JP6467895B2 - Optical filter - Google Patents
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Description
実施形態の発明は、光学フィルタに関する。 The invention of the embodiments relates to an optical filter.
CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサやCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ等の固体撮像素子は、人間の視感度特性に比べて赤外光に強い感度を有する。このため、例えばデジタルカメラやデジタルビデオ等では、近赤外線カットフィルタ等の光学フィルタを用いることにより分光補正を行っている。 Solid-state imaging devices such as a CCD (Charge Coupled Device) image sensor and a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor have higher sensitivity to infrared light than human visibility characteristics. For this reason, for example, in a digital camera or digital video, spectral correction is performed by using an optical filter such as a near infrared cut filter.
一方、昼夜連続で撮像を行う監視カメラ等の撮像装置では、昼間は可視領域の波長を有する光が入射することで撮像を行うことができる。しかしながら、夜間は暗視下であるため、近赤外領域の波長を有する光を取り込んで撮像を行う必要がある。このため、可視領域および近赤外領域の両方の光を透過することが好ましい。そこで、可視領域および近赤外領域の両方の光を透過する光学フィルタを用いて分光補正を行うことが求められている。 On the other hand, in an imaging device such as a monitoring camera that continuously captures images day and night, imaging can be performed by incident light having a wavelength in the visible region during the daytime. However, since night vision is under night vision, it is necessary to capture light having a wavelength in the near-infrared region. For this reason, it is preferable to transmit light in both the visible region and the near infrared region. Therefore, it is required to perform spectral correction using an optical filter that transmits both visible and near-infrared light.
可視領域および近赤外領域の両方の光を透過する従来の光学フィルタでは、光学フィルタの平面に対して垂直方向から入射する光(垂直入射光ともいう)と垂直方向に対して角度がずれた斜め方向から入射する光(斜入射光ともいう)との光学特性の違いへの考慮が不十分であった。上記光学フィルタでは、垂直入射光と比較して斜入射光に対する光学特性の変化が大きいため、斜入射光に対する近赤外領域の波長を有する光の透過光量が著しく減少する。そのため、上記光学フィルタを撮像装置に用いると、撮像画像の画質が低下するといった不具合が発生しやすい。 In a conventional optical filter that transmits light in both the visible region and the near-infrared region, the angle of the light incident from the vertical direction (also referred to as normal incident light) is shifted from the vertical direction with respect to the plane of the optical filter. Insufficient consideration was given to the difference in optical characteristics with light incident from an oblique direction (also referred to as oblique incident light). In the optical filter, since the change in optical characteristics with respect to oblique incident light is larger than that with normal incident light, the amount of transmitted light having a wavelength in the near infrared region with respect to oblique incident light is significantly reduced. For this reason, when the optical filter is used in an image pickup apparatus, a problem such as deterioration in the image quality of the picked-up image tends to occur.
実施形態の発明が解決しようとする課題は、可視領域および近赤外領域の両方の光を透過する光学フィルタにおいて、斜入射光における少なくとも近赤外領域の波長を有する光の透過光量を維持することである。 The problem to be solved by the invention of the embodiment is to maintain the transmitted light amount of light having a wavelength of at least the near infrared region in oblique incident light in an optical filter that transmits light in both the visible region and the near infrared region. That is.
実施形態の光学フィルタは、透光性を有する基板と、基板に積層され、可視領域に設けられた第1の光透過帯と、近赤外領域に設けられた第2の光透過帯と、可視領域よりも短波長側および長波長側ならびに近赤外領域よりも短波長側および長波長側に設けられた光透過阻止帯とを有する光学スペクトルで示される光学特性を備える光学層と、を具備する。光学層の平面に垂直な方向に対して0度から40度までの入射角度の違いによる、第2の光透過帯の光の透過光量の変動率は、7%以下である。 The optical filter according to the embodiment includes a light-transmitting substrate, a first light transmission band stacked on the substrate and provided in the visible region, and a second light transmission band provided in the near-infrared region, An optical layer having optical characteristics indicated by an optical spectrum having light transmission blocking bands provided on a shorter wavelength side and a longer wavelength side than the visible region and on a shorter wavelength side and a longer wavelength side than the near infrared region, and It has. The variation rate of the amount of transmitted light of the second light transmission band due to the difference in incident angle from 0 degree to 40 degrees with respect to the direction perpendicular to the plane of the optical layer is 7% or less.
以下、実施形態について、図面を参照して説明する。なお、図面は模式的なものであり、例えば厚さと平面寸法との関係、各層の厚さの比率等は現実のものとは異なる場合がある。また、実施形態において、実質的に同一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. The drawings are schematic, and for example, the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like may be different from the actual ones. In the embodiments, substantially the same constituent elements are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
(第1の実施形態)
図1は、光学フィルタの構造例である。図1に示す光学フィルタ10は、透光性を有する基板1と、基板1上に積層された光学層2と、を具備する。なお、光学層2の構造は、図1に示す構造に限定されない。
(First embodiment)
FIG. 1 is a structural example of an optical filter. An
基板1は、例えば支持基板としての機能を有する。基板1は、少なくとも可視領域の波長を有する光と近赤外領域の波長を有する光とを透過する機能を有する。可視領域は、例えば400nm以上700nm未満の波長を含む領域であることが好ましく、近赤外領域は、例えば700nm以上1050nm以下の波長を含む領域であることが好ましい。
The
基板1としては、例えばガラス基板、プラスチック基板、および樹脂フィルム基板の少なくとも一つを用いることができる。基板1は、CuO等の光吸収剤を実質的に含んでいないことが好ましい。
As the
光学層2は、可視領域の波長を有する光と近赤外領域の波長を有する光とを透過する機能を有する。光学層2は、可視領域に設けられた第1の光透過帯と、近赤外領域に設けられた第2の光透過帯と、可視領域よりも短波長側および長波長側ならびに近赤外領域よりも短波長側および長波長側に設けられた光透過阻止帯と、を有する光学スペクトルで示される光学特性を備える。上記光学スペクトルは、例えば分光測定装置を用いて測定され、光の波長と透過率との関係で表わされるスペクトルである。
The
第1の光透過帯および第2の光透過帯は、対応する波長を有する入射光に対して、例えば70%以上、さらには75%以上、さらには80%以上の光の透過率を有することが好ましい。光透過阻止帯は、対応する波長を有する入射光に対して、例えば10%未満の光の透過率を有することが好ましい。 The first light transmission band and the second light transmission band have a light transmittance of, for example, 70% or more, further 75% or more, and further 80% or more with respect to incident light having a corresponding wavelength. Is preferred. The light transmission blocking band preferably has a light transmittance of, for example, less than 10% with respect to incident light having a corresponding wavelength.
本実施形態の光学フィルタでは、入射角度依存性を改善することにより、少なくとも近赤外領域の波長を有する光を透過する光透過帯において、光の入射角度が相違しても対象波長範囲の透過光量を維持することができる。これにより、入射角度の違いによって受光光量が大きく変化することがなく、画質の低下が抑制された撮像画像を得ることができる。 In the optical filter of this embodiment, by improving the incident angle dependency, even if the incident angle of light is different in the light transmission band that transmits light having a wavelength in the near infrared region, transmission in the target wavelength range is possible. The amount of light can be maintained. As a result, the amount of received light does not change significantly due to the difference in incident angle, and a captured image in which deterioration in image quality is suppressed can be obtained.
近年では、デジタルカメラやデジタルビデオ等の小型化、薄型化に伴い、デジタルカメラやデジタルビデオ等の広角化が進んでいる。これにより、光学層がカットする波長域の入射角度依存性が問題となっている。例えば、光学スペクトルにおいて、光透過阻止帯から光透過帯への立ち上がり位置が光の入射角度によってずれる(シフトする)ことによって画質に影響する帯域(光透過帯)の光量が変化する。また、光学スペクトルは、垂直入射光から斜入射光への変化に伴い、短波長側へシフトする。 In recent years, with the miniaturization and thinning of digital cameras and digital videos, the wide angle of digital cameras and digital videos has been increasing. Thereby, the incident angle dependence of the wavelength region cut by the optical layer is a problem. For example, in the optical spectrum, when the rising position from the light transmission blocking band to the light transmission band is shifted (shifted) by the incident angle of light, the amount of light in a band (light transmission band) that affects image quality changes. The optical spectrum shifts to the short wavelength side with a change from normal incidence light to oblique incidence light.
可視領域の波長を有する光と近赤外領域の波長を有する光との両方を透過させる従来の光学フィルタにおいて、入射光が垂直入射光から斜入射光に変化した場合、特に近赤外領域の特定波長を有する光を透過する光透過帯の波長シフトおよび透過帯分光波形の変形が大きいため、取り込もうとする特定波長範囲の光透過量が著しく減少する傾向がある。また、このような現象をなくすため、単に近赤外領域の光透過帯の幅を広くしていくと、本来必要な近赤外領域および赤外域領域の光透過阻止帯の幅が減少してしまう。なお、光学層2の光学スペクトルにおいて、入射角度の変化(垂直入射光から斜入射光への変化)に伴う光透過帯のシフト量は、波長が長い帯域の短波長側へのシフト量が波長が短い帯域の短波長側へのシフト量よりも大きい傾向がある。そのため、光透過帯のシフト量が大きくなると、波長が短い側の光透過阻止帯から光透過帯への立ち上がり位置に対し、波長が長い側の光透過阻止帯から光透過帯への立ち上がり位置が大きく短波長側にシフトすることに起因して、光透過帯の帯域の幅が狭くなる傾向がある。
In a conventional optical filter that transmits both light having a wavelength in the visible region and light having a wavelength in the near infrared region, when the incident light changes from normal incident light to oblique incident light, particularly in the near infrared region. Since the wavelength shift of the light transmission band that transmits light having a specific wavelength and the deformation of the transmission band spectral waveform are large, the amount of light transmission in the specific wavelength range to be captured tends to decrease significantly. In addition, in order to eliminate this phenomenon, simply increasing the width of the light transmission band in the near infrared region reduces the width of the light transmission stop band in the near infrared region and the infrared region that are originally required. End up. In the optical spectrum of the
本実施形態の光学フィルタでは、図1に示すように光3が入射したとき、光学層2の平面に垂直な方向に対して0度から40度までの入射角度θの違いによる、第2の光透過帯の光の透過光量の変動率が7%以下、好ましくは6%以下に制御されている。これにより、入射角度の違いにより光透過帯の帯域の幅が狭くなることを抑制し、光の取り込み量の変動を抑制することができる。なお、本願発明における光透過帯の透過光量の変動率とは、第2の光透過帯における10%以上の光の透過率を有する帯域での1nmの波長毎における10%以上の透過率の積算値について、入射角度別の積算値の比のことをいう。
In the optical filter of this embodiment, when
また、第2の光透過帯において、0度から40度までの入射角度の違いによる、長波長側の80%の光の透過率を示す波長のシフト量は、60nm未満であり、かつ0度の入射角度における80%以上の光の透過率を有する帯域の幅は、上記シフト量の1.2倍以上であることが好ましい。これにより、入射角度の違いによる光の透過率の変動を抑制、すなわち入射角度依存性を改善することができるため、光の取り込み量の減少を抑制することができる。また、入射角度の違いによる光学スペクトルのシフトが生じたとしても、第2の光透過帯は、一定の透過帯の幅を備えるため、所望の透過光量を確保することができる。また、0度の入射角度における80%以上の光の透過率を有する帯域の幅は、シフト量の2倍以下であることが好ましい。このシフト量が2倍超であると、第2の光透過帯の短波長側および長波長側に存在する光透過阻止帯の幅が過度に減少し、撮像画像の色調に影響を及ぼすおそれがある。なお、第2の光透過帯において、長波長側とは第2の光透過帯の中心波長よりも長波長側を示し、短波長側とは第2の光透過帯の中心波長よりも短波長側を示す。 Further, in the second light transmission band, the shift amount of the wavelength indicating 80% light transmittance on the long wavelength side due to the difference in incident angle from 0 degree to 40 degrees is less than 60 nm and 0 degrees The width of the band having a light transmittance of 80% or more at the incident angle is preferably at least 1.2 times the shift amount. As a result, fluctuations in the light transmittance due to the difference in the incident angle can be suppressed, that is, the incident angle dependency can be improved, so that a decrease in the amount of light taken in can be suppressed. Even if the optical spectrum shifts due to the difference in the incident angle, the second light transmission band has a certain transmission band width, so that a desired amount of transmitted light can be secured. Moreover, it is preferable that the width of the band having a light transmittance of 80% or more at an incident angle of 0 degree is not more than twice the shift amount. If this shift amount is more than twice, the width of the light transmission blocking band existing on the short wavelength side and the long wavelength side of the second light transmission band is excessively reduced, which may affect the color tone of the captured image. is there. In the second light transmission band, the long wavelength side indicates a longer wavelength side than the center wavelength of the second light transmission band, and the short wavelength side indicates a wavelength shorter than the center wavelength of the second light transmission band. Indicates side.
ここで、上記光学特性を満たすためには、光学層2の構造が重要となる。例えば、光学層2は、式[ZLHL]^nで表されるスタックの積層ユニットを備えることが好ましい(式中、Hは第1の光学厚さと2.0以上の屈折率とを有する高屈折率層を表す記号であり、Zは第1の光学厚さの2倍以上大きい第2の光学厚さと2.0以上の屈折率とを有する高屈折率層を表す記号であり、Lは1.7以下の屈折率を有する低屈折率層を表す記号であり、nは光学層2におけるスタックの数を表す自然数であり、H、Z、およびLの記載順序は基板1側からの積層順序を表す。)。
Here, in order to satisfy the optical characteristics, the structure of the
上記式における低屈折率層(L)は、高屈折率層(Z)の光学厚さよりも小さい光学厚さを有することが好ましい。また、上記式における4つ目の低屈折率層(L)は、2つ目の低屈折率層(L)の光学厚さと異なる値の光学厚さを有していてもよく、特に上記スタックにより複数の光透過阻止帯を形成するためには、異なる値であることがより好ましい。 The low refractive index layer (L) in the above formula preferably has an optical thickness smaller than the optical thickness of the high refractive index layer (Z). Further, the fourth low refractive index layer (L) in the above formula may have an optical thickness different from the optical thickness of the second low refractive index layer (L). Therefore, in order to form a plurality of light transmission blocking bands, different values are more preferable.
光学厚さは、例えば1/4波長光学厚さ(Quarter−wave Optical Thickness:QWOT)で表される。QWOTとは、特定の波長を有する光(例えば500nmの波長を有する光)の波長の1/4に対する倍率によって表された光学厚さである。このとき、高屈折率層(Z)の500nmの波長を有する光におけるQWOTを例えば1.30以上5.00以下に調整してもよい。また、高屈折率層(H)の500nmの波長を有する光におけるQWOTを例えば0.20以上1.25以下に調整してもよい。さらに、低屈折率層(L)の500nmの波長を有する光におけるQWOTを例えば0.10以上1.15以下に調整してもよい。光学層2を構成する各層では、例えば物理膜厚および屈折率を調整することによりQWOTを調整することができる。
The optical thickness is represented by, for example, a quarter-wave optical thickness (QWOT). QWOT is an optical thickness represented by a magnification with respect to 1/4 of the wavelength of light having a specific wavelength (for example, light having a wavelength of 500 nm). At this time, you may adjust QWOT in the light which has a wavelength of 500 nm of a high refractive index layer (Z), for example to 1.30 or more and 5.00 or less. Moreover, you may adjust QWOT in the light which has a wavelength of 500 nm of a high refractive index layer (H), for example to 0.20 or more and 1.25 or less. Furthermore, QWOT in the light having a wavelength of 500 nm of the low refractive index layer (L) may be adjusted to, for example, 0.10 or more and 1.15 or less. In each layer constituting the
光学層2は、例えば図1に示すように高屈折率層(Z)21と、高屈折率層21上に接して積層された低屈折率層(L)22と、低屈折率層22上に接して積層された高屈折率層(H)23と、高屈折率層23上に接して積層された低屈折率層(L)24とを有するスタックとして、スタック201ないしスタック20nを有する。スタックのユニット数(式中のnの値)は、特に限定されないが、例えば7ユニット以上、11ユニット以上、または15ユニット以上積層してもよい。なお、スタックに加え、別の高屈折率層および低屈折率層の少なくとも一つを設けてもよい。
The
上記スタックは、可視領域および近赤外領域の両方に光透過帯を有する光学スペクトルで示される光学特性を有することが好ましい。これにより、例えば可視領域のみに光透過帯を有する第1の光学層と近赤外領域のみに光透過帯を有する第2の光学層とを積層させた光学層と比較して、光学層における光透過帯の光の透過率の低下を抑制することができる。 The stack preferably has an optical characteristic indicated by an optical spectrum having a light transmission band in both the visible region and the near infrared region. Thereby, for example, in the optical layer, compared with an optical layer in which a first optical layer having a light transmission band only in the visible region and a second optical layer having a light transmission band only in the near infrared region are laminated. A decrease in light transmittance in the light transmission band can be suppressed.
高屈折率層21や高屈折率層23等の高屈折率層は、例えば500nmの波長を有する光に対して2.0以上の屈折率を有することが好ましい。高屈折率層としては、例えば酸化チタン(TiO2)、酸化タンタル(Ta2O5)、酸化ニオブ(Nb2O5)、またはこれらの複合酸化物を含む膜を用いることができる。また、屈折率が2.0以上であれば、添加物を含有していてもよい。なお、屈折率が高いほうが、斜入射時の波長シフト量抑制、紫外側の光透過阻止帯の拡張等に有利である。このため、上記3物質のうち、屈性率のより高い酸化チタン、酸化ニオブが高屈折率層としてより好適である。
The high refractive index layers such as the high
低屈折率層22や低屈折率層24等の低屈折率層は、例えば500nmの波長を有する光に対して1.7以下の屈折率を有することが好ましい。低屈折率層としては、例えば、酸化シリコン(SiO2)、フッ化マグネシウム(MgF2)、またはこれらの複合酸化物を含む膜を用いることができる。また、屈折率が1.7以下であれば、添加物を含有していてもよい。
The low refractive index layers such as the low
高屈折率層および低屈折率層等の屈折率層は、例えばスパッタリング法、真空蒸着法、イオンアシスト真空蒸着法、CVD法を用いて形成される。特に、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンアシスト真空蒸着法を用いて屈折率層を形成することが好ましい。光透過帯は、CCDイメージセンサ、CMOSイメージセンサ等の固体撮像素子の受光に利用される波長帯域であり、光学層の厚さの精度が重要となる。スパッタリング法、真空蒸着法、イオンアシスト真空蒸着法は、屈折率層を形成する際の厚さの制御に優れる。このため、光学層2を構成する各屈折率層の厚さの精度を高めることができ、その結果、波長シフトを抑制することができる。
The refractive index layers such as the high refractive index layer and the low refractive index layer are formed by using, for example, a sputtering method, a vacuum deposition method, an ion-assisted vacuum deposition method, or a CVD method. In particular, it is preferable to form the refractive index layer using a sputtering method, a vacuum deposition method, or an ion-assisted vacuum deposition method. The light transmission band is a wavelength band used for light reception by a solid-state imaging device such as a CCD image sensor or a CMOS image sensor, and the accuracy of the thickness of the optical layer is important. Sputtering, vacuum deposition, and ion-assisted vacuum deposition are excellent in controlling the thickness when forming the refractive index layer. For this reason, the precision of the thickness of each refractive index layer which comprises the
上記スタックを1ユニット以上有する光学層を備える光学フィルタの斜入射特性は、当該スタックを設けない光学フィルタの斜入射特性よりも良好である。よって、光学スペクトルにおいて可視領域の波長を有する光を透過する光透過帯の幅と近赤外領域を有する光を透過する光透過帯の幅とを広く確保しつつ、可視領域の波長を有する光を透過する光透過帯の両端、および近赤外領域の波長を有する光を透過する光透過帯の両端に光透過阻止帯を形成することができる。また、入射角度による光透過帯のシフト量を少なくすることができる。 The oblique incidence characteristic of the optical filter including the optical layer having one or more units of the stack is better than the oblique incidence characteristic of the optical filter not provided with the stack. Therefore, in the optical spectrum, light having a wavelength in the visible region while ensuring a wide width of a light transmission band that transmits light having a wavelength in the visible region and a width of a light transmission band that transmits light having a near-infrared region. Light transmission blocking bands can be formed at both ends of the light transmission band that transmits light and at both ends of the light transmission band that transmits light having a wavelength in the near infrared region. Further, the shift amount of the light transmission band depending on the incident angle can be reduced.
以上のように、本実施形態の光学フィルタでは、可視領域の波長を有する光および近赤外領域の波長を有する光の両方を透過させつつ、光学層2の平面に垂直な方向に対して0度から40度までの入射角度θの違いによる、近赤外領域の波長を有する光の透過光量の変動率が例えば7%以下と低い値に制御される。よって、特に近赤外領域の波長を有する光を透過する光透過帯の帯域の幅が広がり光の取り込み量の変動を抑制することができるため、例えば撮像装置による暗視下での撮像においても画質の低下が抑制された撮像画像を得ることができる。
As described above, the optical filter according to the present embodiment transmits both light having a wavelength in the visible region and light having a wavelength in the near-infrared region, and is 0 with respect to a direction perpendicular to the plane of the
(第2の実施形態)
図2は、撮像装置の構造例を示す図である。図2に示す撮像装置100は、例えば、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、監視カメラ、車載用カメラ、ウェブカメラであり、固体撮像素子110と、カバーガラス120と、レンズ群130と、絞り140と、筐体150とを具備する。固体撮像素子110、カバーガラス120、レンズ群130、および絞り140は、光軸Xに沿って配置されている。
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a diagram illustrating a structure example of the imaging apparatus. An
固体撮像素子110は、例えば、CCDイメージセンサやCMOSイメージセンサである。固体撮像素子110は、入力される光を電気信号に変換して、図示しない画像信号処理回路へ出力する。
The solid-
カバーガラス120は、固体撮像素子110の撮像面側(レンズ群130側)に配置され、外部環境から固体撮像素子110を保護する。
The
レンズ群130は、固体撮像素子110の撮像面側に配置される。レンズ群130は、複数のレンズL1〜L4で構成され、入射する光を固体撮像素子110の撮像面へと導光する。
The
絞り140は、レンズ群130のレンズL3とレンズL4との間に配置される。絞り140は、通過する光の量が調整可能となるように構成されている。
The
筐体150は、固体撮像素子110、カバーガラス120、レンズ群130及び絞り140を収容する。
The
撮像装置100において、被写体側より入射した光は、レンズL1、レンズL2、第3のレンズL3、絞り140、レンズL4、及びカバーガラス120を通って固体撮像素子110に入射する。この入射した光が固体撮像素子110にて電気信号に変換され、画像信号として出力される。
In the
第1の実施形態の光学フィルタは、例えばカバーガラス120、レンズ群130、すなわちレンズL1、レンズL2、レンズL3、もしくはレンズL4に用いられる。言い換えれば、従来の撮像装置のカバーガラスやレンズ群を第1の実施形態の光学フィルタにおける基板1としたとき、第1の実施形態の光学フィルタにおける光学層2は、基板1の表面に設けられる。
The optical filter of the first embodiment is used for, for example, the
撮像装置100のカバーガラス120やレンズ群130の撮像用光学フィルタとして第1の実施形態の光学フィルタを適用することで、入射角度依存性を改善することができるため、光の取り込み量の変動を抑制することができる。よって、特に近赤外領域の波長を有する光が入射することにより撮像を行う場合に撮像画像の画質の低下を抑制することができる。
By applying the optical filter of the first embodiment as the imaging optical filter of the
(その他の実施形態)
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。光学層2は、基板1の片面のみに設けられてもよいし、基板1の両面に分割されて設けられてもよい。第1の実施形態の光学フィルタは、例えば、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、監視カメラ、車載用カメラ、ウェブカメラ等の撮像装置や自動露出計等における視感度補正フィルタとして用いられる。デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、監視カメラ、車載用カメラ、ウェブカメラ等の撮像装置においては、例えば、撮像レンズと固体撮像素子との間に配置される。自動露出計においては、例えば受光素子の前面に配置される。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications and changes can be made without departing from the scope of the present invention. The
撮像装置では、固体撮像素子の前面から離れた位置に第1の実施形態の光学フィルタを配置してもよいし、固体撮像素子、または固体撮像素子のパッケージに直接貼着してもよいし、固体撮像素子を保護するカバーを第1の実施形態の光学フィルタとしてもよい。また、モアレや偽色を抑制するための水晶やニオブ酸リチウム等の結晶を使用したローパスフィルタに直接貼着してもよい。 In the imaging apparatus, the optical filter of the first embodiment may be disposed at a position away from the front surface of the solid-state imaging device, or may be directly attached to the solid-state imaging device or the package of the solid-state imaging device. The cover that protects the solid-state image sensor may be the optical filter of the first embodiment. Alternatively, it may be directly attached to a low-pass filter using a crystal such as quartz or lithium niobate for suppressing moire or false color.
本実施例では、可視領域および近赤外領域の波長を有する光を透過する光学フィルタについて説明する。TFCalc、Software Spectra社製の光学薄膜シミュレーションソフトを用いて、実施例1、実施例1a、実施例2、実施例3、および比較例1の光学フィルタの光学特性を評価した。実施例1、実施例1a、実施例2、実施例3、および比較例1のそれぞれは、ガラス基板と、当該ガラス基板に積層され、TiO2膜からなる高屈折率層とSiO2膜からなる低屈折率層とを有する光学層とを具備する光学フィルタである。 In this embodiment, an optical filter that transmits light having wavelengths in the visible region and the near infrared region will be described. The optical characteristics of the optical filters of Example 1, Example 1a, Example 2, Example 3, and Comparative Example 1 were evaluated using optical thin film simulation software manufactured by TFCalc and Software Spectra. Each of Example 1, Example 1a, Example 2, Example 3 and Comparative Example 1 is composed of a glass substrate, a high refractive index layer made of a TiO 2 film, and a SiO 2 film laminated on the glass substrate. An optical filter comprising an optical layer having a low refractive index layer.
実施例1、実施例2、実施例3、および比較例1の光学層の積層構造の詳細を表1および表2、ならびに図3ないし図6を参照して説明する。表1および表2、ならびに図3ないし図6における層Noは、ガラス基板に対する層の積層順序を表す。また、表1および表2におけるdは、各層の物理厚さを表す。さらに、図3ないし図6において、点線で囲まれた部分は上記式[ZLHL]^nで表されるスタックを表す。 Details of the laminated structure of the optical layers of Example 1, Example 2, Example 3, and Comparative Example 1 will be described with reference to Tables 1 and 2 and FIGS. The layer numbers in Tables 1 and 2 and FIGS. 3 to 6 represent the stacking order of the layers on the glass substrate. Moreover, d in Table 1 and Table 2 represents the physical thickness of each layer. Further, in FIGS. 3 to 6, a portion surrounded by a dotted line represents a stack represented by the above formula [ZLHL] ^ n.
表1および表2、ならびに図3ないし図6におけるQWOTは、500nmの波長を有する光におけるQWOTである。また、表1および表2における屈折率(n)は、波長依存性を考慮して計算した値である。屈折率には、分散などと呼ばれる波長依存性がある。例えば、300〜1300nmの波長範囲において、本出願が対象とする層の物質などでは、波長が短いほど屈折率が大きく、波長が長くなると屈折率は小さくなる傾向がある。これら波長−屈折率の関係は線形関係ではなく、一般的にはHartmann、Sellmeierなどの近似式を用いて表されることが多い。また、膜物質の屈折率(分散)は、各種成膜条件によって変わる。そのため、蒸着法、イオンアシスト蒸着法、スパッタ法などで成膜された各膜の屈折率の分散データを用いて上記屈折率(n)を算出した。 QWOT in Tables 1 and 2 and FIGS. 3 to 6 is QWOT in light having a wavelength of 500 nm. The refractive index (n) in Tables 1 and 2 is a value calculated in consideration of wavelength dependency. The refractive index has a wavelength dependency called dispersion. For example, in the wavelength range of 300 to 1300 nm, the refractive index of a layer material or the like targeted by the present application tends to decrease as the wavelength decreases, and decrease as the wavelength increases. These wavelength-refractive index relationships are not linear, and are generally expressed using approximate equations such as Hartmann and Sellmeier. Further, the refractive index (dispersion) of the film substance varies depending on various film forming conditions. Therefore, the refractive index (n) was calculated using the dispersion data of the refractive index of each film formed by vapor deposition, ion-assisted vapor deposition, sputtering, or the like.
(実施例1)
実施例1の光学フィルタは、表1および表2、ならびに図3(A)ないし図3(C)に示すように、式[ZLHL]^7で表されるスタックを含む合計50層の積層構造からなる光学層を具備する。
Example 1
As shown in Tables 1 and 2 and FIGS. 3 (A) to 3 (C), the optical filter of Example 1 has a laminated structure of a total of 50 layers including a stack represented by the formula [ZLHL] ^ 7. The optical layer which consists of comprises.
(実施例1a)
実施例1aの光学フィルタは、実施例1の光学フィルタの構成に加え、ガラス基板における光学層の形成面の反対面に長波長の赤外光をカットする層を具備する。
Example 1a
In addition to the configuration of the optical filter of Example 1, the optical filter of Example 1a includes a layer that cuts long-wavelength infrared light on the surface opposite to the surface on which the optical layer is formed on the glass substrate.
(実施例2)
実施例2に係る光学フィルタは、表1および表2、ならびに図4(A)ないし図4(C)に示すように、式[ZLHL]^15で表されるスタックを含む合計70層の積層構造からなる光学層を具備する。
(Example 2)
As shown in Tables 1 and 2 and FIGS. 4 (A) to 4 (C), the optical filter according to Example 2 includes a total of 70 layers including a stack represented by the formula [ZLHL] ^ 15. An optical layer having a structure is provided.
(実施例3)
実施例3に係る光学フィルタは、表1および表2、ならびに図5(A)ないし図5(C)に示すように、式[ZLHL]^11で表されるスタックを含む合計58層の積層構造からなる光学層を具備する。
(Example 3)
As shown in Tables 1 and 2 and FIGS. 5A to 5C, the optical filter according to Example 3 is a total of 58 layers including the stack represented by the formula [ZLHL] ^ 11. An optical layer having a structure is provided.
(比較例1)
実施例1に係る光学フィルタは、表1および表2、ならびに図6(A)ないし図6(C)に示すように、上記式[ZLHL]^nで表されるスタックを含まない合計46層の積層構造からなる光学層を具備する。
(Comparative Example 1)
As shown in Tables 1 and 2 and FIGS. 6A to 6C, the optical filter according to Example 1 has a total of 46 layers not including the stack represented by the above formula [ZLHL] ^ n. The optical layer which consists of these laminated structures is comprised.
実施例1、実施例1a、実施例2、実施例3、および比較例1の光学フィルタの光学特性を図7ないし図11を参照して説明する。図7は、実施例1における光学フィルタの光学スペクトルを示す図であり、図8は、実施例1aにおける光学フィルタの光学スペクトルを示す図であり、図9は、実施例2における光学フィルタの光学スペクトルを示す図であり、図10は、実施例3における光学フィルタの光学スペクトルを示す図であり、図11は、比較例1における光学フィルタの光学スペクトルを示す図である。なお、図7ないし図11では、光学層の平面方向に垂直な方向に対して0度、10度、20度、30度、35度、40度の異なる入射角度を有する光を入射したときの光学スペクトルを示している。 The optical characteristics of the optical filters of Example 1, Example 1a, Example 2, Example 3, and Comparative Example 1 will be described with reference to FIGS. 7 is a diagram showing an optical spectrum of the optical filter in Example 1, FIG. 8 is a diagram showing an optical spectrum of the optical filter in Example 1a, and FIG. 9 is an optical diagram of the optical filter in Example 2. FIG. 10 is a diagram showing an optical spectrum of the optical filter in Example 3, and FIG. 11 is a diagram showing an optical spectrum of the optical filter in Comparative Example 1. 7 to 11, when light having different incident angles of 0 degrees, 10 degrees, 20 degrees, 30 degrees, 35 degrees, and 40 degrees with respect to the direction perpendicular to the plane direction of the optical layer is incident. The optical spectrum is shown.
図7ないし図11からわかるとおり、実施例1、実施例1a、実施例2、実施例3、および比較例1の光学フィルタの光学スペクトルは、可視領域(400nm以上700nm未満の波長を含む領域)に第1の光透過帯を有し、近赤外領域(700nm以上1050nm以下の波長を含む領域)に第2の光透過帯を有することがわかる。さらに、第1の光透過帯よりも短波長側および長波長側、ならびに第2の光透過帯よりも短波長側および長波長側に光透過阻止帯を有することがわかる。また、実施例1aの光学フィルタの光学スペクトルは、実施例1の光学フィルタの光学スペクトルと比較して1050nm以上の波長を有する光の透過が阻止されていることがわかる。 As can be seen from FIGS. 7 to 11, the optical spectra of the optical filters of Example 1, Example 1a, Example 2, Example 3, and Comparative Example 1 are in the visible region (a region including a wavelength of 400 nm or more and less than 700 nm). 1 has a first light transmission band, and has a second light transmission band in the near-infrared region (a region including a wavelength of 700 nm to 1050 nm). Further, it can be seen that there are light transmission blocking bands on the shorter wavelength side and the longer wavelength side than the first light transmission band, and on the shorter wavelength side and the longer wavelength side than the second light transmission band. Further, it can be seen that the optical spectrum of the optical filter of Example 1a is blocked from transmitting light having a wavelength of 1050 nm or more as compared with the optical spectrum of the optical filter of Example 1.
さらに、実施例1、実施例1a、実施例2、実施例3、および比較例1の光学フィルタの光学スペクトルでは、0度から40度までの間で入射角度が高くなるにつれて光透過帯の位置が短波長側にシフトしていることがわかる。特に波長が長くなるほどシフト量が大きくなることがわかる。 Further, in the optical spectra of the optical filters of Example 1, Example 1a, Example 2, Example 3, and Comparative Example 1, the position of the light transmission band as the incident angle increases from 0 degrees to 40 degrees. It can be seen that is shifted to the short wavelength side. In particular, it can be seen that the shift amount increases as the wavelength increases.
上記光学スペクトルのデータから実施例1、実施例1a、実施例2、実施例3、および比較例1において、光学層の平面に垂直な方向に対して0度から40度までの入射角度の違いによる、第2の透過帯の光の透過光量の変動率と、第2の光透過帯において、上記入射角度の違いによる、長波長側の80%以上の透過率を示す波長のシフト量および0度の入射角度における80%以上の光の透過率を有する帯域の幅とを求めた。結果を表3に示す。 From the optical spectrum data, in Example 1, Example 1a, Example 2, Example 3, and Comparative Example 1, the difference in incident angle from 0 degree to 40 degrees with respect to the direction perpendicular to the plane of the optical layer The shift amount of the wavelength indicating the transmittance of 80% or more on the long wavelength side and 0 due to the difference in the incident angle in the second light transmission band and the variation rate of the transmitted light amount of the light in the second transmission band. And a width of a band having a light transmittance of 80% or more at an incident angle of 50 degrees. The results are shown in Table 3.
上記変動率は、以下のように求めた。まず、0度の入射角度、700nm〜1050nmの波長範囲での1nmの波長毎における10%以上の透過率の積算値を求めた。次に、40度の入射角度、700nm〜1050nmの波長範囲での1nmの波長毎における10%以上の透過率の積算値を求めた。さらに、40度の入射角度の場合の上記積算値に対する0度の入射角度の場合の上記積算値の比を求めることにより、上記変動率を求めた。 The rate of change was determined as follows. First, an integrated value of transmittance of 10% or more for each wavelength of 1 nm in an incident angle of 0 degree and a wavelength range of 700 nm to 1050 nm was obtained. Next, an integrated value of a transmittance of 10% or more was obtained for each wavelength of 1 nm in an incident angle of 40 degrees and a wavelength range of 700 nm to 1050 nm. Furthermore, the variation rate was determined by determining the ratio of the integrated value in the case of an incident angle of 0 degrees to the integrated value in the case of an incident angle of 40 degrees.
上記シフト量は、以下のように求めた。まず、第2の光透過帯において0度の入射角度の場合の長波長側の80%の光の透過率を示す波長を求めた。次いで、第2の光透過帯において40度の入射角度の場合の長波長側の80%の光の透過率を示す波長を求めた。そして、0度の入射角度の場合の長波長側の80%の光の透過率を示す波長と40度の入射角度の場合の長波長側の80%の光の透過率を示す波長との差を求めることにより上記シフト量を求めた。 The shift amount was determined as follows. First, a wavelength indicating 80% light transmittance on the long wavelength side at an incident angle of 0 degree in the second light transmission band was obtained. Next, a wavelength indicating 80% light transmittance on the long wavelength side in the case of an incident angle of 40 degrees in the second light transmission band was obtained. Then, the difference between the wavelength indicating 80% light transmittance on the long wavelength side when the incident angle is 0 degree and the wavelength indicating 80% light transmittance on the long wavelength side when the incident angle is 40 degrees. The shift amount was determined by determining.
上記帯域の幅は、以下のように求めた。まず、第2の光透過帯において0度の入射角度の場合の短波長側および長波長側の80%の光の透過率を示す波長を求めた。そして、0度の入射角度の場合の長波長側の80%の光の透過率を示す波長と0度の入射角度の場合の短波長側の80%の光の透過率を示す波長との差を求めることにより上記帯域の幅を求めた。 The bandwidth was determined as follows. First, the wavelength which shows the transmittance | permeability of 80% of the light in the short wavelength side and long wavelength side in the case of the incident angle of 0 degree in the 2nd light transmission band was calculated | required. Then, the difference between the wavelength indicating 80% light transmittance on the long wavelength side at the incident angle of 0 degree and the wavelength indicating 80% light transmittance on the short wavelength side at the incident angle of 0 degree. The bandwidth of the above band was obtained by obtaining
表3に示すように、実施例1、実施例1a、実施例2、および実施例3において、上記変動率は、いずれも7%以下であるのに対し、比較例1では、15%以上であった。また、実施例1、実施例1a、実施例2、および実施例3において、上記シフト量は、60nm未満であるのに対し、比較例1では、70nm以上であった。さらに、実施例1、実施例1a、実施例2、および実施例3において、上記帯域の幅は、上記シフト量の1.2倍以上であるのに対し、比較例1では、上記シフト量の1.2倍未満であった。このことから、実施例1、実施例1a、実施例2、および実施例3に示す光学フィルタにおいて、斜入射特性が改善されていることがわかる。 As shown in Table 3, in Example 1, Example 1a, Example 2, and Example 3, the variation rate is 7% or less, whereas in Comparative Example 1, it is 15% or more. there were. Moreover, in Example 1, Example 1a, Example 2, and Example 3, the shift amount was less than 60 nm, while in Comparative Example 1, it was 70 nm or more. Furthermore, in Example 1, Example 1a, Example 2, and Example 3, the width of the band is 1.2 times or more of the shift amount, whereas in Comparative Example 1, the shift amount is It was less than 1.2 times. This shows that the oblique incidence characteristics are improved in the optical filters shown in Example 1, Example 1a, Example 2, and Example 3.
なお、実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施し得るものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 The embodiment is presented as an example, and is not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1…基板、2…光学層、3…光、10…光学フィルタ、20…スタック、21…高屈折率層、22…低屈折率層、23…高屈折率層、24…低屈折率層、100…撮像装置、110…固体撮像素子、120…カバーガラス、130…レンズ群、150…筐体、L1〜L4…レンズ。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記基板に積層され、可視領域に設けられた第1の光透過帯と、近赤外領域に設けられた第2の光透過帯と、前記可視領域よりも短波長側および長波長側ならびに前記近赤外領域よりも短波長側および長波長側に設けられた光透過阻止帯とを有する光学スペクトルで示される光学特性を備える光学層と、A first light transmission band provided in the visible region, a second light transmission band provided in the near infrared region, a shorter wavelength side and a longer wavelength side than the visible region, An optical layer having an optical characteristic indicated by an optical spectrum having a light transmission stop band provided on a shorter wavelength side and a longer wavelength side than the near infrared region;
を具備する光学フィルタであって、An optical filter comprising:
前記光学層は、高屈折率層と低屈折率層とを交互に積層した多層膜を有し、The optical layer has a multilayer film in which high refractive index layers and low refractive index layers are alternately laminated,
前記高屈折率層は、500nmの波長を有する光に対して2.0以上の屈折率を有する膜であり、The high refractive index layer is a film having a refractive index of 2.0 or more with respect to light having a wavelength of 500 nm,
前記低屈折率層は、500nmの波長を有する光に対して1.7以下の屈折率を有する膜であり、The low refractive index layer is a film having a refractive index of 1.7 or less with respect to light having a wavelength of 500 nm,
前記光学層の平面に垂直な方向に対して0度から40度までの入射角度の違いによる、前記第2の光透過帯の光の透過光量の変動率が7%以下である、光学フィルタ。An optical filter, wherein a variation rate of a transmitted light amount of light in the second light transmission band is 7% or less due to a difference in incident angle from 0 degree to 40 degrees with respect to a direction perpendicular to a plane of the optical layer.
前記基板に積層され、可視領域に設けられた第1の光透過帯と、近赤外領域に設けられた第2の光透過帯と、前記可視領域よりも短波長側および長波長側ならびに前記近赤外領域よりも短波長側および長波長側に設けられた光透過阻止帯とを有する光学スペクトルで示される光学特性を備える光学層と、
を具備する光学フィルタであって、
前記光学層の平面に垂直な方向に対して0度から40度までの入射角度の違いによる、前記第2の光透過帯の光の透過光量の変動率が7%以下であり、
前記光学層は、式[ZLHL]^nで表されるスタックを備える、光学フィルタ。
(式中、Hは第1の光学厚さと2.0以上の屈折率とを有する第1の高屈折率層を表す記号であり、Zは第1の光学厚さの2倍以上大きい第2の光学厚さと2.0以上の屈折率とを有する第2の高屈折率層を表す記号であり、Lは1.7以下の屈折率を有する低屈折率層を表す記号であり、nは前記光学層における前記スタックの数を表す自然数であり、H、Z、およびLの記載順序は前記基板側からの積層順序を表す。) A substrate having translucency;
A first light transmission band provided in the visible region, a second light transmission band provided in the near infrared region, a shorter wavelength side and a longer wavelength side than the visible region, An optical layer having an optical characteristic indicated by an optical spectrum having a light transmission stop band provided on a shorter wavelength side and a longer wavelength side than the near infrared region;
An optical filter comprising:
Wherein due to the incidence angle differences of 0 degrees with respect to the direction perpendicular to the plane of the optical layer to 40 degrees, Ri said second der fluctuation of the transmission light amount is 7% or less of the light of the light transmission band,
The optical filter includes a stack represented by a formula [ZLHL] ^ n.
(Wherein, H is a symbol representing a first high refractive index layer having a first optical thickness and a refractive index of 2.0 or more, and Z is a second larger than twice the first optical thickness. Is a symbol representing a second high refractive index layer having an optical thickness of 2.0 and a refractive index of 2.0 or more, L is a symbol representing a low refractive index layer having a refractive index of 1.7 or less, and n is (It is a natural number representing the number of the stacks in the optical layer, and the order of description of H, Z, and L represents the stacking order from the substrate side.)
前記0度から40度までの入射角度の違いによる、長波長側の80%の光の透過率を示す波長のシフト量が60nm未満であり、かつ0度の入射角度における80%以上の光の透過率を有する帯域の幅が前記シフト量の1.2倍以上である、請求項1または2記載の光学フィルタ。 In the second light transmission band,
Due to the difference in incident angle from 0 degree to 40 degrees, the wavelength shift amount indicating 80% light transmittance on the long wavelength side is less than 60 nm, and 80% or more of light at an incident angle of 0 degree is less than 60 nm. The optical filter according to claim 1 or 2 , wherein a width of a band having transmittance is 1.2 times or more of the shift amount.
前記高屈折率層、または前記第1の高屈折率層および第2の高屈折率層が酸化チタンを含み、
前記低屈折率層が酸化ケイ素を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の光学フィルタ。 The substrate has at least one of a glass substrate, a plastic substrate, and a resin film substrate;
The high refractive index layer, or the first high refractive index layer and the second high refractive index layer include titanium oxide,
The optical filter according to claim 1 , wherein the low refractive index layer contains silicon oxide.
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