JP2014215576A - 赤外線カットフィルター - Google Patents
赤外線カットフィルター Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014215576A JP2014215576A JP2013095106A JP2013095106A JP2014215576A JP 2014215576 A JP2014215576 A JP 2014215576A JP 2013095106 A JP2013095106 A JP 2013095106A JP 2013095106 A JP2013095106 A JP 2013095106A JP 2014215576 A JP2014215576 A JP 2014215576A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- refractive index
- index material
- cut filter
- dielectric film
- film thickness
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/20—Filters
- G02B5/26—Reflecting filters
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/20—Filters
- G02B5/28—Interference filters
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Filters (AREA)
Abstract
【課題】フィルター面に対して角度を持って入射した光が赤外線カットフィルターを透過してもその光に対する透過特性がなるべくシフトしないような赤外線カットフィルターを提供すること。
【解決手段】透明な基板上に屈折率の異なる2種以上の誘電体膜を交互に積層状に成膜させて構成される赤外線カットフィルターにおいて、一例として高屈折率材料からなる誘電体膜をTiO2とし、低屈折率材料からなる誘電体膜はSiO2とし、TiO2からなる誘電体膜の平均光学膜厚をdHとし、SiO2からなる誘電体膜の平均光学膜厚をdLとした場合に光学膜厚比dH/dL=3〜19となるように設定し、フィルター面への法線又は垂線を基準とした光の入射角度が0度から30度に変化した際のIR半値波長のシフト量が20nm以下で13nm以上となるように設定する。
【選択図】なし
【解決手段】透明な基板上に屈折率の異なる2種以上の誘電体膜を交互に積層状に成膜させて構成される赤外線カットフィルターにおいて、一例として高屈折率材料からなる誘電体膜をTiO2とし、低屈折率材料からなる誘電体膜はSiO2とし、TiO2からなる誘電体膜の平均光学膜厚をdHとし、SiO2からなる誘電体膜の平均光学膜厚をdLとした場合に光学膜厚比dH/dL=3〜19となるように設定し、フィルター面への法線又は垂線を基準とした光の入射角度が0度から30度に変化した際のIR半値波長のシフト量が20nm以下で13nm以上となるように設定する。
【選択図】なし
Description
本発明は例えばデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ又はスマートフォンのように受光素子を内蔵したデジタル撮像機能を有する撮像装置の光学系に配置される赤外線カットフィルターに関するものである。
従来から、例えばデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ又はスマートフォンのように受光素子を内蔵したデジタル撮像機能を有する撮像装置の光学系の受光素子の前面には赤外線カットフィルターが配置される。受光素子(一般には、受光素子の集合体としてのCCD:Charge Coupled DeviceやCMOSセンサー)は近赤外線領域の光線に視感度を持つため、物体が実際の見え方と異なる色になってしまうことを防止するためにその物体側前面に赤外線カットフィルターを配置するようにしている。
赤外線カットフィルターに関する先行技術として特許文献1〜3を一例として挙げる。
特開2005−338395号公報
特開2009−145779号公報
特開2013−29708号公報
赤外線カットフィルターに関する先行技術として特許文献1〜3を一例として挙げる。
ところで、撮像装置の光学系には集光のための凸レンズが配設されている。画像は凸レンズを透過してCCDに達するが、その際に特に画像の周囲ほど凸レンズに大きく屈折させられCCD等に受光されることとなる。この場合にレンズとCCD等の距離が十分に取れるようであれば大きく屈折することなく設計することができるが、撮像装置によってはこの距離をあまり大きく取ることができない場合がある。例えば厚みの薄いスマートフォンで厚み方向を光軸方向とする場合には比較的CCD等に接近した位置に凸レンズを配置せざるを得ない。その他、構造上の制限で凸レンズをCCD等に接近させざるを得ない場合がある。そのような場合では自ずと画像周囲からの光の屈折量が大きくなってしまう。ここに「屈折量が大きくなる」とは言い換えると、レンズの光軸方向(すなわちCCD等の面に対する垂線方向)を基準とした画像周囲の光の入射角度が大きくなってしまうことである。
しかしながら、光学薄膜から構成される赤外線カットフィルターでは入射角度によって透過率特性が異なり、入射角度が大きいほど全体として短波側にシフトするという現象が生じることとなる。そのため、従来から特に入射角度が大きくなる領域の色調の変化が問題となっていた。このような赤外線カットフィルターの透過特性のシフトを防止するためには入射角度が小さくなるように凸レンズをCCD等から離間させなければならず、設計上の大きな制限が生じていた。
そのため、フィルター面に対して角度を持って入射した光が赤外線カットフィルターを透過してもその光に対する透過特性がなるべくシフトしないような赤外線カットフィルターが望まれていた。
本発明は、上記課題を解消するためになされたものであり、その目的はフィルター面に対して角度を持って入射した光が赤外線カットフィルターを透過してもその光に対する透過特性がなるべくシフトしないような赤外線カットフィルターを提供することにある。
しかしながら、光学薄膜から構成される赤外線カットフィルターでは入射角度によって透過率特性が異なり、入射角度が大きいほど全体として短波側にシフトするという現象が生じることとなる。そのため、従来から特に入射角度が大きくなる領域の色調の変化が問題となっていた。このような赤外線カットフィルターの透過特性のシフトを防止するためには入射角度が小さくなるように凸レンズをCCD等から離間させなければならず、設計上の大きな制限が生じていた。
そのため、フィルター面に対して角度を持って入射した光が赤外線カットフィルターを透過してもその光に対する透過特性がなるべくシフトしないような赤外線カットフィルターが望まれていた。
本発明は、上記課題を解消するためになされたものであり、その目的はフィルター面に対して角度を持って入射した光が赤外線カットフィルターを透過してもその光に対する透過特性がなるべくシフトしないような赤外線カットフィルターを提供することにある。
上記目的を達成するために、第1の手段として、透明な基板の一方の面あるいは両面に屈折率の異なる2種以上の誘電体膜を交互に積層状に成膜させて構成される赤外線カットフィルターにおいて、可視光から近赤外光への透過率特性の移行領域における半値波長(以下、IR半値波長とする)を規定するための交互積層部の前記誘電体膜について高屈折率材料からなる前記誘電体膜の平均光学膜厚を低屈折率材料からなる前記誘電体膜の平均光学膜厚よりも厚く構成したことをその要旨とする。
第2の手段として第1の手段に加え、前記高屈折率材料からなる前記誘電体膜の平均光学膜厚をdHとし、低屈折率材料からなる前記誘電体膜の平均光学膜厚をdLとした場合に光学膜厚比dH/dL=3〜19となるように設定したことをその要旨とする。
第3の手段として第1又は第2の手段に加え、IR半値波長を規定する2種の前記誘電体膜において、前記高屈折率材料からなる前記誘電体膜はTiO2、Nb2O5、Ta2O5、ZrO2、HfO2、TiO2-La2O3、ZrO2-TiO2の群から選ばれる1又は複数の酸化物からなり、低屈折率材料からなる前記誘電体膜はSiO2、MgF2の群から選ばれる酸化物又はフッ化物からなることをその要旨とする。
第4の手段として第1又は第2の手段に加え、IR半値波長を規定する2種の前記誘電体膜において、前記高屈折率材料からなる前記誘電体膜がTiO2又はNb2O5であり、低屈折率材料からなる前記誘電体膜はSiO2である場合に、フィルター面への法線又は垂線を基準とした光の入射角度が0度から30度に変化した際のIR半値波長のシフト量が20nm以下で13nm以上となるように設定したことをその要旨とする。
第5の手段として第1〜4のいずれかの手段に加え、少なくとも600nmの光の透過率が90%以上であり700nmの光の透過率が10%以下であるように設定したことをその要旨とする。
第2の手段として第1の手段に加え、前記高屈折率材料からなる前記誘電体膜の平均光学膜厚をdHとし、低屈折率材料からなる前記誘電体膜の平均光学膜厚をdLとした場合に光学膜厚比dH/dL=3〜19となるように設定したことをその要旨とする。
第3の手段として第1又は第2の手段に加え、IR半値波長を規定する2種の前記誘電体膜において、前記高屈折率材料からなる前記誘電体膜はTiO2、Nb2O5、Ta2O5、ZrO2、HfO2、TiO2-La2O3、ZrO2-TiO2の群から選ばれる1又は複数の酸化物からなり、低屈折率材料からなる前記誘電体膜はSiO2、MgF2の群から選ばれる酸化物又はフッ化物からなることをその要旨とする。
第4の手段として第1又は第2の手段に加え、IR半値波長を規定する2種の前記誘電体膜において、前記高屈折率材料からなる前記誘電体膜がTiO2又はNb2O5であり、低屈折率材料からなる前記誘電体膜はSiO2である場合に、フィルター面への法線又は垂線を基準とした光の入射角度が0度から30度に変化した際のIR半値波長のシフト量が20nm以下で13nm以上となるように設定したことをその要旨とする。
第5の手段として第1〜4のいずれかの手段に加え、少なくとも600nmの光の透過率が90%以上であり700nmの光の透過率が10%以下であるように設定したことをその要旨とする。
上記各手段によれば、IR半値波長を規定するための交互積層部の誘電体膜について高屈折率材料からなる誘電体膜の平均光学膜厚を低屈折率材料からなる前記誘電体膜の平均光学膜厚よりも厚く構成することによって、フィルター面への法線又は垂線を基準として0度よりも大きな角度を持った光が赤外線カットフィルターを透過する際にその光に対する透過特性が短波側へシフトするシフト量を軽減させることが可能となる。
ここに、「高屈折率」と「低屈折率」はあくまでも相対的なものであり、例えば具体的な屈折率が高いことで高屈折率というわけではない。「法線又は垂線」とはフィルター面が平面の場合にはその垂線を基準とするが、フィルター面が曲面を有する場合には法線を基準とする意である。
ここに、「高屈折率」と「低屈折率」はあくまでも相対的なものであり、例えば具体的な屈折率が高いことで高屈折率というわけではない。「法線又は垂線」とはフィルター面が平面の場合にはその垂線を基準とするが、フィルター面が曲面を有する場合には法線を基準とする意である。
また、出願人はIR半値波長を規定するための交互積層部の誘電体膜の平均光学膜厚について高屈折率材料からなる誘電体膜を低屈折率材料からなる誘電体膜よりも厚く構成する場合のシフト量と光学膜厚比との関係に着目した。ここで、光学膜厚比は高屈折率材料からなる誘電体膜の平均光学膜厚をdHとし、低屈折率材料からなる誘電体膜の平均光学膜厚をdLとした場合にdH/dL又はdH:dLで表される。
この光学膜厚比についてはdH/dL=3付近までは等比的にシフト量が軽減されていく。但し、3付近から光学膜厚比を大きくしていっても確かにシフト量は軽減されるものの、光学膜厚比を大きくする割にはそれほどシフト量の軽減に貢献しないという知見を得た。
一方で、光学膜厚比を大きくした場合には赤外線カットフィルターとしての機能として求められる性能を得るために交互積層部の積層数を多くしなければならないという知見も得た。
ここに、一般に赤外線カットフィルターとしての機能を十分発現するためには600nmでの光の透過率が90%程度であり、700nmでの光の透過率が10%程度であることが求められる。これはIR半値波長に対応した範囲であり、IR半値波長は650nm〜680nmの範囲で設定される。より赤外線カットフィルターとしての機能を十分発現するためには620nmでの光の透過率が90%程度であり、700nmでの光の透過率が10%程度であることがよい。
光学膜厚比dH/dLを大きくしていくとシフト量の軽減量はそれほどかせげないにも関わらず、交互積層部の積層数を非常に多くしなければこのような赤外線カットフィルターとしての機能が十分発現できなくなってしまう。具体的には光学膜厚比はdH/dL=19付近よりも大きいとシフト量の軽減量はほとんど期待できず、一方で積層数は非常に多くなるため光学膜厚比dH/dLをこれ以上とするメリットはない。
従って、シフト量と積層数との関係で最も効率のよい光学膜厚比として少なくとも3以上であり19以下であることがよい。
この光学膜厚比についてはdH/dL=3付近までは等比的にシフト量が軽減されていく。但し、3付近から光学膜厚比を大きくしていっても確かにシフト量は軽減されるものの、光学膜厚比を大きくする割にはそれほどシフト量の軽減に貢献しないという知見を得た。
一方で、光学膜厚比を大きくした場合には赤外線カットフィルターとしての機能として求められる性能を得るために交互積層部の積層数を多くしなければならないという知見も得た。
ここに、一般に赤外線カットフィルターとしての機能を十分発現するためには600nmでの光の透過率が90%程度であり、700nmでの光の透過率が10%程度であることが求められる。これはIR半値波長に対応した範囲であり、IR半値波長は650nm〜680nmの範囲で設定される。より赤外線カットフィルターとしての機能を十分発現するためには620nmでの光の透過率が90%程度であり、700nmでの光の透過率が10%程度であることがよい。
光学膜厚比dH/dLを大きくしていくとシフト量の軽減量はそれほどかせげないにも関わらず、交互積層部の積層数を非常に多くしなければこのような赤外線カットフィルターとしての機能が十分発現できなくなってしまう。具体的には光学膜厚比はdH/dL=19付近よりも大きいとシフト量の軽減量はほとんど期待できず、一方で積層数は非常に多くなるため光学膜厚比dH/dLをこれ以上とするメリットはない。
従って、シフト量と積層数との関係で最も効率のよい光学膜厚比として少なくとも3以上であり19以下であることがよい。
ここに、IR半値波長を規定するための交互積層部は基板に直接成膜されていてもよく、他の誘電体膜や入射媒質に隣接するように成膜されていてもよい。また交互積層部全体のどの位置にあってもよい。本発明に使用される2種の誘電体膜として高屈折率材料からなる誘電体膜はTiO2、Nb2O5、Ta2O5、ZrO2、HfO2、TiO2-La2O3、ZrO2-TiO2の群から選ばれる1又は複数の酸化物からなり、低屈折率材料からなる誘電体膜はSiO2、MgF2の群から選ばれる酸化物又はフッ化物からなることがよい。IR半値波長を規定する2種の前記誘電体膜は他の波長を規定する誘電体膜と同じ酸化物又はフッ化物でもよく、異なる酸化物又はフッ化物でもよい。
また、膜構成としてIR半値波長を規定するための交互積層部は膜全体のどの位置にあってもよい。
本発明の赤外線カットフィルターは蒸着法、イオンアシスト法、イオンプレーティング法、スパッタリング法等の既知の方法で成膜することが可能である。
また、膜構成としてIR半値波長を規定するための交互積層部は膜全体のどの位置にあってもよい。
本発明の赤外線カットフィルターは蒸着法、イオンアシスト法、イオンプレーティング法、スパッタリング法等の既知の方法で成膜することが可能である。
また、IR半値波長を規定するための交互積層部として、高屈折率材料からなる誘電体膜がTiO2又はNb2O5であり、低屈折率材料からなる前記誘電体膜はSiO2である場合において、フィルター面への法線又は垂線を基準とした光の入射角度が0度から30度に変化した際のIR半値波長のシフト量が20nm以下で13nm以上となるように設定することがよい。
このような素材ではシフト量が20nm付近までは光学膜厚比を大きくしていくと、等比的にシフト量が減少するからであり、20nmよりシフト量を小さくするために光学膜厚比を大きくすると交互積層部の積層数が多くなってしまう。そのため、20nmとすることがよい。一方で、13nm付近からはシフト量を小さくしようとして光学膜厚比を大きくしても容易にシフト量は減少せず、一方で交互積層部の積層数がきわめて多くなってしまい、成膜作業に支障をきたしてしまう。
つまり、このような素材において、このようなシフト量とすることが、シフト量と光学膜厚比の関係で効率がよいこととなる。
このような素材ではシフト量が20nm付近までは光学膜厚比を大きくしていくと、等比的にシフト量が減少するからであり、20nmよりシフト量を小さくするために光学膜厚比を大きくすると交互積層部の積層数が多くなってしまう。そのため、20nmとすることがよい。一方で、13nm付近からはシフト量を小さくしようとして光学膜厚比を大きくしても容易にシフト量は減少せず、一方で交互積層部の積層数がきわめて多くなってしまい、成膜作業に支障をきたしてしまう。
つまり、このような素材において、このようなシフト量とすることが、シフト量と光学膜厚比の関係で効率がよいこととなる。
本発明に使用される基材は特に限定されるものではなくガラス素材もプラスチック素材も使用可能である。例えばプラスチック基材であればポリイミド、ポリメチルメタクレート及びその共重合体、ポリカーボネート、ポリジエチレングリコールビスアリルカーボネート(CR−39)、セルロースアセテート、ポリオレフィン、ポリアリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン樹脂、ポリチオウレタン、その他硫黄含有樹脂等あるいはこれらの複合体が一例として挙げられる。基材形状はフィルム状でも板状でも構わない。
上記各請求項に記載の発明によれば、フィルター面に対して角度を持って入射した光が赤外線カットフィルターを透過してもその光に対する透過特性がなるべくシフトしないような赤外線カットフィルターを提供することが可能となる。
1.光学膜厚比とシフト量との関係
まず、光学膜厚比とIR半値波長でのシフト量との関係について表1に基づいて説明する。表1は横軸に高屈折率材料からなる誘電体膜の平均光学膜厚dHと低屈折率材料からなる誘電体膜の平均光学膜厚dLの光学膜厚比をとり、縦軸にIR半値波長でのシフト量をとったグラフである。
このグラフでは実際の赤外線カットフィルターではなく高屈折率材料としてTiO2を、低屈折率材料としてSiO2を使用することを想定し、それらの実際の屈折率を使用してIR半値波長を規定するための交互積層部を40層と20層の2種類のパターンのシミュレーションモデルとして設計したものをグラフに示した。そして、各シミュレーションモデルでは光学膜厚比としてdH:dLが0.10:1.90、0.25:1.75、0.50:1.50、1.00:1.00、1.50:0.50、1.75:0.25、1.90:0.10となる7種類を設定した。つまり、光学膜厚比においてdH:dL=1.00:1.00を基準として平均光学膜厚dHが大きくなる場合と逆に平均光学膜厚dLが大きくなる場合を横軸にとった。
また、この設計のシミュレーションモデルではフィルター面に対する垂線を基準としてこの角度0度の状態での半値波長が680nmであったため、角度30度の入射角の状態で各光学膜厚比においてどの程度680nmからシフトしているかをシミュレーションによって求めた。
このグラフの結果から高屈折率材料からなる誘電体膜の平均光学膜厚dHが低屈折率材料からなる誘電体膜の平均光学膜厚dLよりも大きくなるにつれて徐々にIR半値波長でのシフト量は小さくなっていくのが検証できた。また、40層でも20層でもその特性に大きな差はないため、シフト量の軽減には膜層の数には依存しないことが検証できた。
また、dH:dL=0.50:1.50〜1.50:0.50の範囲においてはdH/dLが大きくなるにつれて等比的にIR半値波長でのシフト量が減少していくが、dH:dL=1.50:0.5(dH/dL=3)を境としてIR半値波長でのシフト量の減少率が少なくなっていき、減少はするものの光学膜厚比を大きくしてもそれほどは減少しないことが検証できた。そして、dH:dL=dH/dL=19付近から光学膜厚比のシフト量への貢献は非常に少なくなることがわかる。
まず、光学膜厚比とIR半値波長でのシフト量との関係について表1に基づいて説明する。表1は横軸に高屈折率材料からなる誘電体膜の平均光学膜厚dHと低屈折率材料からなる誘電体膜の平均光学膜厚dLの光学膜厚比をとり、縦軸にIR半値波長でのシフト量をとったグラフである。
このグラフでは実際の赤外線カットフィルターではなく高屈折率材料としてTiO2を、低屈折率材料としてSiO2を使用することを想定し、それらの実際の屈折率を使用してIR半値波長を規定するための交互積層部を40層と20層の2種類のパターンのシミュレーションモデルとして設計したものをグラフに示した。そして、各シミュレーションモデルでは光学膜厚比としてdH:dLが0.10:1.90、0.25:1.75、0.50:1.50、1.00:1.00、1.50:0.50、1.75:0.25、1.90:0.10となる7種類を設定した。つまり、光学膜厚比においてdH:dL=1.00:1.00を基準として平均光学膜厚dHが大きくなる場合と逆に平均光学膜厚dLが大きくなる場合を横軸にとった。
また、この設計のシミュレーションモデルではフィルター面に対する垂線を基準としてこの角度0度の状態での半値波長が680nmであったため、角度30度の入射角の状態で各光学膜厚比においてどの程度680nmからシフトしているかをシミュレーションによって求めた。
このグラフの結果から高屈折率材料からなる誘電体膜の平均光学膜厚dHが低屈折率材料からなる誘電体膜の平均光学膜厚dLよりも大きくなるにつれて徐々にIR半値波長でのシフト量は小さくなっていくのが検証できた。また、40層でも20層でもその特性に大きな差はないため、シフト量の軽減には膜層の数には依存しないことが検証できた。
また、dH:dL=0.50:1.50〜1.50:0.50の範囲においてはdH/dLが大きくなるにつれて等比的にIR半値波長でのシフト量が減少していくが、dH:dL=1.50:0.5(dH/dL=3)を境としてIR半値波長でのシフト量の減少率が少なくなっていき、減少はするものの光学膜厚比を大きくしてもそれほどは減少しないことが検証できた。そして、dH:dL=dH/dL=19付近から光学膜厚比のシフト量への貢献は非常に少なくなることがわかる。
2.光学膜厚比、IR半値波長でのシフト量及び膜積層膜数との関係
表2は横軸に波長をとり、縦軸に透過率をとった本発明を説明するための透過特性グラフである。但し、表2も上記表1のシミュレーションモデルと同様に実際の赤外線カットフィルターによる透過特性ではなく高屈折率材料としてTiO2を、低屈折率材料としてSiO2を想定し、それらの実際の屈折率を使用して交互積層部を40層と20層と16層の3種類のパターンについてシミュレーションモデルを設計し、そのシミュレーションモデルについて透過特性を示している。そのため、可視光から近赤外光にかけての領域以外の特性は実際の赤外線カットフィルターとは異なる。ここでは光学膜厚比としてdH:dL=1.75:0.25に設定した。
また、赤外線カットフィルターとして必要なIRカットの条件として650nmでの光の透過率を90%、700nmでの光の透過率を10%とした。この条件では40層と20層のシミュレーションモデルは赤外線カットフィルターとしての条件を充足するが、16層のシミュレーションモデルは充足しなかった。
表2は横軸に波長をとり、縦軸に透過率をとった本発明を説明するための透過特性グラフである。但し、表2も上記表1のシミュレーションモデルと同様に実際の赤外線カットフィルターによる透過特性ではなく高屈折率材料としてTiO2を、低屈折率材料としてSiO2を想定し、それらの実際の屈折率を使用して交互積層部を40層と20層と16層の3種類のパターンについてシミュレーションモデルを設計し、そのシミュレーションモデルについて透過特性を示している。そのため、可視光から近赤外光にかけての領域以外の特性は実際の赤外線カットフィルターとは異なる。ここでは光学膜厚比としてdH:dL=1.75:0.25に設定した。
また、赤外線カットフィルターとして必要なIRカットの条件として650nmでの光の透過率を90%、700nmでの光の透過率を10%とした。この条件では40層と20層のシミュレーションモデルは赤外線カットフィルターとしての条件を充足するが、16層のシミュレーションモデルは充足しなかった。
表3は表2と同様に横軸に波長をとり、縦軸に透過率をとった透過特性グラフである。表3も同様に実際の赤外線カットフィルターによる透過特性ではなく高屈折率材料としてTiO2を、低屈折率材料としてSiO2を想定し、それらの実際の屈折率を使用して交互積層部を40層と12層と8層の3種類のパターンについてシミュレーションモデルを設計し、そのシミュレーションモデルの透過特性を示している。表3は本発明に対する比較として光学膜厚比としてdH:dL=1.00:1.00に設定した。
表2と同様にIRカットの条件を設定し検証したところ、40層と12層はシミュレーションモデルは赤外線カットフィルターとしての条件を充足するが、8層のシミュレーションモデルは充足しなかった。表2及び表3から本発明のようにdH/dLを大きくすると交互積層部の層数を多くしなければ赤外線カットフィルターの条件を充足しない可能性があることがわかった。
表2と同様にIRカットの条件を設定し検証したところ、40層と12層はシミュレーションモデルは赤外線カットフィルターとしての条件を充足するが、8層のシミュレーションモデルは充足しなかった。表2及び表3から本発明のようにdH/dLを大きくすると交互積層部の層数を多くしなければ赤外線カットフィルターの条件を充足しない可能性があることがわかった。
表4は光学膜厚比とIRカットに必要なIR半値波長を規定するための交互積層部の積層数との関係を示すグラフである。
このグラフでは3種類の異なる高屈折率材料を想定した屈折率で高屈折率材料からなる誘電体膜と、低屈折率材料を想定した屈折率n_Lを1.46とした低屈折率材料からなる誘電体膜とを想定し、それら屈折率を使用して交互積層部を60層としたパターンについてシミュレーションモデルを設計し、そのシミュレーションモデルについての積層数との関係を示している。高屈折率材料の屈折率の違いは材料の違いを示している。ここではn_H=2.15はZrO2を、n_H=2.25はTa2O5を、n_H=2.4はTiO2又はNb2O5を想定している。各シミュレーションモデルでは光学膜厚比としてdH:dLが0.10:1.90、0.25:1.75、0.50:1.50、1.00:1.00、1.50:0.50、1.75:0.25、1.90:0.10となる7種類を設定した。
また、表5は表4と同じシミュレーションモデルについて表1と同様に光学膜厚比とIR半値波長でのシフト量との関係について示したものである。
これら表4及び表5から演繹できることとして、まず、表4からはどのシミュレーションモデルでも光学膜厚比dH/dLが大きくなるとIR半値波長を規定するための交互積層部の積層数を増やす必要があることが検証できた。一方、表5からどのシミュレーションモデルでも表1と同様にdH:dL=1.50:0.5(dH/dL=3)を境としてIR半値波長でのシフト量の減少率が少なくなっていき、dH:dL=dH/dL=19付近では光学膜厚比のシフト量への貢献は非常に少ないことがわかる。
このことから、材料が変わったとしてもいずれも光学膜厚比dH/dLを大きくすることでIR半値波長でのシフト量の減少に寄与することがわかる。そして、交互積層部の積層数との関係では光学膜厚比dH/dLを大きくするならば積層数もそれに応じて多くする必要があるため、実際に赤外線カットフィルターとして効率がよいのはdH/dL=3〜19でより効率がよいのはdH/dL=3〜7である。
このグラフでは3種類の異なる高屈折率材料を想定した屈折率で高屈折率材料からなる誘電体膜と、低屈折率材料を想定した屈折率n_Lを1.46とした低屈折率材料からなる誘電体膜とを想定し、それら屈折率を使用して交互積層部を60層としたパターンについてシミュレーションモデルを設計し、そのシミュレーションモデルについての積層数との関係を示している。高屈折率材料の屈折率の違いは材料の違いを示している。ここではn_H=2.15はZrO2を、n_H=2.25はTa2O5を、n_H=2.4はTiO2又はNb2O5を想定している。各シミュレーションモデルでは光学膜厚比としてdH:dLが0.10:1.90、0.25:1.75、0.50:1.50、1.00:1.00、1.50:0.50、1.75:0.25、1.90:0.10となる7種類を設定した。
また、表5は表4と同じシミュレーションモデルについて表1と同様に光学膜厚比とIR半値波長でのシフト量との関係について示したものである。
これら表4及び表5から演繹できることとして、まず、表4からはどのシミュレーションモデルでも光学膜厚比dH/dLが大きくなるとIR半値波長を規定するための交互積層部の積層数を増やす必要があることが検証できた。一方、表5からどのシミュレーションモデルでも表1と同様にdH:dL=1.50:0.5(dH/dL=3)を境としてIR半値波長でのシフト量の減少率が少なくなっていき、dH:dL=dH/dL=19付近では光学膜厚比のシフト量への貢献は非常に少ないことがわかる。
このことから、材料が変わったとしてもいずれも光学膜厚比dH/dLを大きくすることでIR半値波長でのシフト量の減少に寄与することがわかる。そして、交互積層部の積層数との関係では光学膜厚比dH/dLを大きくするならば積層数もそれに応じて多くする必要があるため、実際に赤外線カットフィルターとして効率がよいのはdH/dL=3〜19でより効率がよいのはdH/dL=3〜7である。
(実施例1)
実施例1の赤外線カットフィルターは基材に一方の面に交互積層部として合計74層の交互多層膜として構成した。そのうちIR半値波長を規定するための交互積層部は38層でその膜構成は表6の通りである。表6における膜厚は光学膜厚であって中心波長λ0=700nmでλ0/4=1として計算したものである。
実施例1では水晶基材(屈折率1.54(於:波長550nm))の片面に多層膜を真空蒸着法により成膜させた。本実施例では基板温度100℃、真空度8×10-4Paの雰囲気中にて蒸着を実行した。高屈折率材料としてTiO2を使用し、低屈折率材料としてSiO2を使用した。
高屈折率材料からなる誘電体膜の平均光学膜厚dHは1.789であり、低屈折率材料からなる誘電体膜の平均光学膜厚dLは0.236である。これらの値を平均値が1となるように重みをつけた値としてそれぞれ1.767と0.233に調整した。その結果実施例1の光学膜厚比はdH/dL≒7である。
このような実施例1の赤外線カットフィルターの透過特性を表7に示す。表7ではフィルター面に対する垂線に沿った方向(角度0度)から光を入射させた場合の透過特性を実線で示し、フィルター面に対する垂線を基準に30度の角度で光を入射させた場合の透過特性を破線で示す。角度0度の位置を基準として角度30度の場合のIR半値波長でのシフト量は15nmであった。
実施例1の赤外線カットフィルターは基材に一方の面に交互積層部として合計74層の交互多層膜として構成した。そのうちIR半値波長を規定するための交互積層部は38層でその膜構成は表6の通りである。表6における膜厚は光学膜厚であって中心波長λ0=700nmでλ0/4=1として計算したものである。
実施例1では水晶基材(屈折率1.54(於:波長550nm))の片面に多層膜を真空蒸着法により成膜させた。本実施例では基板温度100℃、真空度8×10-4Paの雰囲気中にて蒸着を実行した。高屈折率材料としてTiO2を使用し、低屈折率材料としてSiO2を使用した。
高屈折率材料からなる誘電体膜の平均光学膜厚dHは1.789であり、低屈折率材料からなる誘電体膜の平均光学膜厚dLは0.236である。これらの値を平均値が1となるように重みをつけた値としてそれぞれ1.767と0.233に調整した。その結果実施例1の光学膜厚比はdH/dL≒7である。
このような実施例1の赤外線カットフィルターの透過特性を表7に示す。表7ではフィルター面に対する垂線に沿った方向(角度0度)から光を入射させた場合の透過特性を実線で示し、フィルター面に対する垂線を基準に30度の角度で光を入射させた場合の透過特性を破線で示す。角度0度の位置を基準として角度30度の場合のIR半値波長でのシフト量は15nmであった。
(比較例1)
比較例1の赤外線カットフィルターは基材に一方の面に交互積層部として合計47層の交互多層膜として構成した。そのうちIR半値波長を規定するための交互積層部は14層でその膜構成は表8の通りである。表8における膜厚も光学膜厚であって中心波長λ0=700nmでλ0/4=1として計算したものである。比較例1も真空蒸着法で同じ基材を用いて成膜させた。
高屈折率材料からなる誘電体膜の平均光学膜厚dHは1.117であり、低屈折率材料からなる誘電体膜の平均光学膜厚dLは1.113である。これらの値を平均値が1となるように重みをつけた値としてそれぞれ1.002と0.998に調整した。その結果比較例1の光学膜厚比はdH/dL≒1である。
このような比較例1の赤外線カットフィルターの透過特性を表9に示す。表9でも表2と同様にフィルター面に対する垂線に沿った方向(角度0度)から光を入射させた場合の透過特性を実線で示し、フィルター面に対する垂線を基準に30度の角度で光を入射させた場合の透過特性を破線で示す。角度0度の位置を基準として角度30度の場合のIR半値波長でのシフト量は30nmであった。
比較例1と実施例1では角度30度の場合のIR半値波長でのシフト量は比較例に比べて大幅に改善されている。
比較例1の赤外線カットフィルターは基材に一方の面に交互積層部として合計47層の交互多層膜として構成した。そのうちIR半値波長を規定するための交互積層部は14層でその膜構成は表8の通りである。表8における膜厚も光学膜厚であって中心波長λ0=700nmでλ0/4=1として計算したものである。比較例1も真空蒸着法で同じ基材を用いて成膜させた。
高屈折率材料からなる誘電体膜の平均光学膜厚dHは1.117であり、低屈折率材料からなる誘電体膜の平均光学膜厚dLは1.113である。これらの値を平均値が1となるように重みをつけた値としてそれぞれ1.002と0.998に調整した。その結果比較例1の光学膜厚比はdH/dL≒1である。
このような比較例1の赤外線カットフィルターの透過特性を表9に示す。表9でも表2と同様にフィルター面に対する垂線に沿った方向(角度0度)から光を入射させた場合の透過特性を実線で示し、フィルター面に対する垂線を基準に30度の角度で光を入射させた場合の透過特性を破線で示す。角度0度の位置を基準として角度30度の場合のIR半値波長でのシフト量は30nmであった。
比較例1と実施例1では角度30度の場合のIR半値波長でのシフト量は比較例に比べて大幅に改善されている。
<結果>
上記実施例1と比較例1を比べると、上記のシミュレーションモデルと同様に実施例1では光学膜厚比を大きくしたことによって実施例1ではIR半値波長でのシフト量は15nmと比較例1の半分に減少した。但し、実施例1ではIRカットの条件を充足するためにIR半値波長を規定するための交互積層部の積層数も比較例1よりも増加しており、結果として全積層数も増加することとなっている。このdH/dL≒7での交互積層部の積層数はIR半値波長でのシフト量の減少効果に対して許容できる範囲の積層数であった。
上記実施例1と比較例1を比べると、上記のシミュレーションモデルと同様に実施例1では光学膜厚比を大きくしたことによって実施例1ではIR半値波長でのシフト量は15nmと比較例1の半分に減少した。但し、実施例1ではIRカットの条件を充足するためにIR半値波長を規定するための交互積層部の積層数も比較例1よりも増加しており、結果として全積層数も増加することとなっている。このdH/dL≒7での交互積層部の積層数はIR半値波長でのシフト量の減少効果に対して許容できる範囲の積層数であった。
Claims (5)
- 透明な基板の一方の面あるいは両面に屈折率の異なる2種以上の誘電体膜を交互に積層状に成膜させて構成される赤外線カットフィルターにおいて、透過率特性の移行領域における半値波長(以下、IR半値波長とする)を規定するための交互積層部の前記誘電体膜について高屈折率材料からなる前記誘電体膜の平均光学膜厚を低屈折率材料からなる前記誘電体膜の平均光学膜厚よりも厚く構成したことを特徴とする赤外線カットフィルター。
- 前記高屈折率材料からなる前記誘電体膜の平均光学膜厚をdHとし、低屈折率材料からなる前記誘電体膜の平均光学膜厚をdLとした場合に光学膜厚比dH/dL=3〜19となるように設定したことを特徴とする請求項1に記載の赤外線カットフィルター。
- IR半値波長を規定する2種の前記誘電体膜において、前記高屈折率材料からなる前記誘電体膜はTiO2、Nb2O5、Ta2O5、ZrO2、HfO2、TiO2-La2O3、ZrO2-TiO2の群から選ばれる1又は複数の酸化物からなり、低屈折率材料からなる前記誘電体膜はSiO2、MgF2の群から選ばれる酸化物又はフッ化物からなることを特徴とする請求項1又は2に記載の赤外線カットフィルター。
- IR半値波長を規定する2種の前記誘電体膜において、前記高屈折率材料からなる前記誘電体膜がTiO2又はNb2O5であり、低屈折率材料からなる前記誘電体膜はSiO2である場合に、フィルター面への法線又は垂線を基準とした光の入射角度が0度から30度に変化した際のIR半値波長のシフト量が20nm以下で13nm以上となるように設定したことを特徴とする請求項4に記載の赤外線カットフィルター。
- 少なくとも600nmの光の透過率が90%以上であり700nmの光の透過率が10%以下であるように設定したことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の赤外線カットフィルター。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013095106A JP2014215576A (ja) | 2013-04-30 | 2013-04-30 | 赤外線カットフィルター |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013095106A JP2014215576A (ja) | 2013-04-30 | 2013-04-30 | 赤外線カットフィルター |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014215576A true JP2014215576A (ja) | 2014-11-17 |
Family
ID=51941340
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013095106A Pending JP2014215576A (ja) | 2013-04-30 | 2013-04-30 | 赤外線カットフィルター |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2014215576A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104516038A (zh) * | 2013-09-30 | 2015-04-15 | 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 | 红外截止滤光片 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013015303A1 (ja) * | 2011-07-28 | 2013-01-31 | 旭硝子株式会社 | 光学部材 |
-
2013
- 2013-04-30 JP JP2013095106A patent/JP2014215576A/ja active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013015303A1 (ja) * | 2011-07-28 | 2013-01-31 | 旭硝子株式会社 | 光学部材 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104516038A (zh) * | 2013-09-30 | 2015-04-15 | 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 | 红外截止滤光片 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6241419B2 (ja) | 近赤外線カットフィルタ | |
JP5617063B1 (ja) | 近赤外線カットフィルタ | |
JP6003895B2 (ja) | 近赤外線カットフィルター | |
JP6034785B2 (ja) | 光学部材 | |
JP6119747B2 (ja) | 近赤外線カットフィルタ | |
JP6206410B2 (ja) | 近赤外線カットフィルタ | |
JP6051710B2 (ja) | 反射防止膜、それを用いた光学部材、及び光学機器 | |
JP2007206172A (ja) | 撮像系光学素子 | |
JPWO2019189039A1 (ja) | 光学フィルタ | |
JP2017040909A (ja) | 光学フィルタおよびそれを有する光学系、撮像装置、レンズ装置 | |
CN108693584B (zh) | 光学滤光片及使用光学滤光片的固体摄像装置 | |
JP2015227963A (ja) | 光学フィルタ及びその製造方法 | |
JP6174379B2 (ja) | 可視光透過フィルタ | |
JP6241102B2 (ja) | 反射防止膜、それを用いた光学部材、及び光学機器 | |
JP6136661B2 (ja) | 近赤外線カットフィルタ | |
US20140327966A1 (en) | Antireflection film | |
JP5287362B2 (ja) | 光学フィルタおよび撮像システム | |
JP2009192708A (ja) | ビームスプリッター、並びにそれを利用した一眼レフデジタルカメラ及びオートフォーカスビデオカメラ | |
JP2014215576A (ja) | 赤外線カットフィルター | |
JP6247033B2 (ja) | Irカットフィルタ | |
JP5909523B2 (ja) | Ndフィルタ、光量絞り装置、及び撮像装置 | |
JP6361095B2 (ja) | 反射防止膜、それを用いた光学部材、及び光学機器 | |
JP6355932B2 (ja) | 光学フィルタおよびその製造方法 | |
JP2013200519A (ja) | 光学フィルタおよび撮像デバイス | |
JP2019120942A (ja) | 近赤外線カットフィルタ |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20151127 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160608 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160727 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20170301 |