JPWO2014084167A1 - 近赤外線カットフィルタ - Google Patents
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Abstract
近赤外線カットフィルタは、光の入射角に応じて、以下の分光透過率特性を有する。光の入射角が０度のとき、４５０ｎｍ以上５５０ｎｍ未満の波長範囲の少なくとも一部に、４５０ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲の平均透過率からの透過率の差が１．６５％以上となる部分を有する。光の入射角が４０度のとき、４５０ｎｍ以上５５０ｎｍ未満の波長範囲の少なくとも一部に、４５０ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲の平均透過率からの透過率の差が３．５％以上となる部分を有する。また、光の入射角が４０度のとき、４５０ｎｍ以上５５０ｎｍ未満の波長範囲の全域で、４５０ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲の平均透過率からの透過率の差が７．０％以下である。
Description
本発明は、近赤外線カットフィルタに関する。
デジタルカメラやデジタルビデオ等の光学機器には、Charge Coupled Device（ＣＣＤ）イメージセンサやComplementary Metal Oxide Semiconductor（ＣＭＯＳ）イメージセンサ等の固体撮像素子が使用される。しかしながら、固体撮像素子の分光特性は、人間の視感度特性に比べて赤外光に強い感度を有する。そこで、固体撮像素子を有する光学機器においては、近赤外線カットフィルタによる分光補正を行っている。
近赤外線カットフィルタとしては、例えば、Ｃｕ２＋イオンを着色成分として含有するフツリン酸系ガラス等の近赤外線吸収タイプの色ガラスフィルタ、あるいは透明な基材に近赤外線および紫外線を遮断するための光学多層膜を設けた多層膜フィルタ、さらにはそれらを組み合わせたフィルタが使用されている。
光学多層膜には、固体撮像素子が必要とする４００〜７００ｎｍの透過帯において、透過率が落ち込む現象（リップル）が発生しないことが求められる。従来、光学多層膜におけるリップルの発生を抑制する技術が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
しかしながら、光の入射角が特定の入射角の場合にリップルの発生を抑制できたとしても、光の入射角が変化するとリップルが発生することがある。従来の技術は、入射角の変化に起因して発生するリップルは考慮されておらず、特に入射角が４０度以上になると発生する大きなリップルは考慮されていない。
近年、デジタルカメラやデジタルビデオ等の光学機器の小型化および薄型化に伴って、光学機器におけるレンズの広角化が進んでいる。これにより、固体撮像素子に対して光がより傾斜した状態で入射する。例えば、これまで３０度程度までの入射角であったものが、近年では３０度を超える入射角となっている。
また、近赤外線カットフィルタは、光学機器における外部から視認できる位置に配置されることがある。例えば、携帯電話機やスマートフォン等の携帯型電子機器においては、撮像装置のカバーガラスが外部から視認できる位置に配置されることがある。そして、このようなカバーガラスが近赤外線カットフィルタとされる場合がある。このような場合、光学機器の外観を良好にする観点から、光の入射角によって反射色が大きく変化せず、所定の反射色を維持することが求められる。
本発明の実施形態は、上記課題に鑑みてなされたものであり、光の入射角によらずに過度なリップルの発生および過度な反射色の変化が抑制された近赤外線カットフィルタの提供を目的とする。
実施形態の近赤外線カットフィルタは、透明基板と、前記透明基板上に設けられた光学多層膜とを有する。前記光学多層膜は、波長５００ｎｍにおける屈折率が２．０以上である高屈折率膜と、波長５００ｎｍにおける屈折率が１．６未満である低屈折率膜との交互積層構造を有する。また、実施形態の近赤外線カットフィルタは、光の入射角に応じて、以下の分光透過率特性を有する。
光の入射角が０度のとき、４５０ｎｍ以上５５０ｎｍ未満の波長範囲の少なくとも一部に、４５０ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲の平均透過率からの透過率の差が１．６５％以上となる部分を有する。
光の入射角が４０度のとき、４５０ｎｍ以上５５０ｎｍ未満の波長範囲の少なくとも一部に、４５０ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲の平均透過率からの透過率の差が３．５％以上となる部分を有する。また、光の入射角が４０度のとき、４５０ｎｍ以上５５０ｎｍ未満の波長範囲の全域で、４５０ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲の平均透過率からの透過率の差が７．０％以下である。
実施形態の近赤外線カットフィルタによれば、光の入射角によらずに過度なリップルの発生および過度な反射色の変化を抑制できる。
以下、近赤外線カットフィルタの実施形態について説明する。
図１は、近赤外線カットフィルタ１０の一実施形態を示す断面図である。近赤外線カットフィルタ１０は、透明基板１１と、この透明基板１１上に設けられた光学多層膜１２とを有する。
透明基板１１は、可視波長域の光を透過できるものであれば特に限定されない。透明基板１１の材料として、例えば、ガラス、水晶、ニオブ酸リチウム、サファイヤ等の結晶、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等のポリエステル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン酢酸ビニル共重合体等のポリオレフィン樹脂、ノルボルネン樹脂、ポリアクリレート、ポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂、ウレタン樹脂、塩化ビニル樹脂、フッ素樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリビニルアルコール樹脂等が挙げられる。透明基板１１の波長５００ｎｍにおける屈折率は、１．４６以上が好ましく、１．５以上がより好ましい。また、透明基板１１の波長５００ｎｍにおける屈折率は、１．８以下が好ましく、１．６以下がより好ましい。
透明基板１１には、近赤外波長域の光を吸収するものを使用できる。近赤外波長域の光を吸収する透明基板１１を用いることで、人間の視感度特性に近い画質を得ることができる。近赤外波長域の光を吸収する透明基板１１としては、例えば、フツリン酸塩系ガラスやリン酸塩系ガラスにＣｕ２＋（イオン）が添加された吸収型ガラスが挙げられる。また、樹脂材料中に近赤外線を吸収する吸収剤を添加したものを使用してもよい。吸収剤としては、例えば、染料、顔料、金属錯体系化合物が挙げられ、具体的には、フタロシアニン系化合物、ナフタロシアニン系化合物、ジチオール金属系錯体系化合物が挙げられる。
光学多層膜１２は、例えば、図２に示すように、波長５００ｎｍにおける屈折率が２．０以上である高屈折率膜１２ａと、波長５００ｎｍにおける屈折率が１．６未満である低屈折率膜１２ｂとの交互積層構造を有する。光学多層膜１２は、透明基板１１の一方の主面にのみ設けられることが好ましいが、透明基板１１の両主面に分割して設けられてもよい。
光学多層膜１２は、近赤外線カットフィルタ１０の分光透過率特性が光の入射角に応じて以下の特性を満たすように構成される。なお、赤外カットフィルタ１０の光透過面に垂直に光が入射する場合、光の入射角を０度とする。
光の入射角が０度（垂直入射）のとき、４５０ｎｍ以上５５０ｎｍ未満の波長範囲の少なくとも一部に、４５０ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲の平均透過率Ｔ１からの透過率Ｔ２の差（Ｔ１−Ｔ２）が１．６５％以上となる部分を有する。
光の入射角が４０度のとき、４５０ｎｍ以上５５０ｎｍ未満の波長範囲の少なくとも一部に、４５０ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲の平均透過率Ｔ３からの透過率Ｔ４の差（Ｔ３−Ｔ４）が３．５％以上となる部分を有する。また、光の入射角が４０度のとき、４５０ｎｍ以上５５０ｎｍ未満の波長範囲の全域で、４５０ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲の平均透過率Ｔ３からの透過率Ｔ４の差（Ｔ３−Ｔ４）が７．０％以下である。
従来の近赤外線カットフィルタは、主として光の入射角が小さいときのリップルの発生を抑制している。例えば、光の入射角が０度のとき、透過帯の一部である４５０ｎｍ以上５５０ｎｍ未満の波長範囲の全域で、４５０ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲の平均透過率Ｔ１からの透過率Ｔ２の差（Ｔ１−Ｔ２）が１．６５％未満となるようにしている。一方、従来の近赤外線カットフィルタでは、光の入射角が大きいときのリップルの発生は抑制されていない。例えば、光の入射角が４０度のとき、４５０ｎｍ以上５５０ｎｍ未満の波長範囲に、４５０ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲の平均透過率Ｔ３からの透過率Ｔ４の差（Ｔ３−Ｔ４）が７．０％を超えるような大きなリップルが発生する。
実施形態の近赤外線カットフィルタ１０では、特定の分光透過率特性とすることで、光の入射角によらずに過度なリップルの発生および過度な反射色の変化を抑制できる。具体的には、光の入射角が小さいときに、特定の波長範囲に一定程度の大きさのリップルを有するとともに、光の入射角が大きいときに、特定の波長範囲に一定程度の大きさのリップルを有する構成とすることで、光の入射角によらずに過度なリップルの発生および過度な反射色の変化を抑制できる。
以下、近赤外線カットフィルタ１０の分光透過率特性について具体的に説明する。
まず、光の入射角が０度のときの分光透過率特性について説明する。分光透過率特性は、例えば、４５０〜７００ｎｍの波長範囲に平均透過率Ｔ１が８５％以上となるような透過帯を有する。通常、透過帯の紫外側には紫外側阻止帯が形成され、また透過帯の赤外側には赤外側阻止帯が形成される。４５０〜７００ｎｍの波長範囲の平均透過率Ｔ１は、８７％以上が好ましく、８９％以上がより好ましい。
４５０ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲の平均透過率Ｔ１からの透過率Ｔ２の差（Ｔ１−Ｔ２）が１．６５％以上となる部分は、４５０ｎｍ以上５５０ｎｍ未満の波長範囲にあればよいが、５００ｎｍ以上５５０ｎｍ未満の波長範囲にあることが好ましい。以下、４５０ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲の平均透過率Ｔ１からの透過率Ｔ２の差を単に透過率差（Ｔ１−Ｔ２）と記す。また、４５０ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲の平均透過率Ｔ１を単に平均透過率Ｔ１と記す。
透過率差（Ｔ１−Ｔ２）が１．６５％以上となる部分のうち、透過率差（Ｔ１−Ｔ２）が最も大きくなる部分、すなわち透過率Ｔ２が最も低くなる部分は、５００ｎｍ以上５５０ｎｍ未満の波長範囲にあることが好ましい。このような分光透過率特性とすることで、さらに入射角によらず過度なリップルの発生および過度な反射色の変化を抑制できる。
さらに、透過率差（Ｔ１−Ｔ２）が１．６５％以上となる部分は、５００ｎｍ以上５５０ｎｍ未満の波長範囲にあるとともに、４５０ｎｍ以上５００ｎｍ未満の波長範囲にあることが好ましい。このような分光透過率特性とすることで、さらに入射角によらず過度なリップルの発生および過度な反射色の変化を抑制できる。
透過率差（Ｔ１−Ｔ２）が１．６５％以上となる部分は、リップルの極小値部分、すなわち透過率Ｔ２の極小値部分であることが好ましい。すなわち、４５０ｎｍ以上５５０ｎｍ未満の波長範囲に、平均透過率Ｔ１からの極小値の差が１．６５％以上となるリップルを少なくとも１つ有することが好ましい。５００ｎｍ以上５５０ｎｍ未満の波長範囲に、平均透過率Ｔ１からの極小値の差が１．６５％以上となるリップルを少なくとも１つ有することがより好ましい。
特に、５００ｎｍ以上５５０ｎｍ未満の波長範囲に平均透過率Ｔ１からの極小値の差が１．６５％以上となるリップルを少なくとも１つ有するとともに、４５０ｎｍ以上５００ｎｍ未満の波長範囲に、平均透過率Ｔ１からの極小値の差が１．６５％以上となるリップルを少なくとも１つ有することが好ましい。なお、少なくとも極小値が上記範囲内にあれば、上記範囲内にリップルがあるものとする。
４５０ｎｍ以上５５０ｎｍ未満の波長範囲の透過率Ｔ２は、その全域で８５％以上が好ましい。このような分光透過率特性とすることで、さらに入射角によらず過度なリップルの発生および過度な反射色の変化を効果的に抑制できる。４５０ｎｍ以上５５０ｎｍ未満の波長範囲の透過率Ｔ２は、その全域で８８％以上がより好ましく、９２％以上がさらに好ましい。
５５０ｎｍ以上７００ｎｍ未満の波長範囲の透過率Ｔ５は、その全域で９０％以上が好ましい。このような分光透過率特性とすることで、さらに入射角によらず過度なリップルの発生および過度な反射色の変化を効果的に抑制できる。５５０ｎｍ以上７００ｎｍ未満の波長範囲の透過率Ｔ５は、その全域で９１％以上がより好ましく、９２％以上がさらに好ましく、９３％以上が特に好ましい。
次に、光の入射角が４０度のときの分光透過率特性について説明する。４５０ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲の平均透過率Ｔ３からの透過率Ｔ４の差（Ｔ３−Ｔ４）が３．５％以上となる部分は、４５０ｎｍ以上５５０ｎｍ未満の波長範囲にあればよい。上記部分は、４５０ｎｍ以上５００ｎｍ未満の波長範囲にあることが好ましく、４５５ｎｍ以上４９０ｎｍ未満の波長範囲にあることがより好ましい。このような分光透過率特性とすることで、入射角によらず過度なリップルの発生および過度な反射色の変化を抑制できる。透過率差（Ｔ３−Ｔ４）が３．５％以上となる部分は、さらに透過率差（Ｔ３−Ｔ４）が３．９％以上となる部分を有することが好ましい。
また、透過率差（Ｔ３−Ｔ４）が３．５％以上となる部分のうち、透過率差（Ｔ３−Ｔ４）が最も大きくなる部分、すなわち透過率Ｔ４が最も低くなる部分は、４５０ｎｍ以上５００ｎｍ未満の波長範囲にあることが好ましく、４５５ｎｍ以上４９０ｎｍ未満の波長範囲にあることがより好ましい。このような分光透過率特性とすることで、さらに入射角によらず過度なリップルの発生および過度な反射色の変化を抑制できる。
透過率差（Ｔ３−Ｔ４）が３．５％以上となる部分は、リップルの極小値部分、すなわち透過率Ｔ４の極小値部分であることが好ましい。すなわち、４５０ｎｍ以上５５０ｎｍ未満の波長範囲に、平均透過率Ｔ３からの極小値の差が３．５％以上となるリップルを少なくとも１つ有することが好ましい。また、このような平均透過率Ｔ３からの極小値の差が３．５％以上となるリップルを含めて、４５０ｎｍ以上５５０ｎｍ未満の波長範囲に、平均透過率Ｔ３からの極小値の差が１．０％以上となるリップルを２つ以上有することが好ましく、３つ以上有することがより好ましい。さらに、平均透過率Ｔ３からの極小値の差が１．０％以上となるリップルが複数ある場合、平均透過率Ｔ３からの極小値の差が３．５％以上となるリップルから高波長側のリップルに向かって、極小値が高くなることが好ましい。
４５０ｎｍ以上５５０ｎｍ未満の波長範囲の透過率Ｔ４は、その全域で８５％以上が好ましい。このような分光透過率特性とすることで、さらに入射角によらず過度なリップルの発生および過度な反射色の変化を効果的に抑制できる。４５０ｎｍ以上５５０ｎｍ未満の波長範囲の透過率Ｔ４は、その全域で８６％以上がより好ましく、８７％以上がさらに好ましい。
５５０ｎｍ以上７００ｎｍ未満の波長範囲の透過率Ｔ６は、その全域で９０％以上が好ましい。このような分光透過率特性とすることで、さらに入射角によらず過度なリップルの発生および過度な反射色の変化を効果的に抑制できる。５５０ｎｍ以上７００ｎｍ未満の波長範囲の透過率Ｔ６は、その全域で９１％以上がより好ましく、９２％以上がさらに好ましい。
近赤外線カットフィルタ１０は、上記分光透過率特性に加えて、入射角が０度のときの分光透過率特性が以下を満たすことが好ましい。
透過帯に対して紫外側となる半値波長（透過率が５０％となる波長）と近赤外側となる半値波長との差（半値波長差）は、２００ｎｍ以上が好ましく、２５０ｎｍ以上がより好ましく、３００ｎｍ以上がさらに好ましい。半値波長差は、５００ｎｍ以下が好ましい。
透過帯に対して紫外側となる半値波長は、３５０〜４５０ｎｍが好ましく、３８０〜４２０ｎｍがより好ましく、３９０〜４０５ｎｍがさらに好ましい。透過帯に対して近赤外側となる半値波長は、６５０〜９００ｎｍが好ましく、７００〜８７０ｎｍがより好ましく、７５０〜８６０ｎｍがさらに好ましい。
透過帯に対して紫外側となる半値波長の入射角が０度と４０度のときの差（紫外側移動量）は、２５ｎｍ以下が好ましく、２３ｎｍ以下が好ましい。紫外側移動量は、１０ｎｍ以上が好ましく、１５ｎｍ以上がより好ましい。一方、透過帯に対して近赤外側となる半値波長の入射角が０度と４０度のときの差（近赤外側移動量）は、６５ｎｍ以下が好ましく、６３ｎｍ以下がより好ましい。近赤外側移動量は、５０ｎｍ以上が好ましく、５５ｎｍ以上がより好ましい。
近赤外線カットフィルタ１０は、光の入射角が０度から４０度のとき、８７０〜１１００ｎｍの波長範囲の平均透過率が３％以下であることが好ましい。このような条件を満足する場合、近赤外線を十分に遮断して、近赤外線カットフィルタとしての特性に優れたものとなる。上記平均透過率は、２％以下であることがより好ましい。
さらに、近赤外線カットフィルタ１０は、光の入射角が０度〜８０度のいずれでも無彩色（白色）の反射色を有することが好ましい。なお、反射色は、便宜的に「ＪＩＳ Ｚ８１１０：１９９５ 色の表示方法−光源色の色名」の「参考付図１ 系統色名」における一般的な色度区分に基づく。
光学多層膜１２は、例えば、（（Ｌ／２）（Ｍ／２）Ｈ（Ｍ／２）（Ｌ／２））構造部と、（（Ｌ／２）Ｈ（Ｌ／２））構造部と、中屈折率膜Ｍが高屈折率膜Ｈと低屈折率膜Ｌとに振り分けられた等価膜置換の構造と、を有する。このような構成とするとともに、後述するような方法によって各膜の厚さを微調整することで、所定の分光透過率特性を得ることができる。
ここで、「（Ｌ／２）（Ｍ／２）Ｈ（Ｍ／２）（Ｌ／２）」は、光学膜（Ｌ／２）、光学膜（Ｍ／２）、光学膜Ｈ、光学膜（Ｍ／２）、および光学膜（Ｌ／２）が順に積層されていることを意味する。「（Ｌ／２）Ｈ（Ｌ／２）」は、光学膜（Ｌ／２）、光学膜Ｈ、および光学膜（Ｌ／２）が順に積層されていることを意味する。
光学膜Ｈは、１／４波長の光学膜厚の高屈折率膜を意味する（波長５００ｎｍでは、１２５ｎｍの光学膜厚）。光学膜（Ｍ／２），（Ｌ／２）はそれぞれ、１／８波長の光学膜厚の中屈折率膜、低屈折率膜を意味する（波長５００ｎｍでは、６２．５ｎｍの光学膜厚）。
高屈折率膜は、波長５００ｎｍにおける屈折率が２．０以上の光学膜である。中屈折率膜は、波長５００ｎｍにおける屈折率が１．６以上かつ前記高屈折率膜の屈折率未満の光学膜である。低屈折率膜は、波長５００ｎｍにおける屈折率が１．６未満の光学膜である。
光学多層膜１２は、例えば、（（Ｌ／２）Ｈ（Ｌ／２））構造部が（（Ｌ／２）（Ｍ／２）Ｈ（Ｍ／２）（Ｌ／２））構造部によって挟持された構造を有する。また、（（Ｌ／２）（Ｍ／２）Ｈ（Ｍ／２）（Ｌ／２））構造部と（（Ｌ／２）Ｈ（Ｌ／２））構造部とは、透明基板１１側からこの順に、またはこれとは逆の順に積層されてもよい。（（Ｌ／２）（Ｍ／２）Ｈ（Ｍ／２）（Ｌ／２））構造部、（（Ｌ／２）Ｈ（Ｌ／２））構造部は、それぞれ２以上の部分に分割されて積層できる。なお、これらの場合にも、中屈折率膜Ｍが高屈折率膜Ｈと低屈折率膜Ｌとに振り分けられた等価膜置換の構造を有することが好ましい。このような構成とすることで、効果的に所定の分光透過率特性を得ることができる。
光学多層膜１２の具体的構成は、例えば、入射角を０度として適正化を行うとともに、入射角を４０度として適正化を行うことにより得られる。例えば、高屈折率膜１２ａおよび低屈折率膜１２ｂの各膜の厚さは、入射角を０度として適正化を行うとともに、入射角を４０度として適正化を行うことにより得られる。具体的には、入射角を０度としてリップルの発生を評価した後、入射角を４０度としてリップルの発生を評価する。このような一連の工程を繰り返して行い、入射角が０度のときのリップルの発生と入射角が４０度のときのリップルの発生とのいずれもが少なくなるように各層の厚さを微調整する。このような工程は、膜構造から光学多層膜の分光透過率特性をシミュレーションできるソフトウエアを活用して行うことができる。
なお、上記シミュレーションは、入射角が０度と４０度との組み合わせに限定されない。入射角の組み合わせは、デジタルカメラ等の光学機器の広角化に伴って求められる固体撮像素子への入射角を適宜使用できる。例えば、入射角が０度と４５度との組み合わせによりシミュレーションを行うことにより、各層の厚さを適正化してもよい。
高屈折率膜１２ａは、波長５００ｎｍにおける屈折率が２．０以上の材料からなるものであれば特に限定されない。屈折率が高いほど、少ない層数、薄い膜厚で遮断帯を形成できる。屈折率は、２．２以上がより好ましい。このような高屈折率の材料としては、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）またはこれらの複合酸化物からなるものが好適に挙げられる。また、屈折率が２．０以上であれば、添加物を含有していても構わない。なお、屈折率が高過ぎると透過帯のリップルが発生しやすくなる等の問題により光学設計が難しくなる。このため、屈折率は、２．８以下が好ましく、信頼性の点から２．５以下がより好ましい。
低屈折率膜１２ｂは、波長５００ｎｍにおける屈折率が１．６未満の材料からなるものであれば特に限定されない。屈折率が低いほど、少ない層数、薄い膜厚で遮断帯を形成できる。屈折率は、１．５未満がより好ましい。このような低屈折率の材料としては、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）が好適に挙げられる。また、屈折率が１．６未満であれば、添加物を含有していても構わない。なお、屈折率が低過ぎると透過帯のリップルが発生しやすくなる等の問題により光学設計が難しくなる。このため、屈折率は、１．２以上が好ましく、信頼性の点から１．３以上がより好ましい。
高屈折率膜１２ａと低屈折率膜１２ｂとを合わせた全体の層数は、３５以上８０以下が好ましい。高屈折率膜１２ａと低屈折率膜１２ｂとを合わせた全体の物理膜厚は、３μｍ以上６μｍ以下が好ましい。高屈折率膜１２ａおよび低屈折率膜１２ｂの中では、透明基板１１から最も離れた膜は低屈折率膜１２ｂが好ましい。
光学多層膜１２は、基本的に高屈折率膜１２ａとこれに隣接する低屈折率膜１２ｂとからなる複数の積層単位を有する。なお、各積層単位を構成する低屈折率膜１２ｂは、通常、高屈折率膜１２ａの両主面側のうち透明基板１１から離れた主面側に配置される低屈折率膜１２ｂである。
光学多層膜１２が複数の積層単位から構成される場合、透明基板１１に最も近い積層単位および透明基板１１から最も離れた積層単位を除いた残部の積層単位の部分については、高屈折率膜１２ａの光学膜厚Ｌ１および低屈折率膜１２ｂの光学膜厚Ｌ２から以下の式により求められる光学膜厚比Ｌが０．２２を超えて０．５０未満である積層単位の個数が２以下であることが好ましい。なお、光学膜厚Ｌ１、Ｌ２は、各膜の物理膜厚と屈折率との積として求められる。
Ｌ＝Ｌ１／Ｌ２
Ｌ＝Ｌ１／Ｌ２
透明基板１１に最も近い積層単位については、透明基板１１との屈折率の調整のために光学膜厚比Ｌが上記範囲の範囲外となる場合がある。透明基板１１から最も離れた積層単位は、光学多層膜１２の表面に機能膜が形成されるときの機能膜との屈折率の調整、または機能膜が形成されないときの空気との屈折率の調整等のために光学膜厚比Ｌが上記範囲の範囲外となる場合がある。光学多層膜１２における両端部の積層単位を除いた残部の積層単位の部分について、光学膜厚比Ｌが０．２２を超えて０．５０未満である積層単位の個数が２以下である場合、リップルの発生および反射色の変化を効果的に抑制できる。同部分については、光学膜厚比が０．２２を超えて０．５０未満である積層単位の個数は、１以下であることが好ましく、０がより好ましい。
高屈折率膜１２ａ、低屈折率膜１２ｂは、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンアシスト蒸着法、イオンビーム法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法により形成することができる。特に、高屈折率膜１２ａ、低屈折率膜１２ｂは、スパッタリング法、真空蒸着法により形成することが好ましい。透過帯は、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の固体撮像素子の受光に利用される波長帯域であり、その膜厚精度が重要となる。スパッタリング法、真空蒸着法、イオンアシスト蒸着法は、薄膜を形成する際の膜厚制御に優れる。このため、高屈折率膜１２ａ、低屈折率膜１２ｂの膜厚の精度を高めることができ、その結果、リップルを抑制することができる。
なお、近赤外線カットフィルタ１０には、光学多層膜１２に加えて、光学多層膜１２以外の機能膜が設けられていてもよい。機能膜は、光学多層膜１２の両主面のうち透明基板１１が設けられる主面とは反対側の主面等に設けられることが好ましい。なお、機能膜は、透明基板１１の両主面のうち光学多層膜１２が設けられる主面とは反対側の主面に設けられてもよい。機能膜としては、付着力強化層、帯電防止層、防汚層としての防指紋表面加工層（ＡＦＰ：Ａｎｔｉ Ｆｉｎｇｅｒ Ｐｒｉｎｔ）等が挙げられる。機能膜は、屈折率が低いほど界面反射が小さくなる。このため、機能膜の波長５００ｎｍにおける屈折率は、１．５未満が好ましく、１．４未満がより好ましい。また、機能膜の波長５００ｎｍにおける屈折率は、材料の入手のしやすさから、１．１以上が好ましく、信頼性の点から１．２以上がより好ましい。
近赤外線カットフィルタ１０は、撮像装置、自動露出計等の視感度補正フィルタとして好適に使用できる。撮像装置は、固体撮像素子を有するとともに、この固体撮像素子の撮像面側に少なくとも近赤外線カットフィルタ１０を有するものである。
図３は、近赤外線カットフィルタ１０が適用される撮像装置の一実施形態を示す構成図である。
撮像装置１００は、例えば、カバーガラス１１０、レンズ群１２０、絞り１３０、ローパスフィルタ１４０、固体撮像素子１５０、および筐体１６０を有する。カバーガラス１１０、レンズ群１２０、絞り１３０、ローパスフィルタ１４０、および固体撮像素子１５０は、光軸に沿って配置される。
カバーガラス１１０は、固体撮像素子１５０の撮像面側（レンズ群１２０側）に配置され、外部環境から固体撮像素子１５０を保護する。
レンズ群１２０は、固体撮像素子１５０の撮像面側に配置される。レンズ群１２０は、複数のレンズＬ１、Ｌ２で構成され、入射する光を固体撮像素子１５０の撮像面へと導光する。
絞り１３０は、レンズ群１２０のレンズＬ１とレンズＬ２との間に配置される。絞り１３０は、通過する光の量を調整可能に構成されている。
ローパスフィルタ１４０は、レンズ群１２０と固体撮像素子１５０との間に配置される。ローパスフィルタ１４０は、モアレや偽色を抑制する。
固体撮像素子１５０は、例えば、Charge Coupled Device（ＣＣＤ）イメージセンサやComplementary Metal Oxide Semiconductor（ＣＭＯＳ）イメージセンサである。固体撮像素子１５０は、入力される光を電気信号に変換して、図示しない画像信号処理回路へ出力する。
筐体１６０は、レンズ群１２０、絞り１３０、ローパスフィルタ１４０、および固体撮像素子１５０を収容する。
撮像装置１００では、被写体側より入射した光が、カバーガラス１１０、レンズ群１２０、絞り１３０、およびローパスフィルタ１４０を通って固体撮像素子１５０に入射する。この入射した光が固体撮像素子１５０によって電気信号に変換され、画像信号として出力される。
近赤外線カットフィルタ１０は、例えば、カバーガラス１１０、レンズ群１２０、すなわち、レンズＬ１、Ｌ２、ローパスフィルタ１４０として用いられる。言い換えれば、近赤外線カットフィルタ１０の光学多層膜１２は、従来の撮像装置のカバーガラス、レンズ群、ローパスフィルタを透明基板１１とし、この透明基板１１の表面に設けられる。
カバーガラス１１０、レンズ群１２０、ローパスフィルタ１４０に近赤外線カットフィルタ１０を適用することで、入射角によらず過度なリップルの発生および過度な反射色の変化を抑制でき、特性に優れるとともに、外観も良好にできる。
なお、近赤外線カットフィルタ１０の適用範囲は、必ずしも、カバーガラス１１０、レンズ群１２０、ローパスフィルタ１４０に限定されない。例えば、近赤外線カットフィルタ１０は、これらのものから独立して設けてもよく、また固体撮像素子もしくはそのパッケージに直接貼着してもよい。
このような撮像装置１００は、例えば、撮像機能を有する電子機器の内部に配置されて使用される。電子機器は、図示しないが、例えば、機器本体と、この機器本体の内部に少なくとも一部が収容されるとともに、他の部分が外部に露出して配置される撮像装置１００とを有する。撮像装置１００は、例えば、カバーガラス１１０が外部に露出するように機器本体に収容される。
カバーガラス１１０が外部に露出する場合、このカバーガラス１１０が外部から視認できることから外観が良好であることが求められる。このようなカバーガラス１１０に実施形態の近赤外線カットフィルタ１０を適用することで、光の入射角によらずに過度なリップルの発生を抑制して良好な撮像画質を得られるとともに、光の入射角によらずに過度な反射色の変化を抑制して外観を良好にできる。
電子機器としては、携帯電話機、スマートフォン、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、監視カメラ、車載用カメラ、ウェブカメラ等が挙げられる。これらの中でも、携帯電話機、スマートフォン、デジタルスチルカメラ等の携帯型電子機器が好適なものとして挙げられ、特に、携帯電話機、スマートフォンが好ましい。
次に実施例を参照して具体的に説明する。
（実施例１）
近赤外線カットフィルタは、透明基板（白板ガラス、厚さ０．４５ｍｍ）と、この透明基板の一方の主面に光学多層膜が設けられたものとした。光学多層膜は、表１に示すような酸化ニオブ（高屈折率膜、波長５００ｎｍにおける屈折率２．３８）と酸化ケイ素（低屈折率膜、波長５００ｎｍにおける屈折率１．４６）との交互積層構造を有するものとした。なお、表中、層数は透明基板側からの層数を示す。
近赤外線カットフィルタは、透明基板（白板ガラス、厚さ０．４５ｍｍ）と、この透明基板の一方の主面に光学多層膜が設けられたものとした。光学多層膜は、表１に示すような酸化ニオブ（高屈折率膜、波長５００ｎｍにおける屈折率２．３８）と酸化ケイ素（低屈折率膜、波長５００ｎｍにおける屈折率１．４６）との交互積層構造を有するものとした。なお、表中、層数は透明基板側からの層数を示す。
（実施例２）
光学多層膜の構成を表２に示す構成に変更した以外は、実施例１と同様の近赤外線カットフィルタとした。
光学多層膜の構成を表２に示す構成に変更した以外は、実施例１と同様の近赤外線カットフィルタとした。
（実施例３）
光学多層膜の構成を表３に示す構成に変更した以外は、実施例１と同様の近赤外線カットフィルタとした。
光学多層膜の構成を表３に示す構成に変更した以外は、実施例１と同様の近赤外線カットフィルタとした。
（実施例４）
透明基板をサファイア（厚さ０．３ｍｍ）に変更し、光学多層膜の構成を表４に示す構成に変更した以外は、実施例１と同様の近赤外線カットフィルタとした。
透明基板をサファイア（厚さ０．３ｍｍ）に変更し、光学多層膜の構成を表４に示す構成に変更した以外は、実施例１と同様の近赤外線カットフィルタとした。
（実施例５）
光学多層膜を表５に示すような酸化チタン（高屈折率膜、波長５００ｎｍにおける屈折率２．４７）と酸化ケイ素（低屈折率膜、波長５００ｎｍにおける屈折率１．４６）との交互積層構造とした以外は、実施例１と同様の近赤外線カットフィルタとした。
光学多層膜を表５に示すような酸化チタン（高屈折率膜、波長５００ｎｍにおける屈折率２．４７）と酸化ケイ素（低屈折率膜、波長５００ｎｍにおける屈折率１．４６）との交互積層構造とした以外は、実施例１と同様の近赤外線カットフィルタとした。
（実施例６）
光学多層膜を表６に示す構成に変更した以外は、実施例１と同様の近赤外線カットフィルタとした。
光学多層膜を表６に示す構成に変更した以外は、実施例１と同様の近赤外線カットフィルタとした。
（比較例１）
光学多層膜の構成を表７に示す構成に変更した以外は、実施例１と同様の近赤外線カットフィルタとした。なお、比較例１の近赤外線カットフィルタは、入射角を０度としてのみリップルの発生の評価を行い、入射角を４０度としたリップルの発生の評価は行わずに、各膜の厚みを微調整したものである。
光学多層膜の構成を表７に示す構成に変更した以外は、実施例１と同様の近赤外線カットフィルタとした。なお、比較例１の近赤外線カットフィルタは、入射角を０度としてのみリップルの発生の評価を行い、入射角を４０度としたリップルの発生の評価は行わずに、各膜の厚みを微調整したものである。
（比較例２）
光学多層膜の構成を表８に示す構成に変更した以外は、実施例１と同様の近赤外線カットフィルタとした。なお、比較例２の近赤外線カットフィルタは、入射角を０度としてのみリップルの発生の評価を行い、入射角を４０度としたリップルの発生の評価は行わずに、各膜の厚みを微調整したものである。
光学多層膜の構成を表８に示す構成に変更した以外は、実施例１と同様の近赤外線カットフィルタとした。なお、比較例２の近赤外線カットフィルタは、入射角を０度としてのみリップルの発生の評価を行い、入射角を４０度としたリップルの発生の評価は行わずに、各膜の厚みを微調整したものである。
実施例および比較例の近赤外線カットフィルタについて、自作の光学薄膜シミュレーションソフトと市販のソフト（ＴＦＣａｌｃ、Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｓｐｅｃｔｒａ社製）を用いて、入射角を変化させたときの分光特性を求めた。
図４〜２７に、各実施例および比較例の近赤外線カットフィルタの分光特性を示す。なお、分光特性は、各実施例および比較例の近赤外線カットフィルタについて、分光透過率特性（３５０〜１０５０ｎｍの波長範囲および３５０〜８５０ｎｍの波長範囲）、分光反射率特性（３５０〜８５０ｎｍ）の順に示した。ここで分光反射率は透明基板側から入射した光に対する反射率を表わす。
表９に、各実施例および比較例の近赤外線カットフィルタについて、入射角が０度と４０度のときの４５０ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲の平均透過率Ｔ１、Ｔ３、４５０ｎｍ以上５５０ｎｍ未満の波長範囲の透過率Ｔ２、Ｔ４の最小値Ｔ７、Ｔ８、平均透過率Ｔ１、Ｔ３と最小値Ｔ７、Ｔ８との差（Ｔ１−Ｔ７）、（Ｔ３−Ｔ８）を示す。表１０に、各実施例および比較例の近赤外線カットフィルタについて、入射角が０度と４０度のときの半値波長を示す。表１１に、各実施例および比較例の近赤外線カットフィルタについて、入射角が、０度、１０度、２０度、３０度、および４０度のときの４５０ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲の平均透過率を示す。
さらに、表１２〜１４に、各実施例および比較例の近赤外線カットフィルタについて、青、緑、赤の平均反射率、およびＣＩＥ１９３１表色系において算出される色度（ｘ，ｙ）を示す。また、表１２〜１４の色度（ｘ，ｙ）を図２８〜３５に示す。色度（ｘ，ｙ）は、透明基板側からみた反射に対する色度である。
なお、本発明では、波長５００ｎｍにおける透明基板および各膜の屈折率を代表値として使用しているが、シミュレーション上は屈折率の波長依存性を考慮した。屈折率には、分散などと呼ばれる波長依存性がある。例えば、３００〜１３００ｎｍの波長範囲において、本発明に使用される透明基板材料および膜物質などでは、波長が短いほど屈折率が大きく、波長が長くなると屈折率は小さくなる傾向がある。これら波長−屈折率の関係は線形関係ではない。
上記結果から明らかなように、実施例の近赤外線カットフィルタは、入射角によらず平均透過率からの透過率の差が７．０％以下となり、過度なリップルの発生が抑制されている。また、実施例の近赤外線カットフィルタは、入射角によらず過度な反射色の変化が抑制されている。一方、比較例の近赤外線カットフィルタは、入射角が小さいときにはリップルが抑制されているが、入射角が大きくなると平均透過率からの透過率の差が７．０％を超えるような大きなリップルが発生する。
上記は入射角０度および４０度で適正化を行った結果であるが、入射角０度と４０度と異なる入射角（たとえば４５度）で適正化を行うことにより、過度なリップルの発生および過度の反射色の変化を抑制しても良い。
１０…近赤外線カットフィルタ、１１…透明基板、１２…光学多層膜、１２ａ…高屈折率膜、１２ｂ…低屈折率膜、１００…撮像装置、１１０…カバーガラス、１２０…レンズ群、１３０…絞り、１４０…ローパスフィルタ、１５０…固体撮像素子、１６０…筐体。
Claims (13)
- 透明基板と、前記透明基板上に設けられた光学多層膜とを有する近赤外線カットフィルタであって、
前記光学多層膜は、波長５００ｎｍにおける屈折率が２．０以上である高屈折率膜と、波長５００ｎｍにおける屈折率が１．６未満である低屈折率膜との交互積層構造を有し、
前記近赤外線カットフィルタの分光透過率特性は、光の入射角が０度のとき、４５０ｎｍ以上５５０ｎｍ未満の波長範囲の少なくとも一部に４５０ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲の平均透過率からの透過率の差が１．６５％以上となる部分を有し、光の入射角が４０度のとき、４５０ｎｍ以上５５０ｎｍ未満の波長範囲の少なくとも一部に４５０ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲の平均透過率からの透過率の差が３．５％以上となる部分を有し、かつ４５０ｎｍ以上５５０ｎｍ未満の波長範囲の全域で４５０ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲の平均透過率からの透過率の差が７．０％以下である近赤外線カットフィルタ。 - 前記近赤外線カットフィルタの分光透過率特性は、光の入射角が０度のとき、４５０ｎｍ以上５５０ｎｍ未満の波長範囲の全域で透過率が８５％以上である請求項１記載の近赤外線カットフィルタ。
- 前記近赤外線カットフィルタの分光透過率特性は、光の入射角が０度のとき、５５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長範囲の全域で透過率が９２％以上である請求項１または２記載の近赤外線カットフィルタ。
- 前記高屈折率膜と、前記高屈折率膜に対して前記透明基板側とは反対側に隣接して配置される前記低屈折率膜とからなる積層単位を複数有し、前記透明基板に最も近い積層単位および前記透明基板から最も離れた積層単位を除いた残部の積層単位の部分について、前記高屈折率膜の光学膜厚Ｌ１および前記低屈折率膜の光学膜厚Ｌ２から以下の式により求められる光学膜厚比Ｌが０．２２を超えて０．５０未満である積層単位の個数が２以下である請求項１乃至３のいずれか１項記載の近赤外線カットフィルタ。
Ｌ＝Ｌ１／Ｌ２ - 前記近赤外線カットフィルタの分光透過率特性は、光の入射角が０度から４０度のとき、８７０〜１１００ｎｍの波長範囲の平均透過率が３％以下である請求項１乃至４のいずれか１項記載の近赤外線カットフィルタ。
- 前記近赤外線カットフィルタの分光透過率特性は、紫外側の半値波長が４０５ｎｍ以下、近赤外側の半値波長が７５０ｎｍ以上である請求項１乃至５のいずれか１項記載の近赤外線カットフィルタ。
- 前記高屈折率膜は、酸化チタンまたは酸化ニオブのいずれか１種からなり、前記低屈折率膜は酸化ケイ素からなる請求項１乃至６のいずれか１項記載の近赤外線カットフィルタ。
- 前記近赤外線カットフィルタの反射色は、光の入射角が、０度から８０度のいずれでも無彩色である請求項１乃至７のいずれか１項記載の近赤外線カットフィルタ。
- 固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の撮像面側に配置された請求項１乃至８のいずれか１項記載の近赤外線カットフィルタと
を有する撮像装置。 - 前記近赤外線カットフィルタは前記固体撮像素子を外部環境から保護するカバーガラスである請求項９記載の撮像装置。
- 機器本体と、
前記機器本体の内部に少なくとも一部が収容されるとともに、他の部分が外部に露出して配置された請求項９または１０記載の撮像装置と
を有する電子機器。 - 前記電子機器は、携帯型電子機器である請求項１１記載の電子機器。
- 前記携帯型電子機器は、携帯電話機またはスマートフォンである請求項１２記載の電子機器。
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