(57)【要約】【課題】薄型化が可能になり且つ可視光線領域で高い透明性を有すると共に、近赤外線領域で優れた阻止能を有する近赤外線カットフィルタを提供する。【解決手段】  近赤外線カットフィルタは、透明な基材１と、基材１の片面又は両面に形成された光学多層膜２，３と、基材１の少なくとも片面に形成された少なくとも一層の樹脂吸収膜４とからなる。光学多層膜２，３は、屈折率の異なる２種以上の薄膜Ｈ，Ｌを交互に積層してなり、可視光線領域で高透過特性を示すとともに近赤外線領域で低透過特性を示す。樹脂吸収膜４は、染料又は顔料を添加した樹脂材料を膜状に塗工してなり、染料又は顔料は近赤外線領域に吸収を有する。【選択図】図１
2006301489.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明な基材と、該基材の片面又は両面に形成された光学多層膜と、該基材の少なくとも片面に形成された少なくとも一層の樹脂吸収膜とからなり、
前記光学多層膜は、屈折率の異なる２種以上の薄膜を交互に積層してなり、可視光線領域で高透過特性を示すとともに近赤外線領域で低透過特性を示し、  前記樹脂吸収膜は、染料又は顔料を添加した樹脂材料を膜状に塗工してなり、該染料又は顔料は近赤外線領域に吸収を有することを特徴とする近赤外線カットフィルタ。
【請求項２】
前記樹脂吸収膜が阻止する近赤外線の波長範囲は、該光学多層膜が阻止する近赤外線の波長範囲と一部重なるか、あるいは該光学多層膜が阻止する近赤外線の範囲に全て含まれることを特徴とする請求項１に記載の近赤外線カットフィルタ。
【請求項３】
前記基材は樹脂フィルムからなることを特徴とする請求項１に記載の近赤外線カットフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラやビデオなどのデジタル撮像光学系に使用する近赤外線カットフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
ビデオカメラや電子スチルカメラなどでは、光学的画像データを電気信号に変換する為にカラーＣＣＤ素子が使用されている。ＣＣＤ素子は人間の目の感度（一般に人間の可視領域は４００ｎｍ〜７００ｎｍである）とは異なり、近赤外線領域の１１００ｎｍ付近まで高い感度を有している。したがって人間の目で見た色調バランスを再現する為には不要光となる近赤外線をカットし、可視光線を取り出すフィルタを用いて光のトリミングを行う必要がある。この様な目的で近赤外線カットフィルタが用いられる。
【０００３】
赤外線カットフィルタは様々な構造が開発されているが、大別すると３種類に分けられる。第１に、ガラスまたは樹脂からなる基材に金属錯体を保持し、その吸収を利用した近赤外線カットフィルタが知られており、例えば以下の特許文献１及び２に記載がある。第２に、透明な基材の表面に屈折率の異なる２種以上の誘電体薄膜を交互に積層配置してなる光学多層膜を形成し、この光学多層膜による光の干渉効果を利用した近赤外線カットフィルタが知られており、例えば以下の特許文献３及び４に記載がある。第３に、染料あるいは顔料の吸収を利用した近赤外線カットフィルタが知られており、例えば以下の特許文献５及び６に記載がある。
【特許文献１】特開平０７‐２８１０２１号公報
【特許文献２】特開平１１‐１６０５２９号公報
【特許文献３】特開２０００‐３１４８０８公報
【特許文献４】特開２００３‐０２９０２７公報
【特許文献５】特開２００１‐１３３６２３公報
【特許文献６】特開２００３‐２２７９２２公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、携帯用途を中心として、撮像光学系を小型化、薄型化及び軽量化したいという市場での要望が益々強くなり、使用する光学部品の全てにわたって同様の事が求められている。近赤外線カットフィルタでもその薄型化及び軽量化が望まれているが、上述した従来の３つの方式では市場の要求に対する対応が困難となりつつある。
【０００５】
金属錯体の吸収を利用した第１の方式は、基材上に保持できる金属錯体の濃度に限界があり、必要な光学特性を出す為には、０．４ｍｍ程度以上の厚みが必要であり、薄型化の障害となっている。特許文献１及び２はいずれも金属錯体としてリン酸化合物をベースに用いている為、環境上でも問題がある。
【０００６】
透明誘電体薄膜を積層した光学多層膜を利用する第２の方式は、使用する誘電体材料の屈折率差が最大でも１程度である為、要求される光学特性を実現するには、誘電体薄膜の積層数が４０程度必要になる。このため膜応力の調整が困難であり、基材の反りや膜の剥離などが発生しやすい。基材の反りを防止する為には必然的に基材の厚みを大きくせざるを得ず、薄型化の障害となっている。またガラス基材に代えて樹脂基材を用いた場合、変形、膜剥離、クラックなどが多発する為、軽量化に対する障害となっている。また作成コストも大きなものになる。
【０００７】
染料や顔料の吸収を利用した第３の方式は、比較的低温での形成が可能であり、樹脂基材へも対応可能である。しかしながら、阻止域（近赤外線領域）の透過率を低くすると透過域（可視領域）の透過率も共に低くなる事が問題である。
【０００８】
以上のように第１ないし第３の方式はいずれも一長一短があり、現在の市場の要求を満たす事ができない。そこで本発明は、異なった方式を組み合わせる事で、薄型化が可能になり且つ可視光線領域で高い透明性を有すると共に、近赤外線領域で優れた阻止能を有する近赤外線カットフィルタを提供する事を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した従来の技術の課題を解決する為に以下の手段を講じた。即ち本発明にかかる近赤外線カットフィルタは、透明な基材と、該基材の片面又は両面に形成された光学多層膜と、該基材の少なくとも片面に形成された少なくとも一層の樹脂吸収膜とからなり、前記光学多層膜は、屈折率の異なる２種以上の薄膜を交互に積層してなり、可視光線領域で高透過特性を示すとともに近赤外線領域で低透過特性を示し、前記樹脂吸収膜は、染料又は顔料を添加した樹脂材料を膜状に塗工してなり、該染料又は顔料は近赤外線領域に吸収を有することを特徴とする。
【００１０】
好ましくは、前記樹脂吸収膜が阻止する近赤外線の波長範囲は、該光学多層膜が阻止する近赤外線の波長範囲と一部重なるか、あるいは該光学多層膜が阻止する近赤外線の範囲に全て含まれている。又前記基材は樹脂フィルムからなる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、近赤外線カットフィルタは光学多層膜と樹脂吸収膜を組み合わせた構成となっている。光学多層膜は可視光線領域で高い透過特性を示すと共に、近赤外線領域では優れた阻止性能を有する。これに、近赤外線領域で吸収を有する染料または顔料を添加した樹脂吸収膜を重ねる事で、近赤外線領域における赤外線阻止能を改善する事ができる。光学多層膜単独で近赤外線カットフィルタを構成する場合に比べ、樹脂吸収膜を併用することで、光学多層膜の層数を減らす事ができる。光学多層膜の層数を削減する事で膜応力の調整が容易となり、基材の反りや膜の剥離を抑える事ができる。この為、従来に比較し基材を薄型化する事ができる。一方、可視光線領域では、樹脂吸収膜が若干可視光線を吸収する場合がある。しかしながら、可視光線領域で高透過特性を示す光学多層膜と組み合わせる事で、可視光線領域における吸収を少なくする事が可能である。樹脂吸収膜だけで赤外線カットフィルタを構成する場合に比べ、光学多層膜を組み合わせる事でその分樹脂吸収膜に含まれる染料もしくは顔料の濃度を抑えられる。これにより可視光線領域における不要な吸収を抑える事が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明にかかる近赤外線カットフィルタの構成を示す模式的な断面図である。図示するように、本近赤外線カットフィルタは、基本的に透明な基材１と、この基材１の片面または両面に形成された光学多層膜２，３と、この基材１の少なくとも片面に形成された少なくとも１層の樹脂吸収膜４とからなる。光学多層膜２，３は、屈折率の異なる２種以上の薄膜を交互に積層してなり、可視光線領域で高透過特性を示すと共に近赤外線領域で低透過特性を示す。図示の例では、高屈折率材料Ｈの薄膜と低屈折率材料Ｌの薄膜を交互に積層して光学多層膜２，３としている。一方樹脂吸収膜４は染料または顔料を吸収した樹脂材料を膜状に塗工したものであり、染料または顔料は近赤外線領域に吸収を有する。好ましくは、樹脂吸収膜４が阻止する近赤外線の波長範囲は、光学多層膜２，３が阻止する近赤外線の波長範囲と一部重なるか、あるいは光学多層膜２または３が阻止する近赤外線の範囲に全て含まれる。また基材１は、ＰＥＴなどの樹脂フィルムからなる。
【００１３】
以下基材１、光学多層膜２及び３、樹脂吸収膜４などの各構成要素につき、詳細に説明する。まず基材１であるが、本実施形態では厚みが０．１ｍｍのＰＥＴフィルムを用いている。但し本発明はこれに限られるものではなく、ＰＥＴフィルムに代えて、ＰＣ，ＰＥＮ，ポリオレフィン系など他の透明樹脂フィルムを使用してもよい。場合によっては、ガラス基材の使用も可能である。
【００１４】
次に光学多層膜２であるが、図示するように透明基材１の表面に形成されており、高屈折率材料Ｈからなる透明薄膜と低屈折率材料Ｌからなる透明薄膜とを交互に複数積層したものである。本実施形態では、基材１の表面から数えて奇数層目が低屈折率材料Ｌで、偶数層目が高屈折率材料Ｈからなり、合計で１１層重ねられている。本実施形態では、高屈折率材料Ｈに二酸化チタン（ＴｉＯ２）を用い、低屈折率材料Ｌに二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を用いている。これらの透明薄膜は、図１に示す物理膜厚となるように、透明基材１の表面から二酸化ケイ素薄膜と二酸化チタン薄膜が交互に１１層まで重ねられて光学多層膜２を形成している。
【００１５】
この様に光学多層膜２は、二酸化チタンなどの高屈折率材料Ｈからなる透明薄膜と二酸化ケイ素などの低屈折率材料Ｌからなる透明薄膜とを交互に複数積層したものであり、透明薄膜による光の干渉を利用して近赤外線波長域の光を選択的に阻止するものである。各波長における光透過率は、交互に積層する各透明薄膜の光学膜厚（薄膜の屈折率と薄膜の物理膜厚の積）で決まり、近赤外線波長域の光を阻止するように、積層する透明薄膜の屈折率、膜厚及び積層数を設計している。
【００１６】
なお本実施形態では高屈折率材料としてＴｉＯ２を用い、低屈折率材料としてＳｉＯ２を用いているが、これに限られるものではない。他の誘電体薄膜材料として、ＭｇＦ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ３なども適用可能である。
【００１７】
基材１の裏面側に形成された光学多層膜３も、基本的には光学多層膜２と同様である。光学多層膜３は合計１１層からなり、基本的には高屈折率材料Ｈと低屈折率材料Ｌを交互に１１層積層して、所望の透過特性を得ている。但し、各薄膜の物理膜厚を適宜調整する事で、近赤外線領域における透過特性が光学多層膜２と異なるように設計されている。光学多層膜２と光学多層膜３を総合する事で近赤外線領域における所望の阻止特性を得ている。
【００１８】
樹脂吸収膜４は、基本的に染料または顔料を添加した樹脂材料を膜状に塗工したものである。添加する染料または顔料は特に近赤外線領域に吸収を有しており、上述した光学多層膜２及び３と組み合わせる事で、ほぼ理想的な近赤外線阻止能を得る事ができる。本実施形態では、有機溶媒中にアクリル系の透明樹脂および染料を溶解した塗液を作成し、これを光学多層膜３の上に１０μｍの厚みでコーティングしたものである。このとき用いた染料はＳＡＮＤＳ社製の製品番号Ｎｏ．８６３０である。なお、樹脂吸収膜４の樹脂材料は、アクリル系以外でも可視域にて透明であればどのようなベース材を使用してもよく、例えばポリエステル系の樹脂も好ましい。また樹脂に添加する染料は、基本的に可視域で透明性が高く近赤外域で吸収のある材料が好ましい。例えばフタロシアニン系、チオール金属錯体系、アゾ化合物系、ポリメチン系、ジフェニルメタン系、トリフェニルメタン系、キノン系、ジイモニウム系などの単体または混合物を使用する事ができる。顔料の場合も、可視光線領域で透明性が高く、近赤外線領域で吸収を有する材料が選択される。例えばインジウムとスズの複合酸化物であるＩＴＯを微粒子化したものを顔料に用いる事ができる。ＩＴＯは液晶ディスプレイなどの透明電極に多用されており、可視域ではほぼ透明であるが、近赤外域に吸収を有する。撮像系に適用する近赤外線カットフィルタの場合、画像のぼやけなどが発生しない程度の粒径に顔料を微細化する必要がある。その粒径は例えば数１０ｎｍ以下である。
【００１９】
引き続き図１を参照して、本近赤外線カットフィルタの製造方法の一例を説明する。本例では、ＰＥＴフィルム基材１に二酸化チタンと二酸化ケイ素を交互に真空蒸着して製造する。基材１の温度は例えば１００℃に保持してある。但し本成膜方法は真空蒸着法に限られるものではなく、イオンプレーティング法、イオンアシスト法、スパッタ法などの手法を利用する事が可能である。まずフィルム基材１を真空蒸着装置の真空容器内に装填すると共に、ペレット状または粒状の二酸化チタン及び二酸化ケイ素をこの真空容器内に設けられた２つの電子ビーム蒸着源に別々に入れ、真空容器を排気する。
【００２０】
真空容器内の圧力が１×１０−３Ｐａ以下になったら、電子ビーム蒸着源に電子ビームを照射して二酸化チタンと二酸化ケイ素をそれぞれ加熱して蒸発させる。２つの電子ビーム蒸着源の直上には、それぞれ開閉可能なシャッターが設けられており、二酸化チタンの蒸着時は二酸化チタン側のシャッターを開いて二酸化ケイ素側のシャッターを閉じ、二酸化ケイ素の蒸着時は二酸化チタン側のシャッターを閉じ二酸化ケイ素側のシャッターを開いて、フィルム基材１上に二酸化チタンと二酸化ケイ素の透明薄膜を交互に積層する。この様にしてフィルム基材１の表面側に光学多層膜２を形成したら、フィルム基材１を裏返しにして再び真空蒸着処理を行い光学多層膜３を形成する。即ち、二酸化チタンと二酸化ケイ素の蒸着を所望の層数繰り返して光学多層膜３を完成する。
【００２１】
なお各透明薄膜の膜厚は、膜厚モニターで蒸着の間測定されており、所定の膜厚でシャッターを閉じるようにして膜厚を制御している。所定の層数まで蒸着されたら、電子ビーム蒸着源の動作を停止し、真空容器の排気をやめて大気圧に戻す。蒸着が終わったフィルム基材は、真空容器から取り出し、次のコーティング処理を行なう。
【００２２】
樹脂吸収膜を形成する為のコーティング処理では、まず分散媒となるベースポリエステルを製作する。作成したベースポリエステルをバインダー樹脂とし、これに所望の赤外線吸収色素及び溶剤を添加し、フラスコに入れて加熱しながら撹拌し、色素及びバインダー樹脂を溶解する。なお溶剤としてはメチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、トルエンなどの単体もしくは混合物を用いる。この様にして溶解した樹脂を前工程で光学多層膜２，３が形成されたＰＥＴフィルム基材の一面に、ギャップが例えば５０μｍのアプリケーターを用いてコーティングし、乾燥温度９０℃で１時間乾燥させる。このとき得られたコーティング厚みは１０μｍである。なおコーティング法は実施例に限られるものではなく、ディップ法、グラビア法、リップ法、ＣＡＰコート法、スプレー法、スピンコート法などいずれも利用可能である。
【００２３】
図２は、本発明にかかる近赤外線カットフィルタの光学特性を示すグラフである。縦軸に透過率を取り、横軸に波長を取ってある。□のプロットは基材１の表面に光学多層膜２のみを形成した場合の光学特性を示し、△のプロットは基材の裏面に光学多層膜３のみをコートした場合の光学特性を示し、○のプロットは基材の片面に樹脂吸収膜４のみをコートした場合の光学特性を表している。グラフから明らかなように、光学多層膜２は波長が６５０ｎｍ〜９５０ｎｍの範囲で大きな阻止能を有している。光学多層膜２の阻止能は大部分が反射に依存している。一方光学多層膜３は波長が８００ｎｍ以上の範囲で近赤外線の阻止能を有している。これらに、光学多層膜２と光学多層膜３は近赤外線領域で異なる透過特性を備えており、基本的には両者を組み合わせる事で所定の近赤外線領域７００〜１１００ｎｍを阻止するように設計されている。
【００２４】
一方樹脂吸収膜４は波長が４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視領域で、光学多層膜２，３に比べるとやや透過率が低く若干の吸収を有している。波長７００ｎｍを超えたところから透過率が徐々に低下し、９００ｎｍ当たりで最大の吸収となり、さらに波長がこれより長くなると再び透過率が高くなる。グラフから明らかなように、近赤外線領域における樹脂吸収膜４の吸収特性は、光学多層膜３が阻止する近赤外線の波長範囲と一部重なっている。また樹脂吸収膜４が阻止する近赤外線の波長範囲は、他の光学多層膜２が阻止する近赤外線の範囲に全て含まれている。
【００２５】
＊のプロットは、光学多層膜２と光学多層膜３を組み合わせた場合の光学特性を表している。図２のグラフから明らかなように、両者を組み合わせると、波長７００ｎｍを超えた近赤外線領域で透過率が１０％以下となっており、ほぼ実用レベルである。続いて◆のプロットは光学多層膜２及び３に加えて樹脂吸収膜４を重ねた場合の光学特性を示している。図２のグラフから明らかなように、この樹脂吸収膜４を本発明にしたがって追加する事で、特に波長が８００ｎｍ〜９００ｎｍにかけての近赤外線阻止能を一段と改善する事ができ、透過率は５％以下である。この範囲の近赤外線を強力に遮断することで、撮像系に使った場合優れた色再現性を得る事ができる。仮に樹脂吸収膜４を用いる事なく光学多層膜２，３のみで８００〜９００ｎｍにおける透過率を５％程度まで下げようとすると、光学多層膜の全層数が４０層程度に達し、基材の反りや膜の剥離が問題となる。これに対し本発明では樹脂吸収膜４を追加することで光学多層膜側の層数を削減する事が可能となり、基材の反りや膜の剥離を抑える事ができる。このため従来に比較し基材を薄型化する事が可能である。
【００２６】
一方可視光線領域においても、樹脂吸収膜４を追加した場合、その透過率は９０％のレベルを維持でき、実用上問題ない。仮に樹脂吸収膜４のみで近赤外線カットフィルタを構成すると、可視光域における透過率が８０％程度まで低下し、用途によっては問題となる。これに対し、樹脂吸収膜４よりも可視光線領域で透明性の高い光学多層膜２及び３を組み合わせる事で、近赤外線カットフィルタの可視光線領域における透明性を９０％程度まで高める事ができる。
【００２７】
図３は本発明にかかる近赤外線カットフィルタの種々の変形例を示す模式的な断面図である。（Ａ）に示す例は、基材１の表面側に光学多層膜２を形成する一方、基材１の裏面側に樹脂吸収膜４を形成している。最も単純な構成であり、安価に近赤外線カットフィルタを製造する事ができる。
【００２８】
（Ｂ）に示す例は、基材１の表面側のみに樹脂吸収膜４及び光学多層膜２を形成したものである。基材１の片面側のみに光学多層膜２及び樹脂吸収膜４が配される為、製造及び取り扱いが容易になるという利点がある。
【００２９】
（Ｃ）に示す例は、基材１の裏面側に樹脂吸収膜４を形成する一方、基材１の表面側に別の樹脂吸収膜５と光学多層膜２を形成している。近赤外線領域における吸収特性が異なる樹脂吸収膜４，５を組み合わせる事で、所望の近赤外線阻止能が得られる。
【００３０】
（Ｄ）に示した例は、基材１の表面側に樹脂吸収膜５及び光学多層膜２を順に形成する一方、基材１の裏面側に樹脂吸収膜４及び光学多層膜３を順に形成している。基材１の表面と裏面にそれぞれ樹脂吸収膜及び光学多層膜を形成する事で、膜応力の均衡を図る事ができる。これにより、薄いガラス基材や樹脂フィルム基材を用いた場合でも、反り、膜剥離及びクラックなどを防ぐ事ができる。
【００３１】
（Ｅ）に示した例は、基材１の表面側に光学多層膜２を形成する一方、基材１の裏面側に光学多層膜３及び樹脂吸収膜４を形成している。これは丁度図１で説明した構成と同じであり、これ以上の詳細な説明は省略する。
【００３２】
（Ｆ）に示した例は、基材１の表側に光学多層膜２を形成する一方、基材１の裏側に光学多層膜３を形成している。光学多層膜２の表面を保護するように樹脂吸収膜５を形成している。同じく基材１の裏面側に形成された光学多層膜３を保護するように樹脂吸収膜４が形成されている。この様にする事で、信頼性に優れた近赤外線カットフィルタを提供する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明にかかる近赤外線カットフィルタの構成を示す模式的な断面図である。
【図２】本発明にかかる近赤外線カットフィルタの光学特性を示すグラフである。
【図３】本発明にかかる近赤外線カットフィルタの様々な変形例を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１・・・基材、２・・・光学多層膜、３・・・光学多層膜、４・・・樹脂吸収膜、５・・・樹脂吸収膜
【図１】
2006301489.tif 000003
【図２】
2006301489.tif 000004
【図３】
2006301489.tif 000005