JP2020056877A - 光学フィルタ、及び光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】設計の自由度を高めた、波長帯の異なる不連続な２つの透過阻止波長領域を有する光学フィルタを提供すること。【解決手段】本発明の光学フィルタは、基板の少なくても一方の面上に複数の薄膜を積層することで構成された、可視波長領域から近赤外波長領域において、波長領域が異なり、不連続である第１の透過阻止波長領域と、第２の透過阻止波長領域と、波長領域が異なり、不連続である第１の透過波長領域と、第２の透過波長領域を有する光学フィルタであって、第１の高屈折率薄膜１１と第１の低屈折率薄膜１２の交互層で構成された第１の薄膜積層構造体１５と、第２の高屈折率薄膜１３と第２の低屈折率薄膜１４の交互層で構成された第２の薄膜積層構造体１６を備え、前記第１の高屈折率薄膜と前記第１の低屈折率薄膜の屈折率差と、前記第２の高屈折率薄膜と前記第２の低屈折率薄膜の屈折率差とが異なることを特徴とする。【選択図】図３

Description

本発明はデジタルカメラやビデオカメラ、監視カメラなど、撮像装置等で使用される光学フィルタに関するものであり、所定の波長領域の光をカット及び透過させ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光学装置に関する。

医療用、農業用の特殊カメラや、暗視画像を撮影する監視カメラなどの撮像デバイスでは、用途に応じて所定の波長帯域の光を透過させる透過領域と、所定の波長領域の光の透過を阻止する透過阻止領域を有するバンドパスフィルタが用いられている。それらのバンドパスフィルタの中でも、波長帯の異なる、不連続な２つの透過阻止領域を有する光学フィルタが知られている。

特開２０１６−１２０９６号公報

特許文献１では２つの透過波長領域と２つの透過阻止波長領域を有するバンドパスタイプの光学フィルタが開示されており、高屈折率薄膜と低屈折率薄膜の、主に２種類の薄膜の交互層により、波長帯の異なる２つの透過阻止波長領域を構成している。しかしながら、このような場合、フィルタの構成設計が複雑化してしまい、所望の光学特性を得ることが難しい。

以上より、本発明の目的は上述の課題を解消し、設計の自由度を高めることで高精度化を実現できる、波長帯の異なる不連続な２つの透過阻止波長領域を有す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搭載した光学装置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、基板の少なくても一方の面上に複数の薄膜を積層することで構成された、可視波長領域から近赤外波長領域において、波長領域が異なり、不連続である第１の透過阻止波長領域と、第２の透過阻止波長領域と、波長領域が異なり、不連続である第１の透過波長領域と、第２の透過波長領域を有する光学フィルタであって、第１の高屈折率薄膜と第１の低屈折率薄膜の交互層で構成された第１の薄膜積層構造体と、第２の高屈折率薄膜と第２の低屈折率薄膜の交互層で構成された第２の薄膜積層構造体を備え、前記第１の高屈折率薄膜と前記第１の低屈折率薄膜の屈折率差と、前記第２の高屈折率薄膜と前記第２の低屈折率薄膜の屈折率差とが異なることを特徴とする、光学フィルタである。

本発明の光学フィルタであれば、設計の自由度を高めた、所望する光学特性により近い値を得ることが可能な、光学フィルタを得ることができる。また、このような光学フィルタを搭載することで、高精度化が図られた光学装置を得ることができる。

本発明を実施するための形態に記載された薄膜積層例の説明図 本実施例１に記載の光学フィルタの分光透過特性 本実施例１に記載の光学フィルタの分光透過特性 本実施例１に記載の光学フィルタの構成図 本実施例２に記載の光学フィルタの分光透過特性 本実施例２に記載の光学フィルタの分光透過特性 本実施例２に記載の光学フィルタの構成図 本実施例３に記載の光学フィルタの分光透過特性 本実施例４に記載の光学装置の説明図

本実施例の光学フィルタは、波長帯の異なる不連続な２つの特定波長領域における光の透過を阻止する、異なる２つの透過阻止波長領域を有するバンドパスタイプの光学フィルタである。これら２つの透過阻止波長領域は、基板上に設けられた第１の透過阻止構造体と第２の透過阻止構造体から形成される。これらの２つの透過阻止構造体は基板上の同一面に積層配置することも可能であるし、基板の両面に分割配置することも可能である。また、これら２つの透過阻止構造体に加え、反射防止構造体（反射防止膜）を別途で配置することもできる。さらには、透過阻止構造体は２つに限らず、それ以上であってもよく、第３、第４となる、別の透過阻止構造体を追加配置することもできる。

第１の透過阻止構造体は高屈折率材料により構成された第１の高屈折率薄膜層と、低屈折率材料により構成された第１の低屈折率薄膜層の交互層を基本構造として形成されている。また同様に、第２の透過阻止構造体は高屈折率材料により構成された第２の高屈折率薄膜層と、低屈折率材料により構成された第２の低屈折率薄膜層の交互層を基本構造として形成されている。第１の高屈折率薄膜層と第１の低屈折率薄膜層との屈折率差と、第２の高屈折率薄膜層と第２の低屈折率薄膜層との屈折率差は異なっており、それぞれの透過阻止構造体が形成する透過阻止波長領域を形成するのに適した屈折率差を有している。後述するが、この第１の低屈折率薄膜層と第２の低屈折率薄膜層は同じ薄膜材料で構成されても良い。

このような光学フィルタの基板としては、少なくても光学フィルタの透過波長領域において光透過性を有する基板を用いる。このような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。

透過阻止構造体は基板上に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蒸着方法など、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、透過阻止構造体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。

本実施例における透過阻止構造体は、５００ｎｍで１．８以上の屈折率を有する高屈折率薄膜層と、５００ｎｍで１．６以下の屈折率を有する低屈折率薄膜層の、屈折率の異なる２種類の薄膜の交互層の積層を基本構成とした複数層の薄膜で構成されており、その最表層には透過波長領域である対象波長領域の光の反射を阻止する機能を有する反射防止膜が形成されている。反射防止膜は透過波長領域の中心波長、例えば本実施例に記載されているような４００〜１０００ｎｍの特定波長領域に透過波長領域を有する光学フィルタならば対象とする波長領域の中心波長である約６００〜８００ｎｍの１．０ｑｗ程度の膜厚であることが好ましい。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。

光学フィルタの透過阻止波長領域においては、理想的には全域で透過率を０％にすることが望ましく、透過阻止波長領域の全波長域で可能な限り０％に近い透過率を得られるように調整される。また、光学フィルタの透過波長領域においては、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、透過波長領域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２つの透過阻止構造体のそれぞれが形成する透過波長領域での透過率を最大化すると共に、場合によっては、基板裏面に設けられた反射防止膜などが形成する透過波長領域での透過率を最大化し、全ての透過波長領域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波長領域の透過率を最大化している。

ここで、透過波長領域における透過率は、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、これは透過波長領域のリップル（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、この透過波長領域でのリップルを低減する為に、基板と透過阻止構造体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、２つの透過阻止構造体が形成する透過波長領域での透過リップルと、反射防止膜などが形成する透過波長領域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２つの透過阻止構造体をはじめ、光学フィルタを構成する全ての構造体や機能膜単体で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、これらの平坦で高透過な全ての透過波長領域の特性を合成することで、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、透過リップルに対し、２つの透過阻止波長構造体の透過リップルの位相を調整し、２つの構造体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、２つの透過阻止構造体での位相関係に誤差が生じた場合などには、逆に透過リップルを増大させてしまう虞がある為、先の構成の方が望ましい。このような透過リップル調整層は透過阻止構造体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透過阻止構造体を形成する全ての層よりも薄くなる。

図１（ａ）には高屈折率薄膜層として５００ｎｍにおける屈折率が約２．４１のＴｉＯ_２膜と、低屈折率薄膜層として５００ｎｍにおける屈折率が約１．４５のＳｉＯ_２膜のλ／４の膜厚の交互層を１６層積層した場合の分光透過特性を示している。また、図１（ｂ）には高屈折率薄膜層として５００ｎｍにおける屈折率が約２．１５のＴａ_２Ｏ_５膜と、低屈折率薄膜層として５００ｎｍにおける屈折率が約１．４５のＳｉＯ_２膜のλ／４の交互層を１６層積層した場合の分光透過特性を示している。さらに、図１（ｃ）には高屈折率薄膜層として５００ｎｍにおける屈折率が約２．１５のＴａ_２Ｏ_５膜と、低屈折率薄膜層として５００ｎｍにおける屈折率が約１．４５のＳｉＯ_２膜のλ／４の交互層を２０層積層した場合の分光透過特性を示している。図１（ａ）の構成では高屈折率薄膜層と低屈折率薄膜層の５００ｎｍにおける屈折率差は約０．９６であり、図１（ｂ）と（ｃ）の構成では高屈折率薄膜層と低屈折率薄膜層の５００ｎｍにおける屈折率差は約０．７０となっており、図１（ａ）の構成の方が屈折率差は大きくなっている。

積層数が同じである図１（ａ）と（ｂ）を比較すると、屈折率差の大きい図１（ａ）の方が、透過阻止波長領域が広く、阻止波長領域全体的における透過率もより小さい値となっていることが分かる。また、高屈折率薄膜層と低屈折率薄膜層との屈折率差が同じ図１（ｂ）と（ｃ）を比較すると、積層数の多い図１（ｃ）の方が、阻止波長領域全体的における透過率が小さい値となっている。さらに図１（ａ）と（ｃ）を比較すると、阻止波長領域全体的における透過率は同程度であるものの、透過阻止波長領域は図１（ａ）の方が広くなっていることが分かる。

このように、積層数が同じ条件下では、交互層の屈折率差が大きい方が透過阻止波長領域は広く、阻止波長領域全体的における透過率をより小さくすることができる。また、交互層の屈折差が同じである場合は、積層数が多い方が阻止波長領域全体的における透過率を小さくすることができる。従って、これらの特性を利用して、阻止波長領域が比較的狭い分光透過特性を得たい場合は、高屈折率薄膜層と低屈折率薄膜層の屈折率差が小さい組合せを選択し、逆に広い帯域の透過を阻止したい場合は、高屈折率薄膜層と低屈折率薄膜層の屈折率差が大きい組合せを選択することで、設計を複雑化させること無く、より所望する光学特性に近い値を得ることができる。

つまり、例えば近赤外波長領域の７００〜１２００ｎｍの透過を阻止するようなＩＲカットフィルタのように、透過阻止波長領域が広い為に、２つの透過阻止構造体が対象とする２つの透過阻止波長領域を連続させるように構成された光学フィルタの場合は、２つの構造体で屈折率差が大きい同じ高屈折率薄膜層と同じ低屈折率薄膜層の交互層を選択すれば良いが、本発明の光学フィルタのように、不連続な２つの異なる透過阻止波長領域を有する光学フィルタの場合、２つの透過阻止構造体を構成するそれぞれの交互層の屈折率差は異なる組合せを選択した方が、所望する光学特性に近い特性を得ることが可能となる。

このような本実施例の光学フィルタの場合、低屈折率薄膜は比較的選択肢が少なく、各材料による屈折率の差異も小さいことから、低屈折率薄膜層は２つの透過阻止構造体で主成分が共通となる薄膜材料で構成し、比較的選択肢が多い高屈折率薄膜層の薄膜材料のみを変えることで、２つの透過阻止構造体の屈折率差を調整することも可能である。

また、同じ積層数で同じ材料の組合せの交互層を比較した場合、対象とする波長域が長い方が、阻止波長領域も長くすることが出来る為、これらを加味して最適な構成を選択する必要がある。例えば、第１の透過阻止波長領域が第２の透過阻止波長領域よりも短波長側に配置されており、さらに第１の透過阻止波長領域の波長域の長さが第２の透過阻止波長領域の波長域の長さと同等以上の長さを有している場合、第１の透過阻止波長領域を構成する高屈折率薄膜と低屈折率薄膜の屈折率差の方が、第２の透過阻止波長領域を構成する高屈折率薄膜と低屈折率薄膜の屈折率差よりも大きくなるように構成することが望ましい。より具体的に説明すると、第１の透過阻止波長領域を４００〜５００ｎｍの１００ｎｍの波長領域、第２の透過阻止波長領域を９００〜１０００ｎｍの１００ｎｍの波長領域とした場合、第１の透過阻止波長領域を構成する高屈折率薄膜と低屈折率薄膜の屈折率差の方が、第２の透過阻止波長領域を構成する高屈折率薄膜と低屈折率薄膜の屈折率差よりも大きくなるように構成することで、設計の自由度が高まり、所望する値により近い光学特性を得ることできる。また、透過阻止波長領域が３つ以上となった場合であっても、２つの透過阻止波長領域比較した場合に前述の条件を満足するように光学フィルタを構成することで、同様の効果を得ることができる。

以上のような、光学特性に優れる本発明の光学フィルタを監視カメラや医療用カメラなどの撮像装置や、その他の様々な光学装置に配置させることで、より高精度化された光学装置を得ることができる。

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）
１枚の透明基板上に、多層薄膜により構成された２つの透過阻止波長領域と２つの透過波長領域を有する、図２Ａ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に示したように、本実施例１の光学フィルタは、基板の一方の面上に第１の高屈折率薄膜１１と第１の低屈折率薄膜１２の交互層により形成された第１の薄膜積層構造体１５を配置し、基板のもう一方の面上に第２の高屈折率薄膜１３と第２の低屈折率薄膜１４の交互層により形成された第２の薄膜積層構造体１６を配置した構成となっている。

このような光学フィルタの基板１０には、少なくても第１の透過波長領域１２３、及び第２の透過波長領域１２４を含む連続する波長領域である４００〜１０００ｎｍ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。

この基板１０の一方の面上にＩＡＤ法により第１の薄膜積層構造体１５を形成した後、基板の表裏を変え、基板１０のもう一方の面上にＩＡＤ法により第２の薄膜積層構造体１６を形成した。

図３に示すように、第１の薄膜積層構造体１５は第１の高屈折率薄膜１１であるＴｉＯ_２と第１の低屈折率薄膜１２であるＳｉＯ_２を交互に積層した１６層膜で構成されている。そして、第１の薄膜積層構造体１５は、基板１０上に第１の薄膜積層構造体１５を構成した場合の分光特性である図２Ｂ（ｂ）に示した分光特性のように、紫外波長領域の約３００〜４００ｎｍの波長領域の光の殆どを遮断する透過阻止波長領域と、可視波長から近赤外波長領域にかけての約４３０〜６４０ｎｍの波長領域と近赤外波長領域における約８５０〜１０００ｎｍ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波長領域と、を有している。この第１の薄膜積層構造体１５の光学特性から光学フィルタ１７総体としての第１の透過阻止波長領域１２１を形成している。また、透過阻止波長領域と透過波長領域に挟まれた約４００〜４３０ｎｍの波長領域には、透過阻止波長領域から透過波長領域へ透過が連続的に変化する遷移波長領域を有しており、この第１の薄膜積層構造体１５の光学特性から光学フィルタ１７総体としての第１の遷移波長領域１０１を形成している。光学フィルタ１７における、この遷移波長領域での透過率５０％の波長を第１の半値波長１１１と定義し、この値を４１０ｎｍとした。

図３に示すように、第２の薄膜積層構造体１６は第２の高屈折率薄膜１３であるＴａ_２Ｏ_５と第２の低屈折率薄膜１４であるＳｉＯ_２を交互に積層した２４層膜で構成されている。そして、第２の薄膜積層構造体１６は、基板１０上に第２の薄膜積層構造体１６を構成した場合の分光特性である図２Ｂ（ｃ）に示した分光特性のように、可視波長から近赤外波長領域にかけての約７００〜８００ｎｍの波長領域の光の殆どを遮断する透過阻止波長領域と、可視波長から近赤外波長領域にかけての約４３０〜６４０ｎｍの波長領域と近赤外波長領域における約８５０〜１０００ｎｍ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波長領域と、を有している。この第２の薄膜積層構造体１６の光学特性から光学フィルタ１７総体としての第２の透過阻止波長領域１２２を形成している。また、透過阻止波長領域と透過波長領域に挟まれた約６４０〜７００ｎｍと約８００〜８５０ｎｍの２つの波長領域には、透過波長領域から透過阻止波長領域へ透過が連続的に変化する２つの遷移波長領域を有しており、この第２の薄膜積層構造体１６の光学特性から光学フィルタ１７総体としての第２の遷移波長領域１０２と第３の遷移波長領域１０３を形成している。光学フィルタ１７における、これらの遷移波長領域での透過率５０％の波長を第２の半値波長１１２、第３の半値波長１１３と定義し、これらの値をそれぞれ６５４ｎｍ、８３１ｎｍとした。

以上のように、本実施例１における第１の薄膜積層構造体１５は、光学フィルタ１７における第１の透過阻止波長領域１２１を形成する主な要素となっており、第２の薄膜積層構造体１６は、光学フィルタ１７における第２の透過阻止波長領域１２２を形成する主な要素となっている。このように、それぞれの透過阻止波長領域を、別々の薄膜積層構造体で形成し、さらにはそれぞれの薄膜積層構造体を高屈折率薄膜と低屈折率薄膜の交互層により形成する構成とすることで、比較的少ない積層数と、膜厚の増減の少ない比較的単純な積層構成とすることができ、光学フィルタ構成の簡易化を図ることができる。これらの効果から、光学フィルタの更なる高精度化が図ることができる。

第１の透過阻止波長領域１２１と第２の透過阻止波長領域１２２は、同じ１００ｎｍ程度の波長領域であるが、対象波長自体が長い第２の透過阻止波長領域１２２の方が、同じ層数、同じ高屈折率薄膜と低屈折率薄膜との交互層の場合、形成される阻止波長領域域は長くなる。本実施例１のように約７００〜８００ｎｍを対象とした第２の透過阻止波長領域１２２の場合、５００ｎｍでの屈折率が２．４１程度であるＴｉＯ_２と５００ｎｍでの屈折率が１．４５程度であるＳｉＯ_２の交互層（屈折率差０．９６）と、５００ｎｍでの屈折率が２．１５程度であるＴａ_２Ｏ_５と５００ｎｍでの屈折率が１．４５程度であるＳｉＯ_２の交互層（屈折率差０．７０）では、屈折率差の小さい後者の交互層の組合せとした方が、設計の自由度が広がり、より所望する値に近い光学特性を得ることが可出来る為、後者の組合せを選択した。また逆に、約３００〜４００ｎｍを対象とした第１の透過阻止波長領域１２１では、第２の透過阻止波長領域１２２と比較して対象波長が短い為に、高屈折率薄膜と低屈折率薄膜の交互層で軽視される阻止波長領域域は短くなる。従って、より阻止波長領域域を長くできる、高屈折率薄膜と低屈折率薄膜の屈折率差が大きい、ＴｉＯ_２とＳｉＯ_２の交互層の組合せを選択した。

本実施例１のように、波長領域にある第１の透過阻止波長領域１２１（３００〜４００ｎｍ）が第２の透過阻止波長領域１２２（７００〜８００ｎｍ）よりも短波長側に配置されており、さらに第１の透過阻止波長領域１２１の波長域の長さが第２の透過阻止波長領域１２２の波長域の長さと同等以上の長さを有している場合、第１の透過阻止波長領域１２１を構成する第１の高屈折率薄膜１１であるＴｉＯ_２と第１の低屈折率薄膜１２であるＳｉＯ_２の屈折率差（５００ｎｍにおいて０．９６）の方が、第２の透過阻止波長領域１２２を構成する第２の高屈折率薄膜１３であるＴａ_２Ｏ_５と第２の低屈折率薄膜１４であるＳｉＯ_２の屈折率差（５００ｎｍにおいて０．７０）よりも大きくなるように構成することが望ましい。このような構成とすることで、設計の自由度が高まり、所望する値により近い光学特性を得ることできる。

基板１０上に形成された第１の薄膜積層構造体１５単体が作り出す第１の透過波長領域１２３、及び第１の透過波長領域１２４の透過特性は、図２Ｂ（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、基板１０上に形成された第２の薄膜積層構造体１６単体が作り出す第１の透過波長領域１２３、及び第１の透過波長領域１２４の透過特性は、図２Ｂ（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つの薄膜積層構造体が作り出す２つの透過波長領域におけるそれぞれの透過特性は図２Ｂ（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おり、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２Ｂ（ａ）で示すように、光学フィルタ１７の第１の透過波長領域１２３、及び第１の透過波長領域１２４における、透過リップルが少なく平坦で、第１の薄膜積層構造体１５、及び第２の薄膜積層構造体１６よりも高透過である特性を作り出している。また、光学フィルタ１７の透過阻止波長領域においても同様に、２つの薄膜積層構造体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、第１の薄膜積層構造体１５、及び第２の薄膜積層構造体１６の２つの構造体が作り出す透過特性の合成により、光学フィルタ１７総体としての透過特性が決定される。

また、カメラなどでの使用が想定される本実施例１のような特性を有する光学フィルタは、画質に大きな影響を与える為に、透過波長領域や透過阻止波長領域での光量に大変敏感である。従って、光学フィルタ１７の阻止波長領域では透過を平均で１％以下、より好ましくは平均で０．１％以下に抑えつつ、透過波長領域では平均で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。

本実施例１における第１の透過阻止構造体１５、第２の透過阻止構造体１６において、蒸着膜として構成された第１の高屈折率薄膜１１や第２の高屈折率薄膜１３の薄膜材料としたＴｉＯ_２やＴａ_２Ｏ_５他に、高屈折率材料としてはＮｂ_２Ｏ_５やＺｒＯ_２などが使用でき、第１の低屈折率薄膜１２、及び第２の低屈折率薄膜１４の薄膜材料としたＳｉＯ_２の他に、低屈折率材用としてはＭｇＦ_２などが使用可能である。また、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、光学フィルタ１７の分光透過特性は図２Ａで示した設計値と略同じ特性を得ることができた。以上より光学特性に優れる、波長帯の異なる２つの透過阻止波長領域を有する光学フィルタ１７を得ることができた。

（実施例２）
１枚の透明基板上に、多層薄膜により構成された２つの透過阻止波長領域と２つの透過波長領域を有する、図４Ａ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５に示したように、本実施例２の光学フィルタは、基板の一方の面上に第１の高屈折率薄膜２１と第１の低屈折率薄膜２２の交互層により形成された第１の薄膜積層構造体２５を配置し、さらにその上に第２の高屈折率薄膜２３と第２の低屈折率薄膜２４の交互層により形成された第２の薄膜積層構造体２６を積層配置し、さらに基板のもう一方の面上に反射防止構造体２８を配置した構成となっている。また、第１の薄膜積層構造体２５と第２の薄膜積層構造体２６の間に、第１の高屈折率薄膜２１と第１の低屈折率薄膜２２の２層で構成された、干渉条件調整層２９を挿入した。干渉条件調整層２９は、光学フィルタ２８総体としての分光特性を所望の値とする為に、第１の薄膜積層構造体２５と第２の薄膜積層構造体２６の干渉条件を調整する為の調整層である。本実施例２では、２層構成としたが、３層以上の構成とすることも可能であるし、第２の高屈折率薄膜２３を含む、他の薄膜材料を用いることも可能である。

このような光学フィルタの基板２０には、少なくても第１の透過波長領域２２３、及び第２の透過波長領域２２４を含む連続する波長領域である４００〜１０００ｎｍ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。

この基板２０の一方の面上にＩＡＤ法により第１の薄膜積層構造体２５を形成し、干渉条件調整層２９を同様にＩＡＤ法により形成した後、さらにその上にＩＡＤ法により第２の薄膜積層構造体２６を形成した。次に基板２０の表裏を変え、基板２０のもう一方の面上に１０層の多層薄膜で構成された反射防止構造体２８をＩＡＤ法により形成した。

図５に示すように、第１の薄膜積層構造体２５は第１の高屈折率薄膜２１であるＴｉＯ_２と第１の低屈折率薄膜２２であるＳｉＯ_２を交互に積層した１６層膜で構成されている。そして、第１の薄膜積層構造体２５は、基板２０上に第１の薄膜積層構造体２５を構成した場合の分光特性である図４Ｂ（ｂ）に示した分光特性のように、紫外波長領域の約３００〜４００ｎｍの波長領域の光の殆どを遮断する透過阻止波長領域と、可視波長から近赤外波長領域にかけての約４３０〜６４０ｎｍの波長領域と近赤外波長領域における約８５０〜１０００ｎｍ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波長領域と、を有している。この第１の薄膜積層構造体２５の光学特性から光学フィルタ２７総体としての第１の透過阻止波長領域２２１を形成している。また、透過阻止波長領域と透過波長領域に挟まれた約４００〜４３０ｎｍの波長領域には、透過阻止波長領域から透過波長領域へ透過が連続的に変化する遷移波長領域を有しており、この第１の薄膜積層構造体２５の光学特性から光学フィルタ２７総体としての第１の遷移波長領域２０１を形成している。光学フィルタ２７における、この遷移波長領域での透過率５０％の波長を第１の半値波長２１１と定義し、この値を４１１ｎｍとした。

図５に示すように、第２の薄膜積層構造体２６は第２の高屈折率薄膜２３であるＴａ_２Ｏ_５と第２の低屈折率薄膜２４であるＳｉＯ_２を交互に積層した２６層膜で構成されている。そして、第２の薄膜積層構造体２６は、基板２０上に第２の薄膜積層構造体２６を構成した場合の分光特性である図４Ｂ（ｃ）に示した分光特性のように、可視波長から近赤外波長領域にかけての約７００〜８００ｎｍの波長領域の光の殆どを遮断する透過阻止波長領域と、可視波長から近赤外波長領域にかけての約４３０〜６４０ｎｍの波長領域と近赤外波長領域における約８５０〜１０００ｎｍ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波長領域と、を有している。この第２の薄膜積層構造体２６の光学特性から光学フィルタ２７総体としての第２の透過阻止波長領域２２２を形成している。また、透過阻止波長領域と透過波長領域に挟まれた約６４０〜７００ｎｍと約８００〜８５０ｎｍの２つの波長領域には、透過波長領域から透過阻止波長領域へ透過が連続的に変化する２つの遷移波長領域を有しており、この第２の薄膜積層構造体２６の光学特性から光学フィルタ２７総体としての第２の遷移波長領域２０２と第３の遷移波長領域２０３を形成している。光学フィルタ２７における、これらの遷移波長領域での透過率５０％の波長を第２の半値波長２１２、第３の半値波長２１３と定義し、これらの値をそれぞれ６５３ｎｍ、８３３ｎｍとした。

以上のように、本実施例２における第１の薄膜積層構造体２５は、光学フィルタ２７における第１の透過阻止波長領域２２１を形成する主な要素となっており、第２の薄膜積層構造体２６は、光学フィルタ２７における第２の透過阻止波長領域２２２を形成する主な要素となっている。このように、それぞれの透過阻止波長領域を、別々の薄膜積層構造体で形成し、さらにはそれぞれの薄膜積層構造体を高屈折率薄膜と低屈折率薄膜の交互層により形成する構成とすることで、光学フィルタ構成の簡易化を図ることができ、光学フィルタにおける光学特性の高精度化を図ることができる。

第１の透過阻止波長領域２２１と第２の透過阻止波長領域２２２では、対象波長自体が長い第２の透過阻止波長領域２２２の方が、同じ層数、同じ高屈折率薄膜と低屈折率薄膜との交互層の場合、形成される阻止波長領域域は長くなる。本実施例２のように約７００〜８００ｎｍを対象とした第２の透過阻止波長領域２２２の場合、５００ｎｍでの屈折率が２．４１程度であるＴｉＯ_２と５００ｎｍでの屈折率が１．４５程度であるＳｉＯ_２の交互層（屈折率差０．９６）と、５００ｎｍでの屈折率が２．１５程度であるＴａ_２Ｏ_５と５００ｎｍでの屈折率が１．４５程度であるＳｉＯ_２の交互層（屈折率差０．７０）では、屈折率差の小さい後者の交互層の組合せとした方が、より所望する値に近い光学特性を得ることが可能である為、後者の組合せを選択した。また逆に、約３００〜４００ｎｍを対象とした第１の透過阻止波長領域２２１では、より阻止波長領域域を長くできる、高屈折率薄膜と低屈折率薄膜の屈折率差が大きい、ＴｉＯ_２とＳｉＯ_２の交互層の組合せを選択した。

本実施例２のように、波長領域にある第１の透過阻止波長領域２２１（３００〜４００ｎｍ）が第２の透過阻止波長領域２２２（７００〜８００ｎｍ）よりも短波長側に配置されており、さらに第１の透過阻止波長領域２２１の波長域の長さが第２の透過阻止波長領域２２２の波長域の長さと同等以上の長さを有している場合、第１の透過阻止波長領域２２１を構成する第１の高屈折率薄膜２１であるＴｉＯ_２と第１の低屈折率薄膜２２であるＳｉＯ_２の屈折率差（５００ｎｍにおいて０．９６）の方が、第２の透過阻止波長領域２２２を構成する第２の高屈折率薄膜２３であるＴａ_２Ｏ_５と第２の低屈折率薄膜２４であるＳｉＯ_２の屈折率差（５００ｎｍにおいて０．７０）よりも大きくなるように構成することが望ましい。

基板２０上に形成された第１の薄膜積層構造体２５単体が作り出す透過波長領域の透過特性は、図４Ｂ（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、基板２０上に形成された第２の薄膜積層構造体２６単体が作り出す透過波長領域の透過特性は、図４Ｂ（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つの薄膜積層構造体が作り出す透過波長領域におけるそれぞれの透過特性は図４Ｂ（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おり、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４Ｂ（ａ）で示すように、光学フィルタ２７の透過波長領域における、透過リップルが少なく平坦で、第１の薄膜積層構造体２５、及び第２の薄膜積層構造体２６よりも高透過である特性を作り出している。また、光学フィルタ２７の透過阻止波長領域においても同様に、２つの薄膜積層構造体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、第１の薄膜積層構造体２５、及び第２の薄膜積層構造体２６の２つの構造体が作り出す透過特性の合成により、光学フィルタ２７総体としての透過特性が決定される。

また、カメラなどでの使用が想定される本実施例２のような特性を有する光学フィルタは、画質に大きな影響を与える為に、透過波長領域や透過阻止波長領域での光量に大変敏感である。従って、光学フィルタ２７の阻止波長領域では透過を平均で１％以下、より好ましくは平均で０．１％以下に抑えつつ、透過波長領域では平均で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。

本実施例２における第１の透過阻止構造体２５、第２の透過阻止構造体２６において、蒸着膜として構成された第１の高屈折率薄膜２１や第２の高屈折率薄膜２３の薄膜材料としたＴｉＯ_２やＴａ_２Ｏ_５他に、高屈折率材料としてはＮｂ_２Ｏ_５やＺｒＯ_２などが使用でき、第１の低屈折率薄膜２２、及び第２の低屈折率薄膜２４の薄膜材料としたＳｉＯ_２の他に、低屈折率材用としてはＭｇＦ_２などが使用可能である。また、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、光学フィルタ２７の分光透過特性は図４Ａで示した設計値と略同じ特性を得ることができた。以上より光学特性に優れる、波長帯の異なる２つの透過阻止波長領域を有する光学フィルタ２７を得ることができた。

（実施例３）
第１、第２の透過阻止波長領域に加え、第３の透過阻止波長領域を有するタイプの光学フィルタに関する他の構成例について説明する。

本実施例１、２で示したような光学フィルタが、第２の透過波長領域が対象としている波長領域以上の波長領域の特性を制限しないタイプのフィルタであったのに対し、第２の透過波長領域の対象波長領域以上の波長領域の透過を再び阻止する図６で示したような、第１の透過阻止波長領域３２１と第２の透過阻止波長領域３２２に加え、第３の透過阻止波長領域３２３を有する光学フィルタ３７とすることも可能である。

このような、３つ以上の透過阻止波長領域の内、２つの異なる不連続な透過阻止波長領域を比較した際、短波長側に配置された透過阻止波長領域の波長域の長さが長波長側に配置された透過阻止波長領域の波長域と同等以上の長さを有する場合、短波長側に配置された透過阻止波長領域を構成する高屈折率薄膜と低屈折率薄膜との屈折率差を、長波長側に配置された透過阻止波長領域を構成する高屈折率薄膜と低屈折率薄膜との屈折率差よりも大きくなるように構成することで、設計の自由度を高めることが可能である。

また、第１の透過阻止波長領域３２１、第２の透過阻止波長領域３２２、第３の透過阻止波長領域３２３をこの順に短波長側から長波長側に向け配置した、３つの異なる不連続な透過阻止波長領域を有する光学フィルタにおいて、第１の透過阻止波長領域３２１の波長域の長さと比較して第２の透過阻止波長領域３２２の波長域の長さが同等以上の長さを有しており、さらに第２の透過阻止波長領域３２１の波長域の長さと比較して第３の透過阻止波長領域３２３の波長域の長さが、同等以上の長さを有している場合、第１の透過阻止波長領域３２１を構成する第１の高屈折率薄膜と第１の低屈折率薄膜の屈折率差、第２の透過阻止波長領域３２２を構成する第２の高屈折率薄膜と第２の低屈折率薄膜の屈折率差、第３の透過阻止波長領域３２１を構成する第３の高屈折率薄膜と第３の低屈折率薄膜の屈折率差が、この順に大きい値を取るように構成することが望ましい。このような構成とすることで、設計の自由度が高まり、所望する値により近い光学特性を得ることできる。

さらに他の構成例として、本実施例１、２で作製した光学フィルタは近紫外波長領域と可視−近赤外波長領域とにそれぞれ透過阻止波長領域を有していたが、例えば可視波長領域に２つの阻止波長領域を有する構成としても良いし、可視波長領域と近赤外波長領域や、近紫外波長領域と可視波長領域に２つの阻止波長領域を設けることも可能である。さらには、これらの領域に第４、第５の阻止波長領域を有する構成にするなど、４つ以上の阻止波長領域を設け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、光学装置の１つであ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７を用いて説明する。

図７はビデオカメラなどの撮像装置の概略図であり、レンズや絞り羽根などで構成された撮像光学系４７を透過した光線を、固体撮像素子４８前の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所望の光学特性に調整して、適正な画像を得る構成となっている。この光学フィルタ挿入位置４０に、本実施例１〜３で作製された光学フィルタ（バンドパスフィルタ４１）を配置することで撮影画像の高画質化が図られ、光学装置（撮像装置）４９の高精度化を実現することが可能となる。

また、図７の構成において、本実施例１〜３で作製された光学フィルタである、異なる２つの透過阻止領域を有するバンドパスフィルタ４１を撮像装置内の所定の位置に配置しておき、撮影状況に応じて光学フィルタ挿入位置４０にバンドパスフィルタ４１を移動させることで、撮影を行うことが可能である。さらには、バンドパスフィルタ４１とは透過波長領域や透過阻止波長領域の異なる、バンドパスフィルタ４２を併用し、撮影状況に応じてフィルタを適宜選択して使用することもできる。また、これらに加え、第３のフィルタとしてＡＲフィルタ４３を併用することも可能であるし、不図示の他のフィルタを併用することも可能である。

以上のように、本実施例４の構成であれば、光学装置内に所望する光学特性により近い特性を有する光学フィルタを使用したことで、撮影装置の高画質化など、より高精度化された光学装置を実現することができる。

また、本実施例の撮影装置など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光学フィルタを用いることで、光学装置の高精度化を図ることができる。

１０、２０．基板
１１、２１．第１の高屈折率薄膜
１２、２２．第１の低屈折率薄膜
１３、２３．第２の高屈折率薄膜
１４、２４．第２の低屈折率薄膜
１５、２５．第１の薄膜積層構造体
１６、２６．第２の薄膜積層構造体
１７、２７、３７．光学フィルタ
２８．反射防止構造体
２９．干渉条件調整層
１０１、２０１．第１の遷移波長領域
１０２、２０２．第２の遷移波長領域
１０３、２０３．第３の遷移波長領域
１１１、２１１．第１の半値波長
１１２、２１２．第２の半値波長
１１３、２１３．第３の半値波長
１２１、２２１．第１の透過阻止波長領域
１２２、２２２．第２の透過阻止波長領域
１２３、２２３．第１の透過波長領域
１２４、２２４．第２の透過波長領域

Claims (8)

1. 基板の少なくても一方の面上に複数の薄膜を積層することで構成された、
   可視波長領域から近赤外波長領域において、波長領域が異なり、不連続である第１の透過阻止波長領域と、第２の透過阻止波長領域と、
   波長領域が異なり、不連続である第１の透過波長領域と、第２の透過波長領域を有する光学フィルタであって、
   第１の高屈折率薄膜と第１の低屈折率薄膜の交互層で構成された第１の薄膜積層構造体と、
   第２の高屈折率薄膜と第２の低屈折率薄膜の交互層で構成された第２の薄膜積層構造体を備え、
   前記第１の高屈折率薄膜と前記第１の低屈折率薄膜の屈折率差と、
   前記第２の高屈折率薄膜と前記第２の低屈折率薄膜の屈折率差とが異なることを特徴とする、光学フィルタ。
2. 前記第１の薄膜積層構造体と前記第２の薄膜積層構造体とが、前記基板上の同一面上に積層配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の光学フィルタ。
3. 前記第１の薄膜積層構造体と前記第２の薄膜積層構造体とを積層配置した面とは異なる、前記基板のもう一方の面上に、少なくても前記第１の透過波長領域と、前記第２の透過波長領域を含む波長領域の光の反射を抑制した、反射防止構造体を形成したことを特徴とする、請求項２に記載の光学フィルタ
4. 前記基板の一方の面上に前記第１の薄膜積層構造体を形成し、前記基板のもう一方の面上に前記第２の薄膜積層構造体を形成したことを特徴とする、請求項１に記載の光学フィルタ。
5. 前記第１の透過阻止波長領域は主に前記第１の薄膜積層構造体により形成され、
   前記第２の透過阻止波長領域は主に前記第２の薄膜積層構造体により形成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
6. 前記第１の透過阻止波長領域が前記第２の透過阻止波長領域よりも短波長側に配置され、
   前記第１の透過阻止波長領域の波長域が前記第２の透過阻止波長領域の波長域よりも同等以上の長さを有し、前記第１の高屈折率薄膜と前記第１の低屈折率薄膜の屈折率差の方が、前記第２の高屈折率薄膜と前記第２の低屈折率薄膜の屈折率差よりも値が大きいことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
7. 前記第１の低屈折率薄膜と、前記第２の低屈折率薄膜とが主成分が共通の薄膜材料で形成されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学フィルタ
8. 請求項１〜７に記載のいずれか一項光学フィルタを搭載した、光学装置。
   
   

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