(57)【要約】  【課題】  従来の高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に積層したフィルタにおいて、高屈折率膜に非酸化金属を使用すれば少ない積層数で所望の特性が得られるが、酸化により時間的な変化が大きく使用に耐えないという問題点を生じていた。  【解決手段】  Si(金属シリコン)、或いは、Ge(ゲルマニウム)など非酸化の金属部材で高屈折率側の薄膜が形成された赤外線透過フィルタにおいて、他の一方の低屈折率膜を二酸化ケイ素(SiO2)、所定膜厚（１４０nm）以上として形成した二酸化チタン(TiO2)など酸化金属で形成した薄膜でおおうことで前記した非酸化部材による高屈折率側の薄膜の酸化を防止して特性変化を生じないものとして課題を解決する。【選択図】      図１
2005266538.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Si(金属シリコン)、a-Si(アモルファス−シリコン)、poly-Si(poly−シリコン)、Ge(ゲルマニウム)の少なくとも１種類の一方の薄膜を、少なくとも１層含む赤外線透過フィルタにおいて、SiO2、TiO2、Ta2O5、Nb2O5の何れかで形成された他方の薄膜が、上記に記載の一方の薄膜を覆うように最外層に成膜されていることを特徴とする赤外線透過フィルタ。
【請求項２】
前記最外層に成膜される他方の薄膜の膜厚が１４０nm以上であることを特徴とする請求項１記載の赤外線透過フィルタ
【請求項３】
前記１４０nm以上とした他方の薄膜は、前記SiO2、TiO2、Ta2O5、Nb2O5の１種類以上の複層膜であることを特徴とする請求項２記載の赤外線透過フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交通量の多い幹線道路など夜間においてはすれ違い配光で走行せざるを得ないような状況では、遠方に存在する障害物の発見が遅れるなど安全上に不利な状態を生じる可能性を生じるので、対向車の運転者には幻惑を感じさせることのない赤外線で前方を照射しておき、赤外線に感度を有する撮像管などで撮影した画像をヘッドアップ・ディスプレイなどに表示することで、遠方視界を確保するときに用いられる赤外線投光器、及び、この赤外線投光器に可視光カット用として用いられる赤外線透過フィルタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の赤外線フィルターとしては高屈折率膜としての金属シリコン(Si)と、低屈折率膜としての二酸化ケイ素(SiO2)とを図  に示すように交互に積層し、９００〜１５００nmの赤外線領域で８０％以上の透過率を得、４００〜８００nmの可視光領域で０．１％以下の透過率とした赤外線透過フィルタが知られている。
【特許文献１】特開２０００−３１４８０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１（特開２０００−３１４８０７号公報）の表１に示されたように赤外線を透過し、可視光を遮断する赤外線透過フィルタを、所定膜厚とした金属シリコンと二酸化ケイ素との薄膜の積層で形成すると、当初は特許文献中有にも記載されている如くほぼ満足する結果が得られるものとなるが、使用時間の経過と共に外気に触れている側の金属シリコン薄膜に酸化を生じるものとなる、
【０００４】
特に、前記赤外線透過フィルタがハロゲン電球など光源の近傍に配置されていると、光源からの加熱と外気中の湿度との相乗作用により、上記した金属シリコンの酸化の現象が早期に表れるものとなり、これにより可視光領域の波長の光の漏れの量が増加する。この場合、漏れを生じる可視光は色彩が不定であり、例えば、赤色、黄色、アンバー色など車両用灯具の色彩としての機能が定められている色の漏れ光を生じた場合には、対向車の運転者に対して、重大な誤認を与えるという問題点を生じていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、前記した従来の課題を解決するための具体的な手段として、Si(金属シリコン)、a-Si(アモルファス−シリコン)、poly-Si(poly−シリコン)、Ge(ゲルマニウム)の少なくとも１種類の一方の薄膜を、少なくとも１層含む赤外線透過フィルタにおいて、SiO2、TiO2、Ta2O5、Nb2O5の何れかで形成された他方の薄膜が、上記に記載の一方の薄膜を覆うように最外層に成膜されていることを特徴とする赤外線透過フィルタ、前記最外層に成膜される他方の薄膜の膜厚が１４０nm以上であることを特徴とする赤外線透過フィルタ、及び、前記１４０nm以上とした他方の薄膜は、前記SiO2、TiO2、Ta2O5、Nb2O5の１種類以上の複層膜である赤外線透過フィルタを提供することで課題を解決するものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明により、金属シリコン(Si)、アモルファス−シリコン(a-Si)などの上方（外気に触れる側）を二酸化ケイ素(SiO2)などの薄膜で覆うことで、金属シリコンなどの大気による酸化、特に、光源の近くに設置される場合には温度による酸化の加速を、二酸化ケイ素膜により防止するものとして、長期間に渡り当初の特性を維持できるものとして上記した従来の課題を解決するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
つぎに、本発明を図に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。図１に示すものは、本発明に係る赤外線透過フィルタ１を模式的に示すものであり、この赤外線透過フィルタ１はガラスなど透明な基板２上に、まず、高屈折率部材である金属シリコン(Si)（屈折率：４．２)により所定膜厚とした高屈折率膜３を成膜する。
【０００８】
次いで、例えば、二酸化ケイ素(SiO2)など、低屈折率部材を使用して所定膜厚とした低屈折率膜４を、前記高屈折率膜３上に積層するようにして成膜する。そして、前記低屈折率膜４の上面には、再度、高屈折率膜３を成膜するというように交互に所定（例えば、１４層）の層数を積層すれば、所望の赤外線透過フィルタ１が完成するものとなる。
【０００９】
ここで、本発明においては、最外層の膜面、即ち、基板２と反対側であり外気と直接に触れる側となる膜面を二酸化ケイ素(SiO2)の膜面、即ち、低屈折率膜４として形成するものであり、このように、酸化物で形成した薄膜（即ち、低屈折率膜４）で、非酸化物の薄膜（即ち、高屈折率膜３）を覆うことで、非酸化物の薄膜を大気から遮蔽し酸化の発生を防ごうというものである。
【００１０】
従って、低屈折率膜４を形成する素材は、上記した二酸化ケイ素(SiO2)に限定されるものではなく、比較的に低屈折率であって、且つ、既に酸化した金属など、酸化に対しては安定した部材であれば良く、TiO2、Ta2O5、Nb2O5などでも同様な作用、効果が得られるものである。
【００１１】
以上のように、本発明により外気に接する最外層に、酸化金属など更なる酸化が進行することがない部材で低屈折率膜４を、その下層に設けられる高屈折率膜３が外気の影響を受けることのない厚みとして形成するものとしたことで、前記高屈折率膜３に、より高屈折率である非酸化金属、例えば金属シリコンなどが使用できるものとなる。
【００１２】
これにより、従来の酸化金属などによる高屈折率膜３の場合には、可視光を必要な範囲まで減衰できる赤外線透過フィルタ１を形成するためには、高屈折率膜３と低屈折率膜４との総積層数は４０層以上が必要とされていたのに対し、本発明では、僅かに１４層程度と、格段に少ない総数で相当の特性の赤外線透過フィルタ１が得られるものとなる。
【実施例１】
【００１３】
図２に示すものは、上記に説明した本発明の赤外線透過フィルタ１の構成の例を実施例１として示すものであり、図中の層番号１から層番号１４までで、この種のナイトビジョン用の投光器を構成するために要求される所望の特性を有する赤外線透過フィルタ１が得られるものとなっている。
【００１４】
図３は、図２に示す構成としたした赤外線透過フィルタ１の透過特性τ０１を示すものであり、７００〜８００nmの間にカットオフがあり、これより長波長の範囲、即ち、近赤外から赤外線の範囲の光を透過している。よって、例えば、可視光を含み赤外光を放射しているハロゲン電球などからの光を、上記の赤外線透過フィルタ１に透過させれば、可視光の部分はほとんどの量が遮蔽されるものとなる。
【００１５】
図４は、最外層に成膜される酸化金属部材による低屈折率膜４（この実施例１の場合、図２における層番号第１４層目の二酸化ケイ素(SiO2)膜に相当）の膜厚を変化させた赤外線透過フィルタ１を複数種類作成し、これらの、赤外線透過フィルタ１に加熱を行った後の可視光線に対する透過特性の透過率の変化の状態を測定したものである。
【００１６】
即ち、発明者は、本発明により最外層に酸化金属による低屈折率膜４を成膜したことで、この低屈折率膜４は、それにより覆われる非酸化金属部材による高屈折率膜３の酸化を防止する作用を行うと考え、その効果は、ある程度までは低屈折率膜４の膜厚を厚くすることが有効であると考えたからである。尚、図２からも明らかなように、実施例１における第１４層目として適正な膜厚は、(1/2・λ２）≒３００nmである。
【００１７】
そして、発明者は最外層の酸化金属による低屈折率膜４の膜厚が、５０nm、１００nm、１５０（実測値１４６）nm、２００（実測値１９４）nm、３００nm、５００nmのものを形成し、光源からの熱による酸化の加速なども考慮して総計２０００時間の加熱を行い、可視光線の漏れ量を５００時間毎に計測した。
【００１８】
結果としては、膜厚５０nmのものでは図中に漏れ曲線τ50で示すように、時間の経過と共に可視光線の漏れ量は増加して２０００時間を経過した時点では６％に達し、しかも依然として増加傾向を示し、このような状態では対向車に幻惑を生じさせるものとなることも十分に考えられ、到底、ナイトビジョン用の赤外線透過フィルタ１としての用途には耐えられないものと判断ができるものである。
【００１９】
また、膜厚１００nmのものも、可視光の漏れ値は少ないものの、２０００時間を経過した時点で未だ漏れ曲線τ100に飽和の傾向は認められず、上記膜厚５０nmのものと同様に赤外線透過フィルタ１としての性能に疑問を生じるものとなる。但し、膜厚５０nmのものに比較して可視光の漏れ量が略半分に減少したということは、低屈折率膜４により高屈折率膜３の酸化が防止できていると考えられる。
【００２０】
そして、上記の推測は、膜厚１４６nmにおいては、可視光の漏れ曲線τ150が約１％で飽和するものとなり、１９４nmにおいては漏れ曲線τ200が、略０．５％で飽和するものとなり、実際の膜厚として必要な３００nmでは漏れ曲線τ300が約０．２％とまったく問題を生じない範囲で飽和し、５００nmにおいては漏れ曲線τ500が、略０．１％で飽和するものとなり、上記の予測は成立していることが明白である。よって、本発明によれば、従来の半分以下の層数でナイトビジョン用の赤外線透過フィルタ１を形成することができ、コストダウン、工程の簡素化などに有利となる。
【実施例２】
【００２１】
図５は、本発明に係る赤外線透過フィルタ１の実施例２を示すものであり、前の実施例１では、金属シリコン(Si)の薄膜と、二酸化ケイ素(SiO2)の薄膜との積層で赤外線透過フィルタ１を形成していたが、前記赤外線透過フィルタ１としては、前記したSi/SiO2積層（層番号１〜層番号６）と、他の薄膜の積層、例えば、TiO2/SiO2積層（層番号７〜層番号２８）とを組合わせたものも知られており、このように構成することで、図６に示すように透過特性τ０２の精度を一層に高められる（図３の透過特性τ０１と比較されたい）ものとなる。
【００２２】
この場合、層番号６のSiO2の膜厚は、膜厚の公差も考慮すると約１００nm近辺となる可能性もあり、実施例１における試験結果では、層番号５の金属シリコン(Si)に対して酸化を防止する効果が不十分であるように見えるが、この実施例２の赤外線透過フィルタ１の構成を仔細に検討すると、層番号６のSiO2の薄膜の上面には、層番号７として同様な酸化膜であるTiO2の薄膜が重ねられて形成されており、更にその上面には層番号８としてSiO2の薄膜が設けられており、と言うように、以後は全て酸化金属による薄膜で形成され、実質的には非常に厚い酸化金属の膜が存在するのと等価な状態となっている。
【００２３】
よって、上記実施例２のような構成とした赤外線透過フィルタ１においては、非酸化物を使用するフィルタの最も外部となる非酸化物の薄膜、この実施例２の例では層番号５の金属シリコン(Si)の薄膜に対しては、それより上方に設けられる酸化物の薄膜の総合した膜厚が酸化防止の作用を行うものとなると考えて良い。よって、層番号５の金属シリコン(Si)の直上に形成される層番号６のSiO2の薄膜は光学的に要求される膜厚のものとして形成すればよいものである。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
ここで、例えばハロゲン電球からの光を、回転放物面などの形状とした反射鏡で略平行光線に集束した後に、その光束を上記のようにして形成された赤外線透過フィルタ１を透過させれば、赤外線のみが灯具から投射されるものとなり、ナイトビジョン（赤外線暗視装置）の照明用光源として使用できるものであることは上記に説明したとおりである。
【００２５】
ここで、前記反射鏡を、例えばガラスなど透明部材で形成し、この反射鏡に前記赤外線透過フィルタ１を取付ければ、前記反射鏡は赤外線を透過させ、可視光線のみを反射するものとなるので、いわゆるコールドミラーとしての応用も可能である。
【００２６】
また、上記に説明したような多層膜型のフィルタは膜厚の調整で種々の色彩の透過、或いは、遮蔽が可能であるので、カラーフィルターを形成するときにも本発明の構成の応用が可能であり、極めて少ない積層数で所望のカラーフィルタを得ることも可能であり、また、複数の透過（遮蔽）波長の異なる膜面を重ね合わせてバンドパスフィルターを得るときにも極少ない積層数での実現を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る赤外線透過フィルタの構成の例を略示的に示す説明図である。
【図２】本発明に係る赤外線透過フィルタの実施例１の構成を示す構成図である。
【図３】実施例１に係る赤外線透過フィルタの透過特性を示すグラフである。
【図４】本発明に係る赤外線透過フィルタの最上層に形成する酸化膜の膜厚と、可視光域における透過特性の変化との関係を時間経過の係数で示すグラフである。
【図５】本発明に係る赤外線透過フィルタの実施例２の構成を示す構成図である。
【図６】実施例２に係る赤外線透過フィルタの透過特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２８】
１…赤外線透過フィルタ
２…基板
３…高屈折率膜
４…低屈折率膜
【図１】
2005266538.tif 000003
【図２】
2005266538.tif 000004
【図３】
2005266538.tif 000005
【図４】
2005266538.tif 000006
【図５】
2005266538.tif 000007
【図６】
2005266538.tif 000008