JP2018055009A - 光学フィルタ及び撮像デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】複数のフィルタを組合せることなく、可視光帯域及び赤外光帯域に透過帯域を有する光学フィルタを提供する。【解決手段】光学フィルタは、基板に形成された光学多層膜を備え、この光学多層膜は、特定の膜構成の基本ブロック１１を含むことによって、複数のフィルタを組合せることなく、可視光帯域に透過帯域を有すると共に、近赤外光帯域に透過帯域を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、可視光帯域及び赤外光帯域の両方に透過帯域を有する光学フィルタ及びそれを用いた撮像デバイスに関する。

可視光帯域及び赤外光帯域の両方に透過帯域を有する光学フィルタとして、例えば、特許文献１には、可視光を透過すると共に、近赤外光帯域の一部に透過帯域を有する光学フィルタが記載されている。

この光学フィルタは、例えば、昼夜連続で撮影を行う監視カメラ等に好適であり、昼間は、近赤外光帯域の前記一部の透過帯域を除く赤外光が遮断されるので、可視光による自然な画像を撮影することができる一方、夜間には、近赤外光帯域の前記透過帯域を通過する赤外光を照明用として照射し、その反射光によって撮影することができる。

特許第４７０５３４２号公報

上記特許文献１では、光学フィルタの特性を、第１のフィルタと第２のフィルタとを組合せることによって得るようにしており、近赤外光帯域の前記一部の透過帯域における、立ち上がり及び立下りの透過特性を、前記第１，第２のフィルタの組合せによって実現している。

このように２つの第１，第２のフィルタを組合せることによって、近赤外光帯域の透過帯域の立ち上がり及び立下りの透過特性を実現しているので、第１，第２のフィルタの製造のばらつきによって、両フィルタの特性がばらつくと、それらを組合せることによってばらつきが重畳されることになる。このため、得られる光学フィルタの特性のばらつきが大きくなり、近赤外光帯域の透過帯域において、要求される帯域幅が狭くなると、所望の透過率が得られない場合が生じる。

本発明は、上記のような点に鑑みて為されたものであって、複数のフィルタを組合せることなく、可視光帯域及び赤外光帯域に透過帯域を有する光学フィルタを提供することを目的とする。

本発明では、上記目的を達成するために、次のように構成している。

すなわち、本発明の光学フィルタは、可視光帯域と近赤外光帯域の一部とにそれぞれ透過帯域を有する光学フィルタであって、基板と、この基板に形成された光学多層膜とを備え、前記光学多層膜は、高屈折率材料からなる薄膜と、この高屈折率材料よりも屈折率が低い低屈折率材料からなる薄膜とが積層されてなり、
Ｈを前記高屈折率材料の１／４光学膜厚、Ｌを前記低屈折率材料の１／４光学膜厚としたときに、前記光学多層膜は、基本ブロックを含み、該基本ブロックが、
｛（１．０±０．５）Ｈ （１．０±０．５）Ｌ （１．０±０．５）Ｈ｝Ａ｛（１．０±０．５）Ｈ （１．０±０．５）Ｌ （１．０±０．５）Ｈ｝
である。

但し、前記Ａは、前記基本ブロックに含まれる中間層であって、ｎを１以上の整数としたときに、
Ａ＝（２．０±１．０）Ｌ｛（１．０±０．５）Ｈ （２．０±１．０）Ｌ｝^{（ｎ−１）}
である。

前記光学多層膜は、前記基本ブロックを複数、例えば、３つ含むと共に、前記基本ブロック間には、前記低屈折率材料からなる、つなぎ層が介在され、前記つなぎ層の光学膜厚が（１．２±０．５）Ｌであるのが好ましい。

なお、「±０．５」、「±１．０」は、公差である。

前記光学多層膜は、前記基板側に調整層を備え、前記調整層が、前記高屈折率材料からなる薄膜を含むのが好ましい。

また、本発明の光学フィルタは、上記の高屈折率材料からなる薄膜と低屈折率材料からなる薄膜との積層の順序を入れ替えてもよい。すなわち、本発明の光学フィルタは、可視光帯域と近赤外光帯域の一部とにそれぞれ透過帯域を有する光学フィルタであって、基板と、この基板に形成された光学多層膜とを備え、前記光学多層膜は、高屈折率材料からなる薄膜と、この高屈折率材料よりも屈折率が低い低屈折率材料からなる薄膜とが積層されてなり、
Ｈを前記高屈折率材料の１／４光学膜厚、Ｌを前記低屈折率材料の１／４光学膜厚としたときに、前記光学多層膜は、下記の基本ブロックを含み、該基本ブロックが、
｛（１．０±０．５）Ｌ （１．０±０．５）Ｈ （１．０±０．５）Ｌ｝Ａ｛（１．０±０．５）Ｌ （１．０±０．５）Ｈ （１．０±０．５）Ｌ｝
である。

但し、前記Ａは、前記基本ブロックに含まれる中間層であって、ｎを１以上の整数としたときに、
Ａ＝（２．０±１．０）Ｈ｛（１．０±０．５）Ｌ （２．０±１．０）Ｈ｝^{（ｎ−１）}
である。

前記光学多層膜は、前記基本ブロックを複数、例えば３つ含むと共に、前記基本ブロック間には、前記高屈折率材料からなる、つなぎ層が介在され、前記つなぎ層の光学膜厚が（１．１±０．５）Ｈであるのが好ましい。

前記光学多層膜は、前記基板側及び外表面側に調整層を備え、前記外表面側の調整層が、前記低屈折率材料からなる薄膜を含むのが好ましい。

本発明の光学フィルタによると、光学多層膜が、特定の膜構成の基本ブロックを含むことによって、複数のフィルタを組合せることなく、可視光帯域に透過帯域を有すると共に、近赤外光帯域に透過帯域を有する光学フィルタを実現することができる。これによって、複数のフィルタを組合せる光学フィルタのように、各フィルタの製造ばらつきが重畳されて近赤外光帯域の透過帯域において、所望の透過率が得られないといった不具合がない。特に、近赤外光の透過帯域の帯域幅が狭い場合、例えば、近赤外光帯域の透過帯域の半値幅が，５０ｎｍ以下である場合に有効である。

更に、上記中間層Ａにおける、１以上の整数であるｎを、選択することによって、近赤外光帯域の透過帯域の帯域幅を調整することができ、要求される仕様に応じて、透過帯域の帯域幅を選択することができる。

また、光学多層膜が、つなぎ層を介在させて複数の基本ブロックを含むことによって、透過帯域における立ち上がり及び立ち下がりの透過特性を急峻な特性にすることができる。

本発明の光学フィルタは、前記光学多層膜を第１の光学多層膜とし、前記可視光帯域の前記透過帯域の長波長側と前記近赤外光帯域の前記透過帯域の短波長側との間に遮断特性を有するフィルタを構成する第２の光学多層膜を備えるのが好ましい。

第１の光学多層膜は、可視光帯域に透過帯域を有すると共に、近赤外光帯域に透過帯域を有するが、第１の光学多層膜に含まれる基本ブロックの数によっては、前記可視光帯域の前記透過帯域の長波長側と前記近赤外光帯域の前記透過帯域の短波長側との間に、透過率が急峻に変動するピークを有する透過帯域が生じる場合があるので、要求される仕様によっては、第２の光学多層膜を設け、この第２の光学多層膜の遮断特性によって、ピークを有する透過帯域を除去するのが好ましい。

前記基板の一方の面に、前記第１の光学多層膜が形成され、前記基板の他方の面に、前記第２の光学多層膜が形成されるのが好ましい。

基板の各面に、第１の光学多層膜と第２の光学多層膜とをそれぞれ形成するので、基板の片面に、両光学多層膜を形成する場合にように、偏った膜応力が加わることがなく、基板の変形を抑制することができる。

本発明の撮像デバイスは、本発明の光学フィルタを備えている。

本発明の撮像デバイスによると、複数のフィルタを組合せることなく、可視光帯域に透過帯域を有すると共に、近赤外光帯域に透過帯域を有する光学フィルタを備えているので、複数のフィルタを組合せる光学フィルタのように、各フィルタの製造ばらつきが重畳されて近赤外光帯域の透過帯域において、所望の透過率が得られないといった不具合がなく、例えば、ビデオカメラ、監視カメラ、車載カメラ、虹彩認証装置等の撮像デバイスなどに好適である。

本発明の光学フィルタによると、光学多層膜が、特定の膜構成の基本ブロックを含むことによって、複数のフィルタを組合せることなく、可視光帯域に透過帯域を有すると共に、近赤外光帯域に透過帯域を有する光学フィルタを実現することができる。これによって、複数のフィルタを組合せる光学フィルタのように、各フィルタの製造ばらつきが重畳されて近赤外光帯域の透過帯域において、所望の透過率が得られないといった不具合がない。

図１は本発明の一実施形態に係る撮像デバイスの概略構成図である。 図２は図１の光学フィルタの概略構成図である。 図３は図１の光学フィルタの第１の光学多層膜の膜設計の一例を示す図である。 図４は図１の光学フィルタの第１の光学多層膜の透過特性を示す図である。 図５は図１の光学フィルタの第２の光学多層膜の膜設計の一例を示す図である。 図６は図１の光学フィルタの第２の光学多層膜の透過特性を示す図である。 図７は図１の光学フィルタの透過特性を示す図である。 図８は第１の光学多層膜の中間層におけるｎ＝１のときの第１の光学多層膜の膜設計の一例を示す図である。 図９は第１の光学多層膜の中間層におけるｎ＝３のときの第１の光学多層膜の膜設計の一例を示す図である。 図１０は第１の光学多層膜の中間層におけるｎ＝１，２，３のときの第１の光学多層膜の透過特性を示す図である。 図１１は第１の光学多層膜に含まれる基本ブロックの数ｍ＝１のときの第１の光学多層膜の膜設計の一例を示す図である。 図１２は第１の光学多層膜に含まれる基本ブロックの数ｍ＝５のときの第１の光学多層膜の膜設計の一例を示す図である。 図１３は第１の光学多層膜に含まれる基本ブロックの数ｍ＝１，３，５のときの第１の光学多層膜の透過特性を示す図である。 図１４は本発明の他の実施形態に係る光学フィルタの第１の光学多層膜の膜設計の一例を示す図である。 図１５は図１４の第１の光学多層膜の透過特性を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る撮像デバイスの概略構成図である。

この実施形態の撮像デバイス１は、外部の被写体側からの光が入射する結合光学系を構成するレンズ２、本発明の実施形態に係る光学フィルタ３、及び、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子４を備えている。また、この撮像デバイス１には、夜間の撮影用にＬＥＤライト５が設けられ、夜間には、ＬＥＤライト５から被写体に向けて近赤外光を照射する。

この実施形態の光学フィルタ３は、透明基板である水晶基板６と、この水晶板６の一方の主面６ａ上に形成され、可視光帯域と近赤外光帯域との２つの波長帯帯域において透過特性を有する第１の光学多層膜７と、水晶基板６の他方の主面６ｂ上に形成され、可視光帯域と近赤外光帯域との間に遮断特性を有する第２の光学多層膜８とを備えている。

図２は、図１の光学フィルタ３の概略構成図である。

この実施形態の光学フィルタ３の第１の光学多層膜７及び第２の光学多層膜８は、高屈折率材料である、例えばＴｉＯ_２からなる高屈折率膜１４と、低屈折率材料である、例えばＳｉＯ_２からなる低屈折率膜１５とを交互に複数積層されてそれぞれ構成される。

第１の光学多層膜７は、光学多層膜との界面となる水晶基板６側に、第１の調整層９が設けられる一方、外気との界面となる外表面側に、第２の調整層１０が設けられる。両調整層９，１０の間には、基本ブロック１１をｍ（ｍは１以上の整数）含んでいる。この例では、基本ブロック１１を３つ含む（ｍ＝３）と共に、基本ブロック１１間には、つなぎ層１２が介在されている。

この実施形態では、水晶基板６側の第１の調整層９は、高屈折率膜１４と低屈折率膜１５とが積層された２層で構成され、外表面側の第２の調整層１０は、低屈折率膜１５の１層で構成される。

このように屈折率が変化する位置である、水晶基板６側及び外表面側に、
調整層９，１０をそれぞれ設けるので、リップルの発生を抑制することができる。

基本ブロック１１をつなぐつなぎ層１２は、低屈折率膜１５の１層からなる。

各基本ブロック１１は、高屈折率膜１４と低屈折率膜１５とを交互に複数、この例では、９層積層されて構成される。各基本ブロック１１は、両側の３層で挟まれた中間層１３を備えている。

ここで、Ｈを前記高屈折率材料の１／４光学膜厚、Ｌを前記低屈折率材料の１／４光学膜厚としたときに、第１の光学多層膜７の基本ブロック１１の膜構成は、
｛（１．０±０．５）Ｈ （１．０±０．５）Ｌ （１．０±０．５）Ｈ｝Ａ｛（１．０±０．５）Ｈ （１．０±０．５）Ｌ （１．０±０．５）Ｈ｝
である。

但し、前記Ａは、基本ブロック１１に含まれる上記中間層１３であって、この中間層１３の膜構成は、ｎを１以上の整数としたときに、
Ａ＝（２．０±１．０）Ｌ｛（１．０±０．５）Ｈ （２．０±１．０）Ｌ｝^{（ｎ−１）}
である。

なお、ｎ−１は、繰り返し回数であり、｛（１．０±０．５）Ｈ （２．０±１．０）Ｌ｝が、ｎ−１回繰り返し積層されていることを示す。

上記膜構成における、「±０．５」、「±１．０」は、公差である。公差「±０．５」は、好ましくは「±０．３」であり、より好ましくは「±０．２」である。公差「±１．０」は、好ましくは「±０．６」であり、より好ましくは「±０．４」である。

これらの公差を略して上記膜構成を示すと、下記のようになる。

第１の光学多層膜７の基本ブロック１１の膜構成は、
（１．０Ｈ １．０Ｌ １．０Ｈ）Ａ（１．０Ｈ １．０Ｌ １．０Ｈ）
であり、
中間層１３である上記Ａの膜構成は、
Ａ＝２．０Ｌ（１．０Ｈ ２．０Ｌ）^{（ｎ−１）}
である。

このＡは、例えば、ｎ＝１、２、３では、下記のようになる。

Ａ＝２．０Ｌ
Ａ＝２．０Ｌ １．０Ｈ ２．０Ｌ
Ａ＝２．０Ｌ １．０Ｈ ２．０Ｌ １．０Ｈ ２．０Ｌ
このｎは、光学フィルタ３の製造上の観点から、その上限は、例えば、８程度であるのが好ましい。

第１の光学多層膜７は、両端の第１，第２の調整層９，１０の間に、上記膜構成の基本ブロック１１をｍ（ｍは１以上の整数）含み、ｍが２以上の整数であるとき、すなわち、基本ブロック１１を複数含むときには、基本ブロック１１間に、低屈折率材料からなるつなぎ層１２を介在させた基本構造となっている。

このつなぎ層１２の光学膜厚は、(１．２±０．５）Ｌである。
「±０．５」は、上記と同様に公差であり、この公差「±０．５」は、好ましくは「±０．３」であり、より好ましくは「±０．２」である。

この実施形態では、図２に示すように、第１の光学多層膜７は、基本ブロック１１を３つ（ｍ＝３）含んでおり、基本ブロック１１の中間層１３は、３層であるので、中間層１３である上記Ａの膜構成において、ｎ＝２である。この第１の光学多層膜７は、９層の基本ブロック１１を３つ含むので、基本ブロック１１の層数の合計が２７層、各基本ブロック１１の間に介在されるつなぎ層１２が２層、第１の調整層９が２層、第２の調整層１０が１層の合計３２層で構成される。

図３は、設計波長(基準波長)λを８８６ｎｍとし、シミュレーションにより得られた第１の光学多層膜７の膜設計の一例を示す図である。

この図３では、上記のようにＨは、高屈折率材料であるＴｉＯ_２の１／４光学膜厚、Ｌは、低屈折率材料であるＳｉＯ_２の１／４光学膜厚である。

なお、設計波長λでのＴｉＯ_２の屈折率は、２．３２であり、ＳｉＯ_２の屈折率は、１．４６である。

図３に示すように、第１の光学多層膜７は、水晶基板６側に、１層目の高屈折率膜(ＴｉＯ_２)１４及び２層目の低屈折率膜(ＳｉＯ_２)１５からなる第１の調整層９を備えると共に、外表面側に、３２層目の低屈折率膜(ＳｉＯ_２)１５からなる第２の調整層１０を備えている。

両調整層９，１０の間に、３つの基本ブロック１１を含み（ｍ＝３）、基本ブロック１１間の１２層目及び２２層目に、低屈折率膜(ＳｉＯ_２)１５からなるつなぎ層１２がそれぞれ介在される。

各基本ブロック１１は、水晶基板６に近い側の、高屈折率膜(ＴｉＯ_２)１４、低屈折率膜(ＳｉＯ_２)１５及び高屈折率膜(ＴｉＯ_２)１４の３層と、外表面に近い側の、高屈折率膜(ＴｉＯ_２)１４、低屈折率膜(ＳｉＯ_２)１５及び高屈折率膜(ＴｉＯ_２)１４の３層との間に、低屈折率膜(ＳｉＯ_２)１５、高屈折率膜(ＴｉＯ_２)１４及び低屈折率膜(ＳｉＯ_２)１５の３層からなる中間層１３が設けられている。

図４は、この第１の光学多層膜７の透過特性を示す図である。

この実施形態の第１の光学多層膜７は、可視光帯域に透過帯域（約４００ｎｍ〜約６７０ｎｍ）を有すると共に、近赤外光帯域に透過帯域（約８４０ｎｍ〜約８９０ｎｍ）を有している。この近赤外光帯域における透過帯域の透過率は、９０％以上であり、また、透過帯域の半値幅は、約５０ｎｍである。また、両透過帯域の間の約７００ｎｍ〜約７４０ｎｍの帯域では、透過率が急峻に大きく変動する２つのピークが生じている。

第１の光学多層膜７は、上記のような特定の膜構成の基本ブロック１１を含むことによって、人間の視感度の高い可視光帯域（約４００ｎｍ〜約６７０ｎｍ）の光を透過し、かつ、近赤外光帯域の光のうち、夜間撮影用の光を透過する特性を実現することができる。

従来例では、２つのフィルタを組み合せて、近赤外光帯域の一部に透過帯域を構成するので、各フィルタの製造ばらつきが重畳されて近赤外光帯域の透過帯域が狭くなると、所望の透過率を得ることができないといった難点がある。

これに対して、この実施形態では、第１の光学多層膜７は、近赤外光帯域において、狭い帯域の透過帯域を有するので、従来例のように、２つのフィルタを組み合せる必要がなく、各フィルタの製造ばらつきが重畳されることもない。

この実施形態では、約７００ｎｍ〜約７４０ｎｍの透過率が急峻に大きく変動する２つのピークを有する透過帯域を除去するために、上記第２の光学多層膜８を備えている。

第２の光学多層膜８は、上記図２に示すように、高屈折率膜１４と低屈折率膜１５とを交互に複数積層されて構成される。

図５は、シミュレーションにより得られた第２の光学多層膜８の膜設計の一例を示す図である。

この実施形態の第２の光学多層膜８は、高屈折率材料である、例えばＴｉＯ_２からなる高屈折率膜１４と、低屈折率材料である、例えばＳｉＯ_２からなる低屈折率膜１５とを交互に２８層積層されて構成されている。

図６は、この第２の光学多層膜８の透過特性を示す図である。

第２の光学多層膜８は、第１の光学多層膜７と同様に、人間の視感度の高い可視光帯域に透過帯域を有すると共に、近赤外光帯域に、第１の光学多層膜７に比べて帯域幅の広い透過帯域を有している。

この第２の光学多層膜８は、可視光帯域の透過帯域の長波長側（約６９０ｎｍ）と近赤外光帯域の透過帯域の短波長側（約８００ｎｍ）との間に遮断特性を有している。

この第２の光学多層膜８が遮断する帯域には、第１の光学多層膜７において、透過率が急峻に大きく変動する２つのピークを有する透過帯域（約７００ｎｍ〜約７４０ｎｍ）が含まれている。

図７は、第１の光学多層膜７及び第２の光学多層膜８を備える光学フィルタ３の透過特性を示す図である。

上記図４に示される透過特性を有する第１の光学多層膜７と、上記図６に示される透過特性を有する第２の光学多層膜８とを備える光学フィルタ３では、図７に示されるように、図４で現れていた約７００ｎｍ〜約７４０ｎｍの帯域の、透過率が急峻に大きく変動する２つのピークを現れず、除去されている。

光学フィルタ３は、可視光帯域に透過帯域（約４００ｎｍ〜約６７０ｎｍ）を有すると共に、近赤外光帯域に透過帯域（約８４０ｎｍ〜約８９０ｎｍ）を有し、それ以外の近赤外光帯域（７００ｎｍ〜８００ｎｍ及び９００ｎｍ〜１０００ｎｍ）の波長を十分に遮断する特性を有する。

これによって、光学フィルタ３を備える撮像デバイス１では、自然光が入る昼間だけでなく夜間などの暗視下であっても撮影を行うことが可能となる。

したがって、従来例のように、２つのフィルタを組み合せて、近赤外光帯域の一部に透過帯域を構成する必要がなく、各フィルタの製造ばらつきが重畳されて近赤外光帯域の透過帯域で所望の透過率を得ることができないといったことがない。

この実施形態の第１，第２の光学多層膜７，８は、公知の真空蒸着装置などを用いて、水晶基板６の各主面６ａ，６ｂにそれぞれ形成される。すなわち、水晶基板６の一方の主面６ａに、他方の主面６ｂ側が蒸着されない状態にして、ＴｉＯ₂とＳｉＯ₂とを交互に蒸着する。膜厚の調整は、膜厚をモニタしながら蒸着動作を行い、所定の膜厚に達したところで蒸着源に設けられたシャッターを閉じるなどして蒸着物質（ＴｉＯ₂、ＳｉＯ₂）の蒸着を停止することにより行われる。その後、同様にして水晶基板６の他方の主面６ｂに、ＴｉＯ₂とＳｉＯ₂とを交互に蒸着する。

なお、真空蒸着法に限らず、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の他の公知の方法によって成膜してもよい。

この実施形態では、水晶基板６の各主面６ａ，６ｂに、第１，第２の光学多層膜７，８をそれぞれ形成するので、片方の主面のみに両光学多層膜７，８を形成する場合に比べて、偏った膜応力が加わるのが低減され、水晶基板６が変形するのを抑制することができる。なお、水晶基板６の片方の主面のみに両光学多層膜７，８を形成してもよい。

次に、第１の光学多層膜７の基本ブロック１１の中間層１３である上記Ａにおける繰り返し回数（ｎ−１）について説明する。

図８は、ｎ＝１の場合の図３に対応する膜設計の一例を示す図であり、図９は、ｎ＝３の場合の図３に対応する膜設計の一例を示す図である。いずれもｎの値以外は、上記実施形態と同様であり、第１の光学多層膜７に含まれる基本ブロック１１の数ｍは、全てｍ＝３である。

ｎ＝１では、中間層１３である上記Ａは、公差を略して示すと、
Ａ＝２．０Ｌ（１．０Ｈ ２．０Ｌ）^０
＝２．０Ｌ
となり、中間層１３は１層である。

図８に示すように、各基本ブロック１１の各中間層１３は、６層目、１４層目、２２層目となる。この場合、第１の光学多層膜７は、第１，第２の調整層９，１０、つなぎ層１２、及び、７層からなる３つの基本ブロック１１で構成され、合計の層数は、２６層となる。

また、ｎ＝３では、中間層１３である上記Ａは、公差を略して示すと、
Ａ＝２．０Ｌ（１．０Ｈ ２．０Ｌ）^２
＝２．０Ｌ １．０Ｈ ２．０Ｌ １．０Ｈ ２．０Ｌ
となり、中間層１３は５層である。

図９に示すように、各基本ブロック１１の各中間層１３は、６層目〜１０層目、１８層目〜２２層目、３０層目〜３４層目となる。この場合、第１の光学多層膜７は、第１，第２の調整層９，１０、つなぎ層１２、及び、１１層からなる３つの基本ブロック１１で構成され、合計の層数は、３８層となる。

図１０は、上記実施形態であるｎ＝２と、ｎ＝１、ｎ＝３の各場合の図４に対応する透過特性を示す図である。この図１０ではｎ＝１の場合を破線で、ｎ＝２の場合を実線で、ｎ＝３の場合を一点鎖線でそれぞれ示している。実線で示されるｎ＝２の透過特性は、図４と同じである。

この図１０に示されるように、近赤外光帯域における透過帯域（約８００ｎｍ〜約９００ｎｍ）の半値幅は、破線で示されるｎ＝１では、約５０ｎｍであるのに対して、一点鎖線で示されるｎ＝３では、約２５ｎｍとなっている。

このように、近赤外光帯域における透過帯域の帯域幅は、ｎの値が大きくなるにつれて、狭くなることが分る。

すなわち、基本ブロック１１の中間層１３であるＡの繰り返しの回数（ｎ−１）を増やすことによって、近赤外光帯域の透過帯域の帯域幅を狭く設計することができる。

したがって、要求される仕様に応じて、中間層１３であるＡの繰り返しの回数（ｎ−１）を選択することによって、近赤外光帯域の透過帯域の帯域幅を調整することができる。

次に、第１の光学多層膜７に含まれる基本ブロック１１の数ｍ（ｍは１以上の整数）について説明する。

図１１は、ｍ＝１の場合の図３に対応する膜設計の一例を示す図であり、図１２は、ｍ＝３の場合の図３に対応する膜設計の一例を示す図である。いずれもｍの値以外は、上記実施形態と同様であり、中間層１３である上記Ａの繰返し回数（ｎ−１）におけるｎは、全てｎ＝２である。

図１１は、第１の光学多層膜７に含まれる基本ブロック１１は１つであり（ｍ＝１）、したがって、基本ブロック１１間をつなぐつなぎ層１２は設けられていない。この場合、第１の光学多層膜７は、第１，第２の調整層９，１０、及び、９層からなる１つの基本ブロック１１で構成され、合計の層数は、１２層となる。

図１２は、第１の光学多層膜７に含まれる基本ブロック１１は５つであり（ｍ＝５）、各基本ブロック１１間には、１２層目、２２層目、３２層目、４２層目に各つなぎ層１２がそれぞれ介在されている。この場合、第１の光学多層膜７は、第１，第２の調整層９，１０、つなぎ層１２、及び、９層からなる５つの基本ブロック１１で構成され、合計の層数は、５２層となる。

図１３は、上記実施形態であるｍ＝３と、ｍ＝１、ｍ＝５の各場合の図４に対応する透過特性を示す図である。この図１３ではｍ＝１の場合を破線で、ｍ＝３の場合を実線で、ｍ＝５の場合を一点鎖線でそれぞれ示している。実線で示されるｍ＝３の透過特性は、図４と同じである。

この図１３に示すように、第１の光学多層膜７に含まれる基本ブロック１１の数ｍが増えるにつれて、立ち上がり、立ち下がりの透過特性が急峻となる。

第１の光学多層膜７に基本ブロック１１を１つ含む（ｍ＝１）場合には、約７００ｎｍ〜約７４０ｎｍに透過率が急峻に大きく変動する２つのピークを有する透過帯域が生じていない。したがって、要求される仕様によっては、第１の光学多層膜７に基本ブロック１１を１つ含む（ｍ＝１）膜構成とし、２つのピークの透過帯域を除去するための第２の光学多層膜８を省略してもよい。

本発明の光学フィルタは、光学フィルタ３の第１の光学多層膜７における高屈折率膜１４と、低屈折率膜１５との積層の順序を入れ替えてもよい。

すなわち、本発明の他の実施形態の光学フィルタ３ａの第１の光学多層膜７ａの基本ブロック１１ａの膜構成は、
｛（１．０±０．５）Ｌ （１．０±０．５）Ｈ （１．０±０．５）Ｌ｝Ａ｛（１．０±０．５）Ｌ （１．０±０．５）Ｈ （１．０±０．５）Ｌ｝
であってもよい。
但し、前記Ａは、基本ブロック１１ａに含まれる中間層１３ａであって、この中間層１３ａの膜構成は、ｎを１以上の整数としたときに、
Ａ＝（２．０±１．０）Ｈ｛（１．０±０．５）Ｌ （２．０±１．０）Ｈ｝^{（ｎ−１）}
である。

上記膜構成における「±０．５」、「±１．０」は、上記と同様の公差であり、公差「±０．５」は、好ましくは「±０．３」であり、より好ましくは「±０．２」である。公差「±１．０」は、好ましくは「±０．６」であり、より好ましくは「±０．４」である。

これらの公差を略すと、下記のようになる。

第１の光学多層膜７ａの基本ブロック１１ａの膜構成は、
（１．０Ｌ １．０Ｈ １．０Ｌ）Ａ（１．０Ｌ １．０Ｈ １．０Ｌ）
であり、
中間層１３ａである上記Ａの膜構成は、
Ａ＝２．０Ｈ（１．０Ｌ ２．０Ｈ）^{（ｎ−１）}
である。

第１の光学多層膜７ａは、両端の第１，第２の調整層９ａ，１０ａの間に、上記膜構成の基本ブロック１１ａをｍ（ｍは１以上の整数）含み、ｍが２以上の整数であるとき、すなわち、基本ブロック１１ａを複数含むときには、基本ブロック１１ａ間に、高屈折率材料からなるつなぎ層１２ａを介在させた基本構造となっている。

このつなぎ層１２ａの光学膜厚は、（１．１±０．５）Ｈである。
「±０．５」は、上記と同様に公差であり、この公差「±０．５」は、好ましくは「±０．３」であり、より好ましくは「±０．２」である。

図１４は、設計波長(基準波長)λを８８６ｎｍとし、シミュレーションにより得られた第１の光学多層膜７ａの膜設計の一例を示す図であり、上記図３に対応する図である。

第１の光学多層膜７ａは、水晶基板６側に、１層目の高屈折率膜(ＴｉＯ_２)１４からなる第１の調整層９ａを備えると共に、外表面側に、３１層目の高屈折率膜(ＴｉＯ_２)１４及び３２層目の低屈折率膜(ＳｉＯ_２)１５からなる第２の調整層１０ａを備えている。

両調整層９ａ，１０ａの間に、３つの基本ブロック１１ａを含み、基本ブロック１１ａ間の１１層目及び２１層目に、高屈折率膜(ＴｉＯ_２)１４からなるつなぎ層１２ａが介在される。

各基本ブロック１１ａは、水晶基板６に近い側の、低屈折率膜(ＳｉＯ_２)１５、高屈折率膜(ＴｉＯ_２)１４及び低屈折率膜(ＳｉＯ_２)１５の３層と、外表面に近い側の、低屈折率膜(ＳｉＯ_２)１５、高屈折率膜(ＴｉＯ_２)１４及び低屈折率膜(ＳｉＯ_２)１５の３層との間に、高屈折率膜(ＴｉＯ_２)１４、低屈折率膜(ＳｉＯ_２)１５及び高屈折率膜(ＴｉＯ_２)１４の３層からなる中間層１３ａが設けられている。

図１５は、この第１の光学多層膜７ａの透過特性を示す図である。

この実施形態の第１の光学多層膜７ａは、可視光帯域（本実施形態では、約４００ｎｍ〜約６７０ｎｍ）と、近赤外光帯域（本実施形態では、約８４０ｎｍ〜約８９０ｎｍ）とに透過帯域を有している。また、両透過帯域の間の約７１０ｎｍ〜７４０ｎｍに光透過率が急峻に大きく変動する２つのピークが生じている。

このように、上記実施形態の高屈折率膜１４と低屈折率膜１５との積層の順序を入れ替えた第１の光学多層膜７ａは、上記実施形態の第１の光学多層膜７と同様に、可視光帯域に透過帯域（約４００ｎｍ〜約６７０ｎｍ）を有すると共に、近赤外光帯域に透過帯域（約８４０ｎｍ〜約８９０ｎｍ）を有している。

したがって、従来例のように、２つのフィルタを組み合せて、近赤外光帯域の一部に透過帯域を構成する必要がなく、第１の光学多層膜７ａのみによって、可視光帯域及び近赤外光帯域に透過帯域をそれぞれ有するフィルタ特性を実現できる。

なお、図示は省略するが、この第１の光学多層膜７ａにおいても、上記実施形態と同様に、基本ブロック１１ａの中間層１３ａである上記Ａの繰返し回数におけるｎ、あるいは、第１の光学多層膜７ａに含まれる基本ブロック１１ａの数ｍを変化させると、上記実施形態と同様の傾向を示す。

上記実施形態では、水晶基板６を用いたが、水晶基板６に代えて、透明なガラス基板や樹脂基板を用いてもよい。また、無色透明な基板に限らず、光が透過可能であれば、有色透明な基板であってもよい。

上記実施形態では、高屈折率材料として、ＴｉＯ₂を用いているが、ＴｉＯ₂に代えて、ＺｒＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｎｂ_２Ｏ_５等を用いてもよく、低屈折率材料としてＳｉＯ₂に代えて、ＭｇＦ_２、ＡｌＦ_３等を用いてもよい。

１ 撮像デバイス
２ レンズ
３，３ａ 光学フィルタ
４ 撮像素子
６ 水晶基板
７，７ａ 第１の光学多層膜
８ 第２の光学多層膜
９，９ａ 第１の調整層
１０，１０ａ 第２の調整層
１１，１１ａ 基本ブロック
１２，１２ａ つなぎ層
１３，１３ａ 中間層
１４ 高屈折率膜
１５ 低屈折率膜

Claims (12)

1. 可視光帯域と近赤外光帯域の一部とにそれぞれ透過帯域を有する光学フィルタであって、
   基板と、この基板に形成された光学多層膜とを備え、
   前記光学多層膜は、高屈折率材料からなる薄膜と、この高屈折率材料よりも屈折率が低い低屈折率材料からなる薄膜とが積層されてなり、
   Ｈを前記高屈折率材料の１／４光学膜厚、Ｌを前記低屈折率材料の１／４光学膜厚としたときに、前記光学多層膜は、基本ブロックを含み、該基本ブロックが、
   ｛（１．０±０．５）Ｈ （１．０±０．５）Ｌ （１．０±０．５）Ｈ｝Ａ｛（１．０±０．５）Ｈ （１．０±０．５）Ｌ （１．０±０．５）Ｈ｝
   である、
   但し、前記Ａは、前記基本ブロックに含まれる中間層であって、ｎを１以上の整数としたときに、
   Ａ＝（２．０±１．０）Ｌ｛（１．０±０．５）Ｈ （２．０±１．０）Ｌ｝^{（ｎ−１）}
   である、
   ことを特徴とする光学フィルタ。
2. 可視光帯域と近赤外光帯域の一部とにそれぞれ透過帯域を有する光学フィルタであって、
   基板と、この基板に形成された光学多層膜とを備え、
   前記光学多層膜は、高屈折率材料からなる薄膜と、この高屈折率材料よりも屈折率が低い低屈折率材料からなる薄膜とが積層されてなり、
   Ｈを前記高屈折率材料の１／４光学膜厚、Ｌを前記低屈折率材料の１／４光学膜厚としたときに、前記光学多層膜は、下記の基本ブロックを含み、該基本ブロックが、
   ｛（１．０±０．５）Ｌ （１．０±０．５）Ｈ （１．０±０．５）Ｌ｝Ａ｛（１．０±０．５）Ｌ （１．０±０．５）Ｈ （１．０±０．５）Ｌ｝
   である、
   但し、前記Ａは、前記基本ブロックに含まれる中間層であって、ｎを１以上の整数としたときに、
   Ａ＝（２．０±１．０）Ｈ｛（１．０±０．５）Ｌ （２．０±１．０）Ｈ｝^{（ｎ−１）}
   である、
   ことを特徴とする光学フィルタ。
3. 前記光学多層膜は、前記基本ブロックを複数含むと共に、前記基本ブロック間には、前記低屈折率材料からなる、つなぎ層が介在され、前記つなぎ層の光学膜厚が（１．２±０．５）Ｌである、
   請求項１に記載の光学フィルタ。
4. 前記光学多層膜は、前記基本ブロックを複数含むと共に、前記基本ブロック間には、前記高屈折率材料からなる、つなぎ層が介在され、前記つなぎ層の光学膜厚が（１．１±０．５）Ｈである、
   請求項２に記載の光学フィルタ。
5. 前記光学多層膜を第１の光学多層膜とし、前記可視光帯域の前記透過帯域の長波長側と前記近赤外光帯域の前記透過帯域の短波長側との間に遮断特性を有するフィルタを構成する第２の光学多層膜を備える、
   請求項１ないし４のいずれかに記載の光学フィルタ。
6. 前記光学多層膜は、前記基板側に調整層を備え、
   前記調整層が、前記高屈折率材料からなる薄膜を含む、
   請求項３に記載の光学フィルタ。
7. 前記光学多層膜は、前記基板側及び外表面側に調整層を備え、
   前記外表面側の調整層が、前記低屈折率材料からなる薄膜を含む、
   請求項４に記載の光学フィルタ。
8. 前記基本ブロックを３つ含む、
   請求項３、４、６または７に記載の光学フィルタ。
9. 前記基板の一方の面に、前記第１の光学多層膜が形成され、前記基板の他方の面に、前記第２の光学多層膜が形成される、
   請求項５に記載の光学フィルタ。
10. 前記基板が、水晶、ガラス、及び、樹脂の少なくともいずれか一つからなる透明基板である、
    請求項１ないし９のいずれかに記載の光学フィルタ。
11. 前記近赤外光帯域の前記透過帯域の半値幅が，５０ｎｍ以下である、
    請求項１ないし１０のいずれかに記載の光学フィルタ。
12. 前記請求項１ないし１１のいずれかに記載の光学フィルタを備える、
    ことを特徴とする撮像デバイス。

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