(57)【要約】【課題】  光透過特性の入射角依存性を緩和することができ、薄型化およびコストの削減を図ることができるＩＲカットフィルタを提供すること。【解決手段】透明基材２と、この透明基材２上に形成され、複数の誘電体薄膜５と複数の銀薄膜６とが積層されてなる多層膜３とを備え、多層膜３によって、光透過特性の入射角依存性が所定の限度内に抑えられていること。【選択図】図１
2010032867.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線領域においては、光反射によって相対的に低い光透過特性を示し、可視光領域においては、相対的に高い光透過特性を示すように形成されたＩＲカットフィルタであって、
透明基材と、
この透明基材上に形成され、複数の誘電体薄膜と複数の銀薄膜とが積層されてなる多層膜と
を備え、
前記多層膜によって、光透過特性の入射角依存性が所定の限度内に抑えられていること
を特徴とするＩＲカットフィルタ。
【請求項２】
前記誘電体薄膜が、金属酸化薄膜とされていること
を特徴とする請求項１に記載のＩＲカットフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＲカットフィルタに係り、特に、赤外光の透過を抑制する一方で、可視光に対して高い光透過特性を発揮するのに好適なＩＲカットフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子を備えたカメラにおいては、撮像素子（センサ）の近赤外域の感度が人間の目の感度よりも高いことから、人間の目で見た色調バランスを撮像画像上に再現することを目的として、赤外光（赤外線）の透過を抑制しつつ、可視光を十分に高い透過率で透過させるＩＲ（Infrared）カットフィルタが採用されていた。
【０００３】
この種のＩＲカットフィルタの１つには、透明基材（例えば、ガラス板）上に、蒸着等のコーティング方法によって薄膜を積層させて多層膜を形成することによって得られるコーティングタイプのＩＲカットフィルタがある。
【０００４】
具体的には、コーティングタイプのＩＲカットフィルタは、透明基材上に、高屈折率の誘電体（例えば、ＴｉＯ２）からなる薄膜と、低屈折率の誘電体（例えば、ＳｉＯ２）からなる薄膜とを、それぞれの光学膜厚がおよそ阻止波長の１／４波長となるようにして交互に積層することによって形成されるようになっていた。
【０００５】
そして、このようなコーティングタイプのＩＲカットフィルタは、多層膜による干渉効果を利用した赤外光の反射によって、赤外光の透過を抑制するようになっていた。
【０００６】
【特許文献１】特許第３６７９２６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来のコーティングタイプのＩＲカットフィルタは、光透過特性の入射角依存性が強かった。
【０００８】
すなわち、従来のコーティングタイプのＩＲカットフィルタには、フィルタに対する光の入射角度に応じて、フィルタの光透過特性が大きく変化する現象が生じていた。
【０００９】
これにより、従来のコーティングタイプのＩＲカットフィルタにおいては、撮像素子における互いに異なる結像位置同士の間（例えば、光軸上と周辺部との間）において、ＩＲカットフィルタによる赤外光の透過抑制効果が異なることにより、色むらが生じるといった問題が生じていた。
【００１０】
なお、ＩＲカットフィルタには、コーティングタイプのもの以外にも、金属イオンを含有したガラスやプラスチックからなる吸収タイプのものがあり、この種の吸収タイプのＩＲカットフィルタは、可視光領域においては人間の目の感度特性に近い緩やかな光透過特性を示し、光電変換後のカラーバランス調整が容易でソフトな色調再現が得られるといった特徴を有している。
【００１１】
そして、このような吸収タイプのＩＲカットフィルタは、コーティングタイプのＩＲカットフィルタに比べて光透過特性の入射角依存性が弱く、色むらの問題も少なかった。
【００１２】
しかしながら、このような吸収タイプのＩＲカットフィルタは、必要な光透過特性を得るために一定の厚さが必要であり、薄型化が困難であるといった欠点があり、さらに、それに加えてコストか高価であるといった欠点も有している。
【００１３】
そこで、本発明は、このような点に鑑みなされたものであり、光透過特性の入射角依存性を緩和することができるとともに、薄型化およびコストの削減を図ることができるＩＲカットフィルタを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前述した目的を達成するため本発明の請求項１に係るＩＲカットフィルタの特徴は、赤外線領域においては、光反射によって相対的に低い光透過特性を示し、可視光領域においては、相対的に高い光透過特性を示すように形成されたＩＲカットフィルタであって、透明基材と、この透明基材上に形成され、複数の誘電体薄膜と複数の銀薄膜とが積層されてなる多層膜とを備え、前記多層膜によって、光透過特性の入射角依存性が所定の限度内に抑えられている点にある。
【００１５】
そして、この請求項１に係る発明によれば、誘電体薄膜と銀薄膜とからなる多層膜によって、薄型で安価な構成でありながら、光透過特性の入射角依存性を所定の限度内に抑えることができる。
【００１６】
また、請求項２に係るＩＲカットフィルタの特徴は、請求項１において、前記誘電体薄膜が、金属酸化薄膜とされている点にある。
【００１７】
そして、この請求項２に係る発明によれば、誘電体薄膜をコーティングに適した材料によって形成することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、光透過特性の入射角依存性を緩和することができるとともに、薄型化およびコストの削減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係るＩＲカットフィルタの実施形態について、図１乃至図８を参照して説明する。
【００２０】
図１は、本発明に係るＩＲカットフィルタ１の実施形態を示したものであり、この図１に示すように、本実施形態におけるＩＲカットフィルタ１は、透明基材２と、この透明基材２の表面上に形成された多層膜３とによって構成されている。
【００２１】
透明基材２は、例えば、ガラス平板やプラスチック平板等の多層膜３が形成される基材２表面が平坦面とされたものであってもよいし、あるいは、レンズ等の基材２表面が平坦面以外の形状（曲面等）とされたものであってもよい。
【００２２】
多層膜３は、蒸着等のコーティング方法によって、透明基材２の表面上に複数の誘電体薄膜５と複数の銀薄膜６とを積層させることによって透明基材２と一体的に形成されている。
【００２３】
なお、図１における多層膜３は、誘電体薄膜５と銀薄膜６とが交互に積層された、誘電体薄膜５が４層、銀薄膜６が３層の合計７層の多層膜３であるが、誘電体薄膜５の材料によっては、層数が適宜異なる場合があってもよいことは勿論である。
【００２４】
ただし、本実施形態においては、後述するように、必要な光透過特性を得るために要する多層膜３の層数が、従来のコーティングタイプのＩＲカットフィルタにおける多層膜の層数よりも少なくて済むものとなっている。
【００２５】
また、誘電体薄膜５は、好ましくは、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３等の金属酸化薄膜とされている。
【００２６】
ここで、図２は、銀の複素屈折率を示したグラフである。この図２に示すように、銀は、複素屈折率（ｎ＋ｉｋ）における虚数部分の値（ｋ）が大きく、使用波長が長くなるほど虚数部分の値が増加するような特性を有しているとともに、実数部分の値（ｎ）が０に近い値となるような特性を有している。
【００２７】
そして、本実施形態においては、このような複素屈折率を有する銀からなる銀薄膜６を、誘電体薄膜５とともに多層膜３に適用することによって、赤外線領域においては、光反射によって相対的に低い光透過特性（換言すれば、高い光反射特性）を示すとともに、可視光領域においては、相対的に高い光透過特性を示すことができるようになっている。
【００２８】
なお、銀薄膜６の層数は、可視光の吸収をできるだけ少なくする観点から、４層程度に止めることが望ましい。
【実施例】
【００２９】
＜第１実施例＞
第１の実施例においては、表１に示すように、誘電体薄膜５としてのＴｉＯ２薄膜と、銀（Ａｇ）薄膜６とを交互に積層させることによって得られる合計７層（うち４層がＴｉＯ２薄膜、３層が銀薄膜）の多層膜３を備えるとともに、透明基材２における多層膜３が形成された表面と反対側の表面上に、表２に示すようなＴｉＯ２薄膜とＳｉＯ２薄膜とを交互に積層させてなる４層構造の反射防止膜を備えたＩＲカットフィルタ１を想定した。
【００３０】
なお、透明基材２としては、ＢＫ７材料からなるガラス平板を想定した。また、表１、表２における層番号は、透明基材２の表面側から数えた番号とされている。さらに、表１における屈折率は、使用波長９００〔ｎｍ〕の下での屈折率であり、また、表２における屈折率は、使用波長５１０〔ｎｍ〕の下での屈折率である。
【００３１】
【表１】
2010032867.tif 000003
【００３２】
【表２】
2010032867.tif 000004
【００３３】
そして、表１、表２に示す本実施例のＩＲカットフィルタ１に対して、このＩＲカットフィルタ１への光の入射角度〔°〕を０〔°〕とすること、すなわち、ＩＲカットフィルタ１の表面（平坦面）の面法線に対して光を平行に入射させることを条件として、光透過特性のシミュレーションを行った。
【００３４】
この結果、図３に示すような光透過特性のグラフが得られた。なお、図３における横軸は、ＩＲカットフィルタに入射する光の波長〔ｎｍ〕とされ、図３における縦軸は、ＩＲカットフィルタの透過率〔％〕とされている。
【００３５】
次に、本実施例のＩＲカットフィルタ１に対する比較例として、表３に示すように、ＴｉＯ２薄膜とＳｉＯ２薄膜とを交互に積層させることによって得られる合計４２層（ＴｉＯ２薄膜、ＳｉＯ２薄膜ともに２１層）の多層膜と、表２に示した反射防止膜とを備えた従来のコーティングタイプのＩＲカットフィルタを想定した。
【００３６】
なお、この比較例のＩＲカットフィルタにおいても、透明基材２については、本実施例のＩＲカットフィルタ１と同一とした。また、表３における屈折率は、使用波長９００〔ｎｍ〕の下での屈折率である。
【００３７】
【表３】
2010032867.tif 000005
【００３８】
そして、表１、２のように想定された本実施例のＩＲカットフィルタ１と、表３、２のように想定された従来のＩＲカットフィルタとに対して、それぞれ、入射角度〔°〕を０〔°〕とした０°入射の場合および、入射角度〔°〕を３０〔°〕とした３０°入射の場合における光透過特性のシミュレーションを行った。
【００３９】
この結果、図４において（１）〜（４）の番号が付された４つの光透過特性のグラフが得られた。
【００４０】
なお、図４における横軸、縦軸の条件は、図３と同様である。
【００４１】
また、図４のグラフのうち、０°入射の場合における本実施例のＩＲカットフィルタ１に対するシミュレーション結果を示すグラフ（（１）が付されたグラフ）は、図３に示したグラフと全く同一のものである。
【００４２】
この図４および表１、３に示すように、本実施例のＩＲカットフィルタ１によれば、多層膜の層数を従来よりも大幅に削減しつつ、赤外線領域においては、透過率〔％〕が十分に低い光透過特性を示して赤外光の透過を抑制することができ、可視光領域においては、透過率〔％〕が十分に高い光透過特性を示して可視光を十分に透過させることができる。
【００４３】
さらに、従来のＩＲカットフィルタにおいては、０°入射の場合における光透過特性（（３）が付されたグラフ）と３０°入射の場合における光透過特性（（４）が付されたグラフ）との間に大きな変化があるのに対し、本実施例のＩＲカットフィルタ１においては、このような入射角の変化にともなう光透過特性の変化は、従来のＩＲカットフィルタよりも大幅に低減されている。ちなみに、本実施例のＩＲカットフィルタ１は、光透過特性の入射角依存性を示す波長シフトの最大値が、ほぼ１０〔ｎｍ〕／３０〔°〕とされている。波長シフトとは、透過率を一定とした場合における入射角度の変化にともなう波長の変化を意味している。本実施例においては、光透過特性の入射角依存性が許容限度としての１０〔ｎｍ〕／３０〔°〕以内に抑えられているということができる。
【００４４】
このことは、本実施例におけるＩＲカットフィルタ１が、従来のコーティングタイプのＩＲカットフィルタに比べて光透過特性の入射角依存性が緩和されていることを示している。
【００４５】
次に、本実施例のＩＲカットフィルタ１に対する他の比較例として、吸収タイプのＩＲカットフィルタを想定し、この吸収タイプのＩＲカットフィルタと、本実施例のＩＲカットフィルタ１とに対して、０°入射および３０°入射の場合における光透過特性のシミレーションをそれぞれ行い、図５のグラフに示すような結果を得た。
【００４６】
図５に示すように、本実施例におけるＩＲカットフィルタ１は、可視光領域における透過率のピーク値こそ吸収タイプのものよりも低くなるが、全体としてみれば、薄型な構成でありながら、吸収タイプのＩＲカットフィルタに類似した良好な光透過特性を示すことができる。
【００４７】
＜第２実施例＞
第２の実施例においては、表４に示すように、誘電体薄膜５としてのＴｉＯ２薄膜およびＳｉＯ２薄膜と、銀（Ａｇ）薄膜６とを積層させることによって得られる合計１１層（うち５層がＴｉＯ２薄膜、４層がＳｉＯ２薄膜、２層が銀薄膜）の多層膜３を備えるとともに、透明基材２における多層膜３が形成された表面と反対側の表面上に、表２に示したような反射防止膜を備えたＩＲカットフィルタ１を想定した。
【００４８】
なお、透明基材２、屈折率に対応する使用波長、層番号の条件は、第１実施例と同様である。
【００４９】
【表４】
2010032867.tif 000006
【００５０】
そして、表４、２に示す本実施例のＩＲカットフィルタ１に対して、０°入射の場合における光透過特性のシミュレーションを行った。
【００５１】
この結果、図６に示すような光透過特性のグラフが得られた。なお、図６における横軸、縦軸は、図３と同様である。
【００５２】
そして、表４、２のように想定された本実施例のＩＲカットフィルタ１と、表３、２に示した従来のＩＲカットフィルタとに対して、それぞれ、入射角度〔°〕を０〔°〕とした０°入射の場合および、入射角度〔°〕を３０〔°〕とした３０°入射の場合における光透過特性のシミュレーションを行った。
【００５３】
この結果、図７において（１）〜（４）の番号が付された４つの光透過特性のグラフが得られた。
【００５４】
なお、図７における横軸、縦軸の条件は、図３と同様である。
【００５５】
また、図７のグラフのうち、０°入射の場合における本実施例のＩＲカットフィルタ１に対するシミュレーション結果を示すグラフ（（１）が付されたグラフ））は、図６に示したグラフと全く同一である。また、従来のＩＲカットフィルタに対するシミュレーションの結果（（３）、（４）が付されたグラフ）は、図４に示したものと全く同一である。
【００５６】
図７および表４、３に示すように、本実施例のＩＲカットフィルタ１においても、多層膜の層数を従来よりも大幅に削減しつつ、赤外線領域において透過率〔％〕が十分に低い光透過特性を示して赤外光の透過を抑制することができ、可視光領域において透過率〔％〕が十分に高い光透過特性を示して可視光を十分に高い透過率で透過させることができる。
【００５７】
さらに、０°入射の場合と３０°入射の場合とにおける光透過特性の変化を従来よりも抑制することができ、光透過特性の入射角依存性を緩和することができる。
【００５８】
次に、本実施例のＩＲカットフィルタ１に対する他の比較例として、前述した吸収タイプのＩＲカットフィルタを想定し、この吸収タイプのＩＲカットフィルタと、本実施例のＩＲカットフィルタ１とに対して、０°入射および３０°入射の場合における光透過特性のシミレーションをそれぞれ行って、図８のグラフに示すような結果を得た。
【００５９】
図８に示すように、本実施例におけるＩＲカットフィルタ１も、可視光領域における透過率のピーク値こそ吸収タイプのものよりも低くなるが、全体としてみれば、薄型の構成でありながら、吸収タイプのＩＲカットフィルタに類似した良好な光透過特性を発揮することができる。
【００６０】
すなわち、本実施例によれば、赤外光の透過を抑制し、可視光を十分に透過ささせるといったＩＲカットフィルタ本来の機能を維持しつつも、従来よりも厚さを薄くすることができるとともに、光透過特性の入射角依存性を緩和することができる。
【００６１】
なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明に係るＩＲカットフィルタの実施形態を示す構成図
【図２】本発明に係るＩＲカットフィルタの実施形態において、銀の複素屈折率の特性を示すグラフ
【図３】本発明に係るＩＲカットフィルタの実施形態において、第１実施例のＩＲカットフィルタにおける０°入射時の光透過特性を示すグラフ
【図４】本発明に係るＩＲカットフィルタの実施形態において、第１実施例のＩＲカットフィルタにおける０°入射時および３０°入射時の光透過特性ならびに従来のコーティングタイプのＩＲカットフィルタにおける０°入射時および３０°入射時の光透過特性を示すグラフ
【図５】本発明に係るＩＲカットフィルタの実施形態において、第１実施例のＩＲカットフィルタにおける０°入射時および３０°入射時の光透過特性ならびに従来の吸収タイプのＩＲカットフィルタにおける０°入射時および３０°入射時の光透過特性を示すグラフ
【図６】本発明に係るＩＲカットフィルタの実施形態において、第２実施例のＩＲカットフィルタにおける０°入射時の光透過特性を示すグラフ
【図７】本発明に係るＩＲカットフィルタの実施形態において、第２実施例のＩＲカットフィルタにおける０°入射時および３０°入射時の光透過特性ならびに従来のコーティングタイプのＩＲカットフィルタにおける０°入射時および３０°入射時の光透過特性を示すグラフ
【図８】本発明に係るＩＲカットフィルタの実施形態において、第２実施例のＩＲカットフィルタにおける０°入射時および３０°入射時の光透過特性ならびに従来の吸収タイプのＩＲカットフィルタにおける０°入射時および３０°入射時の光透過特性を示すグラフ
【符号の説明】
【００６３】
１  ＩＲカットフィルタ
２  透明基材
３  多層膜
５  誘電体薄膜
６  銀薄膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2010032867.tif 000011
【図６】
2010032867.tif 000012
【図７】
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【図８】
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