JP7484935B2 - 近赤外線カットフィルタおよび撮像装置 - Google Patents
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Description
本発明は、近赤外線カットフィルタおよび撮像装置に関する。
車載カメラなどの撮像装置は、周囲の景色等のセンシングのため、固体撮像素子（イメージセンサ）を備える。ただし、固体撮像素子は、人間の視感に比べて、赤外光に対してより強い感度を示す。このため、固体撮像素子による画像を人間の視感度に近づけるため、撮像装置には、さらに近赤外線カットフィルタが設置される。
一般に、そのような近赤外線カットフィルタとして、反射タイプおよび吸収タイプの近赤外線カットフィルタが知られている。
このうち、反射タイプの近赤外線カットフィルタは、透明基板の一方の表面に、誘電体多層膜（反射膜）を備える。誘電体多層膜は、光の干渉現象を利用して、近赤外線カットフィルタに入射される紫外線および赤外線を反射する機能を有する。従って、そのような近赤外線カットフィルタを使用することにより、固体撮像素子によりセンシングされる画像（光）を、人間の視感に近づけることができる（例えば特許文献１）。
一方、吸収タイプの近赤外線カットフィルタは、近赤外線吸収機能を有する透明基板を備える。フィルタに入射される近赤外線は、透明基板によって吸収される。従って、この場合も、固体撮像素子でセンシングされる画像（光）を人間の視感に近づけることができる（例えば特許文献２）。
反射タイプの近赤外線カットフィルタを適用した撮像装置では、フィルタを通過して固体撮像素子に入射された光が固体撮像素子で反射された後、フィルタで再反射され、固体撮像素子に再入射される現象が生じ得る。
このような現象は、ゴーストおよびフレアの発生につながり得る。特に、周囲が暗い環境、すなわち光量が少ない環境では、僅かの迷光が生じただけでもゴーストおよびフレアが発生しやすくなる場合がある。
特に、近年は、撮像装置のセンシング機能の高精度化が進められており、この問題は、今後より顕著になることが予想される。
一方、吸収タイプの近赤外線カットフィルタを適用した撮像装置では、固体撮像素子に到達する可視光の光量、特に赤色光の光量が不足する場合がある。これは、透明基板に含まれる吸収材によって、フィルタに入射された光のうち、近赤外線に加えて赤色光までもが吸収されてしまうためである。
例えば、撮像装置が車載カメラの場合、このような挙動は、道路標識、交通信号、および車のテールランプから発せられる赤色光に対するセンシング機能の低下につながり得る。
このように、高精度な撮像装置への適用を考慮した場合、従来の近赤外線カットフィルタは、反射タイプおよび吸収タイプのいずれにおいても、未だ性能に改善の余地がある。
本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、本発明では、撮像装置に適用した際に、可視光の光量、特に赤色光の光量の低下を有意に抑制したまま、ゴーストおよびフレアの発生を有意に軽減することが可能な、近赤外線カットフィルタを提供することを目的とする。また、本発明では、そのような近赤外線カットフィルタを備える撮像装置を提供することを目的とする。
本発明では、近赤外線カットフィルタであって、
相互に対向する第１の表面および第２の表面を有する透明基板と、
前記透明基板の前記第１の表面の側に配置された誘電体多層膜と、
を有し、
前記誘電体多層膜は、波長７００ｎｍ～７５０ｎｍの範囲の光を反射し、
当該近赤外線カットフィルタは、
平均透過率Ｔ１が２０％以下であり、平均反射率Ｒ１が８０％以下であり、平均透過率Ｔ２が６５％以上であり、
ここで、前記平均透過率Ｔ１およびＴ２は、それぞれ、当該近赤外線カットフィルタにおいて、前記透明基板の前記第２の表面の側から、法線方向に光を入射させた際に測定される、波長範囲７００ｎｍ～７５０ｎｍおよび波長範囲６００ｎｍ～６８０ｎｍにおける平均正透過率を表し、
前記平均反射率Ｒ１は、当該近赤外線カットフィルタにおいて、前記透明基板の前記第２の表面の側から、法線方向に対して５°の角度で光を入射させた際に測定される、波長範囲７００ｎｍ～７５０ｎｍにおける平均正反射率を表す、近赤外線カットフィルタが提供される。
相互に対向する第１の表面および第２の表面を有する透明基板と、
前記透明基板の前記第１の表面の側に配置された誘電体多層膜と、
を有し、
前記誘電体多層膜は、波長７００ｎｍ～７５０ｎｍの範囲の光を反射し、
当該近赤外線カットフィルタは、
平均透過率Ｔ１が２０％以下であり、平均反射率Ｒ１が８０％以下であり、平均透過率Ｔ２が６５％以上であり、
ここで、前記平均透過率Ｔ１およびＴ２は、それぞれ、当該近赤外線カットフィルタにおいて、前記透明基板の前記第２の表面の側から、法線方向に光を入射させた際に測定される、波長範囲７００ｎｍ～７５０ｎｍおよび波長範囲６００ｎｍ～６８０ｎｍにおける平均正透過率を表し、
前記平均反射率Ｒ１は、当該近赤外線カットフィルタにおいて、前記透明基板の前記第２の表面の側から、法線方向に対して５°の角度で光を入射させた際に測定される、波長範囲７００ｎｍ～７５０ｎｍにおける平均正反射率を表す、近赤外線カットフィルタが提供される。
また、本発明では、撮像装置であって、
近赤外線カットフィルタと、
該近赤外線カットフィルタを介して入射される入射光から電気信号を発生させる固体撮像素子と、
を備え、
前記近赤外線カットフィルタは、前述の特徴を有する近赤外線カットフィルタであり、前記第２の表面の側が前記固体撮像素子と対面するようにして配置される、撮像装置が提供される。
近赤外線カットフィルタと、
該近赤外線カットフィルタを介して入射される入射光から電気信号を発生させる固体撮像素子と、
を備え、
前記近赤外線カットフィルタは、前述の特徴を有する近赤外線カットフィルタであり、前記第２の表面の側が前記固体撮像素子と対面するようにして配置される、撮像装置が提供される。
本発明では、撮像装置に適用した際に、可視光の光量、特に赤色光の光量の低下を有意に抑制したまま、ゴーストおよびフレアの発生を有意に軽減することが可能な、近赤外線カットフィルタを提供することができる。また、本発明では、そのような近赤外線カットフィルタを備える撮像装置を提供することができる。
以下、本発明の一実施形態について説明する。
（従来の近赤外線カットフィルタ）
まず、従来の近赤外線カットフィルタの構成およびその問題について簡単に説明する。
まず、従来の近赤外線カットフィルタの構成およびその問題について簡単に説明する。
前述のように、従来より、撮像装置に適用される近赤外線カットフィルタとして、反射タイプおよび吸収タイプの近赤外線カットフィルタが知られている。
反射タイプの近赤外線カットフィルタ（以下、「反射型フィルタ」と称する）は、透明基板の一方の表面に、紫外線および赤外線（近赤外線を含む）を反射する誘電体多層膜（反射膜）を有する。
図１および図２には、そのような反射型フィルタにおける光学特性の一例を示す。
図１には、反射型フィルタの透過特性を示し、図２には、反射型フィルタの反射特性を示す。なお、これらの図は、反射膜とは反対の側、すなわち固体撮像素子が設置される側から光を入射した際に得られる挙動を示している。
図２から、反射型フィルタでは、７００ｎｍ～７５０ｎｍの波長範囲に大きな反射が生じることがわかる。
このような反射挙動を有する反射型フィルタを撮像装置に適用した場合、外界から反射型フィルタを経て固体撮像素子に到達した光は、該固体撮像素子で反射され反射型フィルタに戻った後、再度反射型フィルタにより、固体撮像素子に向かって反射される。そのため、固体撮像素子には複数回光が入射される。このような複数回の光入射は、撮像装置により画像を撮像した際に、ゴーストおよびフレアの生じる原因となり得る。
一方、吸収タイプの近赤外線カットフィルタ（以下、「吸収型フィルタ」と称する）では、透明基板として、近赤外線を吸収する基板が使用される。なお、吸収タイプの近赤外線カットフィルタにおいても、誘電体多層膜（反射膜）が設置される場合がある。
図３および図４には、吸収型フィルタにおける光学特性の一例を示す。
図３には、吸収型フィルタの透過特性を示し、図４には、吸収型フィルタの反射特性を示す。なお、これらの図は、反射膜とは反対の側、すなわち固体撮像素子が設置される側から光を入射した際に得られる挙動を示している。
図３から、吸収型フィルタでは、６５０ｎｍ～７００ｎｍの波長範囲において、透過率が大きく低下することがわかる。また、吸収型フィルタでは、波長５５０ｎｍから透過率が低下し始めるため、可視光の総透過量が低下する傾向にある。
このような透過挙動を有する吸収型フィルタを撮像装置に適用した場合、固体撮像素子に到達する赤色の光量が低下するとともに、可視光全体の光量も低下してしまうという問題がある。
このように、従来の近赤外線カットフィルタでは、撮像装置への適用を考慮した場合、反射型フィルタおよび吸収型フィルタのいずれにおいても問題が生じ得る。
これに対して、本発明の一実施形態では、近赤外線カットフィルタであって、
相互に対向する第１の表面および第２の表面を有する透明基板と、
前記透明基板の前記第１の表面の側に配置された誘電体多層膜と、
を有し、
前記誘電体多層膜は、波長７００ｎｍ～７５０ｎｍの範囲の光を反射し、
当該近赤外線カットフィルタは、
平均透過率Ｔ１が２０％以下であり、平均反射率Ｒ１が８０％以下であり、平均透過率Ｔ２が６５％以上であり、
ここで、前記平均透過率Ｔ１およびＴ２は、それぞれ、当該近赤外線カットフィルタにおいて、前記透明基板の前記第２の表面の側から、法線方向に光を入射させた際に測定される、波長範囲７００ｎｍ～７５０ｎｍおよび波長範囲６００ｎｍ～６８０ｎｍにおける平均正透過率を表し、
前記平均反射率Ｒ１は、当該近赤外線カットフィルタにおいて、前記透明基板の前記第２の表面の側から、法線方向に対して５°の角度で光を入射させた際に測定される、波長範囲７００ｎｍ～７５０ｎｍにおける平均正反射率を表す、近赤外線カットフィルタが提供される。
相互に対向する第１の表面および第２の表面を有する透明基板と、
前記透明基板の前記第１の表面の側に配置された誘電体多層膜と、
を有し、
前記誘電体多層膜は、波長７００ｎｍ～７５０ｎｍの範囲の光を反射し、
当該近赤外線カットフィルタは、
平均透過率Ｔ１が２０％以下であり、平均反射率Ｒ１が８０％以下であり、平均透過率Ｔ２が６５％以上であり、
ここで、前記平均透過率Ｔ１およびＴ２は、それぞれ、当該近赤外線カットフィルタにおいて、前記透明基板の前記第２の表面の側から、法線方向に光を入射させた際に測定される、波長範囲７００ｎｍ～７５０ｎｍおよび波長範囲６００ｎｍ～６８０ｎｍにおける平均正透過率を表し、
前記平均反射率Ｒ１は、当該近赤外線カットフィルタにおいて、前記透明基板の前記第２の表面の側から、法線方向に対して５°の角度で光を入射させた際に測定される、波長範囲７００ｎｍ～７５０ｎｍにおける平均正反射率を表す、近赤外線カットフィルタが提供される。
本発明の一実施形態による近赤外線カットフィルタでは、前述のように測定される平均透過率Ｔ１が２０％以下である。
従って、本発明の一実施形態による近赤外線カットフィルタは、近赤外線を適正に遮断することができ、イメージセンサのような固体撮像素子を有する撮像装置に適正に適用できる。
本発明の一実施形態による近赤外線カットフィルタにおいて、平均透過率Ｔ１は、１７％以下であることが好ましく、１４％以下であることがより好ましく、１１％以下であることがさらに好ましい。なお、平均透過率Ｔ１の下限は、成膜コストの観点から、１×１０－７％以上であることが好ましく、１×１０－６％以上がより好ましく、１×１０－５％以上がさらに好ましい。ただし、平均透過率Ｔ１は、０％であってもよい。
また、本発明の一実施形態による近赤外線カットフィルタでは、前述のように測定される平均反射率Ｒ１が８０％以下である。
このような近赤外線カットフィルタを撮像装置に適用した場合、外界から近赤外線カットフィルタを経て固体撮像素子に到達した光が該固体撮像素子で反射されても、該反射光が近赤外線カットフィルタで再度反射されることを有意に抑制できる。
従って、本発明の一実施形態による近赤外線カットフィルタでは、撮像装置に適用した際に、ゴーストおよびフレアの発生を有意に軽減できる。
本発明の一実施形態による近赤外線カットフィルタにおいて、平均反射率Ｒ１は、７０％以下であることが好ましく、６０％以下であることがより好ましく、５０％以下であることがさらに好ましい。
さらに、本発明の一実施形態による近赤外線カットフィルタでは、前述のように測定される平均透過率Ｔ２が６５％以上である。
このような近赤外線カットフィルタを撮像装置に適用した場合、固体撮像素子に到達する赤色の光量が低下したり、可視光全体の光量が低下するという問題を、有意に抑制できる。
本発明の一実施形態による近赤外線カットフィルタにおいて、平均透過率Ｔ２は、７０％～１００％の範囲であることが好ましく、７５％～１００％の範囲であることがより好ましく、８０％～１００％の範囲であることがさらに好ましい。
以上の結果、本発明の一実施形態では、可視光の光量、特に赤色光の低下を有意に抑制したまま、ゴーストおよびフレアを有意に軽減できる近赤外線カットフィルタを提供することが可能となる。
本発明の一実施形態による近赤外線カットフィルタは、車載カメラのみならず、デジタルカメラ、ビデオカメラ、およびカメラ付き携帯電話など、各種固体撮像素子を備える撮像装置用のフィルタとして、好適に用いることができる。
（本発明の一実施形態による近赤外線カットフィルタ）
次に、図５を参照して、本発明の一実施形態による近赤外線カットフィルタについてより具体的に説明する。
次に、図５を参照して、本発明の一実施形態による近赤外線カットフィルタについてより具体的に説明する。
図５には、本発明の一実施形態による近赤外線カットフィルタ（以下、「第１の光学フィルタ」と称する）の断面を模式的に示す。
図５に示すように、第１の光学フィルタ１００は、透明基板１１０と、第１の誘電体多層膜１３０と、第２の誘電体多層膜１５０とを有する。
透明基板１１０は、相互に対向する第１の表面１１２および第２の表面１１４を有する。第１の誘電体多層膜１３０は、透明基板１１０の第１の表面１１２の側に配置される。また、第２の誘電体多層膜１５０は、透明基板１１０の第２の表面１１４の側に配置される。
第１の光学フィルタ１００は、第１の側１０２および第２の側１０４を有する。第１の側１０２は、第１の誘電体多層膜１３０が設置された側、すなわち透明基板１１０の第１の表面１１２の側に対応し、第２の側１０４は、第２の誘電体多層膜１５０が設置された側、すなわち透明基板１１０の第２の表面１１４の側に対応する。
第１の誘電体多層膜１３０は、第１の光学フィルタ１００の第１の側１０２から入射される紫外線および赤外線を反射する機能を有する。特に、第１の誘電体多層膜１３０は、７００ｎｍ～７５０ｎｍの波長範囲の光を反射する特性を有する。
第１の誘電体多層膜１３０の構成は後述するが、第１の誘電体多層膜１３０は、従来の近赤外線カットフィルタに使用されている反射膜であってもよい。
一方、第２の誘電体多層膜１５０は、第１の光学フィルタ１００の第１の側１０２から入射される光の反射を抑制する、反射防止膜として機能する。第２の誘電体多層膜１５０の構成は後述するが、第２の誘電体多層膜１５０は、従来の近赤外線カットフィルタに使用されている反射防止膜であってもよい。
なお、第２の誘電体多層膜１５０は、省略されてもよい。
また、透明基板１１０は、近赤外線を吸収する機能を有する。
例えば、透明基板１１０は、
波長範囲６００ｎｍ～６８０ｎｍにおける平均透過率が７０％以上であり、
波長範囲７００ｎｍ～７５０ｎｍにおける平均透過率が９０％以下であってもよい。
波長範囲６００ｎｍ～６８０ｎｍにおける平均透過率が７０％以上であり、
波長範囲７００ｎｍ～７５０ｎｍにおける平均透過率が９０％以下であってもよい。
第１の光学フィルタ１００は、前述のように測定される平均透過率Ｔ１が２０％以下であり、平均反射率Ｒ１が８０％以下であり、平均透過率Ｔ２が６５％以上であるという特徴を有する。
従って、このような第１の光学フィルタ１００を撮像装置の近赤外線カットフィルタとして適用した場合、固体撮像素子に到達する光量、特に赤色光の光量の低下を有意に抑制したまま、ゴーストおよびフレアを有意に軽減することができる。
（本発明の一実施形態による近赤外線カットフィルタの構成部材）
次に、本発明の一実施形態による近赤外線カットフィルタに含まれる各構成部材について、より詳しく説明する。
次に、本発明の一実施形態による近赤外線カットフィルタに含まれる各構成部材について、より詳しく説明する。
なお、ここでは、明確化のため、本発明の一実施形態による近赤外線カットフィルタとして、前述の第１の光学フィルタ１００を例に、その構成部材について説明する。従って、各構成部材を参照する際には、図５に示した参照符号を使用する。
（透明基板１１０）
透明基板１１０は、以下の特性を有することが好ましい：
波長範囲６００ｎｍ～６８０ｎｍにおける平均透過率が７０％以上、および
波長範囲７００ｎｍ～７５０ｎｍにおける平均透過率が９０％以下。
透明基板１１０は、以下の特性を有することが好ましい：
波長範囲６００ｎｍ～６８０ｎｍにおける平均透過率が７０％以上、および
波長範囲７００ｎｍ～７５０ｎｍにおける平均透過率が９０％以下。
透明基板１１０の波長範囲６００ｎｍ～６８０ｎｍにおける平均透過率は、７５％以上であることがより好ましく、８０％以上であることがさらに好ましい。また、透明基板１１０の波長範囲７００ｎｍ～７５０ｎｍにおける平均透過率は、８５％以下であることがより好ましく、８０％以下であることがさらに好ましい。
また、透明基板１１０は、波長範囲４００ｎｍ～６００ｎｍにおける平均透過率が８０％以上であってもよい。
透明基板１１０は、ガラスで構成されてもよい。
例えば、透明基板１１０は、酸化物基準の表示で、Ｐ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、Ｒ’Ｏ（ただし、Ｒ’ＯはＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、およびＺｎＯから選ばれるいずれか１つ以上を表す）、およびＦｅ２Ｏ３を含むガラスで構成されてもよい。
このうち、Ｐ２Ｏ５は、ガラスを形成する主成分（ガラス形成酸化物）であり、Ｐ２Ｏ５の添加により、近赤外領域の吸収効果を高めることができる。
Ａｌ２Ｏ３は、ガラスを形成する主成分（ガラス形成酸化物）であり、Ａｌ２Ｏ３の添加により、ガラスの耐候性を高めることができる。
Ｒ’Ｏ（ただし、Ｒ’ＯはＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、およびＺｎＯから選ばれるいずれか１つ以上を表す）は、ガラスの溶融温度を低くしたり、ガラスの液相温度を低くしたり、ガラスを安定化させたり、ガラスの強度を高めたりする効果を有する。
Ｆｅ２Ｏ３は、近赤外線吸収のために添加される。Ｆｅ２Ｏ３の含有量は、０．１％以上３５％以下が好ましい。Ｆｅ２Ｏ３の含有量が０．１％未満であると、ガラスの厚さを薄くした際に、近赤外線吸収の効果が十分に得られなくなる。逆に、Ｆｅ２Ｏ３の含有量が３５％を超えると、可視光の透過率が低下するため好ましくない。
Ｆｅ２Ｏ３の含有量は、好ましくは２．０％～３５％であり、より好ましくは４．０％～３５％であり、さらに好ましくは５．０％～３５％である。
なお、本願において、Ｆｅ２Ｏ３の含有量は、全てのＦｅ（鉄）成分の合計をＦｅ２Ｏ３に換算した値である。
また、ガラスは、フッ素を実質的に含有しないことが好ましい。フッ素は、ガラスの耐候性を上げるために有効な成分ではあるが、環境負荷物質であるためである。
なお、本願において、「（元素を）実質的に含有しない」とは、そのような元素を原料中に意図的に添加していないことを意味する。従って、ガラス中には、そのような元素が、原料中の不可避的不純物として、および／または製造過程で混入する不可避的不純物として存在していてもよい。
例えば、透明基板１１０は、酸化物基準のモル％表示で、２５％～７５％のＰ２Ｏ５、２．５％～２２％のＡｌ２Ｏ３、０％～３５％のΣＲ２Ｏ（ただし、ΣＲ２Ｏは、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、およびＫ２Ｏの合計を表す）、０．１％～３５％のΣＲ’Ｏ（ただし、ΣＲ’Ｏは、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、およびＺｎＯの合計を表す）、および０．１％～３５％のＦｅ２Ｏ３を含んでもよい。
あるいは、透明基板１１０は、近赤外線を吸収する成分（吸収成分）を含む樹脂シートであってもよい。
また、透明基板１１０は、ガラス基板と、該ガラス基板の上に設置された樹脂膜とを含む複合基板であってもよい。この場合、樹脂膜として、近赤外線を吸収する吸収成分を含む樹脂を使用することにより、吸収成分を含まないガラス基板が使用できる。
樹脂膜に含まれる吸収成分は、スクアリリウムなどの有機顔料、および／または銅錯体などの無機顔料であってもよい。
透明基板１１０の厚さは、例えば、０．０５ｍｍ～５ｍｍの範囲であり、０．１ｍｍ～３ｍｍの範囲であることが好ましく、０．２ｍｍ～１ｍｍの範囲であることがより好ましい。
（第１の誘電体多層膜１３０）
第１の誘電体多層膜１３０は、紫外線および赤外線を反射する機能を有する。特に、第１の誘電体多層膜１３０は、波長７００ｎｍ～７５０ｎｍの範囲の光を反射する機能を有する。
第１の誘電体多層膜１３０は、紫外線および赤外線を反射する機能を有する。特に、第１の誘電体多層膜１３０は、波長７００ｎｍ～７５０ｎｍの範囲の光を反射する機能を有する。
例えば、第１の誘電体多層膜１３０は、「高屈折率層」と「低屈折率層」との繰り返し構造を有してもよい。なお、「高屈折率層」とは、波長５００ｎｍにおける屈折率が２．０以上の層を意味し、「低屈折率層」とは、波長５００ｎｍにおける屈折率が１．６以下の層を意味する。
高屈折率層としては、例えば、酸化チタン、酸化タンタル、および酸化ニオブなどが挙げられる。低屈折率層としては、例えば、酸化ケイ素およびフッ化マグネシウムなどが挙げられる。例えば、波長５００ｎｍにおける酸化チタンの屈折率は、結晶状態にもよるが、一般に、２．３～２．８の範囲であり、酸化ケイ素の屈折率は、一般に１．４～１．５の範囲である。
高屈折率層と低屈折率層の繰り返し数（＝層数／２）は、特に限られないが、例えば、２～５０の範囲である。繰り返し数は、６～２５の範囲であることが好ましい。
また、第１の誘電体多層膜１３０の総厚さ（物理膜厚）は、例えば、２００ｎｍ～１０μｍの範囲であり、１μｍ～６μｍの範囲であることが好ましい。
（第２の誘電体多層膜１５０）
第２の誘電体多層膜１５０は、反射防止膜として機能し、可視光の透過率を高める役割を有する。なお、第２の誘電体多層膜１５０は、紫外線や赤外線を反射する機能を有してもよい。
第２の誘電体多層膜１５０は、反射防止膜として機能し、可視光の透過率を高める役割を有する。なお、第２の誘電体多層膜１５０は、紫外線や赤外線を反射する機能を有してもよい。
例えば、第２の誘電体多層膜１５０は、前述の高屈折率層と低屈折率層との繰り返し構造を有してもよい。
高屈折率層と低屈折率層の繰り返し数（＝層数／２）は、特に限られないが、例えば、２～２５の範囲である。繰り返し数は、２～２０の範囲であることが好ましい。
また、第２の誘電体多層膜１５０の総厚さ（物理膜厚）は、例えば、２００ｎｍ～５μｍの範囲であり、２００ｎｍ～４μｍの範囲であることが好ましい。
（第１の光学フィルタ１００）
第１の光学フィルタ１００は、前述のように、平均透過率Ｔ１≦２０％、平均反射率Ｒ１≦８０％、平均透過率Ｔ２≧６５％を満たす。
第１の光学フィルタ１００は、前述のように、平均透過率Ｔ１≦２０％、平均反射率Ｒ１≦８０％、平均透過率Ｔ２≧６５％を満たす。
第１の光学フィルタ１００は、さらに、波長１０００～１２００ｎｍの平均透過率（以下、「Ｔ３」で表す）が５％以下であることが好ましい。この場合、第１の光学フィルタ１００を透過する近赤外線領域の光量を、よりいっそう抑制できる。
平均透過率Ｔ３は、４％以下が好ましく、３％以下がより好ましく、２％以下がさらに好ましい。平均透過率Ｔ３の下限は、成膜コストの観点から、１×１０－７％以上であることが好ましく、１×１０－６％以上がより好ましく、１×１０－５％以上がさらに好ましい。ただし、平均透過率Ｔ３は、０％であってもよい。
また、第１の光学フィルタ１００は、透明基板の第２の表面の側から入射される入射光の波長範囲９００ｎｍ～１２００ｎｍにおける平均反射率（以下、「Ｒ２」で表す）が３０％以下であることが好ましい。この場合、固体撮像素子側で反射された光が第１の光学フィルタ１００で反射され、再度固体撮像素子に入射するという問題をよりいっそう抑制することができる。
平均反射率Ｒ２は、２７％以下が好ましく、２４％以下がより好ましく、２０％以下がさらに好ましい。
また、第１の光学フィルタ１００は、透明基板の第２の表面の側から入射される入射光の波長７５０ｎｍにおける透過率（以下、「Ｔ４」で表す）が１０％以下であることが好ましい。この場合、第１の光学フィルタ１００から出射される近赤外線領域の光量をさらに抑制することができる。
透過率Ｔ４は、８％以下が好ましく、６％以下がより好ましく、５％以下がさらに好ましい。
透過率Ｔ４の下限は、成膜コストの観点から、１×１０－７％以上であることが好ましく、１×１０－６％以上であることがより好ましく、１×１０－５％以上であることがさらに好ましい。ただし、透過率Ｔ４は、０％であってもよい。
なお、本願において、第１の光学フィルタ１００の平均透過率Ｔ３および透過率Ｔ４は、いずれも、前述の平均透過率Ｔ１およびＴ２と同様の測定方法で測定される値を表す。また、第１の光学フィルタ１００の平均反射率Ｒ２は、前述の平均反射率Ｒ１と同様の測定方法で測定される値を表す。
（本発明の一実施形態による近赤外線カットフィルタの適用例）
次に、本発明の一実施形態による近赤外線カットフィルタの一適用例について説明する。なお、ここでは、前述の第１の光学フィルタ１００を例に、その適用例について説明する。
次に、本発明の一実施形態による近赤外線カットフィルタの一適用例について説明する。なお、ここでは、前述の第１の光学フィルタ１００を例に、その適用例について説明する。
図６には、本発明の一実施形態による近赤外線カットフィルタを備える撮像装置の構成を模式的に示す。
図６に示すように、撮像装置２０１は、レンズ２６０と、近赤外線カットフィルタとしての第１の光学フィルタ１００と、固体撮像素子２７０とを有する。
レンズ２６０は、外光を第１の光学フィルタ１００に集光する機能を有する。
固体撮像素子２７０は、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサまたはＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサのようなイメージセンサであってもよい。
レンズ２６０は、第１の光学フィルタ１００の第１の側１０２に配置される。一方、固体撮像素子２７０は、第１の光学フィルタ１００の第２の側１０４に配置される。
撮像装置２０１により画像を撮影する際には、まず、レンズ２６０で集光された光（入射光）２４０が第１の光学フィルタ１００に入射される。
第１の光学フィルタ１００は、第１の側１０２に第１の誘電体多層膜１３０を有する。そのため、入射光に含まれる紫外線および赤外線の大部分は、第１の光学フィルタ１００を通過することなく反射される。
一方、第１の誘電体多層膜１３０により反射されなかった入射光２４０は、第１の光学フィルタ１００の内部に進入する。その後、入射光２４０は、透明基板１１０および第２の誘電体多層膜１５０を通過した光２４５となり、固体撮像素子２７０に到達する。
固体撮像素子２７０は、光２４５を光電変換し、電気信号を発生する。従って、撮像装置２０１では、この電気信号を利用することにより、周囲の景色などを撮像することができる。
ここで、撮像装置２０１において、第１の光学フィルタ１００は、平均透過率Ｔ１が２０％以下であり、平均透過率Ｔ２が６５％以上であるという特徴を有する。従って、第１の光学フィルタ１００は、６００ｎｍ～６８０ｎｍの波長範囲の光をあまり吸収せずに、７００ｎｍ～７５０ｎｍの波長範囲の光を吸収することができる。
なお、これを実現するため、例えば、第１の光学フィルタ１００の透明基板１１０は、波長範囲６００ｎｍ～６８０ｎｍにおける平均透過率が７０％以上であり、波長範囲７００ｎｍ～７５０ｎｍにおける平均透過率が９０％以下であるという特徴を有してもよい。
この効果により、第１の光学フィルタ１００から出射される光２４５は、従来の吸収タイプの近赤外線カットフィルタに比べて、有意に高い光量を有する。特に６００ｎｍ～６８０ｎｍの波長範囲において、光量の低下は有意に抑制されている。従って、撮像装置２０１では、固体撮像素子２７０に入射される光２４５において、可視光、特に赤色光の光量が低下するという従来の問題を有意に抑制できる。
なお、固体撮像素子２７０に到達した光２４５の一部は、第１の光学フィルタ１００に向かって反射される。従って、この反射光が再度固体撮像素子２７０に入射されると、ゴーストおよびフレアが発生し得る。
しかしながら、第１の光学フィルタ１００は、前述の平均反射率Ｒ１が８０％以下に抑制されている。このため、第１の光学フィルタ１００に到達した反射光が固体撮像素子２７０に向かって再反射される現象は、有意に抑制される。
その結果、撮像装置２０１では、固体撮像素子２７０に到達する光量、特に赤色光の光量の低下を有意に抑制したまま、ゴーストおよびフレアの発生を有意に軽減できる。また、これにより、撮像装置２０１におけるセンシングの精度を高めることができる。
このような撮像装置２０１は、例えば、車載カメラ、デジタルカメラ、ビデオカメラ、およびカメラ付き携帯電話等に適用できる。
以上、第１の光学フィルタ１００等を例に、本発明の一実施形態による近赤外線カットフィルタについて説明した。
しかしながら、上記記載は単なる一例であって、本発明の近赤外線カットフィルタがその他の構成を有し得ることは、当業者には明らかである。
例えば、第１の光学フィルタ１００では、透明基板１１０の第１の表面１１２の側にのみ、第１の誘電体多層膜１３０が配置される。
しかしながら、これとは別に、透明基板１１０の両側に、反射膜としての第１の誘電体多層膜１３０が配置されてもよい。
その他にも各種変更が可能である。
以下、本発明の実施例について説明する。なお、以下の記載において、例１～例４は実施例であり、例１１～例１４は比較例である。
以下の各例に示した構成を有する近赤外線カットフィルタのそれぞれについて、光学特性を評価した。光学特性は、市販の光学シミュレーションソフト（Ｓｏｆｔｗａｒｅ ＳＰｅｃｔｒａ，Ｉｎｃ社のＴＦＣａｌｃ）を用いて評価した。
なお、前述のように、以下の評価において、近赤外線カットフィルタにおける各透過率は、ガラス基板の第２の表面の側から法線方向に光を入射させた際に得られる正透過率を表す。また、近赤外線カットフィルタにおける各反射率は、近赤外線カットフィルタにおいて、ガラス基板の第２の表面の側から法線方向に対して５°の角度で光を入射させた際に得られる正反射率を表す。
（例１）
例１では、近赤外線カットフィルタは、ガラス基板の第１の表面に第１の誘電体多層膜（反射膜）が配置され、ガラス基板の第２の表面に第２の誘電体多層膜（反射防止膜）が配置された構成を有する。
例１では、近赤外線カットフィルタは、ガラス基板の第１の表面に第１の誘電体多層膜（反射膜）が配置され、ガラス基板の第２の表面に第２の誘電体多層膜（反射防止膜）が配置された構成を有する。
ガラス基板には、酸化物基準のモル％表示で、以下の組成のもの（以下、「ガラスＡ」と称する）を使用した：
６２．４％のＰ２Ｏ５、
１６．８％のＡｌ２Ｏ３、
１．８％のＫ２Ｏ、
２．２％のＢａＯ、
７．９％のＺｎＯ、
８．９％のＦｅ２Ｏ３。
６２．４％のＰ２Ｏ５、
１６．８％のＡｌ２Ｏ３、
１．８％のＫ２Ｏ、
２．２％のＢａＯ、
７．９％のＺｎＯ、
８．９％のＦｅ２Ｏ３。
ガラス基板の厚さは、０．４５３ｍｍである。
第１の誘電体多層膜は、低屈折率層と高屈折率層の繰り返し構造とした。低屈折率層は、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）とし、高屈折率層は、酸化チタン（ＴｉＯ２）とした。層の数は４２層とし、全体の厚さは、５．１μｍとした。
第２の誘電体多層膜は、低屈折率層と高屈折率層の繰り返し構造とした。低屈折率層は、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）とし、高屈折率層は、酸化チタン（ＴｉＯ２）とした。層の数は６層とし、全体の厚さは、０．２μｍとした。
（例２）
例２では、近赤外線カットフィルタは、ガラス基板の第１の表面に第１の誘電体多層膜（反射膜）が配置され、ガラス基板の第２の表面に第２の誘電体多層膜（反射防止膜）が配置された構成を有する。
例２では、近赤外線カットフィルタは、ガラス基板の第１の表面に第１の誘電体多層膜（反射膜）が配置され、ガラス基板の第２の表面に第２の誘電体多層膜（反射防止膜）が配置された構成を有する。
ガラス基板には、酸化物基準のモル％表示で、以下の組成のもの（以下、「ガラスＢ」と称する）を使用した：
６０．６％のＰ２Ｏ５、
１５．８％のＡｌ２Ｏ３、
２．６％のＬｉ２Ｏ、
２．６％のＮａ２Ｏ、
１．７％のＫ２Ｏ、
４．２％のＭｇＯ、
２．１％のＢａＯ
７．４％のＺｎＯ、
３．１％のＦｅ２Ｏ３。
６０．６％のＰ２Ｏ５、
１５．８％のＡｌ２Ｏ３、
２．６％のＬｉ２Ｏ、
２．６％のＮａ２Ｏ、
１．７％のＫ２Ｏ、
４．２％のＭｇＯ、
２．１％のＢａＯ
７．４％のＺｎＯ、
３．１％のＦｅ２Ｏ３。
ガラス基板の厚さは、０．４５３ｍｍである。
第１の誘電体多層膜および第２の誘電体多層膜の構成は、例１と同様とした。
（例３）
例３では、近赤外線カットフィルタは、ガラス基板の第１の表面に第１の誘電体多層膜（反射膜）が配置された構成を有する。第２の誘電体多層膜は、設置しなかった。
例３では、近赤外線カットフィルタは、ガラス基板の第１の表面に第１の誘電体多層膜（反射膜）が配置された構成を有する。第２の誘電体多層膜は、設置しなかった。
ガラス基板には、前述のガラスＡを使用した。ガラス基板の厚さは、０．４５３ｍｍである。
第１の誘電体多層膜の構成は、例１と同様とした。
（例４）
例４では、近赤外線カットフィルタは、ガラス基板の第１の表面に第１の誘電体多層膜（反射膜）が配置された構成を有する。第２の誘電体多層膜は、設置しなかった。
例４では、近赤外線カットフィルタは、ガラス基板の第１の表面に第１の誘電体多層膜（反射膜）が配置された構成を有する。第２の誘電体多層膜は、設置しなかった。
ガラス基板には、前述のガラスＢを使用した。ガラス基板の厚さは、０．４５３ｍｍである。
第１の誘電体多層膜の構成は、例１と同様とした。
（例１１）
例１１では、近赤外線カットフィルタは、ガラス基板の第１の表面に第１の誘電体多層膜（反射膜）が配置され、ガラス基板の第２の表面に第２の誘電体多層膜（反射防止膜）が配置された構成を有する。
例１１では、近赤外線カットフィルタは、ガラス基板の第１の表面に第１の誘電体多層膜（反射膜）が配置され、ガラス基板の第２の表面に第２の誘電体多層膜（反射防止膜）が配置された構成を有する。
ガラス基板には、市販品（Ｄ２６３、Ｓｃｈｏｔｔ社製）（以下、「ガラスＣ」と称する）を使用した。このガラス基板は、近赤外線カット機能を有しない透明なガラスで構成される。ガラス基板の厚さは、０．５７ｍｍである。
第１の誘電体多層膜および第２の誘電体多層膜の構成は、例１と同様とした。
（例１２）
例１２では、近赤外線カットフィルタは、ガラス基板の第１の表面に第１の誘電体多層膜（反射膜）が配置され、ガラス基板の第２の表面に第２の誘電体多層膜（反射防止膜）が配置された構成を有する。
例１２では、近赤外線カットフィルタは、ガラス基板の第１の表面に第１の誘電体多層膜（反射膜）が配置され、ガラス基板の第２の表面に第２の誘電体多層膜（反射防止膜）が配置された構成を有する。
ガラス基板には、市販品（ＮＦ－５０、ＡＧＣテクノグラス社製）（以下、「ガラスＤ」と称する）を使用した。ガラス基板の厚さは、０．５７ｍｍである。
第１の誘電体多層膜および第２の誘電体多層膜の構成は、例１と同様とした。
（例１３）
例１３では、近赤外線カットフィルタは、ガラス基板の第１および第２の表面の双方に、同じ第２の誘電体多層膜（反射防止膜）が配置された構成を有する。
例１３では、近赤外線カットフィルタは、ガラス基板の第１および第２の表面の双方に、同じ第２の誘電体多層膜（反射防止膜）が配置された構成を有する。
ガラス基板には、前述のガラスＡを使用した。ガラス基板の厚さは、０．４５３ｍｍである。
ガラス基板の両側の第２の誘電体多層膜の構成は、例１の第２の誘電体多層膜と同様とした。
（例１４）
例１４では、近赤外線カットフィルタは、ガラス基板のみで構成され、第１および第２の誘電体多層膜は設置しなかった。
例１４では、近赤外線カットフィルタは、ガラス基板のみで構成され、第１および第２の誘電体多層膜は設置しなかった。
ガラス基板には、前述のガラスＤを使用した。ガラス基板の厚さは、０．９６５ｍｍである。
図７には、ガラスＡ～ガラスＤにおける透過率の波長依存性をまとめて示す。なお、それぞれのガラスの厚さは、各例に記載したガラス基板の厚さとした。
各ガラスの透過率特性は、以下のとおりである。
ガラスＡ（板厚：０．４５３ｍｍ）：波長範囲６００ｎｍ～６８０ｎｍにおける平均透過率 ８１．７、波長範囲７００ｎｍ～７５０ｎｍにおける平均透過率 ６１．１％
ガラスＢ（板厚：０．４５３ｍｍ）：波長範囲６００ｎｍ～６８０ｎｍにおける平均透過率 ８８．２、波長範囲７００ｎｍ～７５０ｎｍにおける平均透過率 ８０．２％
ガラスＣ（板厚：０．５７ｍｍ）：波長範囲６００ｎｍ～６８０ｎｍにおける平均透過率 ９１．８、波長範囲７００ｎｍ～７５０ｎｍにおける平均透過率 ９１．９％
ガラスＤ（板厚：０．５７ｍｍ）：波長範囲６００ｎｍ～６８０ｎｍにおける平均透過率 ５２．８、波長範囲７００ｎｍ～７５０ｎｍにおける平均透過率 １７．９％。
ガラスＡ（板厚：０．４５３ｍｍ）：波長範囲６００ｎｍ～６８０ｎｍにおける平均透過率 ８１．７、波長範囲７００ｎｍ～７５０ｎｍにおける平均透過率 ６１．１％
ガラスＢ（板厚：０．４５３ｍｍ）：波長範囲６００ｎｍ～６８０ｎｍにおける平均透過率 ８８．２、波長範囲７００ｎｍ～７５０ｎｍにおける平均透過率 ８０．２％
ガラスＣ（板厚：０．５７ｍｍ）：波長範囲６００ｎｍ～６８０ｎｍにおける平均透過率 ９１．８、波長範囲７００ｎｍ～７５０ｎｍにおける平均透過率 ９１．９％
ガラスＤ（板厚：０．５７ｍｍ）：波長範囲６００ｎｍ～６８０ｎｍにおける平均透過率 ５２．８、波長範囲７００ｎｍ～７５０ｎｍにおける平均透過率 １７．９％。
また、表１には、各例に係る近赤外線カットフィルタの構成をまとめて示した。
図８～図１９には、各例に係る近赤外線カットフィルタにおいて得られた光学特性を示す。
このうち図８および図９には、それぞれ、例１に係る近赤外線カットフィルタにおける透過率および反射率の波長依存性を示す。また、図１０および図１１には、それぞれ、例２に係る近赤外線カットフィルタにおける透過率および反射率の波長依存性を示す。また、図１２および図１３には、それぞれ、例３に係る近赤外線カットフィルタにおける透過率および反射率の波長依存性を示す。また、図１４および図１５には、それぞれ、例４に係る近赤外線カットフィルタにおける透過率および反射率の波長依存性を示す。
また、図１６および図１７には、それぞれ、例１３に係る近赤外線カットフィルタにおける透過率および反射率の波長依存性を示す。さらに、図１８および図１９には、それぞれ、例１４に係る近赤外線カットフィルタにおける透過率および反射率の波長依存性を示す。
なお、例１１に係る近赤外線カットフィルタにおける透過率および反射率の波長依存性は、前述の図１および図２に示されている。また、例１２に係る近赤外線カットフィルタにおける透過率および反射率の波長依存性は、前述の図３および図４に示されている。
また、以下の表２には、各例に係る近赤外線カットフィルタにおいて得られた評価結果をまとめて示す。
平均透過率Ｔ１≦２０％、
平均反射率Ｒ１≦８０％、および
平均透過率Ｔ２≧６５％、
を全て満たすことがわかった。
また、例１～例４に係る近赤外線カットフィルタでは、
平均反射率Ｒ２≦３０％、
平均透過率Ｔ３≦５％、および
透過率Ｔ４≦１０％、
を全て満たすことがわかった。
平均反射率Ｒ２≦３０％、
平均透過率Ｔ３≦５％、および
透過率Ｔ４≦１０％、
を全て満たすことがわかった。
従って、例１～例４に係る近赤外線カットフィルタは、撮像装置に適用した際に、可視光の光量、特に赤色光の光量の低下を有意に抑制したまま、フレアおよびゴーストを有意に軽減できることが予想される。
本願は、２０１９年１２月２３日に出願した日本国特許出願第２０１９－２３１７５３号に基づく優先権を主張するものであり、同日本国出願の全内容を本願に参照により援用する。
１００ 第１の光学フィルタ
１０２ 第１の側
１０４ 第２の側
１１０ 透明基板
１１２ 第１の表面
１１４ 第２の表面
１３０ 第１の誘電体多層膜
１５０ 第２の誘電体多層膜
２０１ 撮像装置
２４０ 光（入射光）
２４５ 光
２６０ レンズ
２７０ 固体撮像素子
１０２ 第１の側
１０４ 第２の側
１１０ 透明基板
１１２ 第１の表面
１１４ 第２の表面
１３０ 第１の誘電体多層膜
１５０ 第２の誘電体多層膜
２０１ 撮像装置
２４０ 光（入射光）
２４５ 光
２６０ レンズ
２７０ 固体撮像素子
Claims (8)
- 近赤外線カットフィルタであって、
相互に対向する第１の表面および第２の表面を有する透明基板と、
前記透明基板の前記第１の表面の側に配置された誘電体多層膜と、
を有し、
前記誘電体多層膜は、波長７００ｎｍ～７５０ｎｍの範囲の光を反射し、
当該近赤外線カットフィルタは、
平均透過率Ｔ１が２０％以下であり、平均反射率Ｒ１が８０％以下であり、平均透過率Ｔ２が６５％以上であり、
ここで、前記平均透過率Ｔ１およびＴ２は、それぞれ、当該近赤外線カットフィルタにおいて、前記透明基板の前記第２の表面の側から、法線方向に光を入射させた際に測定される、波長範囲７００ｎｍ～７５０ｎｍおよび波長範囲６００ｎｍ～６８０ｎｍにおける平均正透過率を表し、
前記平均反射率Ｒ１は、当該近赤外線カットフィルタにおいて、前記透明基板の前記第２の表面の側から、法線方向に対して５°の角度で光を入射させた際に測定される、波長範囲７００ｎｍ～７５０ｎｍにおける平均正反射率を表す、近赤外線カットフィルタ。 - 当該近赤外線カットフィルタにおいて、前記透明基板の前記第２の表面の側から、法線方向に光を入射させた際に測定される、波長範囲１０００～１２００ｎｍにおける正透過率の平均として表される平均透過率Ｔ３は、５％以下である、請求項１に記載の近赤外線カットフィルタ。
- 当該近赤外線カットフィルタにおいて、前記透明基板の前記第２の表面の側から、法線方向に対して５°の角度で光を入射させた際に測定される、波長範囲９００ｎｍ～１２００ｎｍにおける平均正反射率Ｒ２は、３０％以下である、請求項１または請求項２に記載の近赤外線カットフィルタ。
- 当該近赤外線カットフィルタにおいて、前記透明基板の前記第２の表面の側から、法線方向に光を入射させた際に測定される、波長７５０ｎｍにおける正透過率として表される透過率Ｔ４は、１０％以下である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の近赤外線カットフィルタ。
- 前記透明基板は、
波長範囲６００ｎｍ～６８０ｎｍにおける平均透過率が７０％以上であり、
波長範囲７００ｎｍ～７５０ｎｍにおける平均透過率が９０％以下である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の近赤外線カットフィルタ。 - 前記透明基板は、ガラスで構成され、
該ガラスは、酸化物基準のモル％表示で、Ｐ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、Ｒ’Ｏ（ただし、Ｒ’ＯはＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、およびＺｎＯから選ばれるいずれか１つ以上を表す）、およびＦｅ２Ｏ３を含み、実質的にＦを含有しない、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の近赤外線カットフィルタ。 - 前記ガラスは、酸化物基準のモル％表示で、
２５％～７５％のＰ２Ｏ５、
２．５％～２２％のＡｌ２Ｏ３、
０％～３５％のΣＲ２Ｏ（ただし、ΣＲ２Ｏは、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、およびＫ２Ｏの合計を表す）、
０．１％～３５％のΣＲ’Ｏ（ただし、ΣＲ’Ｏは、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、およびＺｎＯの合計を表す）、および
０．１％～３５％のＦｅ２Ｏ３
を含む、請求項６に記載の近赤外線カットフィルタ。 - 撮像装置であって、
近赤外線カットフィルタと、
該近赤外線カットフィルタを介して入射される入射光から電気信号を発生させる固体撮像素子と、
を備え、
前記近赤外線カットフィルタは、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の近赤外線カットフィルタであり、前記第２の表面の側が前記固体撮像素子と対面するようにして配置される、撮像装置。
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