JP2020534585A - 光学フィルタ及び当該光学フィルタを含む赤外線画像センシングシステム - Google Patents
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Abstract
光学フィルタ及び当該光学フィルタを含む赤外画像センシングシステムが提供される。光学フィルタは、ガラス基板１と、ガラス基板１の両面にめっきされるＩＲ膜層２及びＡＲ膜層３と、を備え、ＩＲ膜層２は、第１屈折率材料層と、第２屈折率材料層と、第１屈折率材料層の屈折率より大きく、かつ第２屈折率材料層の屈折率よりも小さい第３屈折率材料層を有する。当該光学フィルタによれば、近赤外線の反射防止効果に優れ、顔識別、ジェスチャ識別の精度が高まる。また、光学フィルの膜層の薄化型を図るとともに膜層の付着力を効果的に向上させることができる。【選択図】図１
Description
本発明は、光学センシング技術に関し、特に光学フィルタ及び当該光学フィルタを含む赤外線画像センシングシステムに関する。
技術の発展に伴い、スマートフォン、車載ライダー、セキュリティアクセス制御、スマートホーム、バーチャルリアリティー、３Ｄ体感ゲーム、３Ｄ撮像及び３Ｄ表示等の端末には、顔識別、ジェスチャ識別等の機能が導入されるようになった。
そして、顔識別、ジェスチャ識別を行う際に、赤外幅狭帯域光学フィルタを用いる必要がある。当該光学フィルタは、通過帯域における近赤外線の反射防止を行うとともに環境における可視光を遮断する機能を発揮する。通常、赤外幅狭帯域光学フィルタは、ＩＲバンドパス膜系及びＡＲロングパス膜系を有する。しかしながら、先行技術の光学フィルタでは、近赤外線の反射防止効果及び可視光の遮断効果が悪く、膜系の膜層の厚みが厚く、かつ膜層の付着力が弱いため、このような光学フィルタを人の顔識別やジェスチャ識別を行う装置に組み付けた場合であっても、結像効果が悪く、識別制度が低下するという問題があった。
本発明は、従来の光学フィルタによる近赤外線の反射防止効果が悪く、膜層の付着力が弱いという問題を解決するための光学フィルタ及び当該光学フィルタを含む赤外画像センシングシステムを提供することを目的とする。
上記目的を実現するため、本発明のある態様によれば、ガラス基板と、前記ガラス基板の両面にめっきされるＩＲ膜層及びＡＲ膜層と、を備え、前記ＩＲ膜層は、第１屈折率材料層と、第２屈折率材料層と、前記第１屈折率材料層の屈折率より大きく、かつ前記第２屈折率材料層の屈折率よりも小さい第３屈折率材料層を有する光学フィルタが提供される。
本発明のある態様では、前記ＡＲ膜層は、前記第１屈折率材料層及び前記第２屈折率材料層、又は前記第１屈折率材料層、前記第２屈折率材料層及び前記第３屈折率材料層を有する。
本発明のある態様では、最も前記ガラス基板から離間する前記ＩＲ膜層の外層及び前記ＡＲ膜層の外層は、いずれも、前記第１屈折率材料層である。
本発明のある態様では、前記ＩＲ膜層は、前記ガラス基板から離間する方向に沿って順にＭ、（ＬＨ）×ｎ、Ｌに構成され、ただし、Ｍは、前記第３屈折率材料層を示し、Ｌは、前記第１屈折率材料層を示し、Ｈは、前記第２屈折率材料層を示し、（ＬＨ）×ｎは、前記第１屈折率材料層と前記第２屈折率材料層とがｎ回交互に設けられることを示し、ｎは、１以上の整数である。
本発明のある態様では、前記ＩＲ膜層は、前記ガラス基板から離間する方向に沿って順に（ＬＨ）×ｓ、Ｌ、Ｍ、（ＬＨ）×ｐ、Ｌに構成され、ただし、Ｍは、前記第３屈折率材料層を示し、Ｌは、前記第１屈折率材料層を示し、Ｈは、前記第２屈折率材料層を示し、（ＬＨ）×ｓは、前記第１屈折率材料層と前記第２屈折率材料層とがｓ回交互に設けられることを示し、ｓは、０以上の整数であり、（ＬＨ）×ｐは、前記第１屈折率材料層と前記第２屈折率材料層とがｐ回交互に設けられることを示し、ｐは、１以上の整数である。
本発明のある態様では、前記ＡＲ膜層は、前記ガラス基板から離間する方向に沿って順に（ＬＨ）×ｑ、Ｌに構成され、ただし、Ｌは、前記第１屈折率材料層を示し、Ｈは、前記第２屈折率材料層を示し、（ＬＨ）×ｑは、前記第１屈折率材料層と前記第２屈折率材料層とがｑ回交互に設けられることを示し、ｑは、１以上の整数である。
本発明のある態様では、前記ＡＲ膜層は、前記ガラス基板から離間する方向に沿って順にＭ、（ＬＨ）×ｋ、Ｌに構成され、ただし、Ｍは、第３屈折率材料層を示し、Ｌは、前記第１屈折率材料層を示し、Ｈは、前記第２屈折率材料層を示し、（ＬＨ）×ｋは、前記第１屈折率材料層と前記第２屈折率材料層とがｋ回交互に設けられることを示し、ｋは、１以上の整数である。
本発明のある態様では、前記ＡＲ膜層は、前記ガラス基板から離間する方向に沿って順に（ＬＨ）×ｉ、Ｌ、Ｍ、（ＬＨ）×ｆ、Ｌに構成され、ただし、Ｍは、第３屈折率材料層を示し、Ｌは、前記第１屈折率材料層を示し、Ｈは、前記第２屈折率材料層を示し、（ＬＨ）×ｉは、前記第１屈折率材料層と前記第２屈折率材料層とがｉ回交互に設けられることを示し、ｉは、０以上の整数であり、（ＬＨ）×ｆは、前記第１屈折率材料層と前記第２屈折率材料層とがｆ回交互に設けられることを示し、ｆは、１以上の整数である。
本発明のある態様では、０．０５≦ＤL／ＤH≦２０の条件式を満たし、０．０２≦ＤM／ＤH≦５０の条件式を満たし、ただし、ＤLは、前記第１屈折率材料層の厚みを示し、ＤHは、前記第２屈折率材料層の厚みを示し、ＤMは、第３屈折率材料層の厚みを示す。
本発明のある態様では、前記ＩＲ膜層の前記第２屈折率材料層は、水素化ケイ素層であり、８００から１２００ｎｍの波長範囲における前記第２屈折率材料層の屈折率が３よりも大きく、消衰係数が０．０２よりも小さく、８５０ｎｍにおける前記第２屈折率材料層の屈折率が３．６よりも大きく、９４０ｎｍにおける前記第２屈折率材料層の屈折率が３．５５よりも大きい。
本発明のある態様では、前記水素化ケイ素層は、スパッタリングによりめっきされる材料層であり、スパッタリングの温度範囲は、８０から３００℃であり、水素の流量は、１０から５０ｓｃｃｍであり、前記スパッタリングの速度は、０．１ｎｍ／ｓから１ｎｍ／ｓである。
本発明のある態様では、８００から１２００ｎｍの波長範囲における前記第３屈折率材料層の屈折率が４よりも小さく、８００から１２００ｎｍの波長範囲における前記第１屈折率材料層の屈折率が３よりも小さい。
本発明のある態様では、８００から１２００ｎｍの波長範囲における前記ＩＲ膜層は、一つの通過帯域と、それぞれ前記通過帯域の両側に位置する二つの遷移帯域と、それぞれ二つの前記遷移帯域の外側に位置する二つの遮断帯域と、を有し、前記通過帯域は、帯域幅が４００ｎｍよりも小さく、透過率が９０％よりも大きく、前記遷移帯域は、透過率が０．１％から９０％であり、前記遮断帯域は、透過率が０．１％よりも小さい。
本発明のある態様では、３５０から１２００ｎｍの波長範囲における前記ＡＲ膜層は、３５０ｎｍから１２００ｎｍに向かう方向に沿って順に配列される遮断帯域、遷移帯域及び通過帯域を有し、前記通過帯域は、透過率が９０％よりも大きく、前記遷移帯域は、透過率が０．１％から９０％であり、前記遮断帯域は、透過率が０．１％よりも小さい。
本発明のある態様では、半値幅は、１２０ｎｍよりも小さく、前記ＩＲ膜層及び前記ＡＲ膜層の合計厚みは、９．８μｍよりも小さい。
本発明のある態様では、入射角が０°から３０°に変化すると、通過帯域の中心波のシフト量は、２０ｎｍよりも小さい。
上記目的を実現するため、本発明のある他の態様によれば、ＩＲ発射光源と第１レンズユニットとを有する光源手段と、第２レンズユニットと、請求項１から１６のいずれか１項に記載の光学フィルタと、赤外画像センサと、を有する受光手段と、を備える赤外画像センシングシステムが提供される。
本発明のある態様によれば、ＩＲ膜層及びＡＲ膜層を上記のように設けることで、近赤外線の高透過率を有効に保証するとともに、光学フィルタの通過帯域の中心波長のシフト量を２０ｎｍ以下にすることができる。また、ＩＲ膜層及びＡＲ膜層に第３屈折率材料層Ｍを上記のように配列されるように設けることで、本発明の光学フィルタの合計膜層厚みを有効に減少するとともに、膜層の付着力を向上させることができる。
本発明のある他の態様によれば、本発明の光学フィルタを含む赤外画像センシングシステムが提供される。本発明の光学フィルタを設けることで、撮像時における近赤外線の反射防止及びその他の帯域の光線の遮断を行うことができ、人の顔識別やジェスチャ識別の精度を向上させることができる。
本発明の実施形態又は先行技術の技術手段をより明確に説明するために、以下実施形態に用いられる図面を簡単に紹介する。明らかに、下記の図面は、本発明の実施形態を説明するためのものに過ぎない。当業者ならば、これらの図面に基づいて、その他の図面を容易になし得てもよい。
本発明の実施形態を説明するための用語として、「横方向」、「縦方向」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「立直」、「水平」、「頂」、「底」、「内」、「外」等が用いられる。これらの用語で示される方位又は位置関係は、図面で示される方位又は位置関係に基づき、本発明を分かりやすく説明するためのものであり、本発明を限定するものではない。
以下、図面を参照しながら本発明を実施形態を用いて詳細に説明する。本発明の実施形態は、以下の実施形態に限定されるものではない。
図１は、本発明の実施形態に係るＩＲ膜層の構成を示す概略構成図である。図２は、本発明の実施形態に係るＡＲ膜層の構成を示す概略構成図である。図１及び図２に示すように、本発明の光学フィルタは、ガラス基板１、ＩＲ膜層２及びＡＲ膜層３を備える。本発明のガラス基板１は、Ｄ２６３Ｔ又はＡＦ３２を用いてもよい。ＩＲ膜層２は、赤外線遮断膜層である。ＡＲ膜層３は、反射低減膜、すなわち、反射防止膜であり、特定範囲の波長において反射防止の効果を奏する。ＩＲ膜層２及びＡＲ膜層３は、それぞれガラス基板１の両面にめっきされる。本実施形態では、ＩＲ膜層２は、ガラス基板１の上面にめっきさるとともに、ＡＲ膜層３は、ガラス基板１の下面にめっきされる。
図１に示すように、本実施形態では、本発明の光学フィルタのＩＲ膜層２は、第１屈折率材料層Ｌ、第３屈折率材料層Ｍ及び第２屈折率材料層Ｈを有する。本実施形態では、ＩＲ膜層２は、四層の材料層を有し、具体的には、ガラス基板１から離間する方向に沿って順に積層される第３屈折率材料層Ｍ、第１屈折率材料層Ｌ、第２屈折率材料層Ｈ及び第１屈折率材料層Ｌを有する。このような構成をＭ、（ＬＨ）、Ｌとすることができる。すなわち、本実施形態では、ＩＲ膜層２は、それぞれガラス基板１の上面にめっきされる第３屈折率材料層Ｍ、最もガラス基板１から離間する外層としての第１屈折率材料層Ｌ、及び第３屈折率材料層Ｍと第１屈折率材料層Ｌとの間に位置する中間材料層を有する三層構造である。本実施形態では、中間材料層は、順に積層される第１屈折率材料層Ｌ及び第２屈折率材料層Ｈを有する。本発明のＩＲ膜層２の中間材料層は、複数の第１屈折率材料層Ｌと第２屈折率材料層Ｈとが交互に設けられることにより構成される。すなわち、本発明のＩＲ膜層２の構成をＭ、（ＬＨ）×ｎ、Ｌとすることができる。すなわち、ＩＲ膜層２は、ガラス基板１から離間する方向に沿って順に積層される第３屈折率材料層Ｍ、中間材料層及び第１屈折率材料層Ｌを有し、中間材料層は、第１屈折率材料層Ｌと第２屈折率材料層Ｈとがｎ回交互に設けられることにより構成され、ｎは、１以上の整数である。
また、本発明のＩＲ膜層２は、上述した実施形態の構成形態のほか、他の実施形態を有してもよい。本発明の第２実施形態に係るＩＲ膜層２によれば、ＩＲ膜層２の構成を（ＬＨ）×ｓ、Ｌ、Ｍ、（ＬＨ）×ｐ、Ｌとすることができる。すなわち、ＩＲ膜層２は、ガラス基板１から離間する方向に沿って順に積層される五層構成を有する。ここでは、第１層構成は、第１屈折率材料層Ｌと第２屈折率材料層Ｈとがｓ回交互に設けられることにより構成され、ｓは、０以上の整数である。第２層構成は、第１屈折率材料層Ｌであり、第３層構成は、第３屈折率材料層Ｍである。第４層構成は、第１屈折率材料層Ｌと第２屈折率材料層Ｈとがｐ回交互に設けられることにより構成され、ｐは、１以上の整数である。第５層構成は、最もガラス基板１から離間する外層としての第１屈折率材料層Ｌである。
本発明のＩＲ膜層２は、第３屈折率材料層Ｍ、第１屈折率材料層Ｌ及び第２屈折率材料層Ｈを有し、これらを上述した実施形態のように設けることで、膜層の付着力を有効に向上させることができるので、近赤外線の透過率曲線特性を向上させることができる。
図２に示すように、本発明のＡＲ膜層３は、ガラス基板１の下面にめっきされる。本実施形態では、ＡＲ膜層３は、低屈折率材料層Ｌ及び高屈折率材料層Ｈを有し、具体的には、ガラス基板１から離間する方向に沿って順に積層される第１屈折率材料層Ｌ、第２屈折率材料層Ｈ及び第１屈折率材料層Ｌを有する。本実施形態では、ＡＲ膜層３の構成を（ＬＨ）、Ｌとすることができる。すなわち、ＡＲ膜層３は、ガラス基板１から離間する方向に沿って順に積層される第１構成層及び最もガラス基板１から離間する外層としての第１屈折率材料層Ｌを有する。ここでは、第１構成層は、第１屈折率材料層Ｌと第２屈折率材料層Ｈが交互にめっきされることにより構成される。また、本発明のＡＲ膜層３の第１構成層では、第１屈折率材料層Ｌと第２屈折率材料層Ｈとが交互に積層されるのは、複数回であってもよい。すなわち、ＡＲ膜層３の構成を（ＬＨ）×ｑ、Ｌとすることができる。ここでは、（ＬＨ）×ｑは、第１屈折率材料層Ｌと第２屈折率材料層Ｈとがｑ回交互に設けられることを示し、ｑは、１以上の整数である。
本発明の第２実施形態に係るＡＲ膜層３によれば、ＡＲ膜層３の構成をＭ、（ＬＨ）×ｋ、Ｌとすることができる。すなわち、ＡＲ膜層３は、ガラス基板１から離間する方向に沿って順に積層される第３屈折率材料層Ｍ、中間材料層及び第１屈折率材料層Ｌを有する。ここでは、中間材料層は、第１屈折率材料層Ｌと第２屈折率材料層Ｈとがｋ回交互に設けられることにより構成され、ｋは、１以上の整数である。
また、本発明のＡＲ膜層３が第１屈折率材料層、第２屈折率材料層及び第３屈折率材料層を有する場合、ＡＲ膜層３の構成を（ＬＨ）×ｉ、Ｌ、Ｍ、（ＬＨ）×ｆ、Ｌとすることができる。すなわち、ＡＲ膜層３は、ガラス基板１から離間する方向に沿って順に積層される五層構成を有する。第１層構成は、第１屈折率材料層Ｌと第２屈折率材料層Ｈとがｉ回交互に設けられることにより構成され、ｉは、０以上の整数である。第２層構成は、第１屈折率材料層Ｌであり、第３層構成は、第３屈折率材料層Ｍである。第４層構成は、第１屈折率材料層Ｌと第２屈折率材料層Ｈとがｆ回交互に設けられることにより構成され、ｆは、１以上の整数である。第５層構成は、最もガラス基板１から離間する外層としての第１屈折率材料層Ｌである。
本発明の光学フィルタが有するＩＲ膜層２及びＡＲ膜層３は、上述した実施形態から選択されてもよい。すなわち、本発明のＩＲ膜層２は、二つの実施形態を有し、ＡＲ膜層３は、三つの実施形態を有し、本発明の光学フィルタを製造するとき、ＩＲ膜層２及びＡＲ膜層３の実施形態を自由に組み合わせてもよい。ここで注意されたいのは、いかなる実施形態を用いた場合であっても、ＩＲ膜層２の外層及びＡＲ膜層３の外層は、いずれも低屈折率材料層である。
本発明の光学フィルタでは、ＩＲ膜層２における高屈折率材料層Ｈは、水素化ケイ素層である。水素化ケイ素層は、スパッタリングによりめっきされる。スパッタリングの温度範囲を８０から３００℃とし、水素の流量を１０から５０ｓｃｃｍとし、スパッタリングの速度を０．１ｎｍ／ｓから１ｎｍ／ｓとすることにより、本発明の第２屈折率材料層Ｈは、８００から１２００ｎｍの範囲内における屈折率が３よりも大きく、消衰係数が０．００２よりも小さく、８５０ｎｍにおける屈折率が３．６よりも大きく、９６０ｎｍにおける屈折率が３．５５よりも大きくなる。このため、本発明の光学フィルタの通過帯域の中心波長のシフト量を容易に調整することができる。本発明のＡＲ膜層３における第２屈折率材料層Ｈは、水素化ケイ素層から構成されてもよいし、その他の材料層から実現されてもよい。すなわち、第２屈折率材料層Ｈの屈折率を第３屈折率材料層Ｍ及び第１屈折率材料層Ｌの屈折率よりも大きくすればよい。
ＩＲ膜層２及びＡＲ膜層３における第３屈折率材料層Ｍに用いる材料は、Ｓｂ2Ｓ3、Ｎｂ2Ｏ5、Ｔａ2Ｏ5、ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、Ｐｒ6Ｏ11、Ｌａ2Ｏ3、Ｓｉ2Ｎ、ＳｉＮ、Ｓｉ2Ｎ3、Ｓｉ3Ｎ4の一つ又は複数から選択されてもよい。ＩＲ膜層２及びＡＲ膜層３における第１屈折率材料層Ｌに用いる材料は、ＳｉＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、Ｔａ2Ｏ5、ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、Ｐｒ6Ｏ11、Ｌａ2Ｏ3、Ｓｉ2Ｎ、ＳｉＮ、Ｓｉ2Ｎ3、Ｓｉ3Ｎ4の一つ又は複数から選択されてもよい。８００から１２００ｎｍ波長範囲内において、第３屈折率材料層Ｍの屈折率が４よりも小さく、第１屈折率材料層Ｌの屈折率が３よりも小さい。第３屈折率材料層Ｍの屈折率が第１屈折率材料層Ｌの屈折率よりも大きいことを保証する必要がある。すなわち、第１屈折率材料層Ｌが用いる材料を選択した後、第３屈折率材料層Ｍに用いる材料の屈折率が第１屈折率材料層Ｌに用いる材料の屈折率よりも大きくなるように第３屈折率材料層Ｍが用いる材料を選択すればよい。第３屈折率材料層Ｍ及び第１屈折率材料層Ｌは、スパッタリングによりめっきされてもよいし、真空蒸着設備によりめっきされてもよい。
以下、本発明の光学フィルタを具体的な実施例により詳細に説明する。
実施例１
本実施形態では、光学フィルタのＩＲ膜層２の構成を、ガラス基板１から離間する方向に沿ってＭ、（ＬＨ）×ｎ、Ｌとし、ｎは、１１である。ここでは、第２屈折率材料層Ｈ、第３屈折率材料層Ｍ及び第１屈折率材料層Ｌの光学厚みは、それぞれ参考波長の１／４であり、第２屈折率材料層Ｈの物理的厚みと第１屈折率材料層Ｌの物理的厚みとの間の関係は、０．０５≦ＤL／ＤH≦２０を満たし、第３屈折率材料層Ｍの物理的厚みと第２屈折率材料層Ｈの物理的厚みとの間の関係は、０．０２≦ＤM／ＤH≦５０を満たす。ＩＲ膜層２の合計厚みは、３．４１μｍである。ＡＲ膜層３の構成を、ガラス基板１から離間する方向に沿って（ＬＨ）×ｑ、Ｌとし、ｑは、１２である。第２屈折率材料層Ｈの物理的厚みと第１屈折率材料層Ｌの物理的厚みとの間の関係は、０．０５≦ＤL／ＤH≦２０を満たし、第３屈折率材料層Ｍの物理的厚みと第２屈折率材料層Ｈの物理的厚みとの間の関係は、０．０２≦ＤM／ＤH≦５０を満たす。
本実施形態では、光学フィルタのＩＲ膜層２の構成を、ガラス基板１から離間する方向に沿ってＭ、（ＬＨ）×ｎ、Ｌとし、ｎは、１１である。ここでは、第２屈折率材料層Ｈ、第３屈折率材料層Ｍ及び第１屈折率材料層Ｌの光学厚みは、それぞれ参考波長の１／４であり、第２屈折率材料層Ｈの物理的厚みと第１屈折率材料層Ｌの物理的厚みとの間の関係は、０．０５≦ＤL／ＤH≦２０を満たし、第３屈折率材料層Ｍの物理的厚みと第２屈折率材料層Ｈの物理的厚みとの間の関係は、０．０２≦ＤM／ＤH≦５０を満たす。ＩＲ膜層２の合計厚みは、３．４１μｍである。ＡＲ膜層３の構成を、ガラス基板１から離間する方向に沿って（ＬＨ）×ｑ、Ｌとし、ｑは、１２である。第２屈折率材料層Ｈの物理的厚みと第１屈折率材料層Ｌの物理的厚みとの間の関係は、０．０５≦ＤL／ＤH≦２０を満たし、第３屈折率材料層Ｍの物理的厚みと第２屈折率材料層Ｈの物理的厚みとの間の関係は、０．０２≦ＤM／ＤH≦５０を満たす。
すなわち、本実施形態では、ＩＲ膜層２は、２４の材料層を有し、ＡＲ膜層３は、２５の材料層を有する。本実施形態では、水素化ケイ素層を第２屈折率材料層Ｈとし、アルミナを第３屈折率材料層Ｍとし、シリカを第１屈折率材料層Ｌとする。次式（１）を用いて、次式（２）に代入することにより、次表（１−１）、次表（１−２）及び次表（２）に示すような膜層パラメータが得られる。
ただし、ＯＴiは、第ｉ層膜層の光学厚みを示し、ＯＴ0は、設計波長の光学厚みの１／４を示し、ｐｉは、円周率を示し、ｆは、変調係数を示し、０から１の間にある。
次表（１−１）及び次表（１−２）は、ＩＲ膜層２の各材料層のパラメータを示す。
次表（２）は、ＡＲ膜層３の各材料のパラメータを示す。
図３に示すように、実施例１における各条件パラメータを参照しながら本発明の光学フィルタのＩＲ膜層２を設ける。８００から１２００ｎｍ波長範囲内において、本発明のＩＲ膜層２は、一つの通過帯域、二つの遮断帯域及び二つの遷移帯域を有する。すなわち、ＩＲ膜層２は、８００から１２００ｎｍの方向に沿って順に設けられる遮断帯域、遷移帯域、通過帯域、遷移帯域及び遮断帯域を有する。通過帯域は、光線が通過可能な帯域である。遮断帯域は、光線が通過不能な帯域である。遷移帯域は、遮断帯域と通過帯域との間に位置する帯域である。図３に示すように、通過帯域の帯域幅は、４００ｎｍよりも小さく、透過率が９０％よりも大きい。遷移帯域の透過率は、０．１％から９０％である。遮断帯域は、透過率が０．１％よりも小さい。
図４に示すように、実施例１における各条件パラメータを参照しながら本発明の光学フィルタのＡＲ膜層３を設ける。３５０から１２００ｎｍ波長範囲内において、本発明のＡＲ膜層３は、一つの通過帯域、一つの遮断帯域及び一つの遷移帯域を有する。すなわち、ＡＲ膜層３は、３５０から１２００ｎｍの方向に沿って順に設けられる、遮断帯域、遷移帯及び域通過帯域を有する。図４に示すように、通過帯域の帯域幅は、透過率が９０％よりも大きい。遷移帯域の透過率は、０．１％から９０％である。遮断帯域は、透過率が０．１％よりも小さい。
本発明の光学フィルタを実施例１における各条件パラメータに従って設けることにより、本発明の光学フィルタの半値幅が１２０ｎｍよりも小さく、ＩＲ膜層２及びＡＲ膜層３の合計厚みが９．８μｍよりも小さく、入射角が０°から３０°に変化すると、通過帯域の中心波長のシフト量は、２０ｎｍよりも小さいことを保証することができる。
実施例２
本実施形態では、光学フィルタのＩＲ膜層２の構成を、ガラス基板１から離間する方向に沿って（ＬＨ）×ｓ、Ｌ、Ｍ、（ＬＨ）×ｐ、Ｌとし、ｓ及びｐは、それぞれ５及び６である。ここでは、第２屈折率材料層Ｈ、第３屈折率材料層Ｍ及び第１屈折率材料層Ｌの光学厚みは、それぞれ参考波長の１／４であり、第２屈折率材料層Ｈの物理的厚みと第１屈折率材料層Ｌの物理的厚みとの間の関係は、０．０５≦ＤL／ＤH≦２０を満たし、第３屈折率材料層Ｍの物理的厚みと第２屈折率材料層Ｈの物理的厚みとの間の関係は、０．０２≦ＤM／ＤH≦５０を満たす。ＩＲ膜層２の合計厚みは、３．２μｍである。ＡＲ膜層３の構成を、ガラス基板１から離間する方向に沿って（ＬＨ）×ｑ、Ｌとし、ｑは、１２である。第２屈折率材料層Ｈの物理的厚みと第１屈折率材料層Ｌの物理的厚みとの間の関係は、０．０５≦ＤL／ＤH≦２０を満たし、第３屈折率材料層Ｍの物理的厚みと第２屈折率材料層Ｈの物理的厚みとの間の関係は、０．０２≦ＤM／ＤH≦５０を満たす。
本実施形態では、光学フィルタのＩＲ膜層２の構成を、ガラス基板１から離間する方向に沿って（ＬＨ）×ｓ、Ｌ、Ｍ、（ＬＨ）×ｐ、Ｌとし、ｓ及びｐは、それぞれ５及び６である。ここでは、第２屈折率材料層Ｈ、第３屈折率材料層Ｍ及び第１屈折率材料層Ｌの光学厚みは、それぞれ参考波長の１／４であり、第２屈折率材料層Ｈの物理的厚みと第１屈折率材料層Ｌの物理的厚みとの間の関係は、０．０５≦ＤL／ＤH≦２０を満たし、第３屈折率材料層Ｍの物理的厚みと第２屈折率材料層Ｈの物理的厚みとの間の関係は、０．０２≦ＤM／ＤH≦５０を満たす。ＩＲ膜層２の合計厚みは、３．２μｍである。ＡＲ膜層３の構成を、ガラス基板１から離間する方向に沿って（ＬＨ）×ｑ、Ｌとし、ｑは、１２である。第２屈折率材料層Ｈの物理的厚みと第１屈折率材料層Ｌの物理的厚みとの間の関係は、０．０５≦ＤL／ＤH≦２０を満たし、第３屈折率材料層Ｍの物理的厚みと第２屈折率材料層Ｈの物理的厚みとの間の関係は、０．０２≦ＤM／ＤH≦５０を満たす。
すなわち、本実施形態では、ＩＲ膜層２は、２５の材料層を有し、ＡＲ膜層３は、２５の材料層を有する。本実施形態では、水素化ケイ素層を第２屈折率材料層Ｈとし、アルミナを第３屈折率材料層Ｍとし、シリカを第１屈折率材料層Ｌとする。上式（１）を用いて、上式（２）に代入することにより、次表（３−１）、次表（３−２）、次表（４）に示すような膜層パラメータが得られる。
次表（３−１）及び次表（３−２）は、ＩＲ膜層２の各材料層のパラメータを示す。
次表（４）は、ＡＲ膜層３の各材料のパラメータを示す。
図５に示すように、実施例２における各条件パラメータを参照しながら本発明の光学フィルタのＩＲ膜層２を設ける。８００から１２００ｎｍ波長範囲内において、本発明のＩＲ膜層２は、一つの通過帯域、二つの遮断帯域及び二つの遷移帯域を有する。すなわち、ＩＲ膜層２は、８００から１２００ｎｍの方向に沿って順に設けられる遮断帯域、遷移帯域、通過帯域、遷移帯域及び遮断帯域を有する。通過帯域は、光線が通過可能な帯域である。遮断帯域は、光線が通過不能な帯域である。遷移帯域は、遮断帯域と通過帯域との間に位置する帯域である。図３に示すように、通過帯域の帯域幅は、４００ｎｍよりも小さく、透過率が９０％よりも大きい。遷移帯域の透過率は、０．１％から９０％である。遮断帯域は、透過率が０．１％よりも小さい。
図６に示すように、実施例２における各条件パラメータを参照しながら本発明の光学フィルタのＡＲ膜層３を設ける。３５０から１２００ｎｍ波長範囲内において、本発明のＡＲ膜層３は、一つの通過帯域、一つの遮断帯域及び一つの遷移帯域を有する。すなわち、ＡＲ膜層３は、３５０から１２００ｎｍの方向に沿って順に設けられる、遮断帯域、遷移帯及び域通過帯域を有する。図６に示すように、通過帯域の帯域幅は、透過率が９０％よりも大きい。遷移帯域の透過率は、０．１％から９０％である。遮断帯域は、透過率が０．１％よりも小さい。
本発明の光学フィルタを実施例２における各条件パラメータに従って設けることにより、同様に、本発明の光学フィルタの半値幅が１２０ｎｍよりも小さく、ＩＲ膜層２及びＡＲ膜層３の合計厚みが９．８μｍよりも小さく、入射角が０°から３０°に変化すると、通過帯域の中心波長のシフト量は、２０ｎｍよりも小さいことを保証することができる。
実施例３
本実施形態では、光学フィルタのＩＲ膜層２の構成を、ガラス基板１から離間する方向に沿ってＭ、（ＬＨ）×ｎ、Ｌとし、ｎは、１１である。ここでは、第２屈折率材料層Ｈ、第３屈折率材料層Ｍ及び第１屈折率材料層Ｌの光学厚みは、それぞれ参考波長の１／４であり、第２屈折率材料層Ｈの物理的厚みと第１屈折率材料層Ｌの物理的厚みとの間の関係は、０．０５≦ＤL／ＤH≦２０を満たし、第３屈折率材料層Ｍの物理的厚みと第２屈折率材料層Ｈの物理的厚みとの間の関係は、０．０２≦ＤM／ＤH≦５０を満たす。ＩＲ膜層２の合計厚みは、４．６４μｍである。ＡＲ膜層３の構成を、ガラス基板１から離間する方向に沿って（ＬＨ）×ｑ、Ｌとし、ｑは、１２である。第２屈折率材料層Ｈの物理的厚みと第１屈折率材料層Ｌの物理的厚みとの間の関係は、０．０５≦ＤL／ＤH≦２０を満たし、第３屈折率材料層Ｍの物理的厚みと第２屈折率材料層Ｈの物理的厚みとの間の関係は、０．０２≦ＤM／ＤH≦５０を満たす。
本実施形態では、光学フィルタのＩＲ膜層２の構成を、ガラス基板１から離間する方向に沿ってＭ、（ＬＨ）×ｎ、Ｌとし、ｎは、１１である。ここでは、第２屈折率材料層Ｈ、第３屈折率材料層Ｍ及び第１屈折率材料層Ｌの光学厚みは、それぞれ参考波長の１／４であり、第２屈折率材料層Ｈの物理的厚みと第１屈折率材料層Ｌの物理的厚みとの間の関係は、０．０５≦ＤL／ＤH≦２０を満たし、第３屈折率材料層Ｍの物理的厚みと第２屈折率材料層Ｈの物理的厚みとの間の関係は、０．０２≦ＤM／ＤH≦５０を満たす。ＩＲ膜層２の合計厚みは、４．６４μｍである。ＡＲ膜層３の構成を、ガラス基板１から離間する方向に沿って（ＬＨ）×ｑ、Ｌとし、ｑは、１２である。第２屈折率材料層Ｈの物理的厚みと第１屈折率材料層Ｌの物理的厚みとの間の関係は、０．０５≦ＤL／ＤH≦２０を満たし、第３屈折率材料層Ｍの物理的厚みと第２屈折率材料層Ｈの物理的厚みとの間の関係は、０．０２≦ＤM／ＤH≦５０を満たす。
すなわち、本実施形態では、ＩＲ膜層２は、２４の材料層を有し、ＡＲ膜層３は、２５の材料層を有する。本実施形態では、水素化ケイ素層を第２屈折率材料層Ｈとし、Ｎｂ2Ｏ5を第３屈折率材料層Ｍとし、シリカを第１屈折率材料層Ｌとする。上式（１）を用いて、上式（２）に代入することにより、次表（５）、次表（６−１）及び次表（６−２）に示すような膜層パラメータが得られる。
次表（５）は、ＩＲ膜層２の各材料層のパラメータを示す。
次表（６−１）及び次表（６−２）は、ＡＲ膜層３の各材料のパラメータを示す。
図７に示すように、実施例３における各条件パラメータを参照しながら本発明の光学フィルタのＩＲ膜層２を設ける。８００から１２００ｎｍ波長範囲内において、本発明のＩＲ膜層２は、一つの通過帯域、二つの遮断帯域及び二つの遷移帯域を有する。すなわち、ＩＲ膜層２は、８００から１２００ｎｍの方向に沿って順に設けられる遮断帯域、遷移帯域、通過帯域、遷移帯域及び遮断帯域を有する。通過帯域は、光線が通過可能な帯域である。遮断帯域は、光線が通過不能な帯域である。遷移帯域は、遮断帯域と通過帯域との間に位置する帯域である。図３に示すように、通過帯域の帯域幅は、４００ｎｍよりも小さく、透過率が９０％よりも大きい。遷移帯域の透過率は、０．１％から９０％である。遮断帯域は、透過率が０．１％よりも小さい。
図８に示すように、実施例３における各条件パラメータを参照しながら本発明の光学フィルタのＡＲ膜層３を設ける。３５０から１２００ｎｍ波長範囲内において、本発明のＡＲ膜層３は、一つの通過帯域、一つの遮断帯域及び一つの遷移帯域を有する。すなわち、ＡＲ膜層３は、３５０から１２００ｎｍの方向に沿って順に設けられる、遮断帯域、遷移帯及び域通過帯域を有する。図８に示すように、通過帯域の帯域幅は、透過率が９０％よりも大きい。遷移帯域の透過率は、０．１％から９０％である。遮断帯域は、透過率が０．１％よりも小さい。
本発明の光学フィルタを実施例３における各条件パラメータに従って設けることにより、同様に、本発明の光学フィルタの半値幅が１２０ｎｍよりも小さく、ＩＲ膜層２及びＡＲ膜層３の合計厚みが９．８μｍよりも小さく、入射角が０°から３０°に変化すると、通過帯域の中心波長のシフト量は、２０ｎｍよりも小さいことを保証することができる。
本発明の光学フィルタは、ＩＲ膜層２及びＡＲ膜層３を上記のように設けることで、近赤外線の高透過率を有効に保証するとともに、光学フィルタの通過帯域の中心波長のシフト量を２０ｎｍ以下にすることができる。また、ＩＲ膜層２及びＡＲ膜層に第３屈折率材料層Ｍを上記のように配列されるように設けることで、本発明の光学フィルタの合計膜層厚みを有効に減少するとともに、膜層の付着力を向上させることができる。
本発明によれば、本発明の光学フィルタを含む赤外画像センシングシステムが提供される。図９は、本発明の光学フィルタを含む赤外画像センシングシステムを示す概略構成図である。図９に示すように、本発明の赤外画像センシングシステムは、光源手段４及び受光手段５を備える。本実施形態では、光源手段４は、ＩＲ発射光源４１と第１レンズユニット４２とを有する。受光手段５は、第２レンズユニット５１と、本発明の光学フィルタ５２と、赤外画像センサ５３と、を有する。本実施形態では、ＩＲ発射光源４１は、ＶＣＳＥＬ（垂直共振器面発光レーザ）、ＬＤ又はＬＥＤから構成されてもよい。第１レンズユニット４２は、近赤外線コリメートレンズ及び光回折素子を含む。第２レンズユニット５１は、普通の光学レンズを用いてもよい。
本発明の赤外画像センシングシステムの動作は、下記のフローを含む。ＩＲ発射光源４１がオンにされると、光が第１レンズユニット４２によってコリメートされた後、顔／手６に投射される。第２レンズユニット５１は、画像を撮像し、赤外画像センサ５３は、アルゴリズム計算を実行した後に３Ｄ画像を生成する。そして、顔識別又はジェスチャ識別を行う。本発明の光学フィルタ５２を設けることにより、撮像時における近赤外線の反射防止及びその他の帯域の光線の遮断を行うことができ、人の顔識別やジェスチャ識別の精度を向上させることができる。
以上、本実施形態について説明したが、上記実施形態は、本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
本願は２０１８年８月６日に中国特許庁に出願された出願番号２０１８１０８８４０４８．１（発明の名称：光学フィルタ及び当該光学フィルタを含む近赤外線画像センシングシステム）に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。
１ ガラス基板
２ ＩＲ膜層
３ ＡＲ膜層
Ｌ 低屈折率材料層
Ｍ 中屈折率材料層
Ｈ 高屈折率材料層
４ 光源手段
４１ ＩＲ光源
４２ 第１レンズユニット
５ 受光手段
５１ 第２レンズユニット
５２ 光学フィルタ
５３ 赤外画像センシングシステム
６ 人の顔／手
２ ＩＲ膜層
３ ＡＲ膜層
Ｌ 低屈折率材料層
Ｍ 中屈折率材料層
Ｈ 高屈折率材料層
４ 光源手段
４１ ＩＲ光源
４２ 第１レンズユニット
５ 受光手段
５１ 第２レンズユニット
５２ 光学フィルタ
５３ 赤外画像センシングシステム
６ 人の顔／手
Claims (17)
- ガラス基板（１）と、
前記ガラス基板（１）の両面にめっきされるＩＲ膜層（２）及びＡＲ膜層（３）と、を備え、
前記ＩＲ膜層（２）は、第１屈折率材料層と、第２屈折率材料層と、前記第１屈折率材料層の屈折率より大きく、かつ前記第２屈折率材料層の屈折率よりも小さい第３屈折率材料層を有する、
ことを特徴とする光学フィルタ。 - 前記ＡＲ膜層（３）は、前記第１屈折率材料層及び前記第２屈折率材料層、又は前記第１屈折率材料層、前記第２屈折率材料層及び前記第３屈折率材料層を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の光学フィルタ。 - 最も前記ガラス基板（１）から離間する前記ＩＲ膜層（２）の外層及び前記ＡＲ膜層（３）の外層は、いずれも、前記第１屈折率材料層である、
ことを特徴とする請求項１に記載の光学フィルタ。 - 前記ＩＲ膜層（２）は、前記ガラス基板（１）から離間する方向に沿って順にＭ、（ＬＨ）×ｎ、Ｌに構成され、
ただし、Ｍは、前記第３屈折率材料層を示し、Ｌは、前記第１屈折率材料層を示し、Ｈは、前記第２屈折率材料層を示し、（ＬＨ）×ｎは、前記第１屈折率材料層と前記第２屈折率材料層とがｎ回交互に設けられることを示し、ｎは、１以上の整数である、
ことを特徴とする請求項３に記載の光学フィルタ。 - 前記ＩＲ膜層（２）は、前記ガラス基板（１）から離間する方向に沿って順に（ＬＨ）×ｓ、Ｌ、Ｍ、（ＬＨ）×ｐ、Ｌに構成され、
ただし、Ｍは、前記第３屈折率材料層を示し、Ｌは、前記第１屈折率材料層を示し、Ｈは、前記第２屈折率材料層を示し、（ＬＨ）×ｓは、前記第１屈折率材料層と前記第２屈折率材料層とがｓ回交互に設けられることを示し、ｓは、０以上の整数であり、（ＬＨ）×ｐは、前記第１屈折率材料層と前記第２屈折率材料層とがｐ回交互に設けられることを示し、ｐは、１以上の整数である、
ことを特徴とする請求項３に記載の光学フィルタ。 - 前記ＡＲ膜層（３）は、前記ガラス基板（１）から離間する方向に沿って順に（ＬＨ）×ｑ、Ｌに構成され、
ただし、Ｌは、前記第１屈折率材料層を示し、Ｈは、前記第２屈折率材料層を示し、（ＬＨ）×ｑは、前記第１屈折率材料層と前記第２屈折率材料層とがｑ回交互に設けられることを示し、ｑは、１以上の整数である、
ことを特徴とする請求項２に記載の光学フィルタ。 - 前記ＡＲ膜層（３）は、前記ガラス基板（１）から離間する方向に沿って順にＭ、（ＬＨ）×ｋ、Ｌに構成され、
ただし、Ｍは、第３屈折率材料層を示し、Ｌは、前記第１屈折率材料層を示し、Ｈは、前記第２屈折率材料層を示し、（ＬＨ）×ｋは、前記第１屈折率材料層と前記第２屈折率材料層とがｋ回交互に設けられることを示し、ｋは、１以上の整数である、
ことを特徴とする請求項２に記載の光学フィルタ。 - 前記ＡＲ膜層（３）は、前記ガラス基板（１）から離間する方向に沿って順に（ＬＨ）×ｉ、Ｌ、Ｍ、（ＬＨ）×ｆ、Ｌに構成され、
ただし、Ｍは、第３屈折率材料層を示し、Ｌは、前記第１屈折率材料層を示し、Ｈは、前記第２屈折率材料層を示し、（ＬＨ）×ｉは、前記第１屈折率材料層と前記第２屈折率材料層とがｉ回交互に設けられることを示し、ｉは、０以上の整数であり、（ＬＨ）×ｆは、前記第１屈折率材料層と前記第２屈折率材料層とがｆ回交互に設けられることを示し、ｆは、１以上の整数である、
ことを特徴とする請求項２に記載の光学フィルタ。 - ０．０５≦ＤL／ＤH≦２０の条件式を満たし、
０．０２≦ＤM／ＤH≦５０の条件式を満たし、
ただし、ＤLは、前記第１屈折率材料層の厚みを示し、ＤHは、前記第２屈折率材料層の厚みを示し、ＤMは、第３屈折率材料層の厚みを示す、
ことを特徴とする請求項３から８のいずれか１項に記載の光学フィルタ。 - 前記ＩＲ膜層（３）の前記第２屈折率材料層は、水素化ケイ素層であり、
８００から１２００ｎｍの波長範囲における前記第２屈折率材料層の屈折率が３よりも大きく、消衰係数が０．００２よりも小さく、
８５０ｎｍにおける前記第２屈折率材料層の屈折率が３．６よりも大きく、９４０ｎｍにおける前記第２屈折率材料層の屈折率が３．５５よりも大きい、
ことを特徴とする請求項１に記載の光学フィルタ。 - 前記水素化ケイ素層は、スパッタリングによりめっきされる材料層であり、
スパッタリングの温度範囲は、８０から３００℃であり、
水素の流量は、１０から５０ｓｃｃｍであり、
前記スパッタリングの速度は、０．１ｎｍ／ｓから１ｎｍ／ｓである、
ことを特徴とする請求項１０に記載の光学フィルタ。 - ８００から１２００ｎｍの波長範囲における前記第３屈折率材料層の屈折率が４よりも小さく、
８００から１２００ｎｍの波長範囲における前記第１屈折率材料層の屈折率が３よりも小さい、
ことを特徴とする請求項１に記載の光学フィルタ。 - ８００から１２００ｎｍの波長範囲における前記ＩＲ膜層（２）は、一つの通過帯域と、それぞれ前記通過帯域の両側に位置する二つの遷移帯域と、それぞれ二つの前記遷移帯域の外側に位置する二つの遮断帯域と、を有し、
前記通過帯域は、帯域幅が４００ｎｍよりも小さく、透過率が９０％よりも大きく、
前記遷移帯域は、透過率が０．１％から９０％であり、
前記遮断帯域は、透過率が０．１％よりも小さい、
ことを特徴とする請求項１に記載の光学フィルタ。 - ３５０から１２００ｎｍの波長範囲における前記ＡＲ膜層（３）は、３５０ｎｍから１２００ｎｍに向かう方向に沿って順に配列される遮断帯域、遷移帯域及び通過帯域を有し、
前記通過帯域は、透過率が９０％よりも大きく、
前記遷移帯域は、透過率が０．１％から９０％であり、
前記遮断帯域は、透過率が０．１％よりも小さい、
ことを特徴とする請求項１に記載の光学フィルタ。 - 半値幅は、１２０ｎｍよりも小さく、
前記ＩＲ膜層（２）及び前記ＡＲ膜層（３）の合計厚みは、９．８μｍよりも小さい、
ことを特徴とする請求項１に記載の光学フィルタ。 - 入射角が０°から３０°に変化すると、通過帯域の中心波長のシフト量は、２０ｎｍよりも小さい、
ことを特徴とする請求項１に記載の光学フィルタ。 - ＩＲ発射光源（４１）と第１レンズユニット（４２）とを有する光源手段（４）と、
第２レンズユニット（５１）と、請求項１から１６のいずれか１項に記載の光学フィルタ（５２）と、赤外画像センサ（５３）と、を有する受光手段（５）と、を備える、
ことを特徴とする赤外画像センシングシステム。
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