JPWO2006117979A1 - 赤外線カットフィルター - Google Patents

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哲生 小崎
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Abstract

【課題】構造が簡単で安価であるとともに、ITO膜を使用した場合に比べて可視光領域における透過率は高く設定でき、赤外線領域における透過率は低く設定できるような赤外線カットフィルターを提供すること。【解決手段】少なくともガリウムをドーパントとしてドーピングした酸化亜鉛膜2を透明なガラス基板1の第1の面1aにイオンプレーティング法によって成膜させる。この酸化亜鉛膜2の表面に真空蒸着法により酸化チタンと酸化ケイ素の交互多層膜から構成される誘電体膜4を成膜させる。ガラス基板1の第2の面1bにも同様の条件で誘電体膜4を成膜させる。このような構成とすることで簡単な構成で安価にもかかわらず性能のよい赤外線カットフィルターを提供することが可能となる。【選択図】 図1

Description

本発明は広帯域にわたって赤外線をカットする赤外線カットフィルターに関するものである。
赤外線カットフィルターは、例えばプロジェクターの光源の熱線領域をカットして温度上昇を防止したり、デジタルカメラやビデオのCCD素子と併用して可視光だけを透過させたりする目的で従来から多用されている。このような赤外線カットフィルターとして種々の構成のものが提供されている。例えば、透明な基板上に誘電体膜を成膜した赤外線カットフィルターや赤外線吸収ガラスを基板として使用する赤外線カットフィルターがある。また、これらを組み合わせ赤外線吸収ガラスに誘電体膜を成膜した赤外線カットフィルターがある。
これら従来の赤外線カットフィルターは十分な赤外線カット能を発揮させるためにはいずれもコストの点で欠点がある。また、赤外線吸収ガラスを用いる場合ではガラスが赤外線吸収に伴って高熱化するおそれがあり、割れが生じたり誘電体膜を一緒に使用する場合ではその誘電体膜の損傷が生じるおそれがある。
そのため、特許文献1に示すように誘電体膜とITO膜(錫ドープ酸化インジウム膜)とをガラス基板に成膜した赤外線カットフィルターが提案されている。特許文献1の赤外線カットフィルターでは誘電体膜とITO膜を組み合わせることによって誘電体膜の欠点であるカット領域の狭さを改善し、更に赤外線吸収ガラス伴う上記問題が解消されることとなり好ましい。
特開平8−249914号公報
しかし、特許文献1の赤外線カットフィルターに使用されるITO膜の主成分であるインジウムは極めて高価な稀少金属であり、フィルターの高価格化を招来し、安定した供給の点でもこれに替わるものが求められていた。また、ITO膜を誘電体膜と組み合わせる場合では可視光における透過率をそれほど上げることができず(この特許文献1では80%程度)、透過率のさらなる向上が求められていた。更に、ITO膜を誘電体膜と組み合わせる場合では赤外線をカットできるものの、赤外線領域における透過率が比較的高く(この特許文献1では最大で40%程度透過)十分な赤外線カット能が発揮できなかった。
そのため、誘電体膜とITO膜を組み合わせた赤外線カットフィルターと比べて安価で可視光領域における透過率を高く設定でき、逆に赤外線領域における透過率を低く設定できるような赤外線カットフィルターが求められていた。
本発明は、上記課題を解消するためになされたものであり、その目的は、構造が簡単で安価であるとともに、ITO膜を使用した場合に比べて可視光領域における透過率は高く設定でき、赤外線領域における透過率は低く設定できるような赤外線カットフィルターを提供することである。
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明では、アルミニウム、インジウム、ホウ素、ガリウム及びシリコンから選ばれる少なくとも1種をドーパントとしてドーピングした一枚又は複数枚の酸化亜鉛膜と、複数枚の誘電体膜とを基体に対して同基体の光の入射する方向において積層し、同酸化亜鉛膜と同誘電体膜とによる複層の膜構造を構築するように成膜したことをその要旨とする。
また、請求項2に記載の発明では請求項1に記載の発明の構成に加え、1000nm以上かつ2500nm以下の波長における光の透過率を20%以下に設定したことをその要旨とする。
また、請求項3に記載の発明では請求項1又は2に記載の発明の構成に加え、可視光領域における光の平均透過率を85%以上に設定したことをその要旨とする。
また、請求項4に記載の発明では請求項1〜3のいずれかに記載の発明の構成に加え、透過率50%を有する波長(以下、この波長をλとする)が、800±200nm の範囲内にあって、420nm〜(λ−50)nmにおける平均透過率が85%よりも高く、(λ+40)nm〜2500nmにおける透過率が5%よりも低い分光透過率を示すように設定したことをその要旨とする。
また、請求項5に記載の発明では請求項1〜4のいずれかに記載の発明の構成に加え、複数の前記誘電体膜はTiO2、Ta25、ZrO2、Al23、Nb25、SiO2、MgF2から選ばれる少なくとも1種の無機化合物からなる膜体であることをその要旨とする。
また、請求項6に記載の発明では請求項1〜5のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記酸化亜鉛膜単独の1100nm以上かつ2500nm以下の波長における光の透過率を20%以下に設定したことをその要旨とする。
また、請求項7に記載の発明では請求項1〜6のいずれかに記載の発明の構成に加え、複層に構築された前記膜構造において最外層の膜体を前記誘電体膜としたことをその要旨とする。
また、請求項8に記載の発明では請求項1〜7のいずれかに記載の発明の構成に加え、複層に構築された前記膜構造において前記基体上に成膜される最内層の膜体を前記誘電体膜としたことをその要旨とする。
また、請求項9に記載の発明では請求項8に記載の発明の構成に加え、前記基体はガラス製であり、同基体上に成膜される誘電体膜はSiO2であることをその要旨とする。
また、請求項10に記載の発明では請求項1〜9のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記酸化亜鉛膜は前記誘電体膜によって挟持されていることをその要旨とする。
また、請求項11に記載の発明では請求項1〜10のいずれかに記載の発明の構成に加え、複層に構築された前記膜構造において前記基体上に成膜される膜体を前記酸化亜鉛膜としたことをその要旨とする。
また、請求項12に記載の発明では請求項1〜11のいずれかに記載の発明の構成に加え、複層に構築された前記膜構造において前記酸化亜鉛膜を一枚の膜体のみで成膜する場合には同酸化亜鉛膜の膜厚を500nm〜1200nmとすることをその要旨とする。
また、請求項13に記載の発明では請求項1〜12のいずれかに記載の発明の構成に加え、複層に構築された前記膜構造において最外層の膜体上に撥水膜を成膜したことをその要旨とする。
また、請求項14に記載の発明では請求項1〜13のいずれかに記載の発明の構成に加え、紫外線領域の波長をカットするようにしたことをその要旨とする。
また、請求項15に記載の発明では請求項1〜14のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記酸化亜鉛膜はイオンプレーティング法によって成膜されていることをその要旨とする。
ここに本発明の酸化亜鉛膜はアルミニウム、インジウム、ホウ素、ガリウム及びシリコンから選ばれる少なくとも1種をドーパントとしてドーピングして成膜される。亜鉛はインジウムに比べて原料コストが低く、資源として安定的に供給されるため赤外線カットフィルターの構成素材として好ましい。酸化亜鉛はワイドバンドギャップ半導体であり、ドーピング前においてはn型伝導性を示す。酸化亜鉛に対するドナー条件としては、基本的に亜鉛(第2属)置換元素である第3属及び第4属と、酸素(第6属)の置換元素である第7属が候補とされる。但し、蒸着により成膜する場合にはドナーは次の条件を満たす必要がある。
(1)ホストマテリアルとしての酸化亜鉛への溶解度が高いこと
(2)蒸気圧がホストマテリアルとしての酸化亜鉛に近いこと
更に、亜鉛の電子配置を考慮すると、
(3)第1イオン化エネルギーが高いこと
(4)膜中での安定性が高いこと
が条件として必要である。また、一般的に
(5)低コストであること
も重要な条件である。これらの諸条件を満たすドーパントとしてアルミニウム、インジウム、ホウ素、ガリウム及びシリコンが好ましい。本発明の酸化亜鉛膜ではこれらから選択された少なくとも1種をドナーとしてドーピングして成膜されることが好ましい。また、これら選択されたドーパントのうち少なくとも1種はガリウムであることが好ましい。ドーピング濃度が上がると亜鉛原子とドーパントとの置換率が下がり、ドーピング材が酸化物として析出するようになってくる。この析出現象は基体内における内面ムラを生じ分光特性に影響を与える。上記ドーパントとしてガリウムはこの析出量が最も少ないためである。所望の赤外線カット特性に応じてドーパントを選択し、組み合わせて酸化亜鉛膜を構成することが可能である。
誘電体膜は親水性或いは非親水性の無機化合物であって、酸化亜鉛と接合された界面において発生する構成原子の相互拡散によって物性に支障が生じないものである必要がある。酸化亜鉛については3又は4族元素が好ましく、例えばTiO2(二酸化チタン)、Ta25(五酸化タンタル)、ZrO2(酸化ジルコン)、Al23(酸化アルミニウム)、Nb25(五酸化ニオブ)、SiO2(酸化ケイ素)等の酸化物あるいはMgF2(フッ化マグネシウム)等が挙げられる。本発明の複数の誘電体膜ではこれら7種から選ばれる少なくとも1種の無機化合物の光の透過する方向に積層して構成することが好ましい。また、2種の誘電体膜ならば光の透過する方向に交互に積層して構成することが好ましい。
これら誘電体膜及び酸化亜鉛膜によって構成される多層膜の膜数は特に限定されるものではない。所望の赤外線カット特性に応じて化合物を選択し、組み合わせて誘電体膜及び酸化亜鉛膜を構成することが可能である。
酸化亜鉛膜及び誘電体膜は蒸着法やスパッタリングで成膜することが好ましく、更に酸化亜鉛膜についてはイオンプレーティング法で成膜することがより好ましい。イオンプレーティング法は蒸発粒子をプラズマ化してイオンや励起粒子に変化させ、電界により運動エネルギーを付加して基板に蒸着させる方法である。単なる真空蒸着における飛来粒子のエネルギーレベルが小さくほとんど中性粒子が大半であるのに対しイオンプレーティング法における飛来粒子のエネルギーレベルはかなり高い。そのため、この蒸着方法での成膜構造は単なる真空蒸着に比べて緻密なものとなり、赤外線領域における透過率に与える影響が特に大きい。つまり、イオンプレーティング法によって成膜された酸化亜鉛膜では特に1000nm以上の波長における光の透過率を低く抑える傾向が強い。また、イオンプレーティング法で成膜した酸化亜鉛膜は付着性がよく、成膜構造が緻密になることから他の物質の膜内への浸入も少なくなり物性の経時的な変化が非常に小さくなる傾向となることから赤外線カットフィルター用の酸化亜鉛膜の成膜手段としてイオンプレーティング法は最適である。
このような赤外線カットフィルターは1000nm以上かつ2500nm以下の波長、つまり近赤外線領域における光の透過率を20%以下に、好ましくはほぼ0%とすることが好ましい。また可視光領域(400nm付近〜700nm付近)における光の平均透過率を85%以上とすることが好ましい。
また、光線カットフィルターは所定の波長の光の波長を透過させることを目的とする透過帯域と所定の波長の光をカットすることを目的とするカット帯域を有しており、それらの帯域間には通過帯域が配置されるような光学特性を示すものである。ここに、通過帯域では透過率が劇的に変化することとなり、必ずある波長において透過率が50%となる半値波長を通過することとなる。半値波長をどこに設定するかは求める光線カットフィルターによって異なる。上記酸化亜鉛膜及び誘電体膜の構成によって任意に半値波長を調整することが可能である。例えば、デジタルカメラ等に使用される撮像素子用視感度補正フィルターとしては半値波長は650±50nm付近であることが好ましい。
本発明の赤外線カットフィルターでは透過率50%を有する波長(以下、この波長をλとする)が、800±200nm の範囲内にあって、420nm〜(λ−50)nmにおける平均透過率が85%よりも高く、(λ+40)nm〜2000nmにおける透過率が5%よりも低い分光透過率を示すように設定することが好ましい。λ−50nm、λ+40nmとしたのは通過帯域の幅を考慮したものである。また、赤外線と同時に紫外線帯域もカットすることが好ましい。
更に、本発明の赤外線カットフィルターでは酸化亜鉛膜単独の可視光領域の半値波長が650〜900nmに設定されることが好ましい。酸化亜鉛膜は主として可視光領域よりも波長の長い領域、特に近赤外線領域と言われる1000nm以上かつ2500nm以下の波長の領域をカットすることが望まれているが、このように酸化亜鉛膜単独で可視光領域に近い波長領域〜可視光領域との境界に半値波長を設定することによって赤外線カットフィルター全体として誘電体膜の可視領域での成膜条件の向上に寄与する。具体的には誘電体膜の積層膜数を少なくしても可視光領域の光の平均透過率を高レベルで維持することが可能となる。酸化亜鉛膜単独の可視光領域の半値波長と誘電体膜の積層枚数は相関関係を示す。
酸化亜鉛膜及び誘電体膜は基体に対し光の入射する方向において複層の膜構造を構築できれば配置順序や各膜層の配置枚数は限定されるものではない。基体の材質は適宜変更可能である。
誘電体膜、酸化亜鉛膜、基体をそれぞれD,S,Gで表した場合、光が入射する方向からの配置順序として、例えばDSG、DSDG、DSDG、DGS、DSGD、DSDGD、DSGSD、DSDGDSD等の配列の層構造が想定される(D位置には一枚又は複数枚数の種類の異なる誘電体膜を配置することが可能である)。
基本的には基体上に成膜されるのは誘電体膜でも酸化亜鉛膜でもどちらでもよいが、特に基体がガラス製である場合にはSiO2の誘電体膜を使用することがより好ましい。陽元素としてのSiが誘電体膜と基体とで共通するため両者の密着性がよくSi元素の同士の相互拡散が生じても物性の変化が少なく、特に光学的及び電気的物性が安定するからである。
複層に構築された上記膜構造において酸化亜鉛膜を一枚の膜体のみで成膜する場合にはその膜厚を500nm〜1200nmとすることが好ましい。長波長領域、特に近赤外線領域と言われる1000nm以上かつ2500nm以下の波長を透過率を20%以下に抑制するためには膜厚を500nmよりも厚くする必要がある。しかし、厚みがますと内部応力によってクラックが生じやすくなる。近赤外線領域における透過率を0%とし、なおかつ応力を考慮した妥当な膜厚としては800±100nmが最も好ましい。
酸化亜鉛膜への荷重の軽減(つまり内部応力の軽減)のために酸化亜鉛膜は膜構造において誘電体膜に挟持されていることが好ましい。また、酸化亜鉛膜を複数枚数で構成する場合にはトータルの膜厚で光学特性を発現させることができるためクラックが生じにくくなる点で有利である(但し、単一膜のほうがコスト面では有利である)。
複層に構築された上記膜構造において最外層の膜体を前記誘電体膜とすることが好ましい。酸化亜鉛膜は比較的耐薬品性が低いためである。一方、誘電体膜は耐薬品性が高い。そのため最外層の膜体を誘電体膜とすることが好ましい。更に、透明な基体の場合ではフィルターの透過率を向上させるためには最終層は空気の屈折率に近いほうがよい。そのため、誘電体膜の屈折率が酸化亜鉛膜よりも空気の屈折率に近い場合には酸化亜鉛膜を最外層とせず誘電体膜を酸化亜鉛膜の外方に配置することが好ましい。特にSiO2を最外層とすることが好ましい。
更に、最外層の膜体上に撥水膜を成膜することが好ましい。撥水膜は、例えば有機ケイ素化合物を重縮合させたものである。重縮合によって、被膜の厚膜化、緻密化が可能となり、基材との密着性および表面硬度が高く、汚れの拭き取り性に優れた被膜が得られやすくなる。撥水膜は公知の蒸着法やイオンスパッタリング法等により形成される。
重縮合前の有機ケイ素化合物は、−SiRyX3-y(Rは1価の有機基、Xは加水分解可能な基、yは0から2までの整数)で表される含ケイ素官能基を有する化合物である。ここにXとしては、例えばOCH3、OCH2CH3等のアルコキシ基、OCOCH3等のアシロキシ基、ON=CRaRb等のケトオキシム基、Cl、Br等のハロゲン基、NRcRd等のアミノ基(Ra、Rb、Rc、Rdはそれぞれ一価の有機基を表す)などの基が挙げられる。
このような有機ケイ素化合物として含フッ素有機ケイ素化合物が好適である。含フッ素有機ケイ素化合物は撥水撥油性、電気絶縁性、離型性、耐溶剤性、潤滑性、耐熱性、消泡性にトータル的に優れている。特に、分子内にパーフルオロアルキル基あるいはパーフルオロポリエーテル基を持つ分子量1000〜50000程度の比較的大きな有機ケイ素化合物は防汚性に優れる。
このような赤外線カットフィルターとして上記撮像素子用視感度補正フィルターの他、赤外線、遠赤外線を含み長波長領域をカットする遮熱用ガラスフィルター、赤外線センサーやリモコン等において所定の波長(880nm、940nm)以外の長波長側ノイズを除去するためのフィルター等に応用することが考えられる。
上記各請求項に記載の発明によれば、簡単な構成で安価にもかかわらず性能のよい赤外線カットフィルターを提供することが可能となる。
(実施例1)
(製造方法)
図1に示すように、透明かつ平板なガラス基板1(厚さ0.7mm)の第1の面1aにイオンプレーティング法によって酸化亜鉛膜2を成膜させた。膜材料として酸化亜鉛に対してガリウムを8.0重量%を添加したものを使用し、住友機械工業(株)製のイオンプレーティング装置を使用して膜厚を約500nmを形成させた。成膜条件は次の通りである。
・基板温度200度C
・酸素ガス流量5sccm
・蒸着速度3nm/sec
・成膜中の真空度は約4〜9×10-4torr
・放電電流:100A
この酸化亜鉛膜2の表面に真空蒸着法により最外層からSiO2、TiO2の順に2種類の酸化物を交互に配置させた交互多層膜(41層)からなる誘電体膜3を成膜させた。また、ガラス基板1の第2の面1bには同じく真空蒸着法により最外層からSiO2、TiO2の順に2種類の酸化物を交互に積層配置させた交互多層膜(7層)からなる誘電体膜3を成膜させた。
このようにして構成された赤外線カットフィルターの透過分光特性を表1のグラフAに示す。この分光特性から可視光領域(420〜630nm)では平均93%の非常に高い透過率を達成させることができた。次に、近赤外線領域の(680nm〜)でも透過率10%以下の非常に低い透過率を達成させることができた。
また、紫外線領域でも(〜<400nm)非常に低い透過率を達成させることができた。本実施例1の赤外線カットフィルターでは半値波長(T=50%)を650nmに設定した。
また、本実施例1では酸化亜鉛膜2単独の透過分光特性を表1のグラフBとして示す。酸化亜鉛膜2は1100nm付近の波長において透過率が約16%に設定されており、なおかつ1100nm以上かつ2500nm以下の波長における光の透過率20%以下を実現している。
Figure 2006117979
また、本実施例1に使用した酸化亜鉛膜2及びSiO2について併せてその耐アルカリ性と耐水性を検証した。
まず、酸化亜鉛膜2及びSiO2がそれぞれ最外層として露出した試料1及び試料2についてそれぞれ純水に15分間浸漬し、取り出してスピン乾燥にて乾燥させたものの透過分光特性を検証したが、いずれも浸漬前と透過分光特性に変化はなかった。
一方、試料1についてアルカリ洗剤(pH10)にそれぞれ1分間、2分間及び6分間浸漬し、取り出して純水で洗浄後スピン乾燥にて乾燥させたものの透過分光特性を浸漬前の透過分光特性と比較検証した。その結果を表2に示す。
表2によれば1分間浸漬した場合(グラフa)と2分間浸漬した場合(グラフb)及び6分間浸漬した場合(グラフc)はいずれも浸漬前の透過分光特性(グラフd)と比較して特性が明らかに変化し、特に近赤外線領域でのカット能がの低下が確認された。特性変化は浸漬時間が長いほうが大きい傾向となる。
Figure 2006117979
一方、試料2についても試料1と同様の操作で透過分光特性を検証したが、表3に示すように、浸漬前の透過分光特性と特に変化はなかった。
この結果、耐水性については酸化亜鉛膜2及びSiO2ともに十分であるが、耐アルカリ性については酸化亜鉛膜2は低いため、実施例1のように最外層には酸化亜鉛膜2を成膜しないほうが好ましいことが確認できた。この結果を受けて以下の実施例も酸化亜鉛膜2よりも外方に誘電体膜3を成膜させた。
Figure 2006117979
(実施例2)
実施例1と同様に図1に示すように、透明かつ平板なガラス基板1(厚さ0.7mm)の第1の面1aにイオンプレーティング法によって酸化亜鉛膜2を成膜させた。膜材料として酸化亜鉛に対してガリウムを8.0重量%を添加したものを使用し、住友機械工業(株)製のイオンプレーティング装置を使用して膜厚を約500nmを形成させた。成膜条件は実施例1と同じである。
この酸化亜鉛膜2の表面に真空蒸着法により最外層からSiO2、TiO2の順に2種類の酸化物を交互に配置させた交互多層膜(7層)からなる誘電体膜3を成膜させた。また、ガラス基板1の第2の面1bには同じく真空蒸着法により最外層からSiO2、TiO2の順に2種類の酸化物を交互に積層配置させた交互多層膜(41層)からなる誘電体膜3を成膜させた。つまり、実施例2では誘電体膜3の膜構成が実施例1とは異なる。
このようにして構成された赤外線カットフィルターの透過分光特性を表2のグラフCに示す。この分光特性から可視光領域(420〜630nm)では平均92%の非常に高い透過率を達成させることができた。次に、近赤外線領域の長波長側(680nm〜)でも透過率5%以下の非常に低い透過率を達成させることができた。
また、紫外線領域でも(〜<400nm)低い非常に低い透過率を達成させることができた。本実施例2の赤外線カットフィルターでは半値波長(T=50%)を650nmに設定した。
また、本実施例2では酸化亜鉛膜2単独の透過分光特性を表2のグラフDとして示す。酸化亜鉛膜2は1100nm付近の波長以上において透過率が約16%に設定されており、なおかつ1100nm以上かつ2500nm以下の波長における光の透過率20%以下を実現している。
Figure 2006117979
(実施例3)
図2に示すように、透明かつ平板なガラス基板1(厚さ0.7mm)の第1の面1aに真空蒸着法によってSiO2からなる誘電体膜3を成膜させ、同誘電体膜3の上にイオンプレーティング法によって酸化亜鉛膜2を成膜させた。酸化亜鉛膜2の上にSiO2、TiO2の順に2種類の酸化物を交互に積層配置させた交互多層膜(41層)からなる誘電体膜3を成膜させた。イオンプレーティング法の成膜条件は実施例1と同じである。但し、実施例3では酸化亜鉛膜2の膜厚を約800nmとした。
また、ガラス基板1の第2の面1bには同じく真空蒸着法により最外層からSiO2、TiO2の順に2種類の酸化物を交互に積層配置させた交互多層膜(7層)からなる誘電体膜3を成膜させた。
このようにして構成された赤外線カットフィルターの透過分光特性を表3のグラフEとして示す。この分光特性から可視光領域(420nm付近〜650nm付近)では平均92%の非常に高い透過率を達成させることができた。次に、近赤外線領域の長波長側(680nm〜)でも透過率3%以下の非常に低い透過率を達成させることができた。
また、紫外線領域でも(〜<400nm)低い非常に低い透過率を達成させることができた。本実施例3の赤外線カットフィルターでは半値波長(T=50%)を650nmに設定した。
また、本実施例3では酸化亜鉛膜2単独の透過分光特性を表3のグラフFとして示す。酸化亜鉛膜2は1100nm付近の波長以上において透過率が約6%に設定されており、なおかつ1100nm以上かつ2500nm以下の波長における光の透過率20%以下を実現している。
Figure 2006117979
(実施例4)
図2に示すように、透明かつ平板なガラス基板1(厚さ0.7mm)の第1の面1aに真空蒸着法によってSiO2からなる誘電体膜3を成膜させ、同誘電体膜3の上にイオンプレーティング法によって酸化亜鉛膜2を成膜させた。酸化亜鉛膜2の上にSiO2、TiO2の順に2種類の酸化物を交互に積層配置させた交互多層膜(41層)からなる誘電体膜3を成膜させた。イオンプレーティング法の成膜条件は実施例1と同じである。実施例4では酸化亜鉛膜2の膜厚を約500nmとした。
また、ガラス基板1の第2の面1bには同じく真空蒸着法により最外層からSiO2、TiO2の順に2種類の酸化物を交互に積層配置させた交互多層膜(7層)からなる誘電体膜3を成膜させた。
このようにして構成された赤外線カットフィルターの透過分光特性を表4のグラフGとして示す。この分光特性から可視光領域(420nm付近〜730nm付近)では平均89%の非常に高い透過率を達成させることができた。次に、近赤外線領域の長波長側(780nm〜)でも透過率3%以下の非常に低い透過率を達成させることができた。
また、紫外線領域でも(〜<400nm)低い非常に低い透過率を達成させることができた。本実施例4の赤外線カットフィルターでは半値波長(T=50%)を750nmに設定した。
また、本実施例4では酸化亜鉛膜2単独の透過分光特性を表4のグラフHとして示す。酸化亜鉛膜2は1100nm付近の波長以上において透過率が約6%に設定されており、なおかつ1100nm以上かつ2500nm以下の波長における光の透過率20%以下を実現している。
Figure 2006117979
(実施例5)
図3に示すように、透明かつ平板なガラス基板1(厚さ0.7mm)の第1の面1aに真空蒸着法によってSiO2、TiO2の順に2種類の酸化物を交互に積層配置させた交互多層膜(31層)からなる誘電体膜3を成膜させた。そして最外層のSiO2の上にイオンプレーティング法によって酸化亜鉛膜2を成膜させ、以後交互に酸化亜鉛膜2とSiO2を成膜し、全体の最外層(49層目)をSiO2とした。酸化亜鉛膜2とSiO2の交互多層膜は本実施例5では19層とした。イオンプレーティング法の成膜条件は実施例1と同じである。実施例5では酸化亜鉛膜2のトータルの膜厚を約1150nmとした。
また、ガラス基板1の第2の面1bには同じく真空蒸着法により最外層からSiO2、TiO2の順に2種類の酸化物を交互に積層配置させた交互多層膜(7層)からなる誘電体膜3を成膜させた。また、実施例5では最外層となるSiO2に含フッ素有機ケイ素化合物からなる撥水膜4を成膜させた。
このようにして構成された赤外線カットフィルターの透過分光特性を表5のグラフIとして示す。この分光特性から可視光領域(420nm付近〜630nm付近)では平均91%の非常に高い透過率を達成させることができた。次に、近赤外線領域の長波長側(680nm〜)では透過率ほぼ0%以下の非常に低い透過率を達成させることができた。
本実施例5の赤外線カットフィルターでは半値波長(T=50%)を650nmに設定した。
また、本実施例5では酸化亜鉛膜2単独の透過分光特性を表4のグラフJとして示す。酸化亜鉛膜2は1100nm付近の波長以上において透過率が約2%に設定されており、なおかつ1100nm以上かつ2500nm以下の波長における光の透過率20%以下を実現している。
Figure 2006117979
本発明における実施例1及び2の赤外線カットフィルターのイメージ図。 同じく実施例3〜6の赤外線カットフィルターのイメージ図。 同じく実施例7の赤外線カットフィルターのイメージ図。
符号の説明
1…基体としてのガラス基板、2…酸化亜鉛膜、3…誘電体膜。

Claims (15)

  1. アルミニウム、インジウム、ホウ素、ガリウム及びシリコンから選ばれる少なくとも1種をドーパントとしてドーピングした一枚又は複数枚の酸化亜鉛膜と、複数枚の誘電体膜とを基体に対して同基体の光の入射する方向において積層し、同酸化亜鉛膜と同誘電体膜とによる複層の膜構造を構築するように成膜したことを特徴とする赤外線カットフィルター。
  2. 1000nm以上かつ2500nm以下の波長における光の透過率を20%以下に設定したことを特徴とする請求項1に記載の赤外線カットフィルター。
  3. 可視光領域における光の平均透過率を85%以上に設定したことを特徴とする請求項1又は2に記載の赤外線カットフィルター。
  4. 透過率50%を有する波長(以下、この波長をλとする)が、800±200nm の範囲内にあって、420nm〜(λ−50)nmにおける平均透過率が85%よりも高く、(λ+40)nm〜2500nmにおける透過率が5%よりも低い分光透過率を示すように設定したことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の赤外線カットフィルター。
  5. 複数の前記誘電体膜はTiO2、Ta25、ZrO2、Al23、Nb25、SiO2、MgF2から選ばれる少なくとも1種の無機化合物からなる膜体であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の赤外線カットフィルター。
  6. 前記酸化亜鉛膜単独の1100nm以上かつ2500nm以下の波長における光の透過率を20%以下に設定したことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の赤外線カットフィルター。
  7. 複層に構築された前記膜構造において最外層の膜体を前記誘電体膜としたことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の赤外線カットフィルター。
  8. 複層に構築された前記膜構造において前記基体上に成膜される膜体を前記誘電体膜としたことを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の赤外線カットフィルター。
  9. 前記基体はガラス製であり、同基体上に成膜される誘電体膜はSiO2であることを特徴とする請求項8に記載の赤外線カットフィルター。
  10. 前記酸化亜鉛膜は前記誘電体膜によって挟持されていることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の赤外線カットフィルター。
  11. 複層に構築された前記膜構造において前記基体上に成膜される膜体を前記酸化亜鉛膜としたことを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の赤外線カットフィルター。
  12. 複層に構築された前記膜構造において前記酸化亜鉛膜を一枚の膜体のみで成膜する場合には同酸化亜鉛膜の膜厚を500nm〜1200nmとすることを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の赤外線カットフィルター。
  13. 複層に構築された前記膜構造において最外層の膜体上に撥水膜を成膜したことを特徴とする請求項1〜12のいずれかに記載の赤外線カットフィルター。
  14. 紫外線領域の波長をカットするようにしたことを特徴とする請求項1〜13のいずれかに記載の赤外線カットフィルター。
  15. 前記酸化亜鉛膜はイオンプレーティング法によって成膜されていることを特徴とする請求項1〜14のいずれかに記載の赤外線カットフィルター。
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