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CN111954833B - 光学滤波器 - Google Patents

光学滤波器 Download PDF

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CN111954833B
CN111954833B CN201980023579.4A CN201980023579A CN111954833B CN 111954833 B CN111954833 B CN 111954833B CN 201980023579 A CN201980023579 A CN 201980023579A CN 111954833 B CN111954833 B CN 111954833B
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Abstract

本发明涉及一种光学滤波器(1)，具备透明基板(10)以及3个以上的薄膜层叠结构体(11)、(12)、(13)，所述3个以上的薄膜层叠结构体(11)、(12)、(13)分别限制近红外波长区域内的规定波长范围的光的透射，各个薄膜层叠结构体层叠在透明基板(10)的任一个表面上，3个以上的薄膜层叠结构体(11)、(12)、(13)中的至少2个薄膜层叠结构体限制透射的波长范围各自不同，通过3个以上的薄膜层叠结构体(11)、(12)、(13)限制透射的波长范围连续，在透明基板(10)的同一表面侧配置的薄膜层叠结构体(11)、(13)限制透射的波长区域不连续。

Description

光学滤波器
技术领域
本发明涉及一种光学滤波器。详细而言，涉及一种限制近红外区域的波长的光的透射的光学滤波器。
背景技术
近年来，智能手机、游戏机主体、游戏机的控制器等设备中使用环境光传感器(例如参照专利文献1)。环境光传感器设置于设备内部，检测通过上述设备的壳体的窗部引入的设备周围的环境光，并通过该检测结果来控制显示器的亮度。
环境光传感器测定所检测到的环境光中的可见光的强度。因此，环境光传感器中使用截止近红外区域的光等多余的波长成分的近红外线截止滤波器等光学滤波器。
近红外线截止滤波器多用于固体摄像装置，例如在基板上形成将高折射率膜和低折射率膜以规定的膜厚和层数层叠而成的光学多层膜而构成。入射至近红外线截止滤波器的光通过基板上的光学多层膜将近红外区域的波长的光截止，仅透射可见光(例如参照专利文献2)。
伴随智能手机、游戏机的薄型化的发展，设置有环境光传感器的设备壳体的厚度变得非常薄。因此，从壳体的窗部(开口部)至环境光传感器的距离变短，从而光从更宽角度(高入射角)入射至环境光传感器。
上述的光学多层膜具有入射角依赖性。具体而言，已知如果光的入射角度变大(入射的光相对于光学多层膜表面的法线方向的角度变大)，则光的透射特性向短波长侧偏移。另外，也观测到在透过光学多层膜的光中，高入射角的光的可见光区域的透射率部分下降的现象。通常，在固体摄像装置中，光的入射角度只要考虑0°～35°左右即可。然而，如上所述，在环境光传感器中，需要对高入射角的光具备期望的光学特性，寻求与以往固体摄像装置中使用的近红外线截止滤波器相比，在更高入射角下也可得到期望的光学特性的光学滤波器，并以各种方法实现了光学特性的提高(例如参照专利文献3、4)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017-86922号公报
专利文献2：日本特开2006-60014号公报
专利文献3：日本专利第6119747号
专利文献4：日本专利第6206410号
发明内容
本发明的目的在于提供一种对于以广角入射的光的可见光透射率高且入射角依赖性低的光学滤波器。
本发明的光学滤波器具备透明基板以及3个以上的薄膜层叠结构体，所述3个以上的薄膜层叠结构体分别限制近红外波长区域内的规定波长范围的光的透射，各个所述薄膜层叠结构体层叠在所述透明基板的任一个表面上，所述3个以上的薄膜层叠结构体中的至少2个薄膜层叠结构体限制透射的波长范围各自不同，通过所述3个以上的薄膜层叠结构体限制透射的波长范围连续，在所述透明基板的至少一个同一表面侧配置的所述薄膜层叠结构体限制透射的波长区域不连续。
根据本发明的光学滤波器，对于以广角入射的光，可见光透射率高且能够降低入射角依赖性。因此，不仅适用作环境用传感器，而且也适用作固体摄像装置用的光学滤波器。
附图说明
图1是表示第1实施方式的光学滤波器的截面图。
图2是表示实施例1的光学滤波器的光学特性的图。
图3是表示实施例1的光学滤波器的光学特性(波长850～1050nm)的图。
图4是表示实施例1的光学滤波器的一个面的薄膜层叠结构体的光学特性的图。
图5是表示实施例1的光学滤波器的另一个面的薄膜层叠结构体的光学特性的图。
图6是表示实施例2的光学滤波器的光学特性的图。
图7是表示实施例2的光学滤波器的光学特性(波长850～1050nm)的图。
图8是表示实施例2的光学滤波器的一个面的薄膜层叠结构体的光学特性的图。
图9是表示实施例2的光学滤波器的另一个面的薄膜层叠结构体的光学特性的图。
图10是表示实施例3的光学滤波器的光学特性的图。
图11是表示实施例3的光学滤波器的光学特性(波长850～1050nm)的图。
图12是表示实施例3的光学滤波器的一个面的薄膜层叠结构体的光学特性的图。
图13是表示实施例3的光学滤波器的另一个面的薄膜层叠结构体的光学特性的图。
图14是表示比较例1的光学滤波器的光学特性的图。
图15是表示比较例1的光学滤波器的光学特性(波长850～1050nm)的图。
图16是表示比较例1的光学滤波器的一个面的薄膜层叠结构体的光学特性的图。
图17是表示比较例1的光学滤波器的另一个面的薄膜层叠结构体的光学特性的图。
图18是表示比较例2的光学滤波器的光学特性的图。
图19是表示比较例2的光学滤波器的光学特性(波长850～1050nm)的图。
图20是表示比较例2的光学滤波器的一个面的薄膜层叠结构体的光学特性的图。
具体实施方式
本发明的光学滤波器具备透明基板以及3个以上的薄膜层叠结构体，所述3个以上的薄膜层叠结构体分别限制近红外波长区域内的规定波长范围的光的透射，各个上述薄膜层叠结构体层叠在透明基板的任一个表面上。而且，3个以上的薄膜层叠结构体中的至少2个薄膜层叠结构体限制透射的波长范围各自不同，且通过3个以上的薄膜层叠结构体限制透射的波长范围连续。而且，在透明基板的至少一个同一表面侧配置的薄膜层叠结构体的透射限制波长范围不连续。
对于以往一般的仅使用限制透射的光的波长范围(以下也称为“透射限制波长范围”)宽的薄膜层叠结构体的光学滤波器，如果光的入射角变大，则容易产生在可见波长区域的规定波长范围中透射率部分降低的现象(以下称为“反射波动(反射リップル)”)。另一方面，抑制反射波动的一般的方法为使用透射限制波长范围窄的薄膜层叠结构体，但如果使用该薄膜层叠结构体，则有可能产生在近红外波长区域的规定波长范围中透射率部分上升的现象(以下称为“透射波动”)。因此，对于使用现有技术的光学滤波器，非常难以兼具可见波长带域中的反射波动的抑制和近红外波长区域的透射波动的抑制。
通常，作为光学滤波器的红色区域的透射率降低的原因，大部分是由玻璃的吸收或入射角度变化引起的近红外区域的透射限制波长范围向短波长侧的偏移。其变化量受光学系统的设计大幅影响，因此，能够预测。与此相对，蓝色、绿色区域的透射率降低的原因主要在于由形成近红外波长区域的阻止带的短通滤波器的设计平衡的偏差产生的巨大反射波动，难以预测透射率变化量。而且，由于绿色区域为图像处理中较多使用的重要区域，蓝色区域原本敏感度低等问题，因此是需要更高光量的区域。因此，蓝色、绿色区域中的反射波动得到抑制(透射率降低的抑制)的光学滤波器可适用作CCD、CMOS等摄像元件、其他光传感器用途的光学滤波器。
在本发明的光学滤波器中，由于通过3个以上的薄膜层叠结构体限制近红外区域的波长的光的透射，因此，即便使用各个透射限制波长范围窄的薄膜层叠结构体，也不易产生近红外波长区域的透射波动和可见波长区域的反射波动，对广角的光的入射也能够维持高透射限制性能。
以下，参照附图对本发明的实施方式详细地进行说明。如图1所示，第1实施方式的光学滤波器1具备透明基板10以及3个薄膜层叠结构体11、12、13。薄膜层叠结构体11、12、13各自层叠在透明基板10的任一个表面上。在图1中，在透明基板10的一个表面10a上层叠有薄膜层叠结构体12，在另一个表面10b上层叠有薄膜层叠结构体11和薄膜层叠结构体13。应予说明，薄膜层叠结构体12可以设置于透明基板10的任一个表面上，此时，薄膜层叠结构体11和薄膜层叠结构体13设置于透明基板10的与设置有薄膜层叠结构体12的面相反侧的面。例如，可以将薄膜层叠结构体12层叠在表面10b上，将薄膜层叠结构体11和薄膜层叠结构体13层叠在表面10a上。
该薄膜层叠结构体11、12、13分别限制近红外波长区域内的规定波长范围的光的透射。具体而言，薄膜层叠结构体11例如限制近红外波长区域中所含的第1波长范围的光的透射。同样地，薄膜层叠结构体12限制近红外波长区域中所含的第2波长范围的光的透射，薄膜层叠结构体13限制近红外波长区域中所含的第3波长范围的光的透射。应予说明，本发明中使用的各薄膜层叠结构体优选限制近红外波长区域内的光的透射的波长范围连续。换言之，各薄膜层叠结构体优选在近红外波长区域内具有一个光透射限制波长范围(光透射限制波长范围不分为两个以上)。
薄膜层叠结构体11、12、13限制透射的波长范围彼此不同。例如，第1波长范围是将近红外线波长区域分为3个范围时的包含最短波长侧的范围的波长范围，第3波长范围是包含最长波长侧的范围的波长范围。第2波长范围是包含第1波长范围与第3波长范围的中间的范围的波长范围。此时，第1波长范围、第2波长范围、第3波长范围的中心波长优选从短波长侧向长波长侧依次为第1波长范围的中心波长、第2波长范围的中心波长、第3波长范围的中心波长，或者从长波长侧向短波长侧依次为第1波长范围的中心波长、第2波长范围的中心波长、第3波长范围的中心波长。
另外，在图1中，薄膜层叠结构体11、13从玻璃基板侧起按照薄膜层叠结构体11、薄膜层叠结构体13的顺序进行配置，也可以按照薄膜层叠结构体13、薄膜层叠结构体11的顺序进行配置。另外，薄膜层叠结构体12的主要部分需要配置于与配置有薄膜层叠结构体11、薄膜层叠结构体13的面不同的面。即，优选光学滤波器1限制透射的光的阻止量的大部分是由与配置有薄膜层叠结构体11、薄膜层叠结构体13的面相反侧的薄膜层叠结构体12带来的。此外，也可以设置与上述各薄膜层叠结构体不同的例如限制紫外波长区域的光的透射的薄膜层叠结构体。这是因为用于限制紫外波长区域的光的透射的薄膜层叠结构体与薄膜层叠结构体11、12、13透射限制波长范围不连续，因此，没有在透射限制波长范围彼此重叠的部分容易产生的透射波动的影响。
应予说明，在本实施方式的光学滤波器中，“限制光的透射”是指对于规定波长的光，以入射角0度(垂直入射)入射时的光的透射率小于5％。另外，“透射限制波长范围不连续”是指透射限制波长范围被透射波动分割，且是指该透射波动的程度成为透射率5％以上的大小的状态。
通过薄膜层叠结构体11、12、13限制透射的波长范围连续。即，将第1波长范围、第2波长范围、第3波长范围重叠而成的范围包含整个近红外线波长区域的规定区域。
薄膜层叠结构体12和薄膜层叠结构体13优选为具有后述的斜入射的反射波动小的特征的薄膜层叠结构体，特别优选薄膜层叠结构体12与薄膜层叠结构体13相比全部薄膜的平均折射率高且入射光的斜入射依赖所引起的波长偏移量小。
虽然具有这些特征的薄膜层叠结构体的透射限制波长范围的宽度多比通常的薄膜层叠结构体窄，但由于斜入射的反射波动根本性地小，从而增加薄膜层叠结构体的层数时的斜入射的反射波动增大的问题少，容易形成透射限制波长范围。进而，薄膜层叠结构体12配置于与其它薄膜层叠结构体不同的面，因此，不易产生因薄膜层叠结构体彼此重叠而产生的透射波动的问题。
另外，通过薄膜层叠结构体12为斜入射时的波长偏移量非常小的薄膜层叠结构体，从而能够在广角下稳定地维持特定波长区域中的透射限制性能。而且，在薄膜层叠结构体13的斜入射时的波长偏移量充分大于薄膜层叠结构体12的斜入射时的波长偏移量时，如果入射角度大，则薄膜层叠结构体13的透射限制波长范围向薄膜层叠结构体12所承担的波长带移动。由此，各个薄膜层叠结构体所形成的透射限制波长范围总是重复，容易维持波长800～1000nm中的光的阻止性能，因而优选。另外，优选在薄膜层叠结构体12所承担的入射角度0度的波长范围内的透射率最低的波长中，本发明所构成的光学滤波器的透射率为0.05％以下。
在本发明中，光的透射率可使用光谱光度计、例如Hitachi High-Tech Science制造的光谱光度计U4100进行测定。另外，没有特别指定时，光的透射率是指入射角为0°时的透射率。
此外，上述对具有3个薄膜层叠结构体11、12、13的光学滤波器1进行了说明，但薄膜层叠结构体的个数也可以为4个以上。薄膜层叠结构体为4个以上时，可以附加设置限制透射的波长范围的中心波长位于比薄膜层叠结构体11、12、13的中心波长更长的波长侧的薄膜层叠结构体。即，薄膜层叠结构体为4个以上时，上述3个薄膜层叠结构体11、12、13为限制透射的波长范围的中心波长位于最短波长侧的薄膜层叠结构体、位于第2短的波长侧的薄膜层叠结构以及位于第3短的波长侧的薄膜层叠结构体。薄膜层叠结构体的个数优选为3个以上且7个以下，特别优选为4个以上且6个以下。实施方式的光学滤波器具有4个以上的薄膜层叠结构体时，也以在透明基板的同一表面上层叠的薄膜层叠结构体的透射限制波长不连续的方式配置薄膜层叠结构体。例如，可以按照透射限制波长范围的中心波长从短至长的顺序将4个薄膜层叠结构体交替层叠于透明基板10的两表面。或者，也可以将限制近红外区域的波长的光的透射的波长范围的中心波长位于第2短的波长侧的薄膜层叠结构体层叠于与除其以外的薄膜层叠结构体不同的表面。通过如此设置，能够抑制可见波长频带域的反射波动。
接着，对本实施方式的光学滤波器1所具有的各构成进行说明。
薄膜层叠结构体11、12、13例如以通过电介质多层膜限制期望的波长范围的透射的方式构成。电介质多层膜是通过从低折射率的电介质膜(低折射率膜)、中折射率的电介质膜(中折射率膜)和高折射率的电介质膜(高折射率膜)中选择并交替层叠而得到的具有光学功能的膜。可以通过设计来表现出利用光的干涉来控制特定波长区域的光的透射、光的透射限制的功能。应予说明，低折射率、高折射率、中折射率是指相对于邻接的层的折射率具有高的折射率和低的折射率以及其中间的折射率。
在本发明的光学滤波器中，作为能够减少斜入射的反射波动的薄膜层叠结构体，可优选使用以下构成的光学多层膜(近红外线截止滤波器)。
一种近红外线截止滤波器，具备波长500nm处的折射率为2.0以上的高折射率膜、波长500nm处的折射率为1.6以上且折射率小于上述高折射率膜的中折射率膜以及波长500nm处的折射率小于1.6的低折射率膜，在将上述高折射率膜设为H，将上述中折射率膜设为M，将上述低折射率膜设为L时，具有以(LMHML)^n(n为1以上的自然数)的反复表示的反复层叠结构，且具有在400～700nm的波长范围内平均透射率为85％以上的透射带和在750～1100nm的波长范围内平均透射率小于5％的区域的宽度为100～280nm的阻止带，在将上述光学多层膜的上述高折射率膜的QWOT(Quarter-waveOptical Thickness)设为TH，将上述中折射率膜的QWOT设为TM，将上述低折射率膜的QWOT设为TL时，在上述中折射率膜的折射率为上述高折射率膜的折射率与上述低折射率膜的折射率的中间值以上的情况下，对上述光学多层膜而言，在将垂直入射条件下的光谱特性在400～700nm的波长范围内不存在透射率局部降低5％以上的部位的2TL/(TH+2TM)的最大值设定为100％，最小值设定为0％时，2TL/(TH+2TM)为100％～70％的范围内，在上述中折射率膜的折射率小于上述高折射率膜的折射率与上述低折射率膜的折射率的中间值的情况下，对上述光学多层膜而言，在将垂直入射条件下的光谱特性在400～700nm的波长范围内不存在透射率局部降低5％以上的部位的(2TL+2TM)/TH的最大值设定为100％，最小值设定为0％时，以(2TL+2TM)/TH成为100％～70％的范围内的方式将上述高折射率膜、上述中折射率膜和上述低折射率膜层叠。关于该近红外线截止滤波器，详细记载于专利文献3中。
另外，一种近红外线截止滤波器，其中，光学多层膜是将波长500nm处的折射率为1.8以上且2.23以下的中折射率膜、波长500nm处的折射率为1.45以上且1.49以下的低折射率膜交替层叠而成的，以5以上且35以下的数量具有上述中折射率膜与上述低折射率膜的组合单元，使限制以0°入射至上述光学多层膜的光透射的波长范围的宽度为100nm以上且300nm以下。关于该近红外线截止滤波器，本申请人在日本特愿2017-253468号中进行了详细记载。但是，限制以0°入射至光学多层膜的光透射的波长范围并不限定于其所记载的范围。
另外，一种近红外线截止滤波器，其中，光学多层膜由波长500nm处的折射率为2.0以上的高折射率膜和1.6以下的低折射率膜构成，在将高折射率膜的波长500nm处的QWOT设为QH，将低折射率膜的波长500nm处的QWOT设为QL时，上述光学多层膜具有层叠n个(anQH、bnQL、cnQH、dnQL)的基本单元而成的反复结构(在此，an、bn、cn、dn是表示各基本单元中的膜的物理膜厚为QWOT的几倍的系数，另外，n表示1以上的自然数)。关于该近红外线截止滤波器，详细记载于专利文献4中。但是，紫外线截止的特性并非必需构成，因此，没有限定上述系数。
另外，作为其它方案，高折射率膜的构成材料优选折射率为2以上的材料，更优选为2.2～2.7。作为这样的构成材料，例如可举出TiO2、Nb2O5(折射率：2.38)、Ta2O5或它们的复合氧化物等。
此时，中折射率膜的构成材料例如优选为折射率超过1.6且小于2，更优选为1.62～1.92。作为这样的构成材料，例如可举出Al2O3、Y2O3(折射率：1.81)或它们的复合氧化物、Al2O3与ZrO2的混合物膜(折射率：1.67)等。另外，中折射率膜也可以用将高折射率膜与低折射率膜组合而成的等效膜进行代用。
低折射率膜的构成材料例如优选折射率为1.3以上且1.6以下。作为这样的构成材料，例如可举出SiO2、SiOxNy、MgF2等。
将折射率不同的薄膜交替层叠而构成电介质多层膜(薄膜层叠结构体)时，其层数取决于电介质多层膜所具有的光学特性，作为薄膜的合计层叠数，优选为50～150层。如果合计层叠数小于50层，则波长800nm～1000nm的阻止性能有可能不充分。另外，如果合计层叠数超过150层，则制作光学滤波器时的节拍时间变长，产生由电介质多层膜引起的光学滤波器的翘曲等，因而不优选。
作为电介质多层膜(薄膜层叠结构体)的膜厚，在满足上述优选的层叠数的基础上，从光学滤波器1的薄型化的观点考虑，优选较薄。然而，为了得到期望的光学特性，优选为5μm以上。另外，考虑到由电介质多层膜引起的光学滤波器的翘曲等，优选为15μm以下。
另外，在具备3个薄膜层叠结构体的光学滤波器1中，优选配置于透明基板10的两表面的薄膜层叠结构体的合计膜厚尽可能彼此接近。这是对于在环境光传感器所使用的光学滤波器1，由于极薄地形成光学滤波器1，因此，透明基板10也极薄。因此，如果透明基板10的两表面的薄膜层叠结构体的物理膜厚大幅不同，则在光学滤波器1中有时在物理膜厚小的薄膜层叠结构侧产生凸状的翘曲。
因此，在具备3个薄膜层叠结构体的光学滤波器1中，优选使3个薄膜层叠结构体中透射限制波长范围位于第2短的波长侧且单独层叠于透明基板10的表面的薄膜层叠结构体12的物理膜厚大于其它2个薄膜层叠结构体11、13。即，优选具有3个薄膜层叠结构体11、12、13的透射限制波长范围的中心波长中位于第2短的波长侧的中心波长的薄膜层叠结构体12的物理膜厚比除其以外的2个薄膜层叠结构体11和薄膜层叠结构体13的物理膜厚更厚。由此，能够减小层叠于透明基板10时的透明基板10的两表面的薄膜层叠结构体整体厚度的差而抑制光学滤波器1的翘曲。
在形成电介质多层膜(薄膜层叠结构体)时，例如可以使用IAD(Ion AssistedDeposition)蒸镀法、CVD法、溅射法、真空蒸镀法等干式成膜工艺，喷雾法、浸渍法等湿式成膜工艺等。
透明基板10为透射可见光的材料。例如可举出玻璃、玻璃陶瓷、水晶、蓝宝石等晶体，树脂(聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)等聚酯树脂，聚乙烯、聚丙烯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物等聚烯烃树脂，降冰片烯树脂，聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯等丙烯酸树脂，氨基甲酸酯树脂，氯乙烯树脂，氟树脂，聚碳酸酯树脂，聚乙烯醇缩丁醛树脂，聚乙烯醇树脂等)等。
透明基板10优选为具有吸收近红外区域的波长的光的性质。例如，使用本发明的光学滤波器1作为固体摄像装置用近红外线截止滤波器时，通过透明基板10具有吸收近红外波长区域的光的性质，能够进行接近人的可见度特性的色彩校正。由于通过薄膜层叠结构体11、12、13可得到入射角依赖性低的光谱特性，因此，通过在具有吸收近红外区域的波长的光的性质的透明基板10设置上述薄膜层叠结构体，可得到限制近红外区域的波长的光的透射的优异的光谱特性。因此，能够得到作为固体摄像装置用近红外线截止滤波器具有良好的特性的光学滤波器1。
具有吸收近红外区域的波长的光的性质的透明基板10优选由具有透射可见光区域的光且吸收近红外区域的光的能力的玻璃、例如含CuO的氟磷酸盐玻璃或含CuO的磷酸盐玻璃(以下，也将它们统称为“含CuO的玻璃”)构成。
透明基板10通过由含CuO的玻璃构成，对可见光具有高透射率，并且对近红外区域的波长的光具有高透射限制性。此外，“磷酸盐玻璃”中也包含玻璃的骨架的一部分由SiO2构成的硅磷酸盐玻璃。
含CuO的玻璃基板具有波长400～450nm的光的吸收极少且波长400～450nm的光相对于波长775～900nm的光的吸收率比低的特征。其结果，含CuO的玻璃基板即使以通过吸收来充分限制波长775～900nm的光的透射的方式增加CuO含量而提高吸收率，也不会导致可见光的透射率显著降低，因此，是有用的。
作为具有吸收近红外区域的波长的光的性质的透明基板10，作为含CuO的玻璃以外的材料，也可举出在透明树脂中含有吸收近红外区域中特定范围的波长的光的近红外线吸收色素的近红外线吸收基板。
另外，为了提高光学滤波器的近红外光的吸收性能，也可以使用与上述近红外线吸收基板同样的材料在透明基板10的表面形成含有近红外线吸收色素和透明树脂的近红外线吸收层。此时，近红外线吸收层形成于透明基板10与薄膜层叠结构体11或薄膜层叠结构体12之间。另外，近红外线吸收层只要形成于透明基板10的至少一个表面即可。
作为近红外线吸收色素，只要为具有透射可见光区域的光且吸收近红外区域的光的能力的近红外线吸收色素即可，没有特别限制。此外，本发明中的色素也可以为颜料、即分子凝聚的状态。
作为近红外线吸收色素，可举出花青系化合物、酞菁系化合物、萘酞菁系化合物、二硫醇金属络合物系化合物、二亚铵系化合物、聚次甲基系化合物、苯酞化合物、萘醌系化合物、蒽醌系化合物、吲哚酚系化合物、方酸
Figure BDA0002708763560000111
系化合物等。
这些之中，更优选方酸
Figure BDA0002708763560000112
系化合物、花青系化合物和酞菁系化合物，特别优选为方酸
Figure BDA0002708763560000113
系化合物。由方酸
Figure BDA0002708763560000114
系化合物构成的近红外线吸收色素在其吸收光谱中可见光的吸收少，保存稳定性和对光的稳定性高，因而优选。由花青系化合物构成的近红外线吸收色素在其吸收光谱中可见光的吸收少，近红外线区域中在长波长侧光的吸收率高，因而优选。另外，已知花青系化合物为低成本，并且通过形成盐也能够确保长期的稳定性。由酞菁系化合物的近红外线吸收色素的耐热性和耐候性优异，因而优选。
作为近红外线吸收色素，可单独使用上述化合物中的1种，也可以并用2种以上。
作为透明树脂，优选折射率为1.45以上的透明树脂。折射率更优选为1.5以上，特别优选为1.6以上。透明树脂的折射率没有特别上限，但从获得的容易度等方面出发，优选为1.72左右。应予说明，在本说明书中，只要没有特别说明，则折射率是指波长500nm处的折射率。
作为透明树脂，可举出丙烯酸树脂、环氧树脂、烯-硫醇树脂、聚碳酸酯树脂、聚醚树脂、聚芳酯树脂、聚砜树脂、聚醚砜树脂、聚对苯树脂、聚亚芳基醚氧化膦树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、聚烯烃树脂、环状烯烃树脂和聚酯树脂。作为透明树脂，可以单独使用这些树脂中的1种，也可以混合使用2种以上。
上述中，从近红外线吸收色素对透明树脂的溶解性的观点考虑，透明树脂优选为选自丙烯酸树脂、聚酯树脂、聚碳酸酯树脂、烯-硫醇树脂、环氧树脂和环状烯烃树脂中的1种以上。进而，透明树脂更优选为选自丙烯酸树脂、聚酯树脂、聚碳酸酯树脂和环状烯烃树脂中的1种以上。作为聚酯树脂，优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚萘二甲酸乙二醇酯树脂等。
近红外线吸收层例如可以将使近红外线吸收色素和透明树脂或透明树脂的原料成分、以及任意的紫外线吸收体溶解或分散于溶剂或分散介质而制备的涂覆液涂覆于透明基板10上并使其干燥，进一步根据需要使其固化而制造。
近红外线吸收层除近红外线吸收色素和透明树脂、任意成分的紫外线吸收体以外，可以在不阻碍本发明的效果的范围内根据需要含有其它任意成分。作为其它任意成分，具体而言，可举出近红外线或红外线吸收剂、色调修正色素、紫外线吸收剂、流平剂、抗静电剂、热稳定剂、光稳定剂、抗氧化剂、分散剂、阻燃剂、润滑剂、塑化剂等。另外，可举出后述的在形成近红外线吸收层时使用的涂覆液中添加的成分，例如来自硅烷偶联剂、热或光聚合印发剂、聚合催化剂的成分等。
近红外线吸收层的膜厚可根据使用的装置内的配置空间、要求的吸收特性等而适当决定。上述膜厚优选为0.1～100μm。如果膜厚小于0.1μm，则有可能无法充分地表现出近红外线吸收能力。另外，膜厚超过100μm时，膜的平坦性降低，有可能产生吸收率的偏差。膜厚更优选为0.5～50μm。如果在该范围，则能够兼具充分的近红外线吸收能力和膜厚的平坦性。
根据以上说明的本发明的光学滤波器，通过以同一表面上的透射限制波长范围不连续的方式在透明基板的表面层叠透射限制波长范围不同的3个以上的薄膜层叠结构体，从而对以广角入射的光也可得到可见光透射率较高且近红外区域的阻止性能也高的光谱特性。
本发明的光学滤波器优选对近红外波长区域、例如波长800nm～1000nm的光的透射率为1％以下。另外，优选具有使在波长800nm～1000nm范围光的透射率小于0.05％的波长范围为100nm以上的阻止性能。另外，根据本发明的光学滤波器，能够大幅减少由透射入射角为0～50°的光的波长范围的光学多层膜引起的透射率降低。通过该特征，能够适用作即使在大量使用近红外线照射光这样的环境下，也可提供耀斑、重影等少的图像的CCD、CMOS等摄像元件、其它光传感器用途的光学滤波器。
本发明的光学滤波器能够在光的入射角为0～50°的广角的范围内有效地抑制可见光区域内、特别是波长430nm～560nm的蓝色、绿色区域中的透射率降低。因此，能够在光的入射角宽的范围内使上述波长范围中的平均透射率为85％以上。
另外，在本发明的光学滤波器中，通过使用具有近红外线吸收性的透明基板或者在透明基板的表面设置近红外线吸收层，能够可靠地限制近红外波长范围的光的透射，能够得到可进行接近人的可见度特性的色彩校正的具有更优异光学特性的光学滤波器。
实施例
(实施例1)
本实施例的光学滤波器(近红外线截止滤波器)具备透明基板(近红外线吸收玻璃，板厚0.3mm，商品名：NF-50T，AGC Technology公司制)以及设置于透明基板的一个面和另一个面的合计5个薄膜层叠结构体。该薄膜层叠结构体是分别从上述透明基板表面侧依次层叠高折射率膜和低折射率膜而成的结构。
在透明基板的一个面配置有4个薄膜层叠结构体。4个薄膜层叠结构体为4个合计32层、物理膜厚3796.98nm的高折射率膜(氧化钛(TiO2))与低折射率膜(氧化硅(SiO2))的反复层叠结构(第1-1薄膜层叠结构体)。即，在透明基板的一个面具有由4个薄膜层叠结构体构成的第1-1薄膜层叠结构体。
在透明基板的另一个面配置有1个薄膜层叠结构体。该薄膜层叠结构体是高折射率膜(氧化钛(TiO2))与低折射率膜(氧化硅(SiO2))的合计52层、物理膜厚3093.23nm的反复层叠结构(第1-2薄膜层叠结构体)。
将设置于上述光学滤波器的透明基板的一个面的薄膜层叠结构体(第1-1薄膜层叠结构体)的构成示于表1。另外，将设置于光学滤波器的透明基板的另一个面的薄膜层叠结构体(第1-2薄膜层叠结构体)的构成示于表2。在表1和表2中，膜层数为从透明基板侧起的层的序数，膜厚表示物理膜厚。
对于该光学滤波器，使用光学薄膜模拟软件(TFCalc，Software Spectra公司制)对入射角0°、40°及50°时的光学特性进行验证。将结果示于图2、图3(波长850nm～1050nm的区域的放大图)。
另外，使用上述光学薄膜模拟软件对设置于透明基板的一个面的薄膜层叠结构体(第1-1薄膜层叠结构体)单独(排除透明基板对光吸收的影响)的入射角0°、40°和50°时的光学特性进行验证。将结果示于图4。另外，使用上述光学薄膜模拟软件对设置于透明基板的另一个面的薄膜层叠结构体(第1-2薄膜层叠结构体)单独(排除透明基板对光吸收的影响)的入射角0°、40°及50°时的光学特性进行验证。将结果表示于图5。
如图4所示，对于本发明的实施例1的光学滤波器，在配置于透明基板的同一表面侧的薄膜层叠结构体的光学特性中，具有在0°入射时在波长970nm、1070nm、1190nm附近透射率为5％以上的部分，且该薄膜层叠结构体限制透射的波长区域不连续。而且，由于仅将限制特定近红外区域的透射的薄膜层叠结构体形成于另一个面，因此，可以设置虽然该另一个面的薄膜层叠结构体的透射限制波长范围的宽度窄，但即使光的入射角变大，也不易在可见区域产生反射波动的薄膜层叠结构体。
[表1]
表1
膜层数 膜材料 物理膜厚[nm] 膜层数 膜材料 物理膜厚[nm]
1 TiO<sub>2</sub> 10.91 17 TiO<sub>2</sub> 82.70
2 SiO<sub>2</sub> 36.90 18 SiO<sub>2</sub> 144.57
3 TiO<sub>2</sub> 112.69 19 TiO<sub>2</sub> 81.49
4 SiO<sub>2</sub> 184.34 20 SiO<sub>2</sub> 143.26
5 TiO<sub>2</sub> 113.03 21 TiO<sub>2</sub> 81.10
6 SiO<sub>2</sub> 191.99 22 SiO<sub>2</sub> 141.81
7 TiO<sub>2</sub> 113.41 23 TiO<sub>2</sub> 82.50
8 SiO<sub>2</sub> 192.01 24 SiO<sub>2</sub> 141.89
9 TiO<sub>2</sub> 114.53 25 TiO<sub>2</sub> 81.29
10 SiO<sub>2</sub> 189.57 26 SiO<sub>2</sub> 142.78
11 TiO<sub>2</sub> 112.59 27 TiO<sub>2</sub> 81.57
12 SiO<sub>2</sub> 186.77 28 SiO<sub>2</sub> 143.93
13 TiO<sub>2</sub> 102.14 29 TiO<sub>2</sub> 85.45
14 SiO<sub>2</sub> 159.29 30 SiO<sub>2</sub> 148.09
15 TiO<sub>2</sub> 87.49 31 TiO<sub>2</sub> 83.79
16 SiO<sub>2</sub> 148.32 32 SiO<sub>2</sub> 74.78
[表2]
表2
膜层数 膜材料 物理膜厚[nm] 膜层数 膜材料 物理膜厚[nm]
1 TiO<sub>2</sub> 13.73 27 TiO<sub>2</sub> 124.12
2 SiO<sub>2</sub> 30.70 28 SiO<sub>2</sub> 51.84
3 TiO<sub>2</sub> 124.19 29 TiO<sub>2</sub> 19.07
4 SiO<sub>2</sub> 34.64 30 SiO<sub>2</sub> 52.85
5 TiO<sub>2</sub> 27.52 31 TiO<sub>2</sub> 121.22
6 SiO<sub>2</sub> 36.86 32 SiO<sub>2</sub> 55.13
7 TiO<sub>2</sub> 128.91 33 TiO<sub>2</sub> 16.60
8 SiO<sub>2</sub> 40.38 34 SiO<sub>2</sub> 56.22
9 TiO<sub>2</sub> 25.87 35 TiO<sub>2</sub> 117.49
10 SiO<sub>2</sub> 40.26 36 SiO<sub>2</sub> 54.74
11 TiO<sub>2</sub> 130.48 37 TiO<sub>2</sub> 15.76
12 SiO<sub>2</sub> 40.37 38 SiO<sub>2</sub> 54.85
13 TiO<sub>2</sub> 26.23 39 TiO<sub>2</sub> 113.36
14 SiO<sub>2</sub> 41.02 40 SiO<sub>2</sub> 51.99
15 TiO<sub>2</sub> 129.16 41 TiO<sub>2</sub> 15.75
16 SiO<sub>2</sub> 45.57 42 SiO<sub>2</sub> 52.35
17 TiO<sub>2</sub> 22.79 43 TiO<sub>2</sub> 111.33
18 SiO<sub>2</sub> 47.14 44 SiO<sub>2</sub> 51.18
19 TiO<sub>2</sub> 125.62 45 TiO<sub>2</sub> 16.24
20 SiO<sub>2</sub> 50.50 46 SiO<sub>2</sub> 50.28
21 TiO<sub>2</sub> 20.28 47 TiO<sub>2</sub> 112.15
22 SiO<sub>2</sub> 50.80 48 SiO<sub>2</sub> 44.23
23 TiO<sub>2</sub> 124.73 49 TiO<sub>2</sub> 19.61
24 SiO<sub>2</sub> 50.23 50 SiO<sub>2</sub> 42.17
25 TiO<sub>2</sub> 20.54 51 TiO<sub>2</sub> 104.85
26 SiO<sub>2</sub> 50.28 52 SiO<sub>2</sub> 82.42
(实施例2)
本实施例的光学滤波器(近红外线截止滤波器)具备与实施例1中使用的透明基板同样的透明基板以及设置于透明基板的一个面和另一个面的薄膜层叠结构体。该薄膜层叠结构体是分别从上述透明基板表面侧依次层叠折射率不同的膜而成的结构。
在透明基板的一个面配置有2个薄膜层叠结构体。2个薄膜层叠结构体合计为50层，物理膜厚为5930.11nm。2个薄膜层叠结构体由设置于透明基板侧上的高折射率膜(氧化锆(ZrO2))与低折射率膜(氧化硅(SiO2))的合计30层的反复层叠结构(第2-1薄膜层叠结构体)以及设置于第2-1薄膜层叠结构体上(空气侧)的高折射率膜(氧化钛(TiO2))与中折射率膜(氧化率(Al2O3))的合计20层的反复层叠结构(第2-2薄膜层叠结构体)构成。
在透明基板的另一个面配置有1个薄膜层叠结构体。该薄膜层叠结构体是高折射率膜(氧化钛(TiO2))与低折射率膜(氧化硅(SiO2))的合计60层、物理膜厚3570.77nm的反复层叠结构(第2-3薄膜层叠结构体)。
将上述设置于光学滤波器的透明基板的一个面的薄膜层叠结构体(第2-1薄膜层叠结构体和第2-2薄膜层叠结构体)的构成示于表3。另外，将设置于光学滤波器的透明基板的另一个面的薄膜层叠结构体(第2-3薄膜层叠结构体)的构成示于表4。在表3和表4中，膜层数为从透明基板侧起的层的序数，膜厚表示物理膜厚。
对于该光学滤波器，使用光学薄膜模拟软件(TFCalc，Software Spectra公司制造)对入射角0°、40°和50°时的光学特性进行验证。将结果示于图6、图7(波长850nm～1050nm的区域的放大图)。
另外，使用上述光学薄膜模拟软件对设置于透明基板的一个面的薄膜层叠结构体(第2-1薄膜层叠结构体和第2-2薄膜层叠结构体)单独(排除透明基板对光吸收的影响)的入射角0°、40°和50°时的光学特性进行验证。将结果示于图8。另外，使用上述光学薄膜模拟软件对设置于透明基板的另一个面的薄膜层叠结构体(第2-3薄膜层叠结构体)单独(排除透明基板对光吸收的影响)的入射角0°、40°和50°时的光学特性进行验证。将结果示于图9。
[表3]
表3
膜层数 膜材料 物理膜厚[nm] 膜层数 膜材料 物理膜厚[nm]
1 ZrO<sub>2</sub> 14.56 26 SiO<sub>2</sub> 170.66
2 SiO<sub>2</sub> 36.81 27 ZrO<sub>2</sub> 109.31
3 ZrO<sub>2</sub> 137.91 28 SiO<sub>2</sub> 128.85
4 SiO<sub>2</sub> 184.70 29 ZrO<sub>2</sub> 10.39
5 ZrO<sub>2</sub> 135.35 30 SiO<sub>2</sub> 14.88
6 SiO<sub>2</sub> 193.19 31 TiO<sub>2</sub> 82.22
7 ZrO<sub>2</sub> 137.94 32 Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 131.88
8 SiO<sub>2</sub> 194.04 33 TiO<sub>2</sub> 81.45
9 ZrO<sub>2</sub> 139.11 34 Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 130.50
10 SiO<sub>2</sub> 194.82 35 TiO<sub>2</sub> 80.74
11 ZrO<sub>2</sub> 138.40 36 Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 129.12
12 SiO<sub>2</sub> 195.40 37 TiO<sub>2</sub> 80.20
13 ZrO<sub>2</sub> 138.63 38 Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 128.37
14 SiO<sub>2</sub> 192.71 39 TiO<sub>2</sub> 80.79
15 ZrO<sub>2</sub> 137.38 40 Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 128.70
16 SiO<sub>2</sub> 187.47 41 TiO<sub>2</sub> 80.48
17 ZrO<sub>2</sub> 123.83 42 Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 128.37
18 SiO<sub>2</sub> 163.56 43 TiO<sub>2</sub> 82.11
19 ZrO<sub>2</sub> 121.91 44 Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 130.51
20 SiO<sub>2</sub> 180.13 45 TiO<sub>2</sub> 86.29
21 ZrO<sub>2</sub> 129.44 46 Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 118.03
22 SiO<sub>2</sub> 170.56 47 TiO<sub>2</sub> 10.95
23 ZrO<sub>2</sub> 116.99 48 Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 19.75
24 SiO<sub>2</sub> 169.58 49 TiO<sub>2</sub> 49.28
25 ZrO<sub>2</sub> 126.32 50 Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 75.54
[表4]
表4
膜层数 膜材料 物理膜厚[nm] 膜层数 膜材料 物理膜厚[nm]
1 TiO<sub>2</sub> 14.09 31 TiO<sub>2</sub> 123.31
2 SiO<sub>2</sub> 30.62 32 SiO<sub>2</sub> 53.23
3 TiO<sub>2</sub> 125.75 33 TiO<sub>2</sub> 18.16
4 SiO<sub>2</sub> 33.39 34 SiO<sub>2</sub> 54.58
5 TiO<sub>2</sub> 28.52 35 TiO<sub>2</sub> 119.82
6 SiO<sub>2</sub> 35.80 36 SiO<sub>2</sub> 55.27
7 TiO<sub>2</sub> 129.50 37 TiO<sub>2</sub> 16.33
8 SiO<sub>2</sub> 41.37 38 SiO<sub>2</sub> 55.06
9 TiO<sub>2</sub> 24.99 39 TiO<sub>2</sub> 116.16
10 SiO<sub>2</sub> 42.36 40 SiO<sub>2</sub> 48.76
11 TiO<sub>2</sub> 128.36 41 TiO<sub>2</sub> 18.26
12 SiO<sub>2</sub> 44.79 42 SiO<sub>2</sub> 47.82
13 TiO<sub>2</sub> 23.59 43 TiO<sub>2</sub> 114.88
14 SiO<sub>2</sub> 45.01 44 SiO<sub>2</sub> 49.35
15 TiO<sub>2</sub> 127.88 45 TiO<sub>2</sub> 17.83
16 SiO<sub>2</sub> 46.26 46 SiO<sub>2</sub> 50.28
17 TiO<sub>2</sub> 22.86 47 TiO<sub>2</sub> 117.29
18 SiO<sub>2</sub> 46.81 48 SiO<sub>2</sub> 48.74
19 TiO<sub>2</sub> 126.55 49 TiO<sub>2</sub> 19.47
20 SiO<sub>2</sub> 49.41 50 SiO<sub>2</sub> 47.29
21 TiO<sub>2</sub> 21.01 51 TiO<sub>2</sub> 119.16
22 SiO<sub>2</sub> 50.09 52 SiO<sub>2</sub> 42.44
23 TiO<sub>2</sub> 124.88 53 TiO<sub>2</sub> 22.53
24 SiO<sub>2</sub> 51.85 54 SiO<sub>2</sub> 40.88
25 TiO<sub>2</sub> 19.67 55 TiO<sub>2</sub> 119.75
26 SiO<sub>2</sub> 52.19 56 SiO<sub>2</sub> 40.58
27 TiO<sub>2</sub> 124.23 57 TiO<sub>2</sub> 23.00
28 SiO<sub>2</sub> 51.54 58 SiO<sub>2</sub> 39.69
29 TiO<sub>2</sub> 19.80 59 TiO<sub>2</sub> 110.57
30 SiO<sub>2</sub> 51.91 60 SiO<sub>2</sub> 85.20
(实施例3)
本实施例的光学滤波器(近红外线截止滤波器)具备与实施例1中使用的透明基板同样的透明基板以及设置于透明基板的一个面和另一个面的膜层叠结构体。该薄膜层叠结构体是分别从上述透明基板表面侧依次层叠折射率不同的膜而成的结构。
在透明基板的一个面配置有2个薄膜层叠结构体。2个薄膜层叠结构体合计为44层，物理膜厚为5738.57nm。2个薄膜层叠结构体由设置于透明基板侧上的高折射率膜(氧化锆(ZrO2))与低折射率膜(氧化硅(SiO2))的合计16层的反复层叠结构(第3-1薄膜层叠结构体)以及设置于第3-1薄膜层叠结构体上(空气侧)的高折射率膜(氧化钛(TiO2))与中折射率膜(氧化硅(SiO2))的合计28层的反复层叠结构(第3-2薄膜层叠结构体)构成。
在透明基板的另一个面配置有1个薄膜层叠结构体。该薄膜层叠结构体是高折射率膜(氧化锆(ZrO2))与低折射率膜(氧化硅(SiO2))的合计30层、物理膜厚3656.75nm的反复层叠结构(第3-3薄膜层叠结构体)。
将上述设置于光学滤波器的透明基板的一个面的薄膜层叠结构体(第3-1薄膜层叠结构体和第3-2薄膜层叠结构体)的构成示于表5。另外，将设置于光学滤波器的透明基板的另一个面的薄膜层叠结构体(第3-3薄膜层叠结构体)的构成示于表6。在表5和表6中，膜层数为从透明基板侧起的层的序数，膜厚表示物理膜厚。
对于该光学滤波器，使用光学薄膜模拟软件(TFCalc，Software Spectra公司制造)对入射角0°、40°和50°时的光学特性进行验证。将结果示于图10、图11(波长850nm～1050nm的区域的放大图)。
另外，使用光学薄膜模拟软件对设置于透明基板的一个面的薄膜层叠结构体(第3-1薄膜层叠结构体和第3-2薄膜层叠结构体)单独(排除透明基板对光吸收的影响)的入射角0°、40°和50°时的光学特性进行验证。将结果示于图12。另外，使用光学薄膜模拟软件对设置于透明基板的另一个面的薄膜层叠结构体(第3-3薄膜层叠结构体)单独(排除透明基板对光吸收的影响)的入射角0°、40°和50°时的光学特性进行验证。将结果示于图13。
[表5]
表5
膜层数 膜材料 物理膜厚[nm] 膜层数 膜材料 物理膜厚[nm]
1 ZrO<sub>2</sub> 13.64 23 TiO<sub>2</sub> 102.29
2 SiO<sub>2</sub> 36.69 24 SiO<sub>2</sub> 179.22
3 ZrO<sub>2</sub> 137.44 25 TiO<sub>2</sub> 97.40
4 SiO<sub>2</sub> 187.05 26 SiO<sub>2</sub> 156.99
5 ZrO<sub>2</sub> 135.69 27 TiO<sub>2</sub> 86.74
6 SiO<sub>2</sub> 191.71 28 SiO<sub>2</sub> 145.95
7 ZrO<sub>2</sub> 137.29 29 TiO<sub>2</sub> 82.63
8 SiO<sub>2</sub> 193.12 30 SiO<sub>2</sub> 143.65
9 ZrO<sub>2</sub> 137.71 31 TiO<sub>2</sub> 81.63
10 SiO<sub>2</sub> 195.84 32 SiO<sub>2</sub> 141.61
11 ZrO<sub>2</sub> 139.04 33 TiO<sub>2</sub> 81.44
12 SiO<sub>2</sub> 196.85 34 SiO<sub>2</sub> 140.53
13 ZrO<sub>2</sub> 140.78 35 TiO<sub>2</sub> 81.97
14 SiO<sub>2</sub> 197.93 36 SiO<sub>2</sub> 140.59
15 ZrO<sub>2</sub> 147.08 37 TiO<sub>2</sub> 81.16
16 SiO<sub>2</sub> 193.18 38 SiO<sub>2</sub> 141.73
17 TiO<sub>2</sub> 110.34 39 TiO<sub>2</sub> 82.43
18 SiO<sub>2</sub> 188.44 40 SiO<sub>2</sub> 143.69
19 TiO<sub>2</sub> 109.84 41 TiO<sub>2</sub> 84.27
20 SiO<sub>2</sub> 177.85 42 SiO<sub>2</sub> 149.79
21 TiO<sub>2</sub> 97.69 43 TiO<sub>2</sub> 84.32
22 SiO<sub>2</sub> 168.55 44 SiO<sub>2</sub> 74.79
[表6]
表6
膜层数 膜材料 物理膜厚[nm] 膜层数 膜材料 物理膜厚[nm]
1 ZrO<sub>2</sub> 14.13 16 SiO<sub>2</sub> 171.86
2 SiO<sub>2</sub> 33.32 17 ZrO<sub>2</sub> 125.41
3 ZrO<sub>2</sub> 129.47 18 SiO<sub>2</sub> 173.38
4 SiO<sub>2</sub> 166.14 19 ZrO<sub>2</sub> 120.19
5 ZrO<sub>2</sub> 111.01 20 SiO<sub>2</sub> 162.15
6 SiO<sub>2</sub> 151.61 21 ZrO<sub>2</sub> 112.44
7 ZrO<sub>2</sub> 108.38 22 SiO<sub>2</sub> 157.94
8 SiO<sub>2</sub> 152.58 23 ZrO<sub>2</sub> 111.42
9 ZrO<sub>2</sub> 108.61 24 SiO<sub>2</sub> 163.49
10 SiO<sub>2</sub> 157.44 25 ZrO<sub>2</sub> 123.60
11 ZrO<sub>2</sub> 114.37 26 SiO<sub>2</sub> 187.03
12 SiO<sub>2</sub> 166.23 27 ZrO<sub>2</sub> 42.27
13 ZrO<sub>2</sub> 120.99 28 SiO<sub>2</sub> 12.69
14 SiO<sub>2</sub> 171.14 29 ZrO<sub>2</sub> 73.35
15 ZrO<sub>2</sub> 122.92 30 SiO<sub>2</sub> 91.19
(比较例1)
本比较例的光学滤波器(近红外线截止滤波器)具备与实施例1中使用的透明基板同样的透明基板。仅在透明基板的一个面具备多个薄膜层叠结构体。该薄膜层叠结构体是从上述透明基板表面侧依次层叠高折射率膜和低折射率膜而成的结构。
在透明基板的一个面配置有5个薄膜层叠结构体。该薄膜层叠结构体均为高折射率膜(氧化钛(TiO2))与低折射率膜(氧化硅(SiO2))的合计40层、物理膜厚5151.58nm的反复层叠结构。即，在透明基板的一个面层叠有同样构成的5个薄膜层叠结构体。
设置于透明基板的另一个面的光学多层膜为防反射膜。该光学多层膜是高折射率膜为氧化钛(TiO2)，低折射率膜为氧化硅(SiO2)，它们合计为6层，物理膜厚为237.58nm的反复层叠结构。
将上述设置于光学滤波器的透明基板的一个面的薄膜层叠结构体的构成示于表3。另外，将设置于光学滤波器的透明基板的另一个面的光学多层膜的构成示于表4。在表7和表8中，膜层数为从透明基板侧起的层的序数，膜厚表示物理膜厚。
对于该光学滤波器，使用光学薄膜模拟软件(TFCalc，Software Spectra公司制造)对入射角0°、40°和50°时的光学特性进行验证。将结果示于图14、图15(波长850nm～1050nm的区域的放大图)。另外，使用上述光学薄膜模拟软件对设置于透明基板的一个面的薄膜层叠结构体单独(排除透明基板对光吸收的影响)的入射角0°、40°和50°时的光学特性进行验证。将结果示于图16。另外，使用上述光学薄膜模拟软件对设置于透明基板的另一个面的光学多层膜(排除透明基板对光吸收的影响)单独的入射角0°、40°和50°时的光学特性进行验证。将结果示于图17。
[表7]
表7
膜层数 膜材料 物理膜厚[nm] 膜层数 膜材料 物理膜厚[nm]
1 TiO<sub>2</sub> 11.56 21 TiO<sub>2</sub> 99.77
2 SiO<sub>2</sub> 38.24 22 SiO<sub>2</sub> 159.54
3 TiO<sub>2</sub> 115.13 23 TiO<sub>2</sub> 85.64
4 SiO<sub>2</sub> 186.19 24 SiO<sub>2</sub> 147.25
5 TiO<sub>2</sub> 113.47 25 TiO<sub>2</sub> 83.44
6 SiO<sub>2</sub> 191.37 26 SiO<sub>2</sub> 144.49
7 TiO<sub>2</sub> 114.79 27 TiO<sub>2</sub> 82.11
8 SiO<sub>2</sub> 192.42 28 SiO<sub>2</sub> 143.01
9 TiO<sub>2</sub> 114.04 29 TiO<sub>2</sub> 81.26
10 SiO<sub>2</sub> 190.75 30 SiO<sub>2</sub> 141.61
11 TiO<sub>2</sub> 113.19 31 TiO<sub>2</sub> 81.64
12 SiO<sub>2</sub> 188.68 32 SiO<sub>2</sub> 143.15
13 TiO<sub>2</sub> 110.31 33 TiO<sub>2</sub> 81.07
14 SiO<sub>2</sub> 181.32 34 SiO<sub>2</sub> 141.45
15 TiO<sub>2</sub> 102.20 35 TiO<sub>2</sub> 83.23
16 SiO<sub>2</sub> 167.35 36 SiO<sub>2</sub> 144.03
17 TiO<sub>2</sub> 97.57 37 TiO<sub>2</sub> 84.84
18 SiO<sub>2</sub> 170.40 38 SiO<sub>2</sub> 147.97
19 TiO<sub>2</sub> 103.17 39 TiO<sub>2</sub> 82.19
20 SiO<sub>2</sub> 179.82 40 SiO<sub>2</sub> 74.34
[表8]
表8
膜层数 膜材料 物理膜厚[nm]
1 TiO<sub>2</sub> 14.70
2 SiO<sub>2</sub> 28.58
3 TiO<sub>2</sub> 61.08
4 SiO<sub>2</sub> 7.00
5 TiO<sub>2</sub> 37.99
6 SiO<sub>2</sub> 88.23
(比较例2)
本比较例的光学滤波器(近红外线截止滤波器)具备与实施例1中使用的透明基板同样的透明基板，仅在透明基板的一个面具备薄膜层叠结构体。该薄膜层叠结构体是从上述透明基板表面侧依次层叠高折射率膜和低折射率膜而成的结构。
在透明基板的一个面配置有5个薄膜层叠结构体。5个薄膜层叠结构体均为由中折射率膜(氧化锆钛(ZrO2))、低折射率膜(氧化硅(SiO2))和高折射率膜(氧化钛(TiO2))构成的合计56层、物理膜厚7647.11nm的反复层叠结构(第3薄膜层叠结构体)。而且，在该第3薄膜层叠结构体中，从第1层至第20层是从透明基板侧交替层叠上述中折射率膜和低折射率膜而成的反复层叠结构，从第21层至第56层是交替层叠高折射率膜和低折射率膜而成的反复层叠结构。即，该光学滤波器在透明基板的一个面具有5个薄膜层叠结构体。
设置于透明基板的另一个面的光学多层膜为防反射膜。该光学多层膜为与比较例1中使用的光学多层膜同样的光学多层膜。因此，省略膜构成、光谱特性的说明。
将上述设置于光学滤波器的透明基板的一个面的薄膜层叠结构体(第3薄膜层叠结构体)的构成示于表9。在表9中，膜层数为从透明基板侧起的层的序数，膜厚表示物理膜厚。对于该光学滤波器，使用光学薄膜模拟软件(TFCalc，Software Spectra公司制造)对入射角0°、40°和50°时的光学特性进行验证。将结果示于图18、图19(波长850nm～1050nm的区域的放大图)。另外，使用上述光学薄膜模拟软件对设置于透明基板的一个面的薄膜层叠结构体单独(排除透明基板对光吸收的影响)的入射角0°、40°和50°时的光学特性进行验证。将结果示于图20。
Figure BDA0002708763560000241
综上所述，例如实施例1的光学滤波器即使光的入射角为40°、50°，近红外区域中850nm～990nm的透射率也为0.1％以下，透射波动得到抑制。另外，同样地，即使光的入射角为40°，可见区域(450nm～550nm)的透射率的最小值也为92％以上，即使光的入射角为50°，可见区域的透射率的最小值也为81％以上，反射波动得到抑制。另外，在波长898nm～955nm中透射率为0.0001％以下，具备高近红外线的吸收能力。
与此相对，比较例1的光学滤波器在光的入射角为50°时，可见区域(450nm～550nm)的透射率的最小值为80％以下，无法抑制反射波动。另外，比较例2的光学滤波器在光的入射角为50°时，可见区域(450nm～550nm)的透射率的最小值为80％以下，无法抑制反射波动。进而，即使光的入射角为0°、40°、50°，近红外区域(850nm～990nm)的透射率也为0.1％以上，无法抑制透射波动。
认为比较例1、2在光的入射角为50°时无法抑制可见区域的反射波动是因为限制近红外区域的透射的薄膜层叠结构体仅形成于一个面。
详细并且参照特定的实施方式对本发明进行了说明，但可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下加以各种变更、修正对本领域技术人员而言是显而易见的。
本申请基于2018年3月30日申请的日本专利申请2018-067598，且其内容作为参照并入本说明书中。
符号说明
1…光学滤波器、2…透明基板、11，12，13…薄膜层叠结构体、10a，10b…表面。

Claims (6)

1.一种光学滤波器，具备透明基板以及3个以上的薄膜层叠结构体，所述3个以上的薄膜层叠结构体分别限制近红外波长区域内的规定波长范围的光的透射，
各个所述薄膜层叠结构体层叠在所述透明基板的任一个表面上，
所述3个以上的薄膜层叠结构体中的至少2个薄膜层叠结构体限制透射的波长范围各自不同，
通过所述3个以上的薄膜层叠结构体限制透射的波长范围连续，
在所述透明基板的至少一个同一表面侧配置的所述薄膜层叠结构体限制透射的波长区域不连续，
限制透射的波长区域不连续是指具有透射率为5%以上的部分。
2.根据权利要求1所述的光学滤波器，其特征在于，所述3个以上的薄膜层叠结构体中，限制近红外区域的波长的光的透射的波长范围的中心波长位于第2短的波长侧的薄膜层叠结构体层叠于与除其以外的薄膜层叠结构体不同的表面，且物理膜厚比除其以外的所述薄膜层叠结构体的各自的物理膜厚厚。
3.根据权利要求2所述的光学滤波器，其中，在限制近红外区域的波长的光的透射的波长范围的中心波长位于第2短的波长侧的所述薄膜层叠结构体的透射限制波长范围中，在所述波长范围内的透射率最低的波长处，透射率为0.05%以下。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的光学滤波器，其中，所述透明基板由选自玻璃、玻璃陶瓷、水晶、树脂和蓝宝石中的任一种以上构成。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的光学滤波器，其中，所述透明基板具有吸收近红外区域的波长的光的性质。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的光学滤波器，其中，在所述透明基板的至少一个表面上具有近红外线吸收层，所述近红外线吸收层含有吸收近红外区域的波长的光的成分。
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