(57)【要約】【課題】カルコパイライト半導体薄膜によるシャープカットフィルタをダイクロイックフィルタとして使用するにあたっての最適なフィルタ構成を提供し、信頼性の高いダイクロイックフィルタおよび色分解プリズムを得る。【解決手段】色分解プリズム１０を構成するプリズムガラス１２と１３間に、反射防止膜（誘電体多層膜）３１、光吸収膜（カルコパイライト膜）３２および波長選択膜（誘電体多層膜）３３を積層してダイクロイックフィルタ３０を形成し、接着層（ＵＶ接着剤）３４によって接着する。【選択図】図１
2007225636.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体薄膜および波長選択性光吸収膜を積層して構成されたダイクロイックフィルタ。
【請求項２】
前記波長選択性光吸収膜はカルコパイライト系半導体薄膜であることを特徴とする請求項１に記載のダイクロイックフィルタ。
【請求項３】
前記誘電体薄膜は波長選択透過特性を有することを特徴とする請求項１に記載のダイクロイックフィルタ。
【請求項４】
複数の光学部材を接合して成る色分解プリズムにおいて、
複数の光学部材を、誘電体薄膜および波長選択性光吸収膜を積層して成るダイクロイックフィルタを介して接合したことを特徴とする色分解プリズム。
【請求項５】
前記波長選択性光吸収膜はカルコパイライト系半導体薄膜であることを特徴とする請求項４に記載の色分解プリズム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長分離を行うダイクロイックフィルタおよびそれを用いた色分解プリズムに関する。
【背景技術】
【０００２】
主に可視光の短波長域で大きな吸収を示し長波長域で高い透過率を示すシャープカットフィルタは、撮像素子の色分離などに広く使用されている。吸収特性や透過特性は平坦な波長特性を有し、それらの間の遷移領域の帯域は通常<100nmであり、これがシャープカットという名称の理由ともなっている。
【０００３】
このようなシャープカットフィルタを用いるものとして、撮像システムなどに用いる色分解プリズムがある。これは3つのガラスブロック接合面に誘電体多層膜からなるダイクロイックフィルタを2面備えたもので、プリズム前面より入射する光をRGBの3原色に分離して各々CCDなどの撮像素子に入射させるものである。
【０００４】
実際のダイクロイックフィルタでは所望帯域外の遮断特性は完全ではなく、フィルタ透過後の光に漏れ光成分などが生じてしまうことは避けられず、所望の色チャンネルへ帯域外の他色のわずかな漏れが生じてしまう。誘電体多層膜によるフィルタ構成では透過しない光は全て反射してしまうため、これらの漏れ光の撮像素子への混入を、誘電体フィルタを用いて防ぐことはさらなる不要反射光を生じるために好ましくないことから、吸収性のフィルタをプリズムの出射面に設けることが一般に行われている。
【０００５】
例えば図２は一般的な色分解プリズムの一つであるフィリップス型の色分解プリズムの構成を示している。
【０００６】
図２において、色分解プリズム１を構成するプリズムガラス１１と１２は誘電体多層膜から成る第１のダイクロイックフィルタ２１を介して接合され、プリズムガラス１２と１３は誘電体多層膜から成る第２のダイクロイックフィルタ２２を介して接合されている。
【０００７】
色分解プリズム１に入射した光は第１のダイクロイックフィルタ２１によって緑成分のみ取り出される。緑成分はプリズム前面によって全反射されプリズムガラス１１から出射し撮像素子（図示省略）に届く。プリズムガラス１１の出射面には光路調整と分散調整のためにダミーガラス基板１４が接着されている。このダミーガラス基板１４の表面には反射防止膜が形成されている。
【０００８】
緑成分のみ取り出された残りの光（補色成分=黄色）は、続く第２のダイクロイックフィルタ２２で青成分が取り除かれる。青成分はそのままプリズムガラス１２の出射面に達し、青以外の成分を吸収するフィルタ１５を通過した後、撮像素子に到達する。フィルタ１５は金属イオンが添加されたガラスで表面には反射防止膜が形成されている。
【０００９】
残った赤色成分は、プリズムガラス１３の出射面に接着された吸収性フィルタ１６を通過して撮像素子に到達する。この吸収性フィルタ１６は580nm以下の波長の光を遮断するもので、第１、第２のダイクロイックフィルタ２１，２２からの漏れ光が赤色チャンネルの撮像素子に入り込むことを防止している。吸収性フィルタ１６はCd化合物などが添加されたガラスによって構成されている。
【００１０】
第１、第２のダイクロイックフィルタ２１，２２は通常、SiO2、Ta2O5、Nb2O5、Al2O3など酸化物やフッ化物などの誘電体の積層構造からなり、真空蒸着やスパッタリングによって形成された数十〜数百nmの膜が数十層積層したものとなっている。多層膜間の干渉によって透過反射を制御し所望の波長選択性を有するように設計される。基本的に膜自体に吸収はないので透過しない成分は全て反射することとなる。
【００１１】
このようなダイクロイックフィルタ２１，２２は、透過帯域では100%、遮断帯域では0%の透過率を持つことが理想となるが、実際には遮断帯域でも数%の透過やリップルなども漏れてしまう光成分が生じる。これらの光は、本来のチャンネルではない撮像素子に入り込み色再現の劣化を招くのみならず、意図しない光線経路を通って散乱或いは迷光成分となり、正規の結像成分以外のゴーストやフレアの原因となる。
【００１２】
尚従来の色分解プリズム、ダイクロイックフィルタとしては下記特許文献１〜６に記載のものが提案されていた。
【特許文献１】特開２００４−１６３７４１号公報
【特許文献２】特開２００５−９９３７８号公報
【特許文献３】特開２００３−１７７２３４号公報
【特許文献４】特開２００３−１４６６９５号公報
【特許文献５】特開２００４−２５０２８５号公報
【特許文献６】特開平２−１３５３０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
前記吸収性フィルタ１６は誘電体多層膜によるダイクロイックフィルタで最適化された色分離特性を損ねないように、極めて急峻な遮断特性と遮断波長の制御性が要求されることから、上記半導体微粒子分散ガラスからなるシャープカットフィルタが広く用いられている。この種のフィルタは、ガラスマトリクス中のCdS,CdSe,CdTeなど半導体微粒子の析出による光吸収特性によって実現される。光吸収は荷電子帯と伝導電子帯の間の電子遷移によって生じ、吸収波長は材料のバンドギャップの値によって決まってくる。
【００１４】
しかしながら、近年、Pb,Cd,Asなど有害成分を含むガラスは、環境への影響から有害成分の溶出などの点、またその加工残渣の処理についても問題となっている。また吸収性フィルタには、特許文献１，２に記載のように波長選択透過特性を有する高分子顔料や色素材料によるものも提案されているが、光学特性のみならず信頼性も問題となるため材料設計の制約が大きく実用には問題があった。
【００１５】
これに対する解決策として、特許文献３では(Cu,Ag)(In,Al,Ga)(S,Se,Te)などのカルコパイライト系半導体薄膜を用いたものが提案されている。これはCdなど有害な成分を含まないだけでなく、蒸着やスパッタリングなど薄膜技術によってプリズム端面などに直接フィルタ形成を行えることなど、多くの利点を備えている。
【００１６】
カルコパイライト材料のうちI-III-VI族が各々、Cu(InGa)(S,Se)からなるものはCIS系半導体とも呼ばれ、IIIやVIの組成を変えることでその禁性帯幅を調節できること、膜品質が物性に与える影響が少ないことなどや、光吸収が大きいことから、薄膜太陽電池材料として広く研究されている。
【００１７】
しかしながら、この半導体薄膜シャープカットフィルタを、例えば図２のように、ダイクロプリズムの出射端面に（ダイクロイックフィルタとは別に）形成する場合、半導体薄膜の屈折率が〜３と大きいために、空気との境界に設けられる反射防止膜の広帯域化が難しいという問題がある。また誘電体多層フィルタ（第２のダイクロイックフィルタ２２）と吸収性フィルタ１６が離れているために、漏れ光がプリズム外壁で反射し迷光となる可能性も除去できなかった。
【００１８】
本発明の目的は、カルコパイライト半導体薄膜によるシャープカットフィルタをダイクロイックフィルタとして使用するにあたっての最適なフィルタ構成を提供し、信頼性の高いダイクロイックフィルタおよび色分解プリズムを得るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するための本発明のダイクロイックフィルタは、誘電体薄膜および波長選択性光吸収膜を積層して構成されている。
【００２０】
また前記波長選択性光吸収膜はカルコパイライト系半導体薄膜であることを特徴としている。
【００２１】
また前記誘電体薄膜は波長選択透過特性を有することを特徴としている。
【００２２】
また本発明の色分解プリズムは、複数の光学部材を接合して成る色分解プリズムにおいて、複数の光学部材を、誘電体薄膜および波長選択性光吸収膜を積層して成るダイクロイックフィルタを介して接合したことを特徴としている。
【００２３】
また前記波長選択性光吸収膜はカルコパイライト系半導体薄膜であることを特徴としている。
【００２４】
具体的には、誘電体多層膜フィルタと半導体シャープカットフィルタを積層してダイクロイックフィルタを構成する。これによって、プリズム内の余計な迷光の低減を図ることができる。また波長選択性吸収材料との多層膜干渉も利用することができ、フィルタ設計の自由度が向上するのみならず新たな機能を付与できるという利点もある。カルコパイライト半導体薄膜は、Cdなどの有害物質を含まないため安全であるのみならず、無機材料でもあり太陽電池などで使用されていることから信頼性の高いフィルタを提供することができる。
【発明の効果】
【００２５】
（１）請求項１〜３に記載の発明によれば、有害物質などを含む色ガラスを用いることなく、波長分離機能のみならず、吸収性のフィルタ機能も併せ持った信頼性の高いダイクロイックフィルタが得られる。
（２）請求項３、４に記載の発明によれば、波長分離機能のみならず、吸収性のフィルタ機能も併せ持った信頼性の高いダイクロイックフィルタによって、プリズム内の余計な迷光を低減することができる。また、波長選択性光吸収膜との多層膜干渉も利用することができ、フィルタ設計の自由度が向上するのみならず新たな機能を付与できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明するが、本発明は下記の実施形態例に限定されるものではない。図１（ａ）は２つのプリズムガラス１２と１３（光学部材）間に設けられる本発明のダイクロイックフィルタ３０の構成を示している。図１（ａ）において、プリズム硝材であるフリントガラス（プリズムガラス１２）上にまず反応性スパッタによってSiO2とNb2O5、の多層膜からなる反射防止膜３１を形成した。次にCu, In, Ga, S, Seの化合物を含んだターゲットを用いてRFスパッタリングによって光吸収膜３２（カルコパイライト膜）を形成した。ついで反射防止膜３１と同様にSiO2とNb2O5の多層膜からなる波長選択膜３３を形成し、ＵＶ接着剤（接着層３４）によって、相対するプリズムガラス１３と貼り合わせた。
【００２７】
前記反射防止膜３１は、光吸収膜３２の屈折率が〜３と高いことから、界面での反射を防止するために設けている。
【００２８】
ダイクロイックフィルタでは反射光成分を再利用する場合がある。この場合、吸収材料が光入射側にあると、吸収が大きくなり、反射させたい成分が不十分となってしまうことがあるが、これは誘電体多層部分と半導体部分の配置を適切にすることによって改善できる。
【００２９】
例えば、半導体部分（光吸収膜（カルコパイライト膜）３２）を波長選択誘電体部分（波長選択膜（誘電体多層膜）３３）よりも光の出射側に配置することや、半導体部分と波長選択誘電体部分とをバッファ層などを介在させて配置するなどである。
【００３０】
こうして作製したフィルタを第２のダイクロイックフィルタとして組み込んで図１（ｂ）に示す色分解プリズム１０を作製した。図１（ｂ）において図２と同一部分は同一符号をもって示している。図１（ｂ）において図２と異なる部分は、第２のダイクロイックフィルタ２２の代わりに図１（ａ）のダイクロイックフィルタ３０を用いるとともに、図２の赤色出射面の吸収性フィルタ１６は接着せず、これをダミーガラス２６で置き換えている。
【００３１】
図１（ｂ）の色分解プリズム１０において、入射した光は図２と同様に第１のダイクロイックフィルタ２１によって緑成分のみ取り出され、ダミーガラス基板１４を介して図示省略の緑色チャンネルの撮像素子に到達する。
【００３２】
緑成分のみ取り出された残りの光は第２のダイクロイックフィルタ３０により青成分が取り除かれ、青成分はフィルタ１５を介して図示省略の青色チャンネルの撮像素子に到達し、赤色成分はダミーガラス２６を介して図示省略の赤色チャンネルの撮像素子に到達する。
【００３３】
この色分解プリズム１０の、赤色チャンネルへの分光透過特性を測定したところ、赤色以外(<580nm)の波長成分は従来例と同等程度に十分抑圧されており、本発明が原理的に問題ないことが示された。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態例を表し、（ａ）はダイクロイックフィルタの断面図、（ｂ）は色分解プリズムの構成図。
【図２】従来の色分解プリズムの一例を示す構成図。
【符号の説明】
【００３５】
１０…色分解プリズム、１１，１２，１３…プリズムガラス、２１，２２…ダイクロイックフィルタ、２６…ダミーガラス、３０…本発明のダイクロイックフィルタ。
【図１】
2007225636.tif 000003
【図２】
2007225636.tif 000004