JP6547368B2 - 可視光カットフィルタ - Google Patents

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本発明は、可視光カットフィルタに関する。
従来から、可視光領域より長波長側の近赤外領域の光を透過させる光学フィルタが記載された文献として、特許文献１が知られている。
特許文献１には、ナイトビジョン用ハロゲンランプなどのガラスバルブ表面に成膜され、赤外線の波長域を選択的に透過させる多層膜フィルタであって、透光性基板上に高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に複数層積層して成る多層膜フィルタが開示されている。
ところで、複数種類の多層膜を透光性基板に形成することにより、それぞれの多層膜のフィルタ特性を組み合わせた光学フィルタが記載された文献として、特許文献２が知られている。
特許文献２には、基板の一面には可視光線領域で高透過特性を示すとともに長波長領域でなだらかに減衰する透過特性を示す第１の多層膜を形成し、同基板の他の一面には可視光線領域で高透過特性を示すとともに近赤外線領域で低透過特性を示す第２の多層膜を形成するようにした近赤外線カットフィルタが開示されている。
特開２０００−３５２６１２号公報 特開２００３−０２９０２７号公報
特許文献１に開示された近赤外領域の光を透過させる多層膜フィルタでは、可視光領域にフィルタ特性の脈打ち（リップル）が生じる問題があり、可視光の遮光が不十分であった。
ところで、特許文献２に開示された、透過性基板の一面に第１の多層膜を、他の一面に第２の多層膜を形成してフィルタ特性を改善する技術を、特許文献１に利用することも考えられる。しかしながら、この場合であっても、フィルタ特性のさらなる改善が求められる。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、可視光領域のリップルが抑制された可視光カットフィルタを提供するものである。
上記目的を達するために、本発明は次のとおりの構成としている。
本発明に係る可視光カットフィルタは、入射光に対して、可視光領域の光を遮光するとともに近赤外領域に透過帯を有する可視光カットフィルタであって、透光性基板と、前記透光性基板の表面に成膜され、少なくとも可視光領域の光を遮光する表面遮光膜と、前記透光性基板の裏面に成膜され、少なくとも可視光領域の光を遮光する裏面遮光膜と、を備えており、前記表面遮光膜及び前記裏面遮光膜の各々は、前記可視光領域を複数の領域に区画したときに、各領域の光を遮光させる遮光膜が積層された構成であることを特徴とする。
このような構成によれば、可視光領域を複数の領域に区画して、各領域の光を遮光させる遮光膜が、透光性基板の表裏両面に積層されているので、可視光領域に発生するリップルは、積層された各遮光膜によってより減衰し、リップルの発生を抑制することができる。また、透光性基板の表裏両面に遮光膜が成膜されているので、前記遮光膜が透光性基板の片面だけに成膜されている場合よりも 可視光領域の透過率を低減させることができる。
上記の可視光カットフィルタであって、前記表面遮光膜及び前記裏面遮光膜は、前記可視光領域が３つの領域に区画され、可視光領域の短波長端から長波長側の領域の光を遮光する膜が積層された短波長遮光多層膜と、前記可視光領域の長波長端から短波長側の領域の光を遮光する膜が積層された長波長遮光多層膜と、前記短波長遮光多層膜が光を遮光する領域の長波長端と、前記長波長遮光多層膜が光を遮光する領域の短波長端と、を含む領域の光を遮光する中間波長遮光多層膜と、を備えていてもよい。
このような構成によれば、短波長遮光多層膜、中間波長遮光多層膜及び長波長遮光多層膜を組み合わせることにより、短波長遮光多層膜によって光を遮光させる領域、中間波長遮光多層膜によって光を遮光させる領域、長波長遮光多層膜によって光を遮光させる領域が重なり合うので、可視光領域の全域の光の透過率を低減させることができる。
上記の可視光カットフィルタであって、前記表面遮光膜及び前記裏面遮光膜は、前記可視光領域が少なくとも２つ以上の領域に区画され、少なくとも、可視光領域の短波長端から長波長側の領域の光を遮光する膜が積層された短波長遮光多層膜と、前記可視光領域の長波長端から短波長側の領域の光を遮光する膜が積層された長波長遮光多層膜と、を備えていてもよい。
このような構成によれば、少なくとも、短波長遮光多層膜及び長波長遮光多層膜を組み合わせることにより、短波長遮光多層膜によって光を遮光させる領域、長波長遮光多層膜によって光を遮光させる領域が重なり合うので、可視光領域の光の透過率を低減させることができる。
上記の可視光カットフィルタであって、前記表面遮光膜における前記可視光領域の区画数と、前記裏面遮光膜における前記可視光領域の区画数と、が異なっていてもよい。
このような構成によれば、表面遮光膜における可視光領域の区画数と、裏面遮光膜における可視光領域の区画数とが異なるので、表面遮光膜のフィルタ特性と裏面遮光膜とのフィルタ特性との間に差を生じさせることができる。これにより、表面遮光膜のフィルタ特性と裏面遮光膜とのフィルタ特性とを重ね合わせることによって、フィルタ特性に差が生じている領域は、リップルが減衰するとともに、光の透過率を低減させることができる。
上記の可視光カットフィルタであって、前記表面遮光膜の透過率を５０％とする光の波長と、前記裏面遮光膜の透過率を５０％とする光の波長との波長差を、少なくとも５ｎｍとしてもよい。
このような構成によれば、表面遮光膜のフィルタ特性と裏面遮光膜のフィルタ特性とが、互いに少なくとも５ｎｍの波長差に相当する特性だけ異なるので、これら表面遮光膜のフィルタ特性と裏面遮光膜のフィルタ特性とを重ね合わせることによって、フィルタ特性に差が生じている領域は、リップルが減衰するとともに、光の透過率を低減させることができる。
本発明に係る可視光カットフィルタは、入射光に対して、可視光領域の光を遮光するとともに近赤外領域に透過帯を有する可視光カットフィルタであって、透光性基板と、前記透光性基板の表面に成膜され、少なくとも可視光領域の光を遮光する表面遮光膜と、前記透光性基板の裏面に成膜され、少なくとも可視光領域の光を遮光する裏面遮光膜と、を備えており、前記表面遮光膜の透過率を５０％とする光の波長と、前記裏面遮光膜の透過率を５０％とする光の波長との波長差を、少なくとも５ｎｍとすることを特徴とする。
このような構成によれば、表面遮光膜のフィルタ特性と裏面遮光膜のフィルタ特性とが、互いに少なくとも５ｎｍの波長差に相当する特性だけ異なるので、これら表面遮光膜のフィルタ特性と裏面遮光膜のフィルタ特性とを重ね合わせることによって、フィルタ特性に差が生じている領域は、リップルが減衰するとともに、光の透過率を低減させることができる。
上記可視光カットフィルタであって、前記表面遮光膜及び前記裏面遮光膜は、それぞれ、高屈折率材料と低屈折率材料とが交互に複数積層されてなり、前記高屈折率材料は、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、及びＴａ2Ｏ5のうち少なくとも１つを含んでおり、前記低屈折率材料は、ＳｉＯ2、及びＭｇＦ2のうち少なくとも１つを含んでいることとする。
このような構成によると、高屈折率材料と低屈折率材料との屈折率の差によって光を遮光する領域を広く設計することができるので、可視光領域の光の遮光効果を高めることができる。
上記可視光カットフィルタであって、前記表面遮光膜及び前記裏面遮光膜は、電子ビーム蒸着又はイオンビームアシスト蒸着によって成膜されたこととする。
このような構成によると、電子ビーム蒸着によって表面遮光膜及び裏面遮光膜を成膜した場合は、比較的低コストで成膜することができ、イオンビームアシスト蒸着によって表面遮光膜及び裏面遮光膜を成膜した場合は、比較的密着性、緻密性の高い膜を成膜することができる。
本発明によれば、可視光領域のリップルを抑制することができる可視光カットフィルタを提供できる。
本発明に係る可視光カットフィルタを用いた撮像デバイスの概略構成図である。 本発明に係る第１実施形態の可視光カットフィルタを示す概略模式図である。 本発明に係る第１実施形態の可視光カットフィルタにおける表面遮光膜の各層の構成を示す表である。 本発明に係る第１実施形態の可視光カットフィルタにおける表面遮光膜の透過率特性を示すグラフであって、（ａ）は、短波長遮光多層膜の透過率特性を示すグラフ、（ｂ）は、長波長遮光多層膜の透過率特性を示すグラフである。 本発明に係る第１実施形態の可視光カットフィルタにおける表面遮光膜の透過率特性を示すグラフであって、（ａ）は、透過率の範囲を０〜１００％としたグラフ、（ｂ）は、透過率の範囲を０〜５％としたグラフである。 本発明に係る第１実施形態の可視光カットフィルタにおける裏面遮光膜の各層の構成を示す表である。 本発明に係る第１実施形態の可視光カットフィルタにおける裏面遮光膜の透過率特性を示すグラフであって、（ａ）は、短波長遮光多層膜の透過率特性を示すグラフ、（ｂ）は、長波長遮光多層膜の透過率特性を示すグラフである。 本発明に係る第１実施形態の可視光カットフィルタにおける裏面遮光膜の透過率特性を示すグラフであって、（ａ）は、透過率の範囲を０〜１００％としたグラフ、（ｂ）は、透過率の範囲を０〜５％としたグラフである。 本発明に係る第１実施形態の可視光カットフィルタの透過率特性を示すグラフであって、（ａ）は、透過率の範囲を０〜１００％としたグラフ、（ｂ）は、透過率の範囲を０〜５％としたグラフである。 本発明に係る第２実施形態の可視光カットフィルタを示す概略模式図である。 本発明に係る第２実施形態の可視光カットフィルタにおける表面遮光膜の各層の構成を示す表である。 本発明に係る第２実施形態の可視光カットフィルタにおける表面遮光膜の透過率特性を示すグラフであって、（ａ）は、短波長遮光多層膜の透過率特性を示すグラフ、（ｂ）は、中間波長遮光多層膜の透過率特性を示すグラフ、（ｃ）は、長波長遮光多層膜の透過率特性を示すグラフである。 本発明に係る第２実施形態の可視光カットフィルタにおける表面遮光膜の透過率特性を示すグラフであって、（ａ）は、透過率の範囲を０〜１００％としたグラフ、（ｂ）は、透過率の範囲を０〜５％としたグラフである。 本発明に係る第２実施形態の可視光カットフィルタにおける裏面遮光膜の各層の構成を示す表である。 本発明に係る第２実施形態の可視光カットフィルタにおける裏面遮光膜の透過率特性を示すグラフであって、（ａ）は、短波長遮光多層膜の透過率特性を示すグラフ、（ｂ）は、中間波長遮光多層膜の透過率特性を示すグラフ、（ｃ）は、長波長遮光多層膜の透過率特性を示すグラフである。 本発明に係る第２実施形態の可視光カットフィルタにおける裏面遮光膜の透過率特性を示すグラフであって、（ａ）は、透過率の範囲を０〜１００％としたグラフ、（ｂ）は、透過率の範囲を０〜５％としたグラフである。 本発明に係る第２実施形態の可視光カットフィルタの透過率特性を示すグラフであって、（ａ）は、透過率の範囲を０〜１００％としたグラフ、（ｂ）は、透過率の範囲を０〜５％としたグラフである。 本発明に係る第２実施形態の可視光カットフィルタにおける裏面遮光膜の変形例の各層の構成を示す表である。 本発明に係る第２実施形態の可視光カットフィルタにおける裏面遮光膜の変形例の透過率特性を示すグラフであって、（ａ）は、短波長遮光多層膜の透過率特性を示すグラフ、（ｂ）は、中間波長遮光多層膜の透過率特性を示すグラフ、（ｃ）は、長波長遮光多層膜の透過率特性を示すグラフである。 本発明に係る第２実施形態の可視光カットフィルタにおける裏面遮光膜の変形例の透過率特性を示すグラフであって、（ａ）は、透過率の範囲を０〜１００％としたグラフ、（ｂ）は、透過率の範囲を０〜５％としたグラフである。 本発明に係る第２実施形態の可視光カットフィルタの変形例の透過率特性を示すグラフであって、（ａ）は、透過率の範囲を０〜１００％としたグラフ、（ｂ）は、透過率の範囲を０〜５％としたグラフである。 本発明に係る第３実施形態の可視光カットフィルタを示す概略模式図である。 本発明に係る第３実施形態の可視光カットフィルタにおける表面遮光膜の各層の構成を示す表である。 本発明に係る第３実施形態の可視光カットフィルタにおける表面遮光膜の透過率特性を示すグラフであって、（ａ）は、短波長遮光多層膜の透過率特性を示すグラフ、（ｂ）は、第１中間波長遮光多層膜の透過率特性を示すグラフ、（ｃ）は、第２中間波長遮光多層膜の透過率特性を示すグラフ、（ｄ）は、長波長遮光多層膜の透過率特性を示すグラフである。 本発明に係る第３実施形態の可視光カットフィルタにおける表面遮光膜の透過率特性を示すグラフであって、（ａ）は、透過率の範囲を０〜１００％としたグラフ、（ｂ）は、透過率の範囲を０〜５％としたグラフである。 本発明に係る第３実施形態の可視光カットフィルタにおける裏面遮光膜の各層の構成を示す表である。 本発明に係る第３実施形態の可視光カットフィルタにおける裏面遮光膜の透過率特性を示すグラフであって、（ａ）は、短波長遮光多層膜の透過率特性を示すグラフ、（ｂ）は、第１中間波長遮光多層膜の透過率特性を示すグラフ、（ｃ）は、第２中間波長遮光多層膜の透過率特性を示すグラフ、（ｄ）は、長波長遮光多層膜の透過率特性を示すグラフである。 本発明に係る第３実施形態の可視光カットフィルタにおける裏面遮光膜の透過率特性を示すグラフであって、（ａ）は、透過率の範囲を０〜１００％としたグラフ、（ｂ）は、透過率の範囲を０〜５％としたグラフである。 本発明に係る第３実施形態の可視光カットフィルタの透過率特性を示すグラフであって、（ａ）は、透過率の範囲を０〜１００％としたグラフ、（ｂ）は、透過率の範囲を０〜５％としたグラフである。 本発明に係る他の実施形態の可視光カットフィルタを示す概略模式図である。
以下、本発明に係る可視光カットフィルタの実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明において、可視光領域とは、光の波長が約４００ｎｍ以上、約７００ｎｍ未満までの領域を指し、より好ましくは、光の波長が４００ｎｍ以上、約６００ｎｍ以下までの領域とする。また、近赤外領域とは、光の波長が約７００ｎｍ以上、約１１００ｎｍ以下までの領域を指すものとする。
図１は、可視光カットフィルタを用いた撮像デバイスの概略構成図である。
本発明に係る可視光カットフィルタ１０（１１、１２、１３、１４）は、レンズ８０によって集光された光について垂直入射させた場合に、可視光領域を遮光するとともに近赤外領域に透過帯を有しており、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子９０に透過光を照射させるための可視光カットフィルタ１０（１１、１２、１３、１４）であって、透光性基板２０と、表面遮光膜Ｆと、裏面遮光膜Ｒと、を備えている（図１及び後述する図２、１０、２２、３０参照）。
そして、表面遮光膜Ｆ及び裏面遮光膜Ｒの各々は、可視光領域を複数の領域に区画したときに、各領域の光を遮光させる遮光膜が積層された構成である。
以下、本発明に係る可視光カットフィルタの４つの実施形態について、説明する。
−第１実施形態−
本発明に係る可視光カットフィルタ１１の第１実施形態について図２〜図９を参照しながら説明する。
図２は、可視光カットフィルタを示す概略模式図、図３は、可視光カットフィルタにおける表面遮光膜の各層の構成を示す表、図４は、可視光カットフィルタにおける表面遮光膜の透過率特性を示すグラフであって、（ａ）は、短波長遮光多層膜の透過率特性を示すグラフ、（ｂ）は、長波長遮光多層膜の透過率特性を示すグラフ、図５は、可視光カットフィルタにおける表面遮光膜の透過率特性を示すグラフであって、（ａ）は、透過率の範囲を０〜１００％としたグラフ、（ｂ）は、透過率の範囲を０〜５％としたグラフ、図６は、可視光カットフィルタにおける裏面遮光膜の各層の構成を示す表、図７は、可視光カットフィルタにおける裏面遮光膜の透過率特性を示すグラフであって、（ａ）は、短波長遮光多層膜の透過率特性を示すグラフ、（ｂ）は長波長遮光多層膜の透過率特性を示すグラフ、図８は、可視光カットフィルタにおける裏面遮光膜の透過率特性を示すグラフであって、（ａ）は、透過率の範囲を０〜１００％としたグラフ、（ｂ）は、透過率の範囲を０〜５％としたグラフ、図９は、可視光カットフィルタの透過率特性を示すグラフであって、（ａ）は、透過率の範囲を０〜１００％としたグラフ、（ｂ）は、透過率の範囲を０〜５％としたグラフである。
本実施形態に係る可視光カットフィルタ１１は、透光性基板２０と、表面遮光膜Ｆと、裏面遮光膜Ｒと、を備えている。以下、各構成について詳述し、その後に可視光カットフィルタ１１の作用効果を説明する。
・透光性基板
透光性基板２０は、本実施形態では水晶板である。なお、透光性基板２０は水晶板に限られるものではなく、光を透過可能な基板であれば、例えばガラス板であってもよい。また、単板の水晶板、例えば複屈折板であってもよく、複数枚からなる複屈折板であってもよい。また、水晶板とガラス板を組み合わせてもよい。
・表面遮光膜
表面遮光膜Ｆは、透光性基板２０の表面に成膜され、少なくとも可視光領域の光を遮光するものであって、短波長遮光多層膜４１と、長波長遮光多層膜５１とを備えている。
短波長遮光多層膜４１は、透光性基板２０の表面上に形成され、高屈折率膜４１ＨであるＴｉＯ2と低屈折率膜４１ＬであるＳｉＯ2とが、交互に１０層ずつ、合計で２０層積層されている（図２及び図３参照）。すなわち、透光性基板２０側から数えて奇数番目の層が高屈折率膜４１Ｈであり、偶数番目の層が低屈折率膜４１Ｌである。
なお、図３中の光学膜厚は、下記の数式１によって算出される数値である。
［数式１］
Ｎｄ＝λ／４（Ｎｄ：光学膜厚、λ：中心波長）
また、図３中の中心波長は、光学膜厚の値が１であるときの、光を遮光させる遮光領域の中心の波長である。光学膜厚の値が１より小さい場合は、中心波長の値よりも短波長側に遮光領域の中心の波長がシフトする。一方で、光学膜厚の値が１よりも大きい場合は、中心波長の値よりも長波長側に遮光領域の中心の波長がシフトする。
本実施形態の表面遮光膜Ｆでは、中心波長が６００ｎｍとされており（図３参照）、上述した数式１から、短波長遮光多層膜４１（図３における１〜２０層目）の光学膜厚の平均値が０．７２と算出される。したがって、当該短波長遮光多層膜４１のフィルタ特性は、中心波長である６００ｎｍから短波長側に遮光領域の中心の波長がシフトしており、図４（ａ）のグラフによれば、遮光領域の中心の波長が、中心波長の値である６００ｎｍよりも短波長側にシフトするとともに、約４００〜５２０ｎｍの波長領域の光を遮光している。
長波長遮光多層膜５１は、短波長遮光多層膜４１上に形成され、高屈折率膜５１ＨであるＴｉＯ2と低屈折率膜５１ＬであるＳｉＯ2とが交互に１０層ずつ、合計で２０層積層されている（図２及び図３参照）。
本実施形態の表面遮光膜Ｆでは、中心波長が６００ｎｍとされており（図３参照）、上述した数式１から、長波長遮光多層膜５１（図３における２１〜４０層目）の光学膜厚の平均値が１．０１と算出される。したがって、当該長波長遮光多層膜５１のフィルタ特性は、遮光領域の中心が中心波長である６００ｎｍと略一致しており、図４（ｂ）のグラフによれば、遮光領域の中心の波長が略６００ｎｍであって、約５２０〜６８０ｎｍの波長領域の光を遮光している。
以上、説明したとおり、本実施形態の表面遮光膜Ｆによれば、短波長遮光多層膜４１と、長波長遮光多層膜５１と、を備えているので、両遮光膜のフィルタ特性を重ね合わせることにより、可視光領域の光を遮光するフィルタ特性が得られる（図５（ａ）及び（ｂ））。すなわち、図５（ａ）のグラフによれば、光を垂直入射させた場合、透過率を５０％としたときの光の波長が７００ｎｍであるとともに、光の波長が７００ｎｍよりも短波長側の光を遮光したフィルタ特性が得られる（図５（ａ）の実線のグラフ）。
なお、図５（ａ）及び（ｂ）のグラフにおいて、実線で示されたグラフは、可視光カットフィルタ１１に垂直に光を入射させたときのグラフであり、破線で示されたグラフは、可視光カットフィルタ１１に光を斜入射（光の入射角は４０°）させたときのグラフである。
・裏面遮光膜
裏面遮光膜Ｒは、透光性基板２０の裏面に成膜され、少なくとも可視光領域の光を遮光するものであって、短波長遮光多層膜４２と、長波長遮光多層膜５２とを備えている。
短波長遮光多層膜４２は、透光性基板２０の裏面上に形成され、高屈折率膜４２ＨであるＴｉＯ2と低屈折率膜４２ＬであるＳｉＯ2とが交互に１０層ずつ、合計で２０層積層されている（図２及び図６参照）。
本実施形態の裏面遮光膜Ｒでは、中心波長が６０４ｎｍとされており（図６参照）、上述した数式１から、短波長遮光多層膜４２（図６における１〜２０層目）の光学膜厚の平均値が０．７２と算出される。したがって、当該短波長遮光多層膜４２のフィルタ特性は、中心波長である６０４ｎｍから短波長側に遮光領域の中心の波長がシフトしており、図７（ａ）のグラフによれば、遮光領域の中心の波長が、中心波長の値である６０４ｎｍよりも短波長側にシフトするとともに、約４００〜５２０ｎｍの波長の光を遮光している。
長波長遮光多層膜５２は、短波長遮光多層膜４２上に形成され、高屈折率膜５２ＨであるＴｉＯ2と低屈折率膜５２ＬであるＳｉＯ2とが交互に１０層ずつ、合計で２０層積層されている（図２及び図６参照）。
本実施形態の裏面遮光膜Ｒでは、中心波長が６０４ｎｍとされており（図６参照）、上述した数式１から、長波長遮光多層膜５２（図６における２１〜４０層目）の光学膜厚の平均値が１．０１と算出される。したがって、当該長波長遮光多層膜５２のフィルタ特性は、遮光領域の中心が、中心波長である６０４ｎｍと略一致しており、図７（ｂ）のグラフによれば、遮光領域の中心の波長が約６０４ｎｍであって、約５２０〜６８０ｎｍの波長領域の光を遮光している。
以上、説明したとおり、本実施形態の裏面遮光膜Ｒによれば、短波長遮光多層膜４２と、長波長遮光多層膜５２と、を備えているので、両遮光膜のフィルタ特性を重ね合わせることにより、可視光領域の光を遮光するフィルタ特性が得られる（図８（ａ）及び（ｂ））。すなわち、図８（ａ）のグラフによれば、光を垂直入射させた場合、透過率を５０％としたときの光の波長が７０５ｎｍであるとともに、光の波長が７０５ｎｍよりも短波長側の光を遮光したフィルタ特性が得られる（図８（ａ）の実線のグラフ）。
・本実施形態の作用効果
本実施形態では、透光性基板２０の表面に、透過率が５０％であるときの光の波長が７００ｎｍである表面遮光膜Ｆが形成され、透光性基板２０の裏面に、透過率が５０％であるときの光の波長が７０５ｎｍである裏面遮光膜Ｒが形成されている（表面遮光膜Ｆと裏面遮光膜Ｒとの波長差は５ｎｍ）。これら表面遮光膜Ｆと裏面遮光膜Ｒとを組み合わせることにより、表面遮光膜Ｆの可視光領域に発生するリップルと裏面遮光膜Ｒの可視光領域に発生されたリップルとが打ち消されるように減衰するので、リップルを抑制することができる。
具体的には、図５（ｂ）の表面遮光膜Ｆのフィルタ特性では、光を垂直入射させた場合に、透過率１％を超えるリップル（フィルタ特性の脈打ち）が、波長４００ｎｍ付近及び、波長５００〜５５０ｎｍの間で確認され（図５（ｂ）の実線のグラフ）、図８（ｂ）の裏面遮光膜Ｒのフィルタ特性では、光を垂直入射させた場合に、透過率１％を超えるリップル（フィルタ特性の脈打ち）が、波長４００ｎｍ付近及び、波長５００〜５５０ｎｍの間で確認されている（図８（ｂ）の実線のグラフ）。しかしながら、これら表面遮光膜Ｆと裏面遮光膜Ｒとを組み合わせた本発明に係る可視光カットフィルタ１１のフィルタ特性では、波長４００〜６８０ｎｍの間でリップルは抑制されている（図９（ｂ）の実線のグラフ）。
さらに、可視光カットフィルタ１１に斜入射（光の入射角は４０°）させた場合であっても、波長４００〜６００ｎｍの間でリップルは抑制されている（図９（ｂ）の破線のグラフ）。
以上により、本実施形態によれば、少なくとも、短波長遮光多層膜４１、４２及び長波長遮光多層膜５１、５２を組み合わせることにより、短波長遮光多層膜４１、４２によって光を遮光させる領域、長波長遮光多層膜５１、５２によって光を遮光させる領域が重なり合うので、可視光領域の光の透過率を低減させることができる。
また、本実施形態では、表面遮光膜Ｆの透過率を５０％とする光の波長と、裏面遮光膜Ｒの透過率を５０％とする光の波長との波長差が、少なくとも５ｎｍであるので、これら表面遮光膜Ｆのフィルタ特性と裏面遮光膜Ｒのフィルタ特性とを重ね合わせることによって、可視光領域におけるリップルがより減衰し、光の透過率を低減させることができる。
なお、本実施形態では、表面遮光膜Ｆ及び裏面遮光膜Ｒの層数を４０層として説明したが、この例に限られず、表面遮光膜Ｆ及び裏面遮光膜Ｒの層数を４０層より少なくてもよいし、多くてもよい。また、表面遮光膜Ｆの層数と裏面遮光膜Ｒの層数とを同じ層数として説明したが、この例に限られず、表面遮光膜Ｆの層数と裏面遮光膜Ｒの層数とが異なっていてもよい。
また、本実施形態では、透光性基板２０の表面を、透過率が５０％であるときの光の波長が７００ｎｍである遮光膜とし、透光性基板２０の裏面を、透過率が５０％であるときの光の波長が７０５ｎｍである遮光膜としたが、この例に限られず、透光性基板２０の表面を、透過率が５０％であるときの光の波長が７０５ｎｍである遮光膜とし、透光性基板２０の裏面を、透過率が５０％であるときの光の波長が７００ｎｍである遮光膜としてもよい。
ところで、本実施形態の可視光カットフィルタ１１は、１枚の水晶板から複数個製造されるので、各可視光カットフィルタに製造バラツキが生じる。そこで、可視光カットフィルタ１１の製造時には、製造バラツキを考慮して、表面遮光膜Ｆの透過率を５０％とする光の波長と裏面遮光膜Ｒの透過率を５０％とする光の波長との波長差を２０ｎｍとすることが好ましい。このように波長差を設定することにより、製造バラツキを考慮しても、表面遮光膜Ｆの透過率を５０％とする光の波長と、裏面遮光膜Ｒの透過率を５０％とする光の波長との波長差を、少なくとも５ｎｍとすることができる。
−第２実施形態−
次に、第２実施形態について、図１０〜１７を参照しながら説明する。本実施形態は、上述した第１実施形態と、表面遮光膜Ｆと裏面遮光膜Ｒにおける可視光領域の区画数が異なるものであるので、以下、その相違点に関する事項についてのみ説明し、同一の構成要素については、同一符号を付してその説明を省略する。
図１０は、可視光カットフィルタを示す概略模式図、図１１は、可視光カットフィルタにおける表面遮光膜の各層の構成を示す表、図１２は、可視光カットフィルタにおける表面遮光膜の透過率特性を示すグラフであって、（ａ）は、短波長遮光多層膜の透過率特性を示すグラフ、（ｂ）は、中間波長遮光多層膜の透過率特性を示すグラフ、（ｃ）は、長波長遮光多層膜の透過率特性を示すグラフ、図１３は、可視光カットフィルタにおける表面遮光膜の透過率特性を示すグラフであって、（ａ）は、透過率の範囲を０〜１００％としたグラフ、（ｂ）は、透過率の範囲を０〜５％としたグラフ、図１４は、可視光カットフィルタにおける裏面遮光膜の各層の構成を示す表、図１５は、可視光カットフィルタにおける裏面遮光膜の透過率特性を示すグラフであって、（ａ）は、短波長遮光多層膜の透過率特性を示すグラフ、（ｂ）は、中間波長遮光多層膜の透過率特性を示すグラフ、（ｃ）は、長波長遮光多層膜の透過率特性を示すグラフ、図１６は、可視光カットフィルタにおける裏面遮光膜の透過率特性を示すグラフであって、（ａ）は、透過率の範囲を０〜１００％としたグラフ、（ｂ）は、透過率の範囲を０〜５％としたグラフ、図１７は、可視光カットフィルタの透過率特性を示すグラフであって、（ａ）は、透過率の範囲を０〜１００％としたグラフ、（ｂ）は、透過率の範囲を０〜５％としたグラフである。
・表面遮光膜
表面遮光膜Ｆは、透光性基板２０の表面に成膜され、短波長遮光多層膜４１と、中間波長遮光多層膜６１と、長波長遮光多層膜５１とを備えている（図１０参照）。
短波長遮光多層膜４１は、透光性基板２０の表面上に形成され、高屈折率膜４１ＨであるＴｉＯ2と低屈折率膜４１ＬであるＳｉＯ2とが、交互に８層ずつ、合計で１６層積層されている（図１０及び図１１参照）。
本実施形態の表面遮光膜Ｆでは、中心波長が６４４ｎｍとされており（図１１参照）、上述した数式１から、短波長遮光多層膜４１（図１１における１〜１６層目）の光学膜厚の平均値が０．５８と算出される。したがって、当該短波長遮光多層膜４１のフィルタ特性は、中心波長である６４４ｎｍから短波長側に遮光領域の中心の波長がシフトしており、図１２（ａ）のグラフによれば、遮光領域の中心の波長が、中心波長の値である６４４ｎｍよりも短波長側にシフトするとともに、約４００〜４８０ｎｍの波長領域の光を遮光している。
中間波長遮光多層膜６１は、短波長遮光多層膜４１上に形成され、高屈折率膜６１ＨであるＴｉＯ2と低屈折率膜６１ＬであるＳｉＯ2とが交互に８層ずつ、合計で１６層積層されている（図１０及び図１１参照）。
本実施形態の表面遮光膜Ｆでは、中心波長が６４４ｎｍとされており（図１１参照）、上述した数式１から、中間波長遮光多層膜６１（図１１における１７〜３２層目）の光学膜厚の平均値が０．７２と算出される。したがって、当該中間波長遮光多層膜６１のフィルタ特性は、中心波長である６４４ｎｍから短波長側に遮光領域の中心の波長がシフトしており、図１２（ｂ）のグラフによれば、遮光領域の中心の波長が、中心波長の値である６４４ｎｍよりも短波長側にシフトするとともに、約４４０〜５４０ｎｍの波長領域の光を遮光している。
長波長遮光多層膜５１は、中間波長遮光多層膜６１上に形成され、高屈折率膜５１ＨであるＴｉＯ2と低屈折率膜５１ＬであるＳｉＯ2とが交互に８層ずつ、合計で１６層積層されている（図１０及び図１１参照）。
本実施形態の表面遮光膜Ｆでは、中心波長が６４４ｎｍとされており、上述した数式１から、長波長遮光多層膜５１（図１１における３３〜４８層目）の光学膜厚の平均値が０．８５と算出される。したがって、当該長波長遮光多層膜５１のフィルタ特性は、中心波長である６４４ｎｍから短波長側に遮光領域の中心の波長がシフトしており、図１２（ｃ）のグラフによれば、遮光領域の中心の波長が、中心波長の値である６４４ｎｍよりも短波長側にシフトするとともに、約５２０〜６５０ｎｍの波長領域の光を遮光している。
以上、説明したとおり、本実施形態の表面遮光膜Ｆによれば、短波長遮光多層膜４１と、中間波長遮光多層膜６１と、長波長遮光多層膜５１と、を備えているので、各遮光膜のフィルタ特性を重ね合わせることにより、可視光領域の光を遮光するフィルタ特性が得られる（図１３（ａ）及び（ｂ））。すなわち、図１３（ａ）のグラフによれば、光を垂直入射させた場合、透過率を５０％としたときの光の波長が７００ｎｍであるとともに、光の波長が７００ｎｍよりも短波長側の光を遮光したフィルタ特性が得られる（図１３（ａ）の実線のグラフ）。
なお、図１３（ａ）及び（ｂ）のグラフにおいて、実線で示されたグラフは、可視光カットフィルタ１２に垂直に光を入射させたときのグラフであり、破線で示されたグラフは、可視光カットフィルタ１２に光を斜入射（光の入射角は４０°）させたときのグラフである。
・裏面遮光膜
裏面遮光膜Ｒは、透光性基板２０の裏面に成膜され、少なくとも可視光領域の光を遮光するものであって、短波長遮光多層膜４２と、中間波長遮光多層膜６２と、長波長遮光多層膜５２とを備えている（図１０及び図１４参照）。
短波長遮光多層膜４２は、透光性基板２０の裏面上に形成され、高屈折率膜４２ＨであるＴｉＯ2と低屈折率膜４２ＬであるＳｉＯ2とが交互に８層ずつ、合計で１６層積層されている（図１０及び図１４参照）。
本実施形態の裏面遮光膜Ｒでは、中心波長が６４９ｎｍとされており（図１４参照）、上述した数式１から、短波長遮光多層膜４２（図１４における１〜１６層目）の光学膜厚の平均値が０．５８と算出される。したがって、当該短波長遮光多層膜４２のフィルタ特性は、中心波長である６４９ｎｍから短波長側に遮光領域の中心の波長がシフトしており、図１５（ａ）のグラフによれば、遮光領域の中心の波長が、中心波長の値である６４９ｎｍよりも短波長側にシフトするとともに、約４００〜４８０ｎｍの波長の光を遮光している。
中間波長遮光多層膜６２は、短波長遮光多層膜４２上に形成され、高屈折率膜６２ＨであるＴｉＯ2と低屈折率膜６２ＬであるＳｉＯ2とが交互に８層ずつ、合計で１６層積層されている（図１０及び図１４参照）。
本実施形態の裏面遮光膜Ｒでは、中心波長が６４９ｎｍとされており（図１４参照）、上述した数式１から、中間波長遮光多層膜６２（図１４における１７〜３２層目）の光学膜厚の平均値が０．７２と算出される。したがって、当該中間波長遮光多層膜６２のフィルタ特性は、図１５（ｂ）のグラフによれば、遮光領域の中心の波長が、中心波長の値である６４９ｎｍよりも短波長側にシフトするとともに、約４４０〜５５０ｎｍの波長の光を遮光している。
長波長遮光多層膜５２は、中間波長遮光多層膜６２上に形成され、高屈折率膜５２ＨであるＴｉＯ2と低屈折率膜５２ＬであるＳｉＯ2とが交互に８層ずつ、合計で１６層積層されている（図１０及び図１４参照）。
本実施形態の裏面遮光膜Ｒでは、中心波長が６４９ｎｍとされており（図１４参照）、上述した数式１から、長波長遮光多層膜５２（図１４における３３〜４８層目）の光学膜厚の平均値が０．８５と算出される。したがって、当該長波長遮光多層膜５２のフィルタ特性は、図１５（ｃ）のグラフによれば、遮光領域の中心の波長が、中心波長の値である６４９ｎｍよりも短波長側にシフトするとともに、約５２０〜６６０ｎｍの波長の光を遮光している。
以上、説明したとおり、本実施形態の裏面遮光膜Ｒによれば、短波長遮光多層膜４２と、中間波長遮光多層膜６２と、長波長遮光多層膜５２と、を備えているので、各遮光膜のフィルタ特性を重ね合わせることにより、可視光領域の光を遮光するフィルタ特性が得られる（図１６（ａ）及び（ｂ））。すなわち、図１６（ａ）のグラフによれば、光を垂直入射させた場合、透過率を５０％としたときの光の波長が７０５ｎｍであるとともに、光の波長が７０５ｎｍよりも短波長側の光を遮光したフィルタ特性が得られる（図１６（ａ）の実線のグラフ）。
・本実施形態の作用効果
本実施形態では、透光性基板２０の表面に、透過率が５０％であるときの光の波長が７００ｎｍである表面遮光膜Ｆが形成され、透光性基板２０の裏面に、透過率が５０％であるときの光の波長が７０５ｎｍである裏面遮光膜Ｒが形成されている（表面遮光膜Ｆと裏面遮光膜Ｒとの波長差は５ｎｍ）。これら表面遮光膜Ｆと裏面遮光膜Ｒとを組み合わせることにより、表面遮光膜Ｆの可視光領域に発生するリップルと裏面遮光膜Ｒの可視光領域に発生されたリップルとが打ち消されるように減衰するので、リップルを抑制することができる。
具体的には、図１３（ｂ）の表面遮光膜Ｆのフィルタ特性では、光を斜入射させたときに、透過率１％を超えるリップル（フィルタ特性の脈打ち）が、波長４６０〜５００ｎｍの間で確認され（図１３（ｂ）の破線のグラフ）、図１６（ｂ）の裏面遮光膜Ｒのフィルタ特性では、光を斜入射させたときに、透過率１％を超えるリップルが、波長４００ｎｍ付近及び、波長４７０〜５２０ｎｍの間で確認されている（図１６（ｂ）の破線のグラフ）。しかしながら、これら表面遮光膜Ｆと裏面遮光膜Ｒとを組み合わせた本発明に係る可視光カットフィルタ１２のフィルタ特性（図１７（ｂ）の破線のグラフ）では、波長４００〜６００ｎｍの間でリップルは抑制されている。
以上により、本実施形態によれば、少なくとも、短波長遮光多層膜４１、４２、中間波長遮光多層膜６１、６２及び長波長遮光多層膜５１、５２を組み合わせることにより、短波長遮光多層膜４１、４２によって光を遮光させる領域、中間波長遮光多層膜６１、６２によって光を遮光させる領域、長波長遮光多層膜５１、５２によって光を遮光させる領域が重なり合うので、可視光領域の光の透過率を低減させることができる。
また、本実施形態では、表面遮光膜Ｆの透過率を５０％とする光の波長と、裏面遮光膜Ｒの透過率を５０％とする光の波長との波長差が、少なくとも５ｎｍであるので、これら表面遮光膜Ｆのフィルタ特性と裏面遮光膜Ｒのフィルタ特性とを重ね合わせることによって、可視光領域におけるリップルがより減衰し、光の透過率を低減させることができる。
なお、本実施形態では、表面遮光膜Ｆ及び裏面遮光膜Ｒの層数を４８層として説明したが、この例に限られず、表面遮光膜Ｆ及び裏面遮光膜Ｒの層数を４８層より少なくてもよいし、多くてもよい。また、表面遮光膜Ｆの層数と裏面遮光膜Ｒの層数とを同じ層数として説明したが、この例に限られず、表面遮光膜Ｆの層数と裏面遮光膜Ｒの層数とが異なっていてもよい。
−第２実施形態の変形例−
次に、第２実施形態の変形例について、図１８〜２１を参照しながら説明する。当該変形例は、裏面遮光膜の構成が異なるだけであるから、以下、その相違点に関する事項について説明し、同一の構成要素については、同一符号を付してその説明を省略する。
図１８は、可視光カットフィルタにおける裏面遮光膜の変形例の各層の構成を示す表、図１９は、可視光カットフィルタにおける裏面遮光膜の変形例の透過率特性を示すグラフであって、（ａ）は、短波長遮光多層膜の透過率特性を示すグラフ、（ｂ）は、中間波長遮光多層膜の透過率特性を示すグラフ、（ｃ）は、長波長遮光多層膜の透過率特性を示すグラフ、図２０は、可視光カットフィルタにおける裏面遮光膜の変形例の透過率特性を示すグラフであって、（ａ）は、透過率の範囲を０〜１００％としたグラフ、（ｂ）は、透過率の範囲を０〜５％としたグラフ、図２１は、可視光カットフィルタの変形例の透過率特性を示すグラフであって、（ａ）は、透過率の範囲を０〜１００％としたグラフ、（ｂ）は、透過率の範囲を０〜５％としたグラフである。
・裏面遮光膜
裏面遮光膜Ｒは、透光性基板２０の裏面に成膜され、可視光領域の光を遮光するものであって、短波長遮光多層膜４２と、中間波長遮光多層膜６２と、長波長遮光多層膜５２とを備えている（図１０及び図１８参照）。
短波長遮光多層膜４２は、透光性基板２０の裏面上に形成され、高屈折率膜４２ＨであるＴｉＯ2と低屈折率膜４２ＬであるＳｉＯ2とが交互に８層ずつ、合計で１６層積層されている（図１０及び図１８参照）。
本実施形態の裏面遮光膜Ｒでは、中心波長が９２２ｎｍとされており（図１８参照）、上述した数式１から、短波長遮光多層膜４２（図１８における１〜１６層目）の光学膜厚の平均値が０．５８と算出される。したがって、当該短波長遮光多層膜４２のフィルタ特性は、中心波長である９２２ｎｍから短波長側に遮光領域の中心の波長がシフトしており、図１９（ａ）のグラフによれば、遮光領域の中心の波長が、中心波長の値である９２２ｎｍよりも短波長側にシフトするとともに、約５２０〜６５０ｎｍの波長の光を遮光している。
中間波長遮光多層膜６２は、短波長遮光多層膜４２上に形成され、高屈折率膜６２ＨであるＴｉＯ2と低屈折率膜６２ＬであるＳｉＯ2とが交互に８層ずつ、合計で１６層積層されている（図１０及び図１８参照）。
本実施形態の裏面遮光膜Ｒでは、中心波長が９２２ｎｍとされており（図１８参照）、上述した数式１から、中間波長遮光多層膜６２（図１８における１７〜３２層目）の光学膜厚の平均値が０．７２と算出される。したがって、当該中間波長遮光多層膜６２のフィルタ特性は、図１９（ｂ）のグラフによれば、遮光領域の中心の波長が、中心波長の値である９２２ｎｍよりも短波長側にシフトするとともに、約６２０〜７８０ｎｍの波長の光を遮光している。
長波長遮光多層膜５２は、中間波長遮光多層膜６２上に形成され、高屈折率膜５２ＨであるＴｉＯ2と低屈折率膜５２ＬであるＳｉＯ2とが交互に８層ずつ、合計で１６層積層されている（図１０及び図１８参照）。
本実施形態の裏面遮光膜Ｒでは、中心波長が９２２ｎｍとされており（図１８参照）、上述した数式１から、長波長遮光多層膜５２（図１８における３３〜４８層目）の光学膜厚の平均値が０．８５と算出される。したがって、当該長波長遮光多層膜５２のフィルタ特性は、図１９（ｃ）のグラフによれば、遮光領域の中心の波長が、中心波長の値である９２２ｎｍよりも短波長側にシフトするとともに、約７５０〜９１０ｎｍの波長の光を遮光している。
以上、説明したとおり、本実施形態の裏面遮光膜Ｒによれば、短波長遮光多層膜４２と、中間波長遮光多層膜６２と、長波長遮光多層膜５２と、を備えているので、各遮光膜のフィルタ特性を重ね合わせることにより、約５００〜９７０ｎｍの光を遮光するフィルタ特性が得られる（図２０（ａ）及び（ｂ））。すなわち、図２０（ａ）のグラフによれば、光を垂直入射させた場合、透過率を５０％としたときの光の波長が１０００ｎｍであるフィルタ特性が得られる（図２０（ａ）の実線のグラフ）。
なお、図２０（ａ）及び（ｂ）のグラフにおいて、実線で示されたグラフは、可視光カットフィルタ１２に垂直に光を入射させたときのグラフであり、破線で示されたグラフは、可視光カットフィルタ１２に光を斜入射（光の入射角は４０°）させたときのグラフである。
・本実施形態の作用効果
本実施形態では、透光性基板２０の表面に、透過率が５０％であるときの光の波長は７００ｎｍである表面遮光膜Ｆが形成され、透光性基板２０の裏面に、透過率が５０％であるときの光の波長は１０００ｎｍである裏面遮光膜Ｒが形成されている（表面遮光膜Ｆと裏面遮光膜Ｒとの波長差は３００ｎｍ）。これら表面遮光膜Ｆと裏面遮光膜Ｒとを組み合わせることにより、表面遮光膜Ｆの可視光領域に発生するリップルと裏面遮光膜Ｒの可視光領域に発生されたリップルとが打ち消されるように減衰するので、リップルを抑制することができる。
具体的には、図１３（ｂ）の表面遮光膜Ｆのフィルタ特性では、光を斜入射させたときに、透過率１％を超えるリップル（フィルタ特性の脈打ち）が、波長４５０〜５００ｎｍで確認され（図１３（ｂ）の破線のグラフ）、図２０（ｂ）の裏面遮光膜Ｒのフィルタ特性では、光を斜入射させたときに、透過率１％を超えるリップル（フィルタ特性の脈打ち）が、波長４００〜７００ｎｍまでの領域で多数確認されている（図２０（ｂ）の破線のグラフ）。しかしながら、これら表面遮光膜Ｆと裏面遮光膜Ｒとを組み合わせた本発明に係る可視光カットフィルタ１２のフィルタ特性（図２１（ｂ）の破線のグラフ）では、波長４００〜６００ｎｍの間でリップルは抑制されている。
以上により、本実施形態によれば、少なくとも、短波長遮光多層膜４１、４２、中間波長遮光多層膜６１、６２、及び長波長遮光多層膜５１、５２を組み合わせることにより、短波長遮光多層膜４１、４２によって光を遮光させる領域、中間波長遮光多層膜６１、６２によって光を遮光させる領域、長波長遮光多層膜５１、５２によって光を遮光させる領域が重なり合うので、可視光領域の光の透過率を低減させることができる。
また、本実施形態では、表面遮光膜Ｆの透過率を５０％とする光の波長と、裏面遮光膜Ｒの透過率を５０％とする光の波長との波長差が、３００ｎｍであっても、これら表面遮光膜Ｆのフィルタ特性と裏面遮光膜Ｒのフィルタ特性とを重ね合わせることによって、可視光領域におけるリップルがより減衰し、光の透過率を低減させることができる。
すなわち、上述した第２実施形態及び第２実施形態の変形例によれば、表面遮光膜Ｆの透過率を５０％とする光の波長と、裏面遮光膜Ｒの透過率を５０％とする光の波長との波長差が、５〜３００ｎｍの間であれば、可視光領域におけるリップルがより減衰し、光の透過率を低減させることができる結果が得られた。
−第３実施形態−
次に、第３実施形態について、図２２〜２９を参照しながら説明する。本実施形態は、上述した第１実施形態と、表面遮光膜Ｆと裏面遮光膜Ｒにおける可視光領域の区画数が異なるものであるので、以下、その相違点に関する事項についてのみ説明し、同一の構成要素については、同一符号を付してその説明を省略する。
図２２は、可視光カットフィルタを示す概略模式図、図２３は、可視光カットフィルタにおける表面遮光膜の各層の構成を示す表、図２４は、可視光カットフィルタにおける表面遮光膜の透過率特性を示すグラフであって、（ａ）は、短波長遮光多層膜の透過率特性を示すグラフ、（ｂ）は、第１中間波長遮光多層膜の透過率特性を示すグラフ、（ｃ）は、第２中間波長遮光多層膜の透過率特性を示すグラフ、（ｄ）は、長波長遮光多層膜の透過率特性を示すグラフ、図２５は、可視光カットフィルタにおける表面遮光膜の透過率特性を示すグラフであって、（ａ）は、透過率の範囲を０〜１００％としたグラフ、（ｂ）は、透過率の範囲を０〜５％としたグラフ、図２６は、可視光カットフィルタにおける裏面遮光膜の各層の構成を示す表、図２７は、可視光カットフィルタにおける裏面遮光膜の透過率特性を示すグラフであって、（ａ）は、短波長遮光多層膜の透過率特性を示すグラフ、（ｂ）は、第１中間波長遮光多層膜の透過率特性を示すグラフ、（ｃ）は、第２中間波長遮光多層膜の透過率特性を示すグラフ、（ｄ）は、長波長遮光多層膜の透過率特性を示すグラフ、図２８は、可視光カットフィルタにおける裏面遮光膜の透過率特性を示すグラフであって、（ａ）は、透過率の範囲を０〜１００％としたグラフ、（ｂ）は、透過率の範囲を０〜５％としたグラフ、図２９は、可視光カットフィルタの透過率特性を示すグラフであって、（ａ）は、透過率の範囲を０〜１００％としたグラフ、（ｂ）は、透過率の範囲を０〜５％としたグラフである。
・表面遮光膜
表面遮光膜Ｆは、透光性基板２０の表面に成膜され、短波長遮光多層膜４１と、第１中間波長遮光多層膜６３と、第２中間波長遮光多層膜６５と、長波長遮光多層膜５１と、を備えている（図２２及び図２３参照）。
短波長遮光多層膜４１は、透光性基板２０の表面上に形成され、高屈折率膜４１ＨであるＴｉＯ2と低屈折率膜４１ＬであるＳｉＯ2とが、交互に８層ずつ、合計で１６層積層されている（図２２及び図２３参照）。
本実施形態の表面遮光膜Ｆでは、中心波長が６２８ｎｍとされており（図２３参照）、上述した数式１から、短波長遮光多層膜４１（図２３における１〜１６層目）の光学膜厚の平均値が０．４７と算出される。したがって、当該短波長遮光多層膜４１のフィルタ特性は、中心波長である６２８ｎｍから短波長側に遮光領域の中心の波長がシフトしており、図２４（ａ）のグラフによれば、遮光領域の中心の波長が、中心波長の値である６２８ｎｍよりも短波長側にシフトするとともに、約３５０〜３８０ｎｍの波長領域の光を遮光している。
第１中間波長遮光多層膜６３は、短波長遮光多層膜４１上に形成され、高屈折率膜６３ＨであるＴｉＯ2と低屈折率膜６３ＬであるＳｉＯ2とが交互に７層ずつ、合計で１４層積層されている（図２２及び図２３参照）。このように第１中間波長遮光多層膜６３の積層数が短波長遮光多層膜４１の積層数よりも少ない理由は、第１中間波長遮光多層膜６３が遮光する遮光領域は、前述した短波長遮光多層膜４１又は後述する第２中間波長遮光多層膜６５によっても遮光領域をカバーすることができるためであり、積層数を少なくすることによって、製造コストを抑えることができるからである。
本実施形態の表面遮光膜Ｆでは、中心波長が６２８ｎｍとされており（図２３参照）、上述した数式１から、第１中間波長遮光多層膜６３（図２３における１７〜３０層目）の光学膜厚の平均値が０．５８と算出される。したがって、当該第１中間波長遮光多層膜６３のフィルタ特性は、中心波長である６２８ｎｍから短波長側に遮光領域の中心の波長がシフトしており、図２４（ｂ）のグラフによれば、遮光領域の中心の波長が、中心波長の値である６２８ｎｍよりも短波長側にシフトするとともに、約３５０〜４５０ｎｍの波長領域の光を遮光している。
第２中間波長遮光多層膜６５は、第１中間波長遮光多層膜６３上に形成され、高屈折率膜６５ＨであるＴｉＯ2と低屈折率膜６５ＬであるＳｉＯ2とが交互に８層ずつ、合計で１４層積層されている（図２２及び図２３参照）。
本実施形態の表面遮光膜Ｆでは、中心波長が６２８ｎｍとされており（図２３参照）、上述した数式１から、第２中間波長遮光多層膜６５（図２３における３１〜４６層目）の光学膜厚の平均値が０．７４と算出される。したがって、当該第２中間波長遮光多層膜６５のフィルタ特性は、中心波長である６２８ｎｍから短波長側に遮光領域の中心の波長がシフトしており、図２４（ｃ）のグラフによれば、遮光領域の中心の波長が、中心波長の値である６２８ｎｍよりも短波長側にシフトするとともに、約４１０〜５３０ｎｍの波長領域の光を遮光している。
長波長遮光多層膜５１は、第２中間波長遮光多層膜６５上に形成され、高屈折率膜５１ＨであるＴｉＯ2と低屈折率膜５１ＬであるＳｉＯ2とが交互に７層ずつ、合計で１４層積層されている（図２２及び図２３参照）。このように長波長遮光多層膜５１の積層数が第２中間波長遮光多層膜６５の積層数よりも少ない理由は、長波長遮光多層膜５１の遮光領域が、他の遮光領域よりも狭いためであり、積層数を少なくすることによって、製造コストを抑えることができるからである。
本実施形態の表面遮光膜Ｆでは、中心波長が６２８ｎｍとされており（図２３参照）、上述した数式１から、長波長遮光多層膜５１（図２３における４７〜６０層目）の光学膜厚の平均値が０．８５と算出される。したがって、当該長波長遮光多層膜５１のフィルタ特性は、中心波長である６２８ｎｍから短波長側に遮光領域の中心の波長がシフトしており、図２４（ｄ）のグラフによれば、遮光領域の中心の波長が、中心波長の値である６２８ｎｍよりも短波長側にシフトするとともに、約５２０〜６４０ｎｍの波長領域の光を遮光している。
以上、説明したとおり、本実施形態の表面遮光膜Ｆによれば、短波長遮光多層膜４１と、第１中間波長遮光多層膜６３と、第２中間波長遮光多層膜６５と、長波長遮光多層膜５１と、を備えているので、各遮光膜のフィルタ特性を重ね合わせることにより、可視光領域の光を遮光するフィルタ特性が得られる（図２５（ａ）及び（ｂ））。すなわち、図２５（ａ）のグラフによれば、光を垂直入射させた場合、透過率を５０％としたときの光の波長が７００ｎｍであるとともに、光の波長が７００ｎｍよりも短波長側の光を遮光したフィルタ特性が得られる（図２５（ａ）の実線のグラフ）。
なお、図２５（ａ）及び（ｂ）のグラフにおいて、実線で示されたグラフは、可視光カットフィルタ１３に垂直に光を入射させたときのグラフであり、破線で示されたグラフは、可視光カットフィルタ１３に光を斜入射（光の入射角は４０°）させたときのグラフである。
・裏面遮光膜
裏面遮光膜Ｒは、透光性基板２０の裏面に成膜され、少なくとも可視光領域の光を遮光するものであって、短波長遮光多層膜４２と、第１中間波長遮光多層膜６４と、第２中間波長遮光多層膜６６と、長波長遮光多層膜５２とを備えている（図２２及び図２６参照）。
短波長遮光多層膜４２は、透光性基板２０の裏面上に形成され、高屈折率膜４２ＨであるＴｉＯ2と低屈折率膜４２ＬであるＳｉＯ2とが交互に８層ずつ、合計で１６層積層されている（図２２及び図２６参照）。
本実施形態の裏面遮光膜Ｒでは、中心波長が９００ｎｍとされており（図２６参照）、上述した数式１から、短波長遮光多層膜４２（図２６における１〜１６層目）の光学膜厚の平均値が０．４５と算出される。したがって、当該短波長遮光多層膜４２のフィルタ特性は、中心波長である９００ｎｍから短波長側に遮光領域の中心の波長がシフトしており、図２７（ａ）のグラフによれば、遮光領域の中心の波長が、中心波長の値である９００ｎｍよりも短波長側にシフトするとともに、約４００〜５００ｎｍの波長の光を遮光している。
第１中間波長遮光多層膜６４は、短波長遮光多層膜４２上に形成され、高屈折率膜６４ＨであるＴｉＯ2と低屈折率膜６４ＬであるＳｉＯ2とが交互に７層ずつ、合計で１４層積層されている（図２２及び図２６参照）。このように第１中間波長遮光多層膜６４の積層数が短波長遮光多層膜４２の積層数よりも少ない理由は、第１中間波長遮光多層膜６４が遮光する遮光領域は、前述した短波長遮光多層膜４２又は後述する第２中間波長遮光多層膜６６によっても遮光領域をカバーすることができるためであり、積層数を少なくすることによって、製造コストを抑えることができるからである。
本実施形態の裏面遮光膜Ｒでは、中心波長が９００ｎｍとされており（図２６参照）、上述した数式１から、第１中間波長遮光多層膜６４（図２６における１７〜３０層目）の光学膜厚の平均値が０．５９と算出される。したがって、当該第１中間波長遮光多層膜６４のフィルタ特性は、図２７（ｂ）のグラフによれば、遮光領域の中心の波長が、中心波長の値である９００ｎｍよりも短波長側にシフトするとともに、約４８０〜６１０ｎｍの波長の光を遮光している。
第２中間波長遮光多層膜６６は、第１中間波長遮光多層膜６４上に形成され、高屈折率膜６６ＨであるＴｉＯ2と低屈折率膜６６ＬであるＳｉＯ2とが交互に８層ずつ、合計で１６層積層されている（図２２及び図２６参照）。
本実施形態の裏面遮光膜Ｒでは、中心波長が９００ｎｍとされており（図２６参照）、上述した数式１から、第２中間波長遮光多層膜６６（図２６における３１〜４６層目）の光学膜厚の平均値が０．７３と算出される。したがって、当該第２中間波長遮光多層膜６６のフィルタ特性は、図２７（ｃ）のグラフによれば、遮光領域の中心の波長が、中心波長の値である９００ｎｍよりも短波長側にシフトするとともに、約６００〜７４０ｎｍの波長の光を遮光している。
長波長遮光多層膜５２は、第２中間波長遮光多層膜６６上に形成され、高屈折率膜５２ＨであるＴｉＯ2と低屈折率膜５２ＬであるＳｉＯ2とが交互に７層ずつ、合計で１４層積層されている（図２２及び図２６参照）。このように長波長遮光多層膜５２の積層数が第２中間波長遮光多層膜６６の積層数よりも少ない理由は、長波長遮光多層膜５２の遮光領域が、他の遮光領域よりも狭いためであり、積層数を少なくすることによって、製造コストを抑えることができるからである。
本実施形態の裏面遮光膜Ｒでは、中心波長が９００ｎｍとされており（図２６参照）、上述した数式１から、長波長遮光多層膜５２（図２６における４７〜６０層目）の光学膜厚の平均値が０．８５と算出される。したがって、当該長波長遮光多層膜５２のフィルタ特性は、図２７（ｄ）のグラフによれば、遮光領域の中心の波長が、中心波長の値である９００ｎｍよりも短波長側にシフトするとともに、約７５０〜８７０ｎｍの波長の光を遮光している。
以上、説明したとおり、本実施形態の裏面遮光膜Ｒによれば、短波長遮光多層膜４２と、第１中間波長遮光多層膜６４と、第２中間波長遮光多層膜６６と、長波長遮光多層膜５２と、を備えているので、各遮光膜のフィルタ特性を重ね合わせることにより、可視光領域の光を遮光するフィルタ特性が得られる（図２８（ａ）及び（ｂ））。すなわち、図２８（ａ）のグラフによれば、光を垂直入射させた場合、透過率を５０％としたときの光の波長が１０００ｎｍであるとともに、光の波長が１０００ｎｍよりも短波長側の光を遮光したフィルタ特性が得られる（図２８（ａ）の実線のグラフ）。
・本実施形態の作用効果
本実施形態では、透光性基板２０の表面に、透過率が５０％であるときの光の波長は７００ｎｍである表面遮光膜Ｆが形成され、透光性基板２０の裏面に、透過率が５０％であるときの光の波長は１０００ｎｍである裏面遮光膜Ｒが形成されている（表面遮光膜Ｆと裏面遮光膜Ｒとの波長差は３００ｎｍ）。これら表面遮光膜Ｆと裏面遮光膜Ｒとを組み合わせることにより、表面遮光膜Ｆの可視光領域に発生するリップルと裏面遮光膜Ｒの可視光領域に発生されたリップルとが打ち消されるように減衰するので、リップルを抑制することができる。
具体的には、図２５（ｂ）の表面遮光膜Ｆのフィルタ特性では、光を斜入射させたときに、透過率１％を超えるリップル（フィルタ特性の脈打ち）が、波長４５０〜５００ｎｍで確認され（図２５（ｂ）の破線のグラフ）、図２８（ｂ）の裏面遮光膜Ｒのフィルタ特性では、光を斜入射させたときに、透過率１％を超えるリップル（フィルタ特性の脈打ち）が、波長４６０ｎｍより短波長側、約５４０ｎｍ付近に確認されている（図２８（ｂ）の破線のグラフ）。しかしながら、これら表面遮光膜Ｆと裏面遮光膜Ｒとを組み合わせた本発明に係る可視光カットフィルタ１３のフィルタ特性（図２９（ｂ）の破線のグラフ）では、波長４００〜６５０ｎｍの間でリップルは抑制されている。
以上により、本実施形態によれば、少なくとも、短波長遮光多層膜４１、４２、第１中間波長遮光多層膜６３、６４、第２中間波長遮光多層膜６５、６６及び長波長遮光多層膜５１、５２を組み合わせることにより、短波長遮光多層膜４１、４２によって光を遮光させる領域、第１中間波長遮光多層膜６３、６４によって光を遮光させる領域、第２中間波長遮光多層膜６５、６６によって光を遮光させる領域、長波長遮光多層膜５１、５２によって光を遮光させる領域が重なり合うので、可視光領域の光の透過率を低減させることができる。
また、本実施形態では、表面遮光膜Ｆの透過率を５０％とする光の波長と、裏面遮光膜Ｒの透過率を５０％とする光の波長との波長差が３００ｎｍであるので、これら表面遮光膜Ｆのフィルタ特性と裏面遮光膜Ｒのフィルタ特性とを重ね合わせることによって、可視光領域におけるリップルがより減衰し、光の透過率を低減させることができる。
−第４実施形態−
次に、本発明に係る第４実施形態について、図３０を参照しながら説明する。図３０は、可視光カットフィルタ１４を示す概略模式図である。
本実施形態は、表面遮光膜Ｆにおける可視光領域の区画数と、裏面遮光膜Ｒにおける前記可視光領域の区画数と、が異なるものである。図３０の実施形態では、透光性基板２０の表面には４種類の遮光膜が積層されているので可視光領域を４つに区画し、各遮光膜がそれぞれ対応する領域の光を遮光している。一方で、透光性基板２０の裏面には３種類の遮光膜が積層されているので可視光領域を３つに区画し、各遮光膜がそれぞれ対応する領域の光を遮光している。
このような構成によれば、表面遮光膜Ｆにおける可視光領域の区画数と、裏面遮光膜Ｒにおける可視光領域の区画数とが異なるので、表面遮光膜Ｆのフィルタ特性と裏面遮光膜Ｒとのフィルタ特性との間に差を生じさせることができる。これにより、表面遮光膜Ｆのフィルタ特性と裏面遮光膜Ｒとのフィルタ特性とを重ね合わせることによって、フィルタ特性に差が生じている領域は、フィルタ特性が打ち消されるように減衰するので、光の透過率を低減させることができる。
なお、表面遮光膜Ｆにおける可視光領域の区画数と、裏面遮光膜Ｒにおける可視光領域の区画数は、上記した例に限られるものではない。
−第５実施形態−
また、表面遮光膜Ｆにおける可視光領域の区画数と裏面遮光膜Ｒにおける前記可視光領域の区画数とが１区画であって、表面遮光膜Ｆの透過率を５０％とする光の波長と、裏面遮光膜Ｒの透過率を５０％とする光の波長との波長差が、少なくとも５ｎｍである実施形態であってもよい。
このような構成によれば、表面遮光膜Ｆのフィルタ特性と裏面遮光膜Ｒのフィルタ特性とが、互いに少なくとも５ｎｍの波長差に相当する特性だけ異なるので、これら表面遮光膜Ｆのフィルタ特性と裏面遮光膜Ｒのフィルタ特性とを重ね合わせることによって、フィルタ特性に差が生じている領域のフィルタ特性が減衰し、光の透過率を低減させることができる。
なお、今回開示した実施形態は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
例えば、本実施形態では、高屈折率膜はＴｉＯ2としたが、これに限られず、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、Ｔａ2Ｏ5といった材料でもよい。つまり、屈折率が２．０より大きいものが好ましい。また、低屈折率膜は、ＳｉＯ2に限られず、例えばＭｇＦ2といった材料でもよい。つまり、高屈折率膜よりも屈折率が小さいものが好ましく、さらに好ましくは屈折率が１．５より小さいものがよい。このような構成によると、高屈折率材料と低屈折率材料との屈折率の差によって光を遮光する領域を広く設計することができるので、可視光領域の光の遮光効果を高めることができる。
また、本実施形態では、遮光膜は電子ビーム蒸着を用いて成膜しているが、成膜手法は、この例に限られるものではなく、例えば、イオンビームアシスト蒸着、スパッタ等で行われてもよい。電子ビーム蒸着によって表面遮光膜及び裏面遮光膜を成膜した場合は、比較的低コストで成膜することができ、イオンビームアシスト蒸着によって表面遮光膜及び裏面遮光膜を成膜した場合は、比較的密着性、緻密性の高い膜を成膜することができる。
また、本実施形態では、透光性基板２０の表面に表面遮光膜Ｆを、裏面に裏面遮光膜Ｒを成膜しているが、この例に限られるものではなく、透光性基板２０を２つ用意し、各透光性基板２０の片面にのみ遮光膜を成膜するとともに、各透光性基板における遮光膜が成膜されていない面同士を貼り合わせた構成であってもよい。このような構成によれば、特に電子ビーム蒸着を用いて成膜を行った場合に、膜剥がれの抑制に有効である。
可視光カットフィルタ １０，１１，１２，１３，１４
レンズ ８０
撮像素子 ９０
透光性基板 ２０
表面遮光膜 Ｆ
裏面遮光膜 Ｒ
短波長遮光多層膜 ４１，４２
長波長遮光多層膜 ５１，５２
中間波長遮光多層膜 ６１，６２
第１中間波長遮光多層膜 ６３，６４
第２中間波長遮光多層膜 ６５，６６
高屈折率膜 ４１Ｈ，４２Ｈ，５１Ｈ，５２Ｈ，６１Ｈ，６２Ｈ，６３Ｈ，６４Ｈ，６５Ｈ，６６Ｈ
低屈折率膜 ４１Ｌ，４２Ｌ，５１Ｌ，５２Ｌ，６１Ｌ，６２Ｌ，６３Ｌ，６４Ｌ，６５Ｌ，６６Ｌ

Claims (5)

  1. 入射光に対して、少なくとも４００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長範囲を含む可視光領域の光を遮光するとともに近赤外領域に透過帯を有する可視光カットフィルタであって、
    透光性基板と、
    前記透光性基板の表面に成膜され、少なくとも前記可視光領域の光を遮光する表面遮光膜と、
    前記透光性基板の裏面に成膜され、少なくとも前記可視光領域の光を遮光する裏面遮光膜と、
    を備えており、
    前記表面遮光膜及び前記裏面遮光膜の各々は、前記可視光領域を複数の領域に区画したときに、各領域の光を遮光させる遮光膜が積層された構成であり、
    前記表面遮光膜の透過率を５０％とする光の波長と、前記裏面遮光膜の透過率を５０％とする光の波長との波長差を、少なくとも５ｎｍとすることを特徴とする可視光カットフィルタ。
  2. 請求項１に記載された可視光カットフィルタであって、
    前記表面遮光膜及び前記裏面遮光膜は、
    前記可視光領域が３つの領域に区画され、
    可視光領域の短波長端から長波長側の領域の光を遮光する膜が積層された短波長遮光多層膜と、
    前記可視光領域の長波長端から短波長側の領域の光を遮光する膜が積層された長波長遮光多層膜と、
    前記短波長遮光多層膜が光を遮光する領域の長波長端と、前記長波長遮光多層膜が光を遮光する領域の短波長端と、を含む領域の光を遮光する中間波長遮光多層膜と、
    を備えていることを特徴とする可視光カットフィルタ。
  3. 請求項１に記載された可視光カットフィルタであって、
    前記表面遮光膜及び前記裏面遮光膜は、
    前記可視光領域が少なくとも２つ以上の領域に区画され、
    少なくとも、
    可視光領域の短波長端から長波長側の領域の光を遮光する膜が積層された短波長遮光多層膜と、
    前記可視光領域の長波長端から短波長側の領域の光を遮光する膜が積層された長波長遮光多層膜と、
    を備えていることを特徴とする可視光カットフィルタ。
  4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載された可視光カットフィルタであって、
    前記表面遮光膜の透過率を５０％とする光の波長と、前記裏面遮光膜の透過率を５０％とする光の波長との波長差が、５ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることを特徴とする可視光カットフィルタ。
  5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載された可視光カットフィルタであって、
    前記表面遮光膜及び前記裏面遮光膜は、それぞれ、高屈折率材料と低屈折率材料とが交互に複数積層されてなり、
    前記高屈折率材料は、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、及びＴａ２Ｏ５のうち少なくとも１つを含んでおり、
    前記低屈折率材料は、ＳｉＯ２、及びＭｇＦ２のうち少なくとも１つを含んでいることを特徴とする可視光カットフィルタ。
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