KR20180019088A

KR20180019088A - 광학 필터 및 촬상 장치

Info

Publication number: KR20180019088A
Application number: KR1020177034937A
Authority: KR
Inventors: 요시하루 오이; 히로시 구마이; 가즈히코 시오노; 히로키 호타카
Original assignee: 아사히 가라스 가부시키가이샤
Priority date: 2015-09-25
Filing date: 2016-09-23
Publication date: 2018-02-23
Also published as: CN107710034A; CN107710034B; US20180095203A1; US10746908B2; WO2017051867A1; KR101887846B1; JP6222413B2; JPWO2017051867A1

Abstract

입사각 의존성이 억제되어, 가시광 투과율이 높은 광학 필터를 제공한다. 파장 685 내지 715nm에 흡수 극대 파장 λ(DA_T_min)를 갖는 제1 근적외선 흡수제(DA)와, 흡수 극대 파장 λ(DA_T_min)보다도 장파장측의 파장 705 내지 725nm 또는 파장 725nm 초과 900nm 이하에 흡수 극대 파장 λ(DB_T_min)를 갖는 제2 근적외선 흡수제(DB)를 포함하고, 특정한 흡광 특성을 만족시키는 흡수층과, 파장 700 내지 1150nm에 있어서 특정한 반사 특성을 만족시키는 유전체 다층막을 포함하는 반사층을 갖고, 가시광과 근적외광의 경계 영역에 있어서의 반사층의 투과율과 흡수층의 투과율이 특정한 관계를 갖는 광학 필터.

Description

광학 필터 및 촬상 장치

가시광을 투과하고, 근적외광을 차단하는 광학 필터 및 해당 광학 필터를 구비한 촬상 장치에 관한 것이다.

고체 촬상 소자를 사용한 촬상 장치에는, 색조를 양호하게 재현하여 선명한 화상을 얻기 위해, 가시 영역의 광(이하 「가시광」이라고도 함)을 투과하고 근적외 영역의 광(이하 「근적외광」이라고도 함)을 차단하는 광학 필터가 사용된다. 해당 광학 필터로서는, 근적외 흡수 색소를 포함하는 흡수층과, 자외 영역의 광(이하 「자외광」이라고도 함) 및 근적외광을 차단하는 유전체 다층막을 포함하는 반사층을 구비한 근적외 커트 필터가 알려져 있다(특허문헌 1 내지 3 참조). 즉, 유전체 다층막 그 자체는, 입사각에 의해 분광 투과율 곡선이 변화되기 때문에, 반사층과 흡수층의 양쪽을 포함하는 근적외선 커트 필터는, 흡수층의 흡수 특성에 의해 입사각 의존성이 억제된 분광 투과율 곡선이 얻어진다.

흡수층은, 예를 들어 파장 700 내지 750nm에 흡수 극대를 나타냄과 함께 파장 630 내지 700nm의 광 흡수 곡선이 급준한 근적외선 흡수 색소를, 투명 수지로 분산시켜 얻어진다. 여기서, 흡수층이, 시감도가 높은 파장 440 내지 600nm의 광의 투과율 저하를 초래하지 않도록, 해당 색소의 함유량을 적게 하면, 소정의 흡수율이 얻어지는 근적외 흡수대가 좁아진다. 이 경우, 반사층의 입사각 의존성이 현재화되어 차광이 불충분한 파장 영역이 출현하는 경우가 있다.

특허문헌 1, 2의 광학 필터는, 파장 600 내지 700nm 중, 투과율이 크게 변화되는 투과율 천이 영역에 있어서의 투과율 50％ 초과의 파장 영역에서, 흡수층에 의한 투과율의 입사각 의존성의 저감 효과가 대체로 얻어진다. 그러나, 해당 투과율 천이 영역 중 투과율 50％ 이하의 파장 영역에서는, 흡수층에서도 충분히 광 흡수할 수 없고, 반사층에서의 분광 투과율의 입사각 의존성이, 광학 필터의 입사각 의존성이 되어 현재화되는 문제가 있었다.

그래서, 입사각 의존성을 억제하는 흡수대를 확대하기 위해, 흡수 극대 파장이 다른 2종 이상의 근적외선 흡수 색소를 포함하는 흡수층이 검토되고 있다. 특허문헌 2, 3은, 흡수 극대 파장이 다른 2종 이상의 근적외선 흡수 색소를 사용 가능한 광학 필터를 개시하고 있다. 또한, 특허문헌 4는, 흡수 극대 파장이 각각, 파장 695 내지 720nm와 파장 720 내지 800nm의 다른 2종의 근적외선 흡수 색소를 포함하는 흡수층을 사용한 광학 필터를 개시하고 있다. 또한, 특허문헌 5는, 흡수 극대 파장이 각각, 파장 685nm와 파장 702nm의 다른 2종의 광 흡수제를 포함하는 흡수층을 사용한 광학 필터를 개시하고 있다.

이렇게 2종의 근적외선 흡수 색소를 포함하는 흡수층을 구비한 광 필터는, 투과율 천이 영역에 있어서의, 투과율의 입사각 의존성을 억제하기 쉽다. 그러나, 해당 색소의 첨가량을 많게 하여 근적외광의 흡수성을 높이려고 하면, 약간이라도 광 흡수를 확인할 수 있는 흡수대가 브로드화되어, 원래 높은 투과율이 얻어져야 할 가시광의 투과율까지 저하된다. 한편, 해당 색소의 첨가량을 적게 하면, 흡수에 의한 근적외광의 차단능이 저하되므로, 상기한 입사각 의존성이 현재화된다. 그 결과, 입사각 의존성의 억제와, 높은 가시광 투과율을 얻는 것은, 상반된 관계에 있어, 양쪽 특성이 얻어지는 광학 필터를 실현할 수 없는 문제가 있었다.

일본 특허 공개 제2013-190553호 공보 일본 특허 공개 제2014-052482호 공보 국제 공개 제2014/002864호 국제 공개 제2012/169447호 한국 등록 특허 제1453469호 공보

본 발명은, 시감도가 높은 파장 440 내지 600nm의 가시광에 대하여, 고투과율을 유지하고, 고체 촬상 소자의 감도가 높은 파장 700 내지 1150nm의 광에 대하여 고차단성이 얻어지는 광학 필터의 제공을 목적으로 한다. 또한 본 발명은, 상기 광학 특성에 더하여, 파장 600 내지 690nm의 광에 대한 고체 촬상 소자의 분광 감도를, 시감도 곡선 상당의 고효율 곡선에 근사 보정하여, 입사각 0° 내지 30°의 입사광에 대한 분광 투과율 곡선의 변화가 적은 광학 필터 및 해당 광학 필터를 구비한 촬상 장치의 제공을 목적으로 한다.

본 발명은, 파장 685 내지 715nm에 흡수 극대 파장 λ(DA_T_min)를 갖는 제1 근적외선 흡수제(DA)와, 파장 705 내지 725nm에 흡수 극대 파장 λ(DB_T_min)를 갖는 제2 근적외선 흡수제(DB)를 포함하고, 또한 하기 (i-1) 내지 (i-3)을 만족시키는 흡수층과, 하기 (ii-1) 내지 (ii-2)를 만족시키는 유전체 다층막을 포함하는 반사층을 갖는 광학 필터를 제공한다.

(i-1) 10nm≤λ(DB_T_min)-λ(DA_T_min)<40nm이다.

(i-2) 파장 600nm의 광의 투과율이 80％ 이상, 파장 650nm의 광의 투과율이 40％ 이상, 파장 700nm의 광의 투과율이 3％ 이하, 또한 파장 714nm의 광의 투과율이 10％ 이하이다.

(i-3) 파장 580nm 내지 λ(DA_T_min)에 있어서, 투과율이 90％, 50％, 5％가 되는 파장을 각각, λSh(DAB_T90％), λSh(DAB_T50％), λSh(DAB_T5％)로 하면,

{λSh(DAB_T50％)-λSh(DAB_T90％)}≥{λSh(DAB_T5％)-λSh(DAB_T50％)}를 만족시킨다.

(ii-1) 파장 700 내지 1150nm에 있어서, 입사각 0°의 광에 대한 투과율이 5％ 이하가 되는 반사대를 갖는다.

(ii-2) 파장 680 내지 750nm에 있어서, 입사각 0°의 광에 대한 투과율이 50％가 되는 파장을 λ_R(0°_T50％)로 하고, 상기 흡수층의, 파장 580nm 내지 λ(DA_T_min)에 있어서의 투과율이 10％가 되는 파장을 λSh(DAB_T10％)로 하고, 파장 λ(DB_T_min) 내지 800nm에 있어서의 투과율이 5％가 되는 파장을 λLo(DAB_T5％)로 하면,

λSh(DAB_T10％)+30nm<λ_R(0°_T50％)<λLo(DAB_T5％)이다.

또한, 본 발명은, 파장 685 내지 715nm에 흡수 극대 파장 λ(DA_T_min)를 갖는 제1 근적외선 흡수제(DA)와, 파장 725nm 초과 900nm 이하에 흡수 극대 파장 λ(DB_T_min)를 갖는 제2 근적외선 흡수제(DB)를 포함하고, 또한 하기 (i-4) 내지 (i-6)을 만족시키는 흡수층과, 하기 (ii-3) 내지 (ii-5)를 만족시키는 유전체 다층막을 포함하는 반사층을 갖는 광학 필터를 제공한다.

(i-4) 40nm≤λ(DB_T_min)-λ(DA_T_min)≤215nm이다.

(i-5) 파장 600nm의 광의 투과율이 80％ 이상, 파장 650nm의 광의 투과율이 40％ 이상, 파장 λ(DA_T_min)의 광의 투과율이 3％ 이하이며, 파장 λ(DB_T_min)의 광의 투과율이 3％ 이하이다.

(i-6) 파장 580nm 내지 λ(DA_T_min)에 있어서, 투과율이 90％, 50％, 5％가 되는 파장을 각각, λSh(DAB_T90％), λSh(DAB_T50％), λSh(DAB_T5％)로 하면,

{λSh(DAB_T50％)-λSh(DAB_T90％)}≥{λSh(DAB_T5％)-λSh(DAB_T50％)}이다.

(ii-3) 파장 700 내지 1150nm에 있어서, 입사각 0°의 광에 대한 투과율이 5％ 이하가 되는 반사대를 갖는다.

(ii-4) 파장 680 내지 750nm에 있어서, 입사각 0°의 광에 대한 투과율이 50％가 되는 파장을 λ_R(0°_T50％)로 하고, 상기 흡수층의, 파장 580nm 내지 λ(DA_T_min)에 있어서의 투과율이 10％가 되는 파장을 λSh(DAB_T10％)로 하면,

λSh(DAB_T10％)+20nm<λ_R(0°_T50％)<λ_C(T_max)이다.

단, λ_C(T_max)는, 파장 λ(DA_T_min) 내지 λ(DB_T_min)에 있어서, 상기 흡수층의 투과율이 최대가 되는 파장이다.

(ii-5) 파장 640 내지 750nm에 있어서, 입사각 30°의 s 편광에 대한 투과율이 50％가 되는 파장을 λ_R(30°_Ts50％)로 하면, λ_R(0°_T50％)과 λ_R(30°_Ts50％)의 차 δλ_RSh(T50％)는, 0nm<δλ_RSh(T50％)≤25nm이다.

본 발명은, 시감도가 높은 파장 440 내지 600nm의 가시광에 대하여, 고투과율을 유지하고, 파장 700 내지 1150nm의 광에 대하여 높은 차단성이 얻어지는 저투과율을 실현하는 광학 필터가 얻어진다. 또한 본 발명은, 상기 광학 특성에 더하여, 파장 600 내지 690nm의 분광 투과율 곡선을, 시감도 곡선에 상당하는 높은 효율을 실현할 수 있는 곡선에 근사하여, 입사각 0° 내지 30°의 광에 대한 분광 투과율 곡선의 변화가 적은 광학 필터가 얻어진다. 또한, 그러한 광학 필터를 사용한 색 재현성이 우수한 촬상 장치가 얻어진다.

도 1a는 본 발명의 광학 필터의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 1b는 본 발명의 광학 필터의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 1c는 본 발명의 광학 필터의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 1d는 본 발명의 광학 필터의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 2는, 제1 실시 형태의 광학 필터에 있어서의 흡수 극대 파장이 다른 각 근적외 흡수제의 분광 투과율 곡선이다.
도 3은, 제1 실시 형태의 광학 필터에 있어서의 흡수층의 분광 투과율의 계산 결과(1)를 나타내는 그래프이다.
도 4는, 제1 실시 형태의 광학 필터에 있어서의 흡수층의 분광 투과율의 계산 결과(2)를 나타내는 그래프이다.
도 5는, 제1 실시 형태의 광학 필터의 제1 반사층의 분광 투과율의 계산 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6은, 제1 실시 형태의 광학 필터의 제2 반사층의 분광 투과율의 계산 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은, 제1 실시 형태의 광학 필터의 반사층의 분광 투과율의 계산 결과를 나타내는 그래프(1)이다.
도 8은, 제1 실시 형태의 광학 필터의 반사층의 분광 투과율의 계산 결과를 나타내는 그래프(2)이다.
도 9는, 제2 실시 형태의 광학 필터에 있어서의 흡수 극대 파장이 다른 각 근적외 흡수제의 분광 투과율 곡선이다.
도 10은, 제2 실시 형태의 광학 필터의 흡수층의 분광 투과율의 계산 결과를 나타내는 그래프(1)이다.
도 11은, 제2 실시 형태의 광학 필터의 흡수층의 분광 투과율의 계산 결과를 나타내는 그래프(2)이다.
도 12는, 제2 실시 형태의 광학 필터의 제1 반사층의 분광 투과율의 계산 결과를 나타내는 그래프이다.
도 13은, 제2 실시 형태의 광학 필터의 제2 반사층의 분광 투과율의 계산 결과를 나타내는 그래프이다.
도 14는, 제2 실시 형태의 광학 필터의 반사층의 분광 투과율의 계산 결과를 나타내는 그래프(1)이다.
도 15는, 제2 실시 형태의 광학 필터의 반사층의 분광 투과율의 계산 결과를 나타내는 그래프(2)이다.
도 16은, 본 발명의 촬상 장치의 일례를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 17a는, 실시예 1의 광학 필터(30)(a)의 분광 투과율의 계산 결과를 나타내는 그래프이다.
도 17b는, 실시예 1의 광학 필터(30)(d)의 분광 투과율의 계산 결과를 나타내는 그래프이다.
도 18은, 비교예 1의 광학 필터의 분광 투과율의 계산 결과를 나타내는 그래프이다.
도 19는, 비교예 2의 광학 필터의 분광 투과율의 계산 결과를 나타내는 그래프이다.
도 20a는, 실시예 2의 광학 필터(40)(a)의 분광 투과율의 계산 결과를 나타내는 그래프이다.
도 20b는, 실시예 2의 광학 필터(40)(d)의 분광 투과율의 계산 결과를 나타내는 그래프이다.
도 21a는, 실시예 3의 광학 필터(30)(a)의 분광 투과율의 계산 결과를 나타내는 그래프이다.
도 21b는, 실시예 3의 광학 필터(30)(d)의 분광 투과율의 계산 결과를 나타내는 그래프이다.
도 22a는, 실시예 4의 광학 필터(40)(a)의 분광 투과율의 계산 결과를 나타내는 그래프이다.
도 22b는, 실시예 4의 광학 필터(40)(d)의 분광 투과율의 계산 결과를 나타내는 그래프이다.
도 23은, 비교예 3의 광학 필터의 분광 투과율의 계산 결과를 나타내는 그래프이다.
도 24는, 비교예 4의 광학 필터의 분광 투과율의 계산 결과를 나타내는 그래프이다.

본 발명에 따른 광학 필터는, 흡수층 및 반사층을 갖고, 이하, 제1 내지 3의 실시 형태를 상세하게 설명한다.

(제1 실시 형태)

본 실시 형태의 광학 필터(이하, 제1 실시 형태의 설명 중 「본 필터」라고도 함)는, 흡수층을 1층 이상 갖는다. 흡수층을 2층 이상 갖는 경우, 각 층은 동일한 구성이어도 다른 구성이어도 된다. 예를 들어, 한쪽이, 후술하는 근적외선 흡수제(이하 「NIR 흡수제」라고도 약기함)를 포함하는 수지를 포함하는 근적외 흡수층이며, 다른 쪽이, 후술하는 근자외선 흡수제(이하 「UV 흡수제」라고도 약기함)를 포함하는 수지를 포함하는 근자외 흡수층이어도 된다. 또한, 근적외선 흡수제는, 제1 근적외선 흡수제(DA)와 제2 근적외선 흡수제(DB)가 동일한 수지층에 포함되어도 되고, 다른 수지층에 포함되어도 된다. 또한, 흡수층은, 그 자체가 기판(수지 기판)이어도 된다. 또한, 이후 「제1 근적외선 흡수제(DA)」는 「흡수제(DA)」, 「제2 근적외선 흡수제(DB)」는 「흡수제(DB)」, 그리고 「UV 흡수제(DU)」는 「흡수제(DU)」라고도 한다.

본 광학 필터에 있어서의 반사층은, 1 이상의 유전체 다층막을 갖는다. 유전체 다층막은, 모두 유전체막으로 구성되는 것에 한정되지 않고, 일부에 유전체 이외의 재료(예를 들어, 금속막)가 포함되어도 된다. 반사층이 2 이상의 유전체 다층막을 갖는 경우, 통상, 반사대가 상이한 복수의 유전체 다층막으로 구성된다. 이들 각 유전체 다층막 중의 각 막의 광학 막 두께의 평균값은, 반사대에 따라서 상이하다. 예를 들어, 한쪽이, 근적외 영역(700 내지 1150nm) 중 단파장측의 광을 차단하는 근적외 반사층이며, 다른 쪽이, 동일한 영역 중 장파장측 및 근자외 영역의 양쪽 영역의 광을 차단하는 근적외·근자외 반사층이 되는 구성을 들 수 있다.

본 필터는, 또한 투명 기판을 가져도 되고, 그 경우, 흡수층과 반사층은, 투명 기판의 동일 주면 상에 가져도 되고, 다른 주면 상에 가져도 된다. 흡수층과 반사층을 동일 주면 상에 갖는 경우, 이들의 적층순은 한정되지 않는다.

또한, 본 필터는, 가시광의 투과율 손실을 억제하는 반사 방지층 등의 다른 기능층을 가져도 된다. 특히, 본 필터의 흡수층이, 공기와 접하지 않도록, 흡수층 상에 반사 방지층을 형성해도 된다. 반사 방지층은, 흡수층의 주표면에 더하여, 측면 전체도 덮는 구성으로 해도 되고, 이 경우, 흡수층의 방습 효과가 높아진다.

이어서, 본 필터의 구성예를 나타낸다. 도 1a는, 흡수층(11)의 양쪽 주면 상에 각각 제1 반사층(12a)과 제2 반사층(12b)을 구비한 광학 필터(10)이다. 도 1b는, 흡수층(11)의 한쪽 주면 상에 제1 반사층(12a)과 제2 반사층(12b)을 순서대로 구비한 광학 필터(20)이다. 또한, 「흡수층(11)의 한쪽 주면 상에, 제1 반사층(12a) 등의 다른 층을 구비하는」이란, 흡수층(11)에 접촉하여 다른 층이 구비되는 경우에 한정되지 않고, 흡수층(11)과 다른 층의 사이에, 별도의 기능층(공간도 포함함)이 구비되는 경우도 포함하는 것으로 하며, 이하의 구성도 동일하다. 여기서, 광학 필터(10, 20)에 있어서의 흡수층(11)은, 투명 기판의 기능을 겸비해도 된다.

도 1c는, 투명 기판(13)의 양쪽 주면 상에 각각 제1 반사층(12a)과 제2 반사층(12b)을 구비하고, 제1 반사층(12a) 상에 흡수층(11)과 반사 방지층(14)을 순서대로 구비한 광학 필터(30)이다. 도 1d는, 투명 기판(13)의 한쪽 주면 상에 제1 반사층(12a)과 제2 반사층(12b)을 순서대로 구비하고, 투명 기판(13)의 다른 쪽 주면 상에 흡수층(11)과 반사 방지층(14)을 순서대로 구비한 광학 필터(40)이다. 도 1a 내지 도 1d는, 구성이 다른 2층의 유전체 다층막을 구비한 반사층을 포함하는 예이다. 전술한 바와 같이, 제1 반사층(12a)이 단파장측의 근적외광을 차단하는 근적외 반사층이며, 제2 반사층(12b)이 장파장측의 근적외광 및 자외광을 차단하는 근적외·근자외 반사층이어도 된다. 또한, 제1 반사층(12a)과 제2 반사층(12b)의 위치는 한정되지 않는다.

본 필터는, 하기 (1) 및 (2)를 만족시키면 된다.

(1) 입사각 0° 내지 30°의 분광 투과율 곡선에 있어서, 파장 440 내지 600nm에 있어서의 평균 투과율이 80％ 이상이다.

(2) 입사각 0° 내지 30°의 분광 투과율 곡선에 있어서, 파장 690 내지 720nm 전역의 투과율이 5％ 이하이다.

(1)의 평균 투과율은, 85％ 이상이 바람직하고, 90％ 이상이 보다 바람직하고, 95％ 이상이 더욱 바람직하다.

(2)의 투과율은, 3％ 이하가 보다 바람직하고, 2％ 이하가 더욱 바람직하다.

또한, 입사각 0°의 분광 투과율 곡선에 있어서, 파장 350 내지 390nm의 광에 대한 평균 투과율은, 10％ 이하이면 되고, 5％ 이하가 바람직하고, 1％ 이하가 보다 바람직하다.

이어서, 본 필터의 구성에 대하여 상세하게 설명한다.

<흡수층>

흡수층은, 흡수제(DA)와, 흡수제(DB)와, 투명 수지(B)를 함유하고, 전형적으로는, 투명 수지(B) 중에 흡수제(DA, DB)가 소정의 질량비로 균일하게 용해 또는 분산된 층이다. 또한, 흡수층은, 흡수제(DA, DB) 이외의 흡수제, 예를 들어 UV 흡수제(DU)를 함유해도 된다.

NIR 흡수제를 포함하는 흡수층의 광학적 성질은, 굴절률 n과 소쇠 계수 κ를 사용한 복소 굴절률 n-iκ로 표현되고, 흡수제 고유의 소쇠 계수 κ의 파장(λ)의존성에 따른 광 흡수에 따라서 분광 투과율이 변화된다. 흡수제가 투명 수지 중의 두께 방향으로 흡수제 농도 C로 균일하게 분산된 흡수층의 두께를 L이라 하면, 흡수층의 분광 투과율 T(λ)는, T(λ)=exp(-4πκL/λ)로 나타내어진다. 여기서, α=4πκ/λ는 흡수 계수이며, 상용 대수를 사용하여 표기하는 경우에는 T(λ)=10^- ^βL이 되고, 흡수 계수 β는 α에 log₁₀(e)=0.434를 곱한 값에 상당한다. 여기서, 흡광도 A는 -log₁₀{T(λ)}=βL로 나타내어진다. 흡수 계수 α 및 β는, 흡수층 중의 흡수제 농도 C에 의해 변화된다. 즉, 흡수층의 분광 투과율은, 흡수층 중의 흡수제 농도 C 및 흡수층의 두께 L에 의해 조정할 수 있고, 복수의 NIR 흡수제를 포함하는 경우도 동일하다.

그러나, NIR 흡수제는, 소쇠 계수 κ의 파장 의존성이 고유하고, 가시광에서 고투과율을 유지하며 흡수 작용에 의해 광역의 근적외광을 충분히 차단할 수 없다. 그 때문에, 본 필터는, 파장 685 내지 715nm에 흡수 극대 파장 λ(DA_T_min)를 갖는 흡수제(DA)를 사용하고, 흡수층 중의 흡수제 농도 C와 흡수층의 두께 L을 조정한다. 또한, 흡수제(DA)만을 포함하는 흡수층은, 예를 들어 λ(DA_T_min)의 광 투과율이 6％ 이하, 파장 600nm의 광의 투과율이 90％ 이상, 파장 650nm의 광의 투과율이 60％ 이상이 되는 급준한 분광 투과율 곡선을 실현한다.

도 2는, NIR 흡수제로서 스쿠아릴륨계 화합물을 포함하는 흡수층의 분광 투과율 곡선에 기초하여, 흡수 극대 파장이 685nm, 695nm, 705nm, 715nm 및 725nm로, 다른 5종의 NIR 흡수제로 조정한 계산 결과이다. 구체적으로, 흡수 극대 파장에서의 투과율이 10％가 되는 NIR 흡수제 농도(도 2 중에 「흡수 극대 파장-c」로 기재)와 그의 2.5배의 농도(도 2 중에 「흡수 극대 파장-d」로 기재)의 분광 투과율을 계산한 결과를 나타낸다. 또한, 투명 수지 중에 균일 분산된 NIR 흡수제의 농도 C와 투명 수지층의 두께 L의 곱 C×L이 흡수층의 실효 두께가 된다. 여기서, 흡수 극대 파장의 투과율이 10％가 되는 실효 두께를 기준값 1로 하고, 이후의 흡수층의 예는, 해당 기준값과의 비인 실효 두께비 CL로 나타낸다. 이 실효 두께비 CL은, 흡수층 중의 NIR 흡수제의 상대적인 면 밀도에 상당한다. 계산 결과는, 파장 685 내지 715nm에 λ(DA_T_min)를 갖는 스쿠아릴륨계 화합물과 동일 레벨의 소쇠 계수 κ의 파장 의존성을 갖는 NIR 흡수제를 사용하여, 농도 C 및 흡수층의 두께 L을 조정하고, 본 필터에 사용하는 흡수제(DA)를 포함하는 흡수층이 얻어지는 것을 나타낸다.

또한, 단일의 NIR 흡수제만의 사용은, 좁은 근적외 영역의 흡수 작용에 한정되기 때문에, 흡수가 불충분하다. 그 때문에, 파장 700 내지 1150nm의 광에 대하여, 투과율이 10％ 이상이 되는 투과대가 발생한다. 이 문제를 개선하기 위해, 본 필터는, 반사층을 병용하지만, 반사층의 반사대는 광의 입사각 및 입사 편광에 의존하여 시프트된다. 반사층은, 투과로부터 반사로 천이되는 파장 영역에 있어서, 입사각이 0° 내지 30°로 변화되면, 투과율 50％를 나타내는 파장이, 예를 들어 최대 약 40nm 단파장측으로 시프트된다. 그 때문에, 광학 필터가, 흡수제(DA)만을 포함하는 흡수층과 반사층을 갖는 경우, 입사각 0° 내지 30°의 광에 대하여, 가시광을 투과하고 파장 700nm 근방의 근적외광 투과율을 5％ 이하로 하며, 또한 입사각 및 입사 편광 의존성이 억제된 분광 투과율 곡선을 얻기 위해는, 파장 700nm 근방에서 투과율 10％ 이하가 되는 흡수 파장대폭 Δλ_abs(T10％)가, 40nm 이상 필요해진다. 본 명세서에 있어서, 「소정의 파장 근방의 범위」라고 하는 경우, 예를 들어 「파장 700nm 근방의 범위」란, 690 내지 710nm와 같이, 700nm를 포함하는 범위를 말한다.

그러나, 도 2의 계산예(실효 두께비 CL=2.5)는, Δλ_abs(T10％)가 기껏해야 35nm이기 때문에, Δλ_abs(T10％)를 더 확장하기 위해는, 흡수층 중의 흡수제(DA)의 실효 두께비 CL을 증가시킬 필요가 있다. 또한, λ(DA_T_min)보다 단파장측의 광의 투과율 저하를 억제하기 위해, 장파장측에 λ(DA_T_min)를 갖는 흡수제(DA)를 사용하면 된다. 그런데, 투명 수지 중에 균일하게 분산시킬 수 있는 흡수제의 농도에는 상한이 있고, 가시광에 약간이라도 흡수를 나타내는 NIR 흡수제를 사용하면, 가시광의 투과율 저하가 일어나버린다.

Δλ_abs(T10％)의 확장과 가시광 투과율 저하의 억제를 달성하기 위해, 본 필터의 흡수층은, 흡수제(DA)의 λ(DA_T_min)보다 장파장측에, 구체적으로는 파장 705 내지 725nm에 흡수 극대 파장 λ(DB_T_min)를 갖는 흡수제(DB)도 포함한다. 이 구성에 의해, 본 필터는, 가시광에서 고투과율을 유지하고, Δλ_abs(T10％)의 40nm 이상을 확보할 수 있다. 여기서, 흡수제(DB)는, 파장 705 내지 725nm에 λ(DB_T_min)를 갖고, 흡수제(DB)만 포함하는 흡수층을 가정했을 때의 각 투과율이, λ(DB_T_min)의 광에서 6％ 이하, 파장 600nm의 광에서 90％ 이상, 파장 650nm의 광에서 65％ 이상이 되도록 실효 두께비 CL을 조정하면 된다. 그리고, 도 2의 계산 결과에 기초하여, 파장 705 내지 725nm에 λ(DB_T_min)를 갖는 스쿠아릴륨계 화합물과 동일한 레벨의 분광 투과율 곡선의 NIR 흡수제를 사용하여 농도 조정하고, 본 필터에 사용하는 흡수층이 얻어진다.

이어서, λ(DA_T_min)=685nm의 흡수제(DA)와 λ(DB_T_min)=705nm의 흡수제(DB)를 사용하여, 각각의 실효 두께비(CL(A), CL(B))가, (1.2, 1.2), (1.2, 1.8), (1.4, 1.2), (1.4, 1.8)이 되도록 투명 수지에 함유시킨 흡수층을 얻는다. 도 3은, 파장 550 내지 800nm의 광에 대한 각 흡수층의 분광 투과율의 계산 결과이다. 해당 결과는 모두, 파장 600nm의 광의 투과율이 90％ 이상, 파장 650nm의 광의 투과율이 45％ 이상, 파장 685 내지 700nm의 광의 투과율이 2％ 이하, 파장 672 내지 714nm의 광의 투과율이 10％ 이하이다. 즉, 파장 600 내지 690nm의 광에 대하여 급준한 투과율 변화를 나타내어, Δλ_abs(T10％)≥40nm를 실현할 수 있다.

또한, 도 3의 결과로부터, 파장 580nm 내지 λ(DA_T_min)에 있어서, 투과율이 90％, 50％ 및 5％가 되는 파장을 각각 λSh(DAB_T90％), λSh(DAB_T50％) 및 λSh(DAB_T5％)로 했을 때, 어느 것에 있어서도, {λSh(DAB_T50％)-λSh(DAB_T90％)}≥{λSh(DAB_T5％)-λSh(DAB_T50％)}인 것을 알 수 있다.

상기 분광 투과율 곡선을 실현할 수 있는 실효 두께비 CL(A)과 CL(B)은, 상기 설정에 한정되지 않고, 예를 들어 CL(A)=1.2 내지 1.4에 있어서 CL(B)=1.2 내지 1.8이면 동일한 특성이 얻어진다. 또한, 다른 실효 두께비로 조정한 흡수층(DAB)에서도, 상기에 나타낸 소정의 분광 투과율, Δλ_abs(T10％)≥40nm가 얻어진다.

다른 예로서, λ(DA_T_min)=705nm의 흡수제(DA)와 λ(DB_T_min)=725nm의 흡수제(DB)를 사용하여, 각각의 실효 두께비(CL(A), CL(B))가, (2.0, 4.0), (2.0, 5.2), (2.4, 4.0), (2.4, 5.2)가 되도록 투명 수지에 함유시킨 흡수층(DAB)을 얻는다. 도 4는, 파장 550 내지 800nm의 광에 대한 각 흡수층의 분광 투과율의 계산 결과이다. 해당 결과는 모두, 파장 600nm의 광의 투과율이 90％ 이상, 파장 650nm의 광의 투과율이 50 내지 60％, 파장 691 내지 741nm의 광의 투과율이 2％ 이하, 파장 682 내지 745nm의 광의 투과율이 10％ 이하이다. 즉, 파장 600 내지 690nm의 광에 대하여 급준한 투과율 변화를 나타내어, Δλ_abs(T10％)≥60nm를 실현할 수 있다.

또한, 도 4의 결과로부터, 상기 동일한 λSh(DAB_T90％), λSh(DAB_T50％) 및 λSh(DAB_T5％)의 관계가, 어느 것에 있어서도, {λSh(DAB_T50％)-λSh(DAB_T90％)}≥{λSh(DAB_T5％)-λSh(DAB_T50％)}인 것을 알 수 있다.

상기 분광 투과율 곡선을 실현할 수 있는 실효 두께비 CL(A)과 CL(B)은, 상기 설정에 한정되지 않고, 예를 들어 CL(A)=2.0 내지 2.4에 있어서 CL(B)=4.0 내지 5.2이면 동일한 특성이 얻어진다. 또한, 다른 실효 두께비로 조정한 흡수층에서도, 상기에 나타낸 소정의 분광 투과율, Δλ_abs(T10％)≥60nm가 얻어진다.

이와 같이, 상기 흡수제(DA, DB)가, 소정의 실효 두께비(CL(A), CL(B))로 함유되는 흡수층을 구비한 본 필터는, 파장 600 내지 690nm의 분광 투과율 곡선을 시감도에 근사할 수 있어, Δλ_abs(T10％)≥40nm를 실현할 수 있다.

흡수제(DA) 및 흡수제(DB)는, 스쿠아릴륨계 화합물의 분광 투과율 곡선을 참조하였지만, 예를 들어 흡수제(DA)는, 시아닌계 화합물, 프탈로시아닌계 화합물, 나프탈로시아닌계 화합물, 디티올 금속 착체계 화합물, 디이모늄계 화합물 등, 다른 화합물을 포함하는 NIR 흡수제를 참조해도 된다. 흡수제(DB)는, 근적외 영역의 장파장측에서의 광 흡수를 광역에서 확보할 수 있도록, 화합물의 화학 구조를 조정하여 흡광 특성이 부여된 스쿠아릴륨계 화합물이나 시아닌계 화합물을 바람직하게 사용할 수 있다.

본 필터에 적합한 NIR 흡수제의 구체예는, 하기 일반식 (A1)로 나타내어지는 스쿠아릴륨계 화합물을 들 수 있다.

식(A1) 중의 기호는 이하와 같다.

X는, 독립적으로 하나 이상의 수소 원자가 탄소수 1 내지 12의 알킬기 또는 알콕시기로 치환되어 있어도 되는 하기 식 (1) 또는 식 (2)로 나타내어지는 2가의 유기기이다.

-(CH₂)_n1- … (1)

식 (1) 중 n1은, 2 또는 3이다.

-(CH₂)_n2-O-(CH₂)_n3- … (2)

식 (2) 중, n2와 n3은 각각 독립적으로 0 내지 2의 정수이며, n2+n3은 1 또는 2이다.

R¹은, 독립적으로 포화 환 구조를 포함해도 되고, 분지를 가져도 되는 탄소수 1 내지 12의 포화 또는 불포화 탄화수소기, 탄소수 3 내지 12의 포화 환상 탄화수소기, 탄소수 6 내지 12의 아릴기 또는 탄소수 7 내지 13의 아르아릴기를 나타낸다.

R² 및 R³은, 독립적으로 수소 원자, 할로겐 원자 또는, 탄소수 1 내지 10의 알킬기 또는 알콕시기를 나타낸다.

R⁴는, 독립적으로 하나 이상의 수소 원자가 할로겐 원자, 수산기, 카르복시기, 술포기 또는 시아노기로 치환되어 있어도 되고, 탄소 원자 사이에 불포화 결합, 산소 원자, 포화 또는 불포화의 환 구조를 포함해도 되는, 적어도 1 이상의 분지를 갖는 탄소수 5 내지 25의 탄화수소기이다.

상기 일반식 (A1)로 표시되는 화합물은, 가시 영역과 근적외 영역의 경계 부근의 흡수 스펙트럼에 있어서의 경사가 급준하고, 또한 근적외광에 대한 차단능도 높다. 그 때문에, 흡수층은, 해당 화합물을 소량 첨가해도 우수한 흡수 특성을 갖고, 광학 필터의 박형화 및 소형화를 실현할 수 있다. 또한, 상기 일반식 (A1)로 표시되는 화합물은, 내열성이 우수하기 때문에, 열 프로세스 중의 분광 투과율의 변화도 억제할 수 있다.

스쿠아릴륨계 화합물은, 예를 들어 WO2012/169447을 참조할 수 있고, 해당 문헌에는, 흡수 극대 파장 695 내지 747nm를 나타내는 화합물이 개시된다. 또한, 각종 투명 수지에 스쿠아릴륨계 화합물을 포함하는 흡수층은, 예를 들어 WO2014/088063을 참조할 수 있고, 해당 문헌에는, 흡수 극대 파장 691 내지 722nm의 실시예가 개시된다. 또한, WO2014/030628도 참조할 수 있고, 해당 문헌에는, 투명 수지에, 흡수 극대 파장이 694nm, 740nm, 747nm를 나타내는 시아닌계 화합물과, 흡수 극대 파장이 681nm를 나타내는 프탈로시아닌계 화합물을 포함하는 흡수층의 구체예가 개시된다.

<흡수층의 조건(제1 실시 형태)>

흡수층은, 하기 (i-1)의 관계의 흡수제(DA) 및 흡수제(DB)를 포함하고, 하기 (i-2), (i-3)의 조건을 만족시킨다. 흡수층은, 하기 (i-2), (i-3)의 조건을 만족시키도록, 각 흡수제의 농도 C 및 두께 L을 조정하여 얻어진다.

(i-1) 10nm≤λ(DB_T_min)-λ(DA_T_min)<40nm이다.

(i-2) 파장 600nm의 광의 투과율이 80％ 이상, 파장 650nm의 광의 투과율이 40％ 이상, 파장 700nm의 광의 투과율이 3％ 이하, 파장 714nm의 광의 투과율이 10％ 이하이다.

(i-3) {λSh(DAB_T50％)-λSh(DAB_T90％)}≥{λSh(DAB_T5％)-λSh(DAB_T50％)}이다.

단, λSh(DAB_T90％), λSh(DAB_T50％) 및 λSh(DAB_T5％)는 각각, 파장 580nm 내지 λ(DA_T_min)에 있어서, 투과율이 90％, 50％ 및 5％가 되는 파장을 나타낸다.

(i-2)에 있어서, 파장 600nm의 광의 투과율은 90％ 이상이 바람직하고, 파장 650nm의 광의 투과율은 45％ 이상이 바람직하고, 파장 700nm의 광의 투과율은 2％ 이하가 바람직하고, 또한 파장 714nm의 광의 투과율은 5％ 이하가 바람직하다. 파장 650nm의 광의 투과율은 50％ 이상이 더욱 바람직하다.

(i-3)은, 흡수층에 의한 광 흡수에 의해, 투과율이 90％로부터 5％로 감소하는 가시 영역의 분광 투과율 곡선의 경사의 규정이며, 파장폭{λSh(DAB_T5％)-λSh(DAB_T50％)}이 파장폭{λSh(DAB_T50％)-λSh(DAB_T90％)}보다 좁을수록, 투과율 천이 영역의 장파장측에서 급준한 차광성이 얻어져 바람직하다. 또한, 상기 규정은, 흡수제(DA, DB)를 사용하여, CL을 조정하면 되고, 상기 규정을 만족시킴으로써, 파장 690 내지 720nm의 광에 대한 높은 차광성과, 파장 600 내지 690nm의 광에 대한 분광 감도 보정을 효율적으로 실현할 수 있다.

<반사층>

흡수제(DA, DB)를 포함하는 흡수층은, 그 자체만으로는, 고체 촬상 소자가 감도를 갖는 파장 350 내지 1150nm의 광 중, 파장 350 내지 390nm의 근자외광, λ(DB_T_min)보다 장파장측의 근적외광의 차광이 불충분하다. 반사층은, 가시광을 투과하고, 근자외광 및 근적외광의 차광성을 향상시키는 기능을 구비하므로, 본 필터를 구비한 촬상 장치에서는, 고체 촬상 소자가 가시광만 유효하게 검지할 수 있다.

또한, 반사층은, 상술한 바와 같이, 입사각의 증가에 따라서 분광 투과율 곡선의 반사대가 단파장측으로 시프트된다. 즉, 반사층은, 소정의 투과율(예를 들어 50％)을 나타내는 파장에서 보았을 때, 광의 입사각에 의존하여 해당 파장이 변화되고, 입사각의 변화량에 의해, 해당 파장의 차분량에 상당하는 시프트량(단위 [nm])도 변화된다. 또한, 반사층은, 동일한 입사각의 광에서도 편광 성분에 의해 시프트량이 상이하다. 그 때문에, 본 필터는, 반사층에 있어서의 입사각 의존성이나 편광 의존성을 고려한 후에, 가시광의 분광 투과율 곡선을 유지하고, 불필요한 근자외광 및 근적외광의 높은 차광성을 나타내는 설계에 기초하여 얻어진다.

반사층은, 근적외 영역의 특정한 파장 λ₀에 대하여 광학 막 두께가 λ₀/4가 되는 유전체 다층막의 구성으로 하면, λ₀ 근방뿐만 아니라 λ₀/3 근방에도 반사대가 생성된다. 이 반사층의 특성에 의해, 일군(一群)의 유전체 다층막은, 파장 400nm 이하의 근자외광 및 파장 725 내지 1150nm의 근적외광의 차광이 가능해진다.

유전체 다층막의 재료는, 가시광 투과율이 높고, 고굴절률의 유전체막의 굴절률과 저굴절률의 유전체막의 굴절률을 각각, n_H, n_L로 했을 때, (n_H-n_L)/(n_H+n_L)이 크면, 후술하는 소정의 근적외 반사대폭 Δλ_NIR의 확보나 높은 반사율이 얻어지기 쉽다. 이하, 고굴절률의 유전체막은 「고굴절률막」, 저굴절률의 유전체막은 「저굴절률막」이라고도 한다. 예를 들어, 가시 파장 588nm에 있어서, n_H≥2.15의 고굴절률막은, TiO₂, Ta₂O₅, Nb₂O₅, ZnS, ZnSe 등을 들 수 있고, 저굴절률막은, n_L=1.46의 SiO₂ 이외에 n_L≤1.38의 Na₅Al₃F₁₄, Na₃AlF₆, MgF₂ 등을 들 수 있다. 또한, 유전체 다층막 중에는, 분광 투과율 곡선의 조정, 막 응력 저감, 밀착성 향상 등의 목적으로, 고굴절률막, 저굴절률막 이외에, 중간 굴절률을 나타내는 유전체막을 포함해도 된다.

또한, 반사층은, 파장 700 내지 1150nm에서, 고반사성을 나타내는 450nm 정도의 반사대폭 Δλ_NIR을 확보하기 위해, 최대 반사 파장 λ₀이 다른 2종의 유전체 다층막을 포함하는 구성으로 해도 된다. 구체적으로, 해당 구성의 반사층은, 근적외 영역 중, 단파장측의 반사대용인 제1 반사층과, 장파장측의 반사대용인 제2 반사층의 2종(군)의 유전체 다층막을 포함하고, 이후의 설명도, 2종의 유전체 다층막을 포함하는 것으로서 설명한다.

여기서, 반사층은, 흡수층에 있어서의 상술한 Δλ_abs(T10％)를 나타내는 대역 내에, 파장 λ_R(0°_T50％) 내지 λ_R(30°_Ts50％)이 포함되면 된다. 또한, λ_R(0°_T50％) 및 λ_R(30°_Ts50％)은 모두, 반사층에 있어서의, 근적외 영역의 단파장측에서의 반사 특성 지표이며, 전자는 파장 680 내지 750nm에 있어서 입사각 0°의 광에 대한 투과율 50％가 되는 파장, 후자는 파장 640 내지 750nm에 있어서 입사각 30°의 s 편광의 광에 대한 투과율 50％가 되는 파장을 나타낸다. 또한, 후자는 파장 680 내지 750nm의 파장 범위에 있으면 보다 바람직하다. 본 필터는, 상기 관계를 만족시킴으로써, 입사각 0° 내지 30°의 광에 대한 투과율의 입사각 의존성이 저감되므로 바람직하다.

또한, 상술한 바와 같이 반사층은, 편광 의존성도 고려한 설계가 바람직하다. 구체적으로, 입사각 0°를 기준으로, 입사각의 증가에 따라서 각 유전체막의 간섭 광로 길이차 및 실효 굴절률의 변화를 고려하면, 반사대의 중심 파장이 단파장측으로 시프트됨과 함께, p 편광에 대하여 반사대폭의 감소, s 편광에 대하여 반사대폭의 증가를 초래한다. 그 결과, 입사각이 0° 내지 30°로 변화되었을 때, 근적외 반사대폭 Δλ_NIR의 단파장측에서 투과율 50％가 되는 최단파장은, 입사각 30°일 때의 s 편광의 파장 λ_RSh(30°_Ts50％)에 상당한다. 한편, Δλ_NIR의 장파장측에서 투과율 50％가 되는 최단파장은, 입사각 30°일 때의 p 편광의 파장 λ_RLo(30°_Tp50％)에 상당한다.

이렇게 반사층은, 입사각 의존성 및 편광 의존성(이하 「입사각/편광 의존성」이라고도 함)을 고려하면, 파장 700nm 근방에 있어서의, 입사각 0° 내지 30°의 광에 대한 투과율 50％의 최대 파장 시프트량 δλ_RSh(T50％)[nm]는, 이하의 관계로 나타나고, 예를 들어 40nm 정도의 값이 된다. 또한, δλ_RSh(T50％)는, 입사각과 함께 증가한다.

δλ_RSh(T50％)=λ_R(0°_T50％)-λ_R(30°_Ts50％)

한편, 흡수층은, 입사각이나 입사광의 편광에 의한 분광 투과율 곡선의 변화는 거의 없다.

따라서, 본 필터는, 반사층이 초래하는 투과율의 입사각/편광 의존성에 의해, λ_R(0°_T50％) 내지 λ_R(30°_Ts50％)의 범위에서 시프트가 발생하였다고 해도, 해당 범위가, 흡수층이 소정의 투과율 이하를 나타내는 흡수 파장대로 수렴되어 있으면 된다. 예를 들어, 흡수층에 대해서, 파장 700nm 근방에서 투과율 50％가 되는 파장 중, 장파장측의 파장을 λLo(DAB_T50％)로 할 때, 본 필터가,

λSh(DAB_T50％)≤λ_R(30°_Ts50％)<λ_R(0°_T50％)≤λLo(DAB_T50％)

의 관계를 만족시키면, 파장 600 내지 750nm에 있어서의 분광 투과율의 입사각/편광 의존성을 억제할 수 있다. 즉, 상기 조건을 만족시키는 본 필터는, 파장 600 내지 750nm에 있어서의 분광 투과율의 입사각/편광 의존성이, 투과율 25％(=50％×50％) 이하가 되는 파장 영역에만 한정되어 나타나므로 바람직하다. 예를 들어, 반사층의 최대 파장 시프트량 δλ_RSh(T50％)이 40nm일 때, 흡수층의 근적외 흡수 파장대폭 Δλ_abs(T50％)는 40nm 이상이면 된다.

본 필터는, 반사층이 초래하는 투과율의 입사각/편광 의존성을 보다 저감시키기 위해, 흡수층에 대해서, 파장 700nm 근방에서 투과율 10％가 되는 파장 중, 단파장측의 파장을 λSh(DAB_T10％), 장파장측의 파장을 λLo(DAB_T10％)로할 때,

λSh(DAB_T10％)≤λ_R(30°_Ts50％)<λ_R(0°_T50％)≤λLo(DAB_T10％)

의 관계를 만족시키면, 보다 바람직하다. 즉, 상기 조건을 만족시키는 본 필터는, 파장 600 내지 750nm에 있어서의 분광 투과율의 입사각/편광 의존성이 투과율 5％(=10％×50％) 이하가 되는 파장 영역에만으로 한정된다.

본 필터는, 반사층이 초래하는 투과율의 입사각/편광 의존성을 더 저감시키기 위해, 파장 700nm 근방에서 투과율 10％가 되는 파장 중, 입사각 30°일 때의 s 편광의 파장을 λ_RSh(30°_Ts10％), 입사각 0°일 때의 파장을 λ_R(0°_T10％)로 할 때,

λSh(DAB_T10％)≤λ_R(30°_Ts10％)<λ_R(0°_T10％)≤λLo(DAB_T10％)

의 관계를 만족시키면 더욱 바람직하다. 또한, λ_RSh(30°_Ts10％)는, 근적외 반사대폭 Δλ_NIR의 단파장측에서 투과율 10％가 되는 최단파장에 상당하고, λ_R(0°_T10％)은, Δλ_NIR의 단파장측에서 투과율 10％가 되는 최장파장에 상당한다. 상기 조건을 만족시키는 본 필터는, 파장 600 내지 750nm에 있어서의 분광 투과율의 입사각/편광 의존성이 투과율 1％(=10％×10％) 이하가 되는 파장 영역에만으로 한정된다.

또한, 본 필터는, 파장 λ(DB_T_min) 내지 λLo(DAB_T50％)의 투과율을 3％ 이하로 하기 위해, 반사층은, 근적외 반사대의 단파장측에서 입사각 0°일 때의 투과율이 5％가 되는 파장 λ_RSh(0°_T5％)가, 파장 λLo(DAB_T50％)보다 단파장측에 위치하는 설계이면 된다. 또한, 본 필터는, 파장 λ(DB_T_min) 내지 λLo(DAB_T50％)의 투과율을 0.5％ 이하로 하기 위해, 반사층은, 근적외 반사대의 단파장측에서 입사각 0°일 때의 투과율이 1％가 되는 파장 λ_RSh(0°_T1％)가, 파장 λLo(DAB_T50％)보다 단파장측에 위치하는 설계가 바람직하다.

또한, 본 필터의 반사층은, 근적외 반사대의 장파장측에서도 입사각/편광 의존성을 저감시킬 수 있으면 된다. 예를 들어, 반사층은, 입사각 30°의 p 편광의 투과율이 15％가 되는 파장 λLo(30°_Tp15％)>1150nm가 되는 설계이면 된다. 또한 반사층은, 입사각 30°에서 입사되는 p 편광의 투과율이 5％가 되는 파장 λLo(30°_Tp5％)>1150nm가 되는 설계가 바람직하다.

이와 같이, 반사층은, 입사각 0° 내지 30°의 광에 대한, 근적외 반사대의 장파장측에서 투과율 15％, 5％가 되는 최단파장은, 입사각 30°일 때의 p 편광이며 각각, 상기 λLo(30°_Tp15％)와 상기 λLo(30°_Tp5％)에 상당한다. 이들 파장이, 고체 촬상 소자가 감도를 갖는 1150nm보다 장파장측에 위치하는 반사층의 사양으로 함으로써, 본 필터는, 파장 550 내지 1150nm의 분광 투과율 곡선에 있어서의, 입사각/편광 의존성을 억제할 수 있어, 촬상 장치의 색재현성을 향상시킬 수 있다.

이어서, 본 필터에 있어서의, 반사층의 조건을 나타낸다.

<반사층의 조건(제1 실시 형태)>

(ii-1) 반사층은, 파장 700 내지 1150nm에 있어서, 입사각 0°의 광에 대한 투과율이 5％ 이하가 되는 반사대를 갖는다.

(ii-2) 반사층은, 파장 680 내지 750nm에 있어서, 입사각 0°의 광에 대한 투과율이 50％가 되는 파장을 λ_R(0°_T50％)로 하면,

λSh(DAB_T10％)+30nm<λ_R(0°_T50％)<λLo(DAB_T5％)

를 만족시킨다. 단, λSh(DAB_T10％) 및 λLo(DAB_T5％)는, 흡수층이 각각, 파장 580nm 내지 λ(DA_T_min)의 광에 대하여, 투과율이 10％가 되는 파장, 파장 λ(DB_T_min) 내지 800nm의 광에 대하여, 투과율이 5％가 되는 파장을 나타낸다.

또한, (ii-1)에 있어서의 투과율은 3％ 이하가 바람직하다.

또한, 반사층의, 파장 700 내지 1150nm에 있어서의, 입사각 0° 내지 30°의 광에 대한 평균 투과율은, 미광(迷光) 억제를 위해 1％ 이하가 바람직하고, 0.5％ 이하가 보다 바람직하다.

이어서, 도 1c의 광학 필터(30)에 기초하여, 반사층의 구체적인 설계예를 나타낸다.

도 1c의 광학 필터(30)는, 제1 반사층(12a), 흡수층(11), 및 제2 반사층(12b)을 갖는다. 반사층(제1 반사층(12a) 및 제2 반사층(12b))은, 흡수층(11)의 흡수능이 낮은 파장 725 내지 1150nm의 근적외광을 반사하도록 유전체 다층막을 설계한다.

본 예의 제1 반사층(12a)은, (설계 1) 내지 (설계 3)의 순서대로 사양을 결정하였다. 제1 반사층(12a)은, 파장 720 내지 950nm에 반사대가 발생하도록, 설계 파장 λ₀=880nm에 대하여, n_H=2.37의 TiO₂와 n_L=1.45의 SiO₂를 교대 적층하고, 광학 막 두께 n_Hd_H와 n_Ld_L이 대략 λ₀/4가 되는 27층 구성으로 하였다(설계 1). 또한, 유전체 다층막의 굴절률 n_H 및 n_L은 파장에 의존하여 변화되기 때문에, 설계 파장 λ₀에 있어서의 굴절률값을 예시하고 있다.

이어서, 가시 영역에서의 리플 저감을 위해, TiO₂와 SiO₂의 27층에 있어서의 각 층의 광학 막 두께를 λ₀/4로부터 ±15％ 정도 빗나가게 한 구성으로 하였다(설계 2).

또한, 가시 영역의 리플 저감 효과 및 반사 방지 효과를 얻기 위해, 투명 기판과 해당 27층의 계면, 및 흡수층과 해당 27층의 계면에, 각 층이 λ₀/4보다 얇은 광학 막 두께가 되는 SiO₂/TiO₂/SiO₂의 3층을 각각 추가하여, 합계 33층으로 하였다(설계 3). 표 1은, (설계 3)의 구체적인 구성이다. 또한, 반사층의 분광 투과율 평가를 위해, 반사층의 전후에 구비한 투명 기판과 흡수층(투명 수지)은, 파장 880nm의 광에 있어서의 굴절률을 1.51로 하였다. 또한, 이후의 표 2 내지 4의 투명 기판 또는, 투명 기판 및 투명 수지의 굴절률도 동일하다.

도 5는, 제1 반사층(표 1)에 대해서, TiO₂와 SiO₂의 굴절률 파장 분산을 고려한, 입사각 0°일 때, 입사각 30°일 때의 p/s 편광의 각 분광 투과율의 계산 결과이다. 해당 계산 및 후술하는 도 6 내지 도 8에 나타내는 계산은, 공기 계면에서의 반사 손실을 고려하지 않았지만, 후술하는 반사 방지층에 의해 저감시킬 수 있다. 제1 반사층은, 입사각 0° 내지 30°의 광에 대한 각 투과율이, 파장 715 내지 1043nm의 광에서 50％ 이하, 파장 720 내지 957nm의 광에서 15％ 이하, 파장 722 내지 956nm의 광에서 10％ 이하, 파장 726 내지 953nm의 광에서 5％ 이하, 그리고 파장 736 내지 946nm의 광에서 1％ 이하가 되는 반사대를 갖고, 파장 420 내지 670nm의 가시광에서 평균 투과율이 99％ 이상을 나타낸다. 또한, 제1 반사층(표 1)은, 근적외 반사대의 최소 투과율이 0.004％ 정도이지만, 층수를 증가시킴으로써 더 저감시킬 수 있다.

표 2는, 광학 필터(30)의 제2 반사층(12b)의 설계예이며, (설계 1') 내지 (설계 3')의 순서대로 사양을 결정하였다. 먼저, 파장 350 내지 400nm와 파장 850 내지 1150nm에 반사대가 발생하도록, 설계 파장 λ₀=1024nm에 대하여, n_H=2.36의 TiO₂와 n_L=1.45의 SiO₂를 교대 적층하여, 광학 막 두께 n_Hd_H와 n_Ld_L이 대략 λ₀/4가 되는 23층 구성으로 하였다(설계 1').

이어서, 가시 영역에서의 리플 저감을 위해, TiO₂와 SiO₂의 23층 각 층의 광학 막 두께를 λ₀/4로부터 ±10％ 정도 빗나가게 한 구성으로 하였다(설계 2').

또한, 가시광의 리플 저감 효과 및 반사 방지 효과를 얻기 위해, λ₀/4보다 얇은 광학 막 두께에서, 공기와 해당 23층의 계면에 SiO₂를, 투명 기판과 해당 23층의 계면에 SiO₂와 TiO₂의 2층을, 각각 추가하여, 합계 26층으로 하였다(설계 3'). 표 2는, (설계 3')의 구체적인 구성이다.

도 6은, 제2 반사층(표 2)에 대해서, TiO₂와 SiO₂의 굴절률 파장 분산을 고려한, 입사각 0°일 때, 입사각 30°일 때의 p 편광/s 편광의 각 분광 투과율의 계산 결과이다. 제2 반사층은, 입사각 0° 내지 30°의 광에 대한 각 투과율이, 파장 836 내지 1244nm의 광에서 50％ 이하, 파장 853 내지 1210nm의 광에서 15％ 이하가 되는 반사 대역을 갖는다. 또한, 제2 반사층은, 각 투과율이, 파장 858 내지 1146nm의 광에서 10％ 이하, 파장 870 내지 1138nm의 광에서 5％ 이하, 파장 914 내지 1118nm의 광에서 1％ 이하가 되는 반사대를 갖고, 파장 420 내지 670nm의 가시광에서 평균 투과율 98％ 이상을 나타낸다. 또한, 제2 반사층(표 2)은, 근적외 반사대의 최소 투과율이 0.02％ 정도이지만, 층수를 증가시킴으로써 더 저감시킬 수 있다.

또한, 도 1a, 1c에 나타낸 광학 필터(10, 30)는, 제1 반사층(12a)과 제2 반사층(12b)이 이격 배치되어 이루어진다. 본 필터의 반사층은, 이들 이격 배치되는 경우도 포함하지만, 제1 반사층(12a)과 제2 반사층(12b)의 간격이, 입사광의 간섭 가능 길이보다 짧은 경우, 양자에서 발생하는 반사광의 간섭을 고려한 계산이 필요하다. 한편, 양자 간격이, 입사광의 간섭 가능 길이보다 긴 경우에는 간섭하지 않기 때문에, 반사광의 간섭의 고려는 불필요하다. 촬상 장치는, 피사체측으로부터 간섭 가능 길이가 짧은 자연광이 입사된다. 그 때문에, 촬상 장치에 탑재하는 광학 필터가, 두께 30㎛ 이상의 흡수층(11) 또는 투명 기판(13)의 양쪽 주면에, 제1 반사층(12a)과 제2 반사층(12b)을 구비하는 경우, 양자를 포함하는 반사층의 분광 투과율은, 이들의 간섭을 고려할 필요가 없다.

도 7은, 제1, 제2 반사층을 포함하는 「반사층」의 분광 투과율(입사각 0°, 입사각 30°에서 p/s 편광)의 계산 결과이다. 해당 반사층은, 입사각 0° 내지 30°의 광에 대하여, 각 투과율이, 파장 350 내지 380nm 및 파장 707 내지 1236nm의 광에서 50％ 이하, 파장 350 내지 377nm 및 파장 712 내지 1198nm의 광에서 15％ 이하, 파장 350 내지 376nm 및 파장 714 내지 1135nm의 광에서 10％ 이하, 파장 718 내지 1127nm의 광에서 5％ 이하, 그리고 파장 727 내지 1108nm의 광에서 1％ 이하를 나타낸다. 또한, 반사층은, 파장 420 내지 670nm의 가시광에서 평균 투과율 98％ 이상, 파장 730 내지 1150nm의 근적외광에서 평균 투과율 0.5％ 이하를 나타낸다.

또한, 예를 들어 도 7에 나타내는 반사층과 도 3에 나타내는 흡수층을 조합한 경우, 반사층이 파장 680 내지 750nm에 있어서, 입사각 0°의 광에 대한 투과율이 50％가 되는 파장을 λ_R(0°_T50％), 흡수층이 각각, 파장 580nm 내지 λ(DA_T_min)의 광에 대하여, 투과율이 10％가 되는 파장을 λSh(DAB_T10％), 파장 λ(DB_T_min) 내지 800nm의 광에 대하여, 투과율이 5％가 되는 파장을 λLo(DAB_T5％)로 하면, λSh(DAB_T10％)+30nm<λ_R(0°_T50％)<λLo(DAB_T5％)를 만족시킨다.

또한, 도 1b, 1d에 나타낸 광학 필터(20, 40)는, 제1 반사층(12a)과 제2 반사층(12b)이 적층되어 이루어진다. 이 경우, 양자의 계면의 반사광이 간섭하기 때문에, 제1 반사층(12a)과 제2 반사층(12b)을 연속된 하나의 광간섭성 유전체 다층막으로 하여 분광 투과율을 계산하면 된다. 예를 들어, 개별로 설계한 제1, 제2 반사층을 간단히 적층하면, 투과대나 반사대에 리플이 발생할 우려가 있다. 따라서, 해당 리플을 저감시키기 위해, 제1, 제2 반사층의 경계나 공기의 계면, 흡수층(11)과의 계면 등에 있어서의 유전체막의 두께나 각 유전체 다층막의 두께를 조정하면 된다.

도 8은, 도 1d의 광학 필터(40)에 대해서, 투명 기판(13)의 한쪽 주면에 제1, 제2 반사층을 연속해서 적층하고, TiO₂와 SiO₂를 59층 교대로 적층한 유전체 다층막을 포함하는 「반사층」의 분광 투과율(입사각 0°, 입사각 30°에서 p/s 편광)의 계산 결과이다. 해당 반사층은, λ₀=926nm에서 광학 막 두께가 대략 λ₀/4가 되는 27층 구성의 제1 반사층과, λ₀=1050nm에서 광학 막 두께가 대략 λ₀/4가 되는 23층의 제2 반사층을, 각각 기본으로 하였다. 또한, 도 8에 분광 투과율이 나타나는 유전체 다층막은, 가시광의 투과율 향상 및 리플 저감을 위해, 표 1과 표 2에 나타내는 광학 막 두께를 조정하여 얻어진다.

해당 반사층은, 입사각 0° 내지 30°의 광에 대하여, 파장 350 내지 394nm 및 파장 721 내지 1260nm의 광에서 투과율 50％ 이하가 되는 반사대를 갖는다. 또한, 해당 반사층은, 각 투과율이, 파장 350 내지 390nm 및 파장 726 내지 1152nm의 광에서 15％ 이하, 파장 350 내지 388nm 및 파장 728 내지 1151nm의 광에서 10％ 이하, 파장 732 내지 1150nm의 광에서 5％ 이하, 그리고 파장 742 내지 1087nm의 광에서 1％ 이하를 나타낸다. 또한, 해당 반사층은, 파장 420 내지 670nm의 가시광에서 평균 투과율 98％ 이상, 파장 730 내지 1150nm의 근적외광에서 평균 투과율 0.2％ 이하를 나타낸다.

또한, 예를 들어 도 8에 나타내는 반사층과 도 4에 나타내는 흡수층을 조합한 경우, 반사층이 파장 680 내지 750nm에 있어서, 입사각 0°의 광에 대한 투과율이 50％가 되는 파장을 λ_R(0°_T50％), 흡수층이 각각, 파장 580nm 내지 λ(DA_T_min)의 광에 대하여, 투과율이 10％가 되는 파장을 λSh(DAB_T10％), 파장 λ(DB_T_min) 내지 800nm의 광에 대하여, 투과율이 5％가 되는 파장을 λLo(DAB_T5％)로 하면, λSh(DAB_T10％)+30nm<λ_R(0°_T50％)<λLo(DAB_T5％)를 만족시킨다.

도 7 및 도 8에 예시한 반사층은, 광학 필터(10, 20, 30 및 40)에 있어서의 어느 배치라도, 입사각 0° 내지 30°의 광에 대하여, 각 투과율이, 파장 350 내지 377nm 및 파장 726 내지 1152nm의 광에서 15％ 이하, 파장 350 내지 376nm 및 파장 728 내지 1135nm의 광에서 10％ 이하, 파장 732 내지 1127nm의 광에서 5％ 이하, 그리고 파장 742 내지 1087nm의 광에서 1％ 이하를 나타낸다. 또한, 해당 반사층은, 파장 420 내지 670nm 가시광에서 평균 투과율 98％ 이상, 파장 730 내지 1150nm 근적외광에서 평균 투과율 0.5％ 이하를 나타낸다.

또한, 반사층이, 흡수층 또는 투명 기판의 동일 주면 상에 제1, 제2 반사층을 구비하는 경우, 유전체 다층막을 연속해서 성막할 수 있어 생산성이 향상된다. 한편, 해당 반사층이 배치된 광학 필터는, 막 응력에 의한 기판 변형이 발생하기 쉬워지므로, 해당 막 응력이 허용 범위가 되는 설계이면 된다. 또한, 반사층은, 유전체 다층막의 층수가 증가함에 따라서 발생하기 쉬운 리플을 억제하는 설계이면 된다.

또한, 반사층이, 투명 기판의 양쪽 주면에 이격되어 제1, 제2 반사층을 구비하는 경우, 표면과 이면으로 나누어 성막하기 때문에 생산성이 저하되는 경우가 있다. 한편, 해당 반사층이 배치된 광학 필터는, 막 응력이 기판 양면에서 서로 상쇄되도록 작용하므로, 예를 들어 투명 기판을 박형화해도 기판의 변형을 억제하기 쉽다. 또한, 투명 기판이, 입사광의 간섭 가능 길이보다 두꺼우면, 제1, 제2 반사 층간의 간섭 리플이 발생하기 어렵다. 그 결과, 제1, 제2 반사층은, 이들 유전체 다층막간의 간섭을 무시하고, 다중 반사만 고려한 계산에 의해, 원하는 분광 투과율 곡선을 실현할 수 있다.

반사층은, 도 7, 도 8에 도시한 바와 같이, 입사각 0° 내지 30°의 광에 대하여 근자외 영역에도 투과율 50％ 이하의 반사대를 갖는다. 또한, 파장 350nm 이하의 자외광은, 반사층의 TiO₂나 투명 기판 등의 흡수에 의해 차단되어, 파장 378nm 이하의 광에서 투과율 10％ 이하가 된다. 그러나, 반사층의 근자외측의 반사대도, 입사각 0°로부터 30°로의 증가에 따라서 단파장측으로 시프트된다. 즉, 근자외 영역에 있어서의 투과율 50％의 파장은, 도 7에서 397nm로부터 383nm로, 도 8에서 409nm로부터 395nm로, 모두 14nm 시프트된다. 본 필터는, 반사층의 근자외광의 입사각 의존성을 저감시키기 위해, NIR 흡수제에 더하여, UV 흡수제도 함유한 흡수층을 구비하면 된다.

UV 흡수제는, 구체적으로 파장 370 내지 405nm에 흡수 극대 파장 λ(DU_T_min)를 갖고, 파장 400 내지 420nm에 투과율 50％가 되는 파장 λLo(DU_T50％)를 갖는다. 또한, UV 흡수제는, UV 흡수제만을 포함하는 흡수층을 가정했을 때, 입사각 0°의 광에 대한 분광 투과율 곡선에 있어서, 파장 440 내지 680nm의 광에 대한 평균 투과율이 90％ 이상, 바람직하게는 95％ 이상이 되도록, UV 흡수제의 종류, UV 흡수제 농도 C, 흡수층의 두께 L을 설정하면 된다. 예로서, 파장 350 내지 390nm의 광의 차단성을 갖는 UV 흡수제는, 멜로시아닌계 색소가 적합하다. 또한, H. W. Sands사의 SDA3382 및 MSA3144, QCR Solutions사의 UV386A 및 UV386B나 UV386A(이상, 상품명) 등도 적합하다.

<투명 기판>

본 필터에 투명 기판을 사용하는 경우, 해당 투명 기판은, 파장 420 내지 670nm의 가시광에서 고투과를 나타내는 재료이면 되고, 근적외광이나 근자외광을 흡수하는 재료여도 된다. 예를 들어, 유리나 결정 등의 무기 재료나, 수지 등의 유기 재료를 들 수 있고, 형상도 한정되지 않지만, 광학적, 기계적 신뢰성, 제조 시의 핸들링성으로부터 유리가 바람직하다. 또한, 투명 기판은, 0.03 내지 5mm 두께이면 되고, 0.03 내지 0.5mm 두께가 보다 바람직하다. 또한, 투명 기판이 유리이면, 0.05 내지 0.5mm 두께가 바람직하다.

투명 기판에 사용할 수 있는 유리는, 소다 석회 유리, 붕규산 유리, 무알칼리 유리, 석영 유리, 플루오로인산염계 유리나 인산염계 유리 등에 CuO 등을 첨가한 흡수형 유리 등을 들 수 있다. 투명 기판에 사용할 수 있는 결정 재료는, 수정, 니오븀산리튬, 사파이어 등의 복굴절성 결정을 들 수 있다. 또한, 투명 기판에 사용할 수 있는 수지는, 폴리에스테르 수지, 폴리올레핀 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지, 염화비닐 수지, 불소 수지, 폴리카르보네이트 수지, 폴리비닐부티랄 수지, 폴리비닐알코올 수지, 폴리이미드 수지 등을 들 수 있다.

투명 기판이 상기 CuO 첨가의 흡수형 유리인 경우, 흡수 극대 파장이 800 내지 900nm에서 광역의 근적외 흡수대를 갖는다. 또한, 흡수형 유리는, CuO 첨가 농도나 두께의 조정으로, 파장 700 내지 1150nm의 광의 투과율을 조정할 수 있어, 투과율 20％ 이하를 실현할 수 있다. 또한, 흡수형 유리는, 파장 550 내지 700nm의 가시 영역에도 흡수가 미치기 때문에, 가시광의 투과율 저하를 억제하면서, CuO 첨가 농도나 두께를 조정한다.

또한, 투명 기판이 흡수형 유리이면, 투명 수지(B)에 흡수제(DA, DB)를 포함하는 흡수층에서도 흡수할 수 없는 근적외광의 차광성이 높아진다. 특히, 흡수형 유리를 사용한 광학 필터는, 반사층에 요구되는 근적외광의 저반사율화의 요구 레벨을 완화시킬 수 있기 때문에, 반사층을 구성하는 유전체 다층막의 층수 저감의 실현이나, 불필요한 광의 높은 차광성의 실현이 가능해져, 촬상 장치의 화질을 향상시킬 수 있다. 또한, 흡수형 유리를 사용한 광학 필터는, 파장 700 내지 1150nm의 광에 대하여 입사각에 거의 의존하지 않고 광 흡수할 수 있다. 그 때문에, 해당 광학 필터는, 반사층에서 발생하는 근적외선 반사광이 촬상 장치 내에서 미광이 되어 야기되는 화질 열화를 억제할 수 있다.

<반사 방지층>

본 필터는, 가시광의 반사 손실을 저감시키는 반사 방지층을 구비하면 된다. 반사 방지층은, 파장 400 내지 700nm의 가시광의 반사 방지 효과를 얻기 위해, 굴절률이 다른 유전체막을, 예를 들어, 3 내지 9층으로, 200 내지 400nm 두께가 되도록 적층하여 실현할 수 있다. 또한, 반사 방지층은, 흡수층의 표면에 모스아이 구조라 불리는 반사 방지 구조를 구비한 것일 수도 있다.

본 필터는, 흡수층의, 흡수제(DB)의 λ(DB_T_min)와 흡수제(DA)의 λ(DA_T_min)의 차가, 10nm≤λ(DB_T_min)-λ(DA_T_min)<40nm를 만족시키는 조합을 전제로 하였다. 그 때문에, 본 필터는, 흡수층에 있어서의 NIR 흡수제의 실효 두께비 CL을 조정하여, λ(DA_T_min)와 λ(DB_T_min)의 중간 파장 영역에서 투과율이 1％ 이상이 되는 투과대가 발생하지 않는 구성이 가능하다.

한편, 상기 파장의 차가 10 내지 40nm로 비교적 작으므로, 가시광의 투과율 저하를 억제하는 실효 두께비 CL로 조정하면, 흡수 파장대폭 Δλ_abs를 확장하기 어려워진다. 그 결과, 근적외광의 차광은, 반사층의 반사 특성에 의존하는 경향이 된다. 또한, Δλ_abs를 확장하기 위해, λ(DB_T_min)와 λ(DA_T_min)의 차가 큰 흡수제(DB)를 사용하면, 이들의 중간 파장 영역에서 투과율 1％ 이상의 투과대가 발생하기 쉬워진다. 예를 들어, 파장 600 내지 690nm의 광에 대하여, 급준한 투과율 변화가 발생하도록 흡수제(DA)의 실효 두께비 CL을 조정하면, Δλ_abs가 축소되기 때문에 상기 투과대가 발생하기 쉽다. 그 때문에, 본 필터는, 사용하는 NIR 흡수제에 의해 변화되는 Δλ_abs에 따라서, 적절한 반사층을 설계하면 된다. 또한, 본 필터는, 가시 영역으로부터 근적외 영역, 특히 파장 600 내지 900nm에 있어서의 분광 투과율 곡선에 있어서, 투과율 50％ 이하가 되는 파장의, 입사각 0°와 30°의 광에 대한 투과율의 차는, 30％ 이하인 것이 바람직하고, 20％ 이하가 보다 바람직하고, 10％ 이하가 한층 더 바람직하고, 5％ 이하가 더욱 바람직하다. 또한, 이 지표는, 후술하는 제2, 제3 실시 형태에 있어서의 광학 필터에서도 동일하게 만족시키면 된다.

(제2 실시 형태)

본 실시 형태의 광학 필터는, 제1 실시 형태에 대하여, 흡수층에 사용하는 흡수제(DB)의 λ(DB_T_min)와 반사층 구성이 상이한 한편, 흡수제(DA), 투명 기판 및 반사 방지층 등은 제1 실시 형태와 동일하기 때문에, 중복된 설명은 생략한다. 또한, 제2 실시 형태의 광학 필터는, 제2 실시 형태의 설명 중 「본 필터」라고도 한다.

본 필터는, 흡수층에 포함되는 흡수제(DA)의 λ(DA_T_min)는, 제1 실시 형태와 동일한 파장 685 내지 715nm이지만, 흡수제(DB)의 λ(DB_T_min)가 파장 725nm 초과 900nm 이하이며, 40nm≤λ(DB_T_min)-λ(DA_T_min)≤215nm를 만족시킨다. 본 필터는, 제1 실시 형태의 광학 필터에 비해, λ(DB_T_min)와 λ(DA_T_min)의 파장차가 큰 점에서, 파장 λ(DA_T_min) 내지 λ(DB_T_min)에서, 흡수층에 있어서의 투과율이 최대가 되는 파장 λ_C(T_max) 근방에서 투과율 1％ 이상의 투과대가 발생하기 쉽다.

그 때문에, 상기 투과대가 발생하지 않도록, 반사층이, λ_R(0°_T50％)>λ_C(T_max)의 관계를 만족시키는 설계로 하면, 반사층은, 입사각의 증가와 함께 반사대가 단파장측으로 시프트되므로, λ_C(T_max) 근방에서 발생하는 흡수층의 투과대가, 반사층에서의 반사로 소멸된다. 그러나, 입사각 0°의 광에 대하여 λ_C(T_max) 근방의 투과대를 소멸할 수 없다.

한편, λ_C(T_max) 근방의 투과대를 확실하게 소멸하기 위해, 반사층이, λ_R(0°_T50％)<λ_C(T_max)의 관계를 만족시키는 설계로 하면, 이하의 경향이 일어날 수 있다. 즉, 반사층은, 입사각 0° 내지 30°의 광에 대하여, λ_C(T_max) 근방에서 발생하는 흡수층의 투과대는 소멸된다. 그러나, 입사각의 증가와 함께, 반사대가 단파장측으로 시프트되고, λ(DA_T_min)보다 단파장측에서, 흡수층의 투과율이 증대되는 가시광까지도 필요 이상으로 반사될 우려가 있다. 그 경우, 투과율 50％ 이하의 파장 650 내지 700nm에서, 분광 투과율의 입사각/편광 의존성이 증대될 우려가 있다.

따라서, 본 필터는, 흡수층의 흡수 특성에 기초하여, 입사각/편광 의존성이 작은 분광 투과율 곡선을 나타내는 반사층을 설계하여 조합한다. 이러한 설계에 의해, 본 필터는, 입사각 0° 내지 30°의 광에 대하여, 해당 반사층의 반사대가 시프트되어도, 입사각/편광 의존성이 거의 없는 분광 투과율을 나타내고, λ_C(T_max) 근방의 투과대를 소멸할 수 있어, 파장 700 내지 1150nm의 광에 대하여, 높은 차광성을 실현할 수 있다.

이하, 본 필터의 구체적인 설계 조건을 설명한다. 또한, 원하는 분광 투과율 곡선으로서는, 파장 440 내지 600nm의 가시광에 대하여, 고투과율을 유지하고, 파장 690 내지 720nm의 광에 대하여 높은 흡수성을 나타내며, 파장 600 내지 690nm의 분광 투과율 곡선을, 시감도 곡선에 근사 보정할 수 있는 분광 투과율을 갖는다. 또한, 입사각/편광 의존성에 의한 분광 투과율 변화가 작은 광학 필터를 실현하기 위한, 흡수층 및 반사층의 조건을 이하에 나타낸다.

<흡수층의 조건(제2 실시 형태)>

흡수층은, 하기 (i-4)의 관계의 흡수제(DA) 및 흡수제(DB)를 포함하고, 하기 (i-5), (i-6)의 조건을 만족시킨다. 흡수층은, 하기 (i-5), (i-6)의 조건을 만족시키도록, 각 흡수제의 농도 C 및 두께 L을 조정하여 얻어진다.

(i-4) 40nm≤λ(DB_T_min)-λ(DA_T_min)≤215nm를 만족시킨다.

(i-5) 파장 600nm의 광의 투과율이 80％ 이상, 파장 650nm의 광의 투과율이 40％ 이상, 파장 λ(DA_T_min)의 광 투과율이 3％ 이하, 파장 λ(DB_T_min)의 광 투과율이 3％ 이하이다.

(i-6) {λSh(DAB_T50％)-λSh(DAB_T90％)}≥{λSh(DAB_T5％)-λSh(DAB_T50％)}를 만족시킨다.

(i-5)에 있어서, 파장 600nm의 광의 투과율은 90％ 이상이 바람직하고, 파장 650nm의 광의 투과율은 50％ 이상이 바람직하고, 파장 λ(DA_T_min)의 광 투과율은 2％ 이하가 바람직하고, 파장 λ(DB_T_min)의 광 투과율은 2％ 이하가 바람직하다.

도 9는, 스쿠아릴륨계 화합물을 포함한 흡수층의 분광 투과율에 기초하여, 흡수 극대 파장이 685nm, 695nm, 705nm, 735nm 및 745nm로 다른 5종의 NIR 흡수제에 대해서, 흡수 극대 파장의 투과율이 대략 10％가 되는 NIR 흡수제 농도(도 9 중에 「흡수 극대 파장-c」로 기재)와 그의 2.5배의 농도(도 9 중에 「흡수 극대 파장-d」로 기재)에 있어서의 분광 투과율의 계산 결과이다.

본 필터는, 흡수제(DA)의 λ(DA_T_min)보다 장파장측의 파장 725nm 초과 900nm 이하에 λ(DB_T_min)를 갖는 흡수제(DB)를 포함하는 흡수층을 갖는다. 해당 흡수층은, 가시광에서 고투과율을 유지하면서, λ(DB_T_min)보다 장파장측에 있어서의 넓은 흡수 파장대폭에 의해 차광성을 향상시킬 수 있다. 여기서, 흡수제(DB)만을 함유하는 흡수층을 가정했을 때, λ(DB_T_min)의 광 투과율이 6％ 이하, 파장 600nm의 광의 투과율이 90％ 이상, 파장 650nm의 광의 투과율이 65％ 이상이 되도록 흡수제(DB)의, 흡수제 농도 C 및 흡수층의 두께 L(실효 두께비 CL)을 조정한다. 구체적으로는, 도 9의 계산 결과에 기초하여, 파장 725nm 초과 775nm 이하에 λ(DB_T_min)를 갖는 스쿠아릴륨계 화합물과 동일한 레벨의 분광 투과율 곡선의 NIR 흡수제를 사용하여, 해당 NIR 흡수제의 실효 두께비 CL을 조정함으로써, 흡수제(DB)를 포함하는 흡수층이 얻어진다.

도 10은, λ(DA_T_min)=695nm의 흡수제(DA)와 λ(DB_T_min)=735nm의 흡수제(DB), 각각의 실효 두께비(CL(A), CL(B))가, (1.8, 2.4), (1.8, 3.6), (2.0, 2.4), (2.0, 3.6)이 되도록 투명 수지 중에 함유시킨 흡수층의 파장 550 내지 800nm에 있어서의 분광 투과율의 계산 결과이다. 도 10의 투과율은 모두, 파장 600nm의 광에서 90％ 이상, 파장 650nm의 광에서 53 내지 64％이다. 또한, 동일한 계산 결과의 투과율은, 파장 687 내지 705nm 및 파장 723 내지 745nm의 광에서 2％ 이하, 파장 682 내지 748nm의 광에서 5％ 이하, 파장 678 내지 751nm의 광에서 10％ 이하, 파장 λ(DA_T_min)의 광에서 2％ 이하, 파장 λ(DB_T_min)의 광에서 2％ 이하이다. 즉, 파장 600 내지 690nm의 가시 영역의 장파장측에서 급준한 투과율 변화를 나타내어, Δλ_abs(T10％)로서 60nm 이상을 실현한다. 또한, 이들 계산 결과는, λ_C(T_max)=713nm 근방에서 투과율 대략 1 내지 5％의 투과대의 발생도 나타낸다. 또한, {λSh(DAB_T50％)-λSh(DAB_T90％)}≥{λSh(DAB_T5％)-λSh(DAB_T50％)}를 만족시킨다.

또한, 도 10의 분광 투과율 곡선을 실현하는 실효 두께비는, 상기에 한정되지 않고, 예를 들어 CL(A)=1.8이며 CL(B)=2.4 내지 3.6, CL(A)=2.0이며 CL(B)=2.4 내지 3.6에서도 동일한 특성이 얻어진다. 또한, 상기 이외의 실효 두께비로 조정된 흡수층에서도, 파장 600nm의 광의 투과율이 90％ 이상, 파장 650nm의 광의 투과율이 50％ 이상, 파장 λ(DA_T_min)의 광 투과율이 3％ 이하, 파장 λ(DB_T_min)의 광 투과율이 2％ 이하, 파장 700nm 근방의 광 투과율이 2％ 이하가 되는 흡수 파장대폭 Δλ_abs(T2％)가 20nm 이상, 투과율이 5％ 이하가 되는 흡수 파장대폭 Δλ_abs(T5％)가 60nm 이상, 투과율이 10％ 이하가 되는 흡수 파장대폭 Δλ_abs(T10％)가 70nm 이상을 실현할 수 있다.

이어서, 전례와 다른 흡수층의 설계예를 나타낸다. 도 11은, λ(DA_T_min)=705nm의 흡수제(DA)와 λ(DB_T_min)=765nm의 흡수제(DB), 각각의 실효 두께비(CL(A), CL(B))가, (2.0, 2.8), (2.0, 4.0), (2.6, 2.8), (2.6, 4.0)이 되도록 투명 수지 중에 함유시킨 흡수층의 파장 550 내지 800nm의 광에 대한 분광 투과율의 계산 결과이다. 도 11의 투과율은 모두, 파장 600nm의 광에서 90％ 이상, 파장 650nm의 광에서 64 내지 72％, 파장 696 내지 714nm 및 파장 752 내지 776nm의 광에서 2％ 이하, 파장 692 내지 718nm 및 파장 748 내지 779nm의 광에서 5％ 이하, 파장 688 내지 722nm 및 파장 744 내지 782nm의 광에서 10％ 이하, 파장 λ(DA_T_min)의 광에서 2％ 이하, 파장 λ(DB_T_min)의 광에서 2％ 이하이다. 또한, 계산 결과는, 파장 732nm 근방의 광에 대한 투과율이 12내지 23％의 투과대의 발생도 나타낸다. 또한, {λSh(DAB_T50％)-λSh(DAB_T90％)}≥{λSh(DAB_T5％)-λSh(DAB_T50％)}를 만족시킨다.

또한, 도 11의 분광 투과율 곡선을 실현하는 실효 두께비는, 상기에 한정되지 않고, 예를 들어 CL(A)=2.0이며 CL(B)=2.8 내지 4.0, CL(A)=2.6이며 CL(B)=2.8 내지 4.0, 그 이외의 실효 두께비로 조정된 흡수층에서도 상기 특성이 얻어진다. 또한, 본 필터는, 제1 실시 형태에 비해, 흡수층이 광역의 흡수대를 발현할 수 있는 한편, λ_C(T_max) 근방에서 발생하는 미광을 반사층에 의해 충분히 차단할 수 있다. 그 전제에 있어서, 흡수층은, λ_C(T_max) 근방의 투과대를 제외한 투과율이 10％ 이하가 되는 Δλ_abs(T10％)가 70nm 이상을 실현할 수 있다. 또한, 본 설계는, Δλ_abs(T10％)가 90nm 이상을 실현한 예이다.

흡수층은, 제1 실시 형태의 흡수층과 동일하게 파장 370 내지 405nm에 흡수 극대 파장 λ(DU_T_min)를 가짐과 함께, 파장 400 내지 420nm에 투과율 50％가 되는 파장 λLo(DU_T50％)를 갖는 근자외선 흡수제(흡수제(DU))를 포함해도 된다.

상기 설명한 대로, 본 필터는, 흡수층에 포함되는 2종의 NIR 흡수제의 λ(DA_T_min)와 λ(DB_T_min)의 파장차가 40nm 이상 215nm 이하의 범위이기 때문에, 이들의 중간 파장 영역에서 투과율 1％ 이상이 되는 투과대가 발생한다. 또한, 흡수제(DA)는, 파장 600 내지 690nm의 분광 투과율 곡선을 시감도 곡선에 근사 보정하여, 파장 690 내지 720nm의 광을 흡수하는 분광 투과율을 실현할 수 있다. 그 때문에, λ(DA_T_min)의 단파장측에서 흡수층의 투과율이 5％가 되는 λSh(DAB_T5％)와, λ_C(T_max)의 파장차가 대략 30nm로 좁아진다.

따라서, 본 필터는, 파장 600 내지 700nm의 광에 대한 입사각/편광 의존성이 작은 흡수층의 분광 투과율 곡선을 이용하고, 파장 700 내지 1150nm의 광에 대하여, 흡수층만으로는 불충분한 차광성을 개선하는 반사층을 구비한다. 여기서, 제1 실시 형태와 동일한 반사층을 사용하면, 입사각 0° 내지 30°의 광에 대하여 반사층의 반사대가 700nm 근방에서 약 40nm 단파장측으로 시프트되므로, 파장 650 내지 750nm의 광에 대하여, 입사각/편광 의존성에 의한 투과율 변화가 발생할 수 있다.

이러한 입사각/편광 의존성을 저감시키기 위해, 본 필터는, 시프트량이 적은 반사층을 사용하면 된다. 구체적으로, 해당 반사층은, 입사각 0° 내지 30°의 광에 대하여, 파장 700nm 근방에 있어서의 반사대의 최대 시프트량이 30nm 이하, 바람직하게는 25nm 이하, 보다 바람직하게는 20nm 이하가 되는 설계를 사용하면 된다.

입사각/편광 의존성이 작은 반사층은, 예를 들어 WO2013/015303, 일본 특허 공개 제2007-183525호에 기재된 설계를 참조할 수 있다. 전자는, 굴절률 2 이상의 층과 굴절률 1.6 이하의 층의 조합을 포함하는 단위 굴절률층이 15 이상 적층된 유전체 다층막에 의해, 파장 650nm 부근의 광에 있어서의, 입사각 0°와 30°에서, 투과율 50％가 되는 파장의 차를 16nm로 한 예를 나타내고 있다. 후자는, 굴절률 2.27의 TiO₂와, 굴절률 1.72의 (La₂O₃과 Al₂O₃의) 복합 산화물을 교대로 27층 적층한 유전체 다층막에 의해, 평균 굴절률을 높게 (1.94) 설정하고, 입사각 0°와 25°에서, 투과율 50％가 되는 파장의 차를 15nm로 한 예를 나타내고 있다. 이어서, 본 필터에 있어서의, 반사층의 조건을 나타낸다.

<반사층의 조건(제2 실시 형태)>

(ii-3) 반사층은, 파장 700 내지 1150nm에 있어서, 입사각 0°의 광에 대한 투과율이 5％ 이하가 되는 반사대를 갖는다.

(ii-4) 반사층은, 파장 680 내지 750nm에 있어서, 입사각 0°의 광에 대한 투과율이 50％가 되는 파장을 λ_R(0°_T50％)로 하고, 흡수층의 파장 580nm 내지 λ(DA_T_min)에 있어서 투과율이 10％가 되는 파장을 λSh(DAB_T10％)로 하면,

λSh(DAB_T10％)+20nm<λ_R(0°_T50％)<λ_C(T_max)

를 만족시킨다.

(ii-5) 파장 640 내지 750nm에 있어서, 파장 λ_R(0°_T50％)과, 입사각 30°의 s 편광에 대한 파장 λ_R(30°_Ts50％)의 차 δλ_RSh(T50％)는, 0nm<δλ_RSh(T50％)≤25nm를 만족시킨다.

본 필터는, (ii-3) 내지 (ii-5)의 조건을 만족시킴으로써, λ_C(T_max) 근방에서 흡수층에 의한 투과대가 발생해도, 입사각 0° 내지 30°일 때의, 파장 640 내지 750nm의 광에 대한 투과율 변화는 근소하며, 파장 700 내지 1150nm의 근적외광에 대하여 안정된 차광성이 얻어진다. 또한, (ii-5)는 파장 680 내지 750nm의 파장 범위에 있어서 만족시키면 보다 바람직하고, 그 경우, 입사각 0° 내지 30°일 때의, 파장 680 내지 750nm의 광에 대한 투과율 변화는 근소하다.

반사층은, 제1 실시 형태의 광학 필터와 동일하게, 최대 반사 파장 λ₀이 다른 2종의 유전체 다층막을 포함하는 구성으로 해도 된다. 반사층은, 예를 들어 제1 반사층(12a)과 제2 반사층(12b)을 갖지만, 상기 설명한, 반사대의 시프트량이 작은 유전체 다층막의 설계는, 파장 700 내지 1150nm의 근적외 영역의 단파장측의 광을 반사하는 제1 반사층(12a)에 적용하면 된다. 또한, 해당 근적외 영역의 장파장측의 광 및 근자외광을 반사하는 제2 반사층(12b)은, 제1 실시 형태와 동일하게 설계해도 된다.

본 필터의 반사층에 있어서의 (ii-3)의 조건은, 제1 실시 형태의 반사층의 (ii-1)의 조건과 동일하고, 제1 반사층(12a)과 제2 반사층(12b)의 반사 특성에 의해 달성된다. (ii-5)의 조건은, 주로 제1 반사층(12a)의 반사 특성에 의해 달성되고, 그에 의해 반사층으로서의 입사각 0° 내지 30°의 변화에 대한 시프트량 δλ_RSh(T50％)가 저감된다. 이러한 반사층을 전제로 흡수층의 분광 특성과 관련된 조건이 (ii-4)이며, 제1 실시 형태의 반사층의 (ii-2)의 조건과 상이하다. 그 이외의 흡수층과 반사층의 분광 투과율의 적합한 조건은, 제1 실시 형태와 동일하기 때문에, 설명을 생략한다.

이어서, 본 필터에 있어서의 반사층의 설계예를 나타내지만, 제1 실시 형태의 광학 필터의 설계와 공통되는 부분은 설명을 생략한다. 표 3은, 광학 필터(30)에 있어서의, 제1 반사층(12a)의 설계예이다. 또한, 흡수층(11)은, 도 10에 도시한 특성을 갖는다. 본 설계에서는, 제1 반사층(12a)은, 흡수층(11)이 충분히 차단할 수 없는 파장 713nm 근방의 투과대의 광 및 파장 750 내지 1150nm의 근적외광을, 제1 반사층(12a)과 제2 반사층(12b)의 반사대에 의해 차광한다.

본 예의 제1 반사층(12a)은, (설계 A) 내지 (설계 D)의 순서대로 사양을 결정하였다.

먼저, 입사각/편광 의존성에 의한 시프트량을 저감시키기 위해, n_H=2.39의 TiO₂와 n_L=1.45의 SiO₂가 교대로 적층된 다층막 구성을 전제로, 인접하는 TiO₂/SiO₂ 단위 굴절률층의 광학 막 두께비(n_Hd_H/n_Ld_L)를 6.0으로 설정하였다(설계 A).

이어서, 입사각 0°일 때의 파장 700 내지 830nm의 광에 대하여, 투과율 50％ 이하의 반사대가 발생함과 함께, 투과율이 1％ 이하가 되는 반사대폭의 확보나 천이 파장 영역의 투과율 변화의 급준성을 고려하여, 34층 구성으로 하였다(설계 B). 또한, 제1 반사층(12a)은, 설계 파장 λ₀=746nm에 대하여, 인접하는 유전체막의 광학 막 두께 n_Hd_H와 n_Ld_L의 평균값이 대략 λ₀/4가 된다. 또한, 투명 기판(13)과, 흡수층(11)의 굴절률을 대략 1.51로 하였다.

이어서, 가시광의 리플을 저감시키기 위해, 인접하는 17쌍(34층)의 TiO₂와 SiO₂를 포함하는 단위 굴절률층의 광학 막 두께의 합(n_Hd_H+n_Ld_L)을, λ₀/2로부터 대략 ±10％ 정도 빗나가게 하여, 35층 구성으로 하였다(설계 C). 그 결과, 인접하는 17대의 n_Hd_H/n_Ld_L이, 5.3 내지 8.5(평균값=6.5)에서 분포하였다.

또한, 가시광의 투과율 향상을 위해, 35층의 TiO₂와 SiO₂를 포함하는 유전체 다층막과 투명 기판(13) 및 흡수층(11)과의 계면에 Al₂O₃을 부가하여 37층 구성으로 하였다(설계 D=표 3). 이 결과, 제1 반사층(37층)의 평균 굴절률(다층막 전체의 광학 막 두께/물리 막 두께)은 2.17이었다.

도 12는, 표 3에 나타내는 제1 반사층에 대해서, TiO₂와 SiO₂의 굴절률 파장 분산을 고려한, 입사각 0°일 때의 광과, 입사각 30°일 때의 p/s 편광의 각 분광 투과율의 계산 결과이다. 또한, 해당 계산 및 후술하는 도 13 내지 도 15에 나타내는 계산은, 공기 계면의 반사 손실은 고려하지 않았지만, 예를 들어 상기 반사 방지층에 의해 가시광의 반사 손실을 저감시킬 수 있다. 도 12에 도시한 바와 같이, 본 설계예의 제1 반사층은, 입사각 0° 내지 30°의 광에 대한 각 투과율이, 파장 699 내지 822nm의 광에서 50％ 이하, 파장 705 내지 815nm의 광에서 15％ 이하, 파장 708 내지 812nm의 광에서 10％ 이하, 파장 711 내지 808nm의 광에서 5％ 이하, 그리고 파장 723 내지 795nm의 광에서 1％ 이하가 되는 반사대를 갖는다. 또한, 제1 반사층은, 파장 420 내지 670nm의 광에 대하여, 평균 투과율이 99％ 이상을 나타낸다. 또한, 제1 반사층(표 3)은, 근적외 반사대의 최소 투과율이 0.2％ 정도이지만, 층수를 증가시킴으로써 더 저감시킬 수 있다.

본 설계예의 제1 반사층은, 파장 680 내지 750nm에 있어서 입사각 0°일 때의 광에 대한 λ_R(0°_T50％)이 699nm이며, 파장 640 내지 750nm에 있어서 입사각 30°일 때의 s 편광에 대한 λ_R(30°_Ts50％)이 679nm이며, 시프트량은 20nm 정도이다.

표 4는, 광학 필터(30)의 제2 반사층(12b)의 설계예이며(설계 A') 내지 (설계 C')의 순서대로 사양을 결정하였다. 먼저, 파장 750 내지 1150nm에 있어서 반사대가 발생하도록, 설계 파장 λ₀=948nm에 대하여, TiO₂와 SiO₂를 교대 적층하여, 광학 막 두께 n_Hd_H 및 n_Ld_L이 대략 λ₀/4가 되는 33층 구성으로 하였다(설계 A').

이어서, 반사대의 확장과 가시광의 리플 저감을 위해, TiO₂와 SiO₂의 33층 각 층의 광학 막 두께를 λ₀/4로부터 ±18％ 정도 빗나가게 한 구성으로 하였다(설계 B').

또한, 파장 400 내지 700nm에 있어서의 가시광의 리플 저감 효과 및 반사 방지 효과를 얻기 위해, λ₀/4보다 얇은 광학 막 두께에서, 공기와 해당 33층의 계면에 SiO₂를, 투명 기판과 해당 33층의 계면에 SiO₂와 TiO₂의 2층을, 각각 추가하여, 합계 36층으로 하였다(설계 C'=표 4).

도 13은, 제2 반사층(표 4)에 대해서, TiO₂와 SiO₂의 굴절률 파장 분산을 고려한, 입사각 0°일 때의 광, 입사각 30°일 때의 p/s 편광의 각 분광 투과율의 계산 결과이다. 본 설계예의 제2 반사층은, 입사각 0° 내지 30°에 있어서의 각 투과율이, 파장 720 내지 1299nm의 광에서 50％ 이하, 파장 730 내지 1235nm의 광에서 15％ 이하, 파장 733 내지 1230nm의 광에서 10％ 이하, 파장 740 내지 1223nm의 광에서 5％ 이하, 그리고 파장 760 내지 1150nm의 광에서 1％ 이하가 되는 반사대를 갖는다. 또한, 파장 420 내지 670nm에 대하여, 99％ 이상의 투과율을 갖는다. 제2 반사층(표 4)은, 근적외 반사대의 최소 투과율이, 0.001％ 정도이지만, 층수를 증가시킴으로써 더 저감시킬 수 있다.

또한, 본 설계예의 제2 반사층은, 파장 680 내지 750nm에 있어서 입사각 0°일 때의 광에 대한 λ_R(0°_T50％)이 720nm이며, 파장 640 내지 750m에 있어서, 또한 파장 680 내지 750nm에 있어서, 입사각 30°일 때의 s 편광에 대한 λ_R(30°_Ts50％)이 684nm이며, 시프트량은 36nm 정도이다.

이어서, 제1, 제2 반사층을 포함하는 반사층의 분광 투과율의 계산 결과를 나타낸다. 제1 실시 형태와 동일하게, 본 필터의 제1, 제2 반사층은, 본 필터에 있어서의 그들의 배치에 의한, 입사광의 간섭 가능 길이나 막 응력을 고려하여 사양을 결정한다.

도 14는, 제1, 제2 반사층을, 투명 기판을 사이에 끼우도록 배치하여 포함하는 반사층의 분광 투과율 곡선(입사각 0°, 입사각 30°에서 p/s 편광)의 계산 결과이다. 해당 설계의 반사층은, 입사각 0° 내지 30°에 있어서의 각 투과율이, 파장 350 내지 403nm 및 파장 699 내지 1230nm의 광에서 50％ 이하, 파장 350 내지 402nm 및 파장 706 내지 1166nm의 광에서 15％ 이하, 파장 350 내지 402nm 및 파장 708 내지 1162nm의 광에서 10％ 이하, 파장 350 내지 401nm 및 파장 711 내지 1154nm의 광에서 5％ 이하, 파장 723 내지 1064nm의 광에서 1％ 이하가 되는 반사대를 갖는다. 또한, 해당 반사층은, 파장 420 내지 670nm의 광에 대한 평균 투과율이 98％ 이상, 파장 730 내지 1150nm의 광에 대한 평균 투과율이 0.5％ 이하를 나타낸다.

여기서, 본 설계예의 반사층에 있어서, 근적외 반사대의 단파장측에서 투과율 50％가 되는 λ_R(0°_T50％)과 λ_R(30°_Ts50％)은, 도 14에 도시한 바와 같이, 제1 반사층의 분광 투과율에 의해 결정된다. 즉, 반사층은, 입사각 0°와 30°에서의 투과율 50％의 시프트량은 20nm 정도이다. 한편, 제2 반사층의 입사각 0°와 30°에 대하여 투과율 50％가 되는 λ_R(0°_T50％) 내지 λ_R(30°_Ts50％)은, 제1 반사층의 반사대에 있기 때문에, 반사층의 분광 투과율 곡선에는 거의 영향을 미치지 않는다.

예를 들어, 도 14에 나타내는 반사층과 도 10에 나타내는 흡수층을 조합한 경우, 반사층의, 파장 680 내지 750nm에 있어서 입사각 0°의 광에 대한 투과율이 50％가 되는 파장을 λ_R(0°_T50％)로 하고, 흡수층의 파장 580nm 내지 λ(DA_T_min)에 있어서 투과율이 10％가 되는 파장을 λSh(DAB_T10％)로 하면, λSh(DAB_T10％)+20nm<λ_R(0°_T50％)<λ_C(T_max)(단, λ_C(T_max)는, 파장 λ(DA_T_min) 내지 λ(DB_T_min)에 있어서, 흡수층의 투과율이 최대가 되는 파장)를 만족시킨다. 또한, 파장 640 내지 750nm에 있어서, 입사각 30°의 s 편광에 대한 투과율이 50％가 되는 파장을 λ_R(30°_Ts50％)로 하면, 파장 λ_R(0°_T50％)과, 파장 λ_R(30°_Ts50％)의 차 δλ_RSh(T50％)는, 0nm<δλ_RSh(T50％)≤25nm를 만족시킨다.

도 15는, 제1, 제2 반사층을 투명 기판의 한쪽 주면에 연속해서 73층 적층한 유전체 다층막을 포함하는 반사층의 분광 투과율 곡선(입사각 0°, 입사각 30°에서 p/s 편광)의 계산 결과이다. 해당 설계의 반사층은, 제1 반사층이 있어서의 인접하는 17쌍(34층)의 TiO₂와 SiO₂를 포함하는 단위 굴절률층이 λ₀=753nm에서 평균 광학 막 두께가 대략 λ₀/4가 되는 34층 구성과, 제2 반사층이 λ₀=948nm에서 광학 막 두께가 대략 λ₀/4가 되는 TiO₂와 SiO₂의 33층 구성을, 각각 기본 설계로 하였다. 그리고, 해당 설계는, 가시광의 투과율 향상 및 리플 저감을 위해, 광학 막 두께 분포를 조정하여 조정층을 더 추가하였다.

본 설계의 반사층은, 입사각 0° 내지 30°의 광에 대한 각 투과율이, 파장 350 내지 410nm 및 파장 709 내지 1238nm의 광에서 50％ 이하, 파장 350 내지 409nm 및 파장 716 내지 1182nm의 광에서 15％ 이하, 파장 350 내지 409nm 및 파장 717 내지 1172nm의 광에서 10％ 이하, 파장 350 내지 408nm 및 파장 720 내지 1162nm의 광에서 5％ 이하, 파장 724 내지 1068nm의 광에서 1％ 이하가 되는 반사대를 갖는다. 또한, 파장 420 내지 670nm의 광에 대한 평균 투과율이 98％ 이상, 파장 730 내지 1150nm의 광에 대한 평균 투과율이 0.3％ 이하를 나타낸다.

본 설계예의 반사층은, 파장 680 내지 750nm에 있어서 입사각 0°일 때의 광에 대한 λ_R(0°_T50％)이 702nm이며, 입사각 30°일 때의 s 편광에 대한 λ_R(30°_Ts50％)이 682nm이며, 시프트량은 20nm 정도이다.

예를 들어, 도 15에 나타내는 반사층과 도 11에 나타내는 흡수층을 조합한 경우, λSh(DAB_T10％)+20nm<λ_R(0°_T50％)<λ_C(T_max)를 만족시킨다. 또한, 파장 λ_R(0°_T50％)과, 파장 λ_R(30°_Ts50％)의 차 δλ_RSh(T50％)는, 0nm<δλ_RSh(T50％)≤25nm를 만족시킨다.

이러한 반사층과 흡수층을 구비한 제2 실시 형태의 광학 필터는, 제1 실시 형태의 광학 필터와 동일한 이하의 특성을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 이하의 특성에 있어서의 보다 바람직한 형태는 제1 실시 형태의 광학 필터의 경우와 동일하다.

입사각 0° 내지 30°의 분광 투과율 곡선에 있어서, 하기 (1) 및 (2)의 조건을 만족시킨다.

(1) 파장 440 내지 600nm에 있어서의 평균 투과율이 80％ 이상이다.

(2) 파장 690 내지 720nm 전역의 투과율이 5％ 이하이다.

입사각 0°의 분광 투과율 곡선에 있어서, 파장 350 내지 390nm의 광에 대한 평균 투과율이 10％ 이하이다.

파장 600 내지 900nm에 있어서의 분광 투과율 곡선에 있어서, 투과율 50％ 이하가 되는 파장의, 입사각 0°의 광에 대한 투과율과 입사각 30°의 광에 대한 투과율의 차가 30％ 이하이다.

이러한 반사층과 흡수층을 구비한 제1, 제2 실시 형태의 광학 필터는 모두, 시감도가 높은 파장 440 내지 600nm의 광에서는 높은 투과율을 유지하여, 파장 690 내지 720nm의 광에서는 흡수층에 의해 차단할 수 있다. 또한, 본 발명의 광학 필터는, 고체 촬상 소자가 감도를 갖는 파장 700 내지 1150nm의 광의 차광성을 향상시켜, 반사층에 의한 입사각/편광 의존성을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 광학 필터는, 또한 제1, 제2 실시 형태의 광학 필터에서 사용한 흡수제(DB)의 흡수 극대 파장보다 장파장측에서, 예를 들어 파장 745 내지 1000nm에 λ(DB_T_min)를 갖고, 가시광의 흡수가 적은 흡수제를 사용해도 된다. 해당 흡수제는, 가시광에 흡수가 잔류하는 경우, 적어도 파장 450 내지 550nm의 광의 투과율이 90％ 이상이 되도록 실효 두께비 CL을 조정할 수 있는 것이 전제가 된다.

예를 들어, 파장 800 내지 920nm에 흡수 극대를 갖는 NIR 흡수제는, KODAK사의 IRD 시리즈의 04, 79 등, Epolin사의 Epolight^TM 시리즈의 5547, 5588 등, QCR Solutions사의 NIR 시리즈의 907B, 910C 등, H. W. Sands사의 SDA8630 등, Exciton사의 NP800, IRA868(이상, 상품명) 등을 들 수 있다.

(제3 실시 형태)

본 실시 형태의 광학 필터는, 흡수층의 일부로서, 흡수형 유리를 사용한다. 예를 들어, 본 필터의 흡수층은, 플루오로인산염계 유리나 인산염계 유리 등에 CuO 등을 첨가한 흡수형 유리와, 흡수제(DA)가 투명 수지(B)에 용해 또는 분산된 층(본 실시 형태에서 「수지층」이라고도 함)을 포함한 구성을 들 수 있다. 이 경우, 흡수형 유리는 λ(DB_T_min)를 나타내는 흡수제(DB)를 포함하는 전제이다. 또한, 제3 실시 형태의 광학 필터는, 제3 실시 형태의 설명 중 「본 필터」라고도 한다.

흡수형 유리는, CuO 등의 첨가 농도나 두께를 조정함으로써, 파장 700 내지 1150nm의 광의 투과율을 조정할 수 있다. 또한, 흡수제(DB)를 포함하는 흡수형 유리를 사용하는 본 필터는, 반사층에 요구되는 근적외광의 고반사율 사양을 완화시킬 수 있으므로, 적은 유전체층수로 동등한 차광성이 얻어지거나, 동일한 구성의 유전체 다층막을 사용하여, 차광성을 향상시킬 수 있거나 한다.

또한, 본 필터는, 흡수형 유리와 수지층 사이에 유전체층을 가져도 되고, 그 경우, 본 필터에 있어서의 흡수층의 내구성을 향상시킬 수 있다. 유전체층의 두께는 30nm 이상이 바람직하고, 100nm 이상이 보다 바람직하고, 200nm 이상이 더욱 바람직하다. 유전체층의 두께의 상한은 없지만, 설계나 제조의 용이함의 관점에서 2000nm 이하가 바람직하고, 1000nm 이하가 보다 바람직하다.

여기서, CuO를 함유하는 유리는, 예를 들어 WO2014/30628A1에 기재되어 있는 것을 사용할 수 있다.

본 필터는, 흡수제(DB)를 포함하는 전제로 흡수형 유리를 사용하므로, 흡수형 유리에 의한 λ(DB_T_min)가 파장 800 내지 900nm에 존재하고, 흡수형 유리는, λ(DB_T_min) 근방의 흡수 파장폭이, NIR 흡수제에 비해 넓다. 그 때문에, 흡수형 유리와, 흡수제(DA)를 포함하는 투명 수지를 조합하여 이루어지는 흡수층은, λ_C(T_max) 근방의 광역에서 투과율 2％ 이상의 투과대가 발생하기 쉽다. 그 때문에, 본 필터는, 제2 실시 형태의 광학 필터와 동일하게, 입사각/편광 의존성이 작은 반사층을 사용하여 해당 투과대를 소실하면 된다. 즉, 흡수형 유리를 사용하는 본 필터는, 파장 650 내지 750nm에 있어서의 입사각 0° 내지 30°의 광에 대하여, 반사층의 투과율이 50％가 되는 파장이 시프트되어도, 시프트량이 흡수제(DA)의 흡수대에 들어가도록 반사층을 설계한다.

상기 설명한 대로, 제3 실시 형태는, 제2 실시 형태에 있어서, 흡수제(DB)가 λ(DB_T_min)=800 내지 900nm의 흡수 유리를 사용한 광학 필터에 상당한다. 즉, 본 필터는, 흡수제(DB)의 흡수 극대 파장 λ(DB_T_min)가 파장 725nm 초과 900nm 이하이고, 또한 40nm≤λ(DB_T_min)-λ(DA_T_min)≤215nm를 만족시키는 것을 의미한다.

또한, 투명 수지(B), 흡수제(DA), 반사층, 반사 방지층 등, 흡수형 유리(흡수제(DB)) 이외에는 제2 실시 형태에서 규정한 구성(단, (i-5)의 조건에 있어서, 파장 λ(DB_T_min)의 광 투과율이 3％ 이하인 구성은 필수로 하지 않고, 적합한 구성으로 함) 및 적합한 조건으로 하면 된다.

(제1 내지 3의 실시 형태 및 촬상 장치)

이와 같이, 각 실시 형태의 광학 필터는, 가시광 중 파장 600 내지 690nm의 광에 대하여, 흡수제(DA, DB)를 포함하는 흡수층에 의해, 시감도 곡선에 근사한 감도 보정을 할 수 있다. 또한, 각 광학 필터는, 반사층의 입사각/편광 의존성에 의해 반사대가 시프트되어도, 흡수층의 파장 600 내지 690nm에 있어서의 분광 투과율 곡선을 유지할 수 있다. 그 때문에, 각 광학 필터는, 근적외광의 분광 투과율이, 입사각/편광 의존성의 영향을 거의 받지 않고, 근적외광을 충분히 차단할 수 있다.

본 필터는, 또한 흡수층이 흡수제(DU)를 포함하면, 근자외광에 대한 반사층의 분광 투과율 곡선이, 입사각/편광 의존성에 의해 시프트되어도, 광학 필터로서의 분광 투과율 곡선을 유지할 수 있다. 또한, 본 필터는, 흡수층의 근자외광에 있어서의 차광성이 불충분해도, 반사층에 의해 충분히 낮은 투과율을 실현할 수 있다. 또한, 광학 필터는, 또한 입사각이 확대(30° 초과)되는 사양에서는, 거기에 따른 반사층의 시프트량을 고려한 흡수층을 조정하여 입사각/편광 의존성을 억제하면 된다.

또한, 도 16은, 이러한 광학 필터로서 광학 필터(10)를 탑재한 촬상 장치(100)의 모식도이다. 또한, 촬상 장치(100)에 있어서, 다른 구성의 광학 필터를 사용한 경우도 이하의 설명은 동일하다. 촬상 장치(100)에 있어서, 광학 필터(10) 중의 반사층에 의한 반사광은, 고체 촬상 소자(21), 촬상 렌즈(23), 이들을 고정시키는 하우징(24) 등 촬상 장치 내에서의 반복 반사나 산란에 의해 광학 필터(10)에 재입사되는 미광이 된다. 따라서, 파장 700 내지 1150nm의 광의 차광성이 높을수록, 고체 촬상 소자(21)의 수광면에 도달하는 미광을 저감시킬 수 있다. 그 결과, 고체 촬상 소자(21)에 도달하는 불필요한 화상의 중첩이나 노이즈 광이 적은 선명한 화상을 촬상할 수 있다.

또한, 각 실시 형태의 광학 필터(10)는, 촬상 장치(100)에 있어서, 예를 들어 촬상 렌즈(23)와 고체 촬상 소자(21) 사이에 배치된다. 또한, 해당 광학 필터(10)는, 고체 촬상 소자(21), 촬상 렌즈(23) 등에 점착제층을 통해 직접 접착시켜도 사용할 수 있다. 촬상 렌즈(23)는, 하우징(24)의 내측에 설치된 렌즈 유닛(22)에 의해 고정되고, 고체 촬상 소자(21)와, 촬상 렌즈(23)는, 광축 X를 따라서 배치되어 있다. 광학 필터(10)를 설치할 때의 방향이나 위치는, 설계에 따라서 적절히 선택된다.

실시예

[실시예 1]

본 예에서는, 광학 필터(30)의 제조예를 설명한다.

먼저, 굴절률 1.52로 100㎛ 두께의 투명 수지 필름을 포함하는 투명 기판(13)의 한쪽 주면과 다른 쪽 주면에 각각, 표 1에 나타내는 제1 반사층(12a), 표 2에 나타내는 제2 반사층(12b)을 형성한다. 이어서, 제1 반사층(12a)의 표면에, 흡수제(DA)로서 λ(DA_T_min)=685nm의 스쿠아릴륨계 화합물과, 흡수제(DB)로서 λ(DB_T_min)=705nm의 스쿠아릴륨계 화합물을 투명 수지에 함유시킨 흡수층(11)을 형성한다. 구체적으로, 흡수제(DA 및 DB)와, 굴절률 1.49의 아크릴 수지의 시클로헥사논 용액을, 소정의 질량비 비율로 혼합한 후, 실온에서 교반·용해하여 얻어진 도공액을 다이 코팅법으로 도포하고, 가열 건조시켜 흡수층(11)을 얻는다. 여기서, 흡수제(DA, DB)는, 각각의 실효 두께비(CL(A), CL(B))가, (1.2, 1.2), (1.2, 1.8), (1.4, 1.2), (1.4, 1.8)이 되도록 조정한다. 도 3은, 흡수층만의 파장 550 내지 800nm의 광에 있어서의 분광 투과율의 계산 결과이다.

또한, 흡수층(11)의 공기 계면에, Al₂O₃과 ZrO₂와 MgF₂의 3층을 포함하는 반사 방지층(14)을 성막하고, 입사각 0° 내지 30°에서 파장 400 내지 700nm의 가시광에 대하여 잔류 반사율을 1.5％ 이하로 한 4종의 광학 필터(30(a) 내지 (d))를 얻는다. 도 17a, 17b는, 광학 필터(30(a))와 (30(d))의 분광 투과율 곡선(입사각 0°, 입사각 30°의 p/s 편광)의 계산 결과이다. 광학 필터(30(b)) 및 (30(c))도, 동일한 계산 결과가 얻어진다. 또한, 본 실시예, 이후의 각 실시예 및 각 비교예는, 흡수제(DA) 및 흡수제(DB)에 사용하는 스쿠아릴륨계 화합물이, 파장 550nm 이하에는 흡수가 거의 없다고 가정하고, 투과율을 100％로 하였다.

본 예의 광학 필터(30)에 있어서의 도 3에 광학 특성이 나타나는 흡수층은, 상기한 바와 같이 (i-1) 내지 (i-3)의 조건을 만족시키고, 이것과 조합한 반사층도 상기한 바와 같이 (ii-1), (ii-2)의 조건을 만족시킨다.

도 17a, 17b에 나타내는 분광 투과율 곡선으로부터, 실시예 1의 광학 필터(30(a) 내지 (d))는 모두, 하기 광학 특성을 만족시킨다. 즉, 입사각 0° 내지 30°의 광에 대하여, 시감도가 높은 파장 420 내지 600nm의 광의 평균 투과율이 97％ 이상, 파장 690 내지 720nm의 광의 투과율이 2％ 이하, 그리고 파장 600 내지 690nm의 분광 투과율 곡선을 시감도 곡선에 상당하는 높은 효율을 실현할 수 있는 곡선에 근사 보정하는 분광 투과율을 나타낸다. 또한, 노이즈 광이 되는 불필요한 파장 700 내지 1150nm의 광의 평균 투과율이 0.8％ 이하이며, 입사각 0° 내지 30°의 광에 대한 분광 투과율의 변화가 작은 것을 알 수 있다. 또한, 파장 600 내지 900nm에서 투과율이 50％ 이하인 파장 654 내지 900nm에 있어서, 입사각 0°와 30°에서 투과율차가 0 내지 7％이며, 투과율 변화는 30％ 이하를 만족시킨다.

[비교예 1]

본 비교예 1의 광학 필터는, 흡수층이, λ(DA_T_min)=695nm의 스쿠아릴륨계 화합물을 포함하는 흡수제(DA)만을 포함하고, 실효 두께비 CL(A)가 (2.5)가 되도록 조정한 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 구성으로 한다.

도 18은, 비교예 1의 광학 필터에 있어서의 분광 투과율 곡선(입사각 0°, 입사각 30°의 p/s 편광)의 계산 결과이다. 비교예 1의 광학 필터는, 입사각 30°일 때의 파장 698 내지 716nm의 광의 투과율이, 0.5％ 이하를 나타내는 한편, 입사각 0°일 때는, 투과율 4％ 이상이며 최대 15％를 나타낸다. 즉, 비교예 1은, 흡수층에 포함되는 NIR 흡수제가, 흡수제(DA) 1종만으로는 흡수 파장대폭 Δλ_abs가 좁기 때문에, 반사층의 입사각/편광 의존성에 의해, 파장 690 내지 720nm의 광의 차광성이 불충분하다.

[비교예 2]

본 비교예 2의 광학 필터는, 흡수층이, λ(DB_T_min)=725nm의 스쿠아릴륨계 화합물을 포함하는 흡수제(DB)만을 포함하고, 실효 두께비 CL(B)이 (5.2)가 되도록 조정한 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 구성으로 한다.

도 19는, 비교예 2의 광학 필터에 있어서의 분광 투과율 곡선(입사각 0°, 입사각 30°의 p/s 편광)의 계산 결과이다. 비교예 2의 광학 필터는, 입사각 0°와 30°의 광에 대하여, 파장 668 내지 700nm에서의 분광 투과율이 4 내지 33％ 정도 상이하다. 즉, 흡수제(DB)만으로는, 파장 668 내지 700nm의 광에서 급준한 흡수성이 얻어지지 않아 잔류 투과가 발생하기 때문에, 반사층의 입사각/편광 의존성에 의해, 해당 파장의 광에 대한 차광성이 불충분하다. 또한, 파장 600 내지 900nm에서 투과율이 50％ 이하인 파장 664 내지 900nm에 있어서, 입사각 0°와 30°에서 투과율차가 0 내지 34％이다.

[실시예 2]

본 예에서는, 광학 필터(40)의 제조예를 설명한다.

먼저, 표 1에 나타내는 제1 반사층(12a)과, 표 2에 나타내는 제2 반사층(12b)을, 200㎛ 두께의 유리를 포함하는 투명 기판(13)의 한쪽 주면에 도 1d에 나타내는 순서로 성막한다. 이어서, 투명 기판(13)의 다른 쪽 주면에, 흡수제(DA)로서 λ(DA_T_min)=705nm의 스쿠아릴륨계 화합물과, 흡수제(DB)로서 λ(DB_T_min)=725nm의 스쿠아릴륨계 화합물을 투명 수지에 함유시킨 흡수층(11)을 형성한다. 구체적으로, 흡수제(DA 및 DB)와, 굴절률 1.59의 폴리카르보네이트 수지의 시클로펜타논 용액을, 소정의 질량비 비율로 혼합한 후, 실온에서 교반·용해하여 얻어진 도공액을 다이 코팅법으로 도포하고, 가열 건조시켜 10㎛ 두께의 흡수층을 얻는다.

여기서, 흡수제(DA, DB)는, 각각의 실효 두께비(CL(A), CL(B))가 (2.0, 4.0), (2.0, 5.2), (2.4, 4.0), (2.4, 5.2)가 되도록 조정한다. 또한, 흡수층만의 파장 550 내지 800nm의 광에 있어서의 분광 투과율의 계산 결과는, 도 4를 참조할 수 있다.

또한, 흡수층(11)의 공기 계면에, TiO₂와 SiO₂의 4층을 포함하는 반사 방지층(14)을 성막하고, 입사각 0° 내지 30°에서 파장 400 내지 700nm의 광에 대한 잔류 반사율을 1.5％ 이하로 한 4종의 광학 필터(40(a) 내지 (d))를 얻는다. 도 20a, 20b에, 광학 필터(40(a))와 (40(d))의 분광 투과율 곡선(입사각 0°, 입사각 30°의 p/s 편광)의 계산 결과를 나타낸다. 광학 필터(40(b)) 및 (40(c))도, 동일한 계산 결과가 얻어진다.

본 예의 광학 필터(40)에 있어서의 도 4에 광학 특성이 나타나는 흡수층은, 상기한 바와 같이 (i-1) 내지 (i-3)의 조건을 만족시키고, 이것과 조합한 반사층도 상기한 바와 같이 (ii-1), (ii-2)의 조건을 만족시킨다.

도 20a, 20b에 나타내는 분광 투과율 곡선으로부터, 실시예 2의 광학 필터(40(a) 내지 (d))는 모두, 하기 광학 특성을 만족시킨다. 즉, 입사각 0° 내지 30°의 광에 대하여, 시감도가 높은 파장 420 내지 600nm의 광의 평균 투과율이 97％ 이상, 파장 690 내지 720nm의 광의 투과율이 2％ 이하, 그리고 파장 600 내지 690nm의 분광 투과율 곡선을 시감도 곡선에 근사 보정하는 분광 투과율을 나타낸다. 또한, 노이즈 광이 되는 불필요한 파장 700 내지 1150nm의 광의 평균 투과율 0.8％ 이하이며, 입사각 0° 내지 30°의 광에 대한 분광 투과율의 변화가 작은 것을 알 수 있다. 또한, 파장 600 내지 900nm에서 투과율이 50％ 이하인 파장 654 내지 900nm에 있어서, 입사각 0°와 30°에서 투과율차가 0 내지 2％이며, 투과율 변화는 30％ 이하를 만족시킨다.

[실시예 3]

본 예에서는, 광학 필터(30)의 제조예를 설명한다.

먼저, 실시예 1과 동일한 투명 기판(13)의 한쪽 주면과 다른 쪽 주면에 각각, 표 3에 나타내는 제1 반사층(12a), 표 4에 나타내는 제2 반사층(12b)을 형성한다. 이어서, 제1 반사층의 표면에, 흡수제(DA)로서 λ(DA_T_min)=695nm의 스쿠아릴륨계 화합물과, 흡수제(DB)로서 λ(DB_T_min)=735nm의 스쿠아릴륨계 화합물을 투명 수지에 함유시킨 흡수층(11)을 형성한다. 구체적으로, 흡수제(DA, DB)와, 굴절률 1.49의 아크릴 수지의 시클로헥사논 용액을, 소정의 질량비 비율로 혼합한 후, 실온에서 교반·용해하여 얻어진 도공액을 다이 코팅법으로 도포하고, 가열 건조시켜 흡수층을 얻는다. 여기서, 흡수제(DA, DB)는, 각각의 실효 두께비(CL(A), CL(B))가, (1.8, 2.4), (1.8, 3.6), (2.0, 2.4), (2.0, 3.6)이 되도록 조정한다. 또한, 흡수층만의 파장 550 내지 800nm의 광에 대한 분광 투과율의 계산 결과는, 도 10을 참조할 수 있다.

또한, 흡수층(11)의 공기 계면에, Al₂O₃과 ZrO₂와 MgF₂의 3층을 포함하는 반사 방지층(14)을 성막하고, 입사각 0° 내지 30°일 때의 파장 400 내지 700nm의 가시광에 대하여 잔류 반사율을 1.5％ 이하로 한 4종의 광학 필터(30(a) 내지 (d))를 얻는다. 도 21a, 21b는, 광학 필터(30(a))와 (30(d))의 분광 투과율 곡선(입사각 0°, 입사각 30°의 p/s 편광)의 계산 결과를 나타낸다. 광학 필터(30(b)) 및 (30(c))도, 동일한 계산 결과가 얻어진다.

본 예의 광학 필터(30)에 있어서의 도 10에 광학 특성이 나타나는 흡수층은, 상기한 바와 같이 (i-4) 내지 (i-6)의 조건을 만족시키고, 이것과 조합한 반사층도 상기한 바와 같이 (ii-3) 내지 (ii-5)의 조건을 만족시킨다.

도 21a, 21b에 나타내는 분광 투과율 곡선으로부터, 실시예 3의 광학 필터(30(a) 내지 (d))는 모두, 하기 광학 특성을 만족시킨다. 즉, 입사각 0° 내지 30°의 광에 대하여, 시감도가 높은 파장 430 내지 600nm의 광의 평균 투과율이 96％ 이상, 파장 690 내지 720nm의 광의 투과율이 2％ 이하, 그리고 파장 600 내지 690nm의 분광 투과율 곡선을 시감도 곡선에 근사 보정하는 분광 투과율을 나타낸다. 또한, 노이즈 광이 되는 불필요한 파장 700 내지 1150nm의 광의 평균 투과율이 0.4％ 이하이며, 입사각 0° 내지 30°의 광에 대한 분광 투과율의 변화가 작은 것을 알 수 있다. 또한, 파장 600 내지 900nm에서 투과율이 50％ 이하인 파장 658 내지 900nm에 있어서, 입사각 0°와 30°에서 투과율차가 0 내지 4％이며, 투과율 변화는 30％ 이하를 만족시킨다.

[실시예 4]

본 예에서는, 광학 필터(40)의 제조예를 설명한다.

먼저, 실시예 2와 동일한 투명 기판(13)의 한쪽 주면에, 표 3에 나타내는 제1 반사층(12a)과, 표 4에 나타내는 제2 반사층(12b)을 도 1d에 나타내는 순서로 성막한다. 이어서, 흡수층의 분광 투과율에 적합하게 하기 위해, 표 3에 나타내는 제1 반사층의 설계 파장 λ₀을 조정하고, 근적외 반사대가 장파장측으로 약 10nm 시프트되는 구성으로 한다. 또한, 제1, 제2 반사층에 있어서의 반사대가 겹치는 파장 영역에 큰 투과 리플이 발생하지 않도록, 표 3 및 표 4의 구성을 조정한다.

이어서, 투명 기판(13)의 다른 쪽 주면에, 흡수제(DA)로서 λ(DA_T_min)=705nm의 스쿠아릴륨계 화합물과, 흡수제(DB)로서 λ(DB_T_min)=765nm의 스쿠아릴륨계 화합물을 투명 수지에 함유시킨 근적외 흡수층(11)을 형성한다. 구체적으로, 흡수제(DA, DB)와, 굴절률 1.59의 폴리카르보네이트 수지의 시클로펜타논 용액을, 소정의 질량비 비율로 혼합한 후, 실온에서 교반·용해하여 얻어진 도공액을 다이 코팅법으로 도포하고, 가열 건조시켜 10㎛ 두께의 흡수층을 얻는다. 여기서, 흡수제(DA, DB)는, 각각의 실효 두께비(CL(A), CL(B))가 (2.0, 2.8), (2.0, 4.0), (2.6, 2.8), (2.6, 4.0)이 되도록 조정한다. 또한, 흡수층만의 파장 550 내지 800nm의 광에 대한 분광 투과율의 계산 결과는, 도 11을 참조할 수 있다.

또한, 흡수층(11)의 공기 계면에, TiO₂와 SiO₂의 4층을 포함하는 반사 방지층(14)을 성막하고, 입사각 0° 내지 30°의 파장 400 내지 700nm의 가시광에 대한 잔류 반사율을 1.5％ 이하로 한 4종의 광학 필터(40(a) 내지 (d))를 얻는다. 도 22a, 22b는, 광학 필터(40(a))와 (40(d))의 분광 투과율 곡선(입사각 0°, 입사각 30°의 p/s 편광)의 계산 결과이다. 광학 필터(40(b)) 및 (40(c))도, 동일한 계산 결과가 얻어진다.

본 예의 광학 필터(40)에 있어서의 도 11에 광학 특성이 나타나는 흡수층은, 상기한 바와 같이 (i-4) 내지 (i-6)의 조건을 만족시키고, 이것과 조합한 반사층도 상기한 바와 같이 (ii-3) 내지 (ii-5)의 조건을 만족시킨다.

도 22a, 22b에 나타내는 분광 투과율 곡선으로부터, 실시예 4의 광학 필터(40(a) 내지 (d))는 모두, 하기 광학 특성을 만족시킨다. 즉, 입사각 0° 내지 30°의 광에 대하여, 시감도가 높은 파장 430 내지 600nm의 광의 평균 투과율 97％ 이상, 파장 690 내지 720nm의 광의 투과율이 5％ 이하, 그리고 파장 600 내지 690nm의 분광 투과율 곡선을 시감도 곡선에 근사 보정하는 분광 투과율을 나타낸다. 또한, 노이즈 광이 되는 불필요한 파장 700 내지 1150nm의 광의 평균 투과율이 0.3％ 이하이며, 입사각 0° 내지 30°의 광에 대한 분광 투과율의 변화가 작은 것을 알 수 있다. 또한, 파장 600 내지 900nm에서 투과율이 50％ 이하인 파장 664 내지 900nm에 있어서, 입사각 0°와 30°에서 투과율차가 0 내지 6％이며, 투과율 변화는 30％ 이하를 만족시킨다.

이와 같이, 실시예 1, 2의 광학 필터(30(a) 내지 (d)) 및 광학 필터(40(a) 내지 (d)), 실시예 3, 4의 광학 필터(30(a) 내지 (d)) 및 광학 필터(40(a) 내지 (d))는 하기의 특성을 갖는다. 즉, 이들 광학 필터는, 인간의 눈은 감도를 갖지 않지만 RGB 컬러 필터 장착 고체 촬상 소자는 감도를 갖는 입사각 0° 내지 30°일 때의 파장 700 내지 1150nm의 광을 차광한다. 그리고, 입사각 0° 내지 30°일 때의 파장 600 내지 690nm의 광의 분광 투과율의 변동이 거의 없고, 고체 촬상 소자의 분광 감도를 시감도에 근사한 분광 감도 곡선으로 보정하고, 또한 파장 430 내지 600nm의 광에 대하여 높은 투과율이 얻어진다. 특히, 이들 광학 필터는, 파장 690 내지 720nm의 광의 차광성이 높고, 파장 650 내지 700nm의 광의 투과율이 50％ 이하가 되는 분광 투과율 곡선의 입사각/편광 의존성이 거의 없기 때문에, 촬상 장치에 탑재한 경우에 색 재현성이 우수한 화상이 얻어진다. 또한, 실시예 3, 4는, 실시예 1, 2와 비교하여, 파장 600 내지 650nm의 광에 대한 투과율이 55 내지 70％로 높고, 보다 광량 손실이 적은 광학 필터를 제공할 수 있다.

[비교예 3]

비교예 3의 광학 필터는, 실시예 4에서 사용한, 분광 투과율의 입사각/편광 의존성이 작은 반사층 대신에, 실시예 1에서 사용한 반사층을 사용한다. 그 이외에는, 실시예 4와 동일한 구성의 광학 필터로 한다. 즉, 흡수층은 (i-4) 내지 (i-6)의 조건을 만족시키지만, 이것과 조합하는 반사층이 (ii-3) 내지 (ii-5)의 조건을 모두 만족시키지 않는다. 따라서, 파장 600 내지 700nm에 있어서, 입사각 0° 내지 30°의 광에 대한, 투과율 50％가 되는 반사층의 분광 투과율 곡선의 시프트량이, 실시예 4에서 20nm였던 것에 비해, 본 비교예에서는 36nm로 확대된다.

도 23은, 비교예 3의 광학 필터에 있어서의 분광 투과율 곡선(입사각 0°, 입사각 30°의 p/s 편광)의 계산 결과이다. 비교예 3의 광학 필터는, 파장 696 내지 800nm에 있어서, 분광 투과율의 입사각/편광 의존성이 거의 없고, 투과율 2％ 이하의 차광성이 얻어진다. 그러나, 투과율이 50％ 이하인 파장 668 내지 692nm에 있어서, 입사각 0°와 30°에서 투과율의 차가 4 내지 31％로 상이하다. 즉, 비교예 3과 같이, 실시예 1의 반사층과 실시예 4의 흡수층을 조합하는 광학 필터를 구성하면, 반사층의 입사각/편광 의존성에 의해, 입사각 0° 내지 30°에 있어서, 파장 668 내지 692nm의 광의 차광성이 불충분하다.

[비교예 4]

비교예 4의 광학 필터는, 반사층이 파장 668 내지 692nm의 광에 대한 투과율의 입사각/편광 의존성을 저감시키기 위해, 반사대가 20nm 장파장측으로 시프트되도록, 설계 파장 λ₀을 조정한 설계로 하고, 그 이외에는, 비교예 3과 동일한 구성으로 한다. 즉, 흡수층은 (i-4) 내지 (i-6)의 조건을 만족시키지만, 이것과 조합하는 반사층이 (ii-3) 내지 (ii-5)의 조건을 모두 만족시키지 않는다.

도 24는, 비교예 4의 광학 필터에 있어서의 분광 투과율 곡선(입사각 0°, 입사각 30°의 p/s 편광)의 계산 결과이다. 비교예 4의 광학 필터는, 투과율이 50％ 이하인 파장 668 내지 700nm에 있어서, 입사각 0°와 30°일 때의 광의 투과율 변화가 거의 없는 분광 투과율이 얻어진다. 또한, 비교예 4의 광학 필터는, 입사각 30°일 때의, 흡수층의 λ_C(T_max) 근방의 파장 715 내지 734nm의 광에 대하여, 투과율 0.5％ 이하를 나타내지만, 입사각 0°일 때의 상기 파장의 광에 대하여, 투과율이 2％ 이상이며 최대 10％의 투과대를 갖는다. 즉, 비교예 4의 광학 필터는, 반사층의 입사각/편광 의존성에 의해, 흡수층의 입사각 0° 내지 30°의 광에 대한 파장 710 내지 740nm의 광의 차광성이 불충분하다.

[참고예]

본 예의 광학 필터는, 실시예 4에 있어서, 투명 기판(13)으로서 CuO를 함유하는 흡수형 유리 기판(아사히 가라스(주)제 NF-50E)을 사용하고, 흡수제(DA)로서 λ(DA_T_min)=705nm의 스쿠아릴륨계 화합물만을 투명 수지에 함유시킨 근적외 흡수층(11)을 사용한다. 즉, 흡수층은, 흡수제(DA)를 함유하는 수지층과, 흡수제(DB)로서 CuO를 함유하는 흡수형 유리 기판을 갖는다. 그 이외에는, 실시예 4와 동일한 구성으로 한다.

여기서, 흡수형 유리 기판은 λ(DB_T_min)=850nm에서, 이 파장에 있어서의 투과율 T_min이 약 20％가 되는 두께 0.2mm로 가공되어 있다. 실시예 1 내지 4의 투명 수지에 색소를 함유시킨 흡수제(DB)에 비해 근적외 흡수 파장대가 넓기 때문에, 가시 영역의 투과율 저하를 억제하도록 T_min=10 내지 30％가 되는 흡수형 유리 기판을 사용한다.

그 결과, 입사각 0° 내지 30°의 광에 대하여, 시감도가 높은 파장 430 내지 600nm의 광의 평균 투과율 94％ 이상, 파장 690 내지 720nm의 광의 투과율이 5％ 이하, 그리고 파장 600 내지 690nm의 분광 투과율 곡선을 시감도 곡선에 근사 보정하는 분광 투과율을 나타낸다. 또한, 노이즈 광이 되는 불필요한 파장 700 내지 1150nm의 광의 평균 투과율이 0.3％ 이하이며, 입사각 0° 내지 30°의 광에 대한 분광 투과율의 변화가 작다. 또한, 파장 600 내지 900nm에서 투과율이 50％ 이하인 파장 660 내지 900nm에 있어서, 입사각 0°와 30°에서 투과율차가 0 내지 5％이며, 투과율 변화는 30％ 이하를 만족시킨다.

본 발명의 광학 필터는, 고체 촬상 소자를 사용한 디지털 스틸 카메라, 휴대 전화 카메라 등의 촬상 장치에 사용되는 광학 필터로서 유용하다.

10, 20, 30, 40…광학 필터, 11…흡수층, 12a…제1 반사층, 12b…제2 반사층, 13…투명 기판, 14…반사 방지층, 21…고체 촬상 소자, 22…렌즈 유닛, 23…촬상 렌즈, 24…하우징, 100…촬상 장치.

Claims

파장 685 내지 715nm에 흡수 극대 파장 λ(DA_T_min)를 갖는 제1 근적외선 흡수제(DA)와, 파장 705 내지 725nm에 흡수 극대 파장 λ(DB_T_min)를 갖는 제2 근적외선 흡수제(DB)를 포함하고, 또한 하기 (i-1) 내지 (i-3)을 만족시키는 흡수층과,
하기 (ii-1) 내지 (ii-2)를 만족시키는 유전체 다층막을 포함하는 반사층
을 갖는, 광학 필터.
(i-1) 10nm≤λ(DB_T_min)-λ(DA_T_min)<40nm이다.
(i-2) 파장 600nm의 광의 투과율이 80％ 이상, 파장 650nm의 광의 투과율이 40％ 이상, 파장 700nm의 광의 투과율이 3％ 이하, 또한 파장 714nm의 광의 투과율이 10％ 이하이다.
(i-3) 파장 580nm 내지 λ(DA_T_min)에 있어서, 투과율이 90％, 50％, 5％가 되는 파장을 각각, λSh(DAB_T90％), λSh(DAB_T50％), λSh(DAB_T5％)로 하면,
{λSh(DAB_T50％)-λSh(DAB_T90％)}≥{λSh(DAB_T5％)-λSh(DAB_T50％)}이다.
(ii-1) 파장 700 내지 1150nm에 있어서, 입사각 0°의 광에 대한 투과율이 5％ 이하가 되는 반사대를 갖는다.
(ii-2) 파장 680 내지 750nm에 있어서, 입사각 0°의 광에 대한 투과율이 50％가 되는 파장을 λ_R(0°_T50％)로 하고, 상기 흡수층의, 파장 580nm 내지 λ(DA_T_min)에 있어서의 투과율이 10％가 되는 파장을 λSh(DAB_T10％)로 하고, 파장 λ(DB_T_min) 내지 800nm에 있어서의 투과율이 5％가 되는 파장을 λLo(DAB_T5％)로 하면,
λSh(DAB_T10％)+30nm<λ_R(0°_T50％)<λLo(DAB_T5％)이다.
파장 685 내지 715nm에 흡수 극대 파장 λ(DA_T_min)를 갖는 제1 근적외선 흡수제(DA)와, 파장 725nm 초과 900nm 이하에 흡수 극대 파장 λ(DB_T_min)를 갖는 제2 근적외선 흡수제(DB)를 포함하고, 또한 하기 (i-4) 내지 (i-6)을 만족시키는 흡수층과,
하기 (ii-3) 내지 (ii-5)를 만족시키는 유전체 다층막을 포함하는 반사층
을 갖는, 광학 필터.
(i-4) 40nm≤λ(DB_T_min)-λ(DA_T_min)≤215nm이다.
(i-5) 파장 600nm의 광의 투과율이 80％ 이상, 파장 650nm의 광의 투과율이 40％ 이상, 파장 λ(DA_T_min)의 광의 투과율이 3％ 이하이며, 파장 λ(DB_T_min)의 광의 투과율이 3％ 이하이다.
(i-6) 파장 580nm 내지 λ(DA_T_min)에 있어서, 투과율이 90％, 50％, 5％가 되는 파장을 각각, λSh(DAB_T90％), λSh(DAB_T50％), λSh(DAB_T5％)로 하면,
{λSh(DAB_T50％)-λSh(DAB_T90％)}≥{λSh(DAB_T5％)-λSh(DAB_T50％)}이다.
(ii-3) 파장 700 내지 1150nm에 있어서, 입사각 0°의 광에 대한 투과율이 5％ 이하가 되는 반사대를 갖는다.
(ii-4) 파장 680 내지 750nm에 있어서, 입사각 0°의 광에 대한 투과율이 50％가 되는 파장을 λ_R(0°_T50％)로 하고, 상기 흡수층의, 파장 580nm 내지 λ(DA_T_min)에 있어서의 투과율이 10％가 되는 파장을 λSh(DAB_T10％)로 하면,
λSh(DAB_T10％)+20nm<λ_R(0°_T50％)<λ_C(T_max)이다.
단, λ_C(T_max)는, 파장 λ(DA_T_min) 내지 λ(DB_T_min)에 있어서, 상기 흡수층의 투과율이 최대가 되는 파장이다.
(ii-5) 파장 640 내지 750nm에 있어서, 입사각 30°의 s 편광에 대한 투과율이 50％가 되는 파장을 λ_R(30°_Ts50％)로 하면, λ_R(0°_T50％)과 λ_R(30°_Ts50％)의 차 δλ_RSh(T50％)는, 0nm<δλ_RSh(T50％)≤25nm이다.
제1항에 있어서, 상기 흡수층은, 파장 700nm 근방에서 투과율 10％ 이하가 되는 흡수 파장 대역폭 Δλ_abs(T10％)가 40nm 이상인, 광학 필터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 입사각 0° 내지 30°의 분광 투과율 곡선에 있어서, 하기 (1) 및 (2)의 조건을 만족시키는, 광학 필터.
(1) 파장 440 내지 600nm에 있어서의 평균 투과율이 80％ 이상이다.
(2) 파장 690 내지 720nm 전역의 투과율이 5％ 이하이다.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 입사각 0°의 분광 투과율 곡선에 있어서, 파장 350 내지 390nm의 광에 대한 평균 투과율이 10％ 이하인, 광학 필터.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반사층은, 입사각 30°의 p 편광의 투과율이 15％가 되는 파장 λLo(30°_Tp15％)가 1150nm 초과인, 광학 필터.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 흡수층은, 파장 370 내지 405nm에 흡수 극대 파장 λ(DU_T_min)를 가짐과 함께, 파장 400 내지 420nm에 투과율 50％가 되는 파장 λLo(DU_T50％)를 갖는 근자외선 흡수제를 포함하는, 광학 필터.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 파장 600 내지 900nm에 있어서의 분광 투과율 곡선에 있어서, 투과율 50％ 이하가 되는 파장의 입사각 0°의 광에 대한 투과율과 입사각 30°의 광에 대한 투과율의 차가 30％ 이하인, 광학 필터.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 투명 기판을 갖는, 광학 필터.
제9항에 있어서, 상기 투명 기판은 흡수형 유리인, 광학 필터.
제2항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 흡수층은, 상기 제1 근적외선 흡수제(DA)를 포함하는 수지층과, 상기 제2 근적외선 흡수제(DB)를 포함하는 흡수형 유리를 갖는, 광학 필터.
제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 흡수형 유리는, CuO를 함유하는 플루오로인산염계 유리 또는 인산염계 유리인, 광학 필터.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 근적외선 흡수제(DA)는, 스쿠아릴륨계 화합물, 시아닌계 화합물, 프탈로시아닌계 화합물, 나프탈로시아닌계 화합물, 디티올 금속 착체계 화합물, 디이모늄계 화합물로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는, 광학 필터.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 기재된 광학 필터를 구비한, 촬상 장치.