JP2020056876A - 光学フィルタ、撮像装置、光学センサ - Google Patents

Abstract

【課題】不要成分波長と必要成分波長とが相反関係にある、透過帯と阻止帯の波長が相反する２種類以上の撮影環境下で高画質化を実現できる、低コスト化に対応できる光学フィルタを提供する。【解決手段】可視波長から、前記可視波長と波長が連続している特定波長領域に亘り光透過性を有する基板の一方の面上に、可視波長の光を遮断し前記特定波長領域の光の反射を阻止する特定波長透過膜と、可視波長の光の反射を阻止し前記特定波長領域の光を遮断する特定波長遮蔽膜と、を備え、前記基板のもう一方の面上に、可視波長から前記特定波長領域に亘り光の反射を阻止する可視特定波長反射防止膜を備えたことを特徴とする光学フィルタ。【選択図】図１

Description

本発明はデジタルカメラやビデオカメラ、監視カメラ、偽造紙幣の識別センサ（以下紙幣識別センサ）など、撮像装置や光学センサ等で使用される光学フィルタに関するものであり、特には可視光と近紫外光、または可視光と近赤外光において、特定波長の光を透過または遮断する光学フィルタに関する。また、このような光学フィルタを搭載した撮像装置、及び光学センサに関する。

ビデオカメラなどの撮像装置に使用される固体撮像素子は、人間の目の感度特性に対応させるために、分光透過率など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多い。具体的には、紫外線カットフィルタ（ＵＶカットフィルタ）や近赤外線カットフィルタ（ＩＲカットフィルタ）、若しくはこれらを一枚のフィルタで実現した、ＵＶＩＲカットフィルタなどがある。

また、紙幣識別センサなどでは、紫外線を紙幣に照射し、紙幣に印刷された蛍光塗料からの蛍光を検知する為、ノイズ成分となる近紫外波長や可視波長の光をカットする目的で、ＵＶカットフィルタやＵＶパスフィルタ（可視光カットフィルタ）などが用いられている。

特開２００３−１５３０７６号公報

特許文献１では、入射光量が多い昼間の撮影時などには、近赤外波長領域の光を遮断し、可視波長領域の光のみを透過させるＩＲカットフィルタ（赤外光カットフィルタ）を用い、色再現性の低下などを招く近赤外波長領域のノイズ成分を低減することで画質の高精度化を図り、逆に入射光量が少ない夜間撮影時などではＩＲカットフィルタを取り除き、固体撮像素子の感度が高い近赤外波長領域の光を積極的に利用して暗視画像として撮影する方法が提案されている。

しかしながら、昼夜を問わず撮影を行う必要がある、例えば監視カメラなどに用いられる撮像装置においては、昼間などの外光が強い撮影環境での高画質化に加え、夜間など入射光量が極めて少ないシチュエーションにおける撮影画像の更なる高精度化が強く求められている。また、紙幣識別センサなどでは、蛍光塗料にＵＶ光を照射させる際にはノイズ成分となる可視光を極力低減し、蛍光塗料から再放射される可視光を受光する際にはノイズ成分となる紫外光を極力低減することが強く求められている。

また一方で、低コスト化が強く望まれており、低コスト化に対応できる光学フィルタ、撮像装置、光学センサが求められている。

以上より、本発明の目的は上述の課題を解消し、不要成分波長と必要成分波長とが相反関係にある、透過帯と阻止帯の波長が相反する２種類以上の撮影環境下で高画質化を実現できる、低コスト化に対応できる光学フィルタを提供することにある。さらには、このような光学フィルタを用いることで高精度化を実現した撮像装置や光学センサを提供することにある。

以上の課題を解決する為に本発明は、可視波長から、前記可視波長と波長が連続している特定波長領域に亘り光透過性を有する基板の一方の面上に、可視波長の光を遮断し前記特定波長領域の光の反射を阻止する特定波長透過膜と、可視波長の光の反射を阻止し前記特定波長領域の光を遮断する特定波長遮蔽膜と、を備え、前記基板のもう一方の面上に、可視波長から前記特定波長領域に亘り光の反射を阻止する可視特定波長反射防止膜を備えたことを特徴とする光学フィルタである。

本発明の光学フィルタであれば、特定波長透過膜と特定波長遮蔽膜とを設けた基板裏面側に、可視波長から特定波長領域における反射を低減する可視特定波長反射防止膜を設けることで、特定波長透過膜の透過帯、及び特定波長遮蔽膜が形成する可視波長領域における透過帯の透過率を増加させることができるため、２つの異なる機能性フィルタ両方で高画質化などの高精度化を図ることが可能である。

また、このような本発明の光学フィルタを、紙幣識別センサや監視カメラ等の光学センサ、または撮影装置に使用することにより、高画質化が図られる光学センサ、及び撮像装置を提供することができる。

さらに、昼間撮影と夜間撮影や、ＵＶ光撮影と蛍光（可視光）撮影など、透過帯と阻止帯の使用波長が相反するような撮影環境下で用いる、異なる２種の機能膜を１枚の基板上に形成したことにより、それぞれの機能膜を別フィルタとして個別に形成し、光学フィルタを複数枚設けた場合の装置構成と比較し、フィルタを駆動する為の駆動機構の点数を削減することでき、装置全体としてのコストの低減を図ることが可能である。また、特定波長遮蔽膜と特定波長透過膜とが形成された基板面の裏面側に設けた１種類の反射防止膜により、特定波長遮蔽膜が形成する透過帯と、特定波長透過膜が形成する可視波長領域における透過帯の両方の透過帯における反射を低減できる為、特定波長遮蔽膜、及び特定波長透過膜のそれぞれに適した、異なる反射防止膜をそれぞれ形成した場合と比較し、製造工程を低減することができ、フィルタ及び撮像装置や光学センサの低コスト化を図ることが可能である。

本実施例１におけるＩＲパスフィルタの分光透過率特性図 本実施例１におけるＩＲカットフィルタの分光透過率特性図 本実施例１における光学フィルタの断面図 本実施例２におけるＩＲカットフィルタ、及びＮＤＩＲフィルタの分光透過率特性図 本実施例２における光学フィルタの断面図 本実施例４における撮像装置の概略構成図 本実施例５におけるＵＶパスフィルタの分光透過率特性図 本実施例５におけるＵＶカットフィルタの分光透過率特性図 本実施例５における光学フィルタの断面図 本実施例６における紙幣識別センサの概略構成図

本実施例の光学フィルタは、基板の一方の面上の一部の領域に、所定の可視波長領域における光の透過を遮断し、特定波長領域の光を透過する特定波長透過膜を形成し、少なくても同一基板面上の特定波長透過膜を形成した領域とは異なる領域を含む別の領域に、可視波長領域における光を透過し、特定波長領域の光を遮蔽する特定波長遮蔽膜を形成し、基板のもう一方の面上に、可視波長から特定波長領域における光の反射を阻止する可視特定波長反射防止膜を構成することで、特定波長パスフィルタとしての機能と特定波長カットフィルタとしての機能の、２つの機能を１枚のフィルタ内に有した光学フィルタである。

このような光学フィルタの基板としては、少なくても特定波長透過膜、及び特定波長遮蔽膜のそれぞれの透過帯において光透過性を有する、つまりは可視波長から特定波長において光透過性を有する基板を用いる。このような可視特定波長透明基板はガラスタイプや樹脂タイプ、さらには有機無機のハイブリッドタイプでも良く、光学フィルタの基板として必要とされる強度や光学特性を有する、基体として機能可能であるものが利用される。

基板上に形成される特定波長透過膜と特定波長遮蔽膜、可視特定波長反射防止膜の機能膜は、基板上に１層以上の薄膜を積層することにより作製され、これらの薄膜は物理的、若しくは化学的成膜方法で形成しても良いし、スピンコートなどの湿式法で形成しても良い。これらの成膜方法の中で、再現性や膜の耐環境性などの観点からは、スパッタ法や、何らかのアシストを付加した成膜方法など、比較的高エネルギーで膜を形成できるプロセスが好ましい。より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、クラスター蒸着法などが適用可能であり、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、機能膜に求められる特性や生産性等を考慮し、最適な方法を選択すれば良い。

本実施例における特定波長透過膜は、複数層の薄膜で構成されており、その最表層には透過帯である特定波長領域の光の反射を阻止する、１層または複数層の薄膜で構成される特定波長反射防止膜が形成されている。反射防止膜の最表層に配置される膜は透過帯の中心波長、例えば本実施例に記載されているような７００〜１１００ｎｍの透過帯を有する近赤外透過膜ならば透過帯の中心波長である波長８００〜１０００ｎｍの１．０ｑｗ程度の膜厚であることが好ましい。屈折率の波長分散が無い仮定であれば、４００〜５００ｎｍの２．０ｑｗと言い換えることもできる。ここで、ｑｗは膜厚を表す単位であり、１つの波長λを基準として、λ／４を１つの単位としたものであり、例えば ２．０×λ／４ の膜厚の場合は２．０ｑｗと表現する。

基板上に特定波長透過膜を形成することにより構成された光学フィルタの透過帯においては、理想的には全域で１００％を透過することが望ましいが、実際にはこれを完璧に満足することは大変困難であり、透過帯の全波長域で可能な限り１００％に近い透過率を得られるように調整される。このような透過率を実現する為に、本実施例では特定波長透過膜が形成する透過帯での透過率を最大化すると共に、基板裏面に設けられた可視特定波長反射防止膜が形成する透過帯での透過率を最大化し、特定波長透過膜と可視特定波長反射防止膜の２つの透過特性を合成することで、光学フィルタ総体としての透過帯の透過率を最大化している。

ここで、透過帯における透過率は、波長が連続的に変化するにつれ、少なからず波打つように変化しており、これは透過帯のリップル（透過リップル）などと呼ばれ、薄膜の積層数が多く、厚膜化するほど発生し易い。この透過リップルが大きくなると、例えば、カラーバランスが崩れたり、夜間撮影時などでは撮像素子に入射する総合的な光量が低減したりするなど、画質の低下を引き起こすことがある為、リップルは可能な限り小さい方が望ましい。そこで、この透過帯でのリップルを低減する為に、基板と特定波長透過膜との間にリップルを低減する為の透過リップル調整層を挿入しても良い。光学フィルタ総体としての透過リップルは、特定波長透過膜が形成する透過帯での透過リップルと、可視特定波長反射防止膜が形成する透過帯での透過リップルとの合成により決定されるが、本発明においては、積層数が多い為に透過リップルが発生し易い特定波長透過膜単体でも透過リップルが少ない平坦な透過特性を有し、さらに特定波長透過膜が形成された基板の裏面側に配置された可視特定波長反射防止膜単体でも透過リップルが少ない平坦な透過特性を有するように構成されており、これらの平坦な２つの透過帯を合成することで、光学フィルタ総体として透過リップルの少ない平坦な透過特性を形成している。これとは別に、例えば、特定波長透過膜における透過リップルに対し、特定波長−反射防止膜の透過リップルの位相を調整し、両面でリップルを打ち消し合うように構成することでも光学フィルタ総体として透過リップルの少ない平坦な透過特性を得ることが可能ではあるが、特定波長透過膜、及び特定波長反射防止膜での位相関係に誤差が生じた場合には透過リップルを増大させてしまう虞がある為、高画質化の観点から本実施例では先の構成を選択した。このような透過リップル調整層は特定波長透過膜を形成する複数の薄膜と比較し、膜厚が薄い特徴を有しており、全ての層の中で最も薄い層となる。透過リップル調整層は２層以上であっても良いが、その場合も、全ての透過リップル調整層は特定波長透過膜を形成する層よりも薄くなる。

本実施例における特定波長遮蔽膜は、複数層の薄膜で構成されており、その最表層には透過帯である可視波長領域の光の反射を阻止する、１層または複数層の薄膜で構成された可視反射防止膜が形成されている。この可視反射防止膜の最表層に配置される膜は透過帯の中心波長の１．０ｑｗ程度の膜厚であることが好ましい。

基板上に特定波長遮蔽膜を形成することにより構成された光学フィルタの透過帯においては、透過帯の全波長域で可能な限り１００％に近い透過率を得られるように調整される。このような透過率を実現する為に本実施例では、特定波長遮蔽膜が形成する透過帯での透過率を最大化すると共に、基板裏面に設けられた可視特定波長反射防止膜が形成する透過帯での透過率を最大化し、特定波長遮蔽膜と可視特定波長反射防止膜の２つの透過特性を合成することで、光学フィルタ総体としての透過帯の透過率を最大化している。

ここで、特定波長透過膜と同様に、特定波長遮蔽膜においても透過リップルは可能な限り小さい方が望ましい。そこで、この透過帯でのリップルを低減する為に、基板と特定波長透過膜との間にリップルを低減する為の透過リップル調整層を挿入しても良い。光学フィルタ総体としての透過リップルは、特定波長遮蔽膜が形成する透過帯での透過リップルと、可視特定波長反射防止膜が形成する透過帯での透過リップルとの合成により決定されるが、特定波長透過膜と同様に、特定波長遮蔽膜においても、積層数が多い為に透過リップルが発生し易い特定波長遮蔽膜単体でも透過リップルが少ない平坦な透過特性を有し、さらに特定波長遮蔽膜が形成された基板の裏面側に配置された可視特定波長反射防止膜単体でも透過リップルが少ない平坦な透過特性を有するように構成されており、これらの平坦な２つの透過帯を合成することで、光学フィルタ総体として透過リップルの少ない平坦な透過特性を形成している。このような透過リップル調整層は特定波長遮蔽膜を形成する複数の薄膜と比較し、膜厚が薄い特徴を有しており、全ての層の中で最も薄い層となる。透過リップル調整層は２層以上であっても良いが、その場合も、全ての透過リップル調整層は特定波長遮蔽膜を形成する層よりも薄くなる。

以上のような本発明の光学フィルタを監視カメラ等の撮影装置や、紙幣識別センサなどの光学センサに使用することにより、高精度化が可能となる撮像装置、または光学センサとすることができる。

以下、本発明の光学フィルタについて実施例に基づき具体的に説明する。

（実施例１）
多層薄膜により構成された近赤外透過膜と近赤外遮蔽膜、及び可視近赤外反射防止膜とを、１枚の可視近赤外波長透明基板の両面に分割配置し、図１、図２に示した分光透過特性を設計値とする光学フィルタを作製した実施例について、以下に詳しく記載する。

図３に示したような本実施例１の光学フィルタの可視近赤外透明基板１０には、少なくても４００〜１１００ｎｍの波長領域において、基板裏面側での反射成分を除いた入射光の殆どを透過する分光特性を有した厚さ０．４ｍｍのＤ２６３Ｔｅｃｏガラスを使用した。

そして、この可視近赤外透明基板１０の一方の面上にＩＡＤ法により可視近赤外反射防止膜１３を形成した後、可視近赤外透明基板１０の表裏を変え、可視近赤外透明基板１０のもう一方の面上の所定の領域に近赤外透過膜１１をＩＡＤ法により形成し、さらに基板の同一面上の近赤外透過膜１１を形成した領域とは異なる領域に近赤外遮蔽膜１２をＩＡＤ法により形成した。先に可視近赤外反射防止膜１３を形成したのは、近赤外透過膜１１や近赤外遮蔽膜１２よりも膜厚が薄く、膜応力が低い為、基板の反りに起因した成膜時の基板位置により成膜誤差の影響を小さくする理由からである。以上のように、本実施例１における光学フィルタ１４は、図３に示すような、可視近赤外透明基板１０の片面側に近赤外透過膜１１と近赤外遮蔽膜１２を、これと対峙する可視近赤外透明基板１０のもう一方の面上に可視近赤外反射防止膜１３を配置する構成とした。

可視近赤外透明基板１０上に形成された本実施例１の近赤外透過膜１１は、図１（ｂ）に示すように、可視波長領域の約４００〜６５０ｎｍの波長領域の光の殆どを遮断する透過阻止帯と、可視波長から近赤外波長領域にかけての約７５０〜１１００ｎｍの波長領域の光を小さいリップルに抑えつつ、基板裏面側での反射成分を除いた殆どの光を透過させた透過帯を有している。また、透過阻止帯と透過帯に挟まれた約６５０〜７５０ｎｍの波長領域には、透過阻止帯から透過帯へ透過が連続的に変化する透過−阻止遷移領域を有している。さらには、透過−阻止遷移領域における透過率５０％の波長をＩＲ半値波長と定義し、この値を７００ｎｍとした。また、本実施例１における近赤外透過膜１１は高屈折率材料であるＴｉＯ_２と低屈折率材料であるＳｉＯ_２を交互に積層した３８層膜で構成されており、図３に示すように、この近赤外透過膜１１の可視近赤外透明基板１０直上の第１層には透過リップル低減機能を有する透過リップル調整層１５ａが配置されている。さらに、最表層となる第３８層には、近赤外波長における透過帯での反射防止機能を有する１層で構成された近赤外反射防止構造１６ａが配置されている。透過リップル調整層１５ａは、近赤外透過膜１１を構成する全ての膜厚の中で最も薄い膜厚となっており、また近赤外反射防止構造１６ａは反射防止帯となる波長域の中心波長である８００〜１０００ｎｍの約１．０ｑｗ程度の膜厚を有している。

可視近赤外透明基板１０上に形成された本実施例１の近赤外遮蔽膜１２は、図２（ｂ）に示すように、可視波長領域の約４００〜６００ｎｍの波長領域の光を小さいリップルに抑えつつ、基板裏面側での反射成分を除いた殆どを透過させた透過帯と、可視波長から近赤外波長領域にかけての約７００〜１１００ｎｍの波長領域の光を遮蔽した透過阻止帯を有している。また、透過帯と透過阻止帯に挟まれた約６００〜７００ｎｍの波長領域には、透過帯から透過阻止帯へ透過が連続的に変化する透過−阻止遷移領域を有している。さらには、透過−阻止遷移領域における透過率５０％の波長をＩＲ半値波長と定義し、この値を６７０ｎｍとした。また、本実施例１における近赤外遮蔽膜１２は高屈折率材料であるＴｉＯ_２と低屈折率材料であるＳｉＯ_２を交互に積層した３８層膜で構成されており、図３に示すように、この近赤外遮蔽膜１２の可視近赤外透明基板１０直上の第１層には透過リップル低減機能を有する透過リップル調整層１５ｂが配置されている。さらに、最表層となる第３８層には、近赤外波長における透過帯での反射防止機能を有する１層で構成された可視反射防止構造１６ｂが配置されている。透過リップル調整層１５ｂは、近赤外遮蔽膜１２を構成する全ての膜厚の中で最も薄い膜厚となっており、また可視反射防止構造１６ｂは反射防止帯となる波長域の中心波長である４００〜６００ｎｍの約１．０ｑｗ程度の膜厚を有している。

可視近赤外透明基板１０上に形成された本実施例１の可視近赤外反射防止膜１３は、図１（ｃ）または図２（ｃ）に示すように、可視波長から近赤外波長領域にかけての約４００〜１１００ｎｍの波長領域の光における、基板裏面側での反射成分を除いた殆どの反射を阻止した、つまりは殆どの光を透過させた透過帯を有した光学特性となっている。このように、近赤外透過膜１１のＩＲ半値波長である７００ｎｍ、及び近赤外遮蔽膜１２のＩＲ半値波長である６７０ｎｍにおいて、可視近赤外反射防止膜１３は透過帯を形成しており、成膜誤差等により光学特性が例えば１０ｎｍ程度短波長側や長波長側へシフトとしたとしても、可視近赤外反射防止膜１３はＩＲ半値波長において透過帯を維持できる。従って、以上のような構成設計とすることにより、可視近赤外反射防止膜１３形成時の成膜誤差により可視近赤外反射防止膜１３の光学特性が変化したとしても、可視近赤外透明基板１０を含んで形成されるＩＲパスフィルタ１７またはＩＲカットフィルタ１８の各ＩＲ半値波長に与える影響は極めて小さく、近赤外透過膜１１または近赤外遮蔽膜１２の誤差のみで、ＩＲパスフィルタ１７またはＩＲカットフィルタ１８の透過−阻止遷移領域が決まる為、より再現性を高めることができ、光学フィルタ総体としての高精度化を実現することができる。

また、本実施例１における可視近赤外反射防止膜１３は高屈折率材料であるＴｉＯ_２と低屈折率材料であるＳｉＯ_２を交互に積層した１２層膜で構成されており、特に反射防止機能に最も影響を与える最表層となる第１２層は反射防止帯となる波長域の中心波長である６００〜９００ｎｍの約１．０ｑｗ程度の膜厚を有している。

さらには、可視近赤外透明基板１０上に構成された近赤外透過膜１１単体が作り出す透過帯の透過特性は、図１（ｂ）で示すように、透過リップルが少ない平坦で、実質的に一定である透過特性を有しており、基板裏面側の反射成分を除いた殆どの光を透過する特性となっている。また同様に、可視近赤外透明基板１０上に構成された可視近赤外反射防止膜１３単体が作り出す透過帯の透過特性は、図１（ｃ）で示すように透過リップルが少ない平坦で、実質的に一定である透過特性を有しており、基板の裏面側の反射成分を除いた殆どの光を透過する特性となっている。これら２つの機能膜が作り出す透過帯におけるそれぞれの透過特性は図１（ｂ）（ｃ）に示すように、厳密には可視近赤外反射防止膜１３の透過率の方が近赤外透過膜１１の透過率よりも僅かながら高い値となっているが、実質的に同一とみなせる特性を有している。そして、これら２つの機能膜が作り出す、透過リップルが少なく平坦で、高透過となっているそれぞれの透過特性を合成することで、図１（ａ）で示すように、ＩＲパスフィルタ１７の透過帯において、透過リップルが少なく平坦で、近赤外透過膜１１、及び可視近赤外反射防止膜１３よりも高透過である特性を作り出している。また、ＩＲパスフィルタ１７の阻止帯においても同様に、２つの機能膜が作り出す透過特性の合成により透過特性が決定される。従って、近赤外透過膜１１、及び可視近赤外反射防止膜１３の２つの機能膜が作り出す透過特性の合成により、ＩＲパスフィルタ１７総体としての透過特性が決定される。

同様に、可視近赤外透明基板１０上に構成された近赤外遮蔽膜１２単体が作り出す透過帯の透過特性は、図２（ｂ）で示すように透過リップルが少ない平坦で、実質的に一定である透過特性を有しており、基板の裏面側の反射成分を除いた殆どの光を透過する特性となっている。また同様に、可視近赤外透明基板１０上に構成された可視近赤外反射防止膜１３単体が作り出す透過帯の透過特性は、図２（ｃ）で示すように透過リップルが少ない平坦で、実質的に一定である透過特性を有しており、基板の裏面側の反射成分を除いた殆どの光を透過する特性となっている。これら２つの機能膜が作り出す透過帯におけるそれぞれの透過特性は図２（ｂ）（ｃ）に示すように、厳密には可視近赤外反射防止膜１３の透過率の方が近赤外遮蔽膜１２の透過率よりも僅かながら高い値となっているが、実質的に同一とみなせる特性を有している。そして、これら２つの機能膜が作り出す、透過リップルが少なく平坦で、高透過となっているそれぞれの透過特性を合成することで、図２（ａ）で示すように、ＩＲカットフィルタ１８の透過帯において、透過リップルが少なく平坦で、近赤外遮蔽膜１２、及び可視近赤外反射防止膜１３よりも高透過である特性を作り出している。また、ＩＲカットフィルタ１８の阻止帯においても同様に、２つの機能膜が作り出す透過特性の合成により透過特性が決定される。従って、近赤外遮蔽膜１２、及び可視近赤外反射防止膜１３の２つの機能膜が作り出す透過特性の合成により、ＩＲカットフィルタ１８総体としての透過特性が決定される。

また、本実施例のような監視カメラなどに用いられる撮像装置の場合、ノイズ成分に大変敏感であり、これらは画質に大きな影響を与える。従って、本実施例のフィルタのように、ＩＲパスフィルタ１７の阻止帯では透過を平均で１％以下、より好ましくは平均で０．１％以下に抑えつつ、透過帯では平均で８０％以上、より好ましくは平均で９０％以上の透過特性を有することが望ましい。同様に、ＩＲカットフィルタ１８も阻止帯では透過を平均で１％以下、より好ましくは平均で０．１％以下に抑えつつ、透過帯では平均で８０％以上、より好ましく平均で９０％以上の透過特性を有することが望ましい。

本実施例１における近赤外透過膜１１、近赤外遮蔽膜１２、及び可視近赤外反射防止膜１３において、蒸着膜として構成された高屈折率材料であるＴｉＯ_２と低屈折率材料であるＳｉＯ_２の他に、高屈折率材料としてはＮｂ_２Ｏ_５やＺｒＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５などが使用でき、低屈折率材用としてはＭｇＦ_２などが使用可能である。また、設計上や成膜上の理由から中間屈折率材料であるＡｌ_２Ｏ_３などを一部の層で使用することも可能であり、これらの材料に限らず、ＮｉやＷ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｉｎ、Ａｇ、Ａｕなどの金属化合物でも良く、その時々で最適な材料の組合せを選択すれば良い。

以上のように作製された、ＩＲパスフィルタ１７の分光透過特性は図１（ａ）で示した設計値と、ＩＲカットフィルタ１８の分光透過特性は図２（ａ）で示した設計値と略同じ特性を得ることができた。これにより、入射光量が多い昼間撮影時などにおいてはＩＲカットフィルタ１８の領域を用いることでノイズ成分となる近赤外波長域の透過を遮断することでカラー画像の高画質化を図ることができ、さらに入射光量が少ない夜間撮影時などにおいてはＩＲパスフィルタ１７の領域を用いることでノイズ成分となる可視波長域の透過を遮断することで、暗視画像の高画質化を図ることができる光学フィルタを得ることができる。

また、近赤外透過膜１１と近赤外遮蔽膜１２の両方の透過帯において、反射防止効果を発現する可視近赤外反射防止膜１３を構成することで、近赤外透過膜１１と近赤外遮蔽膜１２のそれぞれの機能膜に最適化された２種類の異なる反射防止膜を構成する必要がなくなる為、製造工程を簡易化することができ、光学フィルタの低コスト化を図ることができる。

以上より、ＩＲパスフィルタ１７とＩＲカットフィルタ１８の２つの機能を合わせ持つ、高画質化と低コスト化を図ることが可能な光学フィルタ１４を得ることができる。

（実施例２）
多層薄膜により構成された近赤外透過膜と近赤外遮蔽膜、及び近赤外反射防止膜に加え、可視波長を含む波長領域の光の透過を減衰するＮＤ膜を、１枚の可視近赤外波長透過基板の両面に分割配置し、図１、図４に示した分光透過特性を設計値とする光学フィルタを作製した実施例について、以下に詳しく記載する。

本実施例２の光学フィルタの可視近赤外透明基板２０には、少なくても４００〜１１００ｎｍの波長領域において、基板裏面側での反射成分を除いた入射光の殆どを透過する分光特性を有した厚さ０．４ｍｍのＢ２７０ｉガラスを使用した。

そして、この可視近赤外透明基板２０の一方の面上にＩＡＤ法により可視近赤外反射防止膜２３を形成した後、可視近赤外透明基板２０の表裏を変え、可視近赤外透明基板２０のもう一方の面上の所定の領域に近赤外透過膜２１をＩＡＤ法により形成し、さらに基板の同一面上の近赤外透過膜２１を形成した領域とは異なる領域に近赤外遮蔽膜２２をＩＡＤ法により形成した。これに加えて、近赤外遮蔽膜２２上にＮＤ膜２９を通常のＥＢ蒸着法により形成した。以上のように、本実施例２における光学フィルタ２４は、図５に示すような、可視近赤外透明基板２０の片面側に近赤外透過膜２１と近赤外遮蔽膜２２を、可視近赤外透明基板２０のもう一方の面に可視近赤外波長反射防止膜２３を配置し、さらに近赤外遮蔽膜２２上の一部領域にＮＤ膜２９を配置する構成とした。

可視近赤外透明基板２０上に形成された本実施例２の近赤外透過膜２１は、図１（ｂ）に示すように、可視波長領域の約４００〜６５０ｎｍの波長領域の光の殆どを遮断する透過阻止帯と、可視波長から近赤外波長領域にかけての約７５０〜１１００ｎｍの波長領域の光を小さいリップルに抑えつつ、基板裏面側での反射成分を除いた殆どの光を透過させた透過帯を有している。また、透過阻止帯と透過帯に挟まれた約６５０〜７５０ｎｍの波長領域には、透過阻止帯から透過帯へ透過が連続的に変化する透過−阻止遷移領域を有している。さらには、透過−阻止遷移領域における透過率５０％の波長をＩＲ半値波長と定義し、この値を７００ｎｍとした。また、本実施例２における近赤外透過膜２１は高屈折率材料であるＴｉＯ_２と低屈折率材料であるＳｉＯ_２を交互に積層した３８層膜で構成されており、図５に示すように、この近赤外透過膜２１の可視近赤外透明基板２０直上の第１層には透過リップル低減機能を有する透過リップル調整層２５ａが配置されている。さらに、最表層となる第３８層には、近赤外波長における透過帯での反射防止機能を有する１層で構成された近赤外反射防止構造２６ａが配置されている。透過リップル調整層２５ａは、近赤外透過膜２１を構成する全ての膜厚の中で最も薄い膜厚となっており、また近赤外反射防止構造２６ａは反射防止帯となる波長域の中心波長である８００〜１０００ｎｍの約１．０ｑｗ程度の膜厚を有している。

可視近赤外透明基板２０上に形成された本実施例２の近赤外遮蔽膜２２は、図４（ｂ）に示すように、可視波長領域の約４００〜６００ｎｍの波長領域の光を小さいリップルに抑えつつ、基板裏面側での反射成分を除いた殆どを透過させた透過帯と、可視波長から近赤外波長領域にかけての約７００〜１１００ｎｍの波長領域の光を遮蔽した透過阻止帯を有している。また、透過帯と透過阻止帯に挟まれた約６００〜７００ｎｍの波長領域には、透過帯から透過阻止帯へ透過が連続的に変化する透過−阻止遷移領域を有している。さらには、透過−阻止遷移領域における透過率５０％の波長をＩＲ半値波長と定義し、この値を６７０ｎｍとした。また、本実施例２における近赤外透過膜２１は高屈折率材料であるＴｉＯ_２と低屈折率材料であるＳｉＯ_２を交互に積層した３８層膜で構成されており、図５に示すように、この近赤外遮蔽膜２２の可視近赤外透明基板２０直上の第１層には透過リップル低減機能を有する透過リップル調整層２５ｂが配置されている。さらに、最表層となる第３８層には、近赤外波長における透過帯での反射防止機能を有する１層で構成された可視反射防止構造２６ｂが配置されている。透過リップル調整層２５ｂは、近赤外遮蔽膜２２を構成する全ての膜厚の中で最も薄い膜厚となっており、また可視反射防止構造２６ｂは反射防止帯となる波長域の中心波長である４００〜６００ｎｍの約１．０ｑｗ程度の膜厚を有している。

次に、近赤外遮蔽膜２２上に、近赤外遮蔽膜２２との干渉条件を調整する為の干渉条件調整層としてＳｉＯ２膜とＴｉＯ２膜をこの順に１層ずつ積層した後、誘電体層であるＡｌ２Ｏ３と光吸収層であるＴｉＯｘ（ｘは約１．０〜２．０）を交互に積層した８層を加え、さらに最表層には反射防止膜となる１層のＭｇＦ２膜を配置した全１１層で構成されたＮＤ膜２９を、特にアシストを付加しない通常のＥＢ蒸着法により、図５に示すような配置構成となるように形成した。またＮＤ膜２９のＮＤ濃度は約１．０となるように調整された。

ＮＤ膜２９の最表層に配置された反射防止膜はＭｇＦ２に限らずＳｉＯ２膜でも良いし、ＩＡＤ法により作製された１層のＳｉＯ２膜などであっても良い。さらには、例えば複数のＳｉＯ２膜とＴｉＯ２膜などで形成された多層膜構成であっても良い。ＮＤ膜２９を構成する薄膜材料としては、本実施例２で形成された材料に限らず、ＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３などの誘電体層やこれらの酸価を変えたもの、ＮｉやＷ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｉｎ、Ａｇ、Ａｕなどの金属単体、またはこれらの合金や金属化合物や、これらを混合させた層など、様々な材料を適宜選択することが可能である。

このように形成された本実施例２におけるＮＤ膜２９は近赤外遮蔽膜２２が形成するＩＲ半値波長の６７０ｎｍを含む、４００〜１１００ｎｍ、特に４００〜７００ｎｍの可視波長領域全域の透過を減衰し、略均一な透過特性を有する光学特性となっている。従って、成膜誤差により長波長側、または短波長側に例えば１０ｎｍ程度ＮＤ膜２９の分光透過特性がシフトしたとしても、先のＩＲ半値波長に与える影響は極めて小さく、基板の特性を合わせ形成されるＮＤＩＲフィルタとしてのＮＤＩＲ半値波長にも殆ど影響を与えない。このように、ＮＤ膜２９の光学特性を調整することで、ＮＤＩＲフィルタ３０総体として光学特性における高い再現性を得ることが可能となっている。

可視近赤外透明基板２０上に形成された本実施例２の可視近赤外反射防止膜２３は、図１（ｃ）または図４（ｃ）に示すように、可視波長から近赤外波長領域にかけての約４００〜１１００ｎｍの波長領域の光における、基板裏面側での反射成分を除いた殆どの反射を阻止した、つまりは殆どの光を透過させた透過帯を有した光学特性となっている。このように、近赤外透過膜２１のＩＲ半値波長である７００ｎｍ、及び近赤外遮蔽膜２２のＩＲ半値波長である６７０ｎｍにおいて、可視近赤外反射防止膜２３は透過帯を形成することにより再現性を高めることができ、光学フィルタ総体としての高精度化を実現することができる。

また、本実施例２における可視近赤外反射防止膜２３は高屈折率材料であるＴｉＯ_２と低屈折率材料であるＳｉＯ_２を交互に積層した１２層膜で構成されており、特に反射防止機能に最も影響を与える最表層となる第１２層は反射防止帯となる波長域の中心波長である６００〜９００ｎｍの約１．０ｑｗ程度の膜厚を有している。

さらには、可視近赤外透明基板２０上に構成された近赤外透過膜２１単体が作り出す透過帯の透過特性は、図１（ｂ）で示すように、透過リップルが少ない平坦で、実質的に一定である透過特性を有しており、基板の裏面側の反射成分を除いた殆どの光を透過する特性となっている。また同様に、可視近赤外透明基板２０上に構成された可視近赤外反射防止膜２３単体が作り出す透過帯の透過特性は、図１（ｃ）で示すように透過リップルが少ない平坦で、実質的に一定である透過特性を有しており、基板の裏面側の反射成分を除いた殆どの光を透過する特性となっている。これら２つの機能膜が作り出す透過帯におけるそれぞれの透過特性は図１（ｂ）（ｃ）に示すように、実質的に同一とみなせる特性を有している。そして、これら２つの機能膜が作り出す、透過リップルが少なく平坦で、高透過となっているそれぞれの透過特性を合成することで、図１（ａ）で示すように、ＩＲパスフィルタ２７の透過帯において、透過リップルが少なく平坦で、近赤外透過膜２１、及び可視近赤外反射防止膜２３よりも高透過である特性を作り出している。また、ＩＲパスフィルタ２７の阻止帯においても同様に、２つの機能膜が作り出す透過特性の合成により透過特性が決定される。従って、近赤外透過膜２１、及び可視近赤外反射防止膜２３の２つの機能膜が作り出す透過特性の合成により、ＩＲパスフィルタ２７総体としての透過特性が決定される。

同様に、可視近赤外透明基板２０上に構成された近赤外遮蔽膜２２単体が作り出す透過帯の透過特性は、図４（ｂ）で示すように透過リップルが少ない平坦で、実質的に一定である透過特性を有しており、基板の裏面側の反射成分を除いた殆どの光を透過する特性となっている。また同様に、可視近赤外透明基板２０上に構成された可視近赤外反射防止膜２３単体が作り出す透過帯の透過特性は、図４（ｃ）で示すように透過リップルが少ない平坦で、実質的に一定である透過特性を有しており、基板の裏面側の反射成分を除いた殆どの光を透過する特性となっている。さらには、近赤外遮蔽膜２２上に構成されたＮＤ膜２９単体が作り出す透過特性は図４（ｅ）で示すように、可視波長から近赤外波長に掛けて透過リップが少ない平坦で実施的に一定である透過特性を有している。これら近赤外遮蔽膜２２と可視近赤外反射防止膜２３が作り出す透過帯におけるそれぞれの透過特性は図４（ｂ）（ｃ）に示すように、厳密には可視近赤外反射防止膜２３の透過率の方が近赤外遮蔽膜２２の透過率よりも僅かながら高い値となっているが、実質的に同一とみなせる特性を有している。そして、これら２つの機能膜が作り出す、透過リップルが少なく平坦で、高透過となっているそれぞれの透過特性を合成することで、図４（ａ）で示すように、ＩＲカットフィルタ２８の透過帯において、透過リップルが少なく平坦で、近赤外遮蔽膜２２、及び可視近赤外反射防止膜２３よりも高い透過特性を作り出している。また、ＩＲカットフィルタ２８の阻止帯においても同様に、２つの機能膜が作り出す透過特性の合成により透過特性が決定される。従って、近赤外遮蔽膜２２、及び可視近赤外反射防止膜２３の２つの機能膜が作り出す透過特性の合成により、ＩＲカットフィルタ２８総体としての透過特性が決定される。さらに、近赤外遮蔽膜２２と可視近赤外反射防止膜２３に加え、ＮＤ膜２９が作り出す透過帯におけるそれぞれの透過特性は図４（ｂ）（ｃ）（ｆ）に示すように、透過リップルが少なく平坦なそれぞれの透過特性を合成することで、図４（ｅ）で示すように、ＮＤＩＲフィルタ３０の透過帯において、透過リップルが少なく平坦な透過特性を作り出している。

本実施例のようにＩＲパスフィルタ２７の阻止帯では透過を平均で１％以下、より好ましくは平均で０．１％以下に抑えつつ、透過帯では平均で８０％以上、より好ましくは平均で９０％以上の透過特性を有することが望ましい。同様に、ＩＲカットフィルタ２８も本実施例のフィルタのように阻止帯では透過を平均で１％以下、より好ましくは平均で０．１％以下に抑えつつ、透過帯では平均で８０％以上、より好ましく平均で９０％以上の透過特性を有することが望ましい。さらに同様に、ＮＤＩＲフィルタ３０も本実施例のフィルタのように阻止帯では透過を平均で１％以下、より好ましくは平均で０．１％以下に抑えた特性を有することが望ましい。

以上のように作製された、ＩＲパスフィルタ２７の分光透過特性は図１（ａ）で示した設計値と、ＩＲカットフィルタ２８の分光透過特性は図４（ａ）で示した設計値と、ＮＤＩＲフィルタ３０の分光透過特性は図４（ｅ）で示した設計値と略同じ特性を得ることができた。

これにより、入射光量が多い昼間撮影時などにおいては、図５におけるＩＲカットフィルタ２８の領域を用い、さらには特に入射光量が多い撮影環境時には図５におけるＮＤＩＲフィルタ３０の領域を用いることで、ノイズ成分となる近赤外波長域の透過を遮断することでカラー画像の高画質化を図ることができる。これに加え、入射光量が少ない夜間撮影時などにおいてはＩＲパスフィルタ２７の領域を用いることでノイズ成分となる可視波長域の透過を遮断することで、暗視画像の高画質化を図ることができる光学フィルタを得ることができる。

また、近赤外透過膜２１と近赤外遮蔽膜２２の両方の透過帯において、反射防止効果を発現する可視近赤外反射防止膜２３を構成することで、近赤外透過膜２１と近赤外遮蔽膜２２のそれぞれに最適化された２種類の異なる反射防止膜を構成する必要がなくなる為、製造工程を簡易化することができフィルタの低コスト化を図ることができる。

以上より、ＩＲパスフィルタ２７とＩＲカットフィルタ２８、ＮＤＩＲフィルタ３０の３つの機能を合わせ持つ、高画質化と低コスト化を図ることが可能な光学フィルタ２４を得ることができる。

（実施例３）
本実施例１、及び本実施例２で作製されたような、ＩＲパスフィルタとＩＲカットフィルタの２つの機能を有する光学フィルタの他の構成例について説明する。

本実施例１、及び本実施例２で説明した、図１、図４で示したような、撮像素子の感度特性や、光学系での配置位置などの様々な要素から決定される、調整が必要な近赤外波長領域全域の光の殆どを透過させるエッジフィルタタイプの光学特性とは異なるＩＲパスフィルタとすることも可能である。

つまりは、調整が必要な近赤外波長領域の特定波長領域のみの光を透過させる、バンドパスタイプのＩＲパスフィルタとすることでも、本実施例１、２で作製した光学フィルタと同様の効果を持つフィルタを形成することが可能である。例えば、図１（ｂ）における近赤外透過膜の透過帯の透過特性を、８００〜９００ｎｍの波長領域のみを１００％に近い値で透過させ、９５０〜１１００ｎｍの波長領域の透過を遮断し、その他の波長領域は図１（ｂ）と同様な特性とする。そして、近赤外反射防止膜の光学特性を図１（ｃ）と同様とする。以上より、これら２つの機能膜が作り出す、透過リップルが少なく平坦で、高透過となっているそれぞれの透過特性を合成することで作製される、透過帯において透過リップルが少なく平坦で、非常に高い透過特性を有するＩＲパスフィルタを、近赤外波長領域における８００〜９００ｎｍの特定領域のみ光を透過させるバンドパスタイプとして形成することができる。このようなバンドパスタイプの透過特性は、近赤外透過膜を構成している複数層の薄膜の膜厚や層数、薄膜材料などを調整することで得ることができる。同様に８００〜１０００ｎｍや７５０〜８５０ｎｍなど、意図する様々な波長領域のみを透過させるバンドパスタイプのＩＲパスフィルタを形成することが可能である。

他の例として、本実施例１、及び本実施例２では近赤外透過膜や近赤外遮蔽膜、可視近赤外反射防止膜、ＮＤ膜の最表層に配置された反射防止構造を１層の薄膜構成としたが、複数層で構成することも可能である。このような構成を取ることにより、前述の各機能膜がそれぞれで必要としている波長領域における、光の反射をより低減することが可能となる場合がある。

また、本実施例２で記載した図５のＮＤＩＲフィルタ３０について、近赤外遮蔽膜２２とＮＤ膜２９の積層順を反対に構成することも可能である。この場合、ＩＲカットフィルタ２８の作製と合わせて、近赤外遮蔽膜２２とＮＤ膜２９の基板面上の成膜領域は維持したまま、近赤外遮蔽膜２２とＮＤ膜２９の成膜の順番を変更し、更には積層順が反対になったことから生じる近赤外遮蔽膜２２とＮＤ膜２９との干渉条件のズレ分を修正する為に、ＮＤ膜２９を形成する多層薄膜の積層構成を調整することで、本実施例２と略同じ特性、効果を有する光学フィルタを得ることができる。ここで、このような構成であれば、ＮＤ膜２９の基板面上の成膜領域を少しずらして、ＮＤ膜２９の断面を含む全体を近赤外遮蔽膜２２で覆うように形成することも可能であり、例えばＮＤＩＲフィルタ３０としての耐環境性が改善したり、耐摩耗性が改善したりするなどの第３の効果を得ることができる場合がある。

さらに別の構成例として、近赤外遮蔽膜のＩＲカット機能に加え、紫外波長域の光遮蔽機能を付加することで、ＩＲカットフィルタをＵＶＩＲカットフィルタとすることも可能である。

以上のような、バンドパスタイプのＩＲパスフィルタや、各機能膜の最表層に形成された複数層で構成された反射防止膜、ＵＶＩＲカットフィルタなどを、組み合わせて、ＩＲパスフィルタとＩＲカットフィルタの２つの機能を有する光学フィルタを構成することも可能である。

（実施例４）
本実施例１〜３で作製した光学フィルタを備えるビデオカメラ等の撮像装置に適用した実施例について図６を用いて説明する。

図６（ａ）は、ビデオカメラなどの撮像装置で、絞り羽根４９などで構成された撮像光学系４７を透過した光線を、光学フィルタ挿入位置４０に配置された光学フィルタにより固体撮像素子４８の特性に合わせて調整し、適正な画像を得るような構成となっている。

例えば、図６の構成において、本実施例１〜３で作製されたＩＲパスフィルタとＩＲカットフィルタの２つの機能を有する光学フィルタを撮像装置内の所定の位置に配置しておき、光学フィルタ挿入位置４０にＩＲパスフィルタまたはＩＲカットフィルタの機能を発現する位置となるように光学フィルタを移動させることで、撮影状況に応じて適切なフィルタを選択し、撮影を行うことが可能である。例えば図６の構成において光学フィルタＡ４４を用いて、撮像光学系４７を透過して撮像素子４７に結像した光量等を判断して、光学フィルタ挿入位置４０にＩＲパスフィルタ４１、またはＩＲカットフィルタ４２のどちらか一方のフィルタ領域を配置させる。入射した光量が通常の撮影に十分な量であるときは、ＩＲカットフィルタ４２を光学フィルタ挿入位置４０に配置させることでカラー画像を形成し、逆に光量が不十分であるときはＩＲパスフィルタ４１を光学フィルタ挿入位置４０に配置させることで暗視画像を形成する。

これにより作製された撮像装置は、入射光量が多い昼間の撮影時にはＩＲカットフィルタにより近赤外波長のノイズ成分を除去し、入射光量が少ない夜間の撮影時にはＩＲパスフィルタにより可視波長のノイズ成分を除去することが可能となり、撮影画像の高画質化が図られる。

また、光学フィルタＡ４４に変え、ＩＲパスフィルタ４１と、可視波長領域の光量を減衰させるＮＤフィルタの機能とＩＲカットフィルタの機能とを合成した光学特性を有するＮＤＩＲフィルタ４３の機能を有する光学フィルタＢ４５を用いることも可能である。このようなＮＤＩＲフィルタ４３は、例えば図４（ｅ）で示すように、可視波長領域の光を減衰し、近赤外波長領域の光を遮蔽する透過特性を有している。このような構成とすることで、入射した光量が通常の撮影に十分な量であるときは、ＮＤＩＲフィルタ４３を光学フィルタ挿入位置４０に配置させカラー画像を形成し、逆に光量が不十分であるときはＩＲパスフィルタ４１を光学フィルタ挿入位置４０に配置させ暗視画像を形成する。

さらには、ＩＲパスフィルタ４１とＩＲカットフィルタ４２の機能に加え、ＮＤＩＲフィルタ４３の３種類の機能を有する光学フィルタＣ４６を用いることも可能である。ＩＲカットフィルタ４１とＩＲパスフィルタ４２に加え、可視波長領域の光量を減衰させるＮＤＩＲフィルタ４３の３種の機能を有したフィルタを用いることで、入射光量が特に多いスチエーションではＮＤＩＲフィルタ４３を光学フィルタ挿入位置４０に配置させ、入射光量が通常の撮影に十分な量であるときは、ＩＲカットフィルタ４２を光学フィルタ挿入位置４０に配置させカラー画像を形成し、逆に光量が不十分であるときはＩＲパスフィルタ４１を光学フィルタ挿入位置４０に配置させ暗視画像を形成する。このような構成とすることで、様々な撮影スチエーションにおいて高画質化を図ることが可能な撮像装置を実現することができる。

また、本実施例の光学装置に限らず、他の光学装置であっても、実施例１〜３で作製されたようなＩＲパスフィルタとＩＲカットフィルタの機能を１枚の基板上に有する光学フィルタを用いることで、様々な撮影スチエーションにおいて高画質化を図ることが可能な撮像装置を実現することができる。

以上のように、本実施例４の構成であれば、昼間撮影または夜間撮影の異なる撮影環境下で用いる、ＩＲカットフィルタ４１とＩＲパスフィルタ４２を１枚の基板上に形成したことにより、それぞれを別フィルタとして個別に形成し、光学フィルタを複数枚設けた場合の装置構成と比較し、フィルタを駆動する為の駆動機構の点数を削減することでき、装置全体としてのコストの低減を図ることができる。

（実施例５）ＵＶＰＦ
多層薄膜により構成された近紫外透過膜と近紫外遮蔽膜、及び可視近紫外反射防止膜とを、１枚の可視近紫外波長透明基板の両面に分割配置し、図７、図８に示した分光透過特性を設計値とする光学フィルタを作製した実施例について、以下に詳しく記載する。

図９に示したような本実施例５の光学フィルタの可視近紫外透明基板５０には、少なくても３５０〜６００ｎｍの波長領域において、基板裏面側での反射成分を除いた入射光の殆どを透過する分光特性を有した厚さ０．４ｍｍのＤ２６３Ｔｅｃｏガラスを使用した。

そして、この可視近紫外透明基板５０の一方の面上にＩＡＤ法により可視近紫外反射防止膜５３を形成した後、可視近紫外透明基板５０の表裏を変え、可視近紫外透明基板５０のもう一方の面上の所定の領域に近紫外透過膜５１をＩＡＤ法により形成し、さらに基板の同一面上の近紫外透過膜５１を形成した領域とは異なる領域に近紫外遮蔽膜５２をＩＡＤ法により形成した。先に可視近紫外反射防止膜５３を形成したのは、近紫外透過膜５１や近紫外遮蔽膜５２よりも膜厚が薄く、膜応力が低い為、基板の反りに起因した成膜時の基板位置により成膜誤差の影響を小さくする理由からである。以上のように、本実施例５における光学フィルタ５４は、図９に示すような、可視近紫外透明基板５０の片面側に近紫外透過膜５１と近紫外遮蔽膜５２を、これと対峙する可視近紫外透明基板５０のもう一方の面上に可視近紫外反射防止膜５３を配置する構成とした。

可視近紫外透明基板５０上に形成された本実施例５の近紫外透過膜５１は、図７（ｂ）に示すように、可視波長領域の約４００〜５００ｎｍの波長領域の光の殆どを遮断する透過阻止帯と、可視波長から近紫外波長領域にかけての約３５０〜３７７ｎｍの波長領域の光を小さいリップルに抑えつつ、基板裏面側での反射成分を除いた殆どの光を透過させた透過帯を有している。また、透過阻止帯と透過帯に挟まれた約３８０〜３９５ｎｍの波長領域には、透過阻止帯から透過帯へ透過が連続的に変化する透過−阻止遷移領域を有している。さらには、透過−阻止遷移領域における透過率５０％の波長をＵＶ半値波長と定義し、この値を３８２ｎｍとした。また、本実施例５における近紫外透過膜５１は高屈折率材料であるＬａ_２Ｔｉ_２Ｏ_７と低屈折率材料であるＳｉＯ_２を交互に積層した３８層膜で構成されており、図９に示すように、この近紫外透過膜５１の可視近紫外透明基板５０直上の第１層には透過リップル低減機能を有する透過リップル調整層５５ａが配置されている。さらに、最表層となる第３８層には、近紫外波長における透過帯での反射防止機能を有する１層で構成された近紫外反射防止構造５６ａが配置されている。透過リップル調整層５５ａは、近紫外透過膜５１を構成する全ての膜厚の中で最も薄い膜厚となっており、また近紫外反射防止構造５６ａは反射防止帯となる波長域の中心波長である３３０〜３８０ｎｍの約１．０ｑｗ程度の膜厚を有している。

可視近紫外透明基板５０上に形成された本実施例５の近紫外遮蔽膜５２は、図８（ｂ）に示すように、可視波長領域の約４３０〜６００ｎｍの波長領域の光を小さいリップルに抑えつつ、基板裏面側での反射成分を除いた殆どを透過させた透過帯と、可視波長から近紫外波長領域にかけての約３５０〜４００ｎｍの波長領域の光を遮蔽した透過阻止帯を有している。また、透過帯と透過阻止帯に挟まれた約４００〜４３０ｎｍの波長領域には、透過帯から透過阻止帯へ透過が連続的に変化する透過−阻止遷移領域を有している。さらには、透過−阻止遷移領域における透過率５０％の波長をＵＶ半値波長と定義し、この値を４１５ｎｍとした。また、本実施例５における近紫外遮蔽膜５２は高屈折率材料であるＴｉＯ_２と低屈折率材料であるＳｉＯ_２を交互に積層した３８層膜で構成されており、図９に示すように、この近紫外遮蔽膜５２の可視近紫外透明基板５０直上の第１層には透過リップル低減機能を有する透過リップル調整層５５ｂが配置されている。さらに、最表層となる第３８層には、近紫外波長における透過帯での反射防止機能を有する１層で構成された可視反射防止構造５６ｂが配置されている。透過リップル調整層５５ｂは、近紫外遮蔽膜５２を構成する全ての膜厚の中で最も薄い膜厚となっており、また可視反射防止構造５６ｂは反射防止帯となる波長域の中心波長である４００〜６００ｎｍの約１．０ｑｗ程度の膜厚を有している。

可視近紫外透明基板５０上に形成された本実施例５の可視近紫外反射防止膜５３は、図７（ｃ）または図８（ｃ）に示すように、可視波長から近紫外波長領域にかけての約３５０〜６００ｎｍの波長領域の光における、基板裏面側での反射成分を除いた殆どの反射を阻止した、つまりは殆どの光を透過させた透過帯を有した光学特性となっている。このように、近紫外透過膜５１のＵＶ半値波長である３８２ｎｍ、及び近紫外遮蔽膜５２のＵＶ半値波長である４１５ｎｍにおいて、可視近紫外反射防止膜５３は透過帯を形成しており、成膜誤差等により近紫外透過膜５１や近紫外遮蔽膜５２の光学特性が例えば１０ｎｍ程度短波長側や長波長側へシフトとしたとしても、可視近紫外反射防止膜５３はそれぞれのＵＶ半値波長において透過帯を維持できる。従って、以上のような構成設計とすることにより、可視近紫外反射防止膜５３形成時の成膜誤差により可視近紫外反射防止膜５３の光学特性が変化したとしても、可視近紫外透明基板５０を含んで形成されるＵＶパスフィルタ５７またはＵＶカットフィルタ５８の各ＵＶ半値波長に与える影響は極めて小さく、近紫外透過膜５１または近紫外遮蔽膜５２の誤差のみで、ＵＶパスフィルタ５７またはＵＶカットフィルタ５８の透過−阻止遷移領域が決まる為、より再現性を高めることができ、光学フィルタ５４総体としての高精度化を実現することができる。

また、本実施例５における可視近紫外反射防止膜５３は高屈折率材料であるＬａ_２Ｔｉ_２Ｏ_７と低屈折率材料であるＳｉＯ_２を交互に積層した４層膜で構成されており、特に反射防止機能に最も影響を与える最表層となる第４層は反射防止帯となる波長域の中心波長である３５０〜６００ｎｍの約１．０ｑｗ程度の膜厚を有している。

さらには、可視近紫外透明基板５０上に構成された近紫外透過膜５１単体が作り出す透過帯の透過特性は、図７（ｂ）で示すように、透過リップルが少ない平坦で、実質的に一定である透過特性を有しており、基板裏面側の反射成分を除いた殆どの光を透過する特性となっている。また同様に、可視近紫外透明基板５０上に構成された可視近紫外反射防止膜５３単体が作り出す透過帯の透過特性は、図７（ｃ）で示すように透過リップルが少ない平坦で、実質的に一定である透過特性を有しており、基板の裏面側の反射成分を除いた殆どの光を透過する特性となっている。これら２つの機能膜が作り出す透過帯におけるそれぞれの透過特性は図７（ｂ）（ｃ）に示すように、厳密には可視近紫外反射防止膜５３の透過率の方が近紫外透過膜５１の透過率よりも僅かながら高い値となっているが、実質的に同一とみなせる特性を有している。そして、これら２つの機能膜が作り出す、透過リップルが少なく平坦で、高透過となっているそれぞれの透過特性を合成することで、図７（ａ）で示すように、ＵＶパスフィルタ５７の透過帯において、透過リップルが少なく平坦で、近紫外透過膜５１、及び可視近紫外反射防止膜５３よりも高透過である特性を作り出している。また、ＵＶパスフィルタ５７の阻止帯においても同様に、２つの機能膜が作り出す透過特性の合成により透過特性が決定される。従って、近紫外透過膜５１、及び可視近紫外反射防止膜５３の２つの機能膜が作り出す透過特性の合成により、ＵＶパスフィルタ５７総体としての透過特性が決定される。

同様に、可視近紫外透明基板５０上に構成された近紫外遮蔽膜５２単体が作り出す透過帯の透過特性は、図８（ｂ）で示すように透過リップルが少ない平坦で、実質的に一定である透過特性を有しており、基板の裏面側の反射成分を除いた殆どの光を透過する特性となっている。また同様に、可視近紫外透明基板５０上に構成された可視近紫外反射防止膜５３単体が作り出す透過帯の透過特性は、図８（ｃ）で示すように透過リップルが少ない平坦で、実質的に一定である透過特性を有しており、基板の裏面側の反射成分を除いた殆どの光を透過する特性となっている。これら２つの機能膜が作り出す透過帯におけるそれぞれの透過特性は図８（ｂ）（ｃ）に示すように、厳密には可視近紫外反射防止膜５３の透過率の方が近紫外遮蔽膜５２の透過率よりも僅かながら高い値となっているが、実質的に同一とみなせる特性を有している。そして、これら２つの機能膜が作り出す、透過リップルが少なく平坦で、高透過となっているそれぞれの透過特性を合成することで、図８（ａ）で示すように、ＵＶカットフィルタ５８の透過帯において、透過リップルが少なく平坦で、近紫外遮蔽膜５２、及び可視近紫外反射防止膜５３よりも高透過である特性を作り出している。また、ＵＶカットフィルタ５８の阻止帯においても同様に、２つの機能膜が作り出す透過特性の合成により透過特性が決定される。従って、近紫外遮蔽膜５２、及び可視近紫外反射防止膜５３の２つの機能膜が作り出す透過特性の合成により、ＵＶカットフィルタ５８総体としての透過特性が決定される。

また、本実施例のような紙幣識別センサなどに用いられる光学センサの場合、ノイズ成分に大変敏感であり、これらはセンシング精度に大きな影響を与える。従って、本実施例のフィルタのように、ＵＶパスフィルタ５７の阻止帯では透過を１％以下、より好ましくは０．１％以下に抑えつつ、透過帯では８０％以上、より好ましくは９０％以上の透過特性を有することが望ましい。同様に、ＵＶカットフィルタ５８も阻止帯では透過を１％以下、より好ましくは０．１％以下に抑えつつ、透過帯では８０％以上、より好ましく９０％以上の透過特性を有することが望ましい。

本実施例５における近紫外透過膜５１、近紫外遮蔽膜５２、及び可視近紫外反射防止膜５３において、蒸着膜として構成された高屈折率材料であるＬａ_２Ｔｉ_２Ｏ_７やＴｉＯ_２と低屈折率材料であるＳｉＯ_２の他に、高屈折率材料としてはＮｂ_２Ｏ_５やＺｒＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５などが使用でき、低屈折率材用としてはＭｇＦ_２などが使用可能である。また、設計上や成膜上の理由から中間屈折率材料であるＡｌ_２Ｏ_３などを一部の層で使用することも可能であり、これらの材料に限らず、ＮｉやＷ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｉｎ、Ａｇ、Ａｕなどの金属化合物でも良く、その時々で最適な材料の組合せを選択すれば良い。

以上のように作製された、ＵＶパスフィルタ５７の分光透過特性は図７（ａ）で示した設計値と、ＵＶカットフィルタ５８の分光透過特性は図８（ａ）で示した設計値と略同じ特性を得ることができた。これにより、紙幣識別センサなどでは、ＵＶパスフィルタ５７の領域を用いることでＵＶ光の出射時にノイズ成分となる可視波長域の透過を遮断し、さらに蛍光を受光する際にノイズ成分となる近紫外波長の透過を遮断することで、センシング精度の向上を図ることができる光学フィルタを得ることができる。

また、近紫外透過膜５１と近紫外遮蔽膜５２の両方の透過帯において、反射防止効果を発現する可視近紫外反射防止膜５３を構成することで、近紫外透過膜５１と近紫外遮蔽膜５２のそれぞれの機能膜に最適化された２種類の異なる反射防止膜を構成する必要がなくなる為、製造工程を簡易化することができ、光学フィルタの低コスト化を図ることができる。

以上より、ＵＶパスフィルタ５７とＵＶカットフィルタ５８の２つの機能を合わせ持つ、高画質化と低コスト化を図ることが可能な光学フィルタ５４を得ることができる。

さらには、本実施例５ではエッジタイプのＵＶパスフィルタ５７とＵＶカットフィルタ５８を作製したが、同様の作成方法により、積層膜の種類や膜厚、層数などを調整することで、バンドパスタイプのＵＶパスフィルタ５７やＵＶカットフィルタ５８を作製することも可能である。

これにより、ノイズ成分となる可視波長域の透過を遮断し、所定の近紫外波長領域の光を今まで以上に効率良く活用することを可能とした、高精度化を図ることができる光学フィルタを得ることができる。

（実施例６）紙幣識別センサ
本実施例５で作製した光学フィルタを備える紙幣識別センサ用の光学センサに適用した実施例について図１０を用いて説明する。

図１０は紙幣の偽造を防止する為の紙幣識別センサの概略構成図であり、６０は投光部、６１は受光部、６２はＵＶパスフィルタ、６３はＵＶカットフィルタ、６４は紙幣などの被測定物、６５はＵＶパスフィルタ６２とＵＶカットフィルタ６３が一体的に構成された光学フィルタである。

ＬＥＤライトにより構成された投光部６０から照射されたＵＶ光が光学フィルタ６５の一部であるＵＶパスフィルタ６２を通過することで可視光のノイズ成分がカットされる。その後、被測定物６４に印刷された蛍光塗料に入射した光は、蛍光現象により可視波長に波長変換されて再出射し、蛍光成分のみを受光させる為にノイズ成分となるＵＶ光をカットする為のＵＶカットフィルタ６３を介して、受光部６１に到達する。

紙幣識別センサなどの光学センサは、測定光出射時、及び受光時のノイズ成分に大変敏感であり、これらはセンシング精度に大きな影響を与える。従って、ＵＶパスフィルタ６２の阻止帯では透過を１％以下、望ましくは０．１％以下に抑えつつ、透過帯では８０％以上、望ましくは９０％以上の透過特性を必要とする。同様に、ＵＶカットフィルタ６３も阻止帯では透過を１％以下、望ましくは０．１％以下に抑えつつ、透過帯では８０％以上、望ましくは９０％以上の透過特性が必要とされる。

以上より、光学フィルタ６５として、本実施例５で作製された光学フィルタを用いることで、より高精度化が図られた光学センサを得ることができる。また、本実施例の構成に限らず、他の装置や光学センサに本実施例５の光学フィルタを用いることで、高精度化を図ることができる。

１０，２０．可視近赤外透明基板
１１，２１，３１．近赤外透過膜
１２，２２，３２．近赤外遮蔽膜
１３，２３，３３．可視近赤反射防止膜
１４，２４，３４．光学フィルタ
１５ａ，１５ｂ，２５ａ，２５ｂ．透過リップル調整層
１６ａ，２６ａ．近赤外反射防止構造
１６ｂ，２６ｂ．可視反射防止構造
１７．ＩＲパスフィルタ
１８．ＩＲカットフィルタ
２９．ＮＤ膜
３０．ＮＤＩＲフィルタ

４０．光学フィルタ挿入位置
４１．ＩＲパスフィルタ
４２．ＩＲカットフィルタ
４３．ＮＤＩＲフィルタ
４４．光学フィルタＡ
４５．光学フィルタＢ
４６．光学フィルタＣ
４７．撮像光学系
４８．固体撮像素子
４９．絞り羽根

５０．可視近紫外透明基板
５１．近紫外透過膜
５２．近紫外遮蔽膜
５３．可視近紫外反射防止膜
５４．光学フィルタ
５５ａ，５５ｂ．透過リップル調整層
５６ａ，５６ａ．近紫外反射防止構造
５６ｂ，５６ｂ．可視反射防止構造
５７．ＵＶパスフィルタ
５８．ＵＶカットフィルタ

６０．投光部
６１．受光部
６２．ＵＶパスフィルタ
６３．ＵＶカットフィルタ
６４．被測定物
６５．光学フィルタ

Claims (11)

1. 可視波長から、前記可視波長と波長が連続している特定波長領域に亘り光透過性を有する基板の一方の面上に、
   可視波長の光を遮断し前記特定波長領域の光の反射を阻止する特定波長透過膜と、
   可視波長の光の反射を阻止し前記特定波長領域の光を遮断する特定波長遮蔽膜と、を備え、
   前記基板のもう一方の面上に、可視波長から前記特定波長領域に亘り光の反射を阻止する可視特定波長反射防止膜を備えたことを特徴とする光学フィルタ。
2. 前記特定波長領域が近赤外波長領域、または近紫外波長領域であることを特徴とする、請求項１に記載の光学フィルタ。
3. 前記特定波長透過膜は前記特定波長領域の光を透過する透過帯と可視波長の光を遮断する透過阻止帯との間を遷移する遷移領域を有し、
   前記可視特定波長反射防止膜は前記遷移領域に対応する波長領域において、光の反射を阻止する反射防止領域を形成していることを特徴とする、
   請求項１または２に記載の光学フィルタ。
4. 前記特定波長遮蔽膜は可視波長の光を透過する透過帯と特定波長領域の光を遮断する透過阻止帯との間を遷移する他の遷移領域を有し、
   前記可視特定波長反射防止膜は前記他の遷移領域に対応する波長領域において、光の反射を阻止する反射防止領域を形成していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
5. 前記基板、及び前記特定透過膜が形成する前記特定波長領域の光透過と、
   前記基板、及び前記可視特定波長反射防止膜が形成する前記特定波長領域の光透過と、を実質的に同一とすることにより、
   前記基板、及び前記特定波長透過膜、及び前記可視特定波長反射防止膜の総体として可視波長の光を遮断し近赤外波長の光を透過させる光透過特性を有したことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
6. 前記基板、及び前記特定波長遮蔽膜が形成する可視波長の光透過と、
   前記基板、及び前記可視特定波長反射防止膜が形成する可視波長の光透過と、を実質的に同一とすることにより、
   前記基板、及び前記特定波長遮蔽膜、及び前記可視特定波長反射防止膜の総体として可視波長の光を透過し特定波長領域の光を遮蔽する光透過特性を有したことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
7. 前記基板上に形成された前記特定波長遮蔽膜が形成された領域と重なる少なくても一部の領域に、可視波長を含む波長領域の光の透過を減衰するＮＤ膜が形成されていることを特徴とする、請求項１〜６に記載のいずれか一項の光学フィルタ。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の光学フィルタを備えたことを特徴とする、光学センサ、または撮像装置。
9. 前記特定波長透過膜を含む領域と、前記特定波長遮蔽膜を含む領域の一方を、撮影状況に応じて選択的に光路上に配置するように駆動することを特徴とする、請求項８に記載の光学センサ、または撮像装置。
10. 前記ＮＤ膜を含む領域と、前記特定波長透過膜を含む領域の一方を、撮影状況に応じて選択的に光路上に配置するように駆動することを特徴とする、請求項８に記載の光学センサ、または撮像装置
11. 前記特定波長透過膜を含む領域と、前記特定波長遮蔽膜を含む領域と、前記ＮＤ膜を含む領域の何れか１つの領域を、撮影状況に応じて選択的に光路上に配置するように駆動することを特徴とする、請求項８に記載の光学センサ、または撮像装置。
    
    

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