０〜９５０ｎｍの波長範囲において阻止帯を形成する。そのため、第１，第２の光学多層膜１２Ａ，１２Ｂおよび第４の光学多層膜１２Ｄを用いることで、７５０〜１２００ｎｍの波長範囲において平均透過率が１０％以下の阻止帯を形成できる。

第４の光学多層膜１２Ｄは、どのような膜構成のものであってもよい。第４の光学多層膜１２Ｄは、例えば、波長５００ｎｍにおける屈折率が２．０以上の高屈折率膜Ｈと、波長５００ｎｍにおける屈折率が１．６未満の低屈折率膜Ｌとが積層された構造を有する。なお、本発明において、第４の光学多層膜１２Ｄは任意の構成である。

なお、第４の光学多層膜１２Ｄは、透明基板１１と第２の光学多層膜１２Ｂとの間に設けてもよく、第１の光学多層膜１２Ａの表面（透明基板１１との間）又は裏面に設けてもよい。その他、分光特性を調整する調整層を設けるようにしてもよい。また、第４の光学多層膜１２Ｄは、透明基板１１の一方の主面のみに設けてもよく、透明基板１１の第１，第２の主面のそれぞれに分割して設けてもよい。

第１〜第４の光学多層膜１２Ａ〜１２Ｄの高屈折率膜Ｈとしては、波長５００ｎｍにおいて、屈折率が２．０以上となる材料からなるものであれば特に限定されない。このような高屈折率の材料としては、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）、またはこれらの複合酸化物からなるものが好適に挙げられる。また、屈折率が２．０以上であれば、添加物を含有していても構わない。なお、屈折率が高いほうが、斜入射時の波長シフト量抑制、阻止帯の拡張等に有利である。

第１〜第４の光学多層膜１２Ａ〜１２Ｄの低屈折率膜Ｌとしては、波長５００ｎｍにおいて、屈折率が１．６未満となる材料からなるものであれば特に限定されない。このような低屈折率の材料としては、例えば、酸化珪素（ＳｉＯ_２）が好適に挙げられる。また、屈折率が１．６未満であれば、添加物を含有していても構わない。

高屈折率膜Ｈ、低屈折率膜Ｌは、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンビーム法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法により形成することができるが、特に、スパッタリング法、真空蒸着法により形成することが好ましい。透過帯は、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の固体撮像素子の受光に利用される波長帯域であり、その膜厚精度が重要となる。スパッタリング法、真空蒸着法は、薄膜を形成する際の膜厚制御に優れる。このため、高屈折率膜Ｈ、低屈折率膜Ｌの膜厚の精度を高めることができる。

なお、ＩＲＣＦ１００に、透明基板１１と透明基板１１に接する光学多層膜との密着性を高めるための付着力強化層、最表面層（空気側）での帯電防止層などをさらに設けるようにしてもよい。

（第１の光学多層膜１２Ａ，第２の光学多層膜１２Ｂの分光特性）
光学多層膜を用いた近赤外線カットフィルタにおいて、入射光の角度の変動に伴い４００〜７００ｎｍの波長範囲に透過率が局所的に低下する箇所（リップル）が発生するのは、９００〜１２００ｎｍに阻止帯を形成するための光学多層膜（以下、光学多層膜_{９００−１２００}と記載する）に起因する。なお、７５０〜９５０ｎｍに阻止帯を形成するための光学多層膜は、４００ｎｍ未満の波長範囲に入射光の角度の変動に伴い透過率が局所的に低下する箇所を発生させる。

前述のとおり、光学多層膜_{９００−１２００}を透明基板１１の一方の主面のみに形成した場合、入射光の角度の変動に伴い４００〜７００ｎｍの波長範囲に透過率が局所的に低下する箇所が発生する。そこで、光学多層膜_{９００−１２００}の膜構成を半分に分け、透明基板１１の第１，第２の主面のそれぞれに形成しても、形成した光学多層膜に起因するリップルの大きさや位置（波長）は透明基板１１の一方の主面のみに形成した場合と比べて大きくは変わらない。２つに分けた光学多層膜_{９００−１２００}を検証すると、それぞれの光学多層膜に起因するリップルの大きさは膜構成が半分となることで小さくなるが、リップルの位置（波長）は変わらない。そのため、透明基板１１の第１，第２の主面のそれぞれに分けた光学多層膜の両者からなる分光特性は、一方の主面のみに光学多層膜_{９００−１２００}を形成した場合と大きく相違しないと考えられる。

以上より、光学多層膜_{９００−１２００}の膜構成を半分に分け、透明基板１１の第１，第２の主面のそれぞれに形成する際、それぞれの光学多層膜に起因するリップルの位置（波長）をずらす。これにより、透明基板１１の第１，第２の主面の光学多層膜の両者からなる分光特性において、入射光の角度の変動に伴う４００〜７００ｎｍの波長範囲におけるリップルの大きさを抑制することができる。

それぞれの光学多層膜（第１の光学多層膜１２Ａ、第２の光学多層膜１２Ｂ）に起因するリップルの位置（波長）をずらす方法としては、透明基板１１の一方の主面のみに形成する目的で設計された光学多層膜_{９００−１２００}の膜構成を半分に分けた上、一方の光学多層膜（例えば、第１の主面に設ける第１の光学多層膜１２Ａ）に全ての膜の物理膜厚を一律割合で増減する方法がある。また、９００〜１２００ｎｍの波長範囲において平均透過率が３０％以下の領域の幅が１００〜２８０ｎｍである阻止帯を相違する膜構成や膜物質でそれぞれの光学多層膜を構成することで、それぞれの光学多層膜に起因するリップルの位置（波長）をずらすことができる。

入射光の角度の変動に伴う４００〜７００ｎｍの波長範囲におけるリップルの極小値を示す波長は、第１の光学多層膜１２Ａの透過帯と第２の光学多層膜１２Ｂの透過帯とで、互いに２５ｎｍ以上離れていることが好ましい。前記リップルの極小値を示す波長が、互いに２５ｎｍ未満であると、それぞれの光学多層膜に起因するリップルがひとつにまとまって、大きなリップルとなるおそれがある。前記リップルの極小値を示す波長は、互いに２８ｎｍ以上離れていることが好ましく、３０ｎｍ以上離れていることがより好ましく、３３ｎｍ以上離れていることが更に好ましい。

また、前記リップルの極小値を示す波長は、互いに１００ｎｍ以上離れていると、９００〜１２００ｎｍの波長範囲における第１の光学多層膜１２Ａの阻止帯と第２の光学多層膜１２Ｂの阻止帯とが大きく相違し、平均透過率を低くできないおそれがある。前記リップルの極小値を示す波長は、互いに１００ｎｍ未満離れていることが好ましく、８０ｎｍ未満離れていることがより好ましく、６０ｎｍ未満離れていることが更に好ましい。

第１の光学多層膜１２Ａ，第２の光学多層膜１２Ｂの個別の分光特性は、０°〜４５°の入射光の角度の変動において、４００〜７００ｎｍの波長範囲内に透過率が局所的に１５％以上低下する箇所が存在しないことが好ましい。このようにすることで、第１の光学多層膜１２Ａおよび第２の光学多層膜１２Ｂを備える近赤外線カットフィルタは、４００〜７００ｎｍの波長範囲内に発生するリップルの大きさが小さく、固体撮像素子用途において好適な分光特性を備えることができる。前記第１の光学多層膜１２Ａ，第２の光学多層膜１２Ｂのそれぞれの分光特性は、０°〜４５°の入射光の角度の変動において、４００〜７００ｎｍの波長範囲内に透過率が局所的に１３％以上低下する箇所が存在しないことがより好ましく、１０％以上低下する箇所が存在しないことが更に好ましい。

第１の光学多層膜１２Ａ，第２の光学多層膜１２Ｂのそれぞれの分光特性における阻止帯は、９００〜１２００ｎｍの波長範囲において平均透過率が３０％以下の領域の幅が１００〜２８０ｎｍというものである。そのため、一方の光学多層膜のみでは、阻止帯の透過率が十分に低くならず、固体撮像素子用途で求められる阻止帯を形成できないおそれがある。しかしながら、第１の光学多層膜１２Ａおよび第２の光学多層膜１２Ｂの両者を用いることで、９００〜１２００ｎｍの波長範囲において平均透過率を低くすることができ、よって固体撮像素子用途において好適な分光特性を備えることができる。

（第４の光学多層膜１２Ｄの分光特性）
第４の光学多層膜１２Ｄは、前述したとおり、４００〜７００ｎｍの波長範囲において平均透過率が８５％以上となる透過帯と、７５０〜９５０ｎｍの波長範囲において平均透過率が１０％以下の領域の幅が１００〜２００ｎｍである阻止帯とを有するものである。固体撮像素子用途の近赤外線カットフィルタは、７００〜７５０ｎｍ付近の波長範囲の透過率が急峻に小さくなることが求められる。そのような用途の場合は、透明基板１１の一方の主面のみに第４の光学多層膜１２Ｄを設けることが好ましい。他方、前述のように、７００〜７５０ｎｍ付近の波長範囲の透過率が急峻に小さくなる必要がない場合は、第４の光学多層膜１２Ｄを第１，第２の主面のそれぞれに分割して設けてもよい。

（第３の光学多層膜１２Ｃの分光特性）
第３の光学多層膜１２Ｃは、４００ｎｍ未満の波長範囲の紫外線をカットするものである。前述のとおり、第４の光学多層膜１２Ｄは、７５０〜９５０ｎｍに阻止帯を有するため、４００ｎｍ未満の波長範囲に入射光の角度の変動に伴い透過率が局所的に低下する箇所を発生させる。そのため、第３の光学多層膜１２Ｃを設けることにより、第４の光学多層膜１２Ｄに起因するリップルを抑制することができる。

（光学多層膜１２の分光特性）
次に、光学多層膜１２Ａ〜１２Ｄから構成される固体撮像素子用途に用いられる光学多層膜１２全体の好ましい分光特性について説明する。

光学多層膜１２は、０°入射条件（光学多層膜１２の主面に対して光が垂直（０°）に入射する条件）において、４００〜７００ｎｍの波長範囲において平均透過率が８５％以上となる透過帯と、該透過帯の近赤外側に阻止帯を有する。阻止帯は、７５０〜１２００ｎｍの波長範囲において平均透過率が１０％以下の領域の幅が１００〜２８０ｎｍとなっている。また、光学多層膜１２の透過帯の紫外側の半値波長と近赤外側の半値波長との差は２００ｎｍ以上となっている。さらに、０°入射条件と３０°入射条件（光学多層膜１２の主面に対して光が垂直から３０°傾いた状態で入射する条件）とにおける光学多層膜１２の透過帯の半値波長の差は、紫外側で１０ｎｍ未満、近赤外側で２２ｎｍ未満となっている。

なお、光学多層膜１２は、０°入射条件での分光特性において、さらに以下の要件を満たすことが好ましい。具体的には、光学多層膜１２の透過帯の紫外側の半値波長と近赤外側の半値波長との差は３５０ｎｍ以下が好ましく、３００ｎｍ以下が更に好ましい。また、紫外側の半値波長は３９０〜４３０ｎｍの範囲にあることが好ましく、近赤外側の半値波長は６４０〜７２０ｎｍの範囲にあることが好ましい。さらに、紫外側の阻止帯の幅は３０ｎｍ以上、近赤外側の阻止帯の幅は２００ｎｍ以上であることが好ましい。

ここで、光学多層膜１２の透過帯の範囲（平均透過率を求めるための範囲）は、透過帯から紫外側の阻止帯に向かって透過率の低下が開始するときの波長（紫外側の基点）から、透過帯から近赤外側の阻止帯に向かって透過率の低下が開始するときの波長（近赤外側の基点）までとする。

また、光学多層膜１２の阻止帯の範囲（平均透過率や幅を求めるための範囲）は、光学多層膜１２の紫外側の阻止帯については、紫外側の阻止帯から透過帯に向かって透過率の上昇が開始するときの波長（透過帯側の基点）から、その紫外側に向かって透過率が最初に４０％に達するときの上昇が開始するときの波長（紫外側の基点）までとする。

さらに、光学多層膜１２の近赤外側の阻止帯については、近赤外側の阻止帯から透過帯に向かって透過率の上昇が開始するときの波長（透過帯側の基点）から、その近赤外側に向かって透過率が最初に４０％に達するときの上昇が開始するときの波長（近赤外側の基点）までとする。

なお、本発明において、透過率が局所的に低下する量は、リップルによる局所的な透過率損失量を意味する。具体的には、透過帯の分光特性において、透過帯の平坦部もしくはそれに類する連続的な透過率変動部（例えば吸収ガラスなどでは透過帯はなだらかな山形状を描いている）から、リップルによって形成される極小値に向かう最初の変曲点の透過率を（Ａ）、リップルによる透過率の極小値を（Ｂ）、リップルの極小値から上記透過帯平坦部に透過率が上昇し、この上昇の終端であり、透過帯平坦部に戻った最初の変曲点の透過率を（Ｃ）とした時（Ａ）−（Ｂ）、（Ｃ）−（Ｂ）の絶対値のうち、大きいものをいう。

（近赤外波長域の光を吸収する透明基板１１と光学多層膜との組み合わせの分光特性）
透明基板１１として、近赤外波長域の光を吸収するものを用いると、第１，第２の光学多層膜１２Ａ，１２Ｂの阻止帯における平均透過率が多少大きくても、組み合わせの分光特性において、９００〜１２００ｎｍの波長範囲内の透過率が低く、固体撮像素子用途に好適な阻止帯を形成することができる。そのため、第１，第２の光学多層膜１２Ａ，１２Ｂを少ない膜層数で構成することができ、生産性がよく低コストで近赤外線カットフィルタを製作することができる。また、近赤外波長域の光を吸収する透明基板１１は、特に７００ｎｍ前後の波長範囲において、人間の視感度特性に近い分光特性を作り出すことができるため、本発明の近赤外線カットフィルタを固体撮像素子に用いることで自然な色調の撮像画像を得ることができる。

（その他の実施形態）
以上のように、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記具体例に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。

図１，図２を参照して説明したＩＲＣＦ１００は、例えば、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、監視カメラ、車載用カメラ、ウェブカメラ等の撮像装置や自動露出計等における視感度補正フィルタとして用いられる。デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、監視カメラ、車載用カメラ、ウェブカメラ等の撮像装置においては、例えば、撮像レンズと固体撮像素子との間に配置される。自動露出計においては、例えば受光素子の前面に配置される。

撮像装置では、固体撮像素子の前面から離れた位置にＩＲＣＦ１００を配置してもよいし、固体撮像素子、または固体撮像素子のパッケージに直接貼着してもよいし、固体撮像素子を保護するカバーをＩＲＣＦ１００としてもよい。また、モアレや偽色を抑制するための水晶やニオブ酸リチウム等の結晶を使用したローパスフィルタに直接貼着してもよい。撮像装置のカバーガラスやレンズ群等にＩＲＣＦ１００を適用することで、近赤外線カットフィルタに起因する分光特性の入射角度依存性（リップルの発生）を抑制できるので、自然な色調の撮像画像を得ることができる。

次に実施例を参照して具体的に説明する。
発明者らは、以下に説明する実施例１，２および比較例１〜３に係る近赤外線カットフィルタ（ＩＲＣＦ）を作成し、０°入射条件（光学多層膜１２の主面に対して光が垂直（０°）に入射する条件）及び４５°入射条件（光学多層膜１２の主面に対して光が垂直（０°）から４５°傾いた状態で入射する条件）における分光特性を調べた。なお、以下の説明では、高屈折率膜Ｈの波長５００ｎｍにおけるＱＷＯＴ（Quarter-wave Optical Thickness）をＱ_Ｈ、低屈折率膜Ｌの波長５００ｎｍにおけるＱＷＯＴをＱ_Ｌとする。

また、高屈折率膜の材料として、酸化チタン（ＴｉＯ_２）を用い、低屈折率膜の材料として、酸化珪素（ＳｉＯ_２）を用いた。分光特性は、光学薄膜シミュレーションソフト（ＴＦＣａｌｃ、Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｓｐｅｃｔｒａ社製）を用いて検証した。本願では波長５００ｎｍにおける各膜の屈折率を代表値として使用しているが、シミュレーション上は屈折率の波長依存性を考慮してシミュレーションを行った。なお、シミュレーションでは、高屈折率膜Ｈ（ＴｉＯ_２）の波長５００ｎｍにおける屈折率を、実施例１、比較例１及び比較例では２．４７、実施例２及び比較例３では２．４２１とし、低屈折率膜Ｌ（ＳｉＯ_２）の波長５００ｎｍにおける屈折率を、実施例１、比較例１及び比較例では１．４８、実施例２及び比較例３では１．４５６とした。

屈折率には、分散などと呼ばれる波長依存性がある。例えば、３００〜１３００ｎｍの波長範囲において、本出願が対象とする膜物質などでは、波長が短いほど屈折率が大きく、波長が長くなると屈折率は小さくなる傾向がある。これら波長−屈折率の関係は線形関係ではなく、一般的にはHartmann、Sellmeierなどの近似式を用いて表されることが多い。また、膜物質の屈折率（分散）は、各種成膜条件によって変わる。そのため、蒸着法、イオンアシスト蒸着法、スパッタ法などで実際に成膜を行い、得られた各膜の屈折率の分散データを以下のシミュレーションにて用いた。

実施例１、比較例１および比較例２では、可視波長域に吸収のない透明基板を用いた。また、０°入射条件において９５０〜１２００ｎｍの波長範囲内において、平均透過率が３０％以下の領域の幅は１００〜２８０ｎｍである阻止帯を構成する光学多層膜（近赤外線カットフィルタ）を形成した。各例のＩＲＣＦとしての分光特性（各光学多層膜および透明基板の組合せの分光特性）をシミュレーションにて算出した。なお、以下実施例・比較例の膜構成において、層数が１の側が透明基板側に形成された光学薄膜である。

（比較例１）
比較例１では、第１の主面に表１に示す光学多層膜（近赤外線カットフィルタ）を設け、第２の主面に表２に示す６層からなる反射防止膜（ＡＲ）を設けた。

比較例１の第１の主面に形成した光学多層膜（近赤外線カットフィルタ）の膜条件を表１に示す。また、比較例１の第２の主面に形成し反射防止膜（ＡＲ）の膜条件を表２に示す。なお、膜厚は、物理膜厚である。

表１に示すように、比較例１の光学多層膜は、基本単位（１．３３Ｑ_Ｈ、１．３９Ｑ_Ｌ）が６回（ｎ＝６）繰り返し積層された上に、調整層として、（１．３３Ｑ_Ｈ、０．６７Ｑ_Ｌ）が積層された構造を有する。透明基板に積層された膜は、ＡＲを含めて２０層である。

図３は、比較例１に係るＩＲＣＦの分光特性のシミュレーション結果である。図３は、縦軸に透過率、横軸に波長をとっている。図３には、０°入射条件と４５°入射条件とのシミュレーション結果を示している。シミュレーションの結果、比較例１に係るＩＲＣＦでは、０°入射条件におけるリップルはほとんど発生していないものの、４５°入射条件おけるリップルは、波長４９５ｎｍの位置に透過率の極小値（７０．０％）を持ち、透過率が局所的に低下する量は、２５．９％と大きい。

（比較例２）
比較例２では、比較例１の第１の主面に形成した光学多層膜（近赤外線カットフィルタ、調整層を除く）を、２つに分け、基本単位（１．３３Ｑ_Ｈ、１．３９Ｑ_Ｌ）が３回（ｎ＝３）繰り返し積層された光学多層膜（近赤外線カットフィルタ）を第１の主面および第２の主面にそれぞれ設けた。

比較例２の第１の主面に形成した光学多層膜（近赤外線カットフィルタ）の膜条件及び比較例２の第２の主面に形成した光学多層膜（近赤外線カットフィルタ）の膜条件を表３に示す。表３に示すように、比較例２の第１の主面に形成した光学多層膜と、第２の主面に形成した光学多層膜の膜条件は同一である。なお、膜厚は、物理膜厚である。

表３に示すように、比較例２の第１の主面および第２の主面に形成された光学多層膜は、基本単位（１．３３Ｑ_Ｈ、１．３９Ｑ_Ｌ）が３回（ｎ＝３）繰り返し積層された上に、調整層として、（１．３３Ｑ_Ｈ、０．６７Ｑ_Ｌ）が積層された構造を有する。

図４は、比較例２に係るＩＲＣＦの分光特性のシミュレーション結果である。図４は、縦軸に透過率、横軸に波長をとっている。図４には、０°入射条件と４５°入射条件とのシミュレーション結果を示している。シミュレーションの結果、比較例２に係るＩＲＣＦでは、０°入射条件におけるリップルはほとんど発生していないものの、４５°入射条件おけるリップルは、波長４９０ｎｍの位置に透過率の極小値（７５．３％）を持ち、透過率が局所的に低下する量は、２０．５％と大きい。

（実施例１）
実施例１では、比較例２の第１の主面に設けられた光学多層膜（近赤外線カットフィルタ）の物理膜厚を一律で０．９５倍した。また、比較例２の第２の主面に設けられた光学多層膜（近赤外線カットフィルタ）の物理膜厚を一律で１．０５倍した。

実施例１の第１の主面に形成した光学多層膜（近赤外線カットフィルタ）の膜条件を表４に示す。また、実施例１の第２の主面に形成した光学多層膜（近赤外線カットフィルタ）の膜条件を表５に示す。なお、膜厚は、物理膜厚である。

表４および表５に示すように、実施例１の第１の主面および第２の主面に形成された光学多層膜は、基本単位（１．３３Ｑ_Ｈ、１．３９Ｑ_Ｌ）が３回（ｎ＝３）繰り返し積層された上に、調整層として、（１．３３Ｑ_Ｈ、０．６７Ｑ_Ｌ）が積層された構造を有する。

図５は、実施例１に係るＩＲＣＦの分光特性のシミュレーション結果である。図５は、縦軸に透過率、横軸に波長をとっている。図５には、０°入射条件と４５°入射条件とのシミュレーション結果を示している。シミュレーションの結果、実施例１に係るＩＲＣＦでは、０°入射条件におけるリップルはほとんど発生していない。また、４５°入射条件おけるリップルは、波長４６７ｎｍの位置に透過率の極小値（８７．６％）を持ち、透過率が局所的に低下する量は、１２．０％と比較例１および比較例２と比べて、非常に小さい。また、図５の実施例１に係るＩＲＣＦの分光特性からわかるように、可視波長域において、透過率が局所的に低下する箇所が２つ（４６７ｎｍと５１５ｎｍ）に分散されている。

上記実施例１、比較例１および比較例２の結果より、比較例１および比較例２は可視波長域のリップルの発生する位置（波長）が１つであるため、リップルの大きさを十分に抑制できない。これに対し、実施例１は、可視波長域のリップルの発生する位置（波長）が２つに分散されており、リップルの大きさが十分に抑制されている。

次いで、近赤外波長域の光を吸収する透明基板を用いた実施例２および比較例３について説明する。近赤外波長域の光を吸収する透明基板として、近赤外線カットフィルタガラス（ＡＧＣテクノグラス社製、ＮＦ−５０、板厚：０．３ｍｍ）を用いた。

（実施例２）
実施例２では、第１の主面および第２の主面に光学多層膜（近赤外線カットフィルタ）を設けた。両面の光学多層膜の層数の合計は４４層であり、総膜厚は４．６７μｍであった。

実施例２の第１の主面に形成した光学多層膜（近赤外線カットフィルタ）の膜条件を表６に示す。また、実施例２の第２の主面に形成し反射防止膜の膜条件を表７に示す。なお、膜厚は、物理膜厚である。

表６に示す、実施例２の第１の主面に形成された光学多層膜は、紫外線カットフィルタ（ＵＶＣＦ）を構成する層数１〜５、９００〜１２００ｎｍの波長範囲の赤外線をカットする赤外線カットフィルタ（ＩＲＣＦ）を構成する層数６〜１６、７５０〜９５０ｎｍの波長範囲の赤外線をカットする赤外線カットフィルタ（ＩＲＣＦ）層数１７〜３２が積層された構造を有する。

また、表７に示す、実施例２の第２の主面に形成された光学多層膜は、９００〜１２００ｎｍの波長範囲の赤外線をカットする赤外線カットフィルタ（ＩＲＣＦ）を構成する層数１〜１２が積層された構造を有する。そのため、第１の主面に形成された層数６〜１６の赤外線カットフィルタと、第２の主面に形成された層数１〜１２の赤外線カットフィルタの両者により、９００〜１２００ｎｍの波長範囲における赤外線をカットしている。

図６は、実施例２に係るＩＲＣＦの分光特性のシミュレーション結果である。図６は、縦軸に透過率、横軸に波長をとっている。図６には、０°入射条件と４５°入射条件とのシミュレーション結果を示している。シミュレーションの結果、実施例２に係るＩＲＣＦでは、０°入射条件におけるリップルはほとんど発生していない。また、４５°入射条件おけるリップルは、波長４８８ｎｍの位置に透過率の極小値（８６．６％）を持ち、透過率が局所的に低下する量は、５．３％と後述する比較例３と比べて、非常に小さい。また、図６の実施例２に係るＩＲＣＦの分光特性からわかるように、可視波長域において、透過率が局所的に低下する箇所が複数存在しており、平均的に透過率が減少している。

（比較例３）
比較例３では、第１の主面に光学多層膜（近赤外線カットフィルタ）を設け、第２の主面に反射防止膜（ＡＲ）を設けた。両面の光学多層膜の層数の合計は４３層であり、総膜厚は５．２４μｍであった。

比較例３の第１の主面に形成した光学多層膜（近赤外線カットフィルタ）の膜条件を表８に示す。また、比較例３の第２の主面に形成した反射防止膜（ＡＲ）の膜条件を表９に示す。なお、膜厚は、物理膜厚である。

表８および表９に示すように、比較例３の第１の主面に形成された光学多層膜は、紫外線カットフィルタ（ＵＶＣＦ）、９００〜１２００ｎｍの波長範囲の赤外線をカットする赤外線カットフィルタ（ＩＲＣＦ）、７５０〜９５０ｎｍの波長範囲の赤外線をカットする赤外線カットフィルタ（ＩＲＣＦ）が積層された構造を有する。また、表９に示すように、比較例３の第２の主面に形成された光学多層膜は、反射防止膜（ＡＲ）が積層された構造を有する。そのため、比較例３は、比較例１と同様に透明基板の一方の主面に近赤外線カットフィルタ、他方の主面に反射防止膜が形成された構成となっている。

図７は、比較例３に係るＩＲＣＦの分光特性のシミュレーション結果である。図７は、縦軸に透過率、横軸に波長をとっている。図７には、０°入射条件と４５°入射条件とのシミュレーション結果を示している。シミュレーションの結果、比較例３に係るＩＲＣＦでは、０°入射条件におけるリップルはほとんど発生していないものの、４５°入射条件おけるリップルは、波長４９９ｎｍの位置に透過率の極小値（７２．３％）を持ち、透過率が局所的に低下する量は、２０．２％と実施例２と比べて、非常に大きい。また、図７の比較例３に係るＩＲＣＦの分光特性からわかるように、可視波長域において、透過率が局所的に低下する箇所が５００ｎｍの波長近辺に存在している。このようなＩＲＣＦを固体撮像素子用途に用いると、所望の色調の撮像画像が得られないおそれがある。

以上のことから、本発明の近赤外線カットフィルタは、特に４００〜７００ｎｍの波長範囲における入射光の角度の変動に伴い発生するリップルを非常に効率よく抑制できることがわかる。

本発明の近赤外線カットフィルタは、光の入射角度に依存する透過帯のリップルを抑制することができる。このため、デジタルカメラやデジタルビデオ等の固体撮像素子（例えば、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等）の分光補正に好適に使用できる。

１００…近赤外線カットフィルタ、１１…透明基板、１２…光学多層膜。

Claims (5)

1. 透明基板と、前記透明基板の第１，第２の主面にそれぞれ設けられた第１，第２の光学多層膜とを備え、
   前記第１，第２の光学多層膜は、それぞれ、
   波長５００ｎｍにおける屈折率が２．０以上である高屈折率膜と、波長５００ｎｍにおける屈折率が１．６未満である低屈折率膜とを備え、前記高屈折率膜をＨ、前記低屈折率膜をＬとしたとき、（ＨＬ）＾ｎ（ｎは１以上の自然数）の繰り返しで表される繰り返し積層構造を有し、
   ０°入射条件での分光特性で、４００〜７００ｎｍの波長範囲において平均透過率が８５％以上となる透過帯と、９００〜１２００ｎｍの波長範囲において平均透過率が３０％以下の領域の幅が１００〜２８０ｎｍである阻止帯とを有し、
   入射光の角度の変動に伴い発生する透過率が局所的に低下する箇所の極小値を示す波長が前記第１の光学多層膜による透過帯と前記第２の光学多層膜による透過帯とで互いに異なることを特徴とする近赤外線カットフィルタ。
2. 前記透過率が局所的に低下する箇所の極小値を示す波長が前記第１の光学多層膜による透過帯と前記第２の光学多層膜による透過帯とで互いに２５ｎｍ以上離れていることを特徴とする請求項１に記載の近赤外線カットフィルタ。
3. 前記ｎの値は、３以上２０以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の近赤外線カットフィルタ。
4. 前記透明基板は、近赤外波長域に吸収を有する光学特性を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の近赤外線カットフィルタ。
5. 前記第１，第２の光学多層膜は、０°〜４５°入射条件での分光特性で４００〜７００ｎｍの波長範囲内に透過率が局所的に１５％以上低下する箇所が存在しないことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の近赤外線カットフィルタ。

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