JP7353099B2 - 光源角度測定装置及び人工衛星 - Google Patents

Description

本発明は、光源からの光を減衰させて透過させる光吸収フィルタ、光源角度測定装置並びに人工衛星に関する。

撮像素子に対して用いられる光学フィルタは、適切な撮像結果を得るために、中心から放射状に径方向外側に向かって連続的に光学濃度が小さくなる光吸収膜が設けられた光学フィルタが知られる。

このような光学フィルタは光源からの光がフィルタの入射位置によって光吸収膜で適切に減衰されることから、例えば、太陽からの光の入射角度を測定し、その角度から太陽または人工衛星の位置情報を取得する光源角度測定装置に採用することができる。

特許文献１には、透明な基板上には干渉作用を利用した多層膜によって赤外光波長をカットする赤外カット膜と、中心から放射状に径方向外側に向かって連続的に光学濃度が小さくなる光吸収膜とからなる光学フィルタが開示されている。

特開２０１３－１５６６１９号公報

特許文献１の光学フィルタでは、主に、干渉作用を利用した多層膜で光遮蔽領域を形成しているため、光の入射角によって、その分光特性が大きく変化してしまう入射角依存性を有している。

本発明は、中心から放射状に径方向外側に向かって連続的に光学濃度が小さくなる光吸収膜を形成した光吸収フィルタにおいて、適切に光を減衰させることのできる光吸収フィルタを提供する。

上記課題を解決するために、本発明の光源角度測定装置は、基板と、前記基板上に、中心部側から径方向外側に向かって連続的あるいは段階的に光吸収率が低くなる光吸収膜と、を備えた光吸収フィルタであって、前記基板は、可視光波長から赤外光波長領域の間の第一の波長領域を透過し、前記第一の波長領域とは異なる波長領域の第二の波長領域を吸収する光吸収剤を有し、前記光吸収フィルタの前記中心部側において、前記光吸収剤および前記光吸収膜によって、前記第二の波長領域の光は、遮蔽される前記光吸収フィルタと、前記光吸収フィルタに対して光源とは反対側に配置された受光素子と、前記受光素子に入射する光を制限するピンホールと、前記光吸収フィルタと前記受光素子との間に配置され、前記光吸収フィルタを透過した光を前記受光素子上に集光する集光手段と、前記受光素子上に集光された光に基づいて、前記光源の角度を測定する演算手段と、を有することを特徴とする光源角度測定装置。

本発明によれば、中心から放射状に径方向外側に向かって連続的に光学濃度が小さくなる光吸収膜を形成した光吸収フィルタにおいて、基板に含まれる光吸収剤と光吸収膜により可視光波長から赤外光波長領域の間の一部の波長を遮蔽することで、適切な光透過特性を有する光吸収フィルタを提供することができる。

本発明の光吸収フィルタが搭載された光源角度測定装置の実施の一形態の分解斜視図 本発明の光吸収フィルタが搭載された光源角度測定装置の実施の一形態の分解斜視図 図１及び図２に示した光源角度測定装置の組立状態を示す斜視図及び主要部断面図 図１及び図２に示した光源角度測定装置の要部を示す斜視図 本発明の光吸収フィルタが搭載された光源角度測定装置の他の実施の形態の分解斜視図 図１～図５に示した光源角度測定装置における測定対象光となる光源からの光の進行を説明するための図 測定対象光の入射角に対する相対照度の依存を示すグラフ 光干渉膜、本実施形態の基板、一般基板の入射角依存透過率特性を示したグラフ 光吸収フィルタの断面図 本実施形態に係る基板の透過率特性例を示したグラフ 実施例１に係る光吸収フィルタの構成図、各領域における光学濃度を示すグラフ、及び上方から見た図 実施例１に係る光吸収フィルタの透過率特性を示したグラフ 実施例１に係る光吸収フィルタの基板と最大光吸収層の光吸収特性を示したグラフ 実施例１における他の形態を示す図 実施例１における他の形態を示す図 実施例２に係る光吸収フィルタの構成図、各領域における光学濃度を示すグラフ、及び上方から見た図 実施例２の光吸収フィルタの作製方法を説明するための図 実施例２に係る光吸収フィルタの基板と最大光吸収層の光吸収特性を示したグラフ 実施例２における他の形態を示す図 実施例２における他の形態を示す図 実施例２に係る光吸収フィルタの他の形態の構成図、各領域における光学濃度を示すグラフ、及び上方から見た図 実施例２に係る光吸収フィルタの他の形態の構成図、各領域における光学濃度を示すグラフ 実施例１及び実施例２に示した光吸収フィルタを本発明の光源角度測定装置に配置した場合における入射角θによる相対照度をシミュレーションした結果を示すグラフ 実施例１及び実施例２、参考例に示した光吸収フィルタの入射角０°における透過率特性を示したグラフ 実施例１及び比較例２、参考例に示した光吸収フィルタの入射角６０°における透過率特性を示したグラフ 大気圏外での太陽光エネルギー分布を示したグラフ 実施例１、実施例２、参考例の光吸収フィルタを光源角度測定装置に配置した際の入射角６０°における受光素子４１上に集光した光の点像を示した図 本発明に係る光源角度測定装置を備えた人工衛星

本発明の実施形態について、図を基に説明する。

図１及び図２は、本発明の光吸収フィルタが搭載された光源角度測定装置の実施の一形態の分解斜視図であり、図３は、図１及び図２に示した光源角度測定装置の組立状態を示す斜視図及び要部断面図であり、図４は、図１及び図２に示した光源角度測定装置の要部を示す斜視図である。

本形態における光源角度測定装置は図１～図４に示すように、外装を構成する箱状の筐体１０と、この筐体１０内に配置される受光部品４０と、受光部品４０が内部に配置された筐体１０の蓋部材となるバックカバー５０とから構成されている。

筐体１０は、光源からの光の受光側となる表面１０ａの中央部に、その厚さ方向に貫通した１つの円形貫通部１１が設けられているとともに、円形貫通部１１の開口周縁部を取り囲むように環状の突起部１２が設けられている。

筐体１０の受光側とは反対側には、円板形状のアパーチャ（導光部材）３１が配置されている。なお、アパーチャ３１を、円形の板状部材ではなく、四角形等、他の外形としてもよい。アパーチャ３１には、中心部において厚さ方向に外径が漸小する貫通孔３１ａが設けられている。アパーチャ３１は、貫通孔３１ａのうち外径が最も大きい側が、筐体１０が有する円形貫通部１１側に向けられ、貫通孔３１ａの外径が最も小さい側の開口によって導光孔となるピンホール３０が形成されている。これにより、貫通孔３１ａの外径が最も小さい側の径によってピンホール３０の外径が規定されている。

筐体１０は、環状の突起部１２の内側の面が、ピンホール３０までの光路の一部を構成する環状傾斜面１２ａとなっており、この環状傾斜面１２ａの延長線上にピンホール３０が形成されている。これにより、筐体１０の外からの光は、環状傾斜面１２ａから貫通孔３１ａの内面に沿ってピンホール３０に導かれることになる。

このように構成されたアパーチャ３１は、筐体１０の内壁に設けられた円形凹部（固定部）１０ｃに埋設され、２つのビスＢ１を介して筐体１０に固定されている。

アパーチャ３１と筐体１０との間には、光吸収フィルタ２が配置されている。光吸収フィルタ２は筐体１０に直接固定されていてもよいし、アパーチャ３１に直接固定されていてもよいし、筐体１０とアパーチャ３１とに把持固定されていてもよい。ただし、ピンホール３０と光吸収フィルタ２とは一定の距離が設けられていることが好ましい。ピンホール３０と光吸収フィルタ２との距離が短いと、画角による入射高さの差が小さいため、光吸収フィルタ２において狭い範囲で光学濃度分布を作製する必要があり、光吸収フィルタ２の製造が難しくなるためである。

アパーチャ３１が筐体１０に固定されると、筐体１０に設けられた円形貫通部１１の環状傾斜面１２ａが、アパーチャ３１の貫通孔３１ａに向けて傾斜して接続された状態となる。これにより、筐体１０の外から入射する光の入射角は、円形貫通部１１の環状傾斜面１２ａとこれに連続するアパーチャ３１の貫通孔３１ａとで決定され、アパーチャ３１を通過する最小の光径は、貫通孔３１ａの最小開口、すなわち、ピンホール３０の直径で決定される。

アパーチャ３１の受光側とは反対側には、アパーチャ３１に対面するようにセンサ基板４２が配置されている。センサ基板４２には、光学センサとしてＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）やＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）等の受光素子４１が実装されている。筐体１０の外からの光は、環状傾斜面１２ａから貫通孔３１ａの内面に沿ってピンホール３０に導かれ、ピンホール３０から受光素子４に対し、ピンホール３０の外形に沿ってスポット的に入射することになる。そのため、ピンホール３０は、筐体１０の外からの光を受光素子４上に集光する集光手段となる。この際、光吸収フィルタ２において、受光素子４１に入射する光量が減衰され、入射角による照射強度が調整されることになる。

センサ基板４２の受光側とは反対側には、画像処理基板４３が配置されている。画像処理基板４３には、受光素子４１に入射した光による画像データを処理する演算手段となるＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）が実装されており、測定対象となる光源からの光が光吸収フィルタ２及びアパーチャ３１のピンホール３０を介して受光素子４１にスポット的に入射すると、その出力から光源の角度を測定することで測定対象の位置を検出する。

画像処理基板４３の受光側とは反対側には、画像処理基板４３にて画像処理されたデータ、すなわち、測定対象の位置を特定するためのデータを外部に出力する外部インターフェース基板４４が配置されている。

センサ基板４２は、筐体１０の内壁１０ａに設けられたネジ穴に２つの連結ネジＮが螺合されることで、筐体１０に対して固定される。これにより、アパーチャ３１のピンホール３０と受光素子４１のセンサ面との間の距離が所定の間隔、すなわち、ピンホール３０を介して入射するスポット光が受光素子４１の受光面に確実に着地する距離で固定される。なお、本実施形態においては、アパーチャ３１と受光素子４１とを接近してその間隔を小さく設定したことで、受光素子４１の受光面の大きさを小さくできる。これにより、受光素子４１の小型化に加えて、光源角度測定装置１の小型化や軽量化にも有効となる。

また、センサ基板４２と画像処理基板４３と外部インターフェース基板４４とは、この順で連結ネジＮによって相互に連結され、外部インターフェース基板４４側から２つのビスＢ２により固定されている。これにより、センサ基板４２と画像処理基板４３との間、及び画像処理基板４３と外部インターフェース基板４４との間には、それぞれ、放熱用の空間が形成される。このように相互に連結したセンサ基板４２、画像処理基板４３及び外部インターフェース基板４４は、センサ基板４２と画像処理基板４３とを連結する連結ネジＮが筐体１０の内壁１０ａに設けられたネジ穴に螺合されることで、筐体１０に対して固定される。

上記のように構成、配置された光吸収フィルタ２、アパーチャ３１、センサ基板４２、画像処理基板４３及び外部インターフェース基板４４により、筐体１０内に収容される光学部品が構成され、これら各光学部品が筐体１０に収容され、そのまま、バックカバー５０が２つのビスＢ３によって筐体１０に固定されることで、筐体１０の収容空間が実質的に封止される。なお、バックカバー５０には、外部インターフェース基板４４が有する２つの端子部４４ａ，４４ｂが挿通される２つの連通孔５１が設けられている。

なお、本実施形態では、センサ基板４２に対して、画像処理基板４３と外部インターフェース基板４４とを別々に基板として３層構造としたが、本発明はこれに限定されず、例えば、画像処理と外部インターフェースとを１つの基板とし、この基板とセンサ基板４２とを組み合わせて２層構造としてもよく、また、イメージセンサと画像処理と外部インターフェースとを１つの基板に設けて１層構造としてもよい。このように基板の積層数を減らした場合、積層数を減らした分だけ、基板間の隙間や通信接続のための構成も無くなることになり、光源角度測定装置１の更なる小型化と軽量化を実現できる。

また、ピンホール３０は、ガラス板などの透明な基板のピンホール以外の領域に光を透過させない金属の蒸着膜を成膜することで構成されていてもよい。図１～図４に示した光源角度測定装置１のピンホール３０は、アパーチャ３１の貫通孔３１ａを用いて構成されていたが、ガラス板への蒸着膜の成膜によってピンホール３０を構成することで、ピンホール３０自体の厚みをほとんど無視することができ、それにより、ピンホール３０から受光素子４１までの距離を短くすることができ、広角化を実現できる。

また、本実施形態では、アパーチャ３１に対して受光素子４１とは反対側に光吸収フィルタ２が配置されているが、アパーチャ３１と受光素子４１との間に光吸収フィルタ２を配置してもよい。この場合、アパーチャ３１と受光素子４１との距離が大きくなるものの、光吸収フィルタ２の屈折率を含めて受光素子４１への入射角を決定し、受光素子４１の大きさ等を決定すればよい。本実施形態では、アパーチャ３１（ピンホール３０）に対して受光素子４１とは反対側にピンホール３０から受光素子４１の距離よりも離れた距離に光吸収フィルタ２を配置することによって、受光素子４１の面積よりも広い領域に光吸収膜を成膜することができるので、濃度分布を緩やかにでき光吸収膜の濃度分布制御が行いやすい。

また、本実施形態では、筐体１０とアパーチャ３１とを別体で構成したが、筐体１０とアパーチャ３１とを一体の構造物としてもよい。このような構造とした場合、アパーチャ３１と筐体１０との間の取付けが無くなるため、受光素子４１に対するピンホール３０の位置精度が向上する他、例えば、取付構造としてのビスＢ１も不要となるため、軽量化にも有効なものとなる。なお、この場合も、光吸収フィルタ２は、受光素子４１とピンホール３０との間に設けてもよいし、本実施形態と同様に、ピンホール３０の受光側に設けてもよい。

また、本実施形態では、アパーチャ３１を筐体１０に取り付け、その筐体１０にセンサ基板４２等を取り付けた構造例を説明したが、本発明は勿論これに限定されず、例えば、アパーチャ３１をセンサ基板４２に取り付けてもよい。

また、筐体１０の外からの光を受光素子４上に集光する集光手段として、ピンホール３０の代わりにスリットやレンズを用いてもよく、ピンホールやスリットとともにレンズを用いてもよい。さらに、光吸収フィルタ２と受光素子４１との間にプリズムを設けてもよい。

例えば、図５に示すように、光吸収フィルタ２を筐体１０の受光側に配置し、筐体１０の受光側とは反対側において筐体１０とピンホール３０との間に、負レンズ６０ａ，６０ｂを配置した構成とすることも考えられる。このように構成された光源角度測定装置においては、負レンズ６０ａ，６０ｂによって、入射した光を屈折しピンホール３０に導き、測定可能な光源の角度のさらなる広角化を実現することができる。なお、負レンズ６０ａ，６０ｂに正レンズを対向配置することで光学系をアフォーカル系としてもよい。負レンズ６０ａ，６０ｂはコストの観点から同一形状のものを２枚用いたが、異なる形状であっても、１枚であってもよい。このときの光学系は、ピンホール３０に対して受光素子４１とは反対側に負レンズ６０ａ，６０ｂを配置している。そして、光吸収フィルタ２は、負レンズ６０ａ，６０ｂよりも光源側に配置している。

光吸収フィルタ２は、ピンホール３０に対して受光素子４１とは反対側にピンホール３０から受光素子４１の距離よりも離れた距離に配置していることが好ましい。このようにすることで、受光素子４１の面積よりも広い領域に光吸収膜２２を成膜することができるので、濃度分布を緩やかにでき光吸収膜２２の濃度分布制御が行いやすい。このときの光吸収フィルタ２の中心の光学濃度が一定な部分は、ピンホール３０の径よりも大きく形成されている。

制御基板４５は、ピンホール３０の受光側とは反対側に配置され、図１に示したセンサ基板４２、画像処理基板４３及びインターフェース基板４４の機能を有し、ピンホール３０を介した光を受光する受光素子が搭載されている。このように配置された制御基板４５は、連結ネジＮ及びビスＢ３によって筐体１０及びバックカバー５０に固定されている。

上記のように構成された光源角度測定装置においても、光源からの光は光吸収フィルタ２及びピンホール３０を介して制御基板４５上の受光素子に入射し、その入射角度や位置から光源の角度が測定される。

ここで、上記のように構成された光源角度測定装置１における測定対象光となる光源からの光の進行について説明する。

図６は、図１～図５に示した光源角度測定装置１における測定対象光となる光源からの光の進行を説明するための図である。

図１～図５に示した光源角度測定装置１においては、測定対象となる光源からの光は、上述したように、円形貫通部１１を通過後、光吸収フィルタ２に入射し、光吸収フィルタ２を透過した光がピンホール３０を介して受光素子４１へ入射する。ここで、入射光と光吸収フィルタ２の面に対する法線とからなる角度を入射角θと称する。

その際、受光素子４１に入射できる光は、図６に示すように、光吸収フィルタ２に入射した光のうち、光吸収フィルタ２の特定領域を通過した光のみとなる。この特定領域は、光吸収フィルタ２に入射する光の入射角θやピンホール３０の大きさ、光吸収フィルタ２とピンホール３０との距離等によって決まる。そして、入射角θの大きな光ほど、ピンホール３０を通過して受光素子４１に入射するためには、光吸収フィルタ２のうちピンホール３０の中心から半径方向に離れた位置を通過することになる。

図７は、測定対象光の入射角に対する相対照度の依存を示すグラフである。

光吸収フィルタ２の光学濃度が面内方向で均一の場合、レンズ等により入射角の大きな光の照度を高めても、受光素子４１に入射する光の相対照度は、図７に示すように、各入射角に対してｃｏｓ４θに起因したカーブを有する特性となる。

本実施形態における光吸収フィルタ２は、入射角による照射強度を補正できるように、中心から放射状に径方向外側に向かって段階的または連続的に光学濃度が小さくなっていく構成としている。すなわち、受光素子４１の各位置に入射した光の相対照度差が小さくなるように、受光素子４１に到達する入射角θの大きな測定対象の光に対して、光吸収機能を小さくしていることを特徴としている。

更に、本実施形態における光吸収フィルタは受光素子４１の感度を有する波長領域、即ち可視光波長から近赤外光波長（４００～１２００ｎｍ）の領域に光遮蔽領域を有している。このため、受光素子４１に入射する光波長領域に制限がかかる。これにより、受光素子４１上に集光する光の色収差が小さくなり、スポット光径が小さく・鮮明となる。本実施形態では光遮蔽領域を主に基板２１の光吸収によって設けているが、光干渉膜で光遮蔽領域を設けた場合、図８（ａ）に示すように、入射角によって光遮蔽領域の変化や光透過領域における大きなリップルが発生してしまう。図８（ｂ）に本実施形態に係る基板の、図８（ｃ）に一般的な基板（Ｂ２７０ｉ：ＳＣＨＯＴＴ社製）の入射角による透過率特性を示す。図８（ｂ）より本実施形態の基板は入射角によらず、光遮蔽領域（図８（ｂ）では７００～１２００ｎｍ程度）において安定して遮蔽機能を有していることが分かる。更に、光透過領域においても光干渉膜のようなリップルは見られない。なお、光透過波長において、入射角が大きくなるにつれて透過率が低くなるが、図８（ｃ）に示した基板の入射角特性でも見られる現象であり、これは後述の光吸収膜で補正される。

なお、光吸収フィルタ２、アパーチャ３１及び受光素子４１は、測定対象に対してこの順で配置されていることが好ましい。このように配置することで、入射角による照度依存を好適に補正でき、さらにアパーチャ３１と受光素子４１との間隔を狭めることができるため、受光素子４１の小型化にも貢献できる。

ここで、本発明の光吸収フィルタ２について詳細に説明する。
光学濃度（ＯＤ）Ａは、下記式で表される。
ＯＤ（Ａ）＝－ｌｏｇＴ（ｍ）
Ｔは、特定波長ｍの透過率を表す。

図９は、光吸収フィルタ２の断面図である。

本実施形態に係る光吸収フィルタ２は図９に示すように、基板２１上に、少なくとも光吸収層２２２からなる光吸収膜２２が積層されている。ここで、基板２１は可視光領域から赤外波長領域において、光を透過する第一の波長領域と、基板２１に含まれる光吸収剤によって光が吸収される第二の波長領域とを有する。ここでいう透過とは、透過率５０％以上（基板の反射及び吸収が５０％以下、光学濃度０．３２以下）を示す。従って、可視光領域から赤外波長領域の光は、第二の波長領域において、基板２１に含まれる光吸収剤と光吸収膜との吸収により遮蔽される。なお、本実施形態において遮蔽とは光学濃度３以上を指す。好ましくは、光学濃度３．５以上、より好ましくは光学濃度４以上を遮蔽と呼ぶ。このとき、所定の波長領域は、基板に含まれる吸収材の吸収のみで光学濃度３以上を実現してもよいが、透過領域から吸収が大きくなっていく遷移波長領域には、基板２１の光吸収剤と光吸収膜によって遮蔽される波長領域が形成される。好ましくは、光吸収膜２２は光吸収層２２２と誘電体層２２１からなり、最表層に反射防止層２２３が積層されて構成されている。光吸収膜２２は、光吸収層２２２と誘電体層２２１とが複数層積層されて構成されている。そして、光吸収膜２２は、光吸収膜２２が成膜された領域の中心から径方向外側に向かって段階的または連続的に光学濃度が低くなる領域を有している。具体的には、成膜領域、すなわち基板２１の面内方向の面積が互いに異なる複数の光吸収膜２２を基板２１の厚み方向で重なるように配置したり、光吸収膜２２として、成膜領域の中心から外周に向けて連続的に光学濃度が低くなる領域を有する傾斜光吸収膜を形成したり、光吸収膜や傾斜光吸収膜を基板２１の厚み方向で互いに重なるように配置したりした構成となっており、その詳細の構成例は後述の実施例にて示す。

また、光吸収膜２２は基板２１の外周部には形成されていないことが好ましい。図１～５で示した光源角度測定装置１に光吸収フィルタ２を配置する場合、光吸収フィルタ２とピンホール３０や受光素子４１などの位置関係を合わせる必要がある。このような時に、光吸収フィルタ２の外周部に光吸収膜２２の非成膜領域があると、外周部と光吸収膜２２との反射率が異なることより、光吸収フィルタ２の外周部が強調され、配置しやすくなる。
以下に、上述した基板２１、光吸収膜２２及び反射防止層２２３について説明する。

（基板）
本実施形態に係る光吸収フィルタの基板２１には、受光素子４１の感度を有する波長領域、即ち可視光波長から近赤外光波長の領域において、光を透過する第一の波長領域と、基板２１に含まれる光吸収剤によって光が吸収される第二の波長領域とを有する。ここで、第一の波長領域における基板２１の光吸収量は、光吸収膜２２を構成する光吸収層２１の内、最も光吸収の大きい層（以下、最大光吸収層）の光吸収量よりも小さく、第二の波長領域における光吸収量は最大光吸収層よりも大きいことが好ましい。光吸収層はその膜厚や組成により光吸収量を調整するが、必要とする光吸収量が大きくなると制御が難しくなる。基板２１が第二の波長領域において、最大光吸収層よりも大きな光吸収を有していることより、光吸収フィルタ２として透過を制限する遮蔽領域において、十分な光吸収を確保するために必要な光吸収層の光吸収を効果的に低減することができる。

図１０に本実施形態の光吸収フィルタに使用できる基板２１の分光特性例を示す。図１０のアの様に近赤外光波長領域に光学濃度０．５以上の透過率特性を有した基板、図１０のイのように可視光波長領域に光学濃度０．５以上の透過率特性を有した可視光遮蔽基板、図１０のウの様に、可視光波長領域と近赤外光波長領域に光学濃度０．５以上の透過率特性を有し、光学濃度０．５以上の透過率特性を有する波長領域の間に領域が形成される狭帯域透過基板を用いることもできる。光源角度測定装置に搭載した場合、受光素子上での色収差を小さくするには、透過領域が光学濃度０．５以上の透過率特性を有する領域よりも狭い基板を用いることがより好ましい。

図１０のアの様に赤外光波長に光学濃度０．５以上の透過率特性を有する領域が形成される基板としては、例えば、Ｃ５００Ｓ、ＣＭ５００ＳなどのＣ－５００シリーズ、Ｃ７００、ＣＭ７００などのＣ－７００シリーズ、Ｃ５０００、ＣＭ５０００などのＣ－５０００シリーズ（以上、ＨＯＹＡ ＣＡ光吸収ＥＯ ＯＰＴＲＯＮＩＣＳ社製）、ＮＦ５０Ｔ、ＮＦ５０ＥなどのＮＦシリーズ（旭硝子社製）、ＩＲ－５１８８、ＩＲ－５７８などのＩＲシリーズ、ＢＳ－４、ＢＳ－１２などのＢＳシリーズ（以上、松浪硝子工業社製）、ＳＣ５０４、ＳＣＭ５０４や、ＳＣ８０７、ＳＣ８０７ＨなどのＳＣ８０７シリーズ（以上、住田光学社製）、ＩＳＫ１５０、ＩＳＫ１５３などのＩＳＫシリーズ、ＩＥＣ５０１、ＩＥＣ５０８などのＩＥＣシリーズ（以上、五十鈴精工硝子社製）などの基板を用いることができるが、これらに限定されるものではない。

また、図１０のイの様に可視光波長領域に光学濃度０．５以上の透過率特性を有する領域を有する基板としては、Ｒ７０、Ｒ７２などのＲシリーズ、ＩＲ７６Ｎ、ＩＲ８０ＮなどのＩＲシリーズ、ＲＭ９０、ＲＭ１００などのＲＭシリーズ、Ｌ４２、Ｙ５２、Ｏ５８、Ｒ６６、Ｗ－ＩＲ７８０などのシャープカットフィルターシリーズ（以上、ＨＯＹＡ ＣＡ光吸収ＥＯ ＯＰＴＲＯＮＩＣＳ社製）、Ｓ-ＲＧ－７１５、Ｓ-ＲＧ－７８０などのＳ-ＲＧシリーズ（ＳＣＨＯＴＴ社製）などの基板を用いることができるが、これらに限定されるものではない。

また、図１０のウの様に可視光波長領域と赤外光波長領域の両方に光学濃度０．５以上の透過率特性を有する領域を形成された基板としては、ＩＶＧ５３０、ＩＶＧ５４０などのＩＶＧシリーズ（五十鈴工業硝子社製）、Ｓ－ＶＧ６、Ｓ－ＶＧ１４などのＳ－ＶＧシリーズ（ＳＣＨＯＴＴ社製）などの基板を用いることができるが、これらに限定されるものではない。

基板２１の光学濃度０．５以上の透過率特性を有する領域における光吸収は、有機染料、有機顔料、無機顔料、金属イオンなどの光吸収剤によって設けることができるが、例えば太陽の位置情報の取得用途等の過酷な状況で使用する場合、耐光性や耐候性を考慮して無機顔料、金属イオンなどによる光吸収を用いることが好ましい。無機顔料としては例えば、鉄、クロム、チタン、亜鉛、鉛、銅、アルミなどの金属化合物が用いられ、金属イオンとしては、鉄、クロム、コバルト、ニッケル、鉛、銅、マンガン、金、カドニウムなどを含む金属イオンが好適に用いられる。光吸収成分による光の散乱などを考慮した場合、金属イオンにより光遮蔽領域を設けることが更に好ましい。

本実施形態では、耐熱性や耐久性が高く、剛性も強いことにより、例えば太陽の位置情報の取得用途等の過酷な状況で使用することを考慮すると、基板としてガラス製の基板を用いることが好ましい。

更に、例えば宇宙空間での使用を考慮し、基板は耐放射線機能を有していることが好ましい。耐放射線機能は例えばＣｅやＳｎ、Ｓｂなどイオンあるいは化合物を添加することで得られ、例えばガンマ線照射量２０ｋｒａｄ程度の照射量において、基板の可視光波長から近赤外光波長領域の波長領域で透過率変化が略ないことが好ましい。

基板２１の厚みは、必要とされる剛性を保持できる厚みでありながらも、軽量化のために極力薄いことが好ましく、０．４～５．０ｍｍ程度、さらには０．８～３．０ｍｍ程度が好ましい。

（光吸収膜）
本実施形態の光吸収フィルタは少なくとも一つの光吸収膜２２からなり、光吸収膜による光吸収は主に光吸収層にて行われる。好ましくは、光吸収膜２２は光吸収層２２２と誘電体層２２１の積層膜である。光吸収層２２２と誘電体層２２１とを適切な膜厚で積層させることで、光吸収層における光吸収量が所望の光波長領域に応じて略均一とすることができる。

光吸収層２２２は金属あるいは金属化合物からなり、例えば、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｔａ、等の金属や合金、酸化物、窒化物等を用いることができる。光吸収層２２２に金属酸化層や金属窒化層、金属酸化窒化層を用いる場合、光吸収層は光の吸収を得られる程度に化学量論的に欠損を有する。例えば、光吸収層をＴｉの酸化物であるＴｉＯｘとした場合、酸化数ｘは０＜ｘ＜２を満たす。一般に、金属酸化物あるいは窒化物、若しくは酸化窒化物は、金属と比較すると消衰係数が小さい。このため、光吸収層の膜厚をある程度厚く保つことができ、膜設計の自由度が高まる。さらに、光吸収層に極端に薄い層を設ける必要がなくなるため、膜厚制御精度が向上し分光特性が良好で且つ、光学再現性の良い光吸収フィルタ２とすることができる。

一方、誘電体層２２１は金属化合物からなり、例えば、ＭｇＦ２、ＳｉＯ２、ＳｉＯ、Ｓｉ３Ｈ４、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＬａＴｉＯ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５等を用いることができる。誘電体層２２１としては、ガスバリア性が高く基板２１の光透過領域に顕著な光吸収特性を有さないものが好ましく、例えばＡｌ２Ｏ３やＳｉＯ２等が最適である。

光吸収層２２２及び誘電体層２２１は、真空蒸着やイオンプレーティング法、イオンアシスト法等の既知の様々な手法で成膜でき、必要に応じて、空気、酸素、窒素等の反応性ガスを導入してもよい。

なお、光吸収膜２２が光減衰機能を有する波長領域は、受光素子４１の感度特性や測定対象にもよるが、光波長４００～１２００ｎｍ程度の一部あるいは全域であることが好ましい。これは、この波長領域が、ＣＭＯＳやＣＣＤといった一般的な受光素子４１が感度を有し、かつ太陽、地球、恒星等の測定対象光の光量が比較的多いためである。

（反射防止膜）
光吸収フィルタ２には、その最表層に反射防止層２２３を形成することが好ましい。反射防止層２２３は、ＳｉＯ２やＭｇＦ２等の屈折率の小さな材料からなり、反射を抑制する波長領域の中心波長をλとした時、光学膜厚がλ／４程度となるように成膜される。ここで、光学膜厚とは、屈折率と物理膜厚との積で表される。反射防止層２２３は、真空蒸着法やイオンプレーティング法、イオンアシスト法等の既知の様々な手法で成膜でき、必要に応じて成膜時に空気や酸素等のガスを導入する。なお、反射防止層２２３は必要に応じて屈折率の異なる複数の薄膜から形成されていてもよい。複数の薄膜から形成される場合も、最表層の光学膜厚はλ／４程度であることが好ましい。ここで、λ／４程度とは、（０．７×λ／４）～（１．３×λ／４）程度の膜厚を指す。光吸収膜に用いられる光吸収層２２２と誘電体層２２１との積層体を反射防止の膜設計とすることで、反射防止層２２３は必ずしも必要ではない場合がある。

以下に、本発明の光吸収フィルタ２の構成について複数の実施例を挙げて具体的に説明する。

（実施例１）
図１１は、本発明に係る光吸収フィルタ２の実施例１における一形態を示す図であり、（ａ）は層構成を示す図、（ｂ）は（ａ）に示した層構成の各領域における光学濃度（ＯＤ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ）を示すグラフ、（ｃ）は上方から見た図である。更に図１２は実施例１における光吸収フィルタの透過率特性を示したグラフである。

本形態における光吸収フィルタ２は図１１（ａ），（ｃ）に示すように、厚さ２ｍｍの基板２１（ＮＦ５０Ｔ：旭硝子社製）の一方の面に光吸収膜２２ａが円型に形成されるととともに、基板２１の他方の面に光吸収膜２２ｂが円型に形成されて構成されている。光吸収膜２２ａと光吸収膜２２ｂとは、基板２１の面内方向における面積が互いに異なり、光吸収膜２２ｂよりも光吸収膜２２ａの方がその面積が大きくなっている。そして、光吸収膜２２ａと光吸収膜２２ｂとは、基板２１における成膜領域の中心が基板２１の厚み方向で重なっていることで、基板２１の厚み方向で光吸収膜２２ｂの全ての領域が光吸収膜２２ａに重なるように形成されている。また、光吸収膜２２ａ，２２ｂは、基板２１よりもその面積が小さくなっており、それにより、光吸収膜２２ａ，２２ｂと基板２１とが重なり合って光の減衰量が一定となる光減衰領域２０ａと、光吸収膜２２ａと基板２１とが重なり合って、光減衰領域２０ａから光の減衰量が変化する光減衰領域２０ｂと、基板２１のみからなる非光減衰領域２０ｃとを有している。なお、本実施例における基板２１に含まれる光吸収剤が光学濃度０．５以上の透過率特性を有する波長領域は光波長７００ｎｍ～１１００ｎｍ程度である。

また、光吸収膜２２ａと光吸収膜２２ｂとはその膜厚が互いに異なることで光学濃度が互いに異なり、光吸収膜２２ａの光学濃度は２．１であり、光吸収膜２２ｂの光学濃度は０．４となっており、それにより、基板２１の厚み方向で基板２１と光吸収膜２２ａと光吸収膜２２ｂとが重なる光減衰領域２０ａの光学濃度が２．５となり、基板２１と光吸収膜２２ａとが重なる光減衰領域２０ｂの光学濃度が２．１となっている。本実施例においては、６１０ｎｍの波長において、基板の光吸収剤の光学濃度が０．５以上となり、６１０ｎｍの波長以上の波長領域は、遮蔽している。これにより、本形態の光吸収フィルタ２は、図１１（ｂ）に示すように、光吸収膜２２ａ，２２ｂの成膜領域の中心から光吸収フィルタ２の端部に向かって光学濃度が放射状に径方向外側に向かって段階的に低くなっている。なお、本実施例において、光吸収フィルタ２の中心部側で基板２１の光吸収剤と光吸収膜２２ａ，２２ｂとの光吸収で形成される遮蔽領域の最大の光学濃度は、光減衰領域２０ａにおいて７５０ｎｍ～１１００ｎｍの波長において、およそ７．５であった。このとき、基板２１には均一に光吸収材が分散しており、光減衰領域２０ｂも７５０～１１００ｎｍではおよそ７．１となり、光学濃度３以上となっている。

このように、光吸収膜２２ａ，２２ｂを有することで光が減衰して透過する光減衰領域２０ａ，２０ｂと、基板２１のみからなることで光が減衰せずに透過する非光減衰領域２０ｃとを有することで、非光減衰領域２０ｃをつかむことができ、取り扱いやすくなる。さらに、非光減衰領域２０ｃを撮像装置の筐体の取り付け部に挿入したり、接着剤を用いて撮像装置の筐体に接着したりすることができ取り扱い易くなる。また、受光素子に受光した光のうち光吸収機能によって減衰した光と減衰していない光との境界部分が明確となり、光軸と受光素子の中心を合わせ易くなる。本実施例においては、非光減衰領域２０ｃは、基板３１のみからなる領域であるため、光が反射して、境界部分がより明確になっている。光吸収膜を成膜していなければ、光の減衰量の違いによって境界がわかるため、反射防止膜を成膜してもよい。また、最表層の光学膜厚はλ／２程度とした増反射膜を成膜して境界をより分かり易くしてもよい。

なお、本実施例における光学濃度は光波長５５０ｎｍにおける光学濃度を指す。しかし、光源角度測定装置１の受光素子４１や光源となる位置取得対象によっては、任意の光波長で光学濃度を算出及び決定して良い。以後、特に言及しない限り、光学濃度とは光波長５５０ｎｍにおける光学濃度とする。

以下に、図１１に示した光吸収フィルタ２の作製方法について説明する。

図１１に示した光吸収フィルタ２は、真空蒸着法によって作製し、誘電体層２２１をＡｌ２Ｏ３層、光吸収層２２２をＴｉＯｘ層、反射防止層２２３をＭｇＦ２層とすることができる。

その場合、まず、基板２１を成膜治具にセットし、基板２１の光吸収膜２２ａを成膜する面が蒸着材料と対向するように成膜治具を蒸着ドームに取り付ける。ここで、成膜治具には、光吸収膜２２ａの蒸着領域を決定する開口が設けられた成膜マスクが含まれる。

次に、蒸着ドームを蒸着チャンバーに投入し、排気を行う。蒸着チャンバー内が所望の真空度、例えば１．０×１０-３Ｐａ程度となったら、１層目の誘電体層２２１の成膜を行う。誘電体層２２１の成膜は、坩堝に充填されたアルミナ酸化物を電子ビームで加熱し、基板２１に蒸着させることで行う。

基板２１に成膜されたＡｌ２Ｏ３層が所望の膜厚に到達したら、次に光吸収層２２２を成膜する。坩堝に充填されたチタン酸化物を電子ビームで加熱し、所望の膜厚となるように成膜する。

このように誘電体層２２１と光吸収層２２２との成膜を、その光学濃度が２．１程度となるまで所定の層数繰り返し行う。

その後、反射防止層２２３を形成する。反射防止層２２３の形成は、反射防止層２２３の出発材料である弗化マグネシウムが充填された坩堝を電子ビームにより加熱し、ＭｇＦ２を所望の膜厚だけ成膜することによって行う。

反射防止層２２３の成膜が終わったら、ベントを行い、蒸着機チャンバー内の圧力を大気圧とし、基板２１を取り出す。

このような成膜工程を行うことで、基板２１の一方の面に所望の光学特性（本形態では光学濃度２．１）の光吸収膜２２ａを得た。なお、成膜中は蒸着ドームが所定の速度で回転しており、これにより、ドーム同一円周上における光吸収膜２２ａや反射防止膜２２３の膜厚が均一となり、成膜ロット間の光学特性の再現性を高めることができる。

次に、基板２１の光吸収膜２２ａを形成した面とは反対側の面に、成膜面積及び濃度が光吸収膜２２ａとは異なる光吸収膜２２ｂを形成する。

まず、基板の光吸収膜２２ｂを形成する面に、光吸収膜２２ａを成膜する際に用いた成膜マスクよりも開口の小さな成膜マスクを設け、基板２１の光吸収膜２２ａを成膜する面が蒸着材料と対向するように成膜治具を蒸着ドームに取り付ける。

次に、蒸着ドームを蒸着チャンバーに投入して、排気を行い、所定の圧力となったら成膜を開始する。光吸収膜２２ａと同様に、誘電体層２２１（Ａｌ２Ｏ３）と光吸収層２２２（ＴｉＯｘ）との成膜を、その光学濃度が０．４程度となるまで所定の層数繰り返し行う。

その後、反射防止層２２３（ＭｇＦ２）を形成し、所望の光学特性（本形態では光学濃度０．４）の光吸収膜２２ｂを得た。

なお、本形態では光吸収膜２２ａと光吸収膜２２ｂとを基板２１の異なる面に成膜したが、光吸収膜２２ａと光吸収膜２２ｂとを基板２１の同一面に設けてもよい。

表１に実施例１に係る光吸収膜の膜厚を示す。
表１より、実施例１に係る光吸収フィルタに形成される２つの光吸収膜２２ａ、２２ｂを形成する光吸収層（ＴｉＯｘ）の内、最も光吸収の大きい最大光吸収層、即ち最も膜厚の大きい光吸収層は光吸収膜２２ａの８層目のＴｉＯｘである。図１３に基板２１と最大光吸収層（８層目のＴｉＯｘ）の光吸収率を比較したグラフを示す。図１３より、光遮蔽領域（光波長７００～１２００ｎｍ程度）における基板２１の光吸収は、最大光吸収層よりも大きく、光透過領域における基板２１の光吸収は、最大光吸収層よりも小さくなっている。なお、実施例１の光吸収フィルタでは基板２１の光吸収剤および光吸収膜２２ａ、２２ｂによって光の透過率が０．１％以下（すなわち光学濃度３以上）となるのは、６１０ｎｍ以上の波長領域となっている。そして、４００～５６０ｎｍ程度では光学濃度が２．８以下となっており光吸収フィルタとして光は減衰するものの、基板の透過領域となっている。５６０ｎｍから６１０ｎｍは光吸収フィルタの減衰領域から遮蔽領域へ遷移する遷移領域となる。入射角が０°の時、実施例１の光吸収フィルタは、光吸収膜の形成状況により外周部の透過率が高くなり、透過領域、遮蔽領域、遷移領域の波長帯域が変化又は消失することがあるが、光吸収フィルタの使用方法を考慮すると、外周部程入射角の大きい光が入射し、これに起因した透過率損失が発生するため、透過領域、遮蔽領域、遷移領域の波長帯域が変化又は消失は実用的には問題ない。

図１４は、図１～図５に示した光吸収フィルタ２の実施例１における他の形態を示す図である。

図１～図５に示した光吸収フィルタ２は、図１１に示したものに代えて、図１４に示すように光吸収膜２２ａと光吸収膜２２ｂとを基板２１の同一面に設けてもよい。

例えば、図１４（ａ）に示すように、基板２１の一方の面に、図１１に示したものと同様の光吸収膜２２ａを形成し、光吸収膜２２ａ上に図１１に示したものと同様の光吸収膜２２ｂを形成することが考えられる。その場合、光吸収膜２２ａと光吸収膜２２ｂとは、基板２１における成膜領域の中心が基板２１の厚み方向で重なっているとともに、基板２１の面内方向における面積が、光吸収膜２２ｂよりも光吸収膜２２ａの方が大きくなっていることで、光吸収膜２２ａと光吸収膜２２ｂとが重なる領域の周囲に光吸収膜２２ａのみの領域が配置された構成となり、それにより、本形態の光吸収フィルタ２においても、光吸収膜２２ａ，２２ｂの成膜領域の中心から光吸収フィルタ２の端部に向かって光学濃度が放射状に径方向外側に向かって段階的に低くなっている。

また、図１４（ｂ）に示すように、基板２１の一方の面に、図１１に示したものと同様の光吸収膜２２ｂを形成し、光吸収膜２２ｂ上に図１１に示したものと同様の光吸収膜２２ａを形成することが考えられる。その場合、光吸収膜２２ａと光吸収膜２２ｂとは、基板２１における成膜領域の中心が基板２１の厚み方向で重なっているとともに、基板２１の面内方向における面積が、光吸収膜２２ｂよりも光吸収膜２２ａの方が大きくなっていることで、基板２１の面内方向における面積が大きな光吸収膜２２ａが、基板２１の面内方向における面積が小さな光吸収膜２２ｂを覆って形成された状態となる。このように、基板２１の面内方向における面積が大きな光吸収膜２２ａが、基板２１の面内方向における面積が小さな光吸収膜２２ｂを覆って形成された構成とした方が、密着性や環境安定性の面で有効なものとなる。

なお、図１１及び図１４示したものにおいては、光吸収膜２２ａと光吸収膜２２ｂとが、その膜厚が互いに異なることで光学濃度が互いに異なっているが、膜厚が同一であることで光学濃度が互いに同一の構成としてもよい。

本形態では、光吸収膜２２ａと光吸収膜２２ｂとを用いることで光学濃度が２段階となる光吸収フィルタ２を実現したが、さらに光吸収膜を追加し、光学濃度が３段階以上となる光吸収フィルタも考えられる。

図１５は、図１～図５に示した光吸収フィルタ２の実施例１における他の形態を示す図である。

図１～図５に示した光吸収フィルタ２は、図１１や図１４示したものに代えて、図１５に示すように光吸収膜２２ａ，２２ｂの他に光吸収膜２２ｃを有する構成としてもよい。

例えば、図１５（ａ）に示すように、基板２１の一方の面に、図１１に示したものと同様の光吸収膜２２ａを形成し、基板２１の他方の面に、図１１に示したものと同様の光吸収膜２２ｂを形成し、さらに、光吸収膜２２ｂ上に光吸収膜２２ｃを形成することが考えられる。光吸収膜２２ｃは、基板２１における成膜領域の中心が基板２１の厚み方向で光吸収膜２２ａ，２２ｂと重なっているとともに、基板２１の面内方向における面積が、光吸収膜２２ａ，２２ｂよりも小さい。それにより、光吸収膜２２ａと光吸収膜２２ｂと光吸収膜２２ｃとが重なる領域の周囲に、光吸収膜２２ａと光吸収膜２２ｂとが重なる領域が配置され、光吸収膜２２ａと光吸収膜２２ｂとが重なる領域の周囲に、光吸収膜２２ａのみの領域が配置された構成となり、本形態の光吸収フィルタ２は、光吸収膜２２ａ～２２ｃの成膜領域の中心から光吸収フィルタ２の端部に向かって光学濃度が放射状に径方向外側に向かって３段階に低くなっている。

また、図１５（ｂ）に示すように、基板２１の一方の面に、図１１に示したものと同様の光吸収膜２２ｂを形成し、基板２１の他方の面に、図１５（ａ）に示したものと同様の光吸収膜２２ｃを形成し、光吸収膜２２ｃ上に図１５（ｂ）用に光吸収膜２２ｂを形成することが考えられる。その場合、光吸収膜２２ｂと光吸収膜２２ｃとは、基板２１における成膜領域の中心が基板２１の厚み方向で重なっているとともに、基板２１の面内方向における面積が、光吸収膜２２ｃよりも光吸収膜２２ｂの方が大きくなっていることで、基板２１の面内方向における面積が大きな光吸収膜２２ｂが、基板２１の面内方向における面積が小さな光吸収膜２２ｃを覆って形成された状態となる。このように、基板２１の面内方向における面積が大きな光吸収膜２２ｂが、基板２１の面内方向における面積が小さな光吸収膜２２ｃを覆って形成された構成とした方が、密着性や環境安定性の面で有効なものとなる。

また、図１５（ｃ）に示すように、基板２１の両面に成膜領域が同じ光吸収膜２２ａ，２２ｂを形成してもよい。本実施例のように、光学濃度２．１程度の光吸収膜を一回で成膜する場合、光学制御や膜応力が問題となる場合がある。このような場合には、例えば光学濃度１．０５の光吸収膜２２ａ，２２ｂを基板２１の両面に成膜領域が同じとなるように成膜してもよい。なお、成膜領域が同一となるように基板２１の両面に形成される光吸収膜２２ａ，２２ｂは、その光学濃度が互いに異なるものとしてもよい。

本形態においては、３つの光吸収膜２２ａ～２２ｃを用いて光学濃度が３段階となる光吸収フィルタ２を実現したが、必要に応じて、光吸収膜をさらに追加して光学濃度が４段階以上となる光吸収フィルタとしてもよい。

（実施例２）
図１６は、本発明に係る光吸収フィルタ２の実施例２における一形態を示す図であり、（ａ）は層構成を示す図、（ｂ）は（ａ）に示した層構成の各領域における光学濃度（ＯＤ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ）を示すグラフ、（ｃ）は上方から見た図である。

本形態における光吸収フィルタ２は図１６（ａ），（ｃ）に示すように、厚さ２ｍｍの基板２１（ＮＦ５０Ｔ：旭硝子社製）の一方の面に光吸収膜として傾斜光吸収膜２２ｄが円型に形成されて構成されている。傾斜光吸収膜２２ｄは、基板２１よりも面積が小さく形成されており、光学濃度が均一である円型の光学濃度均一領域２２ｄ－１と、光学濃度が光学濃度均一領域２２ｄ－１から放射状に径方向外側に向かって連続的に低くなっていくドーナッツ状の光学濃度傾斜領域２２ｄ－２とから構成されており、傾斜光吸収膜２２ｄの光学濃度均一領域２２ｄ－１と基板２１とが重なり光の減衰量が一定となる光減衰領域２０ａと、傾斜光吸収膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２によって光の減衰量が光減衰領域２０ａから変化する光減衰領域２０ｂと、基板２１のみからなる非光減衰領域２０ｃとを有している。傾斜光吸収膜２２ｄの光学濃度は、光学濃度均一領域２２ｄ－１が２．５となっており、光学濃度傾斜領域２２ｄ－２の外周部分が２．１となっている。これにより、本形態の光吸収フィルタ２は、図１６（ｂ）に示すように、光学濃度傾斜領域２２ｄ－２においてその成膜領域の中心から光吸収フィルタ２の端部に向かって光学濃度が放射状に径方向外側に向かって連続的に低くなっている。なお、本実施例において、光吸収フィルタ２の中心部側で基板２１の光吸収剤と傾斜吸収膜２２ｄとの光吸収で形成される遮蔽領域の最大の光学濃度は、光減衰領域２０ａにおいて７５０ｎｍ～１１００ｎｍの波長において、およそ７．５であった。基板２１には均一に光吸収材が分散しており、光減衰領域２０ｂも７５０～１１００ｎｍでの最大の光学濃度はおよそ７．１となり、光学濃度３以上となっている。

以下に、図１６に示した光吸収フィルタ２の作製方法について説明する。

図１７は、図１６に示した光吸収フィルタ２の作製方法を説明するための図である。

図１６に示した光吸収フィルタ２は、真空蒸着法によって作製し、誘電体層２２１、光吸収層２２２及び反射防止層２２３は、実施例１と同様にそれぞれＡｌ２Ｏ３層、ＴｉＯｘ層、ＭｇＦ２層とした。

まず、図１７に示すように、ホルダー６１及び成膜マスク６２からなる成膜治具に基板２１をセットし、基板２１の傾斜光吸収膜２２ｄを成膜する面が蒸着材料と対向するように成膜治具を蒸着ドームに取り付ける。この際、成膜マスク６２の開口径により傾斜光吸収膜２２ｄの蒸着領域が決定することになるが、成膜治具とは独立してブレード６３を成膜マスクの開口径に重なるように配置する。ブレード６３は、成膜マスク６２によって形成される蒸着領域の中心付近から外周に向けてその面積が連続的に広くなる扇形形状となっている。

次に、蒸着ドームを蒸着チャンバーに投入し、排気を行う。蒸着チャンバー内が所望の真空度に達したら、蒸着源６４からのＡｌ２Ｏ３やＴｉＯｘを基板２１に蒸着させることで、誘電体層２２１及び光吸収層２２２からなる傾斜光吸収膜２２ｄの成膜を、光学濃度均一領域２２ｄ－１の光学濃度が２．５となるまで所定の層数繰り返し行う。

傾斜光吸収膜２２ｄの成膜時は、実施例１に示したものと同様に蒸着ドームが回転するが、本実施例では蒸着治具も蒸着ドームとは独立して回転する。一方、ブレード６３は固定されている。ブレード６３が、上述したように、蒸着領域の中心付近から外周に向けてその面積が連続的に広くなる形状となっていることで、上記のようにして傾斜光吸収膜２２ｄを成膜すると、傾斜光吸収膜２２ｄの中心部分よりも外周部分の方が、蒸着源６４からＡｌ２Ｏ３やＴｉＯｘがブレード６３によって多く遮蔽されることになり、基板２１の成膜領域において、蒸着膜の膜厚に傾斜を設けることができる。これにより、光学濃度がその中心から放射状に径方向外側に向かって連続的に低くなっていく光学濃度傾斜領域２２ｄ－２を有する傾斜光吸収膜２２ｄを形成することができる。このように、光学濃度傾斜領域２２ｄ－２は、蒸着源６４からのＡｌ２Ｏ３やＴｉＯｘアルミナ酸化物がブレード６３により遮蔽されることによって形成されるため、光学濃度傾斜領域２２ｄ－２における光学濃度の低下の度合いを示す光学濃度の変化率は、ブレード６３の形状によって決定することになる。

その後、ブレード６３を取り外し、反射防止層２２３を形成する。これは、反射防止層２２３には、膜厚に傾斜を設ける必要がなく、上述したように、反射防止層２２３は、光学膜厚がλ／４程度の時に低反射化に有用であることで、むしろ傾斜を有さない方が好ましいためである。このようにして、図１６に示したような、成膜領域の中心から外周に向かって光学濃度が放射状に径方向外側に向かって連続的に低くなる光学濃度傾斜領域２２ｄ－２を有する傾斜光吸収膜２２ｄを形成することができる。

傾斜光吸収膜２２ｄの成膜が終了したら、ベントを行い、蒸着チャンバーの圧力が大気圧となったら成膜治具を取り出す。

傾斜光吸収膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２は、上述した方法以外にも、例えば成膜領域を決定する成膜マスクと基板との間の距離を調整することによっても形成することができる。蒸着源からのアルミナ等の蒸着物は、成膜マスクの開口を介して基板２１上に蒸着されることになるが、その際、蒸着物は開口から開口周囲にも入り込むことになる。そのため、成膜マスクと基板とを近接させた場合は、蒸着物は開口から開口周囲にほとんど入り込むことがなく、基板には開口に対向する領域のみに光吸収膜が形成されることになるが、成膜マスクと基板との間の距離を長くすれば開口からその周囲に蒸着物が入り込み、さらにその量が開口から遠ざかるほど少なくなり、それにより、基板の開口に対向する領域の周囲に、開口に対向する領域から放射状に径方向外側に向かって連続的にその膜厚が薄くなる光学濃度傾斜領域を形成することができる。

また、光吸収膜を構成する所定層の誘電体層２２１と光吸収層２２２の全ての蒸着膜が必ずしも傾斜を有する必要はなく、少なくとも光吸収層２２２の一部において光学濃度が変化する構成となっていればよい。

また、本実施例では、少なくとも光吸収層２２２の膜厚に傾斜を持たることで、光吸収膜の光学濃度に傾斜を生じさせて光学濃度が連続的に変化する構成としているが、光吸収層の成膜時に基板の外周付近から反応性ガスを吹きかけ、光吸収層の酸化数あるいは窒化数を光吸収膜の成膜領域の外周から中心に向かって連続的に変化させる（小さくする）ことでも光吸収膜の光学濃度に傾斜を生じさせることができる。

表２に実施例２に係る光吸収膜の膜厚を示す。なお、表２に示す膜厚は、光吸収フィルタ２の中心、即ち最も光学濃度の高い領域２０ａにおける膜厚である。
表２より、実施例２に係る光吸収フィルタに形成される光吸収膜２２ｄを形成する光吸収層（ＴｉＯｘ）の内、最も光吸収の大きい最大光吸収層、即ち最も膜厚の大きい光吸収層は６層目のＴｉＯｘである。図１８に基板２１と最大光吸収層（６層目のＴｉＯｘ）の光吸収率を比較したグラフを示す。図１８より、光遮蔽領域（光波長７００～１２００ｎｍ程度）における基板２１の光吸収は、最大光吸収層よりも大きく、光透過領域における基板２１の光吸収は、最大光吸収層よりも小さくなっている。なお、基板２１の光吸収剤および傾斜光吸収膜２２ｄによって光の透過率が０．１％以下（すなわち光学濃度３以上）となるのは、６１０ｎｍ以上の波長領域となっている。そして、４００～５６０ｎｍ程度では光学濃度が２．８以下となっており光吸収フィルタとして光は減衰するものの、基板の透過領域となっている。５６０ｎｍから６１０ｎｍは光吸収フィルタの減衰領域から遮蔽領域へ遷移する遷移領域となる。入射角が０°の時、実施例２の光吸収フィルタは、光吸収膜の形成状況により外周部の透過率が高くなり、透過領域、遮蔽領域、遷移領域の波長帯域が変化又は消失することがあるが、光吸収フィルタの使用方法を考慮すると、外周部程入射角の大きい光が入射し、これに起因した透過率損失が発生するため、透過領域、遮蔽領域、遷移領域の波長帯域は実質的にほとんど変化しない。

図１９は、図１～図５に示した光吸収フィルタ２の実施例２における他の形態を示す図である。

図１～図５に示した光吸収フィルタ２は、図１６に示したものに代えて、図１９に示すように、基板２１の一方の面に図１６に示したものと同様の傾斜光吸収膜２２ｄが形成されているとともに、基板２１の他方の面に、基板２１の成膜領域の面内方向で光学濃度が均一の均一光吸収膜となる光吸収膜２２ａが形成されたものであってもよい。

例えば、図１９（ａ）に示すように、基板２１の一方の面に、図１６に示したものと同様の傾斜光吸収膜２２ｄを形成し、基板２１の他方の面に、傾斜光吸収膜２２ｄとその外形を等しくし、基板２１の成膜領域の面内方向で光学濃度が均一の光吸収膜２２ａを形成することが考えられる。傾斜光吸収膜２２ｄと光吸収膜２２ａとは、基板２１の面内方向における面積が互いに同一であり、基板２１における成膜領域の中心が基板２１の厚み方向で重なっていることで、基板２１の厚み方向で互いに重なるように形成されている。これにより、図１９（ａ）に示すものにおいては、光吸収膜２２ａと傾斜光吸収膜２２ｄの光学濃度均一領域２２ｄ－１とによって光の減衰量が一定となると基板２１とが重なり合った光減衰領域２０ａと、傾斜光吸収膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２によって光の減衰量が光減衰領域２０ａから変化する光減衰領域２０ｂと、基板２１のみからなる非光減衰領域２０ｃとを有している。

また、図１９（ｂ）に示すように、光吸収膜２２ａの面積を傾斜光吸収２２ｄの面積よりも大きくし、それにより、光吸収膜２２ａのみからなる領域を設け、光学濃度が均一となる領域を持たせてもよい。これにより、図１９（ｂ）に示すものにおいては、光吸収膜２２ａと傾斜光吸収膜２２ｄの光学濃度均一領域２２ｄ－１とによって光の減衰量が一定となると基板２１とが重なり合った光減衰領域２０ａと、傾斜光吸収膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２によって光の減衰量が光減衰領域２０ａから変化する光吸収膜２２ａと基板２１とが重なり合った光減衰領域２０ｂと、基板２１のみからなる非光減衰領域２０ｃとを有している。

上述したように本形態においては、傾斜光吸収膜２２ｄを有するものの、基板２１の厚み方向で傾斜光吸収膜２２ｄの全ての領域に重なるように、光学濃度が均一の光吸収膜２２ａが形成されている。本発明の用途として、照度が非常に高い太陽光の位置情報を取得することが考えられ、一定以上の光減衰機能が求められる場合がある。このような場合は、光吸収膜２２ａによって成膜領域全体において光減衰機能を持たせた上で、光吸収フィルタ２の面内で、光源からの光の入射角が広い場合でも、受光素子に入射する光の照射強度の入射角による差が大きくならないように、光学濃度が連続的に変化する傾斜光吸収膜２２ｄを設けることで、傾斜光吸収膜２２ｄのみを有するものに対して、簡便に所望の光学特性が得られることがある。

なお、傾斜光吸収膜２２ｄと光吸収膜２２ａとは、図１９に示したもののように基板２１の互いに異なる面に形成してもよいし、基板２１の同一面に形成してもよい。また、光吸収膜２２ａと傾斜光吸収膜２２ｄとを基板２１の同一面に形成する場合、光吸収膜２２ａと傾斜光吸収膜２２ｄとのいずれか一方で他方を覆うように形成してもよい。このような構成とすることで、覆われた光吸収膜２２ａあるいは傾斜光吸収膜２２ｄの光学特性変化を抑制することができる。

また、複数の光吸収膜と傾斜光吸収膜とを組み合わせた構成も考えられる。

図２０は、図１～図５に示した光吸収フィルタ２の実施例２における他の形態を示す図である。

本形態は図２０に示すように、図１９（ｂ）に示した構成に加えて、傾斜光吸収膜２２ｄの光学濃度均一領域２２ｄ－１上に、基板２１の成膜領域の面内方向で光学濃度が均一の光吸収膜２２ｂが形成された光吸収フィルタ２である。

本形態のように、複数の光吸収膜２２ａ，２２ｂと傾斜光吸収膜２２ｄとから光吸収フィルタ２を形成する場合は、光吸収膜２２ａの面積が傾斜光吸収膜２２ｄの面積よりも大きく、傾斜光吸収膜２２ｄの光学均一濃度領域２２ｄ－１の面積が光吸収膜２２ｂの面積よりも大きく形成することが好ましい。これにより、本形態の光吸収フィルタ２は、成膜領域の中心部分においては、光吸収膜２２ａ，２２ｂと傾斜光吸収膜２２ｄの光学濃度均一領域２２ｄ－１とが重なり合い、成膜領域のその外側では、光吸収膜２２ａと傾斜光吸収膜２２ｄの光学濃度均一領域２２ｄ－１とが重なり合い、成膜領域のその外側では、光吸収膜２２ａと傾斜光吸収膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２とが重なり合い、成膜領域の最外周部分では、光吸収膜が光吸収膜２２ａのみからなっている。それにより、本形態においては、光吸収膜２２ａ，２２ｂと傾斜光吸収膜２２ｄの光学濃度均一領域２２ｄ－１とによって光の減衰量が一定となると基板２１とが重なり合った光減衰領域２０ａと、光吸収膜２２ａと傾斜光吸収膜２２ｄとによって光の減衰量が光減衰領域２０ａから変化する基板２１とが重なり合った光減衰領域２０ｂと、光吸収膜２２ａと基板２１とが重なり合った光減衰領域２０ｄと、基板２１のみからなる非光減衰領域２０ｃとを有している。このような構成とすることにより、成膜領域の中心から光吸収フィルタ２の端部に向かって光学濃度が放射状に径方向外側に向かって段階的及び連続的に低くなっている。
なお、図２０に示したものにおいては、光吸収膜２２ｂと傾斜光吸収膜２２ｄとが基板２１の同一面に形成され、これら光吸収膜２２ｂ及び傾斜光吸収膜２２ｄと光吸収膜２２ａとが基板２１の互いに異なる面に形成されているが、これに限らず、光吸収膜２２ａと光吸収膜２２ｂとが同一面に形成されていてもよいし、光吸収膜２２ａと傾斜光吸収膜２２ｄが同一面に形成されていてもよい。さらに、光吸収膜または傾斜光吸収膜を他の光吸収膜あるいは傾斜光吸収膜で覆う構成であってもよい。

このような構成とすることで、図７に示した入射角０～１５°程度の相対照度が大きく、かつ相対照度の変化が小さな領域では、光吸収膜２２ａ，２２ｂと傾斜光吸収膜２２ｄの光学濃度均一領域２２ｄ－１、または、光吸収膜２２ａと傾斜光吸収膜２２ｄの光学濃度均一領域２２ｄ－１とによって光量を大きく減衰させ、また、図７に示した入射角１５～６５°程度の相対照度の変化が大きな領域では、光吸収膜２２ａと傾斜光吸収膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２とによって光量の減衰量を連続的に変化させ、また、図７に示した入射角６５～８０°程度の相対照度が小さく、かつ相対照度の変化の小さな領域では、光吸収膜２２ａのみによって光量をあまり減衰させず、それにより、入射角依存を好適に補正できるようになる。

図２１は、図１～図５に示した光吸収フィルタ２の実施例２における、更なる他の形態を示す図であり、（ａ）は層構成を示す図、（ｂ）は（ａ）に示した層構成の各領域における光学濃度を示すグラフ、（ｃ）は上方から見た図である。

本形態における光吸収フィルタ２は図２１（ａ），（ｃ）に示すように、基板２１の一方の面に光吸収膜として傾斜光吸収膜２２ｄが円型に形成されているとともに、基板２１の他方の面に光吸収膜として傾斜光吸収膜２２ｅが円型に形成されて構成されている。傾斜光吸収膜２２ｄは、光学濃度が均一である円型の光学濃度均一領域２２ｄ－１と、光学濃度が光学濃度均一領域２２ｄ－１から放射状に径方向外側に向かって連続的に低くなっていくドーナッツ状の光学濃度傾斜領域２２ｄ－２とから構成されている。傾斜光吸収膜２２ｅは、光学濃度が均一である円型の光学濃度均一領域２２ｅ－１と、光学濃度が光学濃度均一領域２２ｅ－１から放射状に径方向外側に向かって連続的に低くなっていくドーナッツ状の光学濃度傾斜領域２２ｅ－２とから構成されている。傾斜光吸収膜２２ｄと傾斜光吸収膜２２ｅとは、基板２１の面内方向における面積が互いに異なり、傾斜光吸収膜２２ｅよりも傾斜光吸収膜２２ｄの方がその面積が大きくなっている。また、傾斜光吸収膜２２ｄの光学濃度均一領域２２ｄ－１と傾斜光吸収膜２２ｅの光学濃度均一領域２２ｅ－１とは、基板２１の面内方向における面積が互いに異なり、傾斜光吸収膜２２ｄの光学濃度均一領域２２ｄ－１よりも傾斜光吸収膜２２ｅの光学濃度均一領域２２ｅ－１の方がその面積が大きくなっている。そして、傾斜光吸収膜２２ｄと傾斜光吸収膜２２ｅとは、基板２１における成膜領域の中心が基板２１の厚み方向で重なっていることで、基板２１の厚み方向で傾斜光吸収膜２２ｅの全ての領域が傾斜光吸収膜２２ｄに重なり、かつ、傾斜光吸収膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２の一部が傾斜光吸収膜２２ｅの光学濃度傾斜領域２２ｅ－２と基板２１の厚み方向でその一部が重なっている。すなわち、傾斜光吸収膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２と傾斜光吸収膜２２ｅの光学濃度傾斜領域２２ｅ－２とは、光学濃度の変化率が互いに異なるものとなっている。

これにより、本形態の光吸収フィルタ２は、成膜領域の中心部分においては、傾斜光吸収膜２２ｄの光学濃度均一領域２２ｄ－１と傾斜光吸収膜２２ｅの光学濃度均一領域２２ｅ－１とが重なり合い、成膜領域のその外側では、傾斜光吸収膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２と傾斜光吸収膜２２ｅの光学濃度均一領域２２ｅ－１とが重なり合い、成膜領域のその外側では、傾斜光吸収膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２と傾斜光吸収膜２２ｅの光学濃度傾斜領域２２ｅ－２とが重なり合い、成膜領域のその外側では、光吸収膜が傾斜光吸収膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｅ－２のみからなっている。それにより、本形態においては、傾斜光吸収膜２２ｄ，２２ｅの光学濃度均一領域２２ｄ－１，２２ｅ－１によって光の減衰量が一定となると基板２１とが重なり合った光減衰領域２０ａと、傾斜光吸収膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２によって光の減衰量が光減衰領域２０ａから変化すると基板２１とが重なり合った光減衰領域２０ｂと、基板２１のみからなる非光減衰領域２０ｃとを有している。このような構成とすることにより、図２１（ｂ）に示すように、成膜領域の中心から光吸収フィルタ２の端部に向かって放射状に径方向外側に向かって光学濃度が低くなっており、その光学濃度の変化率が異なる領域が存在することになる。なお、本形態の光吸収フィルタ２における光学濃度は、傾斜光吸収膜２２ｄの光学濃度均一領域２２ｄ－１と傾斜光吸収膜２２ｅの光学濃度均一領域２２ｅ－１とが重なり合う領域が最も高く、光吸収膜が傾斜光吸収膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｅ－２のみからなる領域が最も低いが、傾斜光吸収膜２２ｄの光学濃度均一領域２２ｄ－１と傾斜光吸収膜２２ｅの光学濃度均一領域２２ｅ－１とが重なり合う領域の光学濃度が２．５、傾斜光吸収膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｅ－２の外周部分の光学濃度が２．１となっている。本実施例においては、６１０ｎｍの波長において、基板の透過率特性が光学濃度０．５以上となり、６１０ｎｍの波長以上の波長領域は、遮蔽している。

本形態においては、上述したように、光学濃度の変化率が異なる領域が存在するが、その変化率は、傾斜光吸収膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２における光学濃度の変化率と、傾斜光吸収膜２２ｅの光学濃度傾斜領域２２ｅ－２における光学濃度の変化率と、傾斜光吸収膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２と傾斜光吸収膜２２ｅの光学濃度傾斜領域２２ｅ－２とが重なり合っているかどうかによって決まる。図２１に示したものにおいては、傾斜光吸収膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２における光学濃度の変化率が、傾斜光吸収膜２２ｅの光学濃度傾斜領域２２ｅ－２における光学濃度の変化率よりも小さいため、光学濃度の変化率は、傾斜光吸収膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２と傾斜光吸収膜２２ｅの光学濃度傾斜領域２２ｅ－２とが重なり合っている領域が最も大きく、次に、傾斜光吸収膜２２ｅの光学濃度傾斜領域２２ｅ－２が傾斜光吸収膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２と重なり合っていない領域が大きく、傾斜光吸収膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２が傾斜光吸収膜２２ｅの光学濃度傾斜領域２２ｅ－２と重なり合っていない領域が最も小さくなる。本形態においては、傾斜光吸収膜２２ｅの光学濃度傾斜領域２２ｅ－２が全ての領域において傾斜光吸収膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２と重なっているため、傾斜光吸収膜２２ｅの光学濃度傾斜領域２２ｅ－２が傾斜光吸収膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２と重なり合っていない領域は存在せず、それにより、光学濃度の変化率が異なる領域が２つ存在する。もし、傾斜光吸収膜２２ｅの光学濃度傾斜領域２２ｅ－２が傾斜光吸収膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２と重なり合っていない領域が存在すれば、光学濃度の変化率が異なる領域が３つ存在することになる。

このような構成とすることにより、図２１に示した構成を有する光吸収フィルタ２においては、図７に示した入射角１５～６５°程度の相対照度の変化が大きな領域では、傾斜光吸収膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２と傾斜光吸収膜２２ｅの光学濃度傾斜領域２２ｅ－２とによって光量の減衰量を大きな変化率で連続的に変化させることで、入射角依存を好適に補正できるようになる。その場合、図７に示した入射角０～１５°程度の相対照度が大きく、かつ相対照度の変化が小さな領域では、傾斜光吸収膜２２ｄ，２２ｅの光学濃度均一領域２２ｄ－１，２２ｅ－１、または、傾斜光吸収膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２と傾斜光吸収膜２２ｅの光学濃度均一領域２２ｅ－１とによって光量を大きく減衰させ、また、図７に示した入射角６５～８０°程度の相対照度が小さく、かつ相対照度の変化の小さな領域では、傾斜光吸収膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２によって光量をあまり減衰させず、それにより、入射角依存を好適に補正できるようになる。

複数の傾斜光吸収膜２２を有する形態としては図２２に示すような構成とすることもできる。すなわち、図２２（ａ）の様に複数の傾斜吸収膜２２ｄ，２２ｅの均一濃度部の２２ｄ－１と２２ｅ－１の面積が同一であったり、図２２（ｂ）の様に３つの傾斜光吸収膜２２ｄ、２２ｅ、２２ｆを有した構成、図２２（ｃ）の様に１つの光吸収膜２２ａと複数の傾斜光吸収膜２２ｄ、２２ｅとを組み合わせた構成であってもよい。なお、当然、光吸収膜２２ａや傾斜光吸収膜２２ｄ、２２ｅ、２２ｆは上述の構成に限らず、複数の光吸収膜を有していてもよいし、４つ以上の傾斜光吸収膜を有していてもよい。

なお、本実施例に示したもののように複数の光吸収膜あるいは傾斜光吸収膜を有する構成とする場合、成膜領域、すなわち、基板２１の面内方向の面積が小さな光吸収膜あるいは傾斜光吸収膜が、成膜領域の面積が大きな光吸収膜あるいは傾斜光吸収膜上に形成されていてもよいし、反対に覆われていてもよい。密着性や光吸収フィルタの環境安定性を考慮すると、成膜領域の面積が小さな光吸収膜あるいは傾斜光吸収膜が成膜領域の面積が大きな光吸収膜あるいは傾斜光吸収膜に覆われていることが好ましい。

また、本実施例のように、複数の傾斜光吸収膜を用いた場合、光学濃度傾斜領域の光学濃度の変化率は複数の傾斜光吸収膜どうしで同じでもよいし、異なっていてもよいが、複数の傾斜光吸収膜の光学濃度の変化率が互いに異なる方が、より詳細に光吸収フィルタの光学特性を調整可能となり、図７に示した入射角による相対照度の特性を補正するのに適した光吸収フィルタとすることができる。

これらの光吸収フィルタは、前述と同様、成膜マスク６２やブレード６３を使用した成膜で傾斜光吸収膜を形成することができ、開口径の異なる複数の成膜マスク６２を用いることで、成膜面積の異なる複数の傾斜光吸収膜を得ることができる。なお、複数の傾斜光吸収膜の傾斜領域における透過率傾斜率を変化させたい場合は、例えば、ブレード６３の形状を調整することで対応できる。

上記実施例に示した構成を有する光吸収フィルタを本発明の光源角度測定装置に配置した場合における入射角θによる相対照度特性について説明する。

図２３は、光吸収膜成膜領域において光学濃度分布を持たない単一濃度の光吸収フィルタと実施例１～２の光吸収フィルタを本発明の光源角度測定装置に配置した場合における入射角θによる相対照度をシミュレーションした結果を示す図である。ここで、相対照度とは、光源角度測定装置の光学系に起因する入射角θによる相対照度に、入射角θで光吸収フィルタに入射した光のうち、受光素子に到達可能な光吸収フィルタの領域を通過した光の透過率を掛け合わせ、入射角０°における照度を１００％としたものである。なお、図２８の相対照度は、光波長５５０ｎｍにおける相対照度である。

単一濃度の光吸収フィルタを光源角度測定装置に配置した場合は、図２３中実線で示すように、図７に示した照射強度の角度依存の特性が補正されることなくそのまま残る。すなわち、上述したように、入射角θが大きくなるにしたがって、入射角０°に対する相対照度の差が増大してしまう。入射角０°に対して照射強度の差が最も大きくなる入射角は８０°であり、この時の入射角０°に対する相対照度は２５％程度となってしまう。

一方、実施例１に示した構成を有する光吸収フィルタを光源角度測定装置に配置した場合は、図２３中白丸で示すように、入射角θが大きくなるにしたがって、入射角０°に対する相対照度の差が増大していくものの、入射角θが６０°よりも大きくなると、入射角０°に対する相対照度の差がそれ以上大きくならず、入射角０°に対する相対照度の差が一旦ゼロになる。これは、実施例１に示した構成を有する光吸収フィルタにおいては、光吸収膜の成膜領域中央部から一定の範囲においては、複数の光吸収膜によって光吸収フィルタを通過する際の光が大きく減衰するものの、それよりも外側の領域においては、１つまたは少ない光吸収膜によって光吸収フィルタを通過する際の光の減衰量が少なくなるためである。実施例１の構成による光学系においては、入射角０°に対して照射強度の差が最も大きくなる入射角は６０°であり、この時の入射角０°に対する相対照度は３５％程度であった。

また、実施例２に示した構成を有する光吸収フィルタを光源角度測定装置に配置した場合は、図２３中黒三角で示すように、入射角θが大きくなっても、入射角０°に対する相対照度が１００％前後で小さな幅で増減するだけである。これは、入射角θが大きくなるほど、光吸収フィルタを通過する際の光の減衰量が傾斜光吸収膜によって連続的に少なくなっていくためである。実施例２の構成による光学系においては、入射角０°に対して照射強度の差が最も大きくなる入射角は２８°であり、この時の入射角０°に対する相対照度は１１０％程度であった。

上述したシミュレーション結果より、実施例１～２に示した構成を有する本発明の光吸収フィルタは、光源角度測定装置の入射角による照射強度差を好適に補正可能であることが分かる。このように、本実施形態に示した光吸収フィルタは、光源からの光の入射角が広い場合でも、受光素子に入射する光の照射強度の入射角による差を大きくすることなく、光源からの光をその光量を減衰させて受光素子に入射させるこができる。そのため、この光吸収フィルタを光源角度測定装置に搭載することで、より高精度に測定対象の位置情報を取得できるようになる。

ところで、図１～図５に示した光源角度測定装置１においては、受光素子４１に入射した光は、例えば、センサ基板４２において点像として抽出され、画像処理基板４３において、この点像のＸＹ重点座標（点像座標）から、測定対象光のＸ方向及びＹ方向の入射角が求められ、測定対象光の位置が特定される。

この際、点像の輝度値によって点像が測定対象に由来した光か判断することもできる。例えば、測定対象を太陽光とした時、地球等で反射された光も受光素子４１に入射し、点像として抽出されることがある。すなわち、点像が複数存在し、どの点像が太陽光に由来する光であるのかを判別する必要がある場合がある。このような場合は、各点像の輝度値データに対してヒストグラムをとり各点像の輝度値に対して、所定の閾値を超えた像を太陽光の点像として抽出したり、複数の点像のうち輝度値が最も高い点像を太陽光として抽出したりすることができる。その際、実施例１～２に示した構成を有する光吸収フィルタを用いることで、太陽光からの光の入射角が広い場合でも、受光素子に入射する光の照射強度の入射角による差が大きくなることなく、太陽光からの光が受光素子に入射することになるため、例えば、測定対象光となる太陽光の入射角が広く、非測定対象光となる太陽光以外の光の入射角が狭い場合であっても、太陽光以外の光が測定対象光と誤認識されることはなく、太陽光と太陽光以外の光の点像の輝度値データにより測定対象光となる太陽光の点像を高精度に抽出可能となる。

（参考例）
参考例の光吸収フィルタは、可視光波長から近赤外領域にかけて有意な光吸収を有さない基板（Ｂ２７０ｉ：ＳＣＨＯＴＴ社製）の一方の面に実施例１と同様な膜構成に加えて赤外カット膜をＳｉＯ２膜とＴｉＯ２膜の交互積層構成によって積層した。

図２４に実施例１及び２、参考例の光吸収フィルタの入射角０°における透過率スペクトル、図２５に実施例１及び２、参考例の光吸収フィルタの入射角６０°における透過スペクトルを示す。更に、表３に本実施形態の光源角度測定装置に実施例１及び２、参考例の光吸収フィルタを搭載した際の、受光素子４１に入射する太陽光エネルギーの入射角による太陽光エネルギー比率を示す。なお、本実施形態の光源角度測定装置においては、実施例１及び参考例は入射角０～６０°までは光吸収フィルタの２０ａの領域、それ以上の入射角の時は２０ｂの領域を光が通過し、実施例２では入射角０°近辺では２０ａの領域、それ以外の時は入射角に応じて任意の２０ｂの領域を光が通過する。図２４、２５より、入射角０°において、実施例１及び２、参考例の光吸収フィルタは透過領域に大きなリップルは見られず、７００～１１００ｎｍ程度の遮蔽領域において十分な遮蔽機能を有しているが、入射角が大きくなると、参考例の赤外カット膜は図８（ａ）に示すように干渉膜の光透過特性が変わり、光吸収膜の光学濃度分布によって透過光量を補正しても、入射角が大きくなると照射強度を適正に補正することができなくなる。なお、受光素子４１に入射する太陽光エネルギーの算出には、本実施形態の光源角度測定装置の使用環境を鑑み、図２６に示す、大気圏外での太陽光エネルギーを基にシミュレーションを行った。

表３より、入射角４０°程度までは実施例１と参考例で明確な差は見られないが、入射角が６０°以上程度となると、参考例では、光吸収膜で透過光量を補正しても入射角が大きくなるにつれて入射角０°に対する太陽光エネルギー比率は顕著に小さくなってしまう。これは、入射角が大きくなるにつれて、赤外カット膜の透過率特性が大きく変化してしまうことに起因している。なお、実施例２では入射角によらず、受光素子４１に入射する太陽光エネルギーのバラツキが非常に小さくなっている。

以上より、実施例１及び２の光吸収フィルタは受光素子４１へ入射する太陽光エネルギー強度の入射角によるバラツキをより小さくすることができる。
図２７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にそれぞれ、本実施形態の光源角度測定装置１に実施例１、実施例２、参考例の光吸収フィルタを配置したときの、入射角６０°における受光素子４１上に集光した光の点像をシミレーションした図である。ここで、点像１００ａは光波長５４６ｎｍ、点像１００ｂは光波長８５０ｎｍ、点像１００ｃは光波長１０５０ｎｍの点像である。

図２７より、実施例１及び２において、点像は光波長５４６ｎｍの点像１００ａのみが形成され、光波長８５０ｎｍ及び光波長１０５０ｎｍの光は光吸収フィルタにより吸収されて実質的に受光素子４１に到達しない。一方、参考例においては、光波長５４６ｎｍ、光波長１０５０ｎｍの点像１００ａ及び１００ｃの点像が形成され、光波長８５０ｎｍの光は光吸収フィルタに反射或は吸収され、受光素子４１に実質的に到達しない。なお、図２７は光波長５４６ｎｍ、光波長８５０ｎｍ、光波長１０５０ｎｍの３点のみのシミュレーションであり、実際には光吸収フィルタ２を透過し、受光素子４１に入射した全ての光波長により点像が形成される。すなわち、実際に受光素子４１上に形成される点像は図２７に示したものよりも大きいものとなる。基板２１の遮蔽領域が広いほど受光素子４１に実質的に入射する光波長領域を狭くすることができ、受光素子４１に形成される点像を効果的に小さくすることができる。更に、遮蔽領域が透過領域よりも広いとより効果的に点像を小さくすることができる。

上述のように、本実施形態の光源角度測定装置１においては、例えば受光素子４１に入射した太陽光の点像を画像処理することによりＸＹ重点座標を取得し、太陽の位置を特定する。この時、点像の径が小さく、より鮮明であるほど、画像処理による演算精度が向上する。すなわち、実施例１及び２の光吸収フィルタは、光源角度測定装置１に搭載した際、参考例に示した光吸収フィルタに対し、測定光の位置検出精度向上に貢献することができる。

以上より、上述した実施例にて示した構成を有する光吸収フィルタ２を光源角度測定装置１に用いることで、光源からの光の入射角が広い場合でも、受光素子に入射する光の照射強度の入射角差を大きくすることなく、光量を減衰させて受光素子に入射させることができる。更に、基板光吸収剤と光吸収膜によって、受光素子４１に入射する光波長を制限することで、受光素子４１上で集光する光の色収差を小さくすることができ、太陽光などの被測定光の点像が小さく・鮮明となることで位置検出精度を向上させることができる。
一般に、受光素子４１は大きなエネルギーが入射すると故障の要因になる。特に本実施形態の様に高エネルギーを有する太陽などの光源角度測定装置に使用する場合は、受光素子４１が故障しないように、光吸収フィルタによって十分にエネルギーを減衰する必要がある。本発明の光吸収フィルタは、基板２１の光吸収剤による吸収のため、光吸収膜２２の光減衰量を低減することができ、光吸収フィルタ２の製造が容易となる効果も有する。

図２８には本発明に係る光源角度測定装置を搭載した航行体の一例としての人工衛星を示している。人工衛星は、衛星本体１３１に通信アンテナ１３２、太陽電池パネル１３３、光学系１３４、スラスタ１３５等が搭載されている。

この光源角度測定装置を人工衛星（ここでは衛星本体１３１）に対して搭載する際には、光源角度測定装置の基準面を人工衛星の基準面と一致するようにして搭載することによって、光源角度測定装置の検出角度を良好に保つことができる。人工衛星の基準面としては、人工衛星に搭載される他のセンサにおける基準面と一致していても良い。

１ 光源角度測定装置
２ 光吸収フィルタ
１０ 筐体
１０ａ 表面
１１ 円形貫通部
１２ 突起部
１２ａ 環状傾斜面
２１ 基板
２２ 光吸収膜
２２１ 誘電体層
２２２ 光吸収層
２２３ 反射防止層
３０ ピンホール
３１ アパーチャ
３１ａ 貫通孔
４０ 受光部品
４１ 受光素子
４２ センサ基板
４３ 画像処理基板
４４ 外部インターフェース基板
５０ バックカバー
６０ａ、ｂ 負レンズ
６１ ホルダー
６２ 成膜マスク
６３ ブレード
６４ 蒸発源
１００ａ、ｂ、ｃ 点像
１３１ 衛星本体
１３２ 通信アンテナ
１３３ 太陽電池パネル
１３４ 光学系
１３５ スラスタ

Claims (2)

1. 基板と、
   前記基板上に、中心部側から径方向外側に向かって連続的あるいは段階的に光吸収率が低くなる光吸収膜と、を備えた光吸収フィルタであって、
   前記基板は、
   可視光波長から赤外光波長領域の間の第一の波長領域を透過し、前記第一の波長領域とは異なる波長領域の第二の波長領域を吸収する光吸収剤を有し、
   前記光吸収フィルタの前記中心部側において、前記光吸収剤および前記光吸収膜によって、前記第二の波長領域の光は、遮蔽される前記光吸収フィルタと、
   前記光吸収フィルタに対して光源とは反対側に配置された受光素子と、
   前記受光素子に入射する光を制限するピンホールと、
   前記光吸収フィルタと前記受光素子との間に配置され、前記光吸収フィルタを透過した光を前記受光素子上に集光する集光手段と、
   前記受光素子上に集光された光に基づいて、前記光源の角度を測定する演算手段と、
   を有することを特徴とする光源角度測定装置。
2. 請求項１に記載の光源角度測定装置を備えたことを特徴とする、人工衛星。

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