JP2015011333A

JP2015011333A - Ｉｒカットフィルタ

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Publication number: JP2015011333A
Application number: JP2013139287A
Authority: JP
Inventors: 良孝薄井; Yoshitaka Usui; 小林　伸幸; Nobuyuki Kobayashi; 伸幸小林
Original assignee: KOSHIN KOGAKU KOGYO KK; Yamaichi Electronics Co Ltd
Current assignee: KOSHIN KOGAKU KOGYO KK; Yamaichi Electronics Co Ltd
Priority date: 2013-07-02
Filing date: 2013-07-02
Publication date: 2015-01-19
Anticipated expiration: 2033-07-02
Also published as: JP6247033B2

Abstract

【課題】本発明の目的は、光線の入射角度が増加した場合に、透過帯域と阻止帯域の間の５０％透過波長（半値波長）のシフトを減少させ、かつ、高屈折率材料と低屈折材料のみを使用した、ＩＲカットフィルタを提供することにある。
【解決手段】本発明のＩＲカットフィルタは、透明な基板と、基板の片面に形成され、超薄膜の高屈折率材料膜および超薄膜の低屈折率材料膜の３層以上の奇数層の交互層で構成された超薄膜交互層構造と、通常の膜厚の高屈折率材料膜とを交互に積層したか、あるいは、超薄膜の低屈折率材料膜と、通常の膜厚の高屈折率材料膜とを交互に積層した超薄膜交互層を含む第１のＩＲカットフィルタ層と、基板の第１のＩＲカットフィルタ層の反対側の面に形成された通常の膜厚の高屈折率材料膜と通常の膜厚の低屈折率材料膜とを交互に積層した第２のＩＲカットフィルタ層とを備えることを特徴とする。
【選択図】図６

Description

本発明は、赤外線（ＩＲ）カットフィルタに係わり、特に、光線の光学特性の入射角度による依存性を低減したＩＲカット用の誘電体多層膜フィルタ層により形成される、ＩＲカットフィルタに関する。

カメラ、複写機、プリンタ等の光学機器に使用されるカメラモジュールは、レンズとセンサからなり、近年、スマートフォン、タブレットなどに使用されることから低背化が進んでいる。

図１（ａ）、（ｂ）に、このカメラモジュールの一般的な構成の模式図を示す。図１（ｂ）において、カメラモジュール１１０は、図１（ａ）に示されるカメラモジュール１００を低背化した場合を示し、カメラモジュール１００、１１０は、それぞれ、レンズ１０１、１１１と、ＩＲカットフィルタ１０２、１１２と、センサ１０３、１１３とを備えている。図１（ａ）、（ｂ）において、ＩＲカットフィルタ１０２、１１２は、それぞれ、レンズ１０１、１１１と、センサ１０３、１１３との間に配置される部品であり、人間の目で感知できない赤外線を遮断する作用がある。ＩＲカットフィルタ１０２、１１２がなければ、赤外線を含む光は、センサ１０１、１１１で検知され、赤い画像となって現れることになり、画像の色再現性が損なわれることとなる。

カメラモジュールに使用される一般的なＩＲカットフィルタは、基板であるガラス（あるいは樹脂）に誘電体多層膜をコーティングすることにより作成され、以下に示すように、Ａタイプ、Ｂタイプのように分類される。

図２（ａ）、（ｂ）に、一般的なＩＲカットフィルタの構成の模式図を示す。図２（ａ）に示すように、ＩＲカットフィルタ（Ａタイプ）２００は、ガラス２０１の両面にＩＲカットフィルタ層２０２、２０３がコーティングされて構成され、また、図２（ｂ）に示されるＩＲカットフィルタ（Ｂタイプ）２１０は、ガラス２１１の片面にＩＲカットフィルタ層２１２がコーティングされ、ガラス２１１のもう一方の面に反射防止（ＡＲ）フィルタ層２１３がコーティングされて構成される。Ｂタイプは、ＡＲ面が、特定の波長においてＩＲカットフィルタよりも反射を抑える効果があり、反射光による弊害を特に重要視するカメラモジュールで使用される。以下、ＡタイプのＩＲカットフィルタについて、説明する。

図３に、一般的なＩＲカットフィルタの光学特性を示す。図３において、光学特性３００は、横軸が光の波長（単位：ｎｍ）を示し、縦軸が透過率（単位：％）を示している。また、この光学特性３００は、光がＩＲフィルタを通過した際に、何％の光がこのＩＲフィルタを通り抜けるかを波長毎に示している。光学特性３００は、光の入射角度が、ガラス（ＩＲカットフィルタ）に対して垂直である場合の特性を示している。

可視帯域を透過し、近赤外線帯域を阻止するＩＲカットフィルタとして、高屈折率材料膜と低屈折率材料膜をそれぞれ、設計中心波長λの１／４の光学的膜厚で交互に積層した多層膜構成のＩＲカットフィルタが知られている。

しかし、このようなＩＲカットフィルタでは、透過帯域と阻止帯域の間の５０％透過波長（半値波長）は、光線の入射角の増加とともに、短波長側へシフトする傾向がある。特に、ＩＲカットフィルタ全体での見た目の屈折率が小さいほど、半値波長のシフト量が増加する。このようなＩＲカットフィルタを光学機器に使用すると、光線の入射角度差による色むらの問題が発生する。

図４（ａ）、（ｂ）に、入射角度が変更された場合のＩＲカットフィルタの模式図を示し、図５に、入射角度が変更された場合のＩＲカットフィルタの光学特性を示す。図４（ａ）において、ＩＲカットフィルタ４００は、入射角度が垂直の場合を模式的に示しており、図４（ｂ）に示されるＩＲカットフィルタ４１０は、入射角度が４５°の場合を模式的に示している。図５に示すように、一般的なＩＲカットフィルタでは、入射角度が垂直から見て大きく傾くことにより、光学特性が、短波長側にシフトする。このことにより、通常は透過するべき波長が透過しなくなることがわかる。また、近年のカメラモジュールの低背化により、ＩＲカットフィルタへの入射角度が大きくなり、この現象が顕著になっており、入射角度に対する、波長のシフト量を小さくすることが、近年のＩＲカットフィルタの課題となっている。

また、上述の問題を解決するために、ＩＲカットフィルタにおける材料として、高屈折率材料と中間屈折率材料の交互層を使用する方法もある。このような、カットフィルタは、例えば、特許文献１、特許文献２に記載されている。

特開２００７−１８３５２５号公報特開平１１−２０２１２７号公報

しかしながら、特許文献１、特許文献２では、材料としてＡｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ｌａ_２Ｏ_３等の中間屈折率材料を使用しており、この際に使用する中間屈折率材料と高屈折率材料の組み合わせ、膜厚、成膜方法などにより、膜にクラックが発生する等の問題が発生し、多重積層の膜を安定的に生産するのが難しいという問題があった。

また、この構成で作成された膜は、高屈折材率材料と中間屈折率材料の屈折率比により阻止帯域を決定する為、設計の自由度が低いという問題もあった。

したがって、本発明の目的は、上記の従来技術では未解決であった、光線の入射角度が増加した場合に、半値波長のシフトを減少させ、かつ、高屈折率材料と低屈折材料のみを使用した、ＩＲカットフィルタを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明のＩＲカットフィルタは、透明な基板と、上記基板の片面に形成され、超薄膜の高屈折率材料膜および超薄膜の低屈折率材料膜の３層以上の奇数層の交互層で構成された交互層構造と、通常の膜厚の高屈折率材料膜とを交互に積層したか、あるいは、超薄膜の低屈折率材料膜と、通常の膜厚の高屈折率材料膜とを交互に積層した超薄膜交互層を含む、第１のＩＲカットフィルタ層と、上記基板の上記第１のＩＲカットフィルタ層の反対側の面に形成され、通常の膜厚の高屈折率材料膜と、通常の膜厚の低屈折率材料膜とを交互に積層した第２のＩＲカットフィルタ層とを備えることを特徴とする。

また、上記第１のＩＲカットフィルタ層は、さらに、上記超薄膜交互層の上記ガラス基板側に通常の膜厚の低屈折率材料膜と、通常の膜厚の高屈折率材料膜とを交互に積層した調整層をさらに備えるものとしてもよい。

また、上記第１のＩＲカットフィルタ層の阻止域と第２のＩＲカットフィルタ層の阻止域が重なり、全体として赤外線領域を遮断するように設定されるものとしてもよい。

また、上記高屈折率材料は、波長５５０ｎｍの光に対する屈折率が２．０以上であり、上記低屈折率材料は波長５５０ｎｍに対する屈折率が１．３から１．６までであるものとしてもよい。

また、上記高屈折率材料がＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｔａ_２Ｏ_５のいずれか、またはＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｔａ_２Ｏ_５のいずれかを主成分とした複合酸化物を含み、上記低屈折率材料がＳｉＯ_２、または、ＳｉＯ_２の複合酸化物を含むものとしてもよい。

また、上記通常の膜厚は、設計中心波長のλ／４からλ／２までの膜厚を示し、上記超薄膜は、設計中心波長のλ／１０以下の膜厚を示すものとしてもよい。

本発明によれば、超薄膜の交互層は、３層以上の奇数層で構成され、その超薄膜交互層を超薄膜交互層構造と定義した場合、超薄膜交互層構造と、通常の膜厚の高屈折率材料膜との交互層により、あるいは、超薄膜の低屈折率材料膜と、通常の膜厚の高屈折率材料膜との交互層により、ＩＲカットフィルタを形成することにより、入射角度の変化に伴う、光学特性の変化が少なく、かつ表面品位も高いＩＲフィルタを提供することができる。

（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、一般的なカメラモジュールの構成の模式図である。（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、一般的なＩＲカットフィルタの構成の模式図である。一般的なＩＲカットフィルタの光学特性を示す図である。（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、入射角が変更された場合のＩＲカットフィルタの模式図である。入射角が変更された場合のＩＲカットフィルタの光学特性を示す図である。本発明の一実施形態に係るＩＲカットフィルタの構成を示す図である。本発明の実施例１に係るＩＲカットフィルタの低角度依存ＩＲカットフィルタ層の光学特性を示す図である。本発明の実施例１に係るＩＲカットフィルタの阻止域調整ＩＲカットフィルタ層の光学特性を示す図である。本発明の実施例１に係るＩＲカットフィルタ全体の光学特性を示す図である。本発明の実施例２に係るＩＲカットフィルタの低角度依存ＩＲカットフィルタ層の光学特性を示す図である。本発明の実施例２に係るＩＲカットフィルタの阻止域調整ＩＲカットフィルタ層の光学特性を示す図である。本発明の実施例２に係るＩＲカットフィルタ全体の光学特性を示す図である。

本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

図６は、本発明の一実施形態に係るＩＲカットフィルタの構成を示す図である。

図６において、ＩＲカットフィルタ６００は、ガラス基板６１０と、その片面にコーティングされた阻止域調整ＩＲカットフィルタ層６２０と、その反対側の面にコーティングされた低角度依存ＩＲカットフィルタ層６３０と、を備えている。なお、阻止域調整ＩＲカットフィルタ層６２０と、低角度依存ＩＲカットフィルタ層６３０とは、光源に対してどちらの側に配置されても、同様の効果を奏する。

ガラス基板６１０は、ＢＫ７等の光学ガラス製の基板であり、ガラスに限らず樹脂でも使用できる。

阻止域調整ＩＲカットフィルタ層６２０は、通常の膜厚である設計中心波長のλ／４からλ／２までの膜厚を有する低屈折率材料膜６２１と、通常の膜厚の高屈折率材料膜６２２との交互層により構成される。阻止域調整ＩＲカットフィルタ層６２０は、後述する図７、図８、図９等からわかるように、ＩＲカットフィルタ６００の全体の光学特性のうち、赤外（ＩＲ）領域（阻止域）の光を遮断する効果を有する。

低角度依存ＩＲカットフィルタ層６３０は、ガラス基板６１０側から、調整層６３１と、超薄膜交互層６３４と、通常膜厚交互層６３８とから構成される。調整層６３１は、通常の膜厚の低屈折率材料膜６３２と、通常の膜厚の高屈折率材料膜６３３との交互層により構成される。調整層６３１は、ＩＲカットフィルタ６００の全体の光学特性のうち、可視光領域の特性をフラットにする効果を有する。

超薄膜交互層６３４は、通常の膜厚の高屈折率材料膜６３７と、３層以上の奇数層の超薄膜層の交互層からなる超薄膜交互層構造と、を複数（単数も可）交互に積層して構成される。超薄膜交互層構造は、通常の膜厚より薄い設計中心波長のλ／１０以下の膜厚を有する超薄膜低屈折率材料膜６３５と、超薄膜高屈折率材料膜６３６との３層以上の奇数層の交互層から構成される。超薄膜交互層６３４は、超薄膜交互層構造６３５、６３６と、高屈折率材料６３７との交互層により、光線の入射角度が増加した場合に、半値波長のシフトを減少させる効果を有する。なお、超薄膜交互層６３４として、超薄膜の低屈折率材料膜と、通常の膜厚の高屈折率材料膜とを交互に積層したものを使用しても同様の効果が得られる。

通常膜厚交互層６３８は、通常の膜厚の低屈折率材料膜６３９と、通常の膜厚の高屈折率材料膜６４０との交互層により構成される。

なお、高屈折率材料は、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｔａ_２Ｏ_５のいずれか、またはＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｔａ_２Ｏ_５のいずれかを主成分とした複合酸化物を含み、低屈折率材料は、ＳｉＯ_２、または、ＳｉＯ_２の複合酸化物を含む。また、高屈折率材料は、ここでは、波長５５０ｎｍの光に対する屈折率が２．０以上であり、低屈折率材料は、波長５５０ｎｍに対する屈折率が１．３から１．６までであり、中間屈折率材料は、その間の屈折率を有するものとする。また、通常の膜厚は、ここでは、設計中心波長のλ／４からλ／２までの膜厚を示し、超薄膜は、設計中心波長のλ／１０以下の膜厚を示す。

［実施例１］
次に、具体的な実施例について説明する。

実施例１は、上述の図６に示すＩＲカットフィルタ６００の構成のうち、低屈折率材料６２１、６３２、６３５、６３９をＳｉＯ_２、高屈折率材料６２２、６３３、６３６、６３７、６４０をＴｉＯ_２にし、通常の膜厚を設計中心波長のλ／４からλ／２までに設定し、超薄膜をλ／１０以下に設定したものである。

図７は、本発明の実施例１に係るＩＲカットフィルタの低角度依存ＩＲカットフィルタ層６３０の光学特性を示す図であり、図８は、本発明の実施例１に係るＩＲカットフィルタの阻止域調整ＩＲカットフィルタ層６２０の光学特性を示す図であり、図９は、本発明の実施例１に係るＩＲカットフィルタ６００全体の光学特性を示す図である。

図７、図８、図９からわかるように、低角度依存ＩＲカットフィルタ層６３０は、光線の入射角度が増加した場合の半値波長のシフトを減少させる効果を有し、阻止域調整ＩＲカットフィルタ層６２０は、赤外（ＩＲ）領域（阻止域）の光を遮断する効果を有し、全体として、入射角度の変化に伴う、光学特性の変化が少ない、ＩＲフィルタを提供することができることがわかる。

［実施例２］
実施例２は、上述の図６に示すＩＲカットフィルタ６００の構成のうち、低屈折率材料６２１、６３２、６３５、６３９をＳｉＯ_２、高屈折率材料６２２、６３３、６３６、６３７、６４０をＮｂ_２Ｏ_５にし、通常の膜厚を設計中心波長のλ／４からλ／２までに設定し、超薄膜をλ／１０以下に設定したものである。

図１０は、本発明の実施例２に係るＩＲカットフィルタの低角度依存ＩＲカットフィルタ層６３０の光学特性を示す図であり、図１１は、本発明の実施例２に係るＩＲカットフィルタの阻止域調整ＩＲカットフィルタ層６２０の光学特性を示す図であり、図１２は、本発明の実施例２に係るＩＲカットフィルタ６００全体の光学特性を示す図である。

図１０、図１１、図１２からもわかるように、低角度依存ＩＲカットフィルタ層６３０は、光線の入射角度が増加した場合の半値波長のシフトを減少させる効果を有し、阻止域調整ＩＲカットフィルタ層６２０は、赤外（ＩＲ）領域（阻止域）の光を遮断する効果を有し、全体として、入射角度の変化に伴う、光学特性の変化が少ない、ＩＲフィルタを提供することができることがわかる。

以上のように、本発明によれば、超薄膜層の交互層が、３層以上の奇数層で構成され、その超薄膜交互層を超薄膜交互層構造と定義した場合、超薄膜交互層構造と、通常の膜厚の高屈折率材料との交互層により、あるいは、超薄膜の低屈折率材料膜と、通常の膜厚の高屈折率材料膜との交互層により、ＩＲカットフィルタを形成することにより、入射角度の変化に伴う、光学特性の変化が少なく、かつ表面品位も高いＩＲフィルタを提供することができる。

６００ＩＲカットフィルタ
６１０ガラス基板
６２０阻止域調整ＩＲカットフィルタ層
６２１、６３２、６３９低屈折率材料膜
６２２、６３３、６３７、６４０高屈折率材料膜
６３０低角度依存ＩＲカットフィルタ層
６３１調整層
６３４超薄膜交互層
６３５超薄膜低屈折率材料膜
６３６超薄膜高屈折率材料膜
６３８通常膜厚交互層

Claims

透明な基板と、
前記基板の片面に形成され、超薄膜の高屈折率材料膜および超薄膜の低屈折率材料膜の３層以上の奇数層の交互層で構成された超薄膜交互層構造と、通常の膜厚の高屈折率材料膜とを交互に積層したか、あるいは、超薄膜の低屈折率材料膜と、通常の膜厚の高屈折率材料膜とを交互に積層した超薄膜交互層を含む、第１のＩＲカットフィルタ層と、
前記基板の前記第１のＩＲカットフィルタ層の反対側の面に形成され、通常の膜厚の高屈折率材料膜と、通常の膜厚の低屈折率材料膜とを交互に積層した第２のＩＲカットフィルタ層と
を備えることを特徴とするＩＲカットフィルタ。
前記第１のＩＲカットフィルタ層は、さらに、前記超薄膜交互層の前記ガラス基板側に通常の膜厚の低屈折率材料膜と、通常の膜厚の高屈折率材料膜とを交互に積層した調整層をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のＩＲカットフィルタ。
前記第１のＩＲカットフィルタ層の阻止域と第２のＩＲカットフィルタ層の阻止域が重なり、全体として赤外線領域を遮断するように設定されることを特徴とする請求項１に記載のＩＲカットフィルタ。
前記高屈折率材料は、波長５５０ｎｍの光に対する屈折率が２．０以上であり、前記低屈折率材料は波長５５０ｎｍに対する屈折率が１．３から１．６までであることを特徴とする請求項１に記載のＩＲカットフィルタ。
前記高屈折率材料がＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｔａ_２Ｏ_５のいずれか、またはＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｔａ_２Ｏ_５のいずれかを主成分とした複合酸化物を含み、前記低屈折率材料がＳｉＯ_２、または、ＳｉＯ_２の複合酸化物を含むことを特徴とする請求項１に記載のＩＲカットフィルタ。
前記通常の膜厚は、設計中心波長のλ／４からλ／２までの膜厚を示し、前記超薄膜は、設計中心波長のλ／１０以下の膜厚を示すことを特徴とする請求項１に記載のＩＲカットフィルタ。