JP2018092030A - Optical filter and imaging optical system - Google Patents
Optical filter and imaging optical system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2018092030A JP2018092030A JP2016235944A JP2016235944A JP2018092030A JP 2018092030 A JP2018092030 A JP 2018092030A JP 2016235944 A JP2016235944 A JP 2016235944A JP 2016235944 A JP2016235944 A JP 2016235944A JP 2018092030 A JP2018092030 A JP 2018092030A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- intermediate layer
- metal
- film
- light
- 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.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
- Blocking Light For Cameras (AREA)
- Optical Filters (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
【課題】安定した光量調整の性能を有する光学フィルタ及び撮像素子を提供する。【解決手段】光透過性を有する基板の少なくとも一方面上に設けられた光量調整層を第1及び第2光吸収層とこれら第1及び第2光吸収層の間に形成された多層構造の中間層とで構成し、当該多層構造の中間層のうち第1光吸収層側の層の可視光波長領域における消衰係数が第2光吸収層側の層の可視光波長領域における消衰係数よりも大きく、且つ、第1光吸収層側の層の膜厚が第2光吸収層側の層の膜厚よりも薄い構造となっている。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical filter and an image pickup element having stable light amount adjustment performance. SOLUTION: A multi-layer structure in which a light amount adjusting layer provided on at least one surface of a light transmitting substrate is formed between a first and second light absorbing layers and these first and second light absorbing layers. It is composed of an intermediate layer, and the extinction coefficient in the visible light wavelength region of the layer on the first light absorption layer side of the intermediate layer of the multilayer structure is the extinction coefficient in the visible light wavelength region of the layer on the second light absorption layer side. The structure is larger than that, and the film thickness of the layer on the first light absorption layer side is thinner than the film thickness of the layer on the second light absorption layer side. [Selection diagram] Fig. 1
Description
本発明は光学フィルタ及び、光学フィルタを有する撮像光学系に関するものである The present invention relates to an optical filter and an imaging optical system having the optical filter.
カメラなどの撮像光学系には、CCDやCMOSなどの撮像素子が搭載されており、撮像素子に入射した光を電気信号に変換することで映像を得ている。撮像光学系には撮像素子に入射する光量を撮影状況に応じて調整する絞り機構やNDフィルタのような光学フィルタが設けられている。 An imaging optical system such as a camera is equipped with an imaging element such as a CCD or CMOS, and an image is obtained by converting light incident on the imaging element into an electrical signal. The imaging optical system is provided with an aperture mechanism and an optical filter such as an ND filter that adjust the amount of light incident on the imaging element in accordance with the shooting situation.
光量調整フィルタは撮影に使用する光波長帯において透過率を略均一に減衰する機能を持ち、色の再現性を保ちながら、撮像素子に入射する光量を調整することができる。光学調整フィルタを使用することで、絞り機構のみでの光量調整で発生しうるハンチング現象や光の回折による画像の劣化を低減し、より高品質の画像がれられるようになる。 The light amount adjustment filter has a function of substantially uniformly attenuating the transmittance in the light wavelength band used for photographing, and can adjust the amount of light incident on the image sensor while maintaining color reproducibility. By using the optical adjustment filter, it is possible to reduce the hunting phenomenon that can be caused by the light amount adjustment only by the diaphragm mechanism and the deterioration of the image due to the diffraction of light, and to obtain a higher quality image.
カメラなどの撮像光学系に搭載される光学フィルタは、対象とする光波長領域で透過率が略均一であること、即ち透過率平坦性が重要視され、特許文献1に示すように、基板上に金属あるいは金属化合物からなる光吸収層と金属酸化物からなる誘電体層との積層構造を形成したものが一般的に用いられている。 An optical filter mounted in an imaging optical system such as a camera has a substantially uniform transmittance in the target light wavelength region, that is, the flatness of the transmittance is regarded as important. In general, a laminated structure of a light absorption layer made of a metal or a metal compound and a dielectric layer made of a metal oxide is used.
ここで、従来のNDフィルタのような光学フィルタでは、例えば、光吸収層及び誘電体層のうち特に光吸収層の光学特性が安定せず、光量調整の性能が安定的に得られないことがあった。 Here, in a conventional optical filter such as an ND filter, for example, the optical characteristics of the light absorption layer of the light absorption layer and the dielectric layer are not particularly stable, and the light quantity adjustment performance may not be stably obtained. there were.
本発明は、安定した光量調整の機能を有する光学フィルタ及び撮像素子を提供するものである。 The present invention provides an optical filter and an image sensor having a stable light amount adjustment function.
上記課題を解決するために、本発明の光学フィルタは、透光性を有する基板の少なくとも一方面上に設けられた光学調整層を、金属A、金属Aの酸化物AO及び金属Aの窒化物ANからなる群から選択される第1及び第2光吸収層と、これら第1及び第2光吸収層の間に形成された金属Aとは異なる金属元素である金属Bの酸化物BO又は窒化物BNの化合物で形成された多層構造の中間層とで構成し、当該多層構造の中間層のうち第1光吸収層側の層の可視光波長領域における消衰係数は第2光吸収層側の層よりも大きく、且つ、中間層を構成する第1光吸収層側の層の膜厚は第2光吸収層側の層よりも薄くなっている。 In order to solve the above-described problems, an optical filter according to the present invention includes an optical adjustment layer provided on at least one surface of a light-transmitting substrate, metal A, metal A oxide AO, and metal A nitride. First and second light absorption layers selected from the group consisting of AN, and an oxide BO or nitridation of metal B which is a metal element different from metal A formed between the first and second light absorption layers And the extinction coefficient in the visible light wavelength region of the layer on the first light absorption layer side of the intermediate layer of the multilayer structure is the second light absorption layer side. And the thickness of the layer on the first light absorption layer side constituting the intermediate layer is thinner than that on the second light absorption layer side.
本発明によれば、安定した光量調整の機能を有する光学フィルタ及び撮像素子を実現することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the optical filter and imaging device which have the function of the stable light quantity adjustment are realizable.
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る光学フィルタの構造について詳細に説明する。 Hereinafter, the structure of an optical filter according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1には本発明の実施形態に係る光学フィルタの構成図を一例として示す。
本発明の光学フィルタは、所望の光波長において透明な透明基板上の少なくとも一方面上に設けられた光学調整層を、金属A、金属Aの酸化物AO及び金属Aの窒化物ANからなる群から選択される第1及び第2光吸収層と、これら第1及び第2光吸収層の間に形成された金属Aとは異なる金属元素である金属Bの酸化物BO又は窒化物BNの化合物で形成された多層構造の中間層とで構成することで得られる。
FIG. 1 shows a configuration diagram of an optical filter according to an embodiment of the present invention as an example.
In the optical filter of the present invention, an optical adjustment layer provided on at least one surface of a transparent substrate transparent at a desired light wavelength is formed of a metal A, a metal A oxide AO, and a metal A nitride AN. And a compound of oxide BO or nitride BN of metal B which is a metal element different from metal A formed between the first and second light absorption layers It is obtained by comprising with the intermediate layer of the multilayer structure formed by.
そして、本発明では、多層構造からなる中間層の内、第1光吸収層側の層は、第2光吸収層側の層と比較して、可視光波長領域における消衰係数が大きく、且つ、膜厚が薄くなっている。更に、好ましくは、光学フィルタの最表層に反射防止層を形成する。 In the present invention, among the intermediate layers having a multilayer structure, the layer on the first light absorption layer side has a larger extinction coefficient in the visible light wavelength region than the layer on the second light absorption layer side, and The film thickness is thin. Further preferably, an antireflection layer is formed on the outermost layer of the optical filter.
ここで、本発明における光学調整層は、上述したように、第1及び第2光吸収層とこれらの間に設けられる多層構造の中間層とで1つの光学調整層を構成しているが、例えば、基板上に複数の光学調整層を設ける場合には、光吸収層と中間層とを交互積層し、1つの光吸収層及び中間層で1つの光学調整層としてもよい。また、複数の光学調整層を設ける場合には、中間層は1層構造のものと多層構造(2層またはそれ以上の層構造)のものとを組み合わせてもよい。 Here, as described above, the optical adjustment layer in the present invention constitutes one optical adjustment layer with the first and second light absorption layers and the intermediate layer having a multilayer structure provided therebetween, For example, in the case where a plurality of optical adjustment layers are provided on a substrate, a light absorption layer and an intermediate layer may be alternately stacked, and one light absorption layer and an intermediate layer may be used as one optical adjustment layer. When a plurality of optical adjustment layers are provided, the intermediate layer may be a combination of a single layer structure and a multilayer structure (two or more layer structures).
なお、本発明では、基板の少なくとも一方面上に1つ又は複数の光学調整層を設けて光学フィルタを構成してもよいが、基板の両面に1つ又は複数の光学調整層をそれぞれ設けて光学フィルタを構成してもよい。1つ又は複数の光学調整層、そして反射防止層を合わせて光量調整膜とする。 In the present invention, one or more optical adjustment layers may be provided on at least one surface of the substrate to constitute an optical filter. However, one or more optical adjustment layers are provided on both surfaces of the substrate, respectively. An optical filter may be configured. One or a plurality of optical adjustment layers and an antireflection layer are combined to form a light amount adjustment film.
以下に本発明の光学フィルタを構成する要素についてそれぞれ説明する。
(透明基板)
本発明に使用する透明基板としては、所望の光波長領域において透明な基板であれば、任意の基板を使用することが可能である。例えばガラスや水晶などの無機材料からなる基板や、ポリエステル系、ノルボルネン系、ポリエーテル系、アクリル系、スチレン系、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PES(ポリエーテルスルホン)系、ポリスルホン系、PEN(ポリエチレンナフタレート)系、PC(ポリカーボネート)系、及びポリイミド系などの様々な合成樹脂基板を使用することができる。
The elements that constitute the optical filter of the present invention will be described below.
(Transparent substrate)
As the transparent substrate used in the present invention, any substrate can be used as long as it is a transparent substrate in a desired light wavelength region. For example, substrates made of inorganic materials such as glass and quartz, polyester, norbornene, polyether, acrylic, styrene, PET (polyethylene terephthalate), PES (polyethersulfone), polysulfone, PEN (polyethylene Various synthetic resin substrates such as phthalate), PC (polycarbonate), and polyimide can be used.
合成樹脂基板は、ガラスなどの無機基板に比べ、柔軟で軽く、加工性が良いが、膜応力や熱応力による変形や、水分による特性変化を起こしやすい。このため、合成樹脂基板を用いる場合は、高耐熱性(高ガラス転移温度Tg)、高曲げ弾性率、低吸水性の材料を用いることが望ましい。例えば、高耐熱性基板としてポリイミド系やPES系、曲げ弾性率が大きい基板としてはPET、低吸水性基材としてはノルボルネン系などが挙げられる。また、必要に応じて、有機−無機ハイブリッド材料からなる基板、例えばシルセスキオキサン骨格を有する基板などを用いてもよい。 A synthetic resin substrate is softer and lighter and has better workability than an inorganic substrate such as glass, but is prone to deformation due to film stress or thermal stress, and property change due to moisture. For this reason, when using a synthetic resin substrate, it is desirable to use a material having high heat resistance (high glass transition temperature Tg), high flexural modulus, and low water absorption. For example, a polyimide or PES system can be used as a high heat resistance substrate, a PET can be used as a substrate having a large flexural modulus, and a norbornene system can be used as a low water absorption base material. Further, if necessary, a substrate made of an organic-inorganic hybrid material, for example, a substrate having a silsesquioxane skeleton may be used.
なお、本発明において透明な基板とは少なくとも可視光波長において光透過性を有している基板であり、例えば紫外線波長領域や赤外波長領域において光吸収性を有している基板を用いてもよい。このような基板としては例えば、ガラスや樹脂に紫外線吸収剤を練り込んだ紫外線吸収基板、ガラスや樹脂に、赤外吸収性能を有する染料、顔料、銅に代表される金属イオンなどを練り込んだ赤外吸収基板などが挙げられる。 In the present invention, the transparent substrate is a substrate having light transmittance at least in the visible light wavelength. For example, a substrate having light absorption in the ultraviolet wavelength region or the infrared wavelength region may be used. Good. As such a substrate, for example, an ultraviolet absorbing substrate in which an ultraviolet absorber is kneaded into glass or resin, a dye or pigment having infrared absorbing performance, or a metal ion typified by copper is kneaded into glass or resin. Examples include an infrared absorption substrate.
また、基板の厚みとしては、小型・軽量化を考慮すると、剛性を保てる範囲で、できるだけ薄い方が好ましく、具体的には20μm〜1mm、25μm〜400μm程度が好適である。尚、光干渉薄膜積層体によって形成される透過帯域以外に光吸収を有する基板を用いる場合は、基板の光吸収特性も考慮し、基材厚みを決定する。 Further, the thickness of the substrate is preferably as thin as possible within a range in which rigidity can be maintained in consideration of reduction in size and weight, and specifically, about 20 μm to 1 mm and about 25 μm to 400 μm are preferable. In addition, when using the board | substrate which has light absorption other than the transmission band formed with an optical interference thin film laminated body, the base material thickness is determined also considering the light absorption characteristic of a board | substrate.
(第1及び第2光吸収層)
本発明の第1及び第2光吸収層は、光吸収特性を有する金属A、金属Aの酸化物(AO)、金属Aの窒化物(AN)からなる群から選択される少なくとも1つの光吸収材料が挙げられ、この光吸収材料としては、具体的には、Ti、Ni、Cr、Fe、Nb、Ta、等の金属Aや合金、酸化物、窒化物などを用いることができる。
(First and second light absorption layers)
The first and second light absorption layers of the present invention include at least one light absorption selected from the group consisting of a metal A having a light absorption characteristic, a metal A oxide (AO), and a metal A nitride (AN). Specific examples of the light-absorbing material include metals A such as Ti, Ni, Cr, Fe, Nb, and Ta, alloys, oxides, and nitrides.
なお、第1光吸収層と第2光吸収層とは、互いに同じ光吸収材料を用いて形成してもよいが、別の光吸収材料によって形成してもよい。本第1及び第2光吸収層として金属Aを利用する場合は、プラズマ振動数が光吸収を発現したい波長領域の光の振動数よりも大きいことが好ましい。 The first light absorption layer and the second light absorption layer may be formed using the same light absorption material, but may be formed using different light absorption materials. When the metal A is used as the first and second light absorption layers, it is preferable that the plasma frequency is higher than the frequency of light in a wavelength region where light absorption is desired to be exhibited.
ここで、プラズマ振動数とは、金属の自由電子がプラズマ振動をする限界の振動数を指す。プラズマ振動数が光の振動数よりも大きい時、光が金属内へ侵入するのを防ぎ、反射させる。反対に、光の振動数がプラズマ振動数よりも大きいと、光は金属内に侵入し、金属によって吸収される。このため、金属Aのプラズマ振動数が光吸収を発現したい波長領域の光の振動数よりも大きい材料を選択することで、所望の領域においてより透過率平坦性の高い光学フィルタとすることができる。 Here, the plasma frequency refers to a limit frequency at which metal free electrons cause plasma oscillation. When the plasma frequency is greater than the light frequency, light is prevented from entering the metal and reflected. On the other hand, when the frequency of light is greater than the plasma frequency, the light enters the metal and is absorbed by the metal. For this reason, by selecting a material in which the plasma frequency of the metal A is larger than the frequency of light in the wavelength region where light absorption is desired to occur, an optical filter with higher transmittance flatness in a desired region can be obtained. .
第1及び第2光吸収層として金属Aの酸化物(AO)、金属Aの窒化物(AN)を用いる場合、第1及び第2光吸収層の消衰係数が0.5以上であることが好ましい。ここで、消衰係数とは、物質に光が入射した場合、光がどれだけ減衰されるかを示したものであり、この値が大きいほど、入射光は強く減衰されることになる。 When the metal A oxide (AO) and the metal A nitride (AN) are used as the first and second light absorption layers, the extinction coefficients of the first and second light absorption layers are 0.5 or more. Is preferred. Here, the extinction coefficient indicates how much light is attenuated when light is incident on the material. The larger this value, the stronger the incident light is attenuated.
ここで、金属や合金などと比較すると、金属Aの酸化物(AO)あるいは金属Aの窒化物(AN)は消衰係数が小さい。第1及び第2光吸収層において、消衰係数が小さすぎると、所望の光量を減衰させるのに必要な層数や膜厚が厚くなり、光学フィルタの反りやクラックなどの要因になるためである。更に、第1及び第2光吸収層は金属Aの酸化物(AO)あるいは金属Aの窒化物(AN)からなる層であることが好ましい。金属酸化物あるいは窒化物は金属と比較し、消衰係数が小さいため、各層の膜厚をある程度厚く保つことができる。 Here, compared with metals and alloys, the extinction coefficient of the oxide (AO) of the metal A or the nitride (AN) of the metal A is small. In the first and second light absorption layers, if the extinction coefficient is too small, the number of layers and the film thickness necessary for attenuating the desired light amount are increased, which causes warping or cracking of the optical filter. is there. Further, the first and second light absorption layers are preferably layers made of metal A oxide (AO) or metal A nitride (AN). Since metal oxide or nitride has a smaller extinction coefficient than metal, the thickness of each layer can be kept to some extent.
このため、膜設計の自由度が高まると共に、光吸収層の膜厚制御の安定性が向上し、分光特性が良好で且つ、光学特性の再現性の良い光学フィルタとすることができる。金属Aの酸化物(AO)あるいは金属Aの窒化物(AN)を第1及び第2吸収膜に使用する場合は、特にチタン酸化物(TiOx 0<x<2)を使用するのが好適である。TiOxは可視領域の吸収特性が比較的リニアであり、より透過率特性の平坦な光学フィルタとすることができるためである。
For this reason, the degree of freedom in film design is increased, the stability of the film thickness control of the light absorption layer is improved, and an optical filter having good spectral characteristics and good reproducibility of optical characteristics can be obtained. When the metal A oxide (AO) or the metal A nitride (AN) is used for the first and second absorption films, it is particularly preferable to use titanium oxide (
なお、第1及び第2光吸収層は真空蒸着、イオンプレーティング法、イオンアシスト法、など既知の様々な手法で成膜できる。 The first and second light absorption layers can be formed by various known techniques such as vacuum deposition, ion plating, and ion assist.
(中間層)
本発明の中間層は、第1及び第2光吸収層の間に形成された金属Aとは異なる金属元素である金属Bの酸化物BO又は窒化物BNの化合物から形成され、例えば、Si、Al、Mg、La、Zr、Ti、Nb、Taなどの酸化物、窒化物あるいは酸化窒化物から形成される。中間層は、本発明では多層構造、例えば、第1中間層と第2中間層とで形成する場合、第1中間層と第2中間層とは同系の材料を用いてもよいし、別の材料を用いてもよい。
(Middle layer)
The intermediate layer of the present invention is formed from a compound of an oxide BO or nitride BN of a metal B, which is a metal element different from the metal A formed between the first and second light absorption layers, for example, Si, It is formed from oxides, nitrides or oxynitrides such as Al, Mg, La, Zr, Ti, Nb and Ta. In the present invention, when the intermediate layer is formed of a multilayer structure, for example, the first intermediate layer and the second intermediate layer, the first intermediate layer and the second intermediate layer may use the same material, Materials may be used.
中間層は多層構造を有し、例えば、2層(第1及び第2中間層)で構成した場合、第1中間層を第1光吸収層上に形成し、この第1中間層上に第2中間層を形成する。そして、この第2中間層上に第2光吸収層を形成することにより、1つの光学調整層が形成される。 The intermediate layer has a multilayer structure. For example, when the intermediate layer is formed of two layers (first and second intermediate layers), the first intermediate layer is formed on the first light absorption layer, and the first intermediate layer is formed on the first intermediate layer. Two intermediate layers are formed. Then, one optical adjustment layer is formed by forming the second light absorption layer on the second intermediate layer.
この場合、第1中間層の可視光波長領域における消衰係数が、第2中間層の可視光波長領域における消衰係数よりも大きくなるように第1中間層を設ける。このとき、第1中間層を形成する化合物の消衰係数と、第2中間層を形成する化合物の消衰係数とは、同一の波長で大小関係が定義される。 In this case, the first intermediate layer is provided so that the extinction coefficient of the first intermediate layer in the visible light wavelength region is larger than the extinction coefficient of the second intermediate layer in the visible light wavelength region. At this time, the magnitude relationship between the extinction coefficient of the compound forming the first intermediate layer and the extinction coefficient of the compound forming the second intermediate layer is defined at the same wavelength.
なお、中間層は3層以上設けてもよい。その場合には、各中間層を形成する化合物を同系の材料とすることで、屈折率差の低減や密着性などの向上に有利である。 Note that three or more intermediate layers may be provided. In that case, the compound forming each intermediate layer is made of a similar material, which is advantageous in reducing the difference in refractive index and improving the adhesion.
例えば、酸化チタンの酸化物(TiOx)で形成された第1光吸収層上において第1中間層と第2中間層とを酸化アルミニウムでそれぞれ積層する場合、その第1中間層を形成する酸化アルミニウム(Al2Oy)の酸化数よりも第2中間層を形成する酸化アルミニウム(Al2Oz)の酸化数を大きく、すなわち、y<zの条件を満たすように形成する。第2中間層は例えばAl2O3となるように形成し、可視光波長における消衰係数が極力小さくなるようにすることが好ましい。 For example, when a first intermediate layer and a second intermediate layer are laminated with aluminum oxide on a first light absorption layer formed of a titanium oxide oxide (TiO x ), the oxidation that forms the first intermediate layer It is formed so that the oxidation number of aluminum oxide (Al 2 O z ) forming the second intermediate layer is larger than the oxidation number of aluminum (Al 2 O y ), that is, y <z is satisfied. The second intermediate layer is preferably formed to be, for example, Al 2 O 3 so that the extinction coefficient at the visible light wavelength is as small as possible.
例えば、第1中間層成膜時には、反応性ガスを導入しないで成膜し、第2中間層成膜時には酸素などの反応性ガスを十分に導入しながら成膜することで、第1中間層の可視光波長領域における消衰係数が、第2中間層の可視光波長領域における消衰係数よりも大きくなり、更に第2中間層の可視光波長領域における消衰係数がゼロに近くなる。なお、第1中間層成膜時に反応性ガスを導入しないことで、第1吸収層の消衰係数が中間層成膜時に変動することを抑制することができる。 For example, when forming the first intermediate layer, the first intermediate layer is formed by introducing the reactive gas without introducing a reactive gas, and forming the second intermediate layer while sufficiently introducing a reactive gas such as oxygen. The extinction coefficient in the visible light wavelength region of the second intermediate layer becomes larger than the extinction coefficient in the visible light wavelength region of the second intermediate layer, and the extinction coefficient in the visible light wavelength region of the second intermediate layer becomes close to zero. In addition, it can suppress that the extinction coefficient of a 1st absorption layer fluctuates at the time of intermediate layer film-forming by not introduce | transducing reactive gas at the time of 1st intermediate layer film-forming.
ここで、第1中間層の消衰係数を第2中間層と比べて大きく設定すると、第1中間層の光吸収率が大きくなるが、本発明では、光学フィルタの光吸収特性への変動要因を最小化するため、第1中間層の厚さを第2中間層よりも極力薄く、好ましくは第2中間層の半分以下の厚さ、より好ましくは1/4以下の厚さとするのが良い。 Here, if the extinction coefficient of the first intermediate layer is set to be larger than that of the second intermediate layer, the light absorption rate of the first intermediate layer increases. However, in the present invention, the variation factor of the optical absorption characteristics of the optical filter In order to minimize the thickness of the first intermediate layer, the thickness of the first intermediate layer should be as thin as possible, preferably less than half that of the second intermediate layer, more preferably less than 1/4. .
すなわち、第2中間層よりも大きい消衰係数となるように第1中間層を設けて、第2中間層成膜による第1光吸収層の消衰係数の変動を抑え、加えて第1中間層の厚さをなるべく薄くして光学フィルタの光吸収特性に対する影響を最小化し、更に第2中間層の消衰係数が実質ゼロになるように第2中間層を設けることにより、光学フィルタ全体の光吸収特性は、第1及び第2光吸収層によって定めることができる。つまり、中間層に影響されず、安定した光量調整の機能が第1及び第2光吸収層によって得られる。 That is, the first intermediate layer is provided so as to have a larger extinction coefficient than that of the second intermediate layer, and the fluctuation of the extinction coefficient of the first light absorption layer due to the formation of the second intermediate layer is suppressed. By reducing the thickness of the layer as much as possible to minimize the influence on the light absorption characteristics of the optical filter, and further providing the second intermediate layer so that the extinction coefficient of the second intermediate layer is substantially zero, The light absorption characteristics can be determined by the first and second light absorption layers. That is, the first and second light absorption layers can provide a stable light amount adjustment function without being affected by the intermediate layer.
また、第1中間層の消衰係数は0.1以下であることが好ましい。消衰係数が0.1より大きいと、光学フィルタの透過率特性に与える影響が大きくなり、透過率特性の著しい悪化を招く虞があるためである。 The extinction coefficient of the first intermediate layer is preferably 0.1 or less. This is because if the extinction coefficient is larger than 0.1, the influence on the transmittance characteristics of the optical filter is increased, and the transmittance characteristics may be significantly deteriorated.
更に、上述のように第1中間層は第2中間層よりも膜厚が薄く、具体的には60Å〜200Åであることが好ましい。60Åよりも膜厚が薄いと、第1中間層は海島構造となり、十分な層を形成しない虞があり、第2中間層成膜時に導入される反応性ガスによる第1光吸収層の酸化あるいは窒化を十分に防止できないことがある。一方、200Åよりも厚いと、第1中間層の有する可視光波長領域における微小な光吸収特性が光学フィルタの透過率平坦性に悪影響を与える虞がある。 Furthermore, as described above, the first intermediate layer is thinner than the second intermediate layer, and specifically, it is preferably 60 to 200 mm. If the film thickness is less than 60 mm, the first intermediate layer has a sea-island structure and there is a possibility that a sufficient layer may not be formed. The oxidation of the first light absorption layer by the reactive gas introduced during the formation of the second intermediate layer or the Nitriding may not be sufficiently prevented. On the other hand, if it is thicker than 200 mm, the minute light absorption characteristics in the visible light wavelength region of the first intermediate layer may adversely affect the transmittance flatness of the optical filter.
中間層は、光学フィルタの透過率平坦性をよりフラットにするための機能を有する。光吸収層の消衰係数は、可視光波長領域において必ずしも均一ではない。このため、光吸収層全体で吸収する光量を可視光波長領域で略均一とするために、光吸収層と中間層との界面で光干渉を起こさせ最適な条件で光を透過或は反射させる必要がある。 The intermediate layer has a function for flattening the transmittance flatness of the optical filter. The extinction coefficient of the light absorption layer is not necessarily uniform in the visible light wavelength region. Therefore, in order to make the amount of light absorbed by the entire light absorption layer substantially uniform in the visible light wavelength region, light interference occurs at the interface between the light absorption layer and the intermediate layer, and light is transmitted or reflected under optimum conditions. There is a need.
光吸収層の材質や必要とされる透過率平坦性にもよるが、光吸収層と中間層との界面で最適な光干渉を得るには、中間層として60〜1500Å程度の膜厚が必要となる。前述のように第1中間層は消衰係数が大きいため、中間層の膜厚が200Åより大きくなる場合は第1中間層と第2中間層の多層構造とし、第1中間層の膜厚を200Å以下とすることが好ましい。 Depending on the material of the light absorption layer and the required flatness of transmittance, a film thickness of about 60 to 1500 mm is required as the intermediate layer to obtain the optimum optical interference at the interface between the light absorption layer and the intermediate layer. It becomes. As described above, since the first intermediate layer has a large extinction coefficient, when the thickness of the intermediate layer is greater than 200 mm, a multilayer structure of the first intermediate layer and the second intermediate layer is used. It is preferable to make it 200 or less.
ここで、中間層を第1及び第2光吸収層の間に形成された金属Aとは異なる金属元素である金属Bの酸化物BO又は窒化物BNの化合物としたのは、光吸収層と中間層との屈折率差を効果的に持たせるためである。 Here, the intermediate layer is a compound of an oxide BO or nitride BN of a metal B which is a metal element different from the metal A formed between the first and second light absorption layers. This is to effectively provide a difference in refractive index from the intermediate layer.
前述のように、光学フィルタの透過率平坦性向上には光吸収層と中間層との光干渉効果を利用する必要があるが、光吸収層と中間層とが同一の金属元素からなる場合、十分な屈折率差を得ることができない虞があり、効果的な光干渉作用を得られないことがあるためである。 As described above, in order to improve the transmittance flatness of the optical filter, it is necessary to use the light interference effect between the light absorption layer and the intermediate layer, but when the light absorption layer and the intermediate layer are made of the same metal element, This is because a sufficient difference in refractive index may not be obtained, and an effective optical interference function may not be obtained.
第1及び第2中間層は、具体的には、真空蒸着、イオンプレーティング法、イオンアシスト法、など既知の様々な手法で成膜できる。例えば、第1及び第2中間層は、金属Bあるいは金属酸化物BOを出発材料として、第一中間層は酸素などの反応性ガスを導入しないで成膜し、第2中間層は十分な酸素あるいは窒素からなる反応性ガスを導入して成膜される。 Specifically, the first and second intermediate layers can be formed by various known methods such as vacuum deposition, ion plating, and ion assist. For example, the first and second intermediate layers are formed using metal B or metal oxide BO as a starting material, the first intermediate layer is formed without introducing a reactive gas such as oxygen, and the second intermediate layer has sufficient oxygen. Alternatively, the film is formed by introducing a reactive gas composed of nitrogen.
第1及び第2中間層は同じ金属Bから形成される金属酸化物BOあるいは金属窒化物BNからなる化合物であることが好ましい。同じ金属から形成することで、第1及び第2中間層の屈折率差を非常に小さくすることができ、第1及び第2中間層との光干渉により光学フィルタの透過率特性が悪化することを抑制することができる。 The first and second intermediate layers are preferably a compound made of the same metal B and a metal oxide BO or metal nitride BN. By forming from the same metal, the difference in refractive index between the first and second intermediate layers can be made extremely small, and the transmittance characteristics of the optical filter are deteriorated due to optical interference with the first and second intermediate layers. Can be suppressed.
更に、第1及び第2中間層が同じ金属Bからなる金属酸化物BOあるいは金属窒化物BNからなる化合物とすることで、第1及び第2中間層の密着を強固なものとすることが可能となる。 Furthermore, the first and second intermediate layers can be made tight by closely bonding the first and second intermediate layers by using a metal oxide BO made of the same metal B or a compound made of metal nitride BN. It becomes.
(反射防止層)
本発明の光学フィルタの最表層には、好ましくは反射防止層を形成する。反射防止層はSiO2やMgF2などの屈折率の小さい材料からなり、反射を抑制する波長領域の中心波長をλとした時、光学膜厚がλ/4程度となるように成膜される。ここで、光学膜厚とは、屈折率と物理膜厚の積で表される。反射防止層は真空蒸着法やイオンプレーティング法、イオンアシスト法、など既知の様々な手法で成膜できる。なお、反射防止層は必要に応じて屈折率の異なる複数の薄膜から形成されていてもよい。複数の薄膜から形成される場合も、最表層の光学膜厚はλ/4程度であることが好ましい。ここで、λ/4程度とは0.7〜1.3λ/4程度の膜厚を指す。
(Antireflection layer)
An antireflection layer is preferably formed on the outermost layer of the optical filter of the present invention. The antireflection layer is made of a material having a small refractive index, such as SiO 2 or MgF 2, and is formed so that the optical film thickness is about λ / 4, where λ is the central wavelength of the wavelength region for suppressing reflection. . Here, the optical film thickness is represented by the product of the refractive index and the physical film thickness. The antireflection layer can be formed by various known methods such as vacuum deposition, ion plating, and ion assist. The antireflection layer may be formed from a plurality of thin films having different refractive indexes as necessary. Also when formed from a plurality of thin films, the optical film thickness of the outermost layer is preferably about λ / 4. Here, about λ / 4 refers to a film thickness of about 0.7 to 1.3λ / 4.
<実施例1>
図2に本実施例に係る光学フィルタの構成図を示す。本実施例の光学フィルタは透明基板の両面に複数の光学調整層と反射防止層からなる光量調整膜8が形成された構成となっている。表1に実施例1に係る光学フィルタの設計例を設計例1として示す。
<Example 1>
FIG. 2 shows a configuration diagram of an optical filter according to the present embodiment. The optical filter of the present embodiment has a configuration in which a light
設計例1の光学フィルタ11は、厚み75μmのPET基板からなる透明基板に、TiOx(0<x<2)からなる第1及び第2光吸収層と、Al2Oy(第1酸化物)からなる第1中間層とAl2Oz(第2酸化物)からなる第2中間層が形成されている。
The
ここで、y<zであり、Al2Oyの可視光波長における消衰係数はAl2Ozの可視光波長における消衰係数よりも大きい。更に、最表層にMgF2からなる反射防止層が形成されている。 Here, y <z, and the extinction coefficient of Al 2 O y at the visible light wavelength is larger than the extinction coefficient of Al 2 O z at the visible light wavelength. Further, an antireflection layer made of MgF2 is formed on the outermost layer.
本実施例の光量調整膜8は、全ての光学調整層の光吸収層がTiOx、第一中間層が第1化合物Al2Oy、第2中間膜が第2化合物Al2Ozとなっている。図3に設計例1の光学フィルタの分光透過率特性を示す。
In the light
本実施例の光学フィルタの製造方法について説明する。実施例1の光学フィルタは真空蒸着法によって作製した。先ず、PET基板を成膜治具にセットし、PET基板の成膜する面を蒸着材料と対向するように蒸着ドームに取り付ける。蒸着ドームを蒸着チャンバーに投入し、排気を行う。蒸着チャンバー内が所望の真空度、例えば1.0×10−3Pa程度となったら、第1光吸収層の成膜を開始する。 A method for manufacturing the optical filter of this example will be described. The optical filter of Example 1 was produced by a vacuum deposition method. First, the PET substrate is set on a film forming jig, and is attached to the vapor deposition dome so that the film forming surface of the PET substrate faces the vapor deposition material. The vapor deposition dome is put into the vapor deposition chamber and exhausted. When the inside of the vapor deposition chamber reaches a desired degree of vacuum, for example, about 1.0 × 10 −3 Pa, film formation of the first light absorption layer is started.
第1光吸収層はチタン酸化物を出発材料とし、電子ビームにて坩堝に納められたチタン酸化物を加熱し、PET基板に蒸着させる。チタン酸化物はTiOx膜としてPET基板に蒸着される。本実施例では第1光吸収層成膜時に酸素などの反応性ガスを導入しなかったが、必要に応じて適宜導入してもよい。 The first light absorption layer uses titanium oxide as a starting material, and heats the titanium oxide stored in the crucible with an electron beam, and deposits it on the PET substrate. Titanium oxide is deposited on the PET substrate as a TiO x film. In this embodiment, no reactive gas such as oxygen was introduced when forming the first light absorption layer, but it may be introduced as needed.
続けて、第1光吸収層を所望の膜厚で成膜したら、次に第1中間層を成膜する。第1中間層は出発材料に酸化アルミニウムを用いる。坩堝に充填された出発材料である酸化アルミニウムを電子ビームで加熱し、酸素ガスを導入しないで蒸着させる。 Subsequently, after the first light absorption layer is formed with a desired film thickness, the first intermediate layer is formed next. The first intermediate layer uses aluminum oxide as a starting material. Aluminum oxide, which is a starting material filled in the crucible, is heated with an electron beam and evaporated without introducing oxygen gas.
酸素ガスを導入しないで成膜すると、電子ビームのエネルギーによって発生した出発材料である酸化アルミニウムの酸素欠損が、PET基板到達までの間に十分に補完されずに成膜される。第1中間層成膜時に酸素ガスを導入しないことで、第1吸収層の消衰係数の変動を抑制して、中間層を形成することができる。 When the film is formed without introducing oxygen gas, the oxygen vacancies of aluminum oxide, which is a starting material generated by the energy of the electron beam, are formed without being sufficiently supplemented before reaching the PET substrate. By not introducing oxygen gas during the formation of the first intermediate layer, it is possible to suppress the fluctuation of the extinction coefficient of the first absorption layer and form the intermediate layer.
更に、第1中間層の成膜が終了したら、第2中間層の成膜を行う。第2中間層は第1中間層と同じく、出発材料に酸化アルミニウムを用いる。第2中間層は、電子ビームによって出発材料である酸化アルミニウムを加熱し、チャンバー内の圧力が3.0×10−3Paとなるように酸素ガスを導入し成膜を行う。 Further, when the first intermediate layer is formed, the second intermediate layer is formed. Similar to the first intermediate layer, the second intermediate layer uses aluminum oxide as a starting material. The second intermediate layer is formed by heating aluminum oxide, which is a starting material, by an electron beam and introducing oxygen gas so that the pressure in the chamber becomes 3.0 × 10 −3 Pa.
このように成膜することで、電子ビームのエネルギーによって発生した出発材料の酸化アルミニウムの酸素欠損が、チャンバー内に導入された酸素によって十分に補完された層とすることができる。 By forming the film in this manner, a layer in which oxygen deficiency of the starting aluminum oxide generated by the energy of the electron beam is sufficiently supplemented by oxygen introduced into the chamber can be obtained.
なお、本実施例では、第2中間層成膜時の圧力を3.0×10−3Paとしたが、これに限らず成膜レートや成膜開始時の圧力に応じて最適な酸素ガス導入量とすればよい。ここで、第1中間層は第2中間層よりも膜厚が薄い構成となっている。 In this embodiment, the pressure at the time of forming the second intermediate layer is set to 3.0 × 10 −3 Pa. However, the pressure is not limited to this, and an optimal oxygen gas is used depending on the film formation rate and the pressure at the start of film formation. The amount introduced may be used. Here, the first intermediate layer is configured to be thinner than the second intermediate layer.
第1中間層と第2中間層は共にアルミニウムの酸化物だが、第1中間層は酸素欠損が生じた状態となっており、可視光波長領域に弱い吸収を有しているため、第1中間層を厚膜とすると光量調整膜の透過率平坦性を悪化させる虞があるためである。 Both the first intermediate layer and the second intermediate layer are oxides of aluminum, but the first intermediate layer is in a state where oxygen vacancies are generated and has a weak absorption in the visible light wavelength region. This is because if the layer is thick, the transmittance flatness of the light amount adjusting film may be deteriorated.
続けて、第2中間層の成膜が終わったら、第2吸収層であるTiOxを成膜する。第2吸収層は第1吸収層と同じ要領で成膜することができる。前述の要領で光吸収層と中間層を順次成膜していき、9層目の成膜が終わったら、反射防止層を形成する。なお、このような反射防止層は設けなくてもよい。 Subsequently, when the film formation of the second intermediate layer is finished, TiO x that is the second absorption layer is formed. The second absorption layer can be formed in the same manner as the first absorption layer. The light absorption layer and the intermediate layer are sequentially formed as described above, and when the ninth layer is formed, an antireflection layer is formed. Such an antireflection layer may not be provided.
本実施例では反射防止層としてMgF2を成膜した。反射防止層は出発材料である弗化マグネシウムが充填された坩堝を電子ビームにより加熱し、MgF2を所望の膜厚で成膜する。反射防止層の成膜が終わったら、ベントを行い、蒸着機チャンバー内の圧力を常圧とし、PET基板を取り出す。更に、PET基板の反対面にも同様に光吸収層、中間層及び反射防止層からなる光量調整膜を形成する。 In this example, MgF 2 was deposited as an antireflection layer. As the antireflection layer, a crucible filled with magnesium fluoride as a starting material is heated by an electron beam to form a MgF 2 film with a desired thickness. When film formation of the antireflection layer is completed, venting is performed, the pressure in the vapor deposition chamber is set to normal pressure, and the PET substrate is taken out. Further, a light amount adjustment film comprising a light absorption layer, an intermediate layer and an antireflection layer is also formed on the opposite surface of the PET substrate.
特に、本実施例の様に、透明基板として樹脂製基板などを用いる場合は、透明基板の両面に光量調整膜を設けることが好ましく、基板の両面に設けられた光量調整膜が略同一の設計であることが更に好ましい。このような構成とすることで、透明基板として比較的剛性の低い樹脂基板を用いても、反りやうねりの小さい光学フィルタとすることができる。 In particular, when a resin substrate or the like is used as the transparent substrate as in this embodiment, it is preferable to provide a light amount adjustment film on both surfaces of the transparent substrate, and the light amount adjustment films provided on both surfaces of the substrate are designed to be substantially the same. More preferably. With such a configuration, even when a resin substrate having relatively low rigidity is used as the transparent substrate, an optical filter with small warpage and undulation can be obtained.
本実施例では、同一設計の光量調整膜が透明基板の両面に形成された光学フィルタとしたが、光量調整膜が透明基板の片方のみに構成されていてもよいし、それぞれの面で異なる膜設計の光量調整膜としてもよい。また、基板の一方の面のみに光量調整膜が形成されていてもよい。 In the present embodiment, the optical filter in which the light amount adjusting film of the same design is formed on both surfaces of the transparent substrate is used. However, the light amount adjusting film may be formed only on one side of the transparent substrate, or different films on each surface. It is good also as a design light quantity adjustment film | membrane. Further, a light amount adjustment film may be formed only on one surface of the substrate.
また、透明基板と光量調整膜との界面に下地層を設けてもよい。下地層としては金属の酸化物が好ましく、例えばSiO2やAl2O3、TiO2などが好適である。下地層としては、光量調整膜の透過率平坦性に影響を与えないことが好ましく、可視光波長領域において光吸収性が小さいことが好ましい。 Moreover, you may provide a base layer in the interface of a transparent substrate and a light quantity adjustment film | membrane. Preferably oxides of metals as the base layer, for example SiO 2 or Al 2 O 3, etc. TiO 2 is preferred. The underlayer preferably does not affect the transmittance flatness of the light amount adjusting film, and preferably has low light absorption in the visible light wavelength region.
具体的には、第2中間層と同程度の酸化数、即ち、略完全に酸化した金属酸化物であることが好ましい。これらの下地層を設けることで、透明基板と光量調整膜との密着性を向上させることができる。更に、特に本実施例の様にガラス製と比較して吸水率の大きい樹脂製の透明基板を用いた場合、下地層を設けることで、透明基板から第一層へ水蒸気や酸素などが移動するのを抑制する効果も期待できる。 Specifically, it is preferable that the oxidation number is the same as that of the second intermediate layer, that is, it is a metal oxide that is almost completely oxidized. By providing these base layers, the adhesion between the transparent substrate and the light amount adjusting film can be improved. Furthermore, when a transparent substrate made of a resin having a large water absorption rate is used as in this embodiment, water vapor and oxygen move from the transparent substrate to the first layer. The effect which suppresses this can also be expected.
なお、設計例1では、全ての中間層が多層構造となっているが、例えば表2の設計例2で示すように、一部の中間層が1層からなる構成であってもよい。設計例2では4層目と6層目の光吸収層の間に存在する中間層がAl3Oyのみとなっている。 In the design example 1, all the intermediate layers have a multilayer structure. However, for example, as shown in the design example 2 in Table 2, a configuration in which a part of the intermediate layers is composed of one layer may be used. In design example 2, the intermediate layer existing between the fourth and sixth light absorption layers is only Al 3 O y .
設計例2においては、5層目の中間層に求められる膜厚が十分に薄く、5層目の中間層の酸素欠損による光吸収は、光量調整膜の平坦性に影響を与えないレベルの膜厚であるためである。図3に設計例2の光学フィルタの分光透過率特性を示す。 In design example 2, the film thickness required for the fifth intermediate layer is sufficiently small, and the light absorption due to oxygen vacancies in the fifth intermediate layer does not affect the flatness of the light amount adjustment film. This is because it is thick. FIG. 3 shows the spectral transmittance characteristics of the optical filter of design example 2.
設計例1では、第1中間層と第2中間層を共に金属酸化物(Al2OyまたはAl2Oz)としたが、設計例3で示すように、例えば第1中間層を第1化合物SiOn、第2中間層を第2化合物Si3Nmの様に、一方を金属酸化物(第1酸化物)、もう一方を金属窒化物(第2窒化物)としてもよい。この場合も、第1中間層の可視光波長領域における消衰係数は、第2中間層の可視光波長領域における消衰係数よりも大きく、且つ、第1中間層は第2中間層よりも薄い層となっている。
In design example 1, both the first intermediate layer and the second intermediate layer are made of metal oxide (Al 2 O y or Al 2 O z ). However, as shown in design example 3, for example, the first intermediate layer is made of the
なお、第2中間層のSi3Nmは十分に窒化した状態、即ちSi3N4となるように成膜され、可視光波長領域における消衰係数が略ゼロであることが好ましい。ここで、SiOnは酸化ケイ素を出発材料として、電子ビームにより酸化ケイ素を加熱し、反応性ガスを導入することなく成膜することで得られ、窒化膜SiNmはケイ素を出発材料とし、電子ビームによって出発材料であるケイ素を加熱し、チャンバー内の圧力が8.0×10−3Paとなるように窒素ガスを導入し成膜することで得られる。 The Si 3 N m of the second intermediate layer is preferably formed in a sufficiently nitrided state, that is, Si 3 N 4, and the extinction coefficient in the visible light wavelength region is preferably substantially zero. Here, SiO n is obtained by heating silicon oxide with an electron beam using silicon oxide as a starting material and forming a film without introducing a reactive gas, and nitride film SiN m is obtained by using silicon as a starting material. It is obtained by heating silicon as a starting material with a beam and introducing nitrogen gas so that the pressure in the chamber becomes 8.0 × 10 −3 Pa.
このように成膜することで、中間層成膜による第1光吸収層の消衰係数の変動を抑制することができ、光学特性の安定した光学調整膜とすることができる。図3に設計例3(表3)の光学フィルタの分光透過率特性を示す。 By forming the film in this way, the fluctuation of the extinction coefficient of the first light absorption layer due to the intermediate layer film formation can be suppressed, and an optical adjustment film having stable optical characteristics can be obtained. FIG. 3 shows the spectral transmittance characteristics of the optical filter of Design Example 3 (Table 3).
光量調整膜は、面方向に段階的あるいは連続的に透過率が変化する領域を有していてもよい。段階的に透過率濃度の異なる光学フィルタは、例えば、光学調整膜を成膜する際に、開口の異なる複数の成膜マスクを使用することで作製できる。 The light amount adjustment film may have a region where the transmittance changes stepwise or continuously in the surface direction. Optical filters having different transmittance densities in stages can be produced, for example, by using a plurality of film formation masks having different openings when forming an optical adjustment film.
成膜マスクは、透明基板に形成される蒸着膜の範囲を決定するもので、成膜マスクの開口が透明基板への成膜領域となる。開口の異なる複数の成膜マスクを使用して、複数回蒸着をすることで、それぞれの蒸着工程で成膜される領域が異なるため、段階的に透過率の異なる光量調整膜とすることができる。 The film formation mask determines the range of the vapor deposition film formed on the transparent substrate, and the opening of the film formation mask becomes a film formation region on the transparent substrate. By using a plurality of film formation masks with different openings and performing vapor deposition a plurality of times, the regions where the film is formed in the respective vapor deposition processes are different. .
透過率が連続的に変化する光学フィルタは、例えば、光量調整膜の透過率を主に決定している光吸収層の膜厚を面方向で連続的に変化さたり、光吸収層の成膜時の反応性ガス導入量を調整し面方向で酸化数あるいは窒化数を連続低に変化させることで作製できる。 An optical filter whose transmittance changes continuously is, for example, that the thickness of the light absorption layer, which mainly determines the transmittance of the light amount adjustment film, changes continuously in the plane direction, or the light absorption layer is formed. It can be produced by adjusting the amount of reactive gas introduced at the time and changing the oxidation number or nitridation number continuously low in the surface direction.
なお、段階的あるいは連続的に透過率が変化する場合、光吸収層の成膜されていない領域、即ち略透明な領域が光学フィルタ内に存在することが好ましい。段階的あるいは連続的に透過率が変化する光量調整膜は前述した手法に限らず、すでに既知の様々な方法で作製可能である。 When the transmittance changes stepwise or continuously, it is preferable that a region where the light absorption layer is not formed, that is, a substantially transparent region exists in the optical filter. The light amount adjusting film whose transmittance changes stepwise or continuously is not limited to the above-described method, and can be manufactured by various known methods.
<実施例2>
図4には本実施例に係る光学フィルタの構成図を示す。本実施例の光学フィルタは透明基板1の一方の面に光量調整膜8、もう一方の面に反射防止膜9が構成された構成となっている。表4に実施例2に係る光学調整フィルタの設計例を設計例4として示す。
<Example 2>
FIG. 4 shows a configuration diagram of an optical filter according to the present embodiment. The optical filter of this embodiment has a configuration in which the light
本実施例の光学フィルタは、透明基板である板厚400μmのガラス基板(B270i:ショット社製)の一方の面に光吸収層及び中間層からなる光学調整層が形成されており、もう一方の面に複数層からなる反射防止膜が形成された構成となっている。設計例4の光学フィルタは図5に示したような分光透過率特性を有し、可視光波長領域における分光透過率が略均一となっている。
In the optical filter of this example, an optical adjustment layer composed of a light absorption layer and an intermediate layer is formed on one surface of a
設計例4の光学調整膜は光吸収層としてTiOx及びTiを用いている。設計例4では透明基板の片面のみで光を減衰することが光量調整膜に求められる。このため、設計例4では、光吸収層の一部に金属膜であるTiを使用した。TiはTiOxと比較し消衰係数が大きく、Tiを使用することで、光吸収層のトータル膜厚を薄くすることができる。 The optical adjustment film of design example 4 uses TiO x and Ti as the light absorption layer. In design example 4, the light amount adjustment film is required to attenuate light only on one side of the transparent substrate. For this reason, in the design example 4, Ti which is a metal film is used for a part of the light absorption layer. Ti has a larger extinction coefficient than TiO x, and the use of Ti can reduce the total thickness of the light absorption layer.
Tiは蒸着材料として金属チタンを使用し、金属チタンを充填した坩堝に電子ビームを照射し、成膜時に酸素ガスなどの反応性ガスを導入することなく成膜することで形成される。他の光吸収層であるTiOx、第1及び第2中間層に関しては、実施例1と同様の条件で成膜した。 Ti is formed by using metal titanium as an evaporation material, irradiating a crucible filled with metal titanium with an electron beam, and forming a film without introducing a reactive gas such as oxygen gas during film formation. The other light absorbing layers, TiO x and the first and second intermediate layers, were formed under the same conditions as in Example 1.
なお、設計例4では光吸収層の一部のみを金属膜としたが、光吸収層の全ての層を金属膜としてもよいし、金属膜を使用しなくてもよい。また、第1吸収層と第2吸収層を形成する金属元素が異なっていてもよい。 In Design Example 4, only a part of the light absorption layer is a metal film. However, all layers of the light absorption layer may be a metal film, or the metal film may not be used. Moreover, the metal element which forms a 1st absorption layer and a 2nd absorption layer may differ.
ここで、反射防止膜について説明する。設計例4において反射防止膜は、透明基板の光量調整膜が成膜されていない面の表面反射を抑制するために設けられる。反射防止膜は屈折率の異なる複数の薄膜を積層することで形成され、設計例4ではTiO2とSiO2が交互に4層積層されている。 Here, the antireflection film will be described. In design example 4, the antireflection film is provided to suppress surface reflection of the surface of the transparent substrate on which the light amount adjustment film is not formed. The antireflection film is formed by laminating a plurality of thin films having different refractive indexes. In the design example 4, four layers of TiO 2 and SiO 2 are alternately laminated.
設計例4ではTiO2とSiO2を用いているが、これらに限らずMgF2、SiO、Si3H4、Al2O3、MgO、LaTiO3、ZrO2、Nb2O5、Ta2O5など様々な材料を任意に組み合わせて使用することができる。 In design example 4, TiO 2 and SiO 2 are used, but not limited thereto, MgF 2 , SiO, Si 3 H 4 , Al 2 O 3 , MgO, LaTiO 3 , ZrO 2 , Nb 2 O 5 , Ta 2 O Various materials such as 5 can be used in any combination.
反射防止膜の最表層は、低屈折率材料とすることが好ましく、実施例4ではSiO2としているが、MgF2も好適に使用できる。本実施例において、反射防止膜を複数層からなるものとしたのは、光量調整膜の透過率平坦性に極力影響を与えないようにするためである。 The outermost layer of the antireflection film is preferably a low refractive index material, although the SiO 2 In Example 4, MgF 2 can be preferably used. In this embodiment, the reason why the antireflection film is composed of a plurality of layers is to prevent the transmittance flatness of the light amount adjustment film from being affected as much as possible.
単層の反射防止膜は、中心波長において反射率が最も低くなり、中心波長から遠ざかるにつれて徐々に反射率が上昇する。すなわち、単層から形成される反射防止膜の場合、反射防止膜の中心波長から遠ざかるに従い、反射防止膜の影響で光学フィルタの透過率が低くなり、透過率平坦性の悪化を招く虞がある。一方、反射防止膜を複数層からなる積層構造とすることで、単層の反射防止膜と比較して広い波長範囲で反射を抑制することができ、光学フィルタの透過率平坦性を著しく悪化することを抑制することができる。 The single-layer antireflection film has the lowest reflectance at the center wavelength, and the reflectance gradually increases as the distance from the center wavelength increases. That is, in the case of an antireflection film formed from a single layer, as the distance from the center wavelength of the antireflection film increases, the transmittance of the optical filter decreases due to the influence of the antireflection film, and the flatness of the transmittance may be deteriorated. . On the other hand, when the antireflection film has a laminated structure composed of a plurality of layers, reflection can be suppressed in a wider wavelength range than a single-layer antireflection film, and the transmittance flatness of the optical filter is significantly deteriorated. This can be suppressed.
本実施例では第1中間層と第2中間層に金属酸化物を用いたが、設計例2の様に、単層の中間層を含んでいてもよいし、設計例3の様に第一中間層に金属酸化物、第2中間層に金属窒化物を用いてもよい。なお、実施例1と同様に、本実施例における光量調整膜においても、段階的あるいは連続的に透過率が変化する領域を有していてもよい。 In this embodiment, metal oxides are used for the first intermediate layer and the second intermediate layer. However, a single intermediate layer may be included as in Design Example 2, or the first intermediate layer may be included as in Design Example 3. A metal oxide may be used for the intermediate layer, and a metal nitride may be used for the second intermediate layer. As in the first embodiment, the light amount adjustment film in this embodiment may have a region where the transmittance changes stepwise or continuously.
<実施例3>
図6に本実施例に係る光学フィルタの構成図を示す。本実施例の光学フィルタは、透明基板の一方の面に光量調整膜、もう一方の面に赤外カット膜が形成された構造となっている。表5に実施例3に係る光学フィルタの設計例を設計例5として示す。
<Example 3>
FIG. 6 shows a configuration diagram of an optical filter according to the present embodiment. The optical filter of this example has a structure in which a light amount adjusting film is formed on one surface of a transparent substrate and an infrared cut film is formed on the other surface. Table 5 shows a design example of the optical filter according to Example 3 as Design Example 5.
本実施例の光学フィルタは、可視光を略透過し、赤外光波長領域に吸収機能を有する板厚400μmの赤外吸収ガラス(NF50T:旭硝子社製)を透明基板1とし、赤外吸収ガラスの一方の面に、光吸収層及び中間層からなる光学調整層を有する光量調整膜8が形成されており、もう一方の面に屈折率の異なる複数の薄膜の積層体からなる赤外カット膜10が形成されている。設計例5の光学フィルタの分光特性を図7に示す。
The optical filter of this example uses an infrared absorbing glass (NF50T: manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) having a thickness of 400 μm that substantially transmits visible light and has an absorption function in the infrared wavelength region as a
設計例5の光学フィルタは、光量調整膜により可視光波長領域の透過率が略均一に減衰されると同時に、赤外カット膜によって近赤外光波長領域の光の透過が遮蔽されている。 In the optical filter of design example 5, the transmittance in the visible light wavelength region is attenuated substantially uniformly by the light amount adjusting film, and at the same time, the transmission of light in the near infrared wavelength region is shielded by the infrared cut film.
本実施例の光学フィルタの製造方法について説明する。赤外吸収ガラスを成膜治具にセットし、実施例1と同様の方法で赤外吸収ガラスの一方の面に光量調整膜を形成する。次に、赤外吸収ガラスの光量調整膜を形成した面とは反対面に赤外カット膜を形成する。 A method for manufacturing the optical filter of this example will be described. The infrared absorbing glass is set on a film forming jig, and a light amount adjusting film is formed on one surface of the infrared absorbing glass in the same manner as in the first embodiment. Next, an infrared cut film is formed on the surface opposite to the surface on which the light amount adjustment film of the infrared absorption glass is formed.
ここで、赤外カット膜について説明する。赤外カット膜は屈折率の異なる複数の薄膜積層構造体である。薄膜の屈折率差を利用して光干渉を発現させ、赤外光波長領域の光を反射するように積層される。薄膜材料としては、MgF2、SiO2、SiO、Si3H4、Al2O3、MgO、LaTiO3、ZrO2、TiO2、Nb2O5、Ta2O5などを用いることができる。
Here, the infrared cut film will be described. The infrared cut film is a plurality of thin film laminated structures having different refractive indexes. The thin film is laminated so as to reflect the light in the infrared wavelength region by expressing optical interference using the difference in refractive index of the thin film. The thin film material may be used MgF 2, SiO 2, SiO, Si 3 H 4, Al 2
赤外カット膜は、赤外カット膜によって形成されるカット波長領域における中心波長をλとすると、光学膜厚がλ/4程度、具体的には0.7〜1.3λ/4程度の屈折率の異なる無機薄膜が複数積層された構造を基本構成としている。但し、透過帯域のリップルを低減するためにλ/4から大きく離れた層を有していても良い。特に透明基板との界面にリップルを低減する層を複数層形成することが効果的である。 The infrared cut film is a refraction having an optical film thickness of about λ / 4, specifically about 0.7 to 1.3λ / 4, where λ is the center wavelength in the cut wavelength region formed by the infrared cut film. The basic structure is a structure in which a plurality of inorganic thin films having different rates are stacked. However, in order to reduce the ripple in the transmission band, a layer greatly separated from λ / 4 may be provided. In particular, it is effective to form a plurality of layers that reduce ripples at the interface with the transparent substrate.
赤外カット膜は図8に示したような分光特性を有しており、透過領域からカット領域へと遷移する遷移波長領域を有し、この遷移波長領域中に透過率が50%となる赤外半値波長が存在する。本実施例で使用したような赤外吸収ガラスも赤外半値波長を有しているが、赤外カット膜によって形成される赤外半値波長が赤外吸収ガラスの赤外半値波長よりも長波長側に存在するようにすることが好ましい。 The infrared cut film has a spectral characteristic as shown in FIG. 8 and has a transition wavelength region that transitions from the transmission region to the cut region, and a red light with a transmittance of 50% in this transition wavelength region. There is an outer half-value wavelength. Although the infrared absorption glass used in this example also has an infrared half-value wavelength, the infrared half-value wavelength formed by the infrared cut film is longer than the infrared half-value wavelength of the infrared absorption glass. It is preferable to be present on the side.
赤外カット膜と比較し、赤外吸収ガラスの赤外半値波長は製造方法的にバラつきが発生しにくい。このため、主に赤外吸収ガラスにより赤外半値波長が決定する構成とすることで、赤外半値波長の安定した光学フィルタとすることができる。 Compared with the infrared cut film, the infrared half-value wavelength of the infrared absorbing glass is less likely to vary in the manufacturing method. For this reason, it can be set as the optical filter with which the infrared half value wavelength was stabilized by setting it as the structure which an infrared half value wavelength mainly determines with infrared absorption glass.
赤外カット膜においては薄膜の屈折率差が大きい方が、所望の分光特性を得るのに必要な積層数が少なくなるため、極力屈折率差の大きい組み合わせとするのが好ましく、本実施例ではSiO2とTiO2により赤外カット膜を形成した。この組み合わせとしたのは、実質的に屈折率差が最も大きくなる組合せであるためである。 In the infrared cut film, the larger the refractive index difference of the thin film, the fewer the number of layers necessary for obtaining the desired spectral characteristics, so it is preferable that the combination has a large refractive index difference as much as possible. An infrared cut film was formed of SiO 2 and TiO 2 . The reason for this combination is that the combination has the largest refractive index difference.
赤外カット膜は次のように作製する。赤外吸収ガラスの光学調整層を形成した面とは反対の面が、蒸着材料と対応するように蒸着ドームにセットし、蒸着チャンバー内の圧力が1.0×10−3Paになるまで排気を行う。チャンバー内の圧力が1.0×10−3Paに到達したら、坩堝に充填されたSiO2層の出発材料である酸化ケイ素を電子ビームにより加熱し、蒸着させる。 The infrared cut film is produced as follows. The surface opposite to the surface on which the optical adjustment layer of the infrared absorption glass is formed is set in the vapor deposition dome so as to correspond to the vapor deposition material, and exhausted until the pressure in the vapor deposition chamber becomes 1.0 × 10 −3 Pa. I do. When the pressure in the chamber reaches 1.0 × 10 −3 Pa, silicon oxide, which is a starting material for the SiO 2 layer filled in the crucible, is heated by an electron beam and evaporated.
この時、蒸着チャンバー内にプラズマを発生させ、蒸着成分がプラズマ雰囲気を通って赤外吸収ガラスへと到達するように成膜する。SiO2層が所定の厚みとなったら、次にTiO2層を形成する。TiO2層の出発材料には酸化チタンを用い、坩堝に充填された酸化チタンを電子ビームにて加熱し、SiO2層成膜時と同様に蒸着チャンバー内にプラズマを発生させ、プラズマ雰囲気を通過した蒸着成分が赤外吸収ガラスに到達するように成膜する。このように所望の積層数SiO2層とTiO2層を交互に積層していく。 At this time, plasma is generated in the vapor deposition chamber, and the film is formed so that the vapor deposition component reaches the infrared absorption glass through the plasma atmosphere. When the SiO 2 layer has a predetermined thickness, a TiO 2 layer is formed next. Titanium oxide is used as the starting material for the TiO 2 layer, and the titanium oxide filled in the crucible is heated with an electron beam to generate plasma in the vapor deposition chamber and pass through the plasma atmosphere in the same manner as when forming the SiO 2 layer. The film is deposited so that the deposited components reach the infrared absorbing glass. In this way, the desired number of layers SiO 2 layers and TiO 2 layers are alternately stacked.
設計例5では、赤外カット膜を一方の面に積層したが、図9(a)に示すように透明基板1のそれぞれの面に分割して赤外カット膜10a,赤外カット膜10bを成膜してもよい。赤外カット膜10を分割して成膜する場合は、図10に示すように、透明基板のそれぞれの面に形成する赤外カット膜10a、10bのカット波長が異なり、且つ、少なくとも一部が重なるような光学特性とすることが好ましい。このように形成することで、効率的に赤外光波長をカットすることが可能となると共に、赤外波長領域でカット機能が不十分な領域をなくすことができる。
In the design example 5, the infrared cut film is laminated on one surface, but as shown in FIG. 9A, the
更に、設計例5では透明基板の一方の面に光量調整膜を形成したが、図9(b)に示すように透明基板の両面に光量調整膜8a、光量調整膜8bを形成してもよい。この時、透明基板の両面に形成された光量調整膜を合わせて、所望の光量を減衰できるように形成する。
Furthermore, in Design Example 5, the light amount adjustment film is formed on one surface of the transparent substrate. However, as shown in FIG. 9B, the light
なお、赤外カット膜と光量調整膜とを基板の同一面に設ける場合、赤外カット膜上に光量調整膜を形成することで、帯電防止機能を有する光学フィルタとすることができる。光量調整膜は、導電性を有する光吸収層(金属あるいは金属の酸化物又は窒化物)を有し、反射防止層などを有していても表面抵抗率は10×1010Ω/□程度以下であり、十分に帯電防止機能を有しているためである。このため、異物などの付着しにくい光学フィルタとすることができる。 In the case where the infrared cut film and the light amount adjustment film are provided on the same surface of the substrate, an optical filter having an antistatic function can be obtained by forming the light amount adjustment film on the infrared cut film. The light amount adjustment film has a conductive light absorption layer (metal or metal oxide or nitride), and even if it has an antireflection layer, the surface resistivity is about 10 × 10 10 Ω / □ or less. This is because it has a sufficient antistatic function. For this reason, it can be set as the optical filter which a foreign material etc. cannot adhere easily.
一方、光量調整膜上に赤外カット膜を形成することで、光学特性を長期に安定させることができる。光量調整膜は金属あるいは金属の酸化物又は窒化物からなる光吸収層が、大気中の酸素や水蒸気と接することで酸化が促進され、経時的に透過率が上昇することがあるが、赤外カット膜を光量調整膜上に形成することで第一層が酸素や水蒸気と接するのを抑制し、透過率変化が生じにくくなる。 On the other hand, by forming an infrared cut film on the light amount adjustment film, the optical characteristics can be stabilized for a long time. The light amount adjustment film is a light absorption layer made of metal or metal oxide or nitride, and is in contact with oxygen or water vapor in the atmosphere, so that oxidation is accelerated and transmittance may increase over time. By forming the cut film on the light amount adjustment film, the first layer is prevented from coming into contact with oxygen or water vapor, and the transmittance change is less likely to occur.
更には、端面を含む赤外カット膜を光量調整膜で覆う、あるいは、端面を含む光量調整膜を赤外カット膜で覆う構成にすることが好ましい。このようにすることで、上述の帯電防止機能あるいは光学特性の長期安定性を更に向上させることができる。 Furthermore, it is preferable that the infrared cut film including the end face is covered with the light amount adjusting film, or the light quantity adjusting film including the end face is covered with the infrared cut film. By doing in this way, the above-mentioned antistatic function or long-term stability of optical characteristics can be further improved.
光量調整膜と赤外カット膜は形成方法によっては、応力方向が異なることがある。このため、光量調整膜と赤外カット膜とを透明基板の同一面に形成した場合、光量調整膜と赤外カット膜との界面における密着性が問題となることがある。このような場合は、光量調整膜と赤外カット膜との界面に密着層を設けると良い。密着層としては、光量調整膜と赤外カット膜との応力差を緩和する応力緩和層が最適で、連続的に応力が変化する層などが好適である。 The stress direction may be different between the light amount adjusting film and the infrared cut film depending on the forming method. For this reason, when the light quantity adjustment film and the infrared cut film are formed on the same surface of the transparent substrate, the adhesion at the interface between the light quantity adjustment film and the infrared cut film may be a problem. In such a case, an adhesion layer may be provided at the interface between the light amount adjustment film and the infrared cut film. As the adhesion layer, a stress relaxation layer that relaxes the stress difference between the light amount adjusting film and the infrared cut film is optimal, and a layer in which stress continuously changes is preferable.
このような応力緩和層としては、例えば、酸化数が膜厚方向で連続的に変化する層や膜密度が連続的に変化する層が挙げられる。酸化数が膜厚方向で連続的に変化する層は、例えば、複数の蒸着材料を同時に成膜し、その混合比率を変化させること得られる。また、膜密度が連続的に変化する層としては、例えば成膜時の蒸着チャンバー内圧力を連続的に変化させることで得られる。更に、応力緩和層は金属膜であってもよい。 Examples of such a stress relaxation layer include a layer in which the oxidation number changes continuously in the film thickness direction and a layer in which the film density changes continuously. The layer whose oxidation number continuously changes in the film thickness direction can be obtained, for example, by simultaneously forming a plurality of vapor deposition materials and changing the mixing ratio. Further, the layer in which the film density continuously changes can be obtained, for example, by continuously changing the pressure in the vapor deposition chamber during film formation. Furthermore, the stress relaxation layer may be a metal film.
金属膜は金属結合からなる膜であり、共有結合やイオン結合からなる膜に比べ、延性に優れ、比較的自由に変形可能である。このため、応力方向の異なる光量調整膜と赤外カット膜との間に、金属膜を配置することで、光量調整膜と赤外カット膜の応力エネルギーが金属膜の変形に使用され、光量調整膜と赤外カット膜との界面での剥離を抑制できる。 The metal film is a film made of a metal bond and has excellent ductility and can be deformed relatively freely as compared with a film made of a covalent bond or an ionic bond. For this reason, by arranging a metal film between the light amount adjustment film and the infrared cut film with different stress directions, the stress energy of the light amount adjustment film and the infrared cut film is used for the deformation of the metal film, and the light amount adjustment Peeling at the interface between the film and the infrared cut film can be suppressed.
更に、光量調整膜と赤外カット膜を透明基板の同一面にもうける場合、光量調整膜と赤外カット膜との間に干渉調整層を導入してもよい。干渉調整層は光量調整膜と赤外カット膜との干渉条件を調整するための層であり、光量調整膜と赤外カット膜を積層することで発生するリップルを調整する。 Further, when the light amount adjustment film and the infrared cut film are provided on the same surface of the transparent substrate, an interference adjustment layer may be introduced between the light amount adjustment film and the infrared cut film. The interference adjustment layer is a layer for adjusting the interference condition between the light quantity adjustment film and the infrared cut film, and adjusts the ripple generated by stacking the light quantity adjustment film and the infrared cut film.
干渉調整膜は例えばTiO2などが好適に使用できるが、これ以外にも、MgF2、SiO2、SiO、Si3H4、Al2O3、MgO、LaTiO3、ZrO2、Nb2O5、Ta2O5なども好適に使用でき、単層あるいは積層体とのいずれの構成としてもよい。 For example, TiO 2 can be suitably used as the interference adjustment film, but besides this, MgF 2 , SiO 2 , SiO, Si 3 H 4 , Al 2 O 3 , MgO, LaTiO 3 , ZrO 2 , Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 and the like can also be suitably used, and any structure of a single layer or a laminate may be used.
赤外カット膜は、紫外線領域の透過をカットする機能を有していてもよい。紫外線カット機能は、カットする紫外線領域の波長をλとした時、それぞれの層の光学膜厚が略λ/4となるように、屈折率の異なる薄膜を積層することで得られる紫外線カット膜によってもたらされる。 The infrared cut film may have a function of cutting transmission in the ultraviolet region. The UV cut function is achieved by an UV cut film obtained by laminating thin films with different refractive indexes so that the optical film thickness of each layer is approximately λ / 4, where λ is the wavelength of the ultraviolet region to be cut. Brought about.
紫外線カット膜は赤外カット膜と同様の材料を使用することができ、薄膜間の屈折率差が大きいほど積層数は少なくすることができる。例えば、SiO2層とTiO2層の組合せは実質的に屈折率差の最も大きい組み合わせとなり好適である。 The ultraviolet cut film can use the same material as the infrared cut film, and the larger the refractive index difference between the thin films, the smaller the number of layers. For example, a combination of a SiO 2 layer and a TiO 2 layer is preferable because it is a combination having the largest refractive index difference.
本実施例では光量調整膜の第1中間層と第2中間層に金属酸化物を用いたが、設計例2の様に単層の中間層を含んでいてもよいし、設計例3の様に第一中間層に金属酸化物、第2中間層に金属窒化物を用いてもよい。なお、光量調整膜は実施例1と同様、基板の面方向に対して段階的あるいは連続的に透過率が変化する領域を有していてもよい。 In this embodiment, a metal oxide is used for the first intermediate layer and the second intermediate layer of the light amount adjustment film. However, a single-layer intermediate layer may be included as in Design Example 2, or as in Design Example 3. Alternatively, a metal oxide may be used for the first intermediate layer, and a metal nitride may be used for the second intermediate layer. Note that, similarly to the first embodiment, the light amount adjustment film may have a region where the transmittance changes stepwise or continuously with respect to the surface direction of the substrate.
図11にカメラなどの撮像光学系を示す。入射光はレンズ12、15〜17、絞り羽根13a、13bや光学フィルタ11等から形成される光量調整装置20を通り、CCDやCMOSセンサから成る撮像素子18へと入射して電気信号に変換され映像化される。
FIG. 11 shows an imaging optical system such as a camera. Incident light passes through a light
絞り羽根13a、13bの位置情報は光量制御部19へと伝達され、光量制御部19は撮像素子18からの光量情報と絞り羽根13a、13bの位置情報から最適な開口となるように絞り羽根13a、13bを駆動させる。
The position information of the
光学フィルタ11は、絞り羽根13a、13bが一定の開口以下となると光学フィルタ駆動部14によって光路に挿入され、絞り羽根13a、13bの開口が小さくなり過ぎることで発生するフレアなどの弊害を抑制する。
The
光学フィルタ11には、実施例1〜3で作製した光学フィルタが挿入され、撮影時の光量に応じて適宜光路に挿入される。
The optical filter produced in Examples 1 to 3 is inserted into the
ここで、実施例3の光学フィルタを用いる場合は、赤外半値波長を有する赤外カット膜と撮像素子との間に光量調整膜が存在するように配置されることが好ましい。このように配置することで、ゴーストの発生を抑制することができる。 Here, when using the optical filter of Example 3, it is preferable to arrange | position so that a light quantity adjustment film may exist between the infrared cut film which has an infrared half value wavelength, and an image pick-up element. By arranging in this way, the occurrence of ghost can be suppressed.
なお、ゴーストとは撮像光学系内における光の多重反射により発生し、光学フィルタに起因するゴースト強度を簡易的に求める式は、(光学フィルタの透過率)×(光学フィルタの反射率)×(撮像素子の感度)で表される。赤外カット膜の赤外半値波長近辺では透過率と反射率の赤外大きい領域であり、且つ、人の眼が認識できる限界領域の波長を含むため特にゴーストの影響が大きくなってしまう。 Note that the ghost is generated by multiple reflection of light in the imaging optical system, and the equation for simply obtaining the ghost intensity due to the optical filter is (transmittance of the optical filter) × (reflectance of the optical filter) × ( (Sensitivity of imaging device). In the vicinity of the infrared half-value wavelength of the infrared cut film, it is a region where the transmittance and reflectance are large in the infrared region, and includes a wavelength in a limit region that can be recognized by the human eye.
赤外カット膜と撮像素子との間に光量調整膜を配置すると、赤外カット膜と透過した光が光量調整膜により減衰され、更に、撮像素子などに反射した光量調整膜へ再度入射してきた光が光量調整膜により減衰されたのち、赤外カット膜に到達するため、赤外カット膜に起因する反射を効率的に減衰することができるためである。 If a light amount adjustment film is arranged between the infrared cut film and the image sensor, the light transmitted through the infrared cut film is attenuated by the light amount adjustment film, and further reenters the light amount adjustment film reflected by the image sensor, etc. This is because after the light is attenuated by the light amount adjusting film, it reaches the infrared cut film, so that reflection caused by the infrared cut film can be efficiently attenuated.
更には、透明基板に赤外吸収ガラスを使用し、赤外半値波長を有する赤外カット膜と撮像素子との間に赤外吸収ガラスを設けることが好ましい。赤外吸収ガラスは赤外カット膜の赤外半値波長領域に光吸収機能を有しており、赤外カット膜の半値波長近辺におけるゴーストの要因となる光を効果的に減衰することができる。 Furthermore, it is preferable to use an infrared absorbing glass for the transparent substrate and to provide the infrared absorbing glass between the infrared cut film having an infrared half-value wavelength and the imaging device. The infrared absorption glass has a light absorption function in the infrared half-value wavelength region of the infrared cut film, and can effectively attenuate light that causes ghost in the vicinity of the half-value wavelength of the infrared cut film.
本発明に係る光学フィルタは透過率平坦性が良好であるため、被写体のカラーバランスを崩すことなく、撮像素子に到達する光量を適切に減衰することができる。 Since the optical filter according to the present invention has good transmittance flatness, the amount of light reaching the image sensor can be appropriately attenuated without losing the color balance of the subject.
1 透明基板
2 第1及び第2光吸収層
3 第1中間層
4 第2中間層
5 中間層
6 光学調整層
7 反射防止層
8、8a、8b 光量調整膜
9 反射防止膜
10、10a、10b 赤外カット膜
11 光学フィルタ
12、15〜17 レンズ
13a、13b 絞り羽根
14 光学フィルタ駆動部
18 撮像素子
19 光量制御部
20 光量調整装置
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記基板の少なくとも一方面上に設けられる光学調整層と、を備え、
前記光学調整層は、光吸収特性を有する金属A、金属Aの酸化物AO及び金属Aの窒化物ANからなる群から選択される少なくとも1つの光吸収材料で形成された第1及び第2光吸収層と、前記第1及び第2光吸収層の間に設けられ且つ前記金属Aと異なる金属元素である金属Bの酸化物BO又は窒化物BNの化合物で形成された中間層とを有し、
前記中間層は、前記第1光吸収層上に設けられる第1中間層と、前記第1中間層及び前記第2光吸収層の間に設けられる第2中間層とを有し、
可視波長における前記第1中間層を形成する第1化合物の消衰係数は、可視波長における前記第2中間層を形成する第2化合物の消衰係数よりも大きく、且つ前記第1中間層は前記第2中間層の厚みよりも薄く設けられたことを特徴とする光学フィルタ。 A substrate having optical transparency;
An optical adjustment layer provided on at least one surface of the substrate,
The optical adjustment layer is formed of at least one light absorbing material selected from the group consisting of a metal A having light absorption characteristics, an oxide AO of the metal A, and a nitride AN of the metal A. An absorption layer; and an intermediate layer formed between a compound of an oxide BO or nitride BN of a metal B which is provided between the first and second light absorption layers and is a metal element different from the metal A ,
The intermediate layer includes a first intermediate layer provided on the first light absorption layer, and a second intermediate layer provided between the first intermediate layer and the second light absorption layer,
The extinction coefficient of the first compound forming the first intermediate layer at a visible wavelength is larger than the extinction coefficient of the second compound forming the second intermediate layer at a visible wavelength, and the first intermediate layer is An optical filter, wherein the optical filter is provided thinner than a thickness of the second intermediate layer.
前記第2中間層を形成する前記第2化合物は、前記金属Bの酸化物である第2酸化物BOz〔zは酸化数を示す〕であり、
前記第1酸化物BOy及び前記第2酸化物BOzは、関係式y<zの条件を満たすことを特徴とする請求項1に記載の光学フィルタ。 The first compound forming the first intermediate layer is a first oxide BOy (y is an oxidation number) which is an oxide of the metal B;
The second compound forming the second intermediate layer is a second oxide BOz (z is an oxidation number) which is an oxide of the metal B,
2. The optical filter according to claim 1, wherein the first oxide BOy and the second oxide BOz satisfy a condition of a relational expression y <z.
前記第2中間層を形成する前記第2化合物は、前記金属Bの窒化物である第2窒化物BNであることを特徴とする請求項1に記載の光学フィルタ。 The first compound forming the first intermediate layer is a first oxide BO which is an oxide of the metal B,
2. The optical filter according to claim 1, wherein the second compound forming the second intermediate layer is a second nitride BN that is a nitride of the metal B. 3.
前記基板の少なくとも一方面上に設けられる光学調整層と、を備え、
前記光学調整層は、光吸収特性を有する金属A、金属Aの酸化物AO及び金属Aの窒化物ANからなる群から選択される少なくとも1つの光吸収材料で形成された第1及び第2光吸収層と、前記第1及び第2光吸収層の間に設けられ且つ前記金属Aと異なる金属元素である金属Bの酸化物BOで形成された中間層とを有し、
前記中間層は、前記第1光吸収層上に設けられる第1中間層と、前記第1中間層及び前記第2光吸収層の間に設けられる第2中間層とを有し、
前記第1中間層は前記第2中間層の厚みよりも薄く設けられ、
前記第1中間層を形成する第1酸化物BOy〔yは酸化数を示す〕、及び前記第2中間層を形成する第2酸化物BOz〔zは酸化数を示す〕は、関係式y<zの条件を満たすことを特徴とする光学フィルタ。 A substrate having optical transparency;
An optical adjustment layer provided on at least one surface of the substrate,
The optical adjustment layer is formed of at least one light absorbing material selected from the group consisting of a metal A having light absorption characteristics, an oxide AO of the metal A, and a nitride AN of the metal A. An absorption layer, and an intermediate layer formed between the first and second light absorption layers and an oxide BO of metal B, which is a metal element different from metal A,
The intermediate layer includes a first intermediate layer provided on the first light absorption layer, and a second intermediate layer provided between the first intermediate layer and the second light absorption layer,
The first intermediate layer is provided thinner than the thickness of the second intermediate layer,
The first oxide BOy (y represents the oxidation number) forming the first intermediate layer and the second oxide BOz (z represents the oxidation number) forming the second intermediate layer are expressed by the relation y < An optical filter characterized by satisfying a condition of z.
複数層で構成された前記光学調整層の間には、金属Bの酸化物BOで形成される他の中間層が設けられたことを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項に記載の光学フィルタ。 The optical adjustment layer is provided in a plurality of layers on one surface of the substrate,
7. The intermediate layer formed of an oxide BO of metal B is provided between the optical adjustment layers composed of a plurality of layers. Optical filter.
前記光学調整層は、前記下地層の上に積層されたことを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項に記載の光学フィルタ。 On one surface of the substrate, an underlayer formed of the metal B oxide BO is provided,
The optical filter according to claim 1, wherein the optical adjustment layer is laminated on the base layer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016235944A JP6867148B2 (en) | 2016-12-05 | 2016-12-05 | Optical filter and imaging optical system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016235944A JP6867148B2 (en) | 2016-12-05 | 2016-12-05 | Optical filter and imaging optical system |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2018092030A true JP2018092030A (en) | 2018-06-14 |
| JP2018092030A5 JP2018092030A5 (en) | 2020-01-16 |
| JP6867148B2 JP6867148B2 (en) | 2021-04-28 |
Family
ID=62566062
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2016235944A Active JP6867148B2 (en) | 2016-12-05 | 2016-12-05 | Optical filter and imaging optical system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6867148B2 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020038338A (en) * | 2018-08-29 | 2020-03-12 | 株式会社豊田中央研究所 | Optical filter and manufacturing method therefor |
| JP2020064260A (en) * | 2018-10-19 | 2020-04-23 | キヤノン電子株式会社 | Optical filter, light intensity adjustment device, and imaging apparatus |
| JP2020064257A (en) * | 2018-10-19 | 2020-04-23 | キヤノン電子株式会社 | Optical filter, light amount adjustment device, and imaging apparatus |
| JP2020095265A (en) * | 2018-11-28 | 2020-06-18 | キヤノン電子株式会社 | Light-shielding member, imaging device using light-shielding member |
| CN114959619A (en) * | 2022-06-16 | 2022-08-30 | 安徽信息工程学院 | Optical filter with high signal-to-noise ratio and preparation method and application thereof |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4960310A (en) * | 1989-08-04 | 1990-10-02 | Optical Corporation Of America | Broad band nonreflective neutral density filter |
| JP2005326687A (en) * | 2004-05-14 | 2005-11-24 | Nidec Copal Corp | Nd filter and light quantity diaphragm device |
| JP2007225735A (en) * | 2006-02-21 | 2007-09-06 | Canon Electronics Inc | Nd filter, light quantity control device using the same and imaging apparatus |
| JP2011081083A (en) * | 2009-10-05 | 2011-04-21 | Canon Electronics Inc | Neutral density (nd) filter |
| JP2011100042A (en) * | 2009-11-09 | 2011-05-19 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | Method for manufacturing absorption type multilayer film nd filter chip |
| JP2011118251A (en) * | 2009-12-07 | 2011-06-16 | Koshin Kogaku Kogyo Kk | Method for manufacturing nd filter and nd filter |
| JP2012159815A (en) * | 2011-01-31 | 2012-08-23 | Tanaka Engineering Inc | Optical stabilizer and optical thin film |
| CN104297833A (en) * | 2014-11-06 | 2015-01-21 | 沈阳仪表科学研究院有限公司 | Low-reflection and neutral-density filter |
| JP2016194110A (en) * | 2015-03-31 | 2016-11-17 | デクセリアルズ株式会社 | Production of multilayer film structure |
-
2016
- 2016-12-05 JP JP2016235944A patent/JP6867148B2/en active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4960310A (en) * | 1989-08-04 | 1990-10-02 | Optical Corporation Of America | Broad band nonreflective neutral density filter |
| JP2005326687A (en) * | 2004-05-14 | 2005-11-24 | Nidec Copal Corp | Nd filter and light quantity diaphragm device |
| JP2007225735A (en) * | 2006-02-21 | 2007-09-06 | Canon Electronics Inc | Nd filter, light quantity control device using the same and imaging apparatus |
| JP2011081083A (en) * | 2009-10-05 | 2011-04-21 | Canon Electronics Inc | Neutral density (nd) filter |
| JP2011100042A (en) * | 2009-11-09 | 2011-05-19 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | Method for manufacturing absorption type multilayer film nd filter chip |
| JP2011118251A (en) * | 2009-12-07 | 2011-06-16 | Koshin Kogaku Kogyo Kk | Method for manufacturing nd filter and nd filter |
| JP2012159815A (en) * | 2011-01-31 | 2012-08-23 | Tanaka Engineering Inc | Optical stabilizer and optical thin film |
| CN104297833A (en) * | 2014-11-06 | 2015-01-21 | 沈阳仪表科学研究院有限公司 | Low-reflection and neutral-density filter |
| JP2016194110A (en) * | 2015-03-31 | 2016-11-17 | デクセリアルズ株式会社 | Production of multilayer film structure |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020038338A (en) * | 2018-08-29 | 2020-03-12 | 株式会社豊田中央研究所 | Optical filter and manufacturing method therefor |
| JP7342390B2 (en) | 2018-08-29 | 2023-09-12 | 株式会社デンソーウェーブ | Optical filter and its manufacturing method |
| JP2020064260A (en) * | 2018-10-19 | 2020-04-23 | キヤノン電子株式会社 | Optical filter, light intensity adjustment device, and imaging apparatus |
| JP2020064257A (en) * | 2018-10-19 | 2020-04-23 | キヤノン電子株式会社 | Optical filter, light amount adjustment device, and imaging apparatus |
| JP7194557B2 (en) | 2018-10-19 | 2022-12-22 | キヤノン電子株式会社 | Optical filter, light amount adjustment device, imaging device |
| JP2020095265A (en) * | 2018-11-28 | 2020-06-18 | キヤノン電子株式会社 | Light-shielding member, imaging device using light-shielding member |
| CN114959619A (en) * | 2022-06-16 | 2022-08-30 | 安徽信息工程学院 | Optical filter with high signal-to-noise ratio and preparation method and application thereof |
| CN114959619B (en) * | 2022-06-16 | 2024-01-23 | 安徽信息工程学院 | Optical filter with high signal-to-noise ratio and preparation method and application thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP6867148B2 (en) | 2021-04-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5715103A (en) | Neutral density (ND) filter | |
| JP6867148B2 (en) | Optical filter and imaging optical system | |
| JP6789276B2 (en) | Manufacturing method of optical element | |
| JPH0685002B2 (en) | Anti-reflection film for plastic optical parts | |
| JP2008276112A (en) | Nd filter | |
| JP5543690B2 (en) | Optical filter for UVIR cut | |
| JP2003029027A (en) | Near ir ray cut filter | |
| JP2000329933A (en) | Multilayered film filter | |
| JP2017040909A (en) | Optical filter and optical system having the same, imaging device, and lens device | |
| JP6289526B2 (en) | Optical element and optical system having the same | |
| JP4914955B2 (en) | ND filter with IR cut function | |
| JP2010175941A (en) | Optical filter and method of manufacturing the same, and image capturing apparatus having the same | |
| JP2013083885A (en) | Nd filter | |
| JP4804830B2 (en) | Multilayer film forming method and film forming apparatus | |
| JP2011081083A (en) | Neutral density (nd) filter | |
| JPH052101A (en) | Optical component | |
| JP2004258494A (en) | Nd filter | |
| JP2018180430A (en) | Optical filter | |
| JP2006301487A (en) | Near-infrared ray cut filter | |
| JP7271121B2 (en) | Optical filters and optical devices | |
| JP2020064260A (en) | Optical filter, light intensity adjustment device, and imaging apparatus | |
| JP2017187729A (en) | Optical element, optical system, imaging apparatus and lens device | |
| JP2007206136A (en) | ND filter, method for manufacturing the same, and light quantity reduction device using them | |
| JP2023163424A (en) | Optical filter and imaging apparatus mounting optical filter | |
| JP7475129B2 (en) | Light shielding member and imaging device using the light shielding member |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20191129 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20191204 |
|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20191204 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20200819 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200911 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20201106 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20210125 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20210315 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210408 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6867148 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |