JP6247033B2 - IR cut filter - Google Patents
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Description
本発明は、赤外線(IR)カットフィルタに係わり、特に、光線の光学特性の入射角度による依存性を低減したIRカット用の誘電体多層膜フィルタ層により形成される、IRカットフィルタに関する。 The present invention relates to an infrared (IR) cut filter, and more particularly to an IR cut filter formed by an IR cut dielectric multilayer filter layer in which the dependence of the optical characteristics of light rays on the incident angle is reduced.
カメラ、複写機、プリンタ等の光学機器に使用されるカメラモジュールは、レンズとセンサからなり、近年、スマートフォン、タブレットなどに使用されることから低背化が進んでいる。 Camera modules used in optical devices such as cameras, copiers, and printers are composed of lenses and sensors, and have recently been reduced in height because they are used in smartphones, tablets, and the like.
図1(a)、(b)に、このカメラモジュールの一般的な構成の模式図を示す。図1(b)において、カメラモジュール110は、図1(a)に示されるカメラモジュール100を低背化した場合を示し、カメラモジュール100、110は、それぞれ、レンズ101、111と、IRカットフィルタ102、112と、センサ103、113とを備えている。図1(a)、(b)において、IRカットフィルタ102、112は、それぞれ、レンズ101、111と、センサ103、113との間に配置される部品であり、人間の目で感知できない赤外線を遮断する作用がある。IRカットフィルタ102、112がなければ、赤外線を含む光は、センサ101、111で検知され、赤い画像となって現れることになり、画像の色再現性が損なわれることとなる。
FIGS. 1A and 1B are schematic views of a general configuration of this camera module. In FIG. 1B, the
カメラモジュールに使用される一般的なIRカットフィルタは、基板であるガラス(あるいは樹脂)に誘電体多層膜をコーティングすることにより作成され、以下に示すように、Aタイプ、Bタイプのように分類される。 A general IR cut filter used for a camera module is created by coating a substrate (glass or resin) with a dielectric multilayer film, and classified as A type or B type as shown below. Is done.
図2(a)、(b)に、一般的なIRカットフィルタの構成の模式図を示す。図2(a)に示すように、IRカットフィルタ(Aタイプ)200は、ガラス201の両面にIRカットフィルタ層202、203がコーティングされて構成され、また、図2(b)に示されるIRカットフィルタ(Bタイプ)210は、ガラス211の片面にIRカットフィルタ層212がコーティングされ、ガラス211のもう一方の面に反射防止(AR)フィルタ層213がコーティングされて構成される。Bタイプは、AR面が、特定の波長においてIRカットフィルタよりも反射を抑える効果があり、反射光による弊害を特に重要視するカメラモジュールで使用される。以下、AタイプのIRカットフィルタについて、説明する。
FIGS. 2A and 2B are schematic diagrams showing the configuration of a general IR cut filter. As shown in FIG. 2 (a), the IR cut filter (A type) 200 is configured by coating IR
図3に、一般的なIRカットフィルタの光学特性を示す。図3において、光学特性300は、横軸が光の波長(単位:nm)を示し、縦軸が透過率(単位:%)を示している。また、この光学特性300は、光がIRフィルタを通過した際に、何%の光がこのIRフィルタを通り抜けるかを波長毎に示している。光学特性300は、光の入射角度が、ガラス(IRカットフィルタ)に対して垂直である場合の特性を示している。
FIG. 3 shows optical characteristics of a general IR cut filter. In FIG. 3, in the
可視帯域を透過し、近赤外線帯域を阻止するIRカットフィルタとして、高屈折率材料膜と低屈折率材料膜をそれぞれ、設計中心波長λの1/4の光学的膜厚で交互に積層した多層膜構成のIRカットフィルタが知られている。 As an IR cut filter that transmits the visible band and blocks the near-infrared band, a multilayer in which high-refractive index material films and low-refractive index material films are alternately stacked with an optical film thickness that is ¼ of the design center wavelength λ. An IR cut filter having a film configuration is known.
しかし、このようなIRカットフィルタでは、透過帯域と阻止帯域の間の50%透過波長(半値波長)は、光線の入射角の増加とともに、短波長側へシフトする傾向がある。特に、IRカットフィルタ全体での見た目の屈折率が小さいほど、半値波長のシフト量が増加する。このようなIRカットフィルタを光学機器に使用すると、光線の入射角度差による色むらの問題が発生する。 However, in such an IR cut filter, the 50% transmission wavelength (half-value wavelength) between the transmission band and the stop band tends to shift to the short wavelength side as the incident angle of the light beam increases. In particular, the smaller the apparent refractive index of the entire IR cut filter, the more the half-value wavelength shift amount increases. When such an IR cut filter is used in an optical apparatus, a problem of color unevenness due to a difference in incident angle of light occurs.
図4(a)、(b)に、入射角度が変更された場合のIRカットフィルタの模式図を示し、図5に、入射角度が変更された場合のIRカットフィルタの光学特性を示す。図4(a)において、IRカットフィルタ400は、入射角度が垂直の場合を模式的に示しており、図4(b)に示されるIRカットフィルタ410は、入射角度が45°の場合を模式的に示している。図5に示すように、一般的なIRカットフィルタでは、入射角度が垂直から見て大きく傾くことにより、光学特性が、短波長側にシフトする。このことにより、通常は透過するべき波長が透過しなくなることがわかる。また、近年のカメラモジュールの低背化により、IRカットフィルタへの入射角度が大きくなり、この現象が顕著になっており、入射角度に対する、波長のシフト量を小さくすることが、近年のIRカットフィルタの課題となっている。
4A and 4B are schematic views of the IR cut filter when the incident angle is changed, and FIG. 5 shows optical characteristics of the IR cut filter when the incident angle is changed. 4A, the
また、上述の問題を解決するために、IRカットフィルタにおける材料として、高屈折率材料と中間屈折率材料の交互層を使用する方法もある。このような、カットフィルタは、例えば、特許文献1、特許文献2に記載されている。
In order to solve the above-described problem, there is a method in which alternating layers of a high refractive index material and an intermediate refractive index material are used as a material in the IR cut filter. Such a cut filter is described in
しかしながら、特許文献1、特許文献2では、材料としてAl2O3、ZrO2、la2O3等の中間屈折率材料を使用しており、この際に使用する中間屈折率材料と高屈折率材料の組み合わせ、膜厚、成膜方法などにより、膜にクラックが発生する等の問題が発生し、多重積層の膜を安定的に生産するのが難しいという問題があった。
However, in
また、この構成で作成された膜は、高屈折材率材料と中間屈折率材料の屈折率比により阻止帯域を決定する為、設計の自由度が低いという問題もあった。 In addition, the film formed with this configuration has a problem that the degree of freedom in design is low because the stop band is determined by the refractive index ratio between the high refractive index material and the intermediate refractive index material.
したがって、本発明の目的は、上記の従来技術では未解決であった、光線の入射角度が増加した場合に、半値波長のシフトを減少させ、かつ、高屈折率材料と低屈折材料のみを使用した、IRカットフィルタを提供することである。 Therefore, the object of the present invention is to reduce the half-value wavelength shift when the incident angle of light increases, which is unsolved in the above-mentioned prior art, and uses only a high refractive index material and a low refractive material. An IR cut filter is provided.
上記課題を解決するために、本発明のIRカットフィルタは、透明な基板と、上記基板の片面に形成され、設計中心波長のλ/10以下の膜厚である超薄膜であって、波長550nmの光に対する屈折率が2.0以上である高屈折率材料膜、および、上記超薄膜であって、波長550nmに対する屈折率が1.3から1.6までである低屈折率材料膜の3層以上の奇数層の交互層で構成された交互層構造と、設計中心波長のλ/2からλ/4の膜厚である通常の膜厚の上記高屈折率材料膜とを交互に積層したか、あるいは、上記超薄膜の上記低屈折率材料膜と、上記通常の膜厚の上記高屈折率材料膜とを交互に積層した超薄膜交互層を含む、第1のIRカットフィルタ層と、上記基板の上記第1のIRカットフィルタ層の反対側の面に形成され、上記通常の膜厚の上記高屈折率材料膜と、上記通常の膜厚の上記低屈折率材料膜とを交互に積層した第2のIRカットフィルタ層とを備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, an IR cut filter of the present invention is a transparent substrate and an ultrathin film that is formed on one side of the substrate and has a film thickness of λ / 10 or less of the design center wavelength, and has a wavelength of 550 nm. high refractive index material film having a refractive index of the to light is 2.0 or more, and, a said ultra-thin, 3 of the low refractive index material film having a refractive index of from 1.3 to 1.6 for the wavelength 550nm Alternating layer structure composed of alternating layers of odd or more layers and the above high refractive index material film having a normal film thickness of λ / 2 to λ / 4 of the design center wavelength are alternately stacked. or, alternatively, the above low refractive index material film of the ultra-thin film, comprising the ultra-thin alternating layers of alternately laminated said high refractive index material film having a film thickness of the normal, and the first IR cut filter layer, Formed on the surface of the substrate opposite to the first IR cut filter layer. Characterized in that it comprises the ordinary film thickness the high refractive index material film, and a second IR cut filter layer of alternately laminated said low refractive index material film having a thickness of the normal.
また、上記第1のIRカットフィルタ層は、さらに、上記超薄膜交互層の上記ガラス基板側に通常の膜厚の低屈折率材料膜と、通常の膜厚の高屈折率材料膜とを交互に積層した調整層をさらに備えるものとしてもよい。 In addition, the first IR cut filter layer further includes a low-refractive index material film having a normal thickness and a high-refractive index material film having a normal thickness alternately on the glass substrate side of the ultrathin alternating layer. It is good also as a thing further provided with the adjustment layer laminated | stacked on.
また、上記第1のIRカットフィルタ層の阻止域と第2のIRカットフィルタ層の阻止域が重なり、全体として赤外線領域を遮断するように設定されるものとしてもよい。 Further, the blocking region of the first IR cut filter layer and the blocking region of the second IR cut filter layer may be overlapped so as to block the infrared region as a whole.
また、上記高屈折率材料がTiO2、Nb2O5、Ta2O5のいずれか、またはTiO2、Nb2O5、Ta2O5のいずれかを主成分とした複合酸化物を含み、上記低屈折率材料がSiO2、または、SiO2の複合酸化物を含むものとしてもよい。 Also includes the high refractive index material is TiO 2, Nb 2 O 5, either of Ta 2 O 5, or TiO 2, Nb 2 O 5, Ta 2 composite oxide mainly containing any of O 5 , the low refractive index material is SiO 2, or may be one containing a composite oxide of SiO 2.
本発明によれば、超薄膜の交互層は、3層以上の奇数層で構成され、その超薄膜交互層を超薄膜交互層構造と定義した場合、超薄膜交互層構造と、通常の膜厚の高屈折率材料膜との交互層により、あるいは、超薄膜の低屈折率材料膜と、通常の膜厚の高屈折率材料膜との交互層により、IRカットフィルタを形成することにより、入射角度の変化に伴う、光学特性の変化が少なく、かつ表面品位も高いIRフィルタを提供することができる。 According to the present invention, the alternating layer of the ultra thin film is composed of three or more odd layers, and when the ultra thin film alternating layer is defined as the ultra thin film alternating layer structure, the ultra thin film alternating layer structure and the normal film thickness By forming an IR cut filter with alternating layers of high refractive index material film, or with alternating layers of ultra-thin low refractive index material film and normal high refractive index material film, It is possible to provide an IR filter with little change in optical characteristics and high surface quality due to a change in angle.
本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図6は、本発明の一実施形態に係るIRカットフィルタの構成を示す図である。 FIG. 6 is a diagram showing a configuration of an IR cut filter according to an embodiment of the present invention.
図6において、IRカットフィルタ600は、ガラス基板610と、その片面にコーティングされた阻止域調整IRカットフィルタ層620と、その反対側の面にコーティングされた低角度依存IRカットフィルタ層630と、を備えている。なお、阻止域調整IRカットフィルタ層620と、低角度依存IRカットフィルタ層630とは、光源に対してどちらの側に配置されても、同様の効果を奏する。
In FIG. 6, the IR cut
ガラス基板610は、BK7等の光学ガラス製の基板であり、ガラスに限らず樹脂でも使用できる。
The
阻止域調整IRカットフィルタ層620は、通常の膜厚である設計中心波長のλ/4からλ/2までの膜厚を有する低屈折率材料膜621と、通常の膜厚の高屈折率材料膜622との交互層により構成される。阻止域調整IRカットフィルタ層620は、後述する図7、図8、図9等からわかるように、IRカットフィルタ600の全体の光学特性のうち、赤外(IR)領域(阻止域)の光を遮断する効果を有する。
The stop band adjusting IR
低角度依存IRカットフィルタ層630は、ガラス基板610側から、調整層631と、超薄膜交互層634と、通常膜厚交互層638とから構成される。調整層631は、通常の膜厚の低屈折率材料膜632と、通常の膜厚の高屈折率材料膜633との交互層により構成される。調整層631は、IRカットフィルタ600の全体の光学特性のうち、可視光領域の特性をフラットにする効果を有する。
The low angle-dependent IR
超薄膜交互層634は、通常の膜厚の高屈折率材料膜637と、3層以上の奇数層の超薄膜層の交互層からなる超薄膜交互層構造と、を複数(単数も可)交互に積層して構成される。超薄膜交互層構造は、通常の膜厚より薄い設計中心波長のλ/10以下の膜厚を有する超薄膜低屈折率材料膜635と、超薄膜高屈折率材料膜636との3層以上の奇数層の交互層から構成される。超薄膜交互層634は、超薄膜交互層構造635、636と、高屈折率材料637との交互層により、光線の入射角度が増加した場合に、半値波長のシフトを減少させる効果を有する。なお、超薄膜交互層634として、超薄膜の低屈折率材料膜と、通常の膜厚の高屈折率材料膜とを交互に積層したものを使用しても同様の効果が得られる。
The ultra-thin alternating
通常膜厚交互層638は、通常の膜厚の低屈折率材料膜639と、通常の膜厚の高屈折率材料膜640との交互層により構成される。
The normal film
なお、高屈折率材料は、TiO2、Nb2O5、Ta2O5のいずれか、またはTiO2、Nb2O5、Ta2O5のいずれかを主成分とした複合酸化物を含み、低屈折率材料は、SiO2、または、SiO2の複合酸化物を含む。また、高屈折率材料は、ここでは、波長550nmの光に対する屈折率が2.0以上であり、低屈折率材料は、波長550nmに対する屈折率が1.3から1.6までであり、中間屈折率材料は、その間の屈折率を有するものとする。また、通常の膜厚は、ここでは、設計中心波長のλ/4からλ/2までの膜厚を示し、超薄膜は、設計中心波長のλ/10以下の膜厚を示す。 The high refractive index material includes TiO 2 , Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 , or a composite oxide containing TiO 2 , Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 as a main component. The low refractive index material includes SiO 2 or a composite oxide of SiO 2 . Further, the high refractive index material has a refractive index of 2.0 or more for light having a wavelength of 550 nm, and the low refractive index material has a refractive index of 1.3 to 1.6 for a wavelength of 550 nm. The refractive index material has a refractive index in between. Here, the normal film thickness indicates a film thickness from λ / 4 to λ / 2 of the design center wavelength, and the ultrathin film indicates a film thickness of λ / 10 or less of the design center wavelength.
[実施例1]
次に、具体的な実施例について説明する。
[Example 1]
Next, specific examples will be described.
実施例1は、上述の図6に示すIRカットフィルタ600の構成のうち、低屈折率材料621、632、635、639をSiO2、高屈折率材料622、633、636、637、640をTiO2にし、通常の膜厚を設計中心波長のλ/4からλ/2までに設定し、超薄膜をλ/10以下に設定したものである。
In the first embodiment, among the configurations of the IR cut
図7は、本発明の実施例1に係るIRカットフィルタの低角度依存IRカットフィルタ層630の光学特性を示す図であり、図8は、本発明の実施例1に係るIRカットフィルタの阻止域調整IRカットフィルタ層620の光学特性を示す図であり、図9は、本発明の実施例1に係るIRカットフィルタ600全体の光学特性を示す図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating the optical characteristics of the low-angle-dependent IR
図7、図8、図9からわかるように、低角度依存IRカットフィルタ層630は、光線の入射角度が増加した場合の半値波長のシフトを減少させる効果を有し、阻止域調整IRカットフィルタ層620は、赤外(IR)領域(阻止域)の光を遮断する効果を有し、全体として、入射角度の変化に伴う、光学特性の変化が少ない、IRフィルタを提供することができることがわかる。
As can be seen from FIGS. 7, 8, and 9, the low angle-dependent IR
[実施例2]
実施例2は、上述の図6に示すIRカットフィルタ600の構成のうち、低屈折率材料621、632、635、639をSiO2、高屈折率材料622、633、636、637、640をNb2O5にし、通常の膜厚を設計中心波長のλ/4からλ/2までに設定し、超薄膜をλ/10以下に設定したものである。
[Example 2]
In the second embodiment, among the configurations of the IR cut
図10は、本発明の実施例2に係るIRカットフィルタの低角度依存IRカットフィルタ層630の光学特性を示す図であり、図11は、本発明の実施例2に係るIRカットフィルタの阻止域調整IRカットフィルタ層620の光学特性を示す図であり、図12は、本発明の実施例2に係るIRカットフィルタ600全体の光学特性を示す図である。
FIG. 10 is a diagram illustrating optical characteristics of the low-angle-dependent IR
図10、図11、図12からもわかるように、低角度依存IRカットフィルタ層630は、光線の入射角度が増加した場合の半値波長のシフトを減少させる効果を有し、阻止域調整IRカットフィルタ層620は、赤外(IR)領域(阻止域)の光を遮断する効果を有し、全体として、入射角度の変化に伴う、光学特性の変化が少ない、IRフィルタを提供することができることがわかる。
As can be seen from FIG. 10, FIG. 11, and FIG. 12, the low angle dependent IR
以上のように、本発明によれば、超薄膜層の交互層が、3層以上の奇数層で構成され、その超薄膜交互層を超薄膜交互層構造と定義した場合、超薄膜交互層構造と、通常の膜厚の高屈折率材料との交互層により、あるいは、超薄膜の低屈折率材料膜と、通常の膜厚の高屈折率材料膜との交互層により、IRカットフィルタを形成することにより、入射角度の変化に伴う、光学特性の変化が少なく、かつ表面品位も高いIRフィルタを提供することができる。 As described above, according to the present invention, when the alternating layers of the ultra-thin layer are composed of three or more odd layers, and the ultra-thin alternating layer is defined as the ultra-thin alternating layer structure, the ultra-thin alternating layer structure And an IR cut filter with alternating layers of high refractive index material with normal film thickness, or with alternating layers of low refractive index material film with ultra-thin film and high refractive index material film with normal film thickness By doing so, it is possible to provide an IR filter with little change in optical characteristics and high surface quality due to change in incident angle.
600 IRカットフィルタ
610 ガラス基板
620 阻止域調整IRカットフィルタ層
621、632、639 低屈折率材料膜
622、633、637、640 高屈折率材料膜
630 低角度依存IRカットフィルタ層
631 調整層
634 超薄膜交互層
635 超薄膜低屈折率材料膜
636 超薄膜高屈折率材料膜
638 通常膜厚交互層
600 IR cut
Claims (4)
前記基板の片面に形成され、設計中心波長のλ/10以下の膜厚である超薄膜であって、波長550nmの光に対する屈折率が2.0以上である高屈折率材料膜、および、前記超薄膜であって、波長550nmに対する屈折率が1.3から1.6までである低屈折率材料膜の3層以上の奇数層の交互層で構成された超薄膜交互層構造と、設計中心波長のλ/2からλ/4の膜厚である通常の膜厚の前記高屈折率材料膜とを交互に積層したか、あるいは、前記超薄膜の前記低屈折率材料膜と、前記通常の膜厚の前記高屈折率材料膜とを交互に積層した超薄膜交互層を含む、第1のIRカットフィルタ層と、
前記基板の前記第1のIRカットフィルタ層の反対側の面に形成され、前記通常の膜厚の前記高屈折率材料膜と、前記通常の膜厚の前記低屈折率材料膜とを交互に積層した第2のIRカットフィルタ層と
を備えることを特徴とするIRカットフィルタ。 A transparent substrate,
Is formed on one surface of the substrate, a super-thin film with a thickness of lambda / 10 or less of the design center wavelength, the high refractive index material film having a refractive index of the wavelength of 550nm to light is 2.0 or more, and, the An ultra-thin film , an ultra-thin alternating layer structure composed of alternating layers of three or more odd layers of a low-refractive index material film having a refractive index with respect to a wavelength of 550 nm of 1.3 to 1.6, and a design center Did the usual film the high refractive index material film having a thickness which is the thickness of lambda / 4 from the lambda / 2 wavelength alternately laminated, or the said low refractive index material film ultrathin, of the normal including ultra-thin alternating layers of alternately laminated said high refractive index material film having a thickness, a first IR cut filter layer,
It is formed on the opposite side of the first IR cut filter layer of the substrate, wherein a normal of the film the high refractive index material layer having a thickness, the thickness of the normal said low refractive index material film alternately An IR cut filter comprising: a laminated second IR cut filter layer.
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