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TWI575261B - Optical filter - Google Patents

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TWI575261B
TWI575261B TW099131234A TW99131234A TWI575261B TW I575261 B TWI575261 B TW I575261B TW 099131234 A TW099131234 A TW 099131234A TW 99131234 A TW99131234 A TW 99131234A TW I575261 B TWI575261 B TW I575261B
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TW201207447A (en
Inventor
Manabu Onishi
Original Assignee
Daishinku Corp
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Publication date
Application filed by Daishinku Corp filed Critical Daishinku Corp
Publication of TW201207447A publication Critical patent/TW201207447A/zh
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Description

光學濾光片
本發明係關於設在攝像裝置的光學濾光片。
在一般的視訊攝影機或數位相機等所代表的電子攝影機的光學系統中，係沿著光軸而由被攝體側依序配設有：耦合光學系統、紅外線截止濾光片、光學低通濾光片、CCD(Charge Coupled Device，電荷耦合裝置)或MOS(Metal Oxide Semiconductor，金屬氧化物半導體)等攝像元件(參照例如專利文獻1)。其中，在此所稱之攝像元件係具有響應比人的眼睛可視認的波長頻寬的光線(可見光線)為更寬廣的波長頻寬的光線的感度特性。因此，攝像元件係除了可見光線以外，亦響應紅外光範圍或紫外範圍的光線。
人的眼睛係在暗處中響應400nm～620nm程度的範圍的波長的光線，在亮處中響應420nm～700nm程度的範圍的波長的光線。相對於此，例如在CCD中，係以高感度響應400nm～700nm的範圍的波長的光線，另外亦響應未達400nm的波長的光線或超過700nm的波長的光線。
因此，在下述專利文獻1所記載之攝像裝置中，除了屬於攝像元件的CCD以外，另外設置紅外線截止濾光片，以使紅外光範圍的光線不會到達至攝像元件，而獲得接近人的眼睛的攝像畫像。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2000-209510號公報
但是，在攝像裝置係除了一般的視訊攝影機或數位相機以外，另外有監視攝影機等在與一般的攝影不同的其他用途下使用的攝像裝置。
例如，監視攝影機不僅白天，亦必須進行在夜間暗視下的監視攝影。夜間等暗視下的攝影中，由於成為以人的眼睛並無法看到的狀態的攝影，因此以將平常的可見光範圍設為攝影的頻寬的攝影機並無法進行暗視下的攝影。因此，現在在夜間等暗視下的攝影係使用紅外光範圍的光線來進行，但是在上述專利文獻1所記載之攝像裝置中，由於設有截止(cut)紅外光範圍的光線的紅外線截止濾光片，因此無法用在暗視下的攝影。
因此，為解決上述課題，本發明之目的在提供一種不僅在有自然光的白天，即使為在夜間等暗視下，亦可透過光的光學濾光片。
為達成上述目的，本發明之設在攝像裝置的光學濾光片之特徵為：具備有：透明基板、及形成在前述透明基板上，且在可見光範圍與紅外光範圍的2個波長頻寬中具有透過特性的濾光片群，前述濾光片群係將：在可見光範圍及由可見光範圍呈連續的紅外光範圍的預先設定的一頻寬中具有透過特性的第1濾光片；及在可見光範圍及由可見光範圍分離的紅外光範圍的預先設定的其他頻寬中具有透過特性，在可見光範圍與紅外光範圍的其他頻寬之間的頻寬中具有遮斷特性的複數濾光片加以組合所構成，在前述複數濾光片中，具有前述遮斷特性的頻寬為分別約150nm以下，而且，具有前述遮斷特性的頻寬會重複。
藉由本發明，可在可見光範圍、及所希望的紅外光範圍中具有透過特性，結果，不僅在有自然光的白天，連在夜間等暗視下，亦可進行攝影。
此外，藉由本發明，在前述複數濾光片中，具有前述遮斷特性的頻寬為分別約150nm以下，而且，具有前述遮斷特性的頻寬會重複，因此可僅在可見光範圍、及紅外光範圍的所希望的頻寬中具有透過特性。
但是，藉由本發明中所稱的第1濾光片、及其他習知的1個濾光片的組合，可有別於可見光範圍而在紅外光範圍具有透過特性，但是此時，除了可見光範圍以外，無法在可見光範圍附近之約900nm以下的頻寬具有透過特性。但是，藉由本發明，可在包含可見光範圍、及由可見光範圍分離的可見光範圍附近的約900nm以下的頻寬、或僅在約900nm以下的頻寬中具有透過特性。
在前述構成中，亦可前述濾光片群係將：由高折射率材料所構成的第1薄膜、及由低折射率材料所構成的第2薄膜交替層積複數而成，在前述高折射率材料係使用TiO2、Nb2O5、或Ta2O5，在前述低折射率材料係使用SiO2、或MgF2。
其中，若為在高折射率材料使用TiO2、Nb2O5、或Ta2O5，在低折射率材料使用SiO2、或MgF2之具有遮斷特性的光學濾光片，該遮斷頻寬的寬度基本上成為250nm左右，難以變更。此係與依光學材料的折射率來決定遮斷頻帶的寬度有所關係。因此，若為使用該等光學材料，而在可見光範圍與紅外光範圍的2個頻寬具有透過特性的光學濾光片的情形下，紅外光範圍的透過頻寬會超過900nm，而無法任意設定紅外光範圍的透過頻寬的上升波長。
但是，藉由本構成，具備有：前述透明基板、及前述濾光片群，前述濾光片群係將第1濾光片及前述複數濾光片加以組合所構成，而且將由高折射率材料所構成的第1薄膜、及由低折射率材料所構成的第2薄膜交替層積複數而成，在前述高折射率材料係使用TiO2、Nb2O5、或Ta2O5，在前述低折射率材料係使用SiO2、或MgF2，在前述複數濾光片中，具有前述遮斷特性的頻寬為分別約150nm以下，而且，具有前述遮斷特性的頻寬會重複，因此可在包含可見光範圍、及與可見光範圍分離之可見光範圍附近的約900nm以下的頻寬、或僅在約900nm以下的頻寬具有透過特性。結果，不僅在有自然光的白天，連在夜間等暗視下，亦可透過夜間攝影所使用之紅外線照明的LED燈的光的波長。
在前述構成中，亦可前述濾光片群係將：由高折射率材料所構成的第1薄膜、及由低折射率材料所構成的第2薄膜交替層積複數而成，在前述複數濾光片的各個中，前述第1薄膜的層積合計的光學膜厚、與第2薄膜的層積合計的光學膜厚的光學膜厚比係被設定為大致1：0.5至大致1：0.75。
此時，可將前述複數濾光片各個之具有遮斷特性的頻寬設為約150nm以下，可僅在可見光範圍與紅外光範圍的所希望的頻寬中具有透過特性。結果，可在包含可見光範圍、及與可見光範圍分離之可見光範圍附近的約900nm以下的頻寬、或僅在約900nm以下的頻寬中具有透過特性。
在前述構成中，亦可前述濾光片群係將：由高折射率材料所構成的第1薄膜、及由低折射率材料所構成的第2薄膜交替層積複數而成，在前述複數濾光片的各個中，前述第1薄膜的層積合計的光學膜厚、與第2薄膜的層積合計的光學膜厚的光學膜厚比被設定為大致0.45：1至大致0.7：1。
此時，可將前述複數濾光片各個之具有遮斷特性的頻寬設為約150nm以下，可僅在可見光範圍與紅外光範圍的所希望的頻寬中具有透過特性。結果，可在可見光範圍、及與可見光範圍分離之可見光範圍附近的約900nm以下的頻寬、或僅在約900nm以下的頻寬中具有透過特性。
在前述構成中，具有藉由前述濾光片群所得之透過特性的頻寬亦可為可見光範圍、及約800nm～約1000nm。
此時，將僅在通常藉由組合2個濾光片並無法實現的可見光範圍、及該可見光範圍附近之近紅外光範圍的約800nm～約1000nm的頻寬中之透過，由前述第1濾光片與前述複數濾光片的組合來加以實現。因此，可與夜間攝影所使用的紅外線照明的LED燈的主要中心波長(例如約840nm、約950nm等)相對應，而可確實進行該等波長頻寬外之不需要的近紅外光或遠紅外光的遮斷。結果，使用LED燈等LED光源之在紅外光範圍的透過成為可能，而可適於夜間等暗視下的攝影。
在前述構成中，前述複數濾光片亦可為：具有前述遮斷特性的頻寬被設定為約600nm～約750nm之間的第2濾光片、及具有前述遮斷特性的頻寬被設定為約700nm～約900nm之間的第3濾光片。
此時，由人的眼睛的感度特性(之中的亮處)中之響應部分，可使其鄰接的近紅外的光(例如至光量的中心波長約840nm之LED燈的中心波長的加減部分)不會有紋波(ripple)，而在2個透過頻寬之間之具有遮斷特性的頻寬中設為透過率3%以下。其中，具體而言，前述第2濾光片之具有前述遮斷特性的頻寬被設定在約650nm～約750nm之間、前述第3濾光片之具有前述遮斷特性的頻寬被設定在約750nm～約900nm之間時，可效率佳地攝影光量的中心波長約950nm的LED燈的光。
在前述構成中，在前述濾光片群亦可在折射率產生變化的位置包含有調整層。
此時，由於在前述濾光片群包含有前述調整層，因此可抑制紋波的發生，且可抑制尤其想要透過的波長領域中的紋波的發生，亦可抑制急遽位移的透過率的變移量。
在前述構成中，紅外光範圍中之透過寬度亦可為約65nm～約200nm。
此時，可將紅外光範圍中的透過寬度設定為較短的所希望寬度，具體而言，可僅透過夜間攝影所使用的紅外線照明的LED燈的光的波長(約100nm左右的照射波長寬度)，而可由LED燈被照射，而可效率佳地攝影被被攝體所反射的光。
此外，為達成上述目的，本發明之設在攝像裝置的光學濾光片之特徵為：具備有：透明基板、及形成在前述透明基板上，且在可見光範圍與紅外光範圍的2個波長頻寬中具有透過特性的濾光片群，前述濾光片群係將：在可見光範圍及由可見光範圍呈連續的紅外光範圍的預先設定的一頻寬中具有透過特性的第1濾光片；及在可見光範圍及由可見光範圍分離的紅外光範圍的預先設定的其他頻寬中具有透過特性，在可見光範圍與紅外光範圍的其他頻寬之間的頻寬中具有遮斷特性的複數濾光片加以組合所構成，而且，將由高折射率材料所構成的第1薄膜、及由低折射率材料所構成的第2薄膜交替層積複數而成，在前述複數濾光片的各個中，前述第1薄膜的層積合計的光學膜厚、與第2薄膜的層積合計的光學膜厚的光學膜厚比被設定為大致1：0.5至大致1：0.75，而且，具有前述遮斷特性的頻寬會重複。藉由本發明，在前述複數濾光片中，係在前述複數濾光片的各個中，前述第1薄膜的層積合計的光學膜厚、與第2薄膜的層積合計的光學膜厚的光學膜厚比被設定為大致1：0.5至大致1：0.75，而且，具有前述遮斷特性的頻寬會重複，因此可僅在可見光範圍與紅外光範圍的所希望的頻寬中具有透過特性。
或者，為達成上述目的，本發明之設在攝像裝置的光學濾光片之特徵為：具備有：透明基板、及形成在前述透明基板上，且在可見光範圍與紅外光範圍的2個波長頻寬中具有透過特性的濾光片群，前述濾光片群係將：在可見光範圍及由可見光範圍呈連續的紅外光範圍的預先設定的一頻寬中具有透過特性的第1濾光片；及在可見光範圍及由可見光範圍分離的紅外光範圍的預先設定的其他頻寬中具有透過特性，在可見光範圍與紅外光範圍的其他頻寬之間的頻寬中具有遮斷特性的複數濾光片加以組合所構成，而且，將由高折射率材料所構成的第1薄膜、及由低折射率材料所構成的第2薄膜交替層積複數而成，在前述複數濾光片的各個中，前述第1薄膜的層積合計的光學膜厚、與第2薄膜的層積合計的光學膜厚的光學膜厚比被設定為大致0.45：1至大致0.7：1，而且，具有前述遮斷特性的頻寬會重複。藉由本發明，在前述複數濾光片中，係在前述複數濾光片的各個中，前述第1薄膜的層積合計的光學膜厚、與第2薄膜的層積合計的光學膜厚的光學膜厚比被設定為大致0.45：1至大致0.7：1，而且，具有前述遮斷特性的頻寬會重複，因此可僅在可見光範圍與紅外光範圍的所希望的頻寬中具有透過特性。
如上所述，藉由本發明，可在可見光範圍、及所希望的紅外光範圍中具有透過特性，結果，不僅在有自然光的白天，連在夜間等暗視下，亦可進行攝影。
但是，藉由本發明中所稱的第1濾光片、及其他習知的1個濾光片的組合，可有別於可見光範圍而在紅外光範圍具有透過特性，但是此時，除了可見光範圍以外，無法在包含可見光範圍附近之約900nm以下的頻寬、或僅在約900nm以下的頻寬具有透過特性。但是，藉由本發明，可將前述複數濾光片各個之具有遮斷特性的頻寬設為約150nm以下，可僅在可見光範圍與紅外光範圍的所希望的頻寬中具有透過特性。結果，可在包含可見光範圍、及與可見光範圍分離的可見光範圍附近的約900nm以下的頻寬、或僅在約900nm以下的頻寬中具有透過特性。
藉由本發明，可提供一種不僅在有自然光的白天，連在夜間等暗視下，亦可進行攝影的光學濾光片及攝像裝置。
以下參照圖示，說明本發明之實施形態。
如第1圖所示，在本實施形態之攝像裝置1係沿著光軸11而由外部的被攝體側至少依序配設有：由外部入射光之屬於耦合光學系統的透鏡12、光學濾光片13、CCD或CMOS等攝像元件14。其中，在該攝像裝置1設有LED燈15，夜間係將LED燈15朝向被攝體照射，藉此進行夜間的攝影輔助。在本實施形態中，由LED燈照射峰值波長850nm的光。
如第1、2圖所示，在光學濾光片13設有：屬於透明基板的水晶板2、形成在該水晶板2的一主面21上且在可見光範圍與紅外光範圍的2個波長頻寬中具有透過特性的濾光片群3、及形成在水晶板2之其他主面22上的AR塗膜(省略圖示)。其中，濾光片群3係與IR截止濾光片相對應，但是由於在紅外光範圍具有透過特性，因此實際上係與IR截止濾光片不同的濾光片。
如第2圖所示，濾光片群3係將由高折射率材料所構成的第1薄膜31、及由低折射率材料所構成的第2薄膜32交替層積複數而成。因此，由水晶板2的一主面21側數來為第奇數個的層係藉由第1薄膜31所構成，第偶數個的層係由第2薄膜32所構成。其中，在該實施形態中，在第1薄膜使用TiO2，在第2薄膜使用SiO2，濾光片群3係由從水晶板2的一主面21側依序以序數予以定義的複數層，在本實施形態中係由1層、2層、3層...49層所構成。該等1層、2層、3層...49層各自的層係將第1薄膜31與第2薄膜32予以層積所構成。此外，由於所層積的第1薄膜31與第2薄膜32的光學膜厚不同，1層、2層、3層...49層各自的厚度為不同。其中，在此所稱之光學膜厚係藉由下述數式1來求出。
[數式1]
Nd=λ/4(Nd：光學膜厚、d：物理膜厚、N：折射率、λ：中心波長)
關於該濾光片群3之製造方法，對水晶板2的一主面21，藉由周知的真空蒸鍍装置(省略圖示)來對TiO2與SiO2交替真空蒸鍍，而形成第2圖所示之濾光片群3。其中，第1薄膜31及第2薄膜32的膜厚調整係藉由一面監視膜厚，一面進行蒸鍍動作，在達預定膜厚之處，將設在蒸鍍源(省略圖示)附近的擋門(省略圖示)關閉等而使蒸鍍物質(TiO2、SiO2)的蒸鍍停止來進行。
此外，如第2圖所示，上述濾光片群3係將：在可見光範圍及由可見光範圍呈連續的紅外光範圍的預先設定的一頻寬中具有透過特性的第1濾光片33；在可見光範圍及由可見光範圍分離的紅外光範圍的預先設定的其他頻寬中具有透過特性，且在可見光範圍與紅外光範圍之其他頻寬之間的頻寬中具有遮斷特性的複數濾光片；及配置在折射率發生變化的位置的調整層34加以組合所構成。其中，本實施形態中之調整層34的折射率發生變化的位置係指複數濾光片與水晶板2的界面，在複數濾光片與水晶板2之間介層有調整層34。
具有藉由該濾光片群3所得之透過特性的頻寬(亦稱為透過頻寬)係如第3圖所示，為可見光範圍(在本實施例中為約420nm～約650nm)及接近可見光範圍的近紅外光範圍的近紅外頻寬(在本實施形態中為約800nm～約900nm的約100nm)。其中，濾光片群3的透過頻寬與遮斷頻寬中的臨界值(上限值與下限值)係如分別附加「約」般並非為分別被嚴謹限定者。
接著，針對濾光片群3的第1濾光片33與複數濾光片分別詳細說明。
第1濾光片33係在由可見光範圍呈連續的紅外光範圍的預先設定的一頻寬(在本實施形態中約380nm～約900nm)中具有透過特性。具體而言，第1濾光片33係如第4圖所示，在約380nm～約900nm中具有透過特性，在未達約380nm與超過約900nm中具有遮斷特性。該第1濾光片33的第1薄膜31及第2薄膜32係設計成如下所示。其中，第1濾光片33的透過頻寬與遮斷頻寬中的臨界值(上限值與下限值)係如分別附加「約」般並非為分別被嚴謹限定者。
在第1薄膜31係使用屬於高折射率材料的TiO2，在第2薄膜32係使用屬於低折射率材料的SiO2。第1濾光片33中的第1薄膜31的層積合計的光學膜厚、與第2薄膜32的層積合計的光學膜厚的光學膜厚比係被設定為大致1：1。其中，在此所稱之光學膜厚比係如附加「約」般並不一定被嚴謹限定為1：1者。
複數濾光片係具有遮斷特性的頻寬為分別約100nm以下，而且具有遮斷特性的頻寬會重複者。在本實施形態中係由被設定在具有遮斷特性的頻寬為約650nm～約740nm之間的第2濾光片35、及被設定在具有遮斷特性的頻寬為約700nm～約800nm之間的第3濾光片36所構成。此外，如第2圖所示，在第2濾光片35上層積第3濾光片36。其中，在本實施形態之複數濾光片中，具有遮斷特性的頻寬為分別約100nm以下，但是此為較佳例而並非限定於此，若為約150nm以下即可。其中，第2濾光片35或第3濾光片36的透過頻寬與遮斷頻寬中的臨界值(上限值與下限值)係如分別附加「約」般並非為分別被嚴謹限定者。
第2濾光片35係在可見光範圍及由可見光範圍分離的紅外光範圍的預先設定的其他頻寬(在本實施形態中為超過約740nm)中具有透過特性，在可見光範圍與紅外光範圍之其他頻寬之間的頻寬(在本實施形態中約650nm～約740nm)中具有遮斷特性。具體而言，第2濾光片35係如第5圖所示，在約380nm～約650nm與超過約740nm中具有透過特性，在未達約380nm與約650nm～約740nm中具有遮斷特性。該第2濾光片35的第1薄膜31及第2薄膜32係設計成如下所示。
在第2濾光片35的第1薄膜31係使用屬於高折射率材料的TiO2，在第2薄膜32係使用屬於低折射率材料的SiO2。第2濾光片35的複數第1薄膜31之中位於第2濾光片35的最上層(第2圖所示之左側)的位置的第1薄膜31係相較於其他第1薄膜31，物理膜厚被設定為約一半。此外，第2濾光片35中之第1薄膜31的層積合計的光學膜厚、與第2薄膜32的層積合計的光學膜厚的光學膜厚比係被設定為大致1.000：0.500至大致1.000：0.750。具體而言，在本實施形態中、第1薄膜31的層積合計的光學膜厚與第2薄膜32的層積合計的光學膜厚的光學膜厚比被設定為大致1.000：0.538。其中，在此所稱之光學膜厚比係如附加「約」般並非為被嚴謹限定者。
第3濾光片36係在可見光範圍及由可見光範圍分離的紅外光範圍的預先設定的其他頻寬(在本實施形態中為超過約800nm)中具有透過特性，在可見光範圍與紅外光範圍之其他頻寬之間的頻寬(在本實施形態中為約700nm～約800nm)中具有遮斷特性。具體而言，第3濾光片36係如第6圖所示，在未達約380nm與約420nm～約700nm與超過約800nm中具有透過特性，在約380nm～約420nm與約700nm～約800nm中具有遮斷特性。該第3濾光片36的第1薄膜31及第2薄膜32係設計成如下所示。
在第3濾光片36的第1薄膜31係使用屬於高折射率材料的TiO2，在第2薄膜32係使用屬於低折射率材料的SiO2。第3濾光片36的複數第1薄膜31之中位於第3濾光片36的最下層(第2圖所示之右側)的位置的第1薄膜31係相較於其他第1薄膜31，物理膜厚被設定為約一半。此外，第3濾光片36中的第1薄膜31的層積合計的光學膜厚與第2薄膜32的層積合計的光學膜厚的光學膜厚比係被設定為大致1.000：0.500至大致1.000：0.750。具體而言、在本實施形態中，第1薄膜31的層積合計的光學膜厚與第2薄膜32的層積合計的光學膜厚的光學膜厚比係被設定為大致1：0.540。其中，在此所稱之光學膜厚比係如附加「約」般並不一定為被嚴謹限定者。
上述第2濾光片35與第3濾光片36中，係將位於第2濾光片35的最上層(第2圖所示之左側)的位置的第1薄膜31、與位於第3濾光片36的最下層(第2圖所示之右側)的位置的第1薄膜31予以層積，而形成1個第1薄膜31。
藉由上述構成，在本實施形態之光學濾光片13中係獲得如第3圖所示之透過特性。
接著，實際測定該實施形態之光學濾光片13的波長特性，將其測定結果及構成作為實施例而顯示於第7圖及表1。
[實施例]
在本實施例中，使用大氣中的折射率為1.54的水晶板2作為透明基板。此外，以第1薄膜31而言，使用大氣中的折射率為2.30的TiO2，以第2薄膜32而言，使用大氣中的折射率為1.46的SiO2。
此外，濾光片群3由49層所構成，藉由上述濾光片群3之製造方法，在已進行最適化的狀態下形成第1薄膜31及第2薄膜32而構成濾光片群3，而獲得第7圖所示之透過特性。其中，在該實施例中，使光線的入射角為0度，亦即使光線垂直入射。
表1係顯示光學濾光片13的濾光片群3的組成及各薄膜(第1薄膜31、第2薄膜32)的光學膜厚。本實施例的設計波長為700nm。
此外，在該實施例中，如表1所示，濾光片群3係將由高折射率材料所構成的第1薄膜31、及由低折射率材料所構成的第2薄膜32交替層積49層而成。該濾光片群3之49層之中的1層～3層構成為調整層34，4層～29層構成為複數濾光片，29層～49層構成為第1濾光片33。其中，位於第2濾光片35的最上層(第2圖所示之左側)的位置的第1薄膜31、與位於第3濾光片36的最下層(第2圖所示之右側)的位置的第1薄膜31予以層積所形成的1個第1薄膜31為29層的第1薄膜。此外，在本實施例中，屬於複數濾光片的第2濾光片35與第3濾光片36中的膜構成(第1薄膜31及第2薄膜32的光學膜厚等)由接近的構成所成。
如第7圖所示，該實施例之光學濾光片13中，透過屬於可見光範圍之由約420nm至約650nm之波長的光線(透過率90%以上)，而且透過屬於紅外光範圍(尤其近紅外光範圍)之由約800nm至約900nm之約100nm之頻寬之波長的光線(透過率90%以上)，而遮斷除此之外的頻寬。其中，在本實施例中，係將成為透過率50%的半值波長設為透過頻寬與遮斷頻寬中的臨界值(上限值與下限值)。因此，本實施例中之紅外光範圍的透過頻寬係成為由約800nm至約900nm的約100nm的頻寬。
藉由上述本實施形態、實施例之光學濾光片13，可在可見光範圍與所希望的紅外光範圍中具有透過特性，結果，不僅在有自然光的白天，連在夜間等暗視下，亦可進行攝影。
尤其，藉由光學濾光片13，由水晶板2與濾光片群3所構成，濾光片群3係將：在可見光範圍及由可見光範圍呈連續的紅外光範圍的預先設定的一頻寬具有透過特性的第1濾光片33；及在可見光範圍及由可見光範圍分離的紅外光範圍的預先設定的其他頻寬中具有透過特性、可見光範圍與紅外光範圍的其他頻寬之間的頻寬中具有遮斷特性的複數濾光片加以組合所構成，在複數濾光片中，具有遮斷特性的頻寬為分別約150nm以下(在本實施形態中為約100nm)，而且具有遮斷特性的頻寬會重複，因此可僅在可見光範圍與紅外光範圍的所希望頻寬具有透過特性。
但是，藉由本實施形態之第1濾光片33、及其他習知的1個濾光片的組合，可有別於可見光範圍而在紅外光範圍具有透過特性，但是此時，在可見光範圍以外，並無法在可見光範圍附近之約900nm以下之頻寬具有透過特性。但是，藉由光學濾光片13，可在可見光範圍、及與可見光範圍分離的可見光範圍附近的約900nm以下的頻寬(在本實施形態中僅為約900nm以下的頻寬)具有透過特性。
具體而言，在本實施形態中，濾光片群3係將：由高折射率材料所構成的第1薄膜31、及由低折射率材料所構成的第2薄膜32交替層積複數而成，在高折射率材料係使用TiO2，在低折射率材料係使用SiO2。但是，若為在高折射率材料使用TiO2，在低折射率材料使用SiO2之具有遮斷特性的光學濾光片，其遮斷頻寬的寬度基本上為250nm左右，不易變更。此係與依光學材料的折射率來決定遮斷頻帶的寬度有所關係。因此，若為使用如上所示之光學材料，在可見光範圍與紅外光範圍的2個頻寬具有透過特性的光學濾光片的情形下，紅外光範圍的透過頻寬會超過約900nm，而無法任意設定紅外光範圍的透過頻寬的上升波長。例如，若遮斷頻寬的寬度為250nm左右，將遮斷頻寬的短波長側的半值設為650nm時，遮斷頻寬的寬度為250nm，因此遮斷頻寬的長波長側的半值係超過900nm。
但是，藉由本實施形態，具備有水晶板2與濾光片群3，濾光片群3係將第1濾光片33與第2濾光片35、及第3濾光片36加以組合所構成，而且，由高折射率材料所構成的第1薄膜31、與由低折射率材料所構成的第2薄膜32交替層積複數而成，在高折射率材料使用TiO2，在低折射率材料使用SiO2，在第2濾光片35及第3濾光片36中，具有遮斷特性的頻寬為分別約150nm以下(在本實施形態中約100nm以下)，而且由於具有遮斷特性的頻寬會重複，因此可在可見光範圍、及與可見光範圍分離的可見光範圍附近的約900nm以下的頻寬(在本實施形態中僅有約900nm以下的頻寬)具有透過特性。結果，不僅在有自然光的白天，連在夜間等暗視下，亦可透過夜間攝影所使用的紅外線照明的LED燈的光的波長。
此外，濾光片群3係將：由高折射率材料所構成的第1薄膜31、及由低折射率材料所構成的第2薄膜32交替層積複數而成，在第2濾光片35及第3濾光片36的各個中，第1薄膜31的層積合計的光學膜厚、與第2薄膜32的層積合計的光學膜厚的光學膜厚比被設定為大致1.000：0.500至大致1.000：0.750，因此可將第2濾光片35及第3濾光片36分別之具有遮斷特性的頻寬設為約150nm以下，可僅在可見光範圍與紅外光範圍的所希望的頻寬中具有透過特性。結果，可在可見光範圍、及與可見光範圍分離的可見光範圍附近的約900nm以下的頻寬(在本實施形態中僅有約900nm以下的頻寬)具有透過特性。其中，在本實施形態中、第2濾光片35中之第1薄膜31的層積合計的光學膜厚、與第2薄膜32的層積合計的光學膜厚的光學膜厚比被設定為大致1.000：0.500至大致1.000：0.750，但是並非限定於此，亦可第2濾光片35中之第1薄膜31的層積合計的光學膜厚、與第2薄膜32的層積合計的光學膜厚的光學膜厚比被設定為大致0.450：1.000至大致0.700：1.000。在該情形下，亦具有與在第2濾光片35及第3濾光片36之各個中，第1薄膜31的層積合計的光學膜厚、與第2薄膜32的層積合計的光學膜厚的光學膜厚比被設定為大致1.000：0.500至大致1.000：0.750的構成為相同的效果。
此外，具有藉由濾光片群3所得之透過特性的頻寬係由第1濾光片33與複數濾光片的組合來實現僅有：可見光範圍；由於為約800nm～約900nm，因此以平常藉由組合2個濾光片並不可能實現的可見光範圍(在本實施形態中為約420nm～約650nm)；及該可見光範圍附近的近紅外光範圍的800nm～900nm的的頻寬中的透過。因此，可與夜間攝影所使用的紅外線照明的LED燈15的主要中心波長(在本實施形態中為約850nm)相對應，而可確實進行該等波長頻寬外之不需要的近紅外光或遠紅外光的遮斷。結果，可使在使用LED燈15等LED光源的紅外光範圍下的透過成為可能，而可適於夜間等暗視下的攝影。
此外，複數濾光片由於為具有遮斷特性的頻寬被設定在約600nm～約750nm之間的第2濾光片35(遮斷頻寬：約650nm～約740nm)、及具有遮斷特性的頻寬被設定在約700nm～約900nm之間的第3濾光片36(遮斷頻寬：約700nm～約800nm)，因此由人的眼睛的感度特性(之中的亮處)中之響應部分，可使其相鄰接的近紅外的光(在本實施形態中係至光量的中心波長約850nm之LED燈15的中心波長的加減部分為止)沒有紋波，而以2個透過頻寬之間之具有遮斷特性的頻寬係可形成為透過率3%以下。其中，具體而言，第2濾光片35之具有遮斷特性的頻寬被設定在約650nm～約740nm之間，第3濾光片36之具有遮斷特性的頻寬被設定在約700nm～約800nm之間時，可效率佳地攝影光量的中心波長約840nm的LED燈的光。
此外，在濾光片群3係在折射率產生變化的位置包含有調整層34，因此可抑制紋波的發生，可抑制尤其想要透過的波長領域中之紋波的發生，亦可抑制急遽位移的透過率的變移量。
此外，藉由本實施形態，可以紅外光範圍中的透過寬度為約100nm的方式，將紅外光範圍中之透過寬度設定為較短之所希望的寬度。具體而言，可僅透過夜間攝影所使用的紅外線照明的LED燈15的光的波長(約100nm左右的照射波長寬度)，由LED燈15被照射，而可效率佳地拍攝在被攝體所被反射的光。
此外，如上所述，根據本實施形態之攝像裝置1，藉由簡單的構成，不會在光量受到影響，即使在白天或夜間之暗視下等任何環境下，均可進行攝影。亦即，在以紅外線截止為目的的白天攝影、及不以紅外線截止為目的的夜間等暗視下的攝影中，無須變更光路長，均可適當進行。
此外，藉由本實施形態之攝像裝置1，沿著光軸11，由外部的被攝體側至少依序配設有透鏡12、光學濾光片13、攝像元件14，因此可在可見光範圍中透過，而且可在紅外光範圍的所希望頻寬中透過，結果，不僅在有自然光的白天，連在夜間等暗視，亦可進行攝影。
其中，在上述本實施形態中，係針對49層的濾光片群3加以說明，但是濾光片群3的層數並非限定於此，可任意設定。
此外，在本實施形態中，係在透明基板使用水晶板2，但是並非限定於此，若為可透過光線的基板，亦可為例如玻璃板。此外，水晶板2亦非為受限定者，可為單板的水晶板，例如雙折射板，亦可為由複數枚所構成的雙折射板。此外，亦可將水晶板與玻璃板組合而構成透明基板。
此外，在本實施形態中，係在第1薄膜31使用TiO2，但是並非限定於此，第1薄膜31由高折射率材料所成即可，例如亦可使用Nb2O5、或Ta2O5。其中，Nb2O5或Ta2O5係具有與TiO2大致相同的折射率，因此當在第1薄膜31使用Nb2O5、或Ta2O5時，具有與上述實施例相同的效果。
此外，在本實施形態中，係在第2薄膜32使用SiO2，但是並非限定於此，若第2薄膜32由低折射率材料所構成即可，亦可使用例如MgF2。
此外，在本實施形態中，係將複數濾光片由第2濾光片35與第3濾光片36所構成，但是此係可減薄濾光片厚度的較佳例，並非限定於此。例如，複數濾光片係可由3個以上的濾光片所構成，此時，可設計出自由度更高的透過頻寬。
此外，在本實施形態中，係藉由真空蒸鍍法而將濾光片群3形成在水晶板2，但是並非限定於此，亦可藉由離子輔助蒸鍍法或濺鍍法等其他手法而將該等濾光片群3形成在水晶板2。
此外，在本實施形態中，係在水晶板2的一主面21(單面)上設置濾光片群3，但是並非限定於此，亦可在水晶板2的兩主面(一主面21、其他主面22)上設置濾光片群3。
此外，在本實施形態中，具有藉由濾光片群3所得之接近可見光範圍的近紅外光範圍的近紅外頻寬之透過特性的頻寬係成為約800nm～約900nm的約100nm，但是此為使用紅外線照明之LED燈15之較佳例，並非限定於此，藉由紅外光範圍中之透過寬度被設定在約65nm～200nm的範圍內，具有相同的效果。
以下顯示紅外光範圍中之透過寬度被設定在約65nm～200nm之範圍內的具體例(實施例2～實施例4)。其中，在下述實施例2～實施例4中，與上述實施例1相比，透過頻寬與遮斷領域為不同，但是此係依不同的設計變更而異者。
[實施例2]
在本實施例2中，係相對上述實施例1，濾光片群3為不同。因此，藉由與實施例1為相同構成所得之作用效果及變形例係具有與上述實施例1相同的作用效果及變形例。因此，在本實施例2中，係針對與上述實施例1不同的構成加以說明，而省略關於相同構成的說明。
如第8圖所示，在實施例2之光學濾光片13中，係透過屬於可見光範圍之由約410nm至約650nm的波長的光線(透過率90%以上)，而且透過屬於紅外光範圍(尤其近紅外光範圍)之由約835nm至約900nm的約65nm的頻寬的波長的光線(透過率90%以上)，而遮斷除此以外的頻寬。其中，在本實施例2中，係將成為透過率50%的半值波長設為透過頻寬與遮斷頻寬之中的臨界值(上限值與下限值)。
若詳加說明濾光片群3，第1濾光片33係在由可見光範圍呈連續的紅外光範圍的預先設定的一頻寬(約410nm～約900nm)中具有透過特性，在未達約410nm與超過約900nm中具有遮斷特性。
此外，複數濾光片係由：具有遮斷特性的頻寬被設定在約650nm～約750nm之間的第2濾光片35、及具有遮斷特性的頻寬被設定在約725nm～約835nm之間的第3濾光片36所構成，具有遮斷特性的頻寬為分別約100nm以下，而且具有遮斷特性的頻寬會重複。
第2濾光片35係在可見光範圍(約390nm～約650nm)、與由可見光範圍分離的紅外光範圍的預先設定的其他頻寬(超過約750nm)中具有透過特性，在可見光範圍與紅外光範圍的其他頻寬之間的頻寬(約650nm～約750nm)中具有遮斷特性。
第3濾光片36係在可見光範圍(約410nm～約725nm)、與由可見光範圍分離的紅外光範圍的預先設定的其他頻寬(超過約835nm)中具有透過特性，在可見光範圍與紅外光範圍的其他頻寬之間的頻寬(約725nm～約835nm)中具有遮斷特性。
藉由由上述構成所成的實施例3之光學濾光片13，如第8圖所示，可僅在可見光範圍、及與可見光範圍分離之可見光範圍附近之約900nm以下的頻寬具有透過特性。
[實施例3]
在本實施例3中，係相對上述實施例1，濾光片群3為不同。因此，藉由與實施例1為相同構成所得之作用效果及變形例係具有與上述實施例1相同的作用效果及變形例。因此，在本實施例3中，係針對與上述實施例1不同的構成加以說明，而省略關於相同構成的說明。
如第9圖所示，在實施例3之光學濾光片13中，係透過屬於可見光範圍之由約410nm至約650nm的波長的光線(透過率90%以上)，而且透過屬於紅外光範圍(尤其近紅外光範圍)之由約855nm至約920nm的約65nm的頻寬的波長的光線(透過率90%以上)，而遮斷除此以外的頻寬。其中，在本實施例3中，係將成為透過率50%的半值波長設為透過頻寬與遮斷頻寬之中的臨界值(上限值與下限值)。
若詳加說明濾光片群3，第1濾光片33係在由可見光範圍呈連續的紅外光範圍的預先設定的一頻寬(約410nm～約920nm)中具有透過特性，在未達約410nm與超過約920nm中具有遮斷特性。
此外，複數濾光片係由：具有遮斷特性的頻寬被設定在約650nm～約750nm之間的第2濾光片35、及具有遮斷特性的頻寬被設定在約745nm～約855nm之間的第3濾光片36所構成，具有遮斷特性的頻寬為分別約100nm以下，而且具有遮斷特性的頻寬會重複。
第2濾光片35係在可見光範圍(約390nm～約650nm)、與由可見光範圍分離的紅外光範圍的預先設定的其他頻寬(超過約750nm)中具有透過特性，在可見光範圍與紅外光範圍的其他頻寬之間的頻寬(約650nm～約750nm)中具有遮斷特性。
第3濾光片36係在可見光範圍(約410nm～約745nm)、與由可見光範圍分離的紅外光範圍的預先設定的其他頻寬(超過約855nm)中具有透過特性，在可見光範圍與紅外光範圍的其他頻寬之間的頻寬(約745nm～約855nm)中具有遮斷特性。
藉由由上述構成所成之實施例4之光學濾光片13，如第9圖所示，可在包含可見光範圍、及與可見光範圍分離之可見光範圍附近之約900nm以下的頻寬的約855nm～約920nm具有透過特性。
[實施例4]
在本實施例4中，係相對上述實施例1，濾光片群3為不同。因此，藉由與實施例1為相同構成所得之作用效果及變形例係具有與上述實施例1相同的作用效果及變形例。因此，在本實施例4中，係針對與上述實施例1不同的構成加以說明，而省略關於相同構成的說明。
如第10圖所示，在實施例4之光學濾光片13中，係透過屬於可見光範圍之由約450nm至約660nm的波長的光線(透過率90%以上)，而且透過屬於紅外光範圍(尤其近紅外光範圍)之由約890nm至約990nm的約100nm的頻寬的波長的光線(透過率90%以上)，而將除此之外的頻寬遮斷。其中，在本實施例4中，係將成為透過率50%的半值波長設為透過頻寬與遮斷頻寬中之臨界值(上限值與下限值)。
若詳加說明濾光片群3，第1濾光片33係在由可見光範圍呈連續的紅外光範圍的預先設定的一頻寬(約450nm～約990nm)中具有透過特性，在未達約450nm與超過約990nm中具有遮斷特性。
此外，複數濾光片係由：具有遮斷特性的頻寬被設定在約660nm～約760nm之間的第2濾光片35、具有遮斷特性的頻寬被設定在約715nm～約815nm之間的第3濾光片36、及具有遮斷特性的頻寬被設定在約770nm～約890nm之間的第4濾光片所構成，具有遮斷特性的頻寬為分別約100nm以下，而且具有遮斷特性的頻寬會重複。
第2濾光片35係在可見光範圍(約390nm～約660nm)、與由可見光範圍分離的紅外光範圍的預先設定的其他頻寬(超過約760nm)中具有透過特性，在可見光範圍與紅外光範圍的其他頻寬之間的頻寬(約660nm～約760nm)中具有遮斷特性。
第3濾光片36係在可見光範圍(約410nm～約715nm)、與由可見光範圍分離的紅外光範圍的預先設定的其他頻寬(超過約815nm)中具有透過特性，在可見光範圍與紅外光範圍的其他頻寬之間的頻寬(約715nm～約815nm)中具有遮斷特性。
第4濾光片係在可見光範圍(約450nm～約770nm)、與由可見光範圍分離的紅外光範圍的預先設定的其他頻寬(超過約890nm)中具有透過特性，在可見光範圍與紅外光範圍的其他頻寬之間的頻寬(約770nm～約890nm)中具有遮斷特性。
藉由由上述構成所成之實施例5之光學濾光片13，如第10圖所示，可在包含可見光範圍、及與可見光範圍分離之可見光範圍附近之約900nm以下的頻寬的約890nm～約990nm具有透過特性。
其中，本發明係在未脫離其精神或主旨或主要特徵的情形下，可以其他各種形式實施。因此，上述實施例在所有方面僅為例示，並不能作限定性解釋。本發明之範圍係藉由申請專利範圍予以顯示者，在說明書本文中未作任何限制。此外，屬於申請專利範圍之均等範圍的變形或變更係全部為本發明之範圍內者。
此外，本申請案係根據2009年9月15日日本申請的特願2009-213348號來請求優先權。藉由言及於此，其所有內容係被編入本申請案中。
(產業上利用可能性)
本發明係適用在監視攝影機或車載攝影機等不論晝夜均加以使用的攝影機等攝像裝置。
1．．．攝像裝置
2．．．水晶板
3．．．濾光片群
11．．．光軸
12．．．透鏡
13．．．光學濾光片
14．．．攝像元件
15．．．LED燈
21．．．一主面
22．．．其他主面
31．．．第1薄膜
32．．．第2薄膜
33．．．第1濾光片
34．．．調整層
35．．．第2濾光片
36．．．第3濾光片
第1圖係顯示本實施形態之攝像裝置的概略構成圖。
第2圖係顯示本實施形態之光學濾光片之構成的概略構成圖。
第3圖係顯示本實施形態之光學濾光片之透過特性的概略圖。
第4圖係顯示本實施形態之第1濾光片之透過特性的概略圖。
第5圖係顯示本實施形態之第2濾光片之透過特性的概略圖。
第6圖係顯示本實施形態之第3濾光片之透過特性的概略圖。
第7圖係顯示本實施例之光學濾光片之透過特性圖。
第8圖係顯示本實施例2之光學濾光片之透過特性圖。
第9圖係顯示本實施例3之光學濾光片之透過特性圖。
第10圖係顯示本實施例4之光學濾光片之透過特性圖。

Claims (8)

  1. 一種光學濾光片，係設在攝像裝置的光學濾光片，其特徵為：具備有：透明基板；及形成在前述透明基板上，且在可見光範圍與紅外光範圍的2個波長頻寬中具有透過特性，且若透過率為50%時，紅外光範圍中之透過寬度為約65nm~約200nm的濾光片群，前述濾光片群係將：在可見光範圍及由可見光範圍呈連續的紅外光範圍的預先設定的一頻寬中具有透過特性的第1濾光片；及在可見光範圍及從可見光範圍隔開的紅外光範圍的預先設定的其他頻寬中具有透過特性，在可見光範圍與紅外光範圍的其他頻寬之間的頻寬中具有遮斷特性的複數濾光片加以組合所構成，在前述複數濾光片中，具有前述遮斷特性的頻寬為分別約150nm以下，而且，具有前述遮斷特性的頻寬會重複，前述複數濾光片係為：具有前述遮斷特性的頻寬被設定為約600nm~約750nm之間的第2濾光片、及具有前述遮斷特性的頻寬被設定為約700nm~約900nm之間的第3濾光片。
  2. 如申請專利範圍第1項之光學濾光片，其中，前述濾光片群係將：由高折射率材料所構成的第1薄膜、及由低折射率材料所構成的第2薄膜交替層積複數而成， 在前述高折射率材料係使用TiO2、Nb2O5、或Ta2O5，在前述低折射率材料係使用SiO2、或MgF2。
  3. 如申請專利範圍第1項之光學濾光片，其中，前述濾光片群係將：由高折射率材料所構成的第1薄膜、及由低折射率材料所構成的第2薄膜交替層積複數而成，在前述複數濾光片的各個中，前述第1薄膜的層積合計的光學膜厚、與第2薄膜的層積合計的光學膜厚的光學膜厚比係被設定為大致1：0.5至大致1：0.75。
  4. 如申請專利範圍第1項之光學濾光片，其中，前述濾光片群係將：由高折射率材料所構成的第1薄膜、及由低折射率材料所構成的第2薄膜交替層積複數而成，在前述複數濾光片的各個中，前述第1薄膜的層積合計的光學膜厚、與第2薄膜的層積合計的光學膜厚的光學膜厚比被設定為大致0.45：1至大致0.7：1。
  5. 如申請專利範圍第1項之光學濾光片，其中，具有藉由前述濾光片群所得之透過特性的頻寬係可見光範圍、及約800nm~約1000nm。
  6. 如申請專利範圍第1項之光學濾光片，其中，在前述濾光片群係在前述透明基板與前述複數濾光片之間包含有調整層。
  7. 一種攝像裝置，其特徵為：設有如申請專利範圍第1項之光學濾光片。
  8. 一種光學系統，係攝影機之光學系統，其特徵為： 設有如申請專利範圍第1項之光學濾光片。
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