JP2020109496A - 光学フィルタおよび近赤外線カットフィルタ - Google Patents
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Abstract
Description
基板20は、可視領域の波長帯の光を透過可能な板状の部材である。可視領域の波長帯とは、一般的には380nm以上780nm以下の光を指すことが多いが、例えば光学フィルタを固体撮像素子の視感度補正フィルタ用途として考えた場合は、420nm〜650nm(すなわち420nm以上650nm以下)を可視領域として考え、700nm以上、400nm以下はそれぞれ近赤外光、紫外光とみなして阻止の対象とすることが多い。これは、人間の目がもつ視感度と、固体撮像素子が持つ視感度の波長依存性が異なることと、それらを用いて画像を構成する際の色再現の方法によって決定されるために必ずしも一義的に決定できない。そのため、参考として考えるべきではあるが、例えば視感度補正フィルタ用途の光学フィルタとしては、画像構成上もっとも重視される緑領域(一般的には500nm〜560nmの間)の透過率が80%以上であることが望ましい。
光学多層膜22は、所定の光学特性を有する層であり、本実施形態では、可視領域の波長帯の光を透過し、かつ、近赤外領域の波長の光の透過を抑えるように構成される。例えば、光学多層膜22は、近赤外領域の波長の光を反射することで、近赤外領域の波長の光の透過を抑える。すなわち、光学多層膜22は、赤外線遮蔽膜(InfraRed Cut Filter膜、IRCF膜ともいう)である。光学多層膜22は、可視領域の波長帯の光の平均透過率が、80%以上であり、さらに言えば100%以下であることが好ましい。また、光学多層膜22は、近赤外領域の波長の光の平均透過率が、10%以下であり、さらに言えば、0%以上であることが好ましい。
整合層24について説明する前に、吸収層26について説明する。吸収層26は、近赤外線吸収成分を含有する透明基体で構成される層である。透明基体の「透明」とは、可視領域の波長帯の光に対して透過性を有することを意味する。
整合層24と補助整合層28に関する説明は共に行うことが分かりやすいため、以下にそれらの働きについて述べる。
補助整合層28は、補助整合層28に入射した可視領域の波長帯の光が、吸収層26(補助整合層28と吸収層26との界面)にて反射されることを抑制する層である。すなわち、補助整合層28は、反射防止機能を有する反射防止膜(Anti-Reflection膜、AR膜ともいう)である。本実施形態において、補助整合層28は、屈折率が異なる複数の膜を積層して構成される光学多層膜である。すなわち、補助整合層28は、例えば、高屈折率膜と、高屈折率膜よりも屈折率が低い低屈折率膜とを、複数交互に配置した積層膜が用いられる。高屈折率膜としては、例えば、ZrO2、Nb2O5、TiO2、およびTa2O5から選ばれる少なくとも1種の金属酸化物膜等が用いられる。低屈折率膜としては、例えば、SiO2等が用いられる。高屈折率膜と低屈折率膜の膜厚や積層数は、補助整合層28に要求される光学特性に応じて適宜設定される。補助整合層28も、光学多層膜22の形成と同様の方法で、吸収層26の表面26aに形成されてよい。すなわち、補助整合層28は、例えばスパッタリング法、イオンアシスト蒸着法、真空蒸着法などを用いて、形成されてよい。なお、補助整合層28は、反射防止機能を有するものであれば、このような多層膜に限られず、単層で構成されていてもよく、赤外線カットフィルタや紫外線カットフィルタなどであってもよい。また、光学フィルタ16は、補助整合層28を、設けていなくてもよい。
背面層30は、基板20、及び基板20上に設けられた光学多層膜22、整合層24、吸収層26、補助整合層28によって構成される光学フィルタ16としての光学特性を補完するために設けられるものである。そのため、背面層30は、光学多層膜22、整合層24、吸収層26、補助整合層28と同様の構成であってもよく、光学多層膜のみで構成されていてもよく、設けなくてもよい。光学フィルタ16が撮像装置用光学フィルタとして用いられる場合、背面層30としては、赤外線カットフィルタもしくは反射防止膜が想定される。背面層30が光学多層膜にて構成される場合、例えば、高屈折率膜と、高屈折率膜よりも屈折率が低い低屈折率膜とを、複数交互に配置した積層膜が用いられる。高屈折率膜としては、例えば、ZrO2、Nb2O5、TiO2、およびTa2O5から選ばれる少なくとも1種の金属酸化物膜等が用いられる。低屈折率膜としては、例えば、SiO2等が用いられる。高屈折率膜と低屈折率膜の膜厚や積層数は、背面層30に要求される光学特性に応じて適宜設定される。背面層30も、光学多層膜22の形成と同様の方法で、基板20の表面20bに形成されてよい。すなわち、背面層30は、例えばスパッタリング法、イオンアシスト蒸着法、真空蒸着法などを用いて、形成されてよい。なお、背面層30は、反射防止機能を有するものであれば、このような多層膜に限られず、単層で構成されていてもよい。
次に、実施例1について説明する。実施例1においては、本実施形態に係る光学フィルタ16について、吸収層26の膜厚(厚み)を変えた上で、透過率のシミュレーションを行ったものである。表1は、実施例1に係る光学フィルタ16の各層の構成を記載したものである。表1に示すように、実施例1においては、補助整合層28の高屈折率膜をTiO2とし、補助整合層28の低屈折率膜をSiO2とし、整合層24の高屈折率膜24Aと光学多層膜22の高屈折率膜22AとをZrO2とし、整合層24の低屈折率膜24Bと光学多層膜22の低屈折率膜22BとをSiO2としている。波長500nmにおいて、TiO2の屈折率は2.467、SiO2の屈折率は1.483、ZrO2の屈折率は2.058である。そして、実施例1においては、光学多層膜22、整合層24、補助整合層28の表1のような構成として、吸収層26の膜厚を、700nmから1400nmまでの範囲で変動させて、光学フィルタ16の分光透過率をシミュレーションで算出した。すなわち、表1の構成の光学フィルタ16に対し、補助整合層28から光が入射した場合における、基板20から出射する光の透過率を、吸収層26の膜厚ごとにシミュレーションで算出した。なお、表1に示すように、実施例1の整合層24は、(aQLbQHcQL)の3層構成となっていることがわかる。表1において、光学多層膜が基板20側であり、補助整合層が空気側である。実施例1において、光学多層膜22の設計上の中心波長は930nm、aは0.313、bは0.131、cは0.412である。なお、各係数は、整合層24の高屈折率膜24Aおよび低屈折率膜24Bの波長930nmにおける屈折率(ZrO2:2.025、SiO2:1.467)を用いて算出した。また、分光透過率を算出するシミュレーションソフトとしては、TFCalc(Software Spectra社製)を用いた。また、基板20および吸収層26は光の吸収がない条件で算出した。光学干渉に関わる計算は、吸収に関わる消衰係数kをゼロとみなして計算する。
次に、実施例2及び実施例3について説明する。実施例2においては、本実施形態に係る光学フィルタ16について、吸収層26の膜厚(厚み)を変えた上で、透過率のシミュレーションを行ったものである。表3は、実施例2に係る光学フィルタ16の各層の構成を記載したものである。表3において、光学多層膜が基板20側であり、補助整合層が空気側である。表3に示すように、実施例2においては、補助整合層28の構成は実施例1と略同一である。他方、整合層24は、中屈折率膜としてAl2O3の単層にて構成している点で実施例1と異なる。波長500nmにおいて、Al2O3の屈折率は1.617である。そして、実施例2においては、光学多層膜22、整合層24、補助整合層28を表3のような構成として、吸収層26の膜厚を、700nmから1400nmまでの範囲で変動させて、光学フィルタ16の分光透過率をシミュレーションで算出した。すなわち、表3の構成の光学フィルタ16に対し、補助整合層28から光が入射した場合における、基板20から出射する光の透過率を、吸収層26の膜厚ごとに実施例1と同様のシミュレーションソフト及び条件を用いて算出した。
16 光学フィルタ
18 撮像素子
20 基板
22 光学多層膜
24 整合層
26 吸収層
28 補助整合層
30 背面層
Claims (8)
- 基板と、
前記基板上に設けられる光学多層膜と、
前記光学多層膜上に設けられる整合層と、
前記整合層上に設けられ、近赤外線吸収成分を含有する透明基体を有する吸収層と、を備え、
前記整合層は、前記吸収層に起因する透過率の強度変動を抑制する、
ことを特徴とする光学フィルタ。 - 前記整合層は、屈折率の高い高屈折率膜と、前記高屈折率膜より屈折率が低い低屈折率膜とが、複数積層されて構成されている、もしくは、中屈折率膜の単層で構成されており、
前記高屈折率膜の波長500nmにおける屈折率は、1.8以上であり、前記低屈折率膜の波長500nmにおける屈折率は、1.6未満であり、前記中屈折率膜の波長500nmにおける屈折率は、1.6以上1.8未満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。 - 前記光学多層膜の設計上の中心波長を中心波長とした場合に、前記高屈折率膜のQWOTをQH、前記低屈折率膜のQWOTをQLとしたときに、
前記整合層は、前記基板側から(aQLbQHcQL)の3層で構成され、
a及びcは0.2以上0.5未満であり、bは0.07以上0.5未満であり、かつ、b<aであることを特徴とする、請求項2に記載の光学フィルタ。 - 前記吸収層上に設けられ、入射した可視領域の波長帯の光が、前記吸収層にて反射されることを抑制する補助整合層をさらに有することを特徴とする、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の光学フィルタ。
- 前記吸収層は、厚さが100nm以上5000nm以下であることを特徴とする、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の光学フィルタ。
- 前記基板は、白板ガラス、ブルーガラス、及び樹脂のうちのいずれか1つである、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の光学フィルタ。
- 前記光学多層膜は、可視領域の波長帯の光の平均透過率が80%以上であり、近赤外領域の波長帯の光の平均透過率が10%以下であることを特徴とする、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の光学フィルタ。
- 請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の光学フィルタを有する、近赤外線カットフィルタ。
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