JP7255995B2 - Optical filter and imaging device - Google Patents

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Description

本発明はデジタルカメラやビデオカメラ、監視カメラなどの固体撮像素子を搭載した撮像装置等で使用される光学フィルタに関するものであり、透過波長領域と不透過波長領域に亘り、透過が連続的に変化する透過―不透過遷移波長領域を有する光学フィルタ、及びこれを搭載した撮像装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an optical filter used in an imaging device equipped with a solid-state imaging device such as a digital camera, video camera, surveillance camera, etc., and the transmission continuously changes over the transmission wavelength range and the non-transmission wavelength range. The present invention relates to an optical filter having a transmissive-non-transmissive transition wavelength region, and an imaging device equipped with the same.

ビデオカメラなどの撮像装置に使用される固体撮像素子は、人間の目の感度特性に対応させるために、分光透過率など光学特性を調節するフィルタと組み合わせて使用されることが多い。具体的には、紫外線カットフィルタ(UVカットフィルタ)や近赤外線カットフィルタ(IRカットフィルタ)、若しくはこれらを一枚のフィルタで実現した、UVIRカットフィルタなどがある。 2. Description of the Related Art Solid-state imaging devices used in imaging devices such as video cameras are often used in combination with filters that adjust optical characteristics such as spectral transmittance so as to correspond to the sensitivity characteristics of the human eye. Specifically, there are an ultraviolet cut filter (UV cut filter), a near infrared cut filter (IR cut filter), or a UVIR cut filter realized by one filter.

このようなエッジフィルタタイプやバンドパスフィルタタイプの光学フィルタは、光を透過させる透過波長領域と、透過を制限または阻止する不透過波長領域と、透過波長領域から不透過波長領域へと透過が連続的に変化する透過―不透過遷移波長領域とを備えている。このようなフィルタにおいて、例えば蒸着法等により複数の薄膜を積層させて構成された反射タイプのIRカットフィルタなどでは、ビデオカメラ等の撮像光学系において使用すると、入射した入射光のうち、遷移波長領域に該当する波長の一部がフィルタを透過した後に撮像素子等で反射し、その一部が再度撮像素子側から光学フィルタ面に入射してしまう。そして、この再入射光の一部が再度光学フィルタで反射され、その反射光が撮像素子に再び到達することにより、画像を劣化させてしまうことがある。 Such an edge filter type or bandpass filter type optical filter has a transmission wavelength range that transmits light, a non-transmission wavelength range that limits or blocks transmission, and transmission from the transmission wavelength range to the non-transmission wavelength range. a linearly varying transmissive-nontransmissive transition wavelength region. Among such filters, for example, a reflective type IR cut filter constructed by laminating a plurality of thin films by a vapor deposition method or the like is used in an imaging optical system such as a video camera. A portion of the wavelength corresponding to the region is reflected by the imaging device or the like after passing through the filter, and a portion of the wavelength re-enters the optical filter surface from the imaging device side. Then, part of this re-incident light is reflected again by the optical filter, and the reflected light reaches the imaging element again, which may deteriorate the image.

特開2014-191346号公報JP 2014-191346 A 特開2008-51985号公報JP-A-2008-51985

特許文献1では近赤外波長の光を吸収する吸収基材上にIRカットコートを施したIRカットフィルタが提案されており、このような構成ならば、基材の吸収を利用することで、透過―不透過遷移波長領域における不要光の強度を低減することができる。しかしながら、このような構成の場合、基材の吸収の影響が透過帯まで及び、透過帯の透過光量までも減衰させてしまう問題がある。 Patent Document 1 proposes an IR cut filter in which an IR cut coat is applied on an absorption base material that absorbs light of near-infrared wavelengths. The intensity of unwanted light in the transmissive-non-transmissive transition wavelength region can be reduced. However, in the case of such a configuration, there is a problem that the influence of the absorption of the base material extends to the transmission band and even the amount of transmitted light in the transmission band is attenuated.

また、特許文献2で提案されているような光学フィルタでは、可視波長領域の透過率を高くすると、概ね可視波長領域の一部と重なる遷移波長領域、特に無機薄膜で形成された近赤外側の透過率50%となる波長である半値波長において、大きな吸収を得ることができない。そのため、この波長領域の反射を大きく低減することはできず、上述のような不要光の強度を低減することが困難である。 In addition, in the optical filter proposed in Patent Document 2, if the transmittance in the visible wavelength region is increased, the transition wavelength region that overlaps a part of the visible wavelength region, especially the near-infrared region formed of an inorganic thin film A large absorption cannot be obtained at the half-value wavelength, which is the wavelength at which the transmittance is 50%. Therefore, reflection in this wavelength region cannot be greatly reduced, and it is difficult to reduce the intensity of unnecessary light as described above.

以上より、本発明の目的は上述の課題を解消し、高精度化を可能とした、新しい構成の光学フィルタを提供することにある。さらには、このような光学フィルタを用いることで高精度化を実現した撮像装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to solve the above-described problems and to provide an optical filter with a new configuration that enables high precision. Another object of the present invention is to provide an image pickup apparatus that achieves high accuracy by using such an optical filter.

上記課題を解決するために、本発明の光学フィルタは、所定の波長領域の光を透過する透過波長領域と、他の所定の波長領域の光の透過を阻止する不透過波長領域と、前記透過波長領域から前記不透過波長領域に亘り透過が連続的に減少する遷移波長領域とを有した機能膜と、金属微粒子を分散配置することで構成された遷移波長吸収構造体とを、前記所定の波長領域において光透過性を有する基板上に備え、前記遷移波長領域のうち透過率が5~95%の波長領域に前記遷移波長吸収構造体の吸収ピークが重なり、前記金属微粒子の外形形状は、円柱形状、及びロッド形状の少なくともいずれか一方であり、前記吸収ピークを有した5%以上の吸収率が連続している吸収波長領域は前記遷移波長領域のうち透過率が5~95%の波長領域よりも、波長領域が狭いことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the optical filter of the present invention comprises a transmission wavelength region that transmits light in a predetermined wavelength region, a non-transmission wavelength region that blocks transmission of light in another predetermined wavelength region, and the transmission wavelength region. A functional film having a transition wavelength region in which transmission continuously decreases from the wavelength region to the non-transmitting wavelength region, and a transition wavelength absorption structure configured by dispersing fine metal particles in the predetermined range. Provided on a substrate having optical transparency in a wavelength region, the absorption peak of the transition wavelength absorption structure overlaps with a wavelength region having a transmittance of 5 to 95% in the transition wavelength region , and the outer shape of the metal fine particles is At least one of a cylindrical shape and a rod shape, and the absorption wavelength region in which the absorption rate of 5% or more with the absorption peak is continuous has a transmittance of 5 to 95% in the transition wavelength region. The wavelength region is narrower than the wavelength region .

本発明に係る透過―不透過遷移波長領域を有する光学フィルタによれば、積層薄膜により形成される反射機能に加えて、金属微粒子によるプラズモンの吸収効果を併用し、これに加えて積層薄膜が作る透過―不透過遷移波長領域に、プラズモンによる吸収波長領域を合わせた構成としたことで、光学フィルタ総体として遷移波長領域での反射に起因した不要光の発生を低減することができる。さらに、プラズモン効果による比較的急峻な吸収特性を利用したことで、遷移領域のみの光を選択的に吸収できることから、吸収層による透過波長領域の透過光量の減衰を低減でき、高画質化に対応することが可能である。 According to the optical filter having a transmission-non-transmission transition wavelength region according to the present invention, in addition to the reflection function formed by the laminated thin film, the plasmon absorption effect by the metal fine particles is used together, and in addition to this, the laminated thin film is formed. By combining the absorption wavelength region due to plasmon with the transmission-non-transmission transition wavelength region, generation of unnecessary light due to reflection in the transition wavelength region can be reduced in the entire optical filter. Furthermore, by using the relatively steep absorption characteristics of the plasmon effect, it is possible to selectively absorb light only in the transition region, which reduces the attenuation of the amount of transmitted light in the transmission wavelength region due to the absorption layer, and supports high image quality. It is possible to

また、このような光学フィルタを撮像装置に利用することで、高精度化を可能とした撮像装置を得ることができる。 Further, by using such an optical filter in an imaging device, it is possible to obtain an imaging device capable of achieving high accuracy.

本実施例1における光学フィルタの構成図1 is a configuration diagram of an optical filter according to the first embodiment; FIG. 本実施例1における遷移波長吸収構造体における金属微粒子の配置図Layout of metal fine particles in the transition wavelength absorbing structure in Example 1 本実施例1における光学フィルタの光学特性図Optical characteristic diagram of the optical filter in the first embodiment 本実施例2における光学フィルタの構成図FIG. 4 is a configuration diagram of an optical filter in the second embodiment; 本実施例2における光学フィルタの光学特性図Optical characteristic diagram of the optical filter in the present embodiment 2 本実施例3における光学フィルタの構成例図FIG. 10 is a configuration example diagram of an optical filter in the present embodiment 3; 本実施例4における撮像装置の説明図Explanatory diagram of the imaging device in the present embodiment 4

本実施例の光学フィルタは、基板上に、所定の波長領域における光の透過を遮断し、隣接する他の所定の波長領域の光を透過させるエッジフィルタタイプ、またはバンドパスフィルタタイプの機能膜を備え、さらには、金属微粒子を分散させ、機能膜が作る透過―不透過遷移波長領域に、プラズモン効果による吸収を有した遷移波長吸収層を備えた光学フィルタである。 The optical filter of this embodiment has an edge filter type or bandpass filter type functional film on a substrate that blocks transmission of light in a predetermined wavelength region and transmits light in an adjacent predetermined wavelength region. The optical filter further comprises a transition wavelength absorption layer having absorption due to the plasmon effect in the transmission/non-transmission transition wavelength region formed by the functional film in which fine metal particles are dispersed.

このような光学フィルタの基板としては、少なくても光学フィルタの透過波長領域において光透過性を有することが必要であり、例えばIRカットフィルタやUVカットフィルタ、UVIRカットフィルタならば、少なくても可視波長領域に光透過性を有したものを用い、IRパスフィルタならば近赤外線波長領域に光透過性を有したものを用いる。また、基板はガラスタイプや樹脂タイプ、さらには有機無機のハイブリッドタイプでも良く、光学フィルタの基板としての必要とされる強度や光学特性を有する、基体として機能可能であるものが利用される。 The substrate of such an optical filter is required to have optical transparency at least in the transmission wavelength region of the optical filter. A filter having optical transparency in the wavelength region is used, and an IR pass filter having optical transparency in the near-infrared wavelength region is used. Further, the substrate may be glass type, resin type, or organic/inorganic hybrid type, and a substrate having the strength and optical properties required for an optical filter substrate and capable of functioning as a substrate is used.

基板上に形成されるIRカット膜やUVIRカット膜などのエッジフィルタタイプやバンドパスフィルタタイプの機能膜は、1層以上の薄膜を積層することにより作製され、これらの薄膜は物理的、若しくは化学的成膜方法で形成しても良いし、スピンコートなどの塗装法で形成しても良い。これらの成膜方法の中で、再現性や膜の耐環境性などの観点からは、スパッタ法や、何らかのアシストを付加した成膜方法など、比較的高エネルギーで膜を形成できるプロセスが好ましい。より具体的にはスパッタ法、IAD法、イオンプレーティング法、IBS法、クラスター蒸着法などが適用可能であり、膜厚を比較的正確に制御でき、再現性の高い膜を得ることができる成膜方法であればよく、機能膜に求められる特性や生産性等を考慮し、最適な方法を選択すれば良い。 Edge filter type and bandpass filter type functional films such as IR cut films and UVIR cut films formed on substrates are produced by laminating one or more thin films, and these thin films are physically or chemically processed. It may be formed by a conventional film forming method, or may be formed by a coating method such as spin coating. Among these film forming methods, from the viewpoint of reproducibility and environmental resistance of the film, a process capable of forming a film with relatively high energy, such as a sputtering method or a film forming method with some kind of assist, is preferable. More specifically, a sputtering method, an IAD method, an ion plating method, an IBS method, a cluster vapor deposition method, or the like can be applied, and the film thickness can be controlled relatively accurately, and a film with high reproducibility can be obtained. Any method may be used as long as it is a film method, and the optimum method may be selected in consideration of the properties, productivity, etc. required for the functional film.

これらの機能膜の最表層に配置される薄膜は透過帯の中心波長、例えば400~600nmの透過帯を有する機能膜ならば透過帯の中心波長である波長500nmの1.0qw程度の膜厚であることが好ましい。ここで、qwは膜厚を表す単位であり、1つの波長λを基準として、λ/4を1つの単位としたものであり、例えば 2.0×λ/4 の膜厚の場合は2.0qwと表現する。 The thin film disposed on the outermost layer of these functional films has a transmission band central wavelength, for example, a functional film having a transmission band of 400 to 600 nm, has a thickness of about 1.0 qw at a wavelength of 500 nm, which is the central wavelength of the transmission band. Preferably. Here, qw is a unit representing the film thickness, and one wavelength λ is used as a reference, and λ/4 is used as one unit. Expressed as 0qw.

このような機能膜の透過帯においては、理想的には全域で100%を透過することが望ましいが、実際にはこれを完璧に満足することは大変困難であり、透過帯の全波長域で可能な限り100%に近い透過率を得られるように調整される。このような透過率を実現する為に本実施例では、透過帯での透過率を最大化すると共に、基板裏面に反射防止膜などの他の機能膜を設けた場合には、この他の機能膜が形成する透過帯での透過率も最大化し、これらの2つの透過特性を合成することで、光学フィルタ総体としての透過帯の透過率を最大化する構成とした。 In the transmission band of such a functional film, it is ideally desirable to transmit 100% in the entire range, but in practice it is very difficult to completely satisfy this. It is adjusted to obtain a transmittance as close to 100% as possible. In order to achieve such a transmittance, in this embodiment, the transmittance in the transmission band is maximized, and when another functional film such as an anti-reflection film is provided on the back surface of the substrate, other functions are performed. By maximizing the transmittance in the transmission band formed by the film and synthesizing these two transmission characteristics, the optical filter as a whole is configured to maximize the transmittance in the transmission band.

ここで、透過帯における透過率は、波長が連続的に変化するにつれ、少なからず波打つように変化しており、これは透過帯のリップル(透過リップル)などと呼ばれ、薄膜の積層数が多く、厚膜化するほど発生し易い。この透過リップルが大きくなると、例えばカラー画像のカラーバランスが崩れたり、監視カメラなどにおいては、夜間撮影時などに撮像素子に入射する総合的な光量が低減し、暗視画像の画質低下を引き起こす虞がある為、リップルは可能な限り小さい方が望ましい。そこで、この透過帯でのリップルを低減する為に、基板側に配置された機能膜の初期層にリップルを低減する為の透過リップル調整層を挿入した。バンドパスなどの機能膜に加え、反射防止膜などの他の機能膜を構成した場合、光学フィルタ総体としての透過リップルは、機能膜の透過帯での透過リップルと、他の機能膜での透過リップルとの合成により決定されるが、本発明においては、機能膜での透過リップルが少ない平坦な透過特性を有し、さらに他の機能膜においても透過リップルが少ない平坦な透過特性を有するように構成されており、これらの平坦な2つの透過特性を合成することで、光学フィルタ総体として透過リップルの少ない平坦な透過特性を形成している。これとは別に、例えば、機能膜における透過リップルに対し、他の機能膜の透過リップルの位相を調整し、両面でリップルを打ち消し合うように構成することでも、光学フィルタ総体として透過リップルの少ない平坦な透過特性を得ることが可能ではあるが、それぞれの位相関係に誤差が生じた場合には逆に透過リップルを増大させてしまう虞がある為、高画質化の観点から本実施例では先の構成を選択した。 Here, as the wavelength continuously changes, the transmittance in the transmission band changes not a little in a wavy manner, and this is called a ripple in the transmission band (transmission ripple). , is likely to occur as the film becomes thicker. If this transmission ripple becomes large, for example, the color balance of a color image will be lost, and in a surveillance camera, the overall amount of light incident on the imaging device during nighttime photography will decrease, which may lead to deterioration in the image quality of night-vision images. Therefore, it is desirable that the ripple be as small as possible. Therefore, in order to reduce ripples in this transmission band, a transmission ripple adjustment layer for reducing ripples was inserted in the initial layer of the functional film arranged on the substrate side. When other functional films such as anti-reflection films are formed in addition to functional films such as bandpass, the transmission ripple of the optical filter as a whole is the transmission ripple in the transmission band of the functional film and the transmission ripple in other functional films. In the present invention, the functional film has flat transmission characteristics with less transmission ripple, and the other functional films also have flat transmission characteristics with less transmission ripple, which is determined by combination with ripple. By synthesizing these two flat transmission characteristics, the optical filter as a whole forms a flat transmission characteristic with little transmission ripple. Apart from this, for example, by adjusting the phase of the transmission ripple of another functional film with respect to the transmission ripple of the functional film so that the ripples are canceled on both sides, the optical filter as a whole can be made flat with little transmission ripple. However, if there is an error in the phase relationship, there is a risk that the transmission ripple will increase. Selected configuration.

また、透過リップル調整層の挿入位置が、機能膜の最表層の位置であると、最表層における透過帯での反射防止機能への影響が大きくなる為、透過帯の反射の最小化、つまりは透過帯の透過の最大化と、リップル低減とを同時に満足することが難しくなってしまう。また、機能膜内の途中層に挿入した場合、機能膜を分割してしまうような配置となり、不透過帯での反射の最大化を阻害してしまい、これと同時にリップルを低減することが難しくなってしまう。以上の理由から、透過リップル調整層は、基板と隣接する機能膜の第1層目に配置し、透過帯の透過の最大化と、不透過帯の透過の最小化を優先し、次に透過リップルの低減を優先するコンセプトで最適化された。このような透過リップル調整層は機能膜を形成する複数の薄膜の中で最も膜厚が薄い特徴を有している。透過リップル調整層は2層以上であっても良いが、その場合も、全ての透過リップル調整層は機能膜を形成する複数の薄膜よりも膜厚が薄くなる。 In addition, if the insertion position of the transmission ripple adjustment layer is the position of the outermost layer of the functional film, the effect on the antireflection function in the transmission band at the outermost layer is increased, so the reflection in the transmission band is minimized, that is, It becomes difficult to simultaneously maximize transmission in the transmission band and reduce ripple. In addition, if it is inserted in the middle layer of the functional film, the arrangement will divide the functional film, hindering the maximization of reflection in the opaque band, and at the same time, it will be difficult to reduce the ripple. turn into. For the above reasons, the transmission ripple adjustment layer is arranged in the first layer of the functional film adjacent to the substrate, and priority is given to maximizing the transmission in the transmission band and minimizing the transmission in the non-transmission band. Optimized with a concept that prioritizes ripple reduction. Such a transmission ripple adjustment layer has the feature that the film thickness is the thinnest among the plurality of thin films forming the functional film. Two or more transmission ripple adjustment layers may be provided, but even in that case, all the transmission ripple adjustment layers are thinner than the plurality of thin films forming the functional film.

本実施例の光学フィルタにおける遷移波長領域吸収構造体は、数nmから~数百nmサイズの多数の金属微粒子が分散配置された構造体である。ここで、分散された金属微粒子の金属材料やサイズ、形状、粒子間距離、周期性、微粒子配列などの様々な要因から、プラズモンの共鳴波長が決定される。この共鳴波長ではプラズモン効果による光の吸収作用が発現され、例えば100nm以下程度のAuパーティクルの場合、500~700nm付近の波長に局所的な吸収ピークを得ることができる。このように、先のパラメータを適切に設定することで、所望の波長領域に選択的に吸収を得ることが可能である。また、粒子間距離を小さくし過ぎて微粒子濃度を高めてしまうと、反射成分が高くなり、必要な透過まで減少させてしまう虞がある為、微粒子のサイズに対し、適切な微粒子間距離を保つことが必要である。 The transition wavelength region absorption structure in the optical filter of this embodiment is a structure in which a large number of fine metal particles with a size of several nanometers to several hundreds of nanometers are dispersed. Here, the resonant wavelength of the plasmon is determined by various factors such as the metal material, size, shape, inter-particle distance, periodicity, and fine particle arrangement of the dispersed fine metal particles. At this resonant wavelength, the plasmon effect exerts a light absorption effect. For example, in the case of Au particles of about 100 nm or less, a local absorption peak can be obtained at a wavelength in the vicinity of 500 to 700 nm. Thus, by appropriately setting the above parameters, it is possible to selectively obtain absorption in a desired wavelength region. In addition, if the particle concentration is increased by making the particle-to-particle distance too small, the reflection component increases and there is a risk that the required transmission may be reduced. It is necessary.

遷移波長領域吸収構造体の厚さは、最小でも金属微粒子のサイズ以上となるが、塗工方法によって厚膜化にも対応することができる。また、形成手法によっては複層化も可能である。さらに、基板の一方の面上のみに配置構成することもできるし、基板の両面上に配置構成することも可能である。 The minimum thickness of the transition wavelength region absorption structure is equal to or greater than the size of the fine metal particles, but it is possible to increase the thickness depending on the coating method. In addition, multi-layering is also possible depending on the formation method. Furthermore, it can be arranged on only one side of the substrate, or it can be arranged on both sides of the substrate.

このような金属微粒子の金属材料としてはAu、Ag、Cu、Alなどに加え、Mg、Ti、Nb、Zr、Ni、Fe、Cr、Pt、W、Mo、Taなど、金属単体やこれらの合金など、特に制限はなく、様々な材料を使うことができる。さらには、金属微粒子の外形形状は球体や円柱形状、ロッド形状、三角錐形状、四角形状など、多種多様な形状から適切な形状を選択すれば良い。この中で、IRカットフィルタやUVIRカットフィルタ、IRパスフィルタなど、可視波長から近赤外波長において遷移波長領域を有する光学フィルタの場合、要な波長領域に共鳴波長を有し、比較的入手し易いなど理由から、球体や円柱形状、ロッド形状のAuが特に望ましい。 In addition to Au, Ag, Cu, Al, etc., metal materials for such metal fine particles include Mg, Ti, Nb, Zr, Ni, Fe, Cr, Pt, W, Mo, Ta, etc., and alloys thereof. There are no particular restrictions, and various materials can be used. Furthermore, the outer shape of the fine metal particles may be appropriately selected from a wide variety of shapes such as spheres, cylinders, rods, triangular pyramids, and squares. Among them, in the case of optical filters having a transition wavelength region from visible wavelengths to near-infrared wavelengths, such as IR cut filters, UVIR cut filters, IR pass filters, etc., they have resonance wavelengths in the required wavelength region and are relatively available. A spherical, cylindrical, or rod-shaped Au is particularly desirable because it is easy to form.

本実施例の光学フィルタでは、光学フィルタの透過帯での透過を損ねることなければ、サイズや金属材料などが異なる2つの遷移波長領域吸収構造体を配置しても良いし、サイズや金属材料などが異なる2種類の金属微粒子を混合させ1つの遷移波長領域吸収構造体を形成しても良い。さらには、例えば長軸側と短軸側に2つのプラズモン共鳴波長が存在するロッド形状や長方形状を有する金属微粒子を用いることで、1つの遷移波長領域吸収構造体で2つの異なる吸収ピークを有する構成としても良い。 In the optical filter of this embodiment, two transition wavelength region absorption structures having different sizes, metal materials, etc. may be arranged as long as the transmission in the transmission band of the optical filter is not impaired. It is also possible to form one transition wavelength region absorption structure by mixing two kinds of metal fine particles with different values. Furthermore, for example, by using rod-shaped or rectangular-shaped metal fine particles having two plasmon resonance wavelengths on the major axis side and the minor axis side, one transition wavelength region absorption structure has two different absorption peaks. It may be configured.

遷移波長領域吸収構造体の形成方法としては、主にフォトリソグラフィー法を用いた方法や、陽極酸化やナノインプリントを用いた手法、バインダや溶剤を介したディッピング法やスピンコート法に加え、スクリーン印刷やグラビア印刷などの印刷法など、様々な手法を用いることが可能であり、構造体に求められる特性や生産性等を考慮し、最適な作製方法を適宜で選択すれば良い。 As the method of forming the transition wavelength region absorption structure, in addition to the method using photolithography, the method using anodic oxidation and nanoimprinting, the dipping method and spin coating method using a binder or solvent, screen printing, etc. Various methods such as a printing method such as gravure printing can be used, and the optimum manufacturing method may be appropriately selected in consideration of the properties and productivity required for the structure.

所定の波長領域を吸収する吸収構造体として色素を利用したものなどがあるが、色素は紫外線等に大変弱い為、著しく耐環境性に劣る問題がある。これらの構造体と比較し、本発明の金属微粒子のプラズモン効果による吸収を利用した構造体であれば、優れた環境性を得ることができ、例えば監視カメラなど、特に厳しい耐環境性が必要とされる光学機器に使用される光学フィルタでも好適に利用することが可能である。 As an absorption structure that absorbs a predetermined wavelength region, there is an absorption structure that uses a dye, but since the dye is very weak against ultraviolet rays and the like, it has a problem of remarkably inferior environmental resistance. Compared to these structures, the structure utilizing the absorption by the plasmon effect of the fine metal particles of the present invention can provide excellent environmental performance, and is required to have particularly severe environmental resistance, for example, in surveillance cameras. It is also possible to suitably use an optical filter used in an optical device that is used.

本実施例のエッジフィルタタイプ、またはバンドパスフィルタタイプの光学フィルタを構成する機能膜は、透過帯から不透過帯へ亘り、透過が連続的に減少する透過―不透過遷移波長領域を有しており、この透過―不透過遷移波長領域における透過率50%の波長を半値波長と呼ぶ。例えばIRカットフィルタやUVIRカットフィルタでは可視波長領域と近赤外波長領域の間の透過―不透過遷移波長領域に半値波長を有する。 The functional film constituting the edge filter type or bandpass filter type optical filter of this embodiment has a transmission-non-transmission transition wavelength region in which the transmission continuously decreases from the transmission band to the non-transmission band. A wavelength with a transmittance of 50% in this transmission-non-transmission transition wavelength region is called a half-value wavelength. For example, an IR cut filter or a UVIR cut filter has a half-value wavelength in the transmission-non-transmission transition wavelength range between the visible wavelength range and the near-infrared wavelength range.

入射光のうち、光学フィルタを透過した後に撮像素子等で反射し、その一部が再度撮像素子側から光学フィルタ面に入射し、この再入射光の一部が再度光学フィルタで反射され、撮像素子に再到達し発生するような不要光の強度は、簡易的には(機能膜の分光透過率)×(機能膜の分光反射率)で計算された値が目安となる。従って、透過または反射のどちらか一方が極めて小さい値をとる透過帯と不透過帯では不要光の強度は極めて小さい値となる。一方で、機能膜において吸収が発生しない理想的な状態を仮定した場合、前記した半値波長における不要光の強度は、透過率50%、反射率50%から25%となり、最大となる。また、機能膜に吸収がある場合は、透過帯の透過率の平均値の半分程度の波長を半値波長と仮定することで、同様に半値波長付近での不要光強度が最大値となる。以上のように、機能膜のおける不要光の強度は半値波長で最大となるので、遷移波長領域吸収構造体のプラズモン効果による吸収ピークを半値波長前後に調整することで、前述の不要光強度を大幅に低減することが可能となる。逆に、半値波長付近で十分な吸収を得ることができない構成の場合には、不要光の強度を十分に低減することは極めて難しい。 Of the incident light, after passing through the optical filter, it is reflected by the image sensor or the like, and part of it re-enters the optical filter surface from the image sensor side. The intensity of unnecessary light that re-arrives at the element and is generated is simply a value calculated by (spectral transmittance of functional film)×(spectral reflectance of functional film). Therefore, the intensity of unnecessary light is extremely small in the transmission band and the non-transmission band where either transmission or reflection is extremely small. On the other hand, assuming an ideal state in which absorption does not occur in the functional film, the intensity of unnecessary light at the half-value wavelength is maximum, with a transmittance of 50% and a reflectance of 50% to 25%. If the functional film has absorption, by assuming that the half-value wavelength is about half the average value of the transmittance in the transmission band, the unwanted light intensity near the half-value wavelength similarly becomes the maximum value. As described above, the intensity of unnecessary light in the functional film is maximized at the half-value wavelength. Therefore, by adjusting the absorption peak due to the plasmon effect of the transition wavelength region absorption structure to around the half-value wavelength, the above-mentioned unnecessary light intensity can be reduced. It is possible to reduce it significantly. Conversely, in the case of a configuration in which sufficient absorption cannot be obtained near the half-value wavelength, it is extremely difficult to sufficiently reduce the intensity of unnecessary light.

また、遷移波長領域吸収構造体の吸収スペクトルがブロードな特性を有していると、本来必要とする透過波長領域の光も大きく吸収してしまうため、吸収構造体の吸収スペクトルは、半値波長付近に吸収ピークを有した、吸収波長領域が小さい急峻なスペクトルが好ましい。さらには、同様の理由から、透過波長領域側よりは不透過波長領域側に吸収量が多くなるように配置される方が好ましい場合がある。以上より、遷移波長領域吸収構造体ではプラズモンによる共鳴波長でのQ値を高める為、金属微粒子のサイズが一定であり、さらには周期性が高い構造とすることがより望ましい。 In addition, if the absorption spectrum of the transition wavelength region absorption structure has a broad characteristic, the absorption spectrum of the absorption structure is near the half-value wavelength because it also absorbs a large amount of light in the originally required transmission wavelength region. A steep spectrum with a narrow absorption wavelength region having an absorption peak at . Furthermore, for the same reason, it may be preferable to arrange the absorption amount on the non-transmissive wavelength region side more than on the transmissive wavelength region side. From the above, in order to increase the Q value at the resonance wavelength of plasmons in the transition wavelength region absorption structure, it is more desirable to have a structure in which the size of the metal fine particles is constant and the periodicity is high.

以上のような理由から、透過―不透過遷移波長領域における遷移波長領域吸収構造体の吸収スペクトルは、透過―不透過遷移波長領域よりも狭い波長域で吸収帯を有することが望ましい。また、透過―不透過遷移波長領域における遷移波長領域吸収構造体の吸収スペクトルが、透過―不透過遷移波長領域よりも広い場合は、吸収ピーク波長を不透過領域側に寄せて、透過帯の透過を最大化できる構成とすることが望ましい。このように、吸収層による透過波長領域の透過光量の減衰を低減することで、高画質化を図ることが可能である。 For the above reasons, the absorption spectrum of the transition wavelength region absorbing structure in the transmissive-non-transmissive transition wavelength region preferably has an absorption band in a narrower wavelength region than the transmissive-non-transmissive transition wavelength region. In addition, when the absorption spectrum of the transition wavelength region absorbing structure in the transmission-non-transmission transition wavelength region is wider than the transmission-non-transmission transition wavelength region, the absorption peak wavelength is shifted to the non-transmission region side, and the transmission of the transmission band It is desirable to have a configuration that can maximize In this way, by reducing the attenuation of the amount of transmitted light in the transmission wavelength range by the absorption layer, it is possible to achieve high image quality.

以上のような本発明の光学フィルタを監視カメラ等の撮影装置に使用することにより、高精度化を図ることが可能となる。 By using the optical filter of the present invention as described above in a photographing device such as a surveillance camera, it is possible to achieve high accuracy.

以下、本発明の光学フィルタ、及び撮像装置について実施例に基づき詳細を具体的に説明する。 Hereinafter, the optical filter and imaging device of the present invention will be specifically described in detail based on examples.

(実施例1)
透明基板の一方の面上に、金属微粒子を分散配置した遷移波長領域吸収構造体と、多層薄膜により構成された近赤外遮蔽膜を形成し、もう一方の面に多層薄膜により構成された反射防止膜を形成した、図1に示した光学フィルタを作製した実施例について、以下に詳しく記載する。
(Example 1)
A transition wavelength region absorption structure in which fine metal particles are dispersed and arranged on one side of a transparent substrate, and a near-infrared shielding film composed of multilayer thin films are formed on one side, and a reflection composed of multilayer thin films is formed on the other side. An example of fabricating the optical filter shown in FIG. 1 with a protective film is described in detail below.

図1は、少なくとも近赤外波長領域の光の透過を制限するIRカットフィルタとして機能する実施例1の光学フィルタ14の構成図を示している。このような本実施例1の光学フィルタ14の基板10には、少なくても400~700nmの可視波長領域において透明性を有した厚さ0.4mmのB270iガラスを使用した。ここで、本実施例1においてはB270iガラスを使用したが、光学フィルタとしての透過波長領域において透明性を有するものであれば特に制限は無く、この他のガラス材料を使用することも可能であるし、樹脂系の基板や、無機有機ハイブリッド基板を用いることも可能である。樹脂系基板の場合、オレフィン系やポリイミド系、PET、PEN、ポリエステル系、アクリル系、アラミド系、PC(ポリカーボネート)、アセテート、ポリ塩化ビニル、PVA(ポリビニルアルコール)等も好適な材料の1つである。更には、100μm以下の厚さの各種の樹脂フィルムを用いることも可能である。 FIG. 1 shows a configuration diagram of an optical filter 14 of Example 1 that functions as an IR cut filter that limits transmission of at least light in the near-infrared wavelength region. For the substrate 10 of the optical filter 14 of Example 1, B270i glass having a thickness of 0.4 mm and having transparency at least in the visible wavelength range of 400 to 700 nm was used. Here, although B270i glass was used in the first embodiment, there is no particular limitation as long as it has transparency in the transmission wavelength region as an optical filter, and other glass materials can also be used. However, it is also possible to use a resin-based substrate or an inorganic-organic hybrid substrate. In the case of resin substrates, olefins, polyimides, PET, PEN, polyesters, acrylics, aramids, PC (polycarbonate), acetate, polyvinyl chloride, PVA (polyvinyl alcohol), etc. are also suitable materials. be. Furthermore, it is also possible to use various resin films having a thickness of 100 μm or less.

最初に、十分な洗浄と乾燥を行った基板10の一方の面上に、金属微粒子を分散させた遷移波長領域吸収構造体11を形成した。金属微粒子には直径100nmの円柱形状のAu微粒子を用い、この微粒子を吸収構造体内に分散配置した構成とした。この遷移波長領域吸収構造体の作製方法としては、フォトリソグラフィー法を用いた。 First, a transition wavelength region absorption structure 11 in which fine metal particles are dispersed is formed on one surface of a substrate 10 which has been thoroughly washed and dried. Cylindrical Au fine particles with a diameter of 100 nm were used as the metal fine particles, and the fine particles were arranged in a dispersed manner within the absorption structure. A photolithography method was used as a method for fabricating this transition wavelength region absorption structure.

まず、基板10上に、約100nmの一定膜厚でAu薄膜を蒸着した。その後、リソグラフィー用のレジスト溶液をスピンコート法で塗工した後、一度ベーキングを施すことでレジスト内の溶剤を取り除いた。次に、先に塗布したレジスト膜に露光処理を施し、直径100nmの円形状アレイと逆形状となるようにパターニングを行った。そして、イオンミリング処理を行うことで、剥き出しとなっているAu薄膜を除去した後、レジスト膜を取り除く為に薬剤によるエッチング処理を施し、図2で例示したように金属微粒子15を周期的に分散配置させた遷移波長領域吸収構造体11を形成した。図2のように本実施例1ではあらゆる方向に対し等方的な効果を得ることができるように、金属微粒子15を三方(六方)配列となるように配置したが、正方配列や他の配列であっても良い。 First, an Au thin film was vapor-deposited on the substrate 10 with a constant thickness of about 100 nm. After that, a resist solution for lithography was applied by spin coating, and the solvent in the resist was removed by once baking. Next, the previously applied resist film was subjected to exposure processing, and patterning was performed so as to have a shape opposite to the circular array with a diameter of 100 nm. Then, after ion milling is performed to remove the bare Au thin film, etching is performed with a chemical agent to remove the resist film, and the metal fine particles 15 are periodically dispersed as shown in FIG. An arranged transition wavelength region absorbing structure 11 was formed. As shown in FIG. 2, in the first embodiment, the metal fine particles 15 are arranged in a three-way (hexagonal) arrangement so as to obtain an isotropic effect in all directions. can be

本実施例1では、このようなプロセスにより遷移波長領域吸収構造体11を形成したが、例えば以下のような、所謂リフトオフのプロセスでも略同様の構造体を得ることが可能である。最初に、十分な洗浄と乾燥を行った基板10上にリソグラフィー用のレジスト溶液をスピンコート法で塗工しベーキング処理を施す。次に、塗布したレジスト膜に露光処理を行い、先のプロセスとは真逆となる、直径100nmの円形状のアレイとなるようにパターニングを行い、レジスト膜の一部を取り除く。そしてその上に、蒸着やスパッタにより約100nmの一定膜厚でAu薄膜を成膜した後、薬剤によるエッチング処理を行い、レジスト膜を除去する。以上のようなリフトオフプロセスでも、略同様の遷移波長領域吸収構造体11を形成することが可能である。 In Example 1, the transition wavelength region absorption structure 11 was formed by such a process, but substantially the same structure can be obtained by the so-called lift-off process described below, for example. First, a resist solution for lithography is applied by spin coating onto the substrate 10 which has been thoroughly washed and dried, and then baked. Next, the applied resist film is subjected to exposure processing, patterning is performed to form a circular array with a diameter of 100 nm, which is the opposite of the previous process, and part of the resist film is removed. Then, after depositing an Au thin film with a constant thickness of about 100 nm by vapor deposition or sputtering on the Au thin film, an etching treatment using chemicals is performed to remove the resist film. It is possible to form substantially the same transition wavelength region absorption structure 11 by the lift-off process as described above.

さらに別の方法として、ナノインプリント法を併用することも可能である。例えば、前述した本実施例1での遷移波長領域吸収構造体11の作製プロセスにおいて、先のレジスト膜を光ナノインプリントにより形成した後、アッシング処理を行い、でナノインプリントにおける残膜を処理することで金属薄膜を露出させる。その後、イオンミリングにより剥き出しになっている金属薄膜部を除去し、最後に薬液等によりレジストを除去する。このようにナノインプリントを併用することで、工程は増えるものの、パターニングプロセスの大幅な効率化が可能となることから、生産性を高めることができる。 As another method, it is also possible to use a nanoimprint method together. For example, in the manufacturing process of the transition wavelength region absorption structure 11 in the first embodiment described above, after forming the previous resist film by photo-nanoimprinting, ashing treatment is performed, and the remaining film in nanoimprinting is treated by metal Expose the thin film. After that, the exposed metal thin film portion is removed by ion milling, and finally the resist is removed by a chemical solution or the like. By using nanoimprinting in combination in this way, although the number of steps increases, the efficiency of the patterning process can be greatly improved, and productivity can be improved.

また、本実施例1では、遷移波長領域吸収構造体11における吸収ピークのQ値を重視した為、微粒子の形状と配置周期性の再現性が高い、フォトリソグラフィー法を用いたが、作製方法はこれらに限らず、ウェットプロセスを選択することも可能である。一例としては、Auナノ微粒子を有機溶媒やバインダ材料に分散させた混合液を作製し、これを基板10上にスピンコートする方法や、スクリーン印刷やグラビア印刷などの印刷法で塗工する方法などが挙げられる。 In addition, in Example 1, since the Q value of the absorption peak in the transition wavelength region absorption structure 11 was emphasized, the photolithography method, which has high reproducibility of the shape and arrangement periodicity of the fine particles, was used. It is also possible to select not only these but a wet process. As an example, a method of preparing a mixed solution in which Au nanoparticles are dispersed in an organic solvent or a binder material, spin-coating this on the substrate 10, or a method of coating by a printing method such as screen printing or gravure printing. is mentioned.

次に、この遷移波長領域吸収構造体11上にIAD法により近赤外遮蔽膜12を形成した。その後、基板10の表裏を変え、同様にIAD法により反射防止膜13を形成した。 Next, a near-infrared shielding film 12 was formed on this transition wavelength region absorption structure 11 by the IAD method. After that, the front and back of the substrate 10 were changed, and an antireflection film 13 was similarly formed by the IAD method.

基板10上に形成された本実施例1の近赤外遮蔽膜12は、図3(a)に示すように、可視波長領域の約400~550nmの波長領域の光を小さいリップルに抑えつつ、基板裏面側での反射成分を除いた殆どを透過させた透過帯と、可視波長から近赤外波長領域にかけての約700~1050nmの波長領域の光を遮蔽した不透過帯を有している。また、透過帯と不透過帯に挟まれた約550~650nmの波長領域には、透過帯から不透過帯へ透過が連続的に変化する透過―不透過遷移波長領域を有している。さらには、透過―不透過遷移波長領域における透過率50%の波長をIR半値波長と定義し、この値を580nmとした。また、本実施例1における近赤外遮蔽膜12は高屈折率材料であるTiO2と低屈折率材料であるSiO2を交互に積層し構成されており、この近赤外遮蔽膜12の基板10側の第1層には透過リップル低減機能を有する透過リップル調整層が配置されており、近赤外遮蔽膜12を構成する全ての膜厚の中で最も薄い膜厚となっている。さらに、最表層のSiO2層は反射防止波長領域の中心波長である400~600nmの約1.0qw程度の膜厚を有している。 The near-infrared shielding film 12 of Example 1 formed on the substrate 10, as shown in FIG. It has a transmission band in which most of the components other than the components reflected on the back side of the substrate are transmitted, and an opaque band in which light in the wavelength range of about 700 to 1050 nm from visible wavelengths to the near-infrared wavelength region is blocked. In addition, the wavelength region of about 550 to 650 nm sandwiched between the transmission band and the non-transmission band has a transmission-non-transmission transition wavelength region in which the transmission continuously changes from the transmission band to the non-transmission band. Furthermore, the wavelength at which the transmittance is 50% in the transmission-non-transmission transition wavelength region is defined as the IR half-value wavelength, and this value is set to 580 nm. The near-infrared shielding film 12 in Example 1 is formed by alternately laminating TiO2, which is a high refractive index material, and SiO2, which is a low refractive index material. A transmission ripple adjusting layer having a transmission ripple reduction function is arranged in the first layer of , and has the smallest film thickness among all the film thicknesses constituting the near-infrared shielding film 12 . Furthermore, the outermost SiO2 layer has a thickness of about 1.0 qw at 400 to 600 nm, which is the center wavelength of the antireflection wavelength region.

基板10上のもう一方の面上に形成された本実施例1の反射防止膜13は可視波長から近赤外波長領域にかけての約400~700nmの波長領域の光における、基板裏面側での反射成分を除いた殆どの反射を阻止した、つまりは殆どの光を透過させた透過帯を有した光学特性となっている(不図示)。このように、近赤外遮蔽膜12のIR半値波長である580nmにおいて、基板裏面に対峙するように配置された反射防止膜13は透過帯を形成しており、成膜誤差等により近赤外遮蔽膜12の光学特性が例えば10nm短波長側や長波長側へシフトとしたとしても、反射防止膜13はIR半値波長において透過帯を維持できる。従って、以上のような構成設計とすることにより、反射防止膜13形成時の成膜誤差により反射防止膜13の光学特性が変化したとしても、基板10を含んで形成される光学フィルタ14のIR半値波長に与える影響は極めて小さく、近赤外遮蔽膜12の誤差のみで光学フィルタ14の透過―不透過遷移波長領域が決まる為、より再現性を高めることができ、光学フィルタ総体としての高精度化を実現することができる。 The antireflection film 13 of the present embodiment 1 formed on the other surface of the substrate 10 reflects light in the wavelength range of about 400 to 700 nm from the visible wavelength to the near-infrared wavelength range on the back side of the substrate. It has an optical characteristic of having a transmission band that blocks most of the reflection except for the component, that is, transmits most of the light (not shown). As described above, at 580 nm, which is the IR half-value wavelength of the near-infrared shielding film 12, the antireflection film 13 arranged to face the back surface of the substrate forms a transmission band. Even if the optical properties of the shielding film 12 are shifted, for example, by 10 nm to the short wavelength side or the long wavelength side, the antireflection film 13 can maintain the transmission band at the IR half-value wavelength. Therefore, even if the optical characteristics of the antireflection film 13 change due to a film formation error during the formation of the antireflection film 13, the IR of the optical filter 14 formed including the substrate 10 can be detected by the configuration design as described above. The effect on the half-value wavelength is extremely small, and the transmissive-non-transmissive transition wavelength region of the optical filter 14 is determined only by the error of the near-infrared shielding film 12, so the reproducibility can be further improved, and the optical filter as a whole has high accuracy. can be realized.

また、本実施例1における反射防止膜13は高屈折率材料であるTiO2と低屈折率材料であるSiO2を交互に積層し構成されており、特に反射防止機能に最も影響を与える最表層のSiO2層は反射防止帯となる波長域の中心波長である500~600nmの約1.0qw程度の膜厚を有している。 Further, the antireflection film 13 in Example 1 is formed by alternately laminating TiO2, which is a high refractive index material, and SiO2, which is a low refractive index material. The layer has a film thickness of about 1.0 qw at 500 to 600 nm, which is the central wavelength of the wavelength band that forms the antireflection band.

基板10上に構成された近赤外遮蔽膜12単体が作り出す透過帯の透過特性は、透過リップルが少ない平坦で、実質的に一定である透過特性を有しており、基板の裏面側の反射成分を除いた殆どの光を透過する特性となっている。また同様に、基板10上に構成された反射防止膜13単体が作り出す透過帯の透過特性は透過リップルが少ない平坦で、実質的に一定である透過特性を有しており、基板の裏面側の反射成分を除いた殆どの光を透過する特性となっている。これら2つの機能膜が作り出す透過帯におけるそれぞれの透過特性は実質的に同一とみなせる特性を有している。そして、これら2つの機能膜が作り出す、透過リップルが少なく平坦で、高透過となっているそれぞれの透過特性を合成することで、図3(c)で示すように、光学フィルタ14の透過帯における、透過リップルが少なく平坦で高透過である特性を作り出している。また、光学フィルタ14の不透過帯においても同様に、2つの機能膜が作り出す透過特性の合成により透過特性が決定される。従って、近赤外遮蔽膜12、及び反射防止膜13の2つの機能膜が作り出す透過特性の合成により、光学フィルタ14総体としての透過特性が決定される。 The transmission characteristics of the transmission band produced by the single near-infrared shielding film 12 formed on the substrate 10 are flat with little transmission ripple and have substantially constant transmission characteristics. It has the characteristic of transmitting most of the light except for the component. Similarly, the transmission characteristics of the transmission band produced by the single antireflection film 13 formed on the substrate 10 are flat with little transmission ripple, and have substantially constant transmission characteristics. It has the characteristic of transmitting most of the light except for the reflected component. The respective transmission characteristics in the transmission bands produced by these two functional films have characteristics that can be regarded as substantially the same. Then, by synthesizing the transmission characteristics of these two functional films, which are flat with little transmission ripple and have high transmission, as shown in FIG. , which produces flat, high-transmission characteristics with little transmission ripple. Similarly, in the opaque band of the optical filter 14, the transmission characteristics are determined by synthesizing the transmission characteristics produced by the two functional films. Therefore, the transmission characteristics of the optical filter 14 as a whole are determined by synthesizing the transmission characteristics produced by the two functional films of the near-infrared shielding film 12 and the antireflection film 13 .

本実施例1における近赤外遮蔽膜12、反射防止膜13において、蒸着膜として構成された高屈折率材料であるTiO2と低屈折率材料であるSiO2の他に、高屈折率材料としてはNb2O5やZrO2、Ta2O5などが使用でき、低屈折率材用としてはMgF2などが使用可能である。また、設計上や成膜上の理由から中間屈折率材料であるAl2O3などを一部の層で使用することも可能であり、これらの材料に限らず、NiやFe、Cr、Al、Mg、Ti、Si、Nb、Zr、Pt、In、W、Mo、Ta、Cu、Ag、Auなどの金属化合物でも良く、その時々で最適な材料の組合せを選択すれば良い。 In the near-infrared shielding film 12 and the antireflection film 13 in the first embodiment, in addition to TiO2, which is a high refractive index material and SiO2, which is a low refractive index material, which are formed as vapor deposition films, Nb2O5 is used as a high refractive index material. , ZrO2, Ta2O5, etc. can be used, and MgF2, etc. can be used as a low refractive index material. In addition, for reasons of design and film formation, it is possible to use an intermediate refractive index material such as Al2O3 in some layers. Metal compounds such as Ti, Si, Nb, Zr, Pt, In, W, Mo, Ta, Cu, Ag, and Au may be used, and an optimum combination of materials may be selected depending on the situation.

以上のように作製された遷移波長領域吸収構造体11における局所的な吸収ピーク波長、つまりは遷移波長領域吸収構造体11におけるプラズモンの共鳴波長は、図3(b)で示したように、近赤外遮蔽膜12が形成する透過―不透過遷移波長領域における半値波長前後の波長に重なるように調整されている。さらには、図3(a)(b)に示したように、遷移波長領域吸収構造体11の吸収スペクトルは、近赤外遮蔽膜12の透過―不透過遷移波長領域よりも狭い波長域を吸収波長領域とする構成とした。ここで、実際に吸収による効果が発揮される条件を考慮して、本実施例における吸収波長領域とは、連続して吸収率が5%以上となる波長領域と定義する。これにより、不要光の強度が原理的に最大となる、透過―不透過遷移波長領域における半値波長付近での不要光のみを選択的に大きく低減することができ、一方で透過帯での吸収ロスを抑えることができる。より具体的には、(機能膜の分光透過率)×(機能膜の分光反射率)で計算される簡易的な不要光強度の目安値で比較すると、近赤外遮蔽膜12のみでは理論上最大で25%の強度となるのに対し、本例では透過が約28%、反射が約28%の時に最大値を取り、その値は8%弱と、3分の1以上低減することできた。 As shown in FIG. It is adjusted to overlap with the wavelength around the half-value wavelength in the transmissive-non-transmissive transition wavelength region formed by the infrared shielding film 12 . Furthermore, as shown in FIGS. 3A and 3B, the absorption spectrum of the transition wavelength region absorption structure 11 absorbs a narrower wavelength region than the transmission-non-transmission transition wavelength region of the near-infrared shielding film 12. It was configured as a wavelength region. Here, considering the conditions under which the effect of absorption is actually exhibited, the absorption wavelength region in this embodiment is defined as a wavelength region in which the absorptance is continuously 5% or more. As a result, it is possible to selectively greatly reduce only unnecessary light in the vicinity of the half-value wavelength in the transmission-non-transmission transition wavelength region, where the intensity of unnecessary light is theoretically maximized, while absorption loss in the transmission band is reduced. can be suppressed. More specifically, when compared with a simple reference value for the unnecessary light intensity calculated by (spectral transmittance of the functional film) x (spectral reflectance of the functional film), the theoretical value of the near-infrared shielding film 12 alone is While the maximum intensity is 25%, in this case the maximum value is obtained when the transmission is about 28% and the reflection is about 28%, and the value is less than 8%, which is a reduction of more than one-third. was made.

また、色素などの有機成分から吸収を得る構造体などと比較し、紫外線による劣化にも強く、このような無機の金属材料により得た吸収特性と、無機の積層薄膜により得た反射特性の、主に2つの特性から光学フィルタ総体としての光学特性を得ている為、温度や湿度、紫外線などの周囲環境による吸収特性の変化が著しく小さく、耐環境性に優れた光学フィルタを得ることができる。 In addition, compared to structures that obtain absorption from organic components such as pigments, it is also resistant to deterioration due to ultraviolet rays. Since the optical characteristics of the optical filter as a whole are obtained mainly from two characteristics, changes in the absorption characteristics due to the surrounding environment such as temperature, humidity, and ultraviolet rays are extremely small, and an optical filter with excellent environmental resistance can be obtained. .

以上のように作製された、光学フィルタ14の分光透過特性は図3(c)で示した設計値に近い特性を得ることができた。これにより、透過帯での高透過を維持しつつ、不要光の強度を低減する、高精度化を実現した、耐環境性に優れた光学フィルタを得ることができた。 The spectral transmission characteristics of the optical filter 14 manufactured as described above were close to the design values shown in FIG. 3(c). As a result, it was possible to obtain an optical filter that reduces the intensity of unnecessary light while maintaining high transmission in the transmission band, achieves high precision, and has excellent environmental resistance.

(実施例2)
透明基板の一方の面上に、金属微粒子を分散配置した遷移波長領域吸収構造体と、多層薄膜により構成された近赤外遮蔽膜を形成し、もう一方の面上にも、金属微粒子を分散配置した遷移波長領域吸収構造体と、多層薄膜により構成された反射防止膜を形成した、図4に示した光学フィルタを作製した実施例について、以下に詳しく記載する。
(Example 2)
A transition wavelength region absorption structure in which fine metal particles are dispersed and a near-infrared shielding film composed of multilayer thin films are formed on one side of a transparent substrate, and fine metal particles are dispersed on the other side. An example of fabricating the optical filter shown in FIG. 4, in which the disposed transition wavelength region absorption structure and the antireflection film composed of the multilayer thin films are formed, will be described in detail below.

図4は、少なくとも近赤外波長領域の光の透過を制限するIRカットフィルタとして機能する実施例2の光学フィルタ24の構成図を示している。このような本実施例2の光学フィルタ24の基板20には、少なくても400~700nmの可視波長領域において透明性を有した厚さ0.4mmのB270iガラスを使用した。ここで、本実施例2においてはB270iガラスを使用したが、光学フィルタの透過波長領域において透明性を有するものであれば特に制限は無い。 FIG. 4 shows a configuration diagram of the optical filter 24 of Example 2 that functions as an IR cut filter that limits transmission of at least light in the near-infrared wavelength region. For the substrate 20 of the optical filter 24 of Example 2, B270i glass having a thickness of 0.4 mm and having transparency at least in the visible wavelength range of 400 to 700 nm was used. Here, although B270i glass was used in the second embodiment, there is no particular limitation as long as it has transparency in the transmission wavelength region of the optical filter.

最初に、十分な洗浄と乾燥を行った基板20の一方の面上に、金属微粒子を分散させた遷移波長領域吸収構造体21を形成した。金属微粒子には直径100nmの球体のAu微粒子を用い、この微粒子を遷移波長吸収構造体内に分散配置した構成とした。この遷移波長領域吸収構造体21の作製方法としては、ディッピング法を用いた。遷移波長領域吸収構造体21の膜厚は金属微粒子の直径サイズに相当となるように、分散液や形成プロセスを調整した。 First, a transition wavelength region absorption structure 21 in which fine metal particles are dispersed is formed on one surface of a substrate 20 that has been thoroughly washed and dried. Spherical Au microparticles with a diameter of 100 nm were used as the metal microparticles, and these microparticles were arranged in a dispersed manner within the transition wavelength absorption structure. A dipping method was used as a method for fabricating this transition wavelength region absorption structure 21 . The dispersion liquid and formation process were adjusted so that the film thickness of the transition wavelength region absorption structure 21 corresponded to the diameter size of the metal fine particles.

まず、100nmサイズの球体形状をした無数のAu金属微粒子を含有させた分散液を作製した。次にこの分散液中に基板20全体を浸漬させた後、所定の条件で液中から引き上げた状態で一定時間保持し、乾燥工程を経て遷移波長領域吸収構造体21を作製した。このようなディッピングプロセスであれば、基板20の両面に同時に遷移波長領域吸収構造体21を作製することができる。ここで、混合するバインダや溶剤によって、極薄膜も作製可能であるし、厚膜化に対応することも可能であり、金属微粒子を比較的規則正しく、周期的に配置させることもできる。さらに、このようなディッピングプロセスによる作製方法以外でも、金属微粒子の形状やサイズに応じて、本実施例1に記載したフォトリソグラフィー法やリフトオフプロセス、ナノインプリント法を併用したプロセスなどの作製方法を選択することが可能である。また、これらに限らず、スピンコートや印刷法などの他のウェットプロセスを選択することも可能である。 First, a dispersion containing a large number of Au metal fine particles having a spherical shape of 100 nm size was prepared. Next, after immersing the entire substrate 20 in this dispersion liquid, the substrate 20 was lifted out of the liquid under predetermined conditions and held for a certain period of time, followed by a drying process to fabricate the transition wavelength region absorption structure 21 . With such a dipping process, the transition wavelength region absorbing structures 21 can be fabricated on both sides of the substrate 20 simultaneously. Here, depending on the binder and solvent to be mixed, it is possible to produce an ultra-thin film, it is also possible to correspond to a thick film, and it is also possible to arrange the metal fine particles relatively regularly and periodically. Furthermore, other than the manufacturing method by such a dipping process, according to the shape and size of the metal fine particles, a manufacturing method such as a photolithography method described in Example 1, a lift-off process, or a process using a nanoimprint method in combination is selected. Is possible. In addition, it is also possible to select other wet processes such as spin coating and printing.

次に、この遷移波長領域吸収構造体21上にIAD法により近赤外遮蔽膜22を形成した。その後、基板20の表裏を変え、同様に遷移波長領域吸収構造体21上にIAD法により反射防止膜23を形成した。 Next, a near-infrared shielding film 22 was formed on this transition wavelength region absorption structure 21 by the IAD method. After that, the substrate 20 was turned over, and an antireflection film 23 was similarly formed on the transition wavelength region absorption structure 21 by the IAD method.

基板20上に形成された本実施例2の近赤外遮蔽膜22は、図5(a)に示すように、可視波長領域の約400~500nmの波長領域の光を小さいリップルに抑えつつ、基板裏面側での反射成分を除いた殆どを透過させた透過帯と、可視波長から近赤外波長領域にかけての約700~1050nmの波長領域の光を遮蔽した不透過帯を有している。また、透過帯と不透過帯に挟まれた約550~650nmの波長領域には、透過帯から不透過帯へ透過が連続的に変化する透過―不透過遷移波長領域を有している。さらには、IR半値波長を580nmとした。また、本実施例2における近赤外遮蔽膜22は高屈折率材料であるTiO2と低屈折率材料であるSiO2を交互に積層し構成されており、この近赤外遮蔽膜22の基板20側の第1層には透過リップル低減機能を有する透過リップル調整層が配置されており、近赤外遮蔽膜22を構成する全ての膜厚の中で最も薄い膜厚となっている。さらに、最表層のSiO2層は反射防止帯となる波長域の中心波長である400~600nmの約1.0qw程度の膜厚を有している。 The near-infrared shielding film 22 of Example 2 formed on the substrate 20, as shown in FIG. It has a transmission band in which most of the components other than the components reflected on the back side of the substrate are transmitted, and an opaque band in which light in the wavelength range of about 700 to 1050 nm from visible wavelengths to the near-infrared wavelength region is blocked. In addition, the wavelength region of about 550 to 650 nm sandwiched between the transmission band and the non-transmission band has a transmission-non-transmission transition wavelength region in which the transmission continuously changes from the transmission band to the non-transmission band. Furthermore, the IR half-value wavelength was set to 580 nm. Further, the near-infrared shielding film 22 in Example 2 is configured by alternately laminating TiO2, which is a high refractive index material, and SiO2, which is a low refractive index material. A transmission ripple adjusting layer having a transmission ripple reduction function is arranged in the first layer of , and has the smallest film thickness among all the film thicknesses constituting the near-infrared shielding film 22 . Furthermore, the outermost SiO2 layer has a film thickness of about 1.0 qw at the center wavelength of the wavelength range of 400 to 600 nm, which is the antireflection band.

基板20上のもう一方の面上に形成された本実施例2の反射防止膜23は、可視波長から近赤外波長領域にかけての約400~700nmの波長領域の光における、基板裏面側での反射成分を除いた殆どの反射を阻止した、つまりは殆どの光を透過させた透過帯を有した光学特性となっている(不図示)。このように、近赤外遮蔽膜22のIR半値波長である580nmにおいて、基板裏面に対峙するように配置された反射防止膜23は透過帯を形成している。従って成膜誤差により反射防止膜23の光学特性が変化したとしても、基板20を含んで形成される光学フィルタ24のIR半値波長に与える影響は極めて小さく、近赤外遮蔽膜22の誤差のみで光学フィルタ24の透過―不透過遷移波長領域が決まる為、より再現性を高めることができ、光学フィルタ総体としての高精度化を実現することができる。 The antireflection film 23 of the present embodiment 2 formed on the other surface of the substrate 20 has a wavelength range of about 400 to 700 nm from the visible wavelength to the near-infrared wavelength range. It has an optical characteristic of having a transmission band that blocks most of the reflection except the reflection component, that is, transmits most of the light (not shown). In this manner, the antireflection film 23 arranged to face the rear surface of the substrate forms a transmission band at 580 nm, which is the IR half-value wavelength of the near-infrared shielding film 22 . Therefore, even if the optical characteristics of the antireflection film 23 change due to film formation errors, the effect on the IR half-value wavelength of the optical filter 24 formed including the substrate 20 is extremely small, and only the error of the near-infrared shielding film 22 Since the transmission-non-transmission transition wavelength region of the optical filter 24 is determined, the reproducibility can be improved, and the accuracy of the optical filter as a whole can be improved.

また、本実施例2における反射防止膜23は高屈折率材料であるTiO2と低屈折率材料であるSiO2を交互に積層し構成されており、特に反射防止機能に最も影響を与える最表層のSiO2層は反射防止帯となる波長域の中心波長である500~600nmの約1.0qw程度の膜厚を有している。 In addition, the antireflection film 23 in the second embodiment is formed by alternately laminating TiO2, which is a high refractive index material, and SiO2, which is a low refractive index material. The layer has a film thickness of about 1.0 qw at 500 to 600 nm, which is the central wavelength of the wavelength band that forms the antireflection band.

基板20上に構成された近赤外遮蔽膜22単体が作り出す透過帯の透過特性は、透過リップルが少ない平坦で、実質的に一定である透過特性を有しており、基板の裏面側の反射成分を除いた殆どの光を透過する特性となっている。また同様に、基板20上に構成された反射防止膜23単体が作り出す透過帯の透過特性は透過リップルが少ない平坦で、実質的に一定である透過特性を有しており、基板の裏面側の反射成分を除いた殆どの光を透過する特性となっている。これら2つの機能膜が作り出す透過帯におけるそれぞれの透過特性は実質的に同一とみなせる特性を有している。そして、これら2つの機能膜が作り出す、透過リップルが少なく平坦で、高透過となっているそれぞれの透過特性を合成することで、図5(c)で示すように、光学フィルタ24の透過帯における、透過リップルが少なく平坦で高透過である特性を作り出している。また、光学フィルタ24の不透過帯においても同様に、2つの機能膜が作り出す透過特性の合成により透過特性が決定される。従って、近赤外遮蔽膜22、及び反射防止膜23の2つの機能膜が作り出す透過特性の合成により、光学フィルタ24総体としての透過特性が決定される。 The transmission characteristics of the transmission band produced by the single near-infrared shielding film 22 formed on the substrate 20 are flat with little transmission ripple and have substantially constant transmission characteristics. It has the characteristic of transmitting most of the light except for the component. Similarly, the transmission characteristics of the transmission band produced by the single antireflection film 23 formed on the substrate 20 are flat with little transmission ripple and have substantially constant transmission characteristics. It has the characteristic of transmitting most of the light except for the reflected component. The respective transmission characteristics in the transmission bands produced by these two functional films have characteristics that can be regarded as substantially the same. Then, by synthesizing the transmission characteristics of these two functional films, which are flat with little transmission ripple and have high transmission, as shown in FIG. , which produces flat, high-transmission characteristics with little transmission ripple. Similarly, in the opaque band of the optical filter 24, the transmission characteristics are determined by synthesizing the transmission characteristics produced by the two functional films. Therefore, the transmission characteristics of the optical filter 24 as a whole are determined by synthesizing the transmission characteristics produced by the two functional films of the near-infrared shielding film 22 and the antireflection film 23 .

本実施例2における近赤外遮蔽膜22、反射防止膜23において、蒸着膜として構成された高屈折率材料であるTiO2と低屈折率材料であるSiO2に材料に限らず、その時々で最適な材料の組合せを選択すれば良い。 In the near-infrared shielding film 22 and the antireflection film 23 in Example 2, the material is not limited to TiO2, which is a high refractive index material, and SiO2, which is a low refractive index material, which are formed as vapor deposition films. A combination of materials should be selected.

ここで、前述した遷移波長領域吸収構造体21における局所的な吸収ピーク波長、つまりは遷移波長領域吸収構造体21におけるプラズモンの共鳴波長は、図5(b)で示したように、近赤外遮蔽膜22が形成する透過―不透過遷移波長領域における半値波長前後の波長に重なるように調整されている。さらには、図5(a)(b)に示したように、遷移波長領域吸収構造体21の吸収スペクトルは、近赤外遮蔽膜22の透過―不透過遷移波長領域よりも狭い波長領域を吸収波長領域とする構成とした。これにより、(機能膜の分光透過率)×(機能膜の分光反射率)で計算される簡易的な不要光強度の目安値で比較すると、近赤外遮蔽膜22のみでは理論上最大で25%の強度となるのに対し、本例では透過が約19%、反射が約19%の時に最大値を取り、その値は4%弱と、5分の1以上低減することできた。 Here, the local absorption peak wavelength in the transition wavelength region absorption structure 21 described above, that is, the plasmon resonance wavelength in the transition wavelength region absorption structure 21 is near-infrared as shown in FIG. It is adjusted to overlap with the wavelength around the half-value wavelength in the transmissive-non-transmissive transition wavelength region formed by the shielding film 22 . Furthermore, as shown in FIGS. 5A and 5B, the absorption spectrum of the transition wavelength region absorption structure 21 absorbs a wavelength region narrower than the transmission-non-transmission transition wavelength region of the near-infrared shielding film 22. It was configured as a wavelength region. As a result, when compared with a simple reference value for the unnecessary light intensity calculated by (spectral transmittance of the functional film)×(spectral reflectance of the functional film), the theoretical maximum of the near-infrared shielding film 22 is 25. %, whereas in this example , the maximum value was obtained when the transmission was about 19% and the reflection was about 19%, and the value was a little less than 4%, which was able to be reduced by more than one-fifth. .

以上のように作製された、光学フィルタ24の分光透過特性は図5(c)で示した設計値に近い特性を得ることができた。これにより、透過帯での高透過を維持しつつ、不要光の強度を低減する、高精度化を実現した、耐環境性に優れた光学フィルタを得ることができた。 The spectral transmission characteristics of the optical filter 24 manufactured as described above were close to the design values shown in FIG. 5(c). As a result, it was possible to obtain an optical filter that reduces the intensity of unnecessary light while maintaining high transmission in the transmission band, achieves high precision, and has excellent environmental resistance.

(実施例3)
本実施例1、2で作製されたような、透過―不透過遷移波長領域を有するエッジフィルタタイプ、またはバンドパスフィルタタイプの光学フィルタの他の構成例について説明する。
(Example 3)
Another configuration example of an edge filter type or bandpass filter type optical filter having a transmission-non-transmission transition wavelength region, such as those manufactured in Examples 1 and 2, will be described.

本発明の光学フィルタを図6(a)~(d)で示したような構成とすることも可能である。また、以下の説明おける各光学フィルタは透過―不透過遷移波長領域における半値波長付近に、金属微粒子を分散配置させ構成された遷移波長領域吸収構造体のプラズモン効果による吸収ピークを有していることを前提としている。また、以下の機能膜32、及び第2の機能膜33は、近赤外線遮蔽膜や紫外線遮蔽膜、紫外近赤外線遮蔽膜、近赤外線透過膜、場合によっては反射防止膜などから適宜で選択することが可能である。 The optical filter of the present invention can also be configured as shown in FIGS. 6(a) to 6(d). Further, each optical filter in the following description has an absorption peak near the half-value wavelength in the transmissive/non-transmissive transition wavelength region due to the plasmon effect of the transition wavelength region absorption structure configured by dispersing and arranging fine metal particles. is assumed. In addition, the functional film 32 and the second functional film 33 described below may be appropriately selected from a near-infrared shielding film, an ultraviolet shielding film, an ultraviolet-near-infrared shielding film, a near-infrared shielding film, a near-infrared transmitting film, and an antireflection film in some cases. is possible.

図6(a)は基板30の両面に遷移波長領域吸収構造体31するか、または遷移波長領域吸収構造体31と第2の遷移波長領域吸収構造体35を配置構成した後、遷移波長領域吸収構造体31上に機能膜32を形成し、もう一方の遷移波長領域吸収構造体31または遷移波長領域吸収構造体35上に第2の機能膜33を形成した、本実施例2に属する構成例である。本実施例2では機能膜32と第2の機能膜33として近赤外線遮蔽膜と反射防止膜を用いたが、例えば近赤外線遮蔽膜と紫外線遮蔽膜を配置することも可能であるし、紫外近赤外線遮蔽膜と近赤外線遮蔽膜を配置するや、阻止帯の異なる2種類の近赤外線遮蔽膜を配置することなどが可能である。また、プラズモン共鳴による異なる吸収ピークを有する、異なる2種類以上の金属微粒子を1つの遷移波長領域吸収構造体31層内に分散配置させることも可能である。 FIG. 6(a) shows a transition wavelength region absorbing structure 31 or a transition wavelength region absorbing structure 31 and a second transition wavelength region absorbing structure 35 arranged on both sides of a substrate 30, followed by a transition wavelength region absorbing structure. A configuration example belonging to the second embodiment, in which a functional film 32 is formed on a structure 31, and a second functional film 33 is formed on the other transition wavelength region absorption structure 31 or transition wavelength region absorption structure 35. is. Although a near-infrared shielding film and an antireflection film are used as the functional film 32 and the second functional film 33 in the second embodiment, it is also possible to dispose a near-infrared shielding film and an ultraviolet shielding film, for example. It is possible to arrange an infrared shielding film and a near-infrared shielding film, or to arrange two types of near-infrared shielding films having different stopbands. It is also possible to disperse and arrange two or more different types of fine metal particles having different absorption peaks due to plasmon resonance in one layer of the transition wavelength region absorption structure 31 .

図6(b)は基板30の一方の面上に機能膜32と遷移波長領域吸収構造体31を配置し、基板30のもう一方の面上に第2の機能膜33と第2の遷移波長領域吸収構造体35を配置した例である。また、図示しないが、2つの遷移波長領域吸収構造体31の一方を、吸収波長領域の異なる第2の遷移波長領域吸収構造体35に変えて配置させることもできる。 FIG. 6B shows a functional film 32 and a transition wavelength region absorption structure 31 arranged on one surface of a substrate 30, and a second functional film 33 and a second transition wavelength region on the other surface of the substrate 30. FIG. This is an example in which the area absorption structure 35 is arranged. Also, although not shown, one of the two transition wavelength region absorption structures 31 can be replaced with a second transition wavelength region absorption structure 35 having a different absorption wavelength region.

図6(c)は図6(b)における一方の遷移波長領域吸収構造体41を取り除いた構成である。また、図示しないが、遷移波長領域吸収構造体31上に更に反射防止膜などの他の機能膜を形成することも可能である。 FIG. 6(c) is a configuration in which one transition wavelength region absorbing structure 41 in FIG. 6(b) is removed. Moreover, although not shown, it is also possible to further form another functional film such as an antireflection film on the transition wavelength region absorption structure 31 .

図6(d)は基板30上の一方面上に形成された機能膜32上に遷移波長領域吸収構造体31を配置し、基板30のもう一方の面上には第2の遷移波長領域吸収構造体36を配置し、その上側に第2の機能膜33を配置した例である。ここで、図示しないが、機能膜32を第2の機能膜33に変えて配置構成することも可能であるし、第2の遷移波長領域吸収構造体35を遷移波長領域吸収構造体31に変えて配置構成することも可能である。また、遷移波長領域吸収構造体31上に更に反射防止膜などの他の機能膜を形成することも可能である。 FIG. 6D shows a transition wavelength region absorption structure 31 arranged on a functional film 32 formed on one side of a substrate 30 and a second transition wavelength region absorption structure on the other side of the substrate 30 . This is an example in which a structure 36 is arranged and a second functional film 33 is arranged thereon. Here, although not shown, it is possible to change the functional film 32 to the second functional film 33, and to change the second transition wavelength region absorption structure 35 to the transition wavelength region absorption structure 31. It is also possible to arrange and configure It is also possible to further form other functional films such as an antireflection film on the transition wavelength region absorption structure 31 .

以上のような構成配置とすることで、エッジフィルタタイプやバンドパスフィルタタイプの透過―不透過遷移波長領域を有する、IRカットフィルタやUVカットフィルタ、UVIRカットフィルタ、IRパスフィルタ、カラーフィルタ、蛍光フィルタなどの、高精度化が実現された、耐環境性に優れる、多種多様な光学フィルタを形成することが可能である。 With the configuration and arrangement as described above, an IR cut filter, a UV cut filter, a UVIR cut filter, an IR pass filter, a color filter, and a fluorescent It is possible to form a wide variety of optical filters, such as filters, which are highly accurate and have excellent environmental resistance.

(実施例4)
本実施例1~3で作製した光学フィルタを備えるビデオカメラ等の撮像装置に適用した実施例について図7を用いて説明する。
(Example 4)
An example in which the optical filter manufactured in Examples 1 to 3 is applied to an imaging device such as a video camera will be described with reference to FIG.

図7は、ビデオカメラなどの撮像装置で、絞り羽根45などで構成された撮像光学系43を透過した光線を、光学フィルタ挿入位置40に配置された光学フィルタにより固体撮像素子44の特性に合わせて調整し、適正な画像を得るような構成となっている。 FIG. 7 shows an image pickup apparatus such as a video camera, in which light rays transmitted through an image pickup optical system 43 composed of aperture blades 45 and the like are adjusted to the characteristics of a solid-state image pickup device 44 by an optical filter placed at an optical filter insertion position 40. It is configured so that the correct image can be obtained by adjusting the

例えば、図7の構成において、本実施例1~3で作製されたIRカットフィルタの機能を有する光学フィルタ41を撮像装置内の所定の位置に配置しておき、光学フィルタ挿入位置40に光学フィルタ41を移動させることで、撮影状況に応じて適切なフィルタを選択し、撮影を行うことが可能である。図7の構成において光学フィルタ41を用いて、撮像光学系43を透過して固体撮像素子44に結像した光量等を判断して、光学フィルタ挿入位置40に光学フィルタ41、または位相差を調整する為のダミーフィルタとなるARフィルタ42のどちらか一方のフィルタ領域を配置させる。入射した光量が通常の撮影に十分な量であるときは、光学フィルタ41を光学フィルタ挿入位置40に配置させることでカラー画像を形成し、逆に光量が不十分であるときはARフィルタ42を光学フィルタ挿入位置40に配置させる。このような構成とすることで、例えば夜間での撮影の場合は暗視画像を形成することも可能である。このように作製された撮像装置は、光学フィルタ41の反射成分、特には透過―不透過遷移波長領域による不要光強度が低減されている為、例えば本実施例のようなIRカットフィルタならば、赤色ゴーストの発生を抑制することが可能となり、撮影画像の更なる高画質化が図られる。また、このような光学フィルタの吸収成分は無機の金属材料によって発現される為、周囲環境による光学特性の変化が少ない、耐環境性に優れた撮像装置を得ることができる。 For example, in the configuration of FIG. 7, the optical filter 41 having the function of an IR cut filter produced in Examples 1 to 3 is placed at a predetermined position in the imaging device, and the optical filter is placed at the optical filter insertion position 40. By moving 41, it is possible to select an appropriate filter according to the shooting situation and perform shooting. In the configuration of FIG. 7, the optical filter 41 is used to determine the amount of light transmitted through the imaging optical system 43 and imaged on the solid-state imaging device 44, and the optical filter 41 is placed at the optical filter insertion position 40, or the phase difference is adjusted. One of the filter regions of the AR filter 42, which is a dummy filter for doing so, is arranged. When the amount of incident light is sufficient for normal photography, the optical filter 41 is arranged at the optical filter insertion position 40 to form a color image. Conversely, when the amount of light is insufficient, the AR filter 42 is removed. It is arranged at the optical filter insertion position 40 . By adopting such a configuration, it is possible to form a night-vision image, for example, in the case of photographing at night. In the image pickup device manufactured in this manner, the reflection component of the optical filter 41, particularly the unnecessary light intensity due to the transmission-non-transmission transition wavelength region, is reduced. It is possible to suppress the occurrence of the red ghost, and the image quality of the captured image can be further improved. In addition, since the absorption component of such an optical filter is expressed by an inorganic metal material, it is possible to obtain an imaging device excellent in environmental resistance in which optical characteristics change little due to the surrounding environment.

また、図7における光学フィルタ41が2つの透過―不透過遷移波長領域に、金属微粒子によるプラズモン効果による吸収を有した、所定の近赤外波長領域を透過する、例えば800~900nmを透過し、400~700nm及び1000~1200nmの透過を阻止したIRパスフィルタの場合、ARフィルタ52をIRカットフィルタに変えることで、入射した光量が通常の撮影に十分な量であるときは、IRカットフィルタを光学フィルタ挿入位置50に配置させることでカラー画像を形成し、逆に光量が不十分であるときはIRパスフィルタを光学フィルタ挿入位置50に配置させることができる。このようなIRパスフィルタを配置することで、透過―不透過遷移波長領域による不要光強度が低減される為に暗視画像のさらなる高画質化が図られ、さらには耐環境性に優れた撮像装置を得ることができる。 In addition, the optical filter 41 in FIG. 7 transmits a predetermined near-infrared wavelength region, for example, 800 to 900 nm, which has absorption due to the plasmon effect of the metal fine particles in the two transmission-non-transmission transition wavelength regions, In the case of an IR pass filter that blocks transmission of 400 to 700 nm and 1000 to 1200 nm, by changing the AR filter 52 to an IR cut filter, when the amount of incident light is sufficient for normal photography, the IR cut filter is used. A color image can be formed by arranging it at the optical filter insertion position 50 , and conversely, when the amount of light is insufficient, an IR pass filter can be arranged at the optical filter insertion position 50 . By arranging such an IR pass filter, the unnecessary light intensity due to the transmissive/non-transmissive transition wavelength region is reduced, so the image quality of the night vision image is further improved, and the imaging with excellent environmental resistance is achieved. You can get the device.

ここで、光学フィルタ41を構成している遷移波長吸収構造体が基板の一方の面のみに配置されている場合、基板上の2つの面における反射が異なる。そこで、不要光となる波長領域における反射が低い面を撮像素子側に配置することがより望ましい。これは、このような配置とした方が、多重反射を繰り替えした後、撮像素子に入射される不要光の強度をより低減させることができる理由からである。従って、本実施例においては、機能膜が形成する透過―不透過遷移波長領域における光学フィルタ41の反射が小さい面を撮像素子側に配置した。 Here, if the transition wavelength absorbing structure constituting the optical filter 41 is arranged only on one surface of the substrate, the reflection on the two surfaces on the substrate will be different. Therefore, it is more desirable to arrange a surface with low reflection in the wavelength region of unnecessary light on the imaging element side. This is because such an arrangement can further reduce the intensity of unnecessary light incident on the imaging device after repeated multiple reflections. Therefore, in the present embodiment, the surface of the optical filter 41 with low reflection in the transmissive-non-transmissive transition wavelength region formed by the functional film is arranged on the image sensor side.

また、本実施例の光学装置に限らず、他の光学装置であっても、実施例1~3で作製されたようなIRカットフィルタなどの透過―不透過遷移波長領域を有するエッジフィルタタイプやバンドパスフィルタタイプの光学フィルタを用いることで、高画質化を図ることが可能な、耐環境性に優れた撮像装置を実現することができる。 Further, not only the optical device of this embodiment, but also other optical devices may be edge filter types having a transmissive-non-transmissive transition wavelength region, such as IR cut filters produced in Examples 1 to 3, or By using a band-pass filter type optical filter, it is possible to realize an imaging apparatus that can achieve high image quality and has excellent environmental resistance.

10,20,30.基板
11,21,31.遷移波長領域吸収層
12,22.近赤外遮蔽膜
13,23.反射防止膜
14,24,34.光学フィルタ
15.金属微粒子
32.機能膜
33.第2の機能膜
35.第2の遷移波長領域吸収構造体

40.光学フィルタ挿入位置
41.光学フィルタ
42.ARフィルタ
43.撮像光学系
44.固体撮像素子
45.絞り羽根

10, 20, 30. Substrates 11, 21, 31 . Transition wavelength region absorption layers 12, 22 . Near-infrared shielding films 13, 23 . Antireflection films 14, 24, 34. optical filter 15 . fine metal particles 32 . functional membrane 33 . Second functional film 35 . Second transition wavelength region absorbing structure

40. Optical filter insertion position 41 . optical filter 42 . AR filter 43 . imaging optical system 44 . Solid-state imaging device 45 . Aperture blade

Claims (8)

所定の波長領域の光を透過する透過波長領域と、
他の所定の波長領域の光の透過を阻止する不透過波長領域と、
前記透過波長領域から前記不透過波長領域に亘り透過が連続的に減少する遷移波長領域とを有した機能膜と、
金属微粒子を分散配置することで構成された遷移波長吸収構造体とを、
前記所定の波長領域において光透過性を有する基板上に備え、
前記遷移波長領域のうち透過率が5~95%の波長領域に前記遷移波長吸収構造体の吸収ピークが重なり、
前記金属微粒子の外形形状は、円柱形状、及びロッド形状の少なくともいずれか一方であり、前記吸収ピークを有した5%以上の吸収率が連続している吸収波長領域は、前記遷移波長領域のうち透過率が5~95%の波長領域よりも、波長領域が狭いことを特徴とする光学フィルタ。
a transmission wavelength region that transmits light in a predetermined wavelength region;
an opaque wavelength region that blocks transmission of light in other predetermined wavelength regions;
a functional film having a transition wavelength region in which transmission continuously decreases from the transmission wavelength region to the non-transmission wavelength region;
a transition wavelength absorbing structure configured by dispersing and arranging fine metal particles,
Provided on a substrate having optical transparency in the predetermined wavelength region,
An absorption peak of the transition wavelength absorbing structure overlaps a wavelength region having a transmittance of 5 to 95% in the transition wavelength region ,
The outer shape of the fine metal particles is at least one of a columnar shape and a rod shape, and the absorption wavelength region in which the absorption rate of 5% or more with the absorption peak is continuous is the transition wavelength region. An optical filter characterized by a wavelength region narrower than a wavelength region having a transmittance of 5 to 95% .
前記金属微粒子が周期的に分散配置されていることを特徴とする請求項に記載の光学フィルタ。 2. The optical filter according to claim 1 , wherein said fine metal particles are periodically dispersed. 前記金属微粒子は、樹脂バインダ内に分散して配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載の光学フィルタ。 3. The optical filter according to claim 1 , wherein said fine metal particles are dispersed in a resin binder. 前記遷移波長吸収構造体が形成された面とは異なる前記基板のもう一方の面上にも、
前記遷移波長吸収構造体が形成されていることを特徴とする、請求項1~のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
Also on the other side of the substrate different from the side on which the transition wavelength absorbing structure is formed,
The optical filter according to any one of claims 1 to 3 , characterized in that said transition wavelength absorbing structure is formed.
前記機能膜が形成された面とは異なる前記基板のもう一方の面上に、他の機能膜が形成されていることを特徴とする、請求項1~のいずれか一項に記載の光学フィルタ。 The optical system according to any one of claims 1 to 4 , characterized in that another functional film is formed on the other surface of the substrate different from the surface on which the functional film is formed. filter. 前記機能膜、または前記他の機能膜が、
近赤外線遮蔽機能、または紫外線遮蔽機能の少なくてもどちらかを有することを特徴とする、請求項1~のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
the functional film or the other functional film,
The optical filter according to any one of claims 1 to 5 , characterized by having at least either a near-infrared shielding function or an ultraviolet shielding function.
前記機能膜、または前記他の機能膜が、
可視光線遮蔽機能と近赤外線透過機能を有することを特徴とする、請求項1~のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
the functional film or the other functional film,
7. The optical filter according to any one of claims 1 to 6 , characterized by having a visible light blocking function and a near infrared transmitting function.
請求項1~のいずれか一項に記載の光学フィルタと、前記光学フィルタを透過した光を撮像する撮像素子と、を搭載したことを特徴とする、撮像装置。 An imaging apparatus comprising: the optical filter according to any one of claims 1 to 7 ; and an imaging element for imaging light transmitted through the optical filter.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007334318A (en) 2006-05-15 2007-12-27 Sony Corp Optical filter and color separation prism
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5789373B2 (en) * 2010-12-27 2015-10-07 キヤノン電子株式会社 Optical filter

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007334318A (en) 2006-05-15 2007-12-27 Sony Corp Optical filter and color separation prism
JP2010008990A (en) 2007-07-13 2010-01-14 Canon Inc Optical filter
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JP2012137650A (en) 2010-12-27 2012-07-19 Canon Electronics Inc Optical filter
JP2012137647A5 (en) 2010-12-27 2014-09-04
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