WO2020196051A1 - 光学フィルタ - Google Patents

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WO2020196051A1
WO2020196051A1 PCT/JP2020/011524 JP2020011524W WO2020196051A1 WO 2020196051 A1 WO2020196051 A1 WO 2020196051A1 JP 2020011524 W JP2020011524 W JP 2020011524W WO 2020196051 A1 WO2020196051 A1 WO 2020196051A1
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WO
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optical
multilayer film
optical filter
infrared region
specific
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PCT/JP2020/011524
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English (en)
French (fr)
Inventor
崇 長田
貴尋 坂上
Original Assignee
Agc株式会社
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/10Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
    • G02B1/11Anti-reflection coatings
    • G02B1/113Anti-reflection coatings using inorganic layer materials only
    • G02B1/115Multilayers
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/20Filters
    • G02B5/28Interference filters
    • G02B5/281Interference filters designed for the infrared light
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B17/00Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B7/00Layered products characterised by the relation between layers; Layered products characterised by the relative orientation of features between layers, or by the relative values of a measurable parameter between layers, i.e. products comprising layers having different physical, chemical or physicochemical properties; Layered products characterised by the interconnection of layers
    • B32B7/02Physical, chemical or physicochemical properties
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03BAPPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B11/00Filters or other obturators specially adapted for photographic purposes

Definitions

  • the present invention relates to an optical filter that transmits light having a wavelength in the infrared region.
  • Solid-state image sensors such as CCD (Charge Coupled Device) image sensors and CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensors have stronger sensitivity to infrared light than human luminosity characteristics. Therefore, for example, in a digital camera, a digital video, or the like, spectroscopic correction is performed by using an optical filter such as an infrared cut filter.
  • CCD Charge Coupled Device
  • CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor
  • imaging can be performed by incident light having a wavelength in the visible region during the daytime.
  • incident light having a wavelength in the visible region during the daytime.
  • An optical filter that transmits light in both the visible region and the infrared region can be configured by appropriately designing the optical multilayer film installed on the substrate. That is, by forming an optical multilayer film having a repeating structure of a high refractive index layer and a low refractive index layer, the above-mentioned optical characteristics can be exhibited.
  • Patent Documents 1 and 2 describe an optical filter capable of transmitting light in both the visible region and the infrared region by a repeating structure of a high refractive index layer and a low refractive index layer.
  • the present invention has been made in view of such a background, and in the present invention, an optical filter capable of significantly suppressing variations in optical characteristics even when the number of layers contained in the optical multilayer film is large.
  • the purpose is to provide.
  • the average transmittance of light in the specific visible region defined as the wavelength range of 430 nm to 650 nm is 80% or more, and the average transmittance of light in the specific infrared region defined as the wavelength range of 900 nm to 1000 nm is 25% to 85%.
  • the average transmittance of light in the specific visible region is 80% or more, the average transmittance of light in the specific infrared region is in the range of 45% to 65%, and the specific visible region and the specific infrared region In between, a first optical multilayer film having a first blocking band that blocks light, The average transmittance of light in the specific visible region is 80% or more, the average transmittance of light in the specific infrared region is in the range of 45% to 65%, and the wavelength is longer than the specific infrared region. , A second optical multilayer film having a second blocking band that blocks light, An optical filter having the above is provided.
  • an optical filter capable of significantly suppressing variations in optical characteristics even when the number of layers contained in the optical multilayer film is large.
  • the transmittance of the glass substrate and the optical filter in one embodiment of the present invention is a value in consideration of reflection at the interface between the substrate and air.
  • the transmittance of the optical multilayer film represents the transmittance when the optical multilayer film is provided on the white plate glass, and this transmittance is a value considering the reflection on the back surface side where the optical multilayer film of the white plate glass is not provided. Is.
  • the average transmittance of light in the specific visible region defined as the wavelength range of 430 nm to 650 nm is 80% or more, and the average transmittance of light in the specific infrared region defined as the wavelength range of 900 nm to 1000 nm is 25% to 85%.
  • the average transmittance of light in the specific visible region is 80% or more, the average transmittance of light in the specific infrared region is in the range of 45% to 65%, and the specific visible region and the specific infrared region In between, a first optical multilayer film having a first blocking band that blocks light, The average transmittance of light in the specific visible region is 80% or more, the average transmittance of light in the specific infrared region is in the range of 45% to 65%, and the wavelength is longer than the specific infrared region. , A second optical multilayer film having a second blocking band that blocks light, An optical filter having the above is provided.
  • the "specific visible region” represents a wavelength range of 430 nm to 650 nm
  • the “specific infrared region” represents a wavelength range of 900 nm to 1000 nm. Further, as will be described later, a wavelength range of 1100 nm to 1200 nm is particularly referred to as a “second specific infrared region”.
  • the optical filter according to the embodiment of the present invention has a glass substrate.
  • the glass substrate is characterized in that the average transmittance of light in the specific visible region is 80% or more, and the average transmittance of light in the specific infrared region is 25% to 85%.
  • FIG. 1 schematically shows an example of the transmittance characteristics of the glass substrate used in the optical filter according to the embodiment of the present invention.
  • this glass substrate has a high transmittance in the specific visible region, and the average transmittance in the specific visible region is 80% or more.
  • the glass substrate has a feature that the transmittance in the specific infrared region is lower than that in the specific visible region, and the average transmittance in the specific infrared region is in the range of 25% to 85%.
  • the optical filter according to the embodiment of the present invention has a first optical multilayer film.
  • the first optical multilayer film has an average transmittance of light in a specific visible region of 80% or more, and an average transmittance of light in a specific infrared region in the range of 45% to 65%. Further, the first optical multilayer film is characterized by having a first blocking band that blocks light between the specific visible region and the specific infrared region.
  • FIG. 2 schematically shows an example of the transmittance characteristics of the first optical multilayer film used in the optical filter according to the embodiment of the present invention.
  • the first optical multilayer film has a first transmission band B t1 in a specific visible region and a second transmission band B t2 in a specific infrared region. Further, the first optical multilayer film has a first blocking band C t1 between the first transmission band B t1 and the second transmission band B t 2.
  • the first transmittance band B t1 has a high transmittance, for example, the average transmittance in the specific visible region is 80% or more.
  • the second transmittance band B t2 has a medium or higher transmittance, and for example, the average transmittance in the specific infrared region is in the range of 45% to 65%.
  • the first blocking zone C t1 has a low transmittance, and for example, the average transmittance in the wavelength range of 780 nm to 830 nm is 3% or less.
  • the optical characteristics of the first optical multilayer film at wavelengths higher than the specific infrared region are not particularly limited. Therefore, the curve shown in FIG. 2 is merely an example.
  • optical filter according to the embodiment of the present invention has a second optical multilayer film.
  • the second optical multilayer film has an average transmittance of light in a specific visible region of 80% or more, and an average transmittance of light in a specific infrared region in the range of 45% to 65%. Further, the second optical multilayer film is characterized by having a second blocking band that blocks light on the longer wavelength side than the specific infrared region.
  • FIG. 3 schematically shows an example of the transmittance characteristics of the second optical multilayer film used in the optical filter according to the embodiment of the present invention.
  • the second optical multilayer film having a first transmission band B u1 to a specific visible region, having a second transmission band B u2 in particular infrared region. Further, the second optical multilayer film, the longer wavelength side than the second transmission band B u2, having a second cut-off band C u2.
  • the first transmission band Bu1 has a high transmittance.
  • the average transmittance of the specific visible region is 80% or more.
  • the second transmittance band Bu2 has a medium transmittance, for example, the average transmittance in the specific infrared region is in the range of 45% to 65%.
  • the second blocking zone Cu2 has a low transmittance, for example, the average transmittance in the wavelength range of 1050 nm to 1200 nm is 5% or less.
  • the optical characteristics between the specific visible region and the specific infrared region are not particularly limited. Therefore, the curve shown in FIG. 3 is merely an example.
  • the optical filter according to the embodiment of the present invention has a glass substrate having the above-mentioned characteristics, a first optical multilayer film, and a second optical multilayer film, the optical characteristics of the optical filter are the optical characteristics of each member. As a combination of, it is represented as shown in FIG.
  • FIG. 4 schematically shows an example of the transmittance characteristics obtained in the optical filter according to the embodiment of the present invention.
  • the transmission curve of the optical filter according to an embodiment of the present invention has a first transmission band B a1 to specific visible region, a second transmission band B a2 in particular infrared region Have.
  • the transmittance curve of the optical filter according to the embodiment of the present invention has a first blocking band C a1 between the first transmission band B a1 and the second transmission band B a2 , and has a second blocking band C a1 . It has a second blocking band C a2 on the longer wavelength side than the transmission band B a2 .
  • the first transmittance band Ba1 has a high transmittance, for example, the average transmittance in the specific visible region is 80% or more.
  • the second transmittance band Ba2 has a medium transmittance, and for example, the average transmittance in the specific infrared region is in the range of 40% to 90%.
  • the first blocking band C a1 has a low transmittance, for example, the average transmittance in the wavelength range of 700 nm to 850 nm is 5% or less.
  • the second blocking zone C a2 has a low transmittance, and for example, the average transmittance in the wavelength range of 1050 nm to 1200 nm is 5% or less.
  • the first transmission band B a1 is recognized over a wavelength range of 430 nm to 650 nm
  • the second transmission band B a2 is recognized over a wavelength range of 900 nm to 1000 nm.
  • the first transmittance band Ba1 may exist in a narrower region as long as the average transmittance in the specific visible region is 80% or more.
  • the second transmittance band Ba2 may exist in a narrower region as long as the average transmittance in the specific infrared region is in the range of 40% to 60%.
  • the first blocking band C a1 is recognized in the wavelength range of 700 nm to 850 nm
  • the second blocking band C a2 is recognized in the wavelength region of 1000 nm or more.
  • the first blocking zone C a1 may be present in a narrower region as long as the average transmittance in the wavelength range of 700 nm to 850 nm is 5% or less.
  • the optical filter according to the embodiment of the present invention can transmit light in both the specific visible region and the specific infrared region. Therefore, the optical filter according to the embodiment of the present invention can be used, for example, in an imaging device that continuously captures images day and night.
  • the glass substrate is characterized in that the average transmittance of light in a specific infrared region is 25% to 85%.
  • the variation in optical characteristics tends to increase accordingly. This is because when the number of layers contained in the optical multilayer film increases, even a slight variation in the thickness of each layer cannot ignore the effect on the optical characteristics. In particular, in a specific infrared region, as the number of layers constituting the optical multilayer film increases, optical characteristics such as transmittance will vary widely to a considerable extent.
  • the optical filter according to the embodiment of the present invention even if the number of layers contained in the first optical multilayer film and / or the second optical multilayer film is large, the glass substrate, the first optical multilayer film, It is possible to significantly suppress the variation in the optical characteristics in the second transmission band Ba2 , which is expressed by the combination of the second optical multilayer film and the second optical multilayer film.
  • the transmittance of the optical filter in the specific infrared region is somewhat lowered due to the light absorption characteristic of the glass substrate.
  • the transmittance of the second transmission band Ba2 of the optical filter according to the embodiment of the present invention can still be maintained in the range of, for example, 40% to 60%.
  • the problem of the angle dependence of the incident light that may occur in the second transmission band Ba2 can be significantly suppressed due to the above-mentioned characteristics.
  • a transmission band is expressed in a specific infrared region by a suitable combination of optical multilayer films.
  • optical characteristics of such an optical multilayer film change depending on the incident angle of light.
  • the second transmission band Ba2 in the specific infrared region is reduced to, for example, 40% to 60% depending on the absorption characteristics of the glass substrate. Further, the absorption characteristics of such a glass substrate are characterized in that the dependence on the incident angle is relatively small.
  • the optical characteristics of the second transmission band Ba2 are less likely to be affected by the angle of the incident light, and the problem of angle dependence can be alleviated.
  • FIG. 5 schematically shows a cross section of an optical filter (hereinafter, referred to as “first optical filter”) 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the first optical filter 100 includes a glass substrate 110, a first optical multilayer film 130, and a second optical multilayer film 160.
  • the glass substrate 110 has a first main surface 112 and a second main surface 114 facing each other, and the first optical multilayer film 130 and the second optical multilayer film 160 are both the first of the glass substrate 110. It is arranged on the main surface 112 of 1.
  • the second optical multilayer film 160 is installed closer to the substrate than the first optical multilayer film 130.
  • the first optical multilayer film 130 and the second optical multilayer film 160 may be arranged in the reverse order.
  • the glass substrate 110 has an average transmittance of light of 80% or more in a specific visible region. Further, the glass substrate 110 has an average transmittance of light in a specific infrared region in the range of 25% to 85%.
  • the glass substrate 110 has, for example, the transmittance characteristics as shown in FIG. 1 described above.
  • the first optical multilayer film 130 has an average transmittance of light of 80% or more in a specific visible region. Further, the first optical multilayer film 130 has an average transmittance of light in a specific infrared region in the range of 45% to 65%, and blocks light between the specific visible region and the specific infrared region. Has a blocking zone.
  • the first optical multilayer film 130 may have, for example, the transmittance characteristics as shown in FIG. 2 described above.
  • the first optical multilayer film 130 has a repeating structure of a "high refractive index layer” and a “low refractive index layer”.
  • the "high refractive index layer” means a layer having a refractive index of 2.0 or more at a wavelength of 500 nm
  • the "low refractive index layer” means a layer having a refractive index of 1.6 or less at a wavelength of 500 nm. To do.
  • the first optical multilayer film 130 has a first high refractive index layer 132-1, a first low refractive index layer 132-2, and a second high refractive index layer 132-. 3. It has a second low refractive index layer 132-4, ..., A third low refractive index layer 132-m.
  • m is, for example, an integer of 2 to 100.
  • the second optical multilayer film 160 has an average transmittance of light of 80% or more in a specific visible region. Further, the second optical multilayer film 160 has an average transmittance of light in the specific infrared region in the range of 45% to 65%, and blocks light on the longer wavelength side than the specific infrared region. It has a blocking zone.
  • the second optical multilayer film 160 may have, for example, the transmittance characteristics as shown in FIG. 3 described above.
  • the second optical multilayer film 160 also has a repeating structure of a “high refractive index layer” and a “low refractive index layer”.
  • the second optical multilayer film 160 has a first high refractive index layer 162-1, a first low refractive index layer 162-2, and a second high refractive index layer 162-2. 3. It has a second low refractive index layer 162-4, ..., Nth low refractive index layer 162-n.
  • n is, for example, an integer of 2 to 130.
  • the configuration of the second optical multilayer film 160 for example, the thickness of each layer is different from that of the first optical multilayer film 130.
  • the first optical filter 100 having such a configuration can obtain the transmittance characteristics as shown in FIG. 4 described above.
  • the influence of the characteristic variation that may occur on the first optical multilayer film 130 and the second optical multilayer film 160 is significantly reduced by the light absorption characteristics of the glass substrate 110. Or be excluded.
  • the optical characteristics in the second transmission band Ba2 are exhibited .
  • the variation can be significantly suppressed.
  • the first optical filter 100 can significantly suppress the dependence of light on the incident angle in a specific infrared region.
  • the glass substrate 110 may have any composition as long as it has the above-mentioned characteristics.
  • the glass substrate 110 may be an infrared absorbing glass containing an infrared absorbing component.
  • the infrared absorbing component may be, for example, iron and / or copper.
  • the amount of the infrared absorbing component may be 0.05 cation% or more.
  • the glass substrate 110 include, but are not limited to, copper-containing fluorinated glass, copper-containing phosphoric acid glass, and iron-containing phosphoric acid glass.
  • the glass substrate 110 has an average transmittance of 80% or more in the specific visible region.
  • the average transmittance in the specific visible region is preferably 81% or more, and more preferably 82% or more.
  • the glass substrate 110 has an average transmittance of 25% to 85% in a specific infrared region.
  • the average transmittance in the specific infrared region is preferably in the range of 30% to 80%, and more preferably in the range of 35% to 75%.
  • the thickness of the glass substrate 110 is not particularly limited. However, when the first optical filter 100 is used for a small device, the thickness of the glass substrate 110 is preferably in the range of 0.05 mm to 2 mm in order to reduce the thickness of the first optical filter 100.
  • the glass substrate 110 has an average transmittance in a specific infrared region of T glass (%).
  • T glass ⁇ T t1 + t2 (1) May be satisfied.
  • T t1 + t2 (%) is the average transmittance in the specific infrared region obtained by the combination of the first optical multilayer film 130 and the second optical multilayer film 160.
  • the first optical multilayer film 130 may have any layer structure as long as it has the above-mentioned characteristics.
  • the first optical multilayer film 130 may have a repeating structure of a high refractive index layer and a low refractive index layer.
  • the number of repetitions is not particularly limited, but is, for example, in the range of 1 to 50 times (that is, the number of layers is 2 to 100).
  • the number of repetitions is preferably 20 times or less, and more preferably 15 times or less.
  • the number of repetitions in the first optical multilayer film 130 is increased to, for example, 20 times or more, the variation in optical characteristics can be significantly suppressed. Therefore, the number of repetitions can be significantly increased as compared with the conventional case, which makes it possible to perform a more precise optical design of the optical filter.
  • the high refractive index layer examples include titanium oxide, tantalum oxide, niobium oxide and the like.
  • Examples of the low refractive index layer include silicon oxide and magnesium fluoride.
  • the refractive index of titanium oxide at a wavelength of 500 nm is generally in the range of 2.3 to 2.8, and the refractive index of silicon oxide is generally in the range of 1.4 to 1.5, although it depends on the crystalline state. Is.
  • the transmittance characteristics as shown in FIG. 2 described above can be obtained by adjusting the thickness of each high refractive index layer and each low refractive index layer.
  • the second optical multilayer film 160 may have any layer structure as long as it has the above-mentioned characteristics.
  • the second optical multilayer film 160 may have a repeating structure of a high refractive index layer and a low refractive index layer.
  • the number of repetitions is not particularly limited, but is, for example, in the range of 1 to 70 times (that is, the number of layers is 2 to 140).
  • the number of repetitions is preferably 50 times or less, and more preferably 26 times or less.
  • the number of repetitions in the second optical multilayer film 160 is increased to, for example, 20 times or more, the variation in optical characteristics can be significantly suppressed. Therefore, the number of repetitions can be significantly increased as compared with the conventional case.
  • Examples of the high refractive index layer include titanium oxide, and examples of the low refractive index layer include silicon oxide.
  • the transmittance characteristics as shown in FIG. 3 described above can be obtained by adjusting the thickness of each high refractive index layer and each low refractive index layer.
  • the first optical filter 100 has, for example, the transmittance characteristics as shown in FIG.
  • the first optical filter 100 may have an average transmittance of 80% or more in a specific visible region.
  • the average transmittance in the specific visible region is preferably 85% or more, and more preferably 90% or more.
  • the first optical filter 100 has a first transmission band Ba1 in a specific visible region.
  • the first transmission band B a1 may be present over a range of wavelengths 430 nm ⁇ 650 nm.
  • the first optical filter 100 has a second transmission band Ba2 in a specific infrared region.
  • the second transmission band B a2 may be present over a range of wavelengths 900 nm ⁇ 1000 nm.
  • the second transmission band B a2 may even central wavelength in the range of 920 nm ⁇ 980 nm, or the center wavelength may be in a range of 930 nm ⁇ 960 nm.
  • the first optical filter 100 may have an average transmittance of less than 3% in the wavelength range of 780 nm to 830 nm. Further, the first optical filter 100 may have an average transmittance of 2.5% or less in the second specific infrared region.
  • V 2 100 (%)- Average transmittance (%) in the specific infrared region of the first optical filter 100 Eq. (4) It is represented by.
  • the "second specific infrared region” represents a wavelength range of 1100 nm to 1200 nm.
  • FIG. 6 schematically shows a cross section of an optical filter (hereinafter, referred to as “second optical filter”) 200 according to another embodiment of the present invention.
  • the second optical filter 200 has a glass substrate 110, a first optical multilayer film 130, and a second optical multilayer film 160.
  • the arrangement of the first and second optical multilayer films is different from that of the above-mentioned first optical filter 100. That is, in the second optical filter 200, the first optical multilayer film 130 is installed on the side of the first main surface 112 of the glass substrate 110, and the first optical multilayer film 130 is installed on the side of the second main surface 114 of the glass substrate 110. The optical multilayer film 160 of 2 is installed.
  • the same effect as in the case of the first optical filter 100 that is, the number of layers contained in the first optical multilayer film 130 and / or the second optical multilayer film 160 is obtained. Even if the number increases, the effect that the variation in the optical characteristics in the second transmission band Ba2 can be significantly suppressed can be obtained.
  • the second optical filter 200 can also significantly suppress the dependence of light on the incident angle in the specific infrared region.
  • optical filter may have a different configuration in the present invention.
  • a third optical multilayer film having a third blocking band may be further installed in a specific visible region.
  • the first and second optical filters 100 and 200 having such characteristics can be applied to, for example, imaging devices such as surveillance cameras, in-vehicle cameras, and webcams.
  • Example 1 and Example 2 are examples, and Example 3 is a comparative example.
  • the simulation calculation was performed using optical thin film design software (TF Calc, Software Spectra Inc). Further, the second main surface 114 has an antireflection film (not shown).
  • Example 1 A glass substrate, a first optical multilayer film, and a second optical multilayer film were combined to form an optical filter as shown in FIG. 5 (hereinafter, referred to as "optical filter according to Example 1").
  • infrared absorbing glass having the composition of "Glass A” in Table 1 below was used.
  • the thickness of the glass substrate is 0.3 mm.
  • FIG. 7 shows the optical characteristics of the glass A.
  • the average transmittance T glass in the specific infrared region of glass A was 46.9%.
  • the average transmittance of glass A in the second specific infrared region was 38.3%.
  • Tables 2 and 3 below show the configurations of the first optical multilayer film and the second optical multilayer film laminated on the glass substrate, respectively.
  • the first optical multilayer film has a repeating structure of a high refractive index layer and a low refractive index layer, and the number of layers is 22.
  • the second optical multilayer film has a repeating structure of a high refractive index layer and a low refractive index layer, and the number of layers is 52.
  • the high refractive index layer was designated as TiO 2 and the low refractive index layer was designated as SiO 2 .
  • the first optical multilayer film was laminated on the second optical multilayer film. That is, the glass substrate, the second optical multilayer film, and the first optical multilayer film were laminated in this order to form the optical filter according to Example 1.
  • Example 1 a total of 52 layers are laminated on one main surface of the glass substrate in order from the first layer having a thickness of 26.75 nm, which constitutes the second optical multilayer film, and then further. A total of 22 layers were laminated in order from the first layer having a thickness of 107.45 nm, which constitutes the optical multilayer film 1.
  • FIG. 8 shows the optical characteristics of the first optical multilayer film obtained by simulation calculation. Further, FIG. 9 shows the optical characteristics of the second optical multilayer film obtained by simulation calculation.
  • the average transmittance T t1 + t2 (%) in the specific infrared region of the combination of the first optical multilayer film and the second optical multilayer film was 79.4%.
  • FIG. 10 shows the optical characteristics of the optical filter according to Example 1 obtained by simulation calculation.
  • the average transmittance of the optical filter according to Example 1 in the specific visible region was 96.9%.
  • the average transmittance in the specific infrared region was 40.1%, and the average transmittance in the second specific infrared region was 1.0%.
  • Example 2 An optical filter (hereinafter referred to as "optical filter according to Example 2") was constructed by the same method as in Example 1.
  • infrared absorbing glass having the composition of "glass B" in Table 1 described above was used as the glass substrate.
  • FIG. 11 shows the optical characteristics of the glass B.
  • the average transmittance T glass in the specific infrared region of glass B was 80.0%.
  • the average transmittance of glass B in the second specific infrared region was 84.2%.
  • FIG. 12 shows the optical characteristics of the optical filter according to Example 2 obtained by simulation calculation.
  • the average transmittance of the optical filter according to Example 2 in the specific visible region was 94.3%.
  • the average transmittance in the specific infrared region was 42.5%, and the average transmittance in the second specific infrared region was 1.8%.
  • the absorption contribution degree P and the second absorption contribution degree Q of the glass substrate were obtained.
  • the absorption contribution P was 34.8%
  • the second absorption contribution Q was 15.4%.
  • Example 3 An optical filter (hereinafter referred to as "optical filter according to Example 3") was constructed by the same method as in Example 1.
  • glass C commercially available glass (D263, manufactured by Shott) was used as the glass substrate.
  • this glass substrate will be referred to as "glass C”.
  • FIG. 13 shows the optical characteristics of glass C.
  • the average transmittance T glass in the specific infrared region of glass C was 92.0%.
  • the average transmittance of glass C in the second specific infrared region was 92.0%.
  • FIG. 14 shows the optical characteristics of the optical filter according to Example 3 obtained by simulation calculation.
  • the average transmittance of the optical filter according to Example 3 in the specific visible region was 98.0%.
  • the average transmittance in the specific infrared region was 74.3%, and the average transmittance in the second specific infrared region was 2.6%.
  • the absorption contribution degree P and the second absorption contribution degree Q of the glass substrate were obtained.
  • the absorption contribution P was 31.3%
  • the second absorption contribution Q was 8.2%.
  • Table 4 summarizes the main optical characteristics of the optical filters according to Examples 1 to 3.
  • the first optical multilayer film having the configuration shown in Table 2 above and the second optical multilayer film having the configuration shown in Table 3 above are laminated on the glass substrate.
  • total number of layers: 74 layers total number of layers
  • optical filters according to Examples 1 and 2 significantly suppress the variation in optical characteristics in the specific infrared region.

Abstract

430~650nmの波長範囲として定められる特定可視領域における光の平均透過率が80%以上であり、900~1000nmの波長範囲として定められる特定赤外領域における光の平均透過率が25%~85%のガラス基板と、前記特定可視領域における光の平均透過率が80%以上であり、前記特定赤外領域における光の平均透過率が45%~65%の範囲であり、前記特定可視領域と前記特定赤外領域の間に、光を遮断する第1の遮断帯を有する第1の光学多層膜と、前記特定可視領域における光の平均透過率が80%以上であり、前記特定赤外領域における光の平均透過率が45%~65%の範囲であり、前記特定赤外領域よりも長波長側に、光を遮断する第2の遮断帯を有する第2の光学多層膜と、を有する、光学フィルタ。

Description

光学フィルタ
 本発明は、赤外領域の波長の光を透過する光学フィルタに関する。
 CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサやCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ等の固体撮像素子は、人間の視感度特性に比べて赤外光に強い感度を有する。このため、例えばデジタルカメラやデジタルビデオ等では、赤外線カットフィルタ等の光学フィルタを用いることにより分光補正が行われている。
 一方、昼夜連続で撮像を行う監視カメラ等の撮像装置では、昼間は可視領域の波長を有する光が入射することで撮像を行うことができる。しかしながら、夜間は暗視下であるため、赤外領域の波長を有する光を取り込んで撮像を行う必要がある。このため、可視領域および赤外領域の両方の光を透過する光学フィルタを用いて分光補正を行うことが必要となる。
 なお、可視領域と赤外領域の両方の光を透過する光学フィルタは、基板の上に設置される光学多層膜を適正に設計することにより構成可能である。すなわち、高屈折率層と低屈折率層の繰り返し構造を有する光学多層膜を形成することにより、前述のような光学特性を発現させることができる。
 例えば、特許文献1、2には、高屈折率層と低屈折率層の繰り返し構造により、可視領域と赤外領域の両方の光を透過できる光学フィルタが記載されている。
特開2006-10764号公報 特開2016-109809号公報
 従来の光学フィルタでは、光学多層膜に含まれる層の数が増加すると、量産時に光学フィルタごとの光学特性のばらつきが大きくなる傾向にある。これは、光学多層膜に含まれる層の数が多くなると、それぞれの層の厚さの変動が、光学特性に及ぼす影響が無視できなくなるからである。特に、赤外領域では、光学多層膜を構成する層の数が増加すると、透過率等の光学特性に無視できないほどのばらつきが生じ得る。
 本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、本発明では、光学多層膜に含まれる層の数が多くなっても、光学特性のばらつきを有意に抑制することが可能な光学フィルタを提供することを目的とする。
 本発明では、光学フィルタであって、
 430nm~650nmの波長範囲として定められる特定可視領域における光の平均透過率が80%以上であり、900nm~1000nmの波長範囲として定められる特定赤外領域における光の平均透過率が25%~85%のガラス基板と、
 前記特定可視領域における光の平均透過率が80%以上であり、前記特定赤外領域における光の平均透過率が45%~65%の範囲であり、前記特定可視領域と前記特定赤外領域の間に、光を遮断する第1の遮断帯を有する第1の光学多層膜と、
 前記特定可視領域における光の平均透過率が80%以上であり、前記特定赤外領域における光の平均透過率が45%~65%の範囲であり、前記特定赤外領域よりも長波長側に、光を遮断する第2の遮断帯を有する第2の光学多層膜と、
 を有する、光学フィルタが提供される。
 本発明では、光学多層膜に含まれる層の数が多くなっても、光学特性のばらつきを有意に抑制することが可能な光学フィルタを提供することができる。
本発明の一実施形態による光学フィルタに含まれるガラス基板の透過率特性の一例を、模式的に示した図である。 本発明の一実施形態による光学フィルタに含まれる第1の光学多層膜の透過率特性の一例を、模式的に示した図である。 本発明の一実施形態による光学フィルタに含まれる第2の光学多層膜の透過率特性の一例を、模式的に示した図である。 本発明の一実施形態による光学フィルタにおいて得られる透過率特性の一例を、模式的に示した図である。 本発明の一実施形態による光学フィルタの断面を模式的に示した図である。 本発明の別の実施形態による光学フィルタの断面を模式的に示した図である。 本発明の一実施形態に使用されるガラスAの光学特性を示したグラフである。 本発明の一実施形態に使用される第1の光学多層膜の、シミュレーション計算によって得られた光学特性を示したグラフである 本発明の一実施形態に使用される第2の光学多層膜の、シミュレーション計算によって得られた光学特性を示したグラフである 本発明の一実施形態に係る光学フィルタの、シミュレーション計算によって得られた光学特性を示したグラフである。 本発明の別の実施形態に使用されるガラスBの光学特性を示したグラフである。 本発明の別の実施形態に係る光学フィルタの、シミュレーション計算によって得られた光学特性を示したグラフである。 比較例に使用されるガラスCの光学特性を示したグラフである。 比較例に係る光学フィルタの、シミュレーション計算によって得られた光学特性を示したグラフである。
 以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
 なお、本発明の一実施形態におけるガラス基板および光学フィルタの透過率は、特に記載がない限り、基板と空気との界面の反射を考慮した値である。また、光学多層膜の透過率は、白板ガラスに光学多層膜を設けた場合の透過率を表し、この透過率は、白板ガラスの光学多層膜が設けられていない裏面側の反射を考慮した値である。
 本発明の一実施形態では、
 光学フィルタであって、
 430nm~650nmの波長範囲として定められる特定可視領域における光の平均透過率が80%以上であり、900nm~1000nmの波長範囲として定められる特定赤外領域における光の平均透過率が25%~85%のガラス基板と、
 前記特定可視領域における光の平均透過率が80%以上であり、前記特定赤外領域における光の平均透過率が45%~65%の範囲であり、前記特定可視領域と前記特定赤外領域の間に、光を遮断する第1の遮断帯を有する第1の光学多層膜と、
 前記特定可視領域における光の平均透過率が80%以上であり、前記特定赤外領域における光の平均透過率が45%~65%の範囲であり、前記特定赤外領域よりも長波長側に、光を遮断する第2の遮断帯を有する第2の光学多層膜と、
 を有する、光学フィルタが提供される。
 本願において、「特定可視領域」とは、波長が430nm~650nmの範囲を表し、「特定赤外領域」とは、波長が900nm~1000nmの範囲を表す。また、後述するように、波長1100nm~1200nmの範囲を、特に「第2特定赤外領域」と称する。
 本発明の一実施形態による光学フィルタは、ガラス基板を有する。該ガラス基板は、特定可視領域における光の平均透過率が80%以上であり、特定赤外領域における光の平均透過率が25%~85%であるという特徴を有する。
 図1には、本発明の一実施形態による光学フィルタに使用されるガラス基板の透過率特性の一例を、模式的に示す。
 図1に示すように、このガラス基板は、特定可視領域における透過率が高くなっており、特定可視領域における平均透過率は、80%以上である。
 また、ガラス基板は、特定赤外領域では、特定可視領域に比べて透過率が低下する特徴を有し、特定赤外領域における平均透過率は、25%~85%の範囲である。
 また、本発明の一実施形態による光学フィルタは、第1の光学多層膜を有する。
 該第1の光学多層膜は、特定可視領域における光の平均透過率が80%以上であり、特定赤外領域における光の平均透過率が45%~65%の範囲である。また、第1の光学多層膜は、前記特定可視領域と前記特定赤外領域の間に、光を遮断する第1の遮断帯を有するという特徴を有する。
 図2には、本発明の一実施形態による光学フィルタに使用される第1の光学多層膜の透過率特性の一例を、模式的に示す。
 図2に示すように、第1の光学多層膜は、特定可視領域に第1の透過帯Bt1を有し、特定赤外領域に第2の透過帯Bt2を有する。また、第1の光学多層膜は、第1の透過帯Bt1と、第2の透過帯Bt2との間に、第1の遮断帯Ct1を有する。
 第1の光学多層膜において、第1の透過帯Bt1は、高い透過率を有し、例えば、特定可視領域の平均透過率は、80%以上である。
 また、第2の透過帯Bt2は、中程度以上の透過率を有し、例えば、特定赤外領域の平均透過率は、45%~65%の範囲である。
 一方、第1の遮断帯Ct1は、低い透過率を有し、例えば、波長780nm~830nmの範囲における平均透過率は、3%以下である。
 なお、第1の光学多層膜において、特定赤外領域よりも高い波長における光学特性は、特に限られない。従って、図2に示した曲線は、単なる一例である。
 さらに、本発明の一実施形態による光学フィルタは、第2の光学多層膜を有する。
 該第2の光学多層膜は、特定可視領域における光の平均透過率が80%以上であり、特定赤外領域における光の平均透過率が45%~65%の範囲である。また、第2の光学多層膜は、特定赤外領域よりも長波長側に、光を遮断する第2の遮断帯を有するという特徴を有する。
 図3には、本発明の一実施形態による光学フィルタに使用される第2の光学多層膜の透過率特性の一例を、模式的に示す。
 図3に示すように、第2の光学多層膜は、特定可視領域に第1の透過帯Bu1を有し、特定赤外領域に第2の透過帯Bu2を有する。また、第2の光学多層膜は、第2の透過帯Bu2よりも長波長側に、第2の遮断帯Cu2を有する。
 第2の光学多層膜において、第1の透過帯Bu1は、高い透過率を有する。例えば、特定可視領域の平均透過率は、80%以上である。
 また、第2の透過帯Bu2は、中程度の透過率を有し、例えば、特定赤外領域の平均透過率は、45%~65%の範囲である。
 第2の遮断帯Cu2は、低い透過率を有し、例えば、波長1050nm~1200nmの範囲における平均透過率は、5%以下である。
 なお、第2の光学多層膜において、特定可視領域~特定赤外領域の間の光学特性は、特に限られない。従って、図3に示した曲線は、単なる一例である。
 本発明の一実施形態による光学フィルタは、前述のような特徴を有するガラス基板、第1の光学多層膜および第2の光学多層膜を有するため、光学フィルタの光学特性は、各部材の光学特性の組み合わせとして、図4のように表される。
 図4には、本発明の一実施形態による光学フィルタにおいて得られる透過率特性の一例を、模式的に示す。
 図4に示すように、本発明の一実施形態による光学フィルタの透過率曲線は、特定可視領域に第1の透過帯Ba1を有し、特定赤外領域に第2の透過帯Ba2を有する。
 また、本発明の一実施形態による光学フィルタの透過率曲線は、第1の透過帯Ba1と第2の透過帯Ba2の間に、第1の遮断帯Ca1を有し、第2の透過帯Ba2よりも長波長側に第2の遮断帯Ca2を有する。
 第1の透過帯Ba1は、高い透過率を有し、例えば、特定可視領域における平均透過率は、80%以上である。また、第2の透過帯Ba2は、中程度の透過率を有し、例えば、特定赤外領域における平均透過率は、40%~90%の範囲である。
 第1の遮断帯Ca1は、低い透過率を有し、例えば、波長700nm~850nmの範囲における平均透過率は、5%以下である。また、第2の遮断帯Ca2は、低い透過率を有し、例えば、波長1050nm~1200nmの範囲における平均透過率は、5%以下である。
 なお、図4に示した例では、第1の透過帯Ba1は、波長430nm~650nmの範囲にわたって認められ、第2の透過帯Ba2は、波長900nm~1000nmの範囲にわたって認められている。
 しかしながら、これは単なる一例であり、特定可視領域における平均透過率が80%以上である限り、第1の透過帯Ba1は、より狭い領域に存在してもよい。同様に、特定赤外領域における平均透過率が40%~60%の範囲である限り、第2の透過帯Ba2は、より狭い領域に存在してもよい。
 また、図4に示した例では、第1の遮断帯Ca1は、波長700nm~850nmの範囲に認められ、第2の遮断帯Ca2は、波長1000nm以上の領域に認められる。
 しかしながら、これは単なる一例であって、波長700nm~850nmの範囲における平均透過率が5%以下である限り、第1の遮断帯Ca1は、より狭い領域に存在してもよい。
 第2の遮断帯Ca2についても同様のことが言える。
 ここで、図4から明らかなように、本発明の一実施形態による光学フィルタは、特定可視領域および特定赤外領域の両方において、光を透過できる。このため本発明の一実施形態による光学フィルタは、例えば、昼夜連続で撮像を行う撮像装置等に利用できる。
 また、本発明の一実施形態による光学フィルタにおいて、ガラス基板は、特定赤外領域における光の平均透過率が25%~85%であるという特徴を有する。
 従来の光学フィルタでは、光学多層膜に含まれる層の数が増加すると、これに伴い、光学特性のばらつきが大きくなる傾向にある。これは、光学多層膜に含まれる層の数が多くなると、それぞれの層の厚さが僅かに変動しただけでも、光学特性に及ぼす影響が無視できなくなるからである。特に、特定赤外領域では、光学多層膜を構成する層の数が増加すると、透過率等の光学特性に、無視できないほどの大きなばらつきが生じてしまう。
 しかしながら、光学フィルタの一部材として、前述の特徴を有するガラス基板を使用した場合、特定赤外領域において、光の一部が吸収される。このため、第1の光学多層膜における第2の透過帯Bt2、および第2の光学多層膜における第2の透過帯Bu2に生じ得る特性ばらつきの影響は、ガラス基板による光の吸収特性により、有意に軽減または排除される。
 従って、本発明の一実施形態による光学フィルタでは、第1の光学多層膜および/または第2の光学多層膜に含まれる層の数が多くなっても、ガラス基板、第1の光学多層膜、および第2の光学多層膜の組み合わせによって発現する、第2の透過帯Ba2における光学特性のばらつきを有意に抑制することが可能となる。
 なお、本発明の一実施形態による光学フィルタでは、ガラス基板による光の吸収特性のため、特定赤外領域における光学フィルタの透過率は、幾分低下する。しかしながら、それでも、本発明の一実施形態による光学フィルタの第2の透過帯Ba2の透過率は、例えば40%~60%の範囲に維持することができる。
 さらに、本発明の一実施形態による光学フィルタでは、前述の特徴により、第2の透過帯Ba2に生じ得る、入射光の角度依存性の問題も有意に抑制できる。
 すなわち、従来の光学フィルタでは、光学多層膜の好適な組み合わせにより、特定赤外領域に透過帯が発現される。しかしながら、そのような光学多層膜の光学特性は、光の入射角度によって変化するという問題がある。
 一方、本発明の一実施形態による光学フィルタでは、特定赤外領域における第2の透過帯Ba2は、ガラス基板の吸収特性により、例えば40%~60%の範囲まで低下される。また、このようなガラス基板の吸収特性は、入射角度依存性が比較的小さいという特徴を有する。
 このため、本発明の一実施形態による光学フィルタでは、第2の透過帯Ba2の光学特性が入射光の角度に影響を受け難くなり、角度依存性の問題を軽減することができる。
 (本発明の一実施形態による光学フィルタ)
 以下、図5を参照して、本発明の一実施形態についてより詳しく説明する。
 図5には、本発明の一実施形態による光学フィルタ(以下、「第1の光学フィルタ」と称する)100の断面を模式的に示す。
 図5に示すように、第1の光学フィルタ100は、ガラス基板110と、第1の光学多層膜130と、第2の光学多層膜160と、を有する。
 ガラス基板110は、相互に対向する第1の主面112および第2の主面114を有し、第1の光学多層膜130および第2の光学多層膜160は、いずれもガラス基板110の第1の主面112上に配置される。
 なお、図1に示した例では、第2の光学多層膜160は、第1の光学多層膜130に比べてより基板側に設置されている。しかしながら、第1の光学多層膜130および第2の光学多層膜160は、逆の順番で配置されてもよい。
  ガラス基板110は、特定可視領域における光の平均透過率が80%以上である。また、ガラス基板110は、特定赤外領域における光の平均透過率が25%~85%の範囲にある。ガラス基板110は、例えば、前述の図1に示したような透過率特性を有する。
 第1の光学多層膜130は、特定可視領域における光の平均透過率が80%以上である。また、第1の光学多層膜130は、特定赤外領域における光の平均透過率が45%~65%の範囲であり、特定可視領域と特定赤外領域の間に、光を遮断する第1の遮断帯を有する。
 第1の光学多層膜130は、例えば、前述の図2に示したような透過率特性を有してもよい。
 第1の光学多層膜130は、「高屈折率層」と「低屈折率層」との繰り返し構造を有する。なお、「高屈折率層」とは、波長500nmにおける屈折率が2.0以上の層を意味し、「低屈折率層」とは、波長500nmにおける屈折率が1.6以下の層を意味する。
 例えば、図5に示した例では、第1の光学多層膜130は、第1の高屈折率層132-1、第1の低屈折率層132-2、第2の高屈折率層132-3、第2の低屈折率層132-4、……、第mの低屈折率層132-mを有する。ここで、mは、例えば2~100の整数である。
 一方、第2の光学多層膜160は、特定可視領域における光の平均透過率が80%以上である。また、第2の光学多層膜160は、特定赤外領域における光の平均透過率が45%~65%の範囲であり、特定赤外領域よりも長波長側に、光を遮断する第2の遮断帯を有する。
 第2の光学多層膜160は、例えば、前述の図3に示したような透過率特性を有してもよい。
 第2の光学多層膜160も、第1の光学多層膜130と同様、「高屈折率層」と「低屈折率層」との繰り返し構造を有する。
 例えば、図5に示した例では、第2の光学多層膜160は、第1の高屈折率層162-1、第1の低屈折率層162-2、第2の高屈折率層162-3、第2の低屈折率層162-4、……、第nの低屈折率層162-nを有する。ここで、nは、例えば、2~130の整数である。
 ただし、後述するように、第2の光学多層膜160の構成、例えば各層の厚さは、第1の光学多層膜130とは異なっている。
 このような構成を有する第1の光学フィルタ100では、前述の図4に示したような透過率特性を得ることができる。
 第1の光学フィルタ100では、前述のように、第1の光学多層膜130および第2の光学多層膜160に生じ得る特性ばらつきの影響は、ガラス基板110による光の吸収特性により、有意に軽減または排除される。
 従って、第1の光学フィルタ100では、第1の光学多層膜130および/または第2の光学多層膜160に含まれる層の数が多くなっても、第2の透過帯Ba2における光学特性のばらつきを、有意に抑制することができる。
 また、第1の光学フィルタ100では、特定赤外領域における光の入射角度依存性を有意に抑制できる。
 (光学フィルタの各構成部材について)
 次に、本発明の一実施形態による光学フィルタに使用される各部材について、より詳しく説明する。
 なお、以下の説明では、明確化のため、各部材を表す際に、図5に示した参照符号を使用する。
 (ガラス基板110)
 ガラス基板110は、前述のような特徴を有する限り、いかなる組成を有してもよい。
 ガラス基板110は、赤外線吸収成分を含有する、赤外線吸収ガラスであってもよい。
 赤外線吸収成分は、例えば、鉄および/または銅であってもよい。赤外線吸収成分の量は、0.05カチオン%以上であってもよい。
ガラス基板110は、例えば、銅を含有するフツリン酸ガラス、銅を含有するリン酸ガラス、鉄を含有するリン酸ガラスなどが挙げられるが、これらに限らない。
 ガラス基板110は、前述のように、特定可視領域において、80%以上の平均透過率を有する。特定可視領域における平均透過率は、81%以上であることが好ましく、82%以上であることがより好ましい。
 また、ガラス基板110は、特定赤外領域において、25%~85%の平均透過率を有する。特定赤外領域における平均透過率は、30%~80%の範囲であることが好ましく、35%~75%の範囲であることがより好ましい。
 ガラス基板110の厚さは、特に限られない。ただし、第1の光学フィルタ100が小型デバイスに使用される場合、第1の光学フィルタ100の薄肉化のため、ガラス基板110の厚さは、0.05mm~2mmの範囲であることが好ましい。
 なお、ガラス基板110は、特定赤外領域における平均透過率をTglass(%)としたとき、
 
   Tglass<Tt1+t2(1)式
 
を満たしてもよい。ここで、Tt1+t2(%)は、第1の光学多層膜130と第2の光学多層膜160の組み合わせによって得られる、特定赤外領域における平均透過率である。
 (1)式を満たす場合、第1の光学フィルタ100において、量産上の透過率のばらつきを少なくすることができるという効果が得られる。
 (第1の光学多層膜130)
 第1の光学多層膜130は、前述のような特徴を有する限り、いかなる層構成を有してもよい。
 第1の光学多層膜130は、前述のように、高屈折率層と低屈折率層の繰り返し構造を有してもよい。
 繰り返しの回数は、特に限られないが、例えば、1回~50回の範囲である(すなわち層数は、2~100)。繰り返しの回数は、20回以下であることが好ましく、15回以下であることがより好ましい。
 なお、前述のように、第1の光学フィルタ100では、第1の光学多層膜130における繰り返し回数を、例えば20回以上に高めても、光学特性のばらつきを有意に抑制することができる。このため、従来に比べて、繰り返し回数を有意に増やすことができ、これにより、より精密な光学フィルタの光学設計を行うことが可能となる。
 高屈折率層としては、例えば、酸化チタン、酸化タンタル、および酸化ニオブなどが挙げられる。低屈折率層としては、例えば、酸化ケイ素およびフッ化マグネシウムなどが挙げられる。例えば、波長500nmにおける酸化チタンの屈折率は、結晶状態にもよるが、一般に、2.3~2.8の範囲であり、酸化ケイ素の屈折率は、一般に1.4~1.5の範囲である。
 第1の光学多層膜130において、前述の図2に示したような透過率特性は、各高屈折率層および各低屈折率層の厚さを調整することにより、得ることができる。
 (第2の光学多層膜160)
 第2の光学多層膜160は、前述のような特徴を有する限り、いかなる層構成を有してもよい。
 第2の光学多層膜160は、前述のように、高屈折率層と低屈折率層の繰り返し構造を有してもよい。
 繰り返しの回数は、特に限られないが、例えば、1回~70回の範囲である(すなわち層数は、2~140)。繰り返しの回数は、50回以下であることが好ましく、26回以下であることがより好ましい。
 なお、前述のように、第1の光学フィルタ100では、第2の光学多層膜160における繰り返し回数を、例えば20回以上に高めても、光学特性のばらつきを有意に抑制することができる。このため、従来に比べて、繰り返し回数を有意に増やすことができる。
 高屈折率層としては、例えば、酸化チタンが挙げられ、低屈折率層としては、例えば、酸化ケイ素が挙げられる。
 第2の光学多層膜160において、前述の図3に示したような透過率特性は、各高屈折率層および各低屈折率層の厚さを調整することにより、得ることができる。
 (第1の光学フィルタ100)
 第1の光学フィルタ100は、例えば、図4に示したような透過率特性を有する。
 第1の光学フィルタ100は、特定可視領域における平均透過率が80%以上であってもよい。特定可視領域における平均透過率は、85%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましい。
 第1の光学フィルタ100は、特定可視領域に第1の透過帯Ba1を有する。第1の透過帯Ba1は、波長430nm~650nmの範囲全体にわたって存在してもよい。
 また、第1の光学フィルタ100は、特定赤外領域に第2の透過帯Ba2を有する。第2の透過帯Ba2は、波長900nm~1000nmの範囲全体にわたって存在してもよい。また、第2の透過帯Ba2は、中心波長が920nm~980nmの範囲にあってもよく、あるいは、中心波長が930nm~960nmの範囲にあってもよい。
 また、第1の光学フィルタ100は、波長780nm~830nmの範囲における平均透過率が、3%未満であってもよい。さらに、第1の光学フィルタ100は、第2特定赤外領域における平均透過率が、2.5%以下であってもよい。
 ここで、第1の光学フィルタ100において、以下の(2)式で表されるガラス基板110の吸収寄与度Pは、32%以上であってもよい:
 
 吸収寄与度P(%)=(V/V)×100   (2)式
 
 ここで、Vは、
 
 V=100(%)-Tglass(%)   (3)式
 
で表され、Vは、
 
 V=100(%)-
   第1の光学フィルタ100の特定赤外領域における平均透過率(%) (4)式
 
で表される。
 また、第1の光学フィルタ100において、以下の(5)式で表されるガラス基板110の第2の吸収寄与度Qは、9%以上であってもよい:
 
 第2の吸収寄与度Q(%)=(W/W)×100   (5)式
 
ここで、Wは、
 
 W=100(%)-
   ガラス基板110の第2特定赤外領域における平均透過率(%)  (6)式
 
で表され、Wは、
 
 W=100(%)-
  第1の光学フィルタ100の第2特定赤外領域における平均透過率(%) (7)式
 
で表される。
 前述のように、「第2特定赤外領域」とは、波長1100nm~1200nmの範囲を表す。
 (本発明の別の実施形態による光学フィルタ)
 次に、図6を参照して、本発明の別の実施形態による光学フィルタについて説明する。
 図6には、本発明の別の実施形態による光学フィルタ(以下、「第2の光学フィルタ」と称する)200の断面を模式的に示す。
 図6に示すように、第2の光学フィルタ200は、ガラス基板110と、第1の光学多層膜130と、第2の光学多層膜160とを有する。
 ただし、第2の光学フィルタ200においては、第1および第2の光学多層膜の配置が、前述の第1の光学フィルタ100とは異なっている。すなわち、第2の光学フィルタ200では、ガラス基板110の第1の主面112の側に、第1の光学多層膜130が設置され、ガラス基板110の第2の主面114の側に、第2の光学多層膜160が設置される。
 このような構成の第2の光学フィルタ200においても、前述の図4に示したような透過率特性を得ることができる。
 また、第2の光学フィルタ200においても、第1の光学フィルタ100の場合と同様の効果、すなわち、第1の光学多層膜130および/または第2の光学多層膜160に含まれる層の数が多くなっても、第2の透過帯Ba2における光学特性のばらつきを、有意に抑制することができるという効果が得られる。
 さらに、第2の光学フィルタ200においても、特定赤外領域における光の入射角度依存性を有意に抑制できる。
 以上、第1の光学フィルタ100および第2の光学フィルタ200を例に、本発明の一実施形態による構成について説明した。
 しかしながら、本発明において、光学フィルタが別の構成を有し得ることは、当業者には明らかである。
 例えば、第1の光学フィルタ100または第2の光学フィルタ200において、さらに、特定可視領域に第3の遮断帯を有する第3の光学多層膜を設置してもよい。この場合、特定可視領域に透過帯を有さず、特定赤外領域のみに透過帯(例えば、第2の透過帯Ba2)を有する光学フィルタを得ることができる。
 このような特徴を有する第1および第2の光学フィルタ100、200は、例えば、監視カメラ、車載カメラ、およびウェブカメラなどの撮像装置等に適用できる。
 以下、本発明の実施例について説明する。
 なお、以下の説明において、例1および例2は実施例であり、例3は比較例である。また、シミュレーション計算は、光学薄膜設計ソフト(TF Calc、Software Spectra Inc製)を用いて行った。また、第2の主面114には反射防止膜(不図示)がある。
 (例1)
 ガラス基板、第1の光学多層膜、および第2の光学多層膜を組み合わせて、前述の図5に示したような光学フィルタ(以下、「例1に係る光学フィルタ」と称する)を構成した。
 ガラス基板には、以下の表1における「ガラスA」の組成を有する赤外線吸収ガラスを使用した。ガラス基板の厚さは、0.3mmである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 
 図7には、ガラスAの光学特性を示す。
 ガラスAの特定赤外領域における平均透過率Tglassは、46.9%であった。また、ガラスAの第2特定赤外領域における平均透過率は、38.3%であった。
 以下の表2および表3には、それぞれ、ガラス基板の上に積層される第1の光学多層膜および第2の光学多層膜の構成を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 
 第1の光学多層膜は、高屈折率層と低屈折率層の繰り返し構造とし、層数は、22とした。また、第2の光学多層膜は、高屈折率層と低屈折率層の繰り返し構造とし、層数は、52とした。第1の光学多層膜および第2の光学多層膜のいずれにおいても、高屈折率層はTiOとし、低屈折率層はSiOとした。
 なお、第1の光学多層膜は、第2の光学多層膜の上に積層した。すなわち、ガラス基板、第2の光学多層膜、および第1の光学多層膜の順に積層して、例1に係る光学フィルタを構成した。
 ここで、表2および表3の記載において、層番号が小さい層ほど、ガラス基板に近いことを意味する。従って、例1では、ガラス基板の一方の主面上に、第2の光学多層膜を構成する、厚さ26.75nmの第1の層から順に、合計52層を積層し、その後、さらに第1の光学多層膜を構成する、厚さ107.45nmの第1の層から順に、合計22層を積層する構成とした。
 図8には、シミュレーション計算によって得られた第1の光学多層膜の光学特性を示す。また、図9には、シミュレーション計算によって得られた第2の光学多層膜の光学特性を示す。
 第1の光学多層膜と第2の光学多層膜の組み合わせの特定赤外領域における平均透過率Tt1+t2(%)は、79.4%であった。
 図10には、シミュレーション計算によって得られた例1に係る光学フィルタの光学特性を示す。
 例1に係る光学フィルタの特定可視領域における平均透過率は、96.9%であった。また、特定赤外領域における平均透過率は、40.1%であり、第2特定赤外領域における平均透過率は、1.0%であった。
 前述の(2)式に基づき、ガラス基板の吸収寄与度Pを求めた。その結果、
 
 吸収寄与度P(%)=(V/V)×100={(100-46.9)/(100-40.1)}×100=88.6%
 
となった。
 また、前述の(5)式に基づき、ガラス基板の第2の吸収寄与度Qを求めた。その結果、
 
 第2の吸収寄与度Q(%)=(W/W)×100={(100-38.3)/(100-1.0)}×100=62.3%
 
となった。
 (例2)
 例1と同様の方法により、光学フィルタ(以下、「例2に係る光学フィルタ」と称する)を構成した。
 ただし、この例2では、ガラス基板として、前述の表1における「ガラスB」の組成を有する赤外線吸収ガラスを使用した。
 その他の条件は、例1と同様である。
 図11には、ガラスBの光学特性を示す。
 ガラスBの特定赤外領域における平均透過率Tglassは、80.0%であった。また、ガラスBの第2特定赤外領域における平均透過率は、84.2%であった。
 図12には、シミュレーション計算によって得られた例2に係る光学フィルタの光学特性を示す。
 例2に係る光学フィルタの特定可視領域における平均透過率は、94.3%であった。また、特定赤外領域における平均透過率は、42.5%であり、第2特定赤外領域における平均透過率は、1.8%であった。
 前述の(2)式および(5)式に基づき、ガラス基板の吸収寄与度Pおよび第2の吸収寄与度Qを求めた。その結果、吸収寄与度Pは34.8%であり、第2の吸収寄与度Qは15.4%であった。
 (例3)
 例1と同様の方法により、光学フィルタ(以下、「例3に係る光学フィルタ」と称する)を構成した。
 ただし、この例3では、ガラス基板として、市販のガラス(D263、Schott社製)を使用した。以下、このガラス基板を「ガラスC」と称する。
 その他の条件は、例1と同様である。
 図13には、ガラスCの光学特性を示す。
 ガラスCの特定赤外領域における平均透過率Tglassは、92.0%であった。また、ガラスCの第2特定赤外領域における平均透過率は92.0%であった。
 図14には、シミュレーション計算によって得られた例3に係る光学フィルタの光学特性を示す。
 例3に係る光学フィルタの特定可視領域における平均透過率は、98.0%であった。また、特定赤外領域における平均透過率は、74.3%であり、第2特定赤外領域における平均透過率は、2.6%であった。
 前述の(2)式および(5)式に基づき、ガラス基板の吸収寄与度Pおよび第2の吸収寄与度Qを求めた。その結果、吸収寄与度Pは31.3%であり、第2の吸収寄与度Qは8.2%であった。
 以下の表4には、例1~例3に係る光学フィルタの主要な光学特性をまとめて示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 
 (評価)
 例1~例3に係る光学フィルタにおいて、いくつかの仮定の下、透過率特性に生じ得るばらつきをモンテカルロシミュレーションにより評価した。
 前提条件として、ガラス基板上に、前述の表2に示した構成の第1の光学多層膜および前述の表3に示した構成の第2の光学多層膜(全体層数74層)を積層する際に、各層の厚さに3σ=2.6%のばらつきが生じると仮定した。また、ガラス基板の厚さにも、±12μmのばらつきが生じると仮定した。
 上記の仮定の下、シミュレーションにより、100通りの光学フィルタを構成した。また、得られた光学フィルタの100通りの透過率特性から、特定赤外領域における平均透過率のばらつき度合いを評価した。
 結果を以下の表5に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
 
 表5から、例3に係る光学フィルタの場合、特定赤外領域における平均透過率の標準偏差σは、4.002であった。これに対して、例1および例2に係る光学フィルタの場合、標準偏差σは、いずれも2未満となった。
 このように、例1および例2に係る光学フィルタでは、特定赤外領域における光学特性のばらつきが有意に抑制されることがわかった。
 本願は、2019年3月28日に出願した日本国特許出願第2019-063526号に基づく優先権を主張するものであり、同日本国出願の全内容を本願に参照により援用する。
 100   第1の光学フィルタ
 110   ガラス基板
 112   第1の主面
 114   第2の主面
 130   第1の光学多層膜
 132-1 第1の高屈折率層
 132-2 第1の低屈折率層
 132-3 第2の高屈折率層
 132-4 第2の低屈折率層
 132-m 第mの低屈折率層
 160   第2の光学多層膜
 162-1 第1の高屈折率層
 162-2 第1の低屈折率層
 162-3 第2の高屈折率層
 162-4 第2の低屈折率層
 162-n 第mの低屈折率層
 200   第2の光学フィルタ
 Ba1    光学フィルタの第1の透過帯
 Ba2    光学フィルタの第2の透過帯
 Bt1    第1の光学多層膜の第1の透過帯
 Bt2    第1の光学多層膜の第2の透過帯
 Bu1    第2の光学多層膜の第1の透過帯
 Bu2    第2の光学多層膜の第2の透過帯
 Ca1    光学フィルタの第1の遮断帯
 Ca2    光学フィルタの第2の遮断帯
 Ct1    第1の光学多層膜の第1の遮断帯
 Cu2    第2の光学多層膜の第2の遮断帯

Claims (9)

  1.  光学フィルタであって、
     430nm~650nmの波長範囲として定められる特定可視領域における光の平均透過率が80%以上であり、900nm~1000nmの波長範囲として定められる特定赤外領域における光の平均透過率が25%~85%のガラス基板と、
     前記特定可視領域における光の平均透過率が80%以上であり、前記特定赤外領域における光の平均透過率が45%~65%の範囲であり、前記特定可視領域と前記特定赤外領域の間に、光を遮断する第1の遮断帯を有する第1の光学多層膜と、
     前記特定可視領域における光の平均透過率が80%以上であり、前記特定赤外領域における光の平均透過率が45%~65%の範囲であり、前記特定赤外領域よりも長波長側に、光を遮断する第2の遮断帯を有する第2の光学多層膜と、
     を有する、光学フィルタ。
  2.  前記ガラス基板の前記特定赤外領域における光の平均透過率は、前記第1の光学多層膜と前記第2の光学多層膜との組み合わせによる前記特定赤外領域における光の平均透過率よりも低い、請求項1に記載の光学フィルタ。
  3.  以下の(I)式で表される前記ガラス基板の吸収寄与度Pが32%以上である、請求項1または2に記載の光学フィルタ:
     
     吸収寄与度P(%)=(V/V)×100   (I)式
     
    ここで、Vは、
     
     V=100(%)-
      前記ガラス基板の前記特定赤外領域における平均透過率(%)  (II)式
     
    で表され、Vは、
     
     V=100(%)-
      当該光学フィルタの前記特定赤外領域における平均透過率(%) (III)式
     
    で表される。
  4.  当該光学フィルタは、第2特定赤外領域と称される1100nm~1200mの波長範囲における光の平均透過率が2.5%以下であり、
     以下の(IV)式で表される前記ガラス基板の第2の吸収寄与度Qが9%以上である、請求項1乃至3のいずれか一つに記載の光学フィルタ:
     
     第2の吸収寄与度Q(%)=(W/W)×100   (IV)式
     
    ここで、Wは、
     
     W=100(%)-
      前記ガラス基板の前記第2特定赤外領域における平均透過率(%)  (V)式
     
    で表され、Wは、
     
     W=100(%)-
      当該光学フィルタの前記第2特定赤外領域における平均透過率(%) (VI)式
     
    で表される。
  5.  前記ガラス基板は、鉄および/または銅を含有する、請求項1乃至4のいずれか一つに記載の光学フィルタ。
  6.  前記ガラス基板は、相互に対向する第1の主面および第2の主面を有し、
     前記第1の光学多層膜および前記第2の光学多層膜は、いずれも前記第1の主面の側に配置される、請求項1乃至5のいずれか一つに記載の光学フィルタ。
  7.  前記ガラス基板は、相互に対向する第1の主面および第2の主面を有し、
     前記第1の光学多層膜は、前記第1の主面の側に配置され、
     前記第2の光学多層膜は、前記第2の主面の側に配置される、請求項1乃至5のいずれか一つに記載の光学フィルタ。
  8.  前記特定可視領域において、光の平均透過率が80%以上である、請求項1乃至7のいずれか一つに記載の光学フィルタ。
  9.  さらに、前記特定可視領域の光を遮断する第3の光学多層膜を備える、請求項1乃至8のいずれか一つに記載の光学フィルタ。
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