JP6525078B2

JP6525078B2 - 光学フィルタおよび撮像装置

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Publication number: JP6525078B2
Application number: JP2018027093A
Authority: JP
Inventors: 松尾　淳; 淳松尾; 悟史梅田; 勉木梨
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2012-08-03
Filing date: 2018-02-19
Publication date: 2019-06-05
Anticipated expiration: 2033-07-29
Also published as: CN103718069B; KR20140033355A; JP2018116285A; US20150077841A1; CN103718069A; JP6330329B2; WO2014021245A1; JP2018092188A; KR101467139B1; JP6525077B2; US9759847B2; JPWO2014021245A1

Description

本発明は、光学フィルタに関する。

ＣＣＤ(Charge Coupled Device)やＣＭＯＳイメージセンサ(Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor)等の固体撮像素子を用いた撮像装置においては、色調を良好に再現し、かつ鮮明な画像を得るために、各種の光学的機能を持ったフィルタ（光学フィルタ）を、撮像レンズと固体撮像素子の間等に配置している。その代表的な例が、固体撮像素子の分光感度を人の視感度に補正するために、近赤外波長領域の光を遮蔽するフィルタ（近赤外線カットフィルタ）であり、通常、撮像レンズと固体撮像素子の間に配置される。また、撮像装置には、入ってくる光の量を調整し、撮像素子が受光により発生する電荷が飽和して撮像できなくなることを防いだり、撮像装置内のレンズ、センサ等の光学部材やその保持部材等からの反射や散乱による迷光をカットするため、いわゆる絞りと称する遮蔽部材が配置されている。

近年、固体撮像素子を用いた撮像装置は小型化が進み、携帯電話等の小型の電子機器に搭載されるようになってきた。そして、最近は、このような電子機器自体の小型化、高機能化に対する要求が高まっており、それに伴い、撮像装置においても一層の小型化が求められている。

撮像装置の小型化を実現する方法として、例えば、光学フィルタに遮光部材として機能する黒色の被覆（遮光膜）を一体に設ける方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この方法では、絞りを配置するためのスペースが不要となり、装置を小型化できる。そのうえ、部品数の削減、また、それによる組み立て工程の簡素化も図れる。

しかしながら、上記のように黒色被覆を一体化した光学フィルタでは、黒色の被覆と光が透過する開口部分との境界付近で光が回折する現象が発生し、不要な光が撮像素子に入射し画質を低下させることがあった。

特開２００２−２６８１２０号公報

本発明は、生産性及び経済性に優れ、かつ画質低下の原因となる迷光を抑制できる遮光膜を一体に備えた光学フィルタの提供を目的とする。

本発明の一態様に係る光学フィルタは、被写体または光源からの光が入射する撮像素子が内蔵された撮像装置に用いられる光学フィルタであって、前記被写体または光源と前記撮像素子との間に配置され、前記入射光に対し透過性を有する光学フィルタ本体と、前記光学フィルタ本体の少なくとも一方の面に一体に形成された枠状遮光膜とを備え、前記枠状遮光膜は、下記（１）及び／または（２）の条件を満たしていることを特徴としている。
（１）平面視で前記枠状遮光膜の内周面の少なくとも一部に不規則な凹凸が形成され、前記凹凸は、全ての隣接する２つの凸部のピッチが５０μｍ以上である。
（２）前記枠状遮光膜の内縁部の少なくとも一部に薄肉部が形成されている。

本発明によれば、生産性及び経済性に優れ、かつ画質低下の原因となる迷光を抑制できる遮光膜を一体に備えた光学フィルタを提供できる。

本発明の一実施形態の光学フィルタを示す平面図である。図１に示す光学フィルタの断面図である。図１に示す光学フィルタによる回折抑制効果を説明するための断面図である。図１に示す光学フィルタによる回折抑制効果を説明するための断面図である。図１に示す光学フィルタの要部を拡大して示す平面図である。本発明の一実施例で測定された遮光膜の凸部高さを示すグラフである。本発明の一実施例で測定された遮光膜の形成間隔（ピッチ）を示すグラフである。本発明の一実施形態の光学フィルタの一変形例を示すグラフである。本発明の一実施形態の光学フィルタの一変形例を示すグラフである。本発明の一実施形態の光学フィルタの一変形例を示すグラフである。本発明の一実施形態の光学フィルタの一変形例を示すグラフである。本発明の一実施形態の光学フィルタの一変形例を示すグラフである。本発明の一実施形態の光学フィルタの一変形例を示すグラフである。本発明の一実施形態の光学フィルタを用いた撮像装置の一例を概略的に示す断面図である。実施例で形成された遮光膜の光学顕微鏡による撮像写真を模写した図である。図１４Ａの撮像写真を拡大した写真の模写図である。実施例で形成された遮光膜の透過率分布を、その測定位置とともに示す図である。実施例で形成された遮光膜について測定された透過光光量（強度）分布の一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、説明は図面に基づいて説明するが、それらの図面は図解のために提供されるものであり、本発明はそれらの図面に何ら限定されない。また、各図において、共通する部分には同一符号を付している。

図１は、本発明の一実施形態による近赤外線カットフィルタを概略的に示す平面図、図２はその断面図である。

図１及び図２に示すように、本実施形態の近赤外線カットフィルタ１００は、近赤外線カットフィルタ本体（以下、単に「フィルタ本体」ともいう）１０と、その一方の主面に一体に形成された枠状遮光膜（以下、単に「遮光膜」ともいう）２０とを備える。

フィルタ本体１０は、透明基材１１と、この透明基材１１の一方の主面に形成された、可視波長領域の光は透過するが、紫外波長領域及び赤外波長領域の光は反射する誘電体多層膜からなる紫外・赤外光反射膜１２と、透明基材１１の他方の主面に形成された反射防止膜１３とを有する。

遮光膜２０は、カーボンブラック、チタンブラック等の無機または有機着色剤を含有する遮光性の樹脂によって、フィルタ本体１０の紫外・赤外光反射膜１２側の主面に形成されている。樹脂の種類は特に限定されるものではなく、紫外波長領域等の光の照射によって硬化する光硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれも使用可能である。ここで、「遮光性」とは、主として光を吸収することにより光の透過を遮断する性質をいう。このような遮光性を有する樹脂からなる遮光膜２０は、本実施形態の近赤外線カットフィルタ１００を、後述するような、撮像素子を内蔵した撮像装置に使用したときに、撮像素子に入射する光の量を調節したり、迷光をカットする、いわゆる絞りとして機能する。

この枠状の遮光膜２０には、その内周面に微細な凹凸２２が形成されるとともに、その内周面に沿って薄肉部２３が形成されている。凹凸２２及び薄肉部２３は、従来の課題であった、遮光膜２０と光が透過する開口部分との境界付近で光が回折し迷光となって画像に悪影響を及ぼすのを抑制する作用を有する。なお、凹凸２２及び薄肉部２３はそのいずれか一方のみが設けられていてもよい。

ここで、凹凸２２及び薄肉部２３による光の回折抑制効果について説明する。
図３は、凹凸２２及び薄肉部２３が形成されていない従来の遮光膜２０Ａを備えた近赤外線カットフィルタに光を入射させた場合の、遮光膜２０Ａとその近傍における光の透過と、その透過した光の量を概念的に示した図である。また、図４は、図１に示すような、凹凸２２及び薄肉部２３が形成された遮光膜２０を備えた近赤外線カットフィルタ１００に光を入射させた場合の、遮光膜２０とその近傍における光の透過と、その透過した光の量を概念的に示した図である。

図３に示すように、従来型の近赤外線カットフィルタの場合には、光は遮光膜２０Ａの内側端縁もしくはその近傍で回折し、この光を受光した撮像素子の撮像面では、光の強度が分布してしまい、画像周辺部の品質が低下する。これに対して、本実施形態の近赤外線カットフィルタの場合には、図４に示すように、光は遮光膜２０の内側端縁で回折するものの、回折光は撮像素子の撮像面では多重化され、光の強度が均一化するようになる。このため、迷光が実質的に認識されにくい画像が得られる。また、従来型の近赤外線カットフィルタの場合には、遮光膜２０Ａの内側端縁に平行な方向に、回折光が強め合う領域が現れるが、本実施形態の近赤外線カットフィルタでは、回折光の方向が拡散するため、回折光が強め合う領域が出現しにくい。

なお、図３及び図４において、矢印は、遮光膜２０Ａまたは遮光膜２０の断面方向に入射する光の光線方向を示しているが、実際の撮像素子の撮像面には、このような遮光膜２０に対して垂直に入射する光だけでなく、斜めに入射する光や、撮像装置内で反射し所定の光路から外れた光が入射し、より複雑となる。

また、薄肉部２３は、遮光膜２０の内縁部で光を吸収または反射させ、光の撮像素子への入射を抑制する。また、薄肉部２３は、僅かに光を透過させる。この僅かな光を透過させることで、遮光膜２０の内側端縁からの回折光が撮像素子上で強め合うのを防止できる。

上記のような光の回折抑制効果を得るためには、遮光膜２０に形成する凹凸２２及び薄肉部２３は、次のような条件の少なくとも１つを満たしていることが好ましい。

（ａ）凹凸２２は、不規則である。ここで、「凹凸が不規則である」とは、遮光膜２０に対する平面視で、凹凸が、形状、大きさ、ピッチ、配列方法等において、規則性がないか、または規則性が低いことを意味する（以下、凹凸２２について記載するときは、特に断らない限り、遮光膜２０に対する平面視での凹凸をいう）。これは、凹凸に規則性があると、上記回折光が撮像素子上で強め合う点や線が発生し、上述したような回折抑制効果が十分に得られないおそれがあるからである。規則性はできるだけ低いことが好ましく、規則性が全くないことがより好ましい。特に、凸部の高さ（または、凹部の深さ）、ピッチ、すなわち、隣接する凸部（または、凹部）の形成間隔において、不規則であることが好ましい。

具体的には、例えば、凸部に着目した場合に、図５に示すように、少なくとも隣接する２つの凸部２０１の高さが異なる、つまり、隣接する２つの凸部２０１の高さの差Δｄ１、Δｄ２が正であることが好ましい。Δｄ１、Δｄ２が正で、かつΔｄ１とΔｄ２が異なる、つまりΔｄ１≠Δｄ２であるとより好ましい。また、隣接する２つの凸部２０１の高さが同じ、つまり隣接する２つの凸部２０１の高さの差Δｄ１、Δｄ２がゼロであっても、そのピッチＰ１、Ｐ２が異なる、つまりＰ１≠Ｐ２であればよい。Δｄ１、Δｄ２が正で、Ｐ１、Ｐ２がＰ１≠Ｐ２であるとさらに好ましく、Δｄ１、Δｄ２が正、Δｄ１≠Δｄ２で、かつＰ１≠Ｐ２であると特に好ましい。

また、ピッチＰ１、Ｐ２に関しては、その比Ｐ１／Ｐ２が１．１以上、または０．９以下であることがより好ましい。比Ｐ１／Ｐ２が１．４以上、または０．７以下であるとより一層好ましい。Δｄ１、Δｄ２に関しては、Δｄ1/ｄが０．１以上であることが好ましく、０．３以上であることがより好ましい。｜Δｄ１−Δｄ２｜／ｄが０．０５以上であることが好ましく、０．１以上であることがより好ましい。ここで、ｄは、凸部２０１の最大高さ、すなわち、図５において、凹凸２２の最も深い谷底から最も高い山頂までの高さである。

図６Ａ及び図６Ｂは、凹凸２２の不規則性を示したグラフであり、後述する実施例で製造された凹凸２２の実測値である。図６Ａは凸部の高さ、図６Ｂはその形成間隔（ピッチ）を示している。

（ｂ）凹凸２２は、凸部２０１の高さ（または、凹部の深さ）が、近赤外線カットフィルタを透過する光の波長以上（例えば、可視光用撮像素子の用途では、０．４μｍ以上）、５０μｍ以下である。凸部２０１の高さ（または、凹部の深さ）を、近赤外線カットフィルタを透過する波長以上とすることで、遮光膜２０の内側端縁からの回折光をより拡散できる。一方、凸部２０１の高さ（または、凹部の深さ）が大きすぎると、回折光の拡散機能が低下し、凹凸と相似な形で撮像素子上に回折光の強め合う領域が現れてしまい、回折抑制効果が低減する。凸部２０１の高さ（または、凹部の深さ）を５０μｍ以下とすることで、このような回折抑制効果の低減を抑制できる。凸部２０１の高さ（または、凹部の深さ）は、可視光用撮像素子の用途の場合、視感度が最大となる緑光の波長約０．５μｍ以上で、かつ１０μｍ以下が好ましい。

（ｃ）薄肉部２３の光透過率が０．５％以上である。光透過率を０．５％以上とすることで、遮光膜２０の内側端縁からの回折光が撮像素子上で強め合うのを十分に防止できる。光透過率は１％以上であることが好ましく、３％以上であることがより好ましい。一方、薄肉部２３の平均光透過率が８０％を超えると、遮光効果が低減し、迷光が透過する。したがって、薄肉部２３の平均光透過率は、８０％以下が好ましく、４０％以下がより好ましい。遮光膜２０の薄肉部２３以外の部分は、光透過率が０．５％未満であることが好ましく、０．２％以下であるとより好ましく、０．１％以下であるとより一層好ましい。

（ｄ）０．５％以上の光透過率を有する薄肉部２３の幅ｗが０．４μｍ以上である。幅ｗを０．４μｍ以上とすることで、より大きな回折抑制効果が得られる。幅ｗは１μｍ以上であるとより好ましく、４μｍ以上であるとより一層好ましい。一方、幅ｗが５０μｍを超えると、迷光が透過しやすくなる。したがって、薄肉部２３の幅ｗは、５０μｍ以下が好ましく、２０μｍ以下がより好ましい。

本実施形態では、薄肉部２３は、端縁に向けて徐々に厚さが薄くなる傾斜面２３ａを有している。かかる傾斜面２３ａを備えると、透過率が端縁に向けて徐々に高くなり、透過率がステップ状に変化することによる回折が抑制され、回折光が撮像素子上で強め合うのを十分に抑制できるのでより好ましい。

本実施形態においては、迷光のカット機能を高めるため、遮光膜２０の表面（フィルタ本体１０と反対側の面、つまり光入射側の面）にマット面様凹凸構造を形成したり、反射防止膜を設けて、光の反射防止機能を付与することが好ましい。

良好な反射防止機能を付与するためには、マット面様凹凸構造は、該凹凸構造が形成された遮光膜２０表面の表面粗さが、ＪＩＳＢ０６０１（１９９４）に準拠して原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）により測定される算術平均粗さ（Ｒａ）で０．１μｍ以上となる構造であることが好ましい。算術平均粗さ（Ｒａ）のより好ましい範囲は０．１５〜１０μｍであり、０．２〜２μｍであるとより一層好ましく、０．２〜０．５μｍであるとさらに好ましい。また、ＪＩＳＢ０６０１（１９９４）に準拠して超深度形状測定顕微鏡で測定される局部山頂の平均間隔（Ｓ）が、１〜１００μｍであることが好ましく、さらに、ＪＩＳＢ０６０１（１９９４）に準拠して測定される最大高さ（Ｒｙ）が、２μｍ以上であることが好ましい。局部山頂の平均間隔（Ｓ）のより好ましい範囲は２〜５０μｍであり、５〜２０μｍであるとより一層好ましい。また、最大高さ（Ｒｙ）のより好ましい範囲は３〜９μｍであり、４〜６μｍであるとより一層好ましい。

マット面様凹凸構造の好ましい例の一つとして、例えば、後述するような方法で形成される、皺状の凹凸構造が挙げられる。良好な反射防止効果を得る観点から、この凹凸構造は、該凹凸構造が形成された遮光膜２０表面の表面粗さが、ＪＩＳＢ０６０１（１９９４）に準拠して原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）により測定される算術平均粗さ（Ｒａ）で０．１μｍ以上となる構造であることが好ましく、０．１５〜１０μｍであることがより好ましく、０．２３〜１０μｍであることがより一層好ましい。また、前記方法で測定される局部山頂の平均間隔（Ｓ）が、５〜１００μｍであることが好ましく、５〜５０μｍであることがより好ましく、５〜２０μｍであることがより好ましい。

遮光膜２０は、例えば次のような方法で形成できる。
まず、フィルタ本体１０の紫外・赤外光反射膜１２の表面全体に、遮光性を有する光硬化性樹脂を塗布し乾燥させて光硬化性樹脂塗布層を形成する。光硬化性樹脂の塗布方法としては、スピンコート法、バーコート法、ディップコート法、キャスト法、スプレーコート法、ビードコート法、ワイヤーバーコート法、ブレードコート法、ローラーコート法、カーテンコート法、スリットダイコート法、グラビアコート法、スリットリバースコート法、マイクログラビア法、コンマコート法等を使用できる。塗布は、複数回に分けて実施してもよい。また、塗布に先立って、紫外・赤外光反射膜１２に対する密着性を高めるために、紫外・赤外光反射膜１２の表面にヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）等によるカップリング処理を行ってもよい。

次に、光硬化性樹脂塗布層に、遮光膜２０に対応する位置を開口させるとともに、その開口の内周面に凹凸２２に対応する形状の凹凸を設けたフォトマスクを介して、光を照射する。照射する光は、例えば、光硬化性樹脂が紫外波長領域の光によって硬化するものであれば、少なくともそのような紫外波長領域の光を含む光を照射する。これにより、光が照射された部分の光硬化性樹脂が硬化する。

次に、未照射部の光硬化性樹脂を現像により選択的に除去する。現像は、ウエット現像、ドライ現像等が用いられる。ウエット現像の場合は、アルカリ性水溶液、水系現像液、有機溶剤等、光硬化性樹脂の種類に対応した現像液を用いて、ディップ方式、スプレー方式、ブラッシング、スラッピング等の公知の方法により行える。

次に、薄肉部２３を形成するため、硬化した光硬化性樹脂の所要部を加熱し溶融させる。加熱溶融した光硬化性樹脂は表面張力により厚み方向の断面形状が変化し、薄肉部２３が形成される。これにより、凹凸２２と薄肉部２３を備えた遮光膜２０が形成される。薄肉部２３形成後、必要に応じて、加熱、または光を照射することにより、遮光膜２０をさらに硬化させてもよい。

遮光膜２０の表面にマット面様凹凸構造を形成する場合は、現像後、遮光膜２０に放射線を照射して、遮光膜２０の表層部分のみをさらに硬化させる。放射線は、遮光膜２０で吸収が大きい波長のものが使用される。好ましい放射線としては、波長１７０ｎｍ乃至２７０ｎｍの紫外光、例えば、波長１８４ｎｍ乃至２５４ｎｍの紫外光が挙げられる。この後、遮光膜２０を、例えば、５０〜３００℃で加熱して、表面にマット面様凹凸構造を有する遮光膜が形成される。

凹凸２２と薄肉部２３を備えた遮光膜２０は、次のような方法によっても形成できる。
上記と同様に形成した光硬化性樹脂塗布層に、遮光膜２０に対応する位置を開口させるとともに、その開口の内周面に凹凸２２に対応する形状の凹凸を設けた第１のフォトマスクを介して、１回目の光を照射する。さらに、その開口の内周面より薄肉部２３の幅ｗだけ小さな開口を設けた第２のフォトマスクを介して２回目の光を照射する。１回目の光照射によっては、光硬化性樹脂を完全に硬化させず、２回目の光照射によって硬化を完了させる。この後、未照射部の光硬化性樹脂を現像により選択的に除去すると、１回目の光照射のみがなされた部分は光による硬化が不十分なため、２回目の光照射を行った部分より光硬化性樹脂の厚みが薄くなり、薄肉部２３を形成できる。この例では２つのフォトマスクを用いているが、開口の幅が徐々に小さくなっている３つもしくはそれ以上のフォトマスクを用いて光照射を繰り返すようにすれば、厚みが端縁に向けて漸減する薄肉部２３を形成できる。

フォトマスクとして、透過率が透過と遮光の２値の部位よりなるものではなく、薄肉部２３を形成する部分の光透過率が段階的、または連続的に変化しているいわゆるグレーマスクを用いるようにすれば、１回の光照射で、厚みが端縁に向けて段階的、または連続的に漸減する薄肉部２３を形成できる。

前述したように、遮光膜２０は、凹凸２２及び薄肉部２３はそのいずれか一方のみが設けられていてもよい。したがって、薄肉部２３のみを有する遮光膜２０は、内周面に凹凸のないフォトマスクを用いて形成できる。凹凸２２のみを有する遮光膜２０は、上記薄肉部２３の形成工程を省くことで形成できる。

遮光膜２０は、印刷法、転写法、インクジェット法等によっても形成できる。印刷法としては、例えば、スクリーン印刷、フレキソ印刷、凸版印刷法等が挙げられる。これらの方法は、フォトマスクによる露光や現像を行わなくても、所望の形状の遮光膜を形成できる利点がある。凹凸２２の形成には、スクリーン印刷の場合、スクリーン版に所望の凹凸を形成したものも使用できるが、スクリーン版にメッシュが貼着されているものを版として利用することで、メッシュの開口部とメッシュ部でわずかに印刷するインク（樹脂）の量を変えることができるため、印刷の条件を調整することで所望の凹凸を作成でき、高精度の版が不要であることから好ましい。

また、薄肉部２３は、印刷の条件、インクの粘度、塗工面との濡れ性、表面張力、インク温度等を調整することで形成できる。

以下、スクリーン印刷において薄肉部２３を形成する方法の例を記載する。
遮光膜２０に対応する位置を開口させた第１のスクリーン版を介して、１回目の遮光性樹脂を印刷し硬化させる。次に、その開口の内周面より薄肉部２３の幅ｗだけ小さな開口を設けた第２のスクリーン版を介して２回目の遮光性樹脂を印刷し硬化させる。これにより、内縁部に薄肉部２３を備えた遮光膜２０を形成できる。
また、印刷時にスクリーン版とフィルタ本体１０のクリアランスを、少し大きめに調整したり、スキージの圧力・角度などを調整したりすることでも薄肉部２３を形成できる。
さらに、内周面に形成する凹凸２２とは別に、より細かなピッチの凹凸を内周面に相当する部分のスクリーン版に設けることにより、印刷時にスクリーン版の開口部に対して細かなピッチの凹凸がある部分からの遮光性樹脂が出にくくなり、遮光性樹脂の厚みを小さくでき、薄肉部２３を形成できる。

遮光膜２０の厚みは、０．１〜４００μｍであることが好ましい。０．１μｍ未満では十分な遮光特性が得られないおそれがあるうえ、薄肉部の厚みのコントロールが困難になる。一方、４００μｍを超えると、フィルタ全体の厚みが大きくなり、撮像装置の小型化、軽量化が困難になる。また、樹脂を硬化させる際に、硬化収縮による歪みが発生しやすくなり、さらに、内周面に形成する凹凸の形状のコントロールも難しくなる。遮光膜２０の厚みは、０．２〜１００μｍであるとより好ましく、０．５〜１０μｍであるとより一層好ましい。

遮光膜２０の厚みは、内周面に形成する凹凸の形状をコントロールする観点からは、凹凸の最大高さｄ及び最少ピッチのいずれか小さい方の４０倍以下であることが好ましい。より好ましくは５倍以下であり、より一層好ましくは２倍以下であり、１／２以下であると特に好ましい。

本実施形態では、フィルタ本体１０の平面視形状は、図１に示したように矩形状であり、遮光膜２０はその外周に沿って矩形の枠状に設けられているが、フィルタ本体１０は、例えば、図７に示すように、円形状であってもよく、特に限定されるものではない。なお、図７では、遮光膜２０の内周面の凹凸の記載を省略している。また、図１に示す近赤外線カットフィルタでは、凹凸２２は、遮光膜２０の内周面全体に設けられているが、例えば、図８に示すように、その一部に設けられていてもよく、また、図示は省略したが、間隔をおいて複数個所に設けられていてもよい。さらに、凹凸２２と薄肉部２３が個別に異なる位置に設けられていてもよく、また、凹凸２２と薄肉部２３が形成されている個所と、凹凸２２及び薄肉部２３のいずれか一方が形成されている個所が混在していてもよい。

光の回折抑制効果の点からは、凹凸２２、薄肉部２３のいずれについても、内周面の１０％以上の長さ（間隔をおいて設けられている場合には、その合計長）に亘って設けられていることが好ましく、２０％以上がより好ましく、４０％以上がより一層好ましい。また、図８に示すように遮光膜２０の形状が矩形の枠状である場合には、迷光が問題になりやすい少なくとも１つの辺に設けられることが好ましく、図１に示すように、全周に設けられることが特に好ましい。

本実施形態の近赤外線カットフィルタ１００のフィルタ本体１０を構成する透明基材１１、紫外・赤外光反射膜１２及び反射防止膜１３について詳述する。

透明基材１１は、可視波長領域の光を透過するものであれば、その形状は特に限定されるものではなく、例えば、板状、フィルム状、ブロック状、レンズ状等が挙げられる。また、透明基材１１は、赤外線吸収ガラスや赤外線吸収剤を含有した樹脂であってもよい。

透明基材１１の材料としては、ガラス、水晶、ニオブ酸リチウム、サファイヤ等の結晶、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等のポリエステル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン酢酸ビニル共重合体等のポリオレフィン樹脂、ノルボルネン樹脂、ポリアクリレート、ポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂、ウレタン樹脂、塩化ビニル樹脂、フッ素樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリビニルアルコール樹脂等が挙げられる。これらの材料は、紫外波長領域及び赤外波長領域の少なくとも一方に対して吸収特性を有するものであってもよい。

ガラスは、可視波長領域で透明な材料から適宜選択して使用できる。例えば、ホウケイ酸ガラスは、加工が容易で、光学面における傷や異物等の発生を抑制できるために好ましく、アルカリ成分を含まないガラスは、接着性、耐候性等が良好なために好ましい。

また、ガラスとして、フツリン酸塩系ガラスやリン酸塩系ガラスにＣｕＯ等を添加した赤外波長領域に吸収を有する光吸収型のガラスも使用できる。特に、ＣｕＯを添加したフツリン酸塩系ガラスもしくはリン酸塩系ガラスは、可視波長領域の光に対し高い透過率を有するとともに、ＣｕＯが近赤外波長領域の光を十分に吸収するため、良好な近赤外線カット機能を付与できる。

ＣｕＯを含有するフツリン酸塩系ガラスの具体例としては、質量％で、Ｐ_２Ｏ_５４６〜７０％、ＭｇＦ_２０〜２５％、ＣａＦ_２０〜２５％、ＳｒＦ_２０〜２５％、ＬｉＦ０〜２０％、ＮａＦ０〜１０％、ＫＦ０〜１０％、ただし、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦの合量が１〜３０％、ＡｌＦ_３０．２〜２０％、ＺｎＦ_２２〜１５％（ただし、フッ化物総合計量の５０％までを酸化物に置換可能）からなるフツリン酸塩系ガラス１００質量部に対して、ＣｕＯを０．１〜５質量部、好ましくは０．３〜２質量部含有させたものが挙げられる。市販品としては、ＮＦ−５０ガラス（旭硝子社製商品名）等が例示される。

ＣｕＯを含有するリン酸塩系ガラスの具体例としては、質量％で、Ｐ_２Ｏ_５７０〜８５％、Ａｌ_２Ｏ_３８〜１７％、Ｂ_２Ｏ_３１〜１０％、Ｌｉ_２Ｏ０〜３％、Ｎａ_２Ｏ０〜５％、Ｋ_２Ｏ０〜５％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ０．１〜５％、ＳｉＯ_２０〜３％からなるリン酸塩系ガラス１００質量部に対して、ＣｕＯを０．１〜５質量部、好ましくは０．３〜２質量部含有させたものが挙げられる。

透明基材１１の厚みは、特に限定されないが、小型化、軽量化を図る点からは、０．１〜３ｍｍの範囲が好ましく、０．１〜１ｍｍの範囲がより好ましい。

紫外・赤外光反射膜１２は、前述したように、遮光膜２０の形成を促進する機能を有するが、同時に、近赤外線カットフィルタ機能を付与、もしくは高める効果を併せ有する。この紫外・赤外光反射膜１２は、低屈折率誘電体層と高屈折率誘電体層とをスパッタリング法や真空蒸着法等により交互に積層した誘電体多層膜から構成される。

低屈折率誘電体層の材料としては、屈折率が１．６以下、好ましくは１．２〜１．６の材料が使用される。具体的には、シリカ（ＳｉＯ_２）、アルミナ、フッ化ランタン、フッ化マグネシウム、六フッ化アルミニウムナトリウム等が使用される。高屈折率誘電体層の材料としては、屈折率が１．７以上、好ましくは１．７〜２．５の材料が使用される。具体的には、チタニア（ＴｉＯ_２）、ジルコニア、五酸化タンタル、五酸化ニオブ、酸化ランタン、イットリア、酸化亜鉛、硫化亜鉛等が使用される。屈折率は、波長５５０ｎｍの光に対する屈折率である。

誘電体多層膜は、前述したスパッタリング法や真空蒸着法の他、イオンビーム法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法等によっても形成できる。スパッタリング法やイオンプレーティング法は、いわゆるプラズマ雰囲気処理であることから、透明基材１１に対する密着性を向上できる。

反射防止膜１３は、近赤外線カットフィルタ１００に入射した光の反射を防止することにより透過率を向上させ、効率良く入射光を利用する機能を有するもので、従来より知られる材料及び方法により形成できる。具体的には、反射防止膜３は、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンビーム法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法等により形成したシリカ、チタニア、五酸化タンタル、フッ化マグネシウム、ジルコニア、アルミナ等の１層以上の膜や、ゾルゲル法、塗布法等により形成したシリカケート系、シリコーン系、フッ化メタクリレート系等から構成される。反射防止膜１３の厚みは、通常、１００〜６００ｎｍの範囲である。

本発明においては、透明基材１１の紫外・赤外光反射膜１２が形成される主面とは反対側の主面に、反射防止膜１３に代えて、あるいは、反射防止膜１３と透明基材１１との間に、紫外波長領域及び赤外波長領域の光を反射する誘電体多層膜からなる第２の紫外・赤外光反射膜を設けてもよい。また、紫外・赤外光反射膜１２に代えて、あるいは紫外・赤外光反射膜１２上に第２の反射防止膜が設けられていてもよい。

遮光膜２０は、図９に示す近赤外線カットフィルタ１１０のように、フィルタ本体１０の反射防止膜１３側の主面に形成してもよい。

遮光膜２０は、図１０に示す近赤外線カットフィルタ１２０のように、その外縁が、フィルタ本体１０の外縁の内側に位置していてもよい。この場合、フィルタ本体１０の外周部に、図１１に示す近赤外線カットフィルタ１３０のように、面取り部２４を形成することが好ましい。面取り部２４を形成することによって、露出したフィルタ本体１０外縁部表面に入射した光が反射して生じる迷光を抑制できる。

図１２に示す近赤外線カットフィルタ１４０のように、透明基材１１と反射防止膜１３との間に、赤外光吸収膜１５が設けられていてもよい。赤外光吸収膜１５は、透明基材１１と紫外・赤外光反射膜１２の間に設けられていてもよい。

赤外光吸収膜１５は、赤外波長領域の光を吸収する赤外線吸収剤を含む透明樹脂から構成され得る。

透明樹脂は、可視波長領域の光を透過するものであればよく、例えば、アクリル樹脂、スチレン樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、アセテート系樹脂、セルロース系樹脂、ポリエステル樹脂、アリルエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミドエーテル樹脂、ポリアミドイミド樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ウレア樹脂等が挙げられる。

赤外波長領域の光を吸収する赤外線吸収剤としては、ＩＴＯ（Ｉｎ_２Ｏ_３−ＴｉＯ_２系）、ＡＴＯ（ＺｎＯ−ＴｉＯ_２系）、ホウ化ランタン等の無機微粒子や、シアニン系化合物、フタロシアニン系化合物、ナフタロシアニン系化合物、ジチオール金属錯体系化合物、ジイモニウム系化合物、ポリメチン系化合物、フタリド化合物、ナフトキノン系化合物、アントラキノン系化合物、インドフェノール系化合物等の有機系色素が挙げられる。

その他、無機微粒子として、少なくともＣｕ及び／またはＰを含む酸化物の結晶子からなり、数平均凝集粒子径が５〜２００ｎｍのものであり、好ましくは、下式（１）で表わされる化合物の結晶子からなり、数平均凝集粒子径が５〜２００ｎｍのものが使用できる。
Ａ_１／ｎＣｕＰＯ_４ …（１）
（式中、Ａは、アルカリ金属（Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ）、アルカリ土類金属（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）及びＮＨ_４からなる群より選ばれる少なくとも１種であり、添字のｎは、Ａがアルカリ金属またはＮＨ_４の場合は１であり、Ａがアルカリ土類金属の場合は２である。）

このような結晶子からなるものは、結晶構造に起因する赤外線吸収特性を維持でき、また、結晶子が微粒子であるため、赤外光吸収膜１５中に高濃度で含有でき、単位長あたりの吸収能を大きくできることから好ましい。

無機微粒子は、耐候性、耐酸性、耐水性等の向上や表面改質によるバインダ樹脂との相溶性の向上を目的に、公知の方法で表面処理がされていてもよい。

また、有機系色素として、アセトンに溶解して測定される波長領域４００〜１０００ｎｍの光の吸収スペクトルにおいて、ピーク波長が６９５±１ｎｍであり半値全幅が３５±５ｎｍである極大吸収ピークを有する色素が使用できる。このような色素は、近赤外線カットフィルタに求められる波長６３０〜７００ｎｍ付近の間で急峻に吸光度が変化するため好ましい。

赤外線吸収剤は１種を単独で使用してもよく、２種以上を混合して用いてもよい。

透明樹脂には、赤外線吸収剤の他に、さらに、本発明の効果を阻害しない範囲で、色調補正色素、レベリング剤、帯電防止剤、熱安定剤、酸化防止剤、分散剤、難燃剤、滑剤、可塑剤等が含有されていてもよい。

赤外光吸収膜１５は、例えば、透明樹脂、赤外線吸収剤、及び必要に応じて配合される他の添加剤を、分散媒または溶媒に分散または溶解させて塗工液を調製し、塗工した後、乾燥させることにより形成できる。塗工、乾燥は、複数回に分けて実施できる。その際、含有成分の異なる複数の塗工液を調製し、これらを順に塗工、乾燥させてもよい。具体的には、例えば、前述の有機系色素を含む塗工液と、ＩＴＯ粒子を含む塗工液をそれぞれ個別に調製し、これらを順に塗工し、乾燥させてもよい。

分散媒または溶媒としては、水、アルコール、ケトン、エーテル、エステル、アルデヒド、アミン、脂肪族炭化水素、脂環族炭化水素、芳香族炭化水素等が挙げられる。これらは、１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。塗工液には、必要に応じて分散剤を配合できる。

塗工液の調製には、自転・公転式ミキサー、ビーズミル、遊星ミル、超音波ホモジナイザ等の撹拌装置を使用できる。高い透明性を確保するためには、撹拌を十分に行うことが好ましい。撹拌は、連続的に行ってもよく、断続的に行ってもよい。

塗工液の塗工には、スピンコート法、バーコート法、ディップコート法、キャスト法、スプレーコート法、ビードコート法、ワイヤーバーコート法、ブレードコート法、ローラーコート法、カーテンコート法、スリットダイコート法、グラビアコート法、スリットリバースコート法、マイクログラビア法、コンマコート法等を使用できる。

赤外光吸収膜１５の厚みは、０．０１〜４００μｍの範囲が好ましく、０．１〜５０μｍの範囲がより好ましい。０．０１μｍ未満では、所定の吸収能が得られないおそれがあり、４００μｍを超えると、乾燥時に乾燥ムラが生じるおそれがある。

赤外光吸収膜１５を備えた近赤外線カットフィルタ１３０は、良好な近赤外線カット機能を具備できる。

図１３は、本実施形態の近赤外線カットフィルタを用いた撮像装置５０を概略的に示す断面図である。
図１３に示すように、撮像装置５０は、固体撮像素子５１、光学フィルタ５２、レンズ５３、及びこれらを保持固定する筺体５４を有する。

固体撮像素子５１、光学フィルタ５２、及びレンズ５３は、光軸ｘに沿って配置され、固体撮像素子５１とレンズ５３の間に光学フィルタ５２が配置されている。固体撮像素子５１は、レンズ５３及び光学フィルタ５２を通過して入射してきた光を電気信号に変換する電子部品であり、例えばＣＣＤやＣＭＯＳ等である。そして、本実施形態では、光学フィルタ５２として、図１に示した近赤外線カットフィルタ１００が使用され、遮光膜２０がレンズ５３側に位置するように配置されている。

近赤外線カットフィルタ１００は、遮光膜２０が固体撮像素子５１側に位置するように配置してもよい。また、光学フィルタ５２として、近赤外線カットフィルタ１００に代えて図９、図１０、図１１、図１２等に示した近赤外線カットフィルタを使用できる。これらの近赤外線カットフィルタを用いた場合であっても、遮光膜２０がレンズ５３側に位置するように配置してもよく、固体撮像素子５１側に位置するように配置してもよい。

撮像装置５０においては、被写体側より入射した光は、レンズ５３、及び光学フィルタ５２（近赤外線カットフィルタ１００）を通って固体撮像素子５１に入射する。この入射した光を固体撮像素子５１が電気信号に変換し、画像信号として出力する。入射光は、遮光膜２０を備えた近赤外線カットフィルタ１００を通過することで、適正な光量に調節され、かつ十分に近赤外線が遮蔽された光として固体撮像素子５１で受光される。

この撮像装置５０においては、近赤外線カットフィルタ１００に一体に、凹凸２２及び薄肉部２３を備えた遮光膜２０が設けられているので、従来のような遮光膜の内側端縁における光の回折に起因する迷光を抑制でき、ノイズのない良好な画像を得ることができる。

近赤外線カットフィルタ１００は、遮光膜２０と撮像素子の受光面との距離が０．０２〜５ｍｍとなるように配置することが、回折抑制効果や製造技術上の制約等の観点から好ましい。

この例では、撮像装置５０は、１つのレンズが配置されているだけであるが、複数のレンズを備えていてもよく、また、固体撮像素子を保護するカバーガラス等を備えていてもよい。さらに、光学フィルタの位置も、レンズと固体撮像素子との間に限らず、例えば、レンズより被写体側に配置されていてもよく、また、レンズが複数配置される場合に、レンズとレンズの間に配置されていてもよい。

以上説明した実施形態は、光学フィルタが近赤外線カット機能を持つフィルタの例であるが、近赤外線カット機能に限らず、ローパスフィルタ、ＮＤフィルタ、色調フィルタ、光増幅フィルタ等の機能を有するものであってもよい。

本発明は、以上説明した実施の形態の記載内容に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはいうまでもない。

次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されない。

（実施例１）
４０ｍｍ×４０ｍｍ×０．３ｍｍの角板状の赤外線吸収ガラス（ＮＦ−５０ガラス旭硝子社製）の一方の表面に、真空蒸着法により、シリカ（ＳｉＯ_２；屈折率１．４５（波長５５０ｎｍ））層とチタニア（ＴｉＯ_２；屈折率２．３２（波長５５０ｎｍ））層とを交互に積層して誘電体多層膜（３４層）を形成した。また、赤外線吸収ガラスの他方の表面に反射防止膜を形成した。

上記誘電体多層膜の表面全体に、遮光性紫外線硬化型アクリレート系樹脂をスピンコート法により厚さ１．２μｍに塗布し、加熱した後、その表面に、開口内周面に不規則な凹凸を有するフォトマスクを介して高圧水銀ランプにより１００ｍＪ／ｃｍ^２の紫外線を照射し硬化させた。その後、現像液を用いて未露光部分を除去し、次いで加熱して、近赤外線カットフィルタを製造した。

得られた近赤外線カットフィルタの遮光膜の内周面には不規則な凹凸が形成されていた。また、遮光膜の表面を原子間力顕微鏡（ＡＭＦ）で観察したところ、局部山頂の平均間隔（Ｓ）１０μｍの、皺状の微細凹凸構造が形成されており、遮光膜の表面粗さは算術平均粗さ（Ｒａ）で１８０ｎｍであった。

（実施例２）
実施例１と同様にして、赤外線吸収ガラス（ＮＦ−５０ガラス旭硝子社製）の一方の表面に、真空蒸着法により、シリカ（ＳｉＯ_２；屈折率１．４５（波長５５０ｎｍ））層とチタニア（ＴｉＯ_２；屈折率２．３２（波長５５０ｎｍ））層とを交互に積層して誘電体多層膜（３４層）を形成した。また、赤外線吸収ガラスの他方の表面に３層反射防止膜を形成した。

上記誘電体多層膜の表面に、開口内周面に不規則な凹凸を有する第１のスクリーン版を用いて、遮光性樹脂インク（黒色着色顔料含有）、シリカ微粉末（平均粒径（Ｄ５０）４．７μｍ）及び溶剤を添加し均一に混合して調製した塗布液を塗布し加熱して第１の塗膜を形成した。次に、第１のスクリーン版より開口が小さい第２のスクリーン版を用いて、第１の塗膜上に、上記塗布液を再度塗布し加熱して第２の塗膜を形成し、第１及び第２の塗膜からなる厚さ７μｍの遮光膜を備えた近赤外線カットフィルタを製造した。

得られた近赤外線カットフィルタの遮光膜の内周面には、図１４Ａ、図１４Ｂに示すような、不規則な凹凸が形成されていた。図１４Ａは、遮光膜の光学顕微鏡による撮像写真の模写図であり、図１４Ｂはその拡大写真の模写図である。図１４Ｂ中の矢印は、遮光膜の内周面に形成された凸部を指し示している。

また、分光光度計（（株）日立製作所製日立分光光度計Ｕ−４１００）を用いて、遮光膜の厚みと光透過率の関係を調べ、一方、遮光膜の内側端縁及びその近傍の厚みと位置の関係を調べ、この二つの関係から遮光膜の位置と光透過率を調べたところ、図１５に示すような結果が得られた。図１５のグラフから明らかなように、遮光膜の内側端縁には幅１５μｍの透過率０．５％以上となる薄肉部２３が形成されていた。

また、遮光膜の表面を原子間力顕微鏡（ＡＭＦ）で観察したところ、マット面様微細凹凸構造が形成されており、その表面粗さは、シリカ微粉末を２質量部（遮光性樹脂インキに対して２質量％）配合した材料で形成したものでは、算術平均粗さ（Ｒａ）０．４３μｍ、最大高さ（Ｒｙ）３．６３μｍ、局部山頂の平均間隔（Ｓ）３０μｍであり、シリカ微粉末を４質量部（遮光性樹脂インキに対して４質量％）配合した材料で形成したものでは、算術平均粗さ（Ｒａ）０．４μｍ、最大高さ（Ｒｙ）３．５μｍ、局部山頂の平均間隔（Ｓ）５．０μｍであった。

また、上記近赤外線カットフィルタに対して波長６３３ｎｍの光を照射し、ビームプロファイラ（オフィール製）を用いて、透過光の光量分布を調べた。比較のために、遮光膜に凹凸及び薄肉部を形成しないようにした以外は、実施例２と同様に製造した従来型の近赤外線カットフィルタについても測定した。結果を図１６に示す。

図１６のグラフから明らかなように、遮光膜の内側端縁及びその近傍で、実施例の透過光強度が比較例に比べ、明らかに光強度振幅が低減しており、遮光膜に凹凸及び薄肉部を形成することにより、回折に起因する画像の劣化を防止できる。

本発明の光学フィルタは、生産性及び経済性に優れ、かつ内側端縁における光の回折抑制効果を有する遮光膜を一体に具備できることから、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ等の情報機器に組み込まれる小型カメラ等の撮像装置に有用である。

１０…（近赤外線カット）フィルタ本体、１１…透明基材、１２…紫外・赤外光反射膜、１３…反射防止膜、１５…赤外光吸収膜、２０…枠状遮光膜、２２…凹凸、２３…薄肉部、５０…撮像装置、５１…固体撮像素子、５２…光学フィルタ、５３…レンズ、５４…筺体、１００、１１０、１２０、１３０、１４０…近赤外線カットフィルタ。

Claims

被写体または光源からの光が入射する撮像素子が内蔵された撮像装置に用いられる光学フィルタであって、
前記被写体または光源と前記撮像素子との間に配置され、前記入射光に対し透過性を有する光学フィルタ本体と、
前記光学フィルタ本体の少なくとも一方の面に一体に形成された枠状遮光膜と
を備え、
前記枠状遮光膜は、下記（１）及び／または（２）の条件を満たしていることを特徴とする光学フィルタ。
（１）平面視で前記枠状遮光膜の内周面の少なくとも一部に不規則な凹凸が形成され、前記凹凸は、全ての隣接する２つの凸部のピッチが５０μｍ以上である。
（２）前記枠状遮光膜の内縁部の少なくとも一部に薄肉部が形成されている。
前記凹凸は、平面視の測定で、０．４〜５０μｍの高さを有する請求項１記載の光学フィルタ。
前記薄肉部の光透過率が０．５％以上である請求項１または２記載の光学フィルタ。
前記薄肉部の幅は、０．４〜５０μｍである請求項３記載の光学フィルタ。
前記薄肉部は、端縁に向けて徐々に厚さが薄くなる傾斜面を有する請求項１乃至４のいずれか１項記載の光学フィルタ。
近赤外線カット機能を有する光学フィルタである請求項１乃至５のいずれか１項記載の光学フィルタ。
前記光学フィルタ本体は、赤外波長領域の光を吸収する赤外線吸収ガラスを備える請求項１乃至６のいずれか１項記載の光学フィルタ。
前記光学フィルタ本体は、赤外波長領域の光を吸収する赤外線吸収剤を含む赤外光吸収膜を備える請求項１乃至７のいずれか１項記載の光学フィルタ。
請求項１乃至８のいずれか１項記載の光学フィルタを備える撮像装置。