KR101815823B1

KR101815823B1 - 광학 필터 및 촬상 장치

Info

Publication number: KR101815823B1
Application number: KR1020177007575A
Authority: KR
Inventors: 요시하루 오오이; 가즈히코 시오노; 아사나 요시오카; 쇼코 스즈키; 히로키 호타카
Original assignee: 아사히 가라스 가부시키가이샤
Priority date: 2015-04-23
Filing date: 2016-04-21
Publication date: 2018-01-05
Anticipated expiration: 2036-04-21
Also published as: WO2016171219A1; JPWO2016171219A1; CN107076895B; US20170192144A1; US10228500B2; JP6202229B2; KR20170086018A; CN107076895A

Abstract

660 내지 785㎚의 파장 영역에 흡수 극대를 갖는 제1 근적외 흡수제를 포함하고, 하기 (i-1)의 요건을 만족시키는 흡수층과, 하기 (ii-1)의 요건을 만족시키는 유전체 다층막을 포함하는 반사층을 갖는 광학 필터. (i-1) 상기 흡수 극대를 나타내는 파장 λ(DA_T_min)보다 단파장측이고 620 내지 670㎚의 파장 영역에 투과율이 50%가 되는 파장 λSh(DA_T50%)를 갖는다. (ii-1) 670 내지 1200㎚의 파장 영역에 입사각 0°로 입사하는 광에 대한 투과율이 50% 이하가 되는 근적외 반사 대역을 갖고, 상기 근적외 반사 대역보다 단파장측이고, 입사각 30°로 입사하는 광 중 s 편광 성분의 광의 투과율이 50%가 되는 파장 λSh(A2_Ts50%)가, 상기 파장 λSh(DA_T50%)보다 장파장측에 있다.

Description

광학 필터 및 촬상 장치{OPTICAL FILTER AND IMAGING DEVICE}

가시광을 투과하여, 근적외광을 차단하는 광학 필터 및 해당 광학 필터를 구비한 촬상 장치에 관한 것이다.

디지털 스틸 카메라 등에 탑재되는 CCD나 CMOS 이미지 센서 등의 고체 촬상 소자를 사용한 촬상 장치에서는, 색조를 양호하게 재현하고, 또한 선명한 화상을 얻기 위해서, 가시광을 투과하고, 근적외광을 차폐하는 광학 필터(근적외 커트 필터)가 사용되고 있다.

이러한 광학 필터에 있어서 특히, 양호한 색조 재현성을 얻기 위해서는, 가시광을 투과시킴과 함께, 자외광 및 근적외광을 차단하는 분광 투과율 곡선을 나타낼 것이 요구된다.

종래, 이러한 광학 필터로서, 근적외 흡수 색소를 함유하는 (광)흡수층과, 자외 파장 영역 및 적외 파장 영역의 광을 차단하는 유전체 다층막을 포함하는 (광)반사층을 구비한 것이 알려져 있다. 이것은 유전체 다층막 그 자체가, 입사하는 광의 각도에 따라 분광 투과율 곡선이 변화(시프트)한다. 그 때문에, 이러한 광학 필터는, 그 변화를 해소하기 위해, 투과율의 입사각 의존성이 매우 작은 근적외 흡수 색소를 함유하는 흡수층의 흡수 파장 영역을 겹쳐서, 광의 입사각의 의존성을 억제하여 색 재현성이 우수한 분광 투과율 곡선을 얻고자 한 것이다(예를 들어, 특허문헌 1 내지 3 등 참조).

그러나, 유전체 다층막은 입사하는 광의 각도가 커짐에 따라, 편광 성분에 따라서도 광학 특성에 차가 생긴다. 즉, s 편광 성분과 p 편광 성분의 분광 투과율 곡선이 다르게 된다. 상기 특허문헌은, 경사 입사(예를 들어, 30°)광에 대한 분광 투과율 곡선을 나타내고, 수직 입사(0°)광의 분광 투과율 곡선과의 차분이 작아지는 것을 개시하고 있지만, 편광 성분에 관한 구체적인 기재는 없다. 그리고, 특정한 편광 성분(s 편광 성분 또는 p 편광 성분)에 착안했을 때, 종래의 광학 필터는, 시프트양이 커져서, 입사하는 광의 편광 성분에 기인한 경사 입사에 의한 분광 투과율 곡선의 시프트가 충분히 해소되지 않고 있었다. 여기에서 말하는 시프트(양)란, 특히 분광 투과율 곡선 중, 투과율의 상승이나 하강으로 볼 수 있는 파장의 변화(량)에 상당한다.

이 때문에, 종래의 광학 필터는, 편광 성분에 의한 입사각 의존성이 발생한다는 문제가 있었다. 특히, 광학 필터는 가시 영역과 근적외 영역의 경계인 700㎚ 부근에서 투과로부터 차단으로 천이하는 영역에 있어서, 광의 입사각 의존성과 편광 의존성이 커지면, 고체 촬상 소자에서의 고정밀도의 색 재현성을 얻지 못한다. 또한, 광학 필터는 고체 촬상 소자의 감도의 최장 파장이 되는 1150㎚ 부근에 있어서, 편광 의존성을 위해서 투과율이 높아지면, 고체 촬상 소자가 원래 감지해야 하는 것은 아닌 파장의 광량(노이즈)을 감지함으로써 고정밀도의 색 재현성을 얻지 못한다.

일본특허공개 제2013-190553호 공보 일본특허공개 제2014-052482호 공보 국제공개 제2014/002864호 공보

따라서, 본 발명은 경사 입사 시에 있어서의 편광 의존성이 억제된 광학 필터, 특히 가시 영역과 근적외 영역의 경계인 700㎚ 부근에서 투과로부터 차단으로 천이하는 영역의 편광 의존성이 억제된 광학 필터, 또한 고체 촬상 소자의 감도의 최장 파장이 되는 1150㎚ 부근에 있어서, 편광 의존성에 의한 투과율의 증대가 억제된 광학 필터 및 해당 광학 필터를 구비한 촬상 화상의 색 재현성이 우수한 촬상 장치의 제공을 목적으로 한다.

본 발명의 일 형태에 따른 광학 필터는, 660 내지 785㎚의 파장 영역에 흡수 극대를 갖는 제1 근적외 흡수제를 포함하고, 하기 (i-1)의 요건을 만족시키는 흡수층과, 하기 (ii-1)의 요건을 만족시키는 유전체 다층막을 포함하는 반사층을 갖는 것을 특징으로 한다.

(i-1) 상기 흡수 극대를 나타내는 파장 λ(DA_T_min)보다 단파장측이고 620 내지 670㎚의 파장 영역에 투과율이 50%가 되는 파장 λSh(DA_T50%)를 갖는다.

(ii-1) 670 내지 1200㎚의 파장 영역에 입사각 0°로 입사하는 광에 대한 투과율이 50% 이하가 되는 근적외 반사 대역을 갖고, 상기 근적외 반사 대역보다 단파장측이고, 입사각 30°로 입사하는 광 중 s 편광 성분의 광의 투과율이 50%가 되는 파장 λSh(A2_Ts50%)가, 상기 파장 λSh(DA_T50%)보다 장파장측에 있다.

또한, 본 발명의 다른 형태에 따른 광학 필터는, 660 내지 785㎚의 파장 영역에 흡수 극대를 갖는 제1 근적외 흡수제와, 800 내지 920㎚의 파장 영역에 흡수 극대를 갖는 제2 근적외 흡수제를 포함하고, 하기 (I-1)의 요건을 만족시키는 흡수층과, 하기 (II-1)의 요건을 만족시키는 유전체 다층막을 포함하는 반사층을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 필터.

(I-1) 상기 제1 근적외 흡수제가 흡수 극대를 나타내는 파장 λ(DA_T_min)보다 단파장측이고 620 내지 670㎚의 파장 영역에 투과율이 50%가 되는 파장 λSh(DA_T50%)를 갖고, 상기 제2 근적외 흡수제가 흡수 극대를 나타내는 파장 λ(DB_T_min)보다 장파장측이고 900 내지 970㎚의 파장 영역에 투과율이 50%가 되는 파장 λLo(DB_T50%)를 갖고, λSh(DA_T50%)<λ(DA_T_min)<λ(DB_T_min)<λLo(DB_T50%)이다.

(II-1) 670 내지 1200㎚의 파장 영역에 입사각 0°로 입사하는 광에 대한 투과율이 50% 이하가 되는 근적외 반사 대역을 갖고, 상기 근적외 반사 대역의 단파장측이고 투과율이 50%가 되는 파장 λSh(A1_T50%)와, 상기 파장 λ(DB_T_min)과, 상기 파장 λLo(DB_T50%)의 관계가,

λ(DB_T_min)<λSh(A1_T50%)<λLo(DB_T50%)

이고, 또한 상기 근적외 반사 대역의 장파장측이고, 입사각 30°로 입사하는 광 중 p 편광 성분의 광의 투과율이 15%가 되는 파장 λLo(A1_Tp15%)가, 파장 1150㎚보다 장파장이다.

본 발명의 또 다른 형태에 따른 촬상 장치는, 상기 어느 광학 필터를 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 경사 입사 시에 있어서의 편광 의존성이 억제된 광학 필터, 특히 가시 영역과 근적외 영역의 경계인 700㎚ 부근에서 투과로부터 차단으로 천이하는 영역에 있어서의 편광 의존성에 의한 투과율의 변화가 억제되고, 고체 촬상 소자의 감도의 최장 파장이 되는 1150㎚ 부근에 있어서의 편광 의존성에 의한 투과율의 증대가 억제된 광학 필터가 얻어진다. 또한, 그러한 광학 필터를 사용한 색 재현성이 우수한 촬상 장치가 얻어진다.

도 1a는 제1 실시 형태의 광학 필터의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 1b는 제1 실시 형태의 광학 필터의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 1c는 제1 실시 형태의 광학 필터의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 1d는 제1 실시 형태의 광학 필터의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 2는 UV 흡수제 (DU)와 제1 NIR 흡수제 (DA)를 포함하는 흡수층의 분광 투과율의 계산 결과를 나타내는 그래프이다.
도 3a는 고굴절률 n_H=2.35, 저굴절률 n_L=1.45의 유전체막을 교대로 굴절률 n_S=1.5의 투명 기판 상에, 광학 막 두께가 파장 λ₀에 대하여 λ₀/4가 되도록 21층 적층한 경우의 분광 투과율의 계산 결과로, 파장 λ에 대하여 횡축을 g=λ₀/λ로서 표기한 그래프이다.
도 3b는 도 3a에 나타내는 계산 결과에 있어서, 횡축을 파장 λ로 표기한 그래프이다.
도 4는 표 2에 나타내는 유전체 다층막을 포함하는 반사층의 분광 투과율의 계산 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5는 표 3에 나타내는 유전체 다층막을 포함하는 반사층의 분광 투과율의 계산 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6은 투명 기판의 편면에 표 2에 나타내는 유전체 다층막을 포함하는 반사층을, 다른 쪽 면에 표 3에 나타내는 유전체 다층막을 포함하는 반사층을 형성한, 반사형 필터의 분광 투과율의 계산 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 투명 기판의 편면에 표 2에 나타내는 유전체 다층막을 포함하는 반사층과, 표 3에 나타내는 유전체 다층막을 포함하는 반사층을 일체로 형성한, 반사형 필터의 분광 투과율의 계산 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8a는 제2 실시 형태의 광학 필터의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 8b는 제2 실시 형태의 광학 필터의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 8c는 제2 실시 형태의 광학 필터의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 9는 UV 흡수제 (DU)와 제1 NIR 흡수제 (DA)와 제2 NIR 흡수제 (DB)를 포함하는 흡수층의 분광 투과율의 계산 결과를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 촬상 장치의 일례를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 11은 실시예 1의 광학 필터의 분광 투과율의 계산 결과를 나타내는 그래프이다.
도 12는 실시예 2의 광학 필터의 분광 투과율의 계산 결과를 나타내는 그래프이다.
도 13a는 실시예 1의 광학 필터의 680 내지 760㎚의 파장 영역에 있어서의 분광 투과율의 계산 결과를 나타내는 그래프이다.
도 13b는 비교예 1의 광학 필터의 680 내지 760㎚의 파장 영역에 있어서의 분광 투과율의 계산 결과를 나타내는 그래프이다.
도 14a는 실시예 1의 광학 필터의 1000 내지 1250㎚의 파장 영역에 있어서의 분광 투과율의 계산 결과를 나타내는 그래프이다.
도 14b는 비교예 2의 광학 필터의 1000 내지 1250㎚의 파장 영역에 있어서의 분광 투과율의 계산 결과를 나타내는 그래프이다.
도 15는 실시예 3의 광학 필터의 분광 투과율의 계산 결과를 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명의 실시 형태를 설명한다.

(제1 실시 형태)

본 실시 형태의 광학 필터(이하, 제1 실시 형태의 설명 중, 「본 필터」라고도 한다)는, 흡수층 및 반사층을 갖고, 해당 반사층은 유전체 다층막을 포함한다.

흡수층은 본 필터 중에 1층 가져도 되고, 2층 이상 가져도 된다. 2층 이상 갖는 경우, 각 층은 동일한 구성이어도 되고 달라도 된다. 일례를 들면, 한쪽 층을, 후술하는 바와 같은 근적외 흡수제 (이하, 「NIR 흡수제」라고 약기하기도 한다)를 포함하는 수지를 포함하는 근적외 흡수층으로 하고, 다른 한쪽 층을, 후술하는 바와 같은 근자외 흡수제 (이하, 「UV 흡수제」라고 약기하기도 한다)를 포함하는 수지를 포함하는 근자외 흡수층으로 해도 된다. 또한, 흡수층은 그 자체가 기판(수지 기판)으로서 기능하는 것이어도 된다.

유전체 다층막을 포함하는 반사층은, 흡수층과 마찬가지로, 1층 가져도 되고, 2층 이상 가져도 된다. 2층 이상 갖는 경우, 각 반사층은 동일한 구성이어도 되고 달라도 되지만, 통상 반사 대역이 다른 복수의 반사층으로 구성된다. 이들 각 반사층을 구성하는 각 유전체 다층막 중의 각 막의 광학 막 두께의 평균값은, 반사 대역에 따라서 다르다. 일례를 들면, 한쪽 반사층을, 근적외 영역(700 내지 1200㎚)의 단파장측 영역의 광을 차폐하는 근적외 반사층으로 하고, 다른 쪽 반사층을, 근적외 영역의 장파장측 영역 및 근자외 영역의 양쪽 영역의 광을 차폐하는 근적외·근자외 반사층으로 해도 된다.

본 필터는, 투명 기판을 더 가져도 된다. 이 경우, 상기 흡수층과 상기 반사층은, 투명 기판의 동일 주면 상에 가져도 되고, 다른 주면 상에 가져도 된다. 흡수층과 반사층을 동일 주면 상에 갖는 경우, 이들 적층순은 특별히 한정되지 않는다.

본 필터는, 또 다른 기능층을 가져도 된다. 다른 기능층으로서는, 예를 들어 가시 영역의 투과율 손실을 억제하는 반사 방지층을 들 수 있다. 특히, 흡수층이 최표면의 구성을 취하는 경우에는, 흡수층과 공기의 계면에서 반사에 의한 가시광 투과율 손실이 발생하기 때문에, 흡수층 위에 반사 방지층을 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 그 경우, 반사 방지층은 흡수층의 최표면뿐만 아니라, 흡수층의 측면 전체도 덮는 구성으로 해도 된다. 측면 전체도 덮음으로써, 흡수층의 방습 효과를 높일 수 있다.

이하, 본 필터의 구성예를, 도면을 사용해서 설명한다.

도 1a는 흡수층(11)의 양 주면 상에 각각 제1 반사층 (12a) 및 제2 반사층 (12b)을 구비한 광학 필터(10)의 구성예이다.

도 1b는 흡수층(11)의 한쪽 주면 상에 제1 반사층 (12a) 및 제2 반사층 (12b)을 구비한 광학 필터(20)의 구성예이다.

또한, 「흡수층(11)의 한쪽 주면 상에, 제1 반사층 (12a) 등의 다른 층을 구비한다」란, 흡수층(11)에 접촉해서 다른 층이 구비되는 경우에 한하지 않고, 흡수층(11)과 다른 층 사이에, 별도의 기능층이 구비되어 있는 경우도 포함하는 것으로 한다. 이하의 구성도 마찬가지이다. 여기서, 광학 필터(10), 광학 필터(20)에 있어서의 흡수층(11)은, 이 경우, 투명 기판으로서의 기능을 겸비해도 된다.

도 1c는 투명 기판(13)의 양 주면 상에 각각 제1 반사층 (12a) 및 제2 반사층 (12b)을 구비하고, 제2 반사층 (12b) 상에 흡수층(11) 및 반사 방지층(14)을 순서대로 구비한 광학 필터(30)의 구성예이다.

도 1d는 투명 기판(13)의 한쪽 주면 상에 제1 반사층 (12a) 및 제2 반사층 (12b)을 구비하고, 투명 기판(13)의 다른 쪽 주면 상에 흡수층(11) 및 반사 방지층(14)을 구비한 광학 필터(40)의 구성예이다.

도 1a 내지 도 1d는 모두 2층 구성의 다른 반사층이 설치되어 있는 예이다. 전술한 바와 같이, 예를 들어 제1 반사층 (12a)이 상술한 근적외 영역의 장파장측 영역 및 근자외 영역의 광을 차폐하는 근적외·근자외 반사층이고, 제2 반사층 (12b)이 상술한 근적외 영역의 단파장측 영역을 차폐하는 근적외 반사층이어도 된다. 제1 반사층 (12a)과 제2 반사층 (12b)의 위치는 특별히 한정되지 않는다.

본 필터는, 하기 요건 (1) 내지 (3) 중 적어도 하나를 만족시키는 것이 바람직하고, 적어도 둘을 만족시키는 것이 보다 바람직하다. 하기 (1) 내지 (3)의 요건 모두를 만족시키는 것이 한층 더 바람직하다.

(1) 입사각 0°의 분광 투과율 곡선에 있어서, 440 내지 600㎚의 파장 영역에 있어서의 평균 투과율이 80% 이상이다.

(2) 입사각 0°의 분광 투과율 곡선에 있어서, 350 내지 400㎚의 파장 영역의 평균 투과율이 5% 이하이다.

(3) 입사각 0°의 분광 투과율 곡선에 있어서, 700 내지 1150㎚의 파장 영역의 평균 투과율이 5% 이하이다.

상기 (1)에 있어서, 평균 투과율은 90% 이상이 바람직하다. 또한, 상기 (2)에 있어서, 평균 투과율은 3% 이하가 바람직하고, 1% 이하가 보다 바람직하다. 또한, 상기 (3)에 있어서, 평균 투과율은 3% 이하가 바람직하고, 1% 이하가 보다 바람직하다.

또한, 입사각 0°의 분광 투과율 곡선에 있어서의, 440 내지 600㎚의 파장 영역에 있어서의 투과율은, 60% 이상이면 되고, 70% 이상이 바람직하고, 80% 이상이 보다 바람직하다. 또한, 입사각 0°의 분광 투과율 곡선에 있어서의, 350 내지 400㎚의 파장 영역의 투과율은, 10% 이하이면 되고, 5% 이하가 바람직하고, 1% 이하가 보다 바람직하다. 또한, 입사각 0°의 분광 투과율 곡선에 있어서의, 700 내지 1150㎚의 파장 영역의 투과율은, 10% 이하이면 되고, 5% 이하가 바람직하고, 1% 이하가 보다 바람직하다.

이어서, 본 필터를 구성하는, 흡수층, 반사층, 투명 기판 및 반사 방지층에 대해서 설명한다.

<흡수층>

흡수층은 NIR 흡수제 (DA)와, 투명 수지 (B)를 함유하는 층이며, 전형적으로는 투명 수지 (B) 중에 NIR 흡수제 (DA)가 균일하게 용해 또는 분산한 층이다. 또한, 흡수층은 NIR 흡수제 (DA) 이외의 흡수제, 예를 들어 UV 흡수제 (DU)를 함유해도 된다. 또한, 제2 실시 형태에서 설명하는 NIR 흡수제 (DB)를 함유해도 된다(이하, NIR 흡수제 (DA)를 「제1 NIR 흡수제 (DA)」, NIR 흡수제 (DB)를 「제2 NIR 흡수제 (DB)」라고도 한다).

NIR 흡수제 (DA)를 포함하는 흡수층의 광학적 성질은, 굴절률 n과 소쇠 계수 κ를 사용한 복소 굴절률 n-iκ로 표현되고, 흡수제 고유의 소쇠 계수 κ의 파장 λ) 의존성에 따른 광흡수에 수반하여 분광 투과율이 변화한다. 흡수제가 투명 수지 중에 두께 방향으로 균일하게 분산된 흡수층의 두께를 d라 하면, 흡수층의 분광 투과율 T(λ)는 T(λ)=exp(-4πκd/λ)로 기술된다. 여기서, α=4πκ/λ는 흡수 계수이고, 상용 대수를 사용해서 투과율을 표기하는 경우에는 T(λ)=10^- ^βd가 되고, 흡수 계수 β는 α에 log₁₀(e)=0.434를 곱한 값에 상당한다. 이때, 흡광도 A는 -log₁₀{T(λ)}=βd라고 기재된다. 흡수 계수 α 및 β는 흡수층 중 흡수제 농도에 따라 변화한다. 즉, 흡수층의 분광 투과율은 흡수층 중의 흡수제 농도 및 흡수층의 두께 d를 바꿈으로써 조정할 수 있다.

본 실시 형태에 있어서는, 600 내지 700㎚의 파장 영역의 분광 감도를 인간의 눈의 분광 감도에 상당하는 비시감도의 등색 함수에 근사시킴과 함께, 700 내지 1150㎚의 근적외광을 차단하여, 440 내지 600㎚의 가시광이 고투과율이 되도록, 흡수층을 설계하는 것이 요망된다.

그러나, 소쇠 계수 κ의 파장 의존성은 흡수제에 고유한 특성이며, 가시 영역에서 고투과율을 유지하여, 넓은 근적외 영역을 흡수에 의해 충분히 차단하는 것은 일반적으로 어렵다. 그 때문에, 본 필터는 600 내지 700㎚의 파장 영역의 분광 투과율 곡선을 등색 함수에 근사시킴과 함께, 700㎚ 이상의 근적외 영역 중 단파장측의 영역을 NIR 흡수제에 의해 차단하고, NIR 흡수제에 의해 차단할 수 없는 근적외 영역의 장파장측의 영역을 후술하는 반사층에 의해 차단하는 구성으로 한다.

따라서, 본 실시 형태의 광학 필터에 있어서의 흡수층은, NIR 흡수제를 투명 수지 (B)에 용해 또는 분산해서 제작한 수지막의 350 내지 1200㎚의 흡수 스펙트럼에 있어서, 660 내지 785㎚의 파장 영역에 흡수 극대 파장 λ(DA_T_min)을 갖는 NIR 흡수제 (DA)를 사용한다. 또한, 흡수층은 흡수 극대 파장 λ(DA_T_min)보다 단파장측이고 620 내지 670㎚의 파장 영역 내에 투과율 50%가 되는 파장 λSh(DA_T50%)를 갖도록 NIR 흡수제 (DA)의 농도와 두께 d를 설정한다. 더욱 바람직하게는, 흡수층은 흡수 극대 파장 λ(DA_T_min)보다 단파장측이고 640 내지 700㎚의 파장 영역 내에 투과율 15%가 되는 파장 λSh(DA_T15%)를 갖고, λ(DA_T_min)보다 장파장측이고 740 내지 840㎚의 파장 영역 내에 투과율 15%가 되는 파장 λLo(DA_T15%)와 투과율 50%가 되는 파장 λLo(DA_T50%)(단, λLo(DA_T15%)<λLo(DA_T50%))를 갖고, 입사각 0°의 분광 투과율 곡선에 있어서 440 내지 600㎚ 파장 영역의 평균 투과율이 80% 이상이 되도록, NIR 흡수제 (DA)의 농도와 두께 d를 설정한다.

여기서, 본 필터가 RGB 컬러 필터를 갖는 고체 촬상 소자에 있어서의 Red의 색 재현성을 중시한 촬상 장치용 광학 필터의 경우, 흡수층은 600 내지 700㎚ 파장 영역의 분광 감도가 등색 함수 x(λ)에 근사되도록 NIR 흡수제 (DA)를 선택하고, 또한 흡수층 중의 농도와 두께 d의 조정을 행하는 것이 바람직하다. 또한, 고체 촬상 소자의 감도를 중시하는 촬상 장치용 광학 필터의 경우, 600 내지 700㎚의 파장 영역이 보다 고투과율이고 700㎚ 이상의 파장은 흡수하는 급준한 분광 투과율을 나타내는 NIR 흡수제 (DA)의 선택이 바람직하다.

단일 화합물의 NIR 흡수제 (DA)는, 근적외 영역의 흡수 특성으로서 특정한 파장 영역에 높은 흡수를 갖고, 가시 영역에서 흡수가 작고, 또한 흡수 극대 파장 λ(DA_T_min)보다 장파장측이고 투과율이 증가(흡수가 저하)하는 것이 많다. 그 때문에, 단일 화합물을 포함하는 NIR 흡수제 (DA)는 넓은 파장 영역의 입사광을 충분히 흡수하는 것은 어렵다. 그러나, 본 실시 형태의 광학 필터는, 전술한 제1 반사층과 제2 반사층과 같은 복수의 반사층을 구비함으로써, 넓은 파장 영역의 입사광을 차단할 수 있다. 또한, 흡수층은 흡수 극대 파장이 다른 복수의 화합물을 사용해서 흡수 파장 영역을 확대하는 구성이어도 된다. 단, 흡수층이 복수의 NIR 흡수제를 함유하고, 가시 영역에 있어서의 NIR 흡수제 고유의 잔류 흡수를 가지면, 가시 영역의 투과율을 저하시키는 경우가 있기 때문에, 이들을 고려해서 NIR 흡수제를 선택하고, 또한 흡수층 중 농도 및 흡수층의 두께도 고려한다.

본 실시 형태의 광학 필터에 적합한 NIR 흡수제 (DA)의 구체예로서는, KODAK사의 IRD 시리즈의 05, 22, 57, 67 등, Epolin사의 Epolight^TM 시리즈의 5548, 5768, 6084 등, QCR Solutions사의 NIR 시리즈의 757A, 762A, 775B, 778A, 783C 등, Exciton사의 ABS694, ABS691 등, H.W.Sands사의 SDA 시리즈의 1372, 3517, 4231, 4653, 5027, 5966, 6390, 6396, 7251, 8064 및 SDB3410 등(이상, 상품명)을 들 수 있다. 이들은 모두, 전술한 흡수 스펙트럼에 있어서, 660 내지 785㎚의 파장 영역에 흡수 극대 파장 λ(DA_T_min)을 가짐과 함께, 440 내지 600㎚의 가시 영역의 광흡수가 거의 없는 점에서, 본 실시 형태의 NIR 흡수제 (DA)로서 적합하다.

또한, 하기 일반식 (A1)로 표시되는 스쿠아릴륨계 화합물도, 본 실시 형태의 NIR 흡수제 (DA)로서 적합하다.

식 (A1) 중 기호는 이하와 같다.

X는 독립하여 하나 이상의 수소 원자가 탄소수 1 내지 12의 알킬기 또는 알콕시기로 치환되어 있어도 되는 하기 식 (1) 또는 식 (2)로 표시되는 2가의 유기기이다.

-(CH₂)_n1- … (1)

식 (1) 중 n1은 2 또는 3이다.

-(CH₂)_n2-O-(CH₂)_n3- … (2)

식 (2) 중, n2와 n3은 각각 독립하여 0 내지 2의 정수이고, n2+n3은 1 또는 2이다.

R¹은 독립하여 포화 환 구조를 포함해도 되고, 분지를 가져도 되는 탄소수 1 내지 12의 포화 혹은 불포화 탄화수소기, 탄소수 3 내지 12의 포화 환상 탄화수소기, 탄소수 6 내지 12의 아릴기 또는 탄소수 7 내지 13의 아르아릴기를 나타낸다.

R² 및 R³은 독립하여 수소 원자, 할로겐 원자 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기 혹은 알콕시기를 나타낸다.

R⁴는 독립하여 하나 이상의 수소 원자가 할로겐 원자, 수산기, 카르복시기, 술포기 또는 시아노기로 치환되어 있어도 되고, 탄소 원자간에 불포화 결합, 산소 원자, 포화 혹은 불포화의 환 구조를 포함해도 되는, 적어도 1 이상의 분지를 갖는 탄소수 5 내지 25의 탄화수소기이다.

상기 일반식 (A1)로 표시되는 화합물은, 가시 영역과 근적외 영역의 경계 부근의 흡수 스펙트럼에 있어서의 경사가 급준하고, 또한 근적외광에 대한 차폐능도 높다. 그 때문에, 흡수층은 해당 화합물을 소량 첨가해도 우수한 흡수 특성을 갖고, 광학 필터의 박형화 및 소형화가 도모된다. 또한, 상기 일반식 (A1)로 표시되는 화합물은, 내열성이 우수하기 때문에, 열 프로세스 중의 분광 투과율의 변화도 억제할 수 있다.

또한, 400 내지 450㎚의 가시 영역에 있어서의 고체 촬상 소자의 분광 감도는, 고체 촬상 소자의 Blue용 화소에 형성된 Blue 컬러 필터에 의해 비시감도의 등색 함수 z(λ)에 근사된다. 그리고, 인간의 눈에 감도가 없는 350 내지 400㎚의 근자외광의 일부도, Blue 컬러 필터를 투과하여 고체 촬상 소자에서 검지되어, 고정밀도의 색 재현성의 방해가 되는 경우가 있다. 따라서, 흡수층은 350 내지 400㎚의 근자외광을 차단하고, 420㎚ 이상의 가시 영역에서 고투과율이 되도록, 전술한 흡수 스펙트럼에 있어서, 370 내지 405㎚의 파장 영역에 흡수 극대 파장 λ(DU_T_min)을 갖는 UV 흡수제 (DU)를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 흡수층은 상기 흡수 극대 파장 λ(DU_T_min)보다 장파장측이고 400 내지 420㎚의 파장 영역 내에 투과율 50%가 되는 파장 λLo(DU_T50%)를 갖고, 입사각 0°의 분광 투과율 곡선, 즉 UV 흡수제 (DU)만을 포함하는 흡수층의 주면에 수직으로 입사하는 광의 분광 투과율 곡선에 있어서, 440 내지 620㎚의 파장 대역의 평균 투과율이 90% 이상, 바람직하게는 95% 이상이 되도록, UV 흡수제 (DU)의 종류, UV 흡수제 (DU)의(흡수층 중의) 농도 및 두께 d를 설정하는 것이 바람직하다.

또한, UV 흡수제 (DU)를 포함하는 흡수층은, 370 내지 440㎚의 파장 영역에 있어서의 최소 투과율 파장과 최대 투과율 파장의 간격이 좁을수록, 즉 투과율의 변화가 급준할수록, 가시광의 손실이 감소되어 바람직하다. 그러나, 이와 같은 급준한 변화를 얻기 위해서는, UV 흡수제 (DU)의 농도를 증가시킬 필요가 있고, 그 경우, 가시 영역에 있어서의 UV 흡수제 (DU) 고유의 잔류 흡수를 가지면, 가시광의 투과율이 저하되는 경우가 있다. 따라서, 그러한 UV 흡수제를 사용하는 경우, 흡수층은 440 내지 620㎚의 파장 영역의 평균 투과율이 상기 범위가 되도록, UV 흡수제 (DU)의 종류, UV 흡수제 (DU)의(흡수층 중의) 농도 및 두께 d를 설정하는 것이 바람직하다.

본 실시 형태의 광학 필터에 적합한 UV 흡수제 (DU)의 구체예로서는, H.W.Sands사의 SDA3382 및 MSA3144, QCR Solutions사의 UV386A 및 UV386B, Chiba사의 TINUVIN479(이상, 상품명), 멜로시아닌계 색소, 벤조트리아졸계 자외선 흡수제, 벤조페논계 자외선 흡수제, 살리실레이트계 자외선 흡수제, 시아노아크릴레이트계 자외선 흡수제, 트리아진계 자외선 흡수제, 옥사닐리드계 자외선 흡수제, 니켈 착염계 자외선 흡수제, 무기계 자외선 흡수제 등을 들 수 있다. 이들은 모두, 전술한 흡수 스펙트럼에 있어서, 370 내지 405㎚의 파장 영역에 흡수 극대 파장 λ(DU_T_min)을 가짐과 함께, 440 내지 700㎚의 가시 영역의 광흡수가 거의 없고, 또한 390 내지 420㎚의 파장 영역에서 비교적 급준한 투과율 변화가 얻어지는 점에서, 본 필터의 UV 흡수제 (DU)로서 적합하다.

UV 흡수제로서, 예를 들어 상기 SDA3382를 사용한 경우, 흡수 극대 파장 λ(DU_T_min)은 387㎚이다. 그리고, 해당 UV 흡수제의 농도를 조정함으로써, 흡수 극대 파장 λ(DU_T_min)보다 장파장측이고 투과율 15%가 되는 파장 λLo(DU_T15%)를 394㎚, 투과율 50%가 되는 파장 λLo(DU_T50%)를 402㎚, 투과율 70%가 되는 파장 λLo(DU_T70%)을 407㎚로 설정할 수 있다.

도 2는 NIR 흡수제 (DA)로서 흡수 극대 파장 λ(DA_T_min)이 775㎚의 NIR775B를 사용하고, UV 흡수제 (DU)로서 전술한 SDA3382를 사용하고, 이들 흡수층 중의 농도 및 두께 d를 조정해서 산출한 흡수층의 분광 투과율 곡선의 일례이다. 도 2는 흡수층과 공기의 하나의 계면에서 발생하는 대략 4% 정도의 프레넬 반사 손실은 고려하고 있지 않으며, 분광 투과율은 흡수층의 내부 투과율에 상당한다. 바꾸어 말하면 도 2는, 흡수층의 계면에 소정의 반사 방지층을 구비하는 경우에 있어서의 분광 투과율 곡선에 상당한다.

도 2와 같이, 예시한 흡수층은, 근자외 영역의 363 내지 393㎚의 투과율이 10% 이하, 가시 영역의 404㎚와 633㎚이고 투과율이 대략 50%이고, 410 내지 630㎚ 파장 영역의 평균 투과율이 대략 85%, 근적외 영역의 700 내지 800㎚의 투과율이 대략 5% 이하인 분광 투과율을 나타낸다.

도 2에 도시한 흡수층의 분광 투과율 곡선은, 입사광의 입사각 의존성이 거의 없다. 따라서, 상기 흡수층을 구비함으로써, 가시 영역과 근자외 영역의 경계 영역 및 가시 영역과 근적외 영역의 경계 영역에서, 발산 및 집속하는 입사광에 대해서도 안정된 분광 투과율 곡선이 얻어진다.

또한, 흡수층은 적어도 NIR 흡수제 (DA)와 투명 수지 (B)를 함유한다. 투명 수지 (B)로서는, 다양한 수지 재료를 사용할 수 있다. 예를 들어, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 엔·티올 수지, 폴리카르보네이트 수지, 폴리에테르 수지, 폴리아릴레이트 수지, 폴리술폰 수지, 폴리에테르술폰 수지, 폴리파라페닐렌 수지, 폴리아릴렌에테르포스핀옥시드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드이미드 수지, 폴리올레핀 수지, 환상 올레핀 수지 및 폴리에스테르 수지 등을 들 수 있다. 투명 수지는, 1종을 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 혼합해서 사용해도 된다.

상기한 것 중에서도, 투명성, NIR 흡수제 (DA)나 UV 흡수제 (DU) 등의 투명 수지 (B)에 대한 용해성 및 내열성의 관점에서, 투명 수지는 유리 전이점(Tg)이 높은 수지가 바람직하다. 구체적으로는, 폴리에스테르 수지, 폴리카르보네이트 수지, 폴리에테르술폰 수지, 폴리아릴레이트 수지, 폴리이미드 수지 및 에폭시 수지에서 선택되는 1종 이상이 바람직하다. 또한, 투명 수지는 폴리에스테르 수지, 폴리이미드 수지에서 선택되는 1종 이상이 보다 바람직하다. 폴리에스테르 수지로서는, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지, 폴리에틸렌나프탈레이트 수지 등이 바람직하다.

흡수층 중의 흡수제의 전량에 대한 NIR 흡수제 (DA) 및 UV 흡수제 (DU)의 비율은, 3 내지 100질량%가 바람직하다. 또한, 투명 수지 (B) 100질량부에 대하여, NIR 흡수제 (DA) 및 UV 흡수제 (DU)는, 합계 0.01 내지 20질량부가 바람직하고, 0.05 내지 15질량부가 보다 바람직하고, 1 내지 10질량부가 한층 더 바람직하다.

<반사층>

본 실시 형태의 광학 필터는, 상기 NIR 흡수제 (DA), 혹은 상기 NIR 흡수제 (DA) 및 UV 흡수제 (DU)를 함유하는 흡수층만이 파장 선택적인 광 차단성을 갖는 구성의 경우, RGB 컬러 필터를 갖는 고체 촬상 소자가 감도를 갖는 350 내지 1150㎚의 파장 영역의 입사광 중 , 대략 350 내지 390㎚의 근자외 영역 및 대략 800 내지 1150㎚의 근적외 영역의 입사광의 차단성이 불충분하다. 따라서, 본 필터는 또한 저굴절률의 유전체막과 고굴절률의 유전체막을 교대로 적층한 유전체 다층막을 포함하는 반사층을 구비한다. 본 필터는, 반사층을 구비함으로써, 불필요한 파장의 광 차단성을 향상시켜서, RGB 컬러 필터를 갖는 고체 촬상 소자는 대략 400 내지 700㎚의 가시 영역 내의 광만을 검지할 수 있게 된다. 또한, 이하, 고굴절률의 유전체막은 「고굴절률막」이라고도 하고, 저굴절률의 유전체막은 「저굴절률막」이라고도 한다.

반사층은 흡수층에 비교하면, 경사 입사하는 광에 대하여 입사각에 의존해서 분광 투과율 곡선이 변화하는, 입사각 의존성이 크다. 그 때문에, 반사층 및 흡수층을 포함하는 본 필터의 입사각 의존성은, 반사층의 입사각 의존성에 의해 지배적으로 나타나는 경향이 있다. 또한, 반사층은 입사하는 광의 각도가 커짐에 따라, 편광 성분에 의한 분광 투과율 곡선의 상이가 발생하는, 편광 의존성도 있다. 따라서, 본 필터는 이들 입사각 의존성이나 편광 의존성이, 촬상 장치의 컬러 화상의 색 재현성에 영향을 주지 않고, 흡수층에 의한 가시 영역의 분광 투과율 곡선을 가능한 한 유지함과 함께, 불필요한 파장의 광 차단성을 향상시키도록 설계한다.

전술한 바와 같이 반사층은, 고굴절률막(굴절률: n_H)과 저굴절률막(굴절률: n_L)을, 각각 입사광의 파장과 동일 정도 이하의 막 두께 d_H 및 d_L로 교대로 적층한 유전체 다층막을 포함한다. 해당 반사층은, 수직 입사(입사각 θ=0°)에 있어서의 파장 λ₀의 반사율 R(λ₀)이 최대가 되는 조건은, 유전체막 계면에서 발생하는 프레넬 반사가 광 간섭에 의해 서로 강화하는 구성이다. 구체적으로는, 각 유전체막의 광학 막 두께(굴절률 n×막 두께 d)가 λ₀×(2m-1)/4가 되는 구성을 갖는다. 여기서, m은 자연수이고, m=1의 때 광학 막 두께는 최솟값 λ₀/4가 된다.

반사층은 사용하는 유전체 재료가 사용 파장 영역에서 투명한 경우, 반사광 이외의 입사광은 투과하기 때문에, 파장 λ₀의 투과율 T(λ₀)=1-R(λ₀)이 최소 투과율이 된다.

또한, 유전체막 계면의 프레넬 반사율은 (n_H-n_L)²/(n_H+n_L)²로 표기되어, 굴절률차 (n_H-n_L)이 크고, 평균 굴절률 (n_H+n_L)/2가 작은 2종의 유전체 재료의 조합에 의해, 반사 파장 대역의 반사율은 증가한다. 동일한 이유에서, 가시 영역에서 투명한 광학 유리나 광학 수지 등을 포함하는 투명 기판의 굴절률 n_S는, 일반적으로 1.4 내지 1.6 정도이므로, 투명 기판 계면의 유전체막 및 굴절률 n₀=1의 공기 계면의 유전체막에는 굴절률 n_S보다 큰 굴절률 n_H의 고굴절률 유전체를 사용해서 층수를 (2p+1)로 함으로써, 적은 층수로 높은 반사율이 얻어져서 바람직하다. 여기서, p는 자연수이다.

이때, 파장 λ₀의 반사율 R(λ₀)은 다음 식 (1)로 기재된다.

즉, 다층막의 층수 (2p+1)이 많을수록, 반사율 R(λ₀)은 증가한다.

또한, g=λ₀/λ라 정의하면, 최대 반사 파장은 g가 홀수가 되는 λ=λ₀/(2m-1)이고, 최대 반사 파장을 중심으로 반사율 50% 이상의 반사 대역폭 Δg는 식 (2)로 기재된다. 또한, 반사 대역 전체 폭은 2×Δg에 상당한다.

즉, 굴절률비 n_H/n_L이 클수록, 적은 층수로 넓은 반사 대역폭 Δg가 얻어짐과 함께, 동일한 층수로 비교하면 보다 낮은 투과율이 얻어진다. 따라서, 굴절률비 n_H/n_L이 큰 유전체 재료의 조합이 차광성이 높은 반사층으로서 유효하다.

또한, 본 명세서에 있어서, 단순히 「반사 대역」 또는 「반사 대역폭」이라고 할 때는, 특별히 언급하지 않는 한, 반사율 50% 이상(즉, 투과율 50% 이하)의 반사 대역 또는 반사 대역폭을 의미한다.

도 3a는 굴절률 n_S=1.5의 투명 기판 상에, n_H=2.35, n_L=1.45의 유전체막을 교대로 광학 막 두께 n_H×d_H 및 n_L×d_L이 λ₀=1100㎚에 대하여 λ₀/4가 되도록 21층 적층한 경우의 분광 투과율의 계산 결과이다. 여기에서는, 횡축의 파장을 g=λ₀/λ로 기재한다. g=1(λ=λ₀)과 g=3(λ=λ₀/3)으로 최대 반사율(즉, 최소 투과율)이 되고, 반사 대역폭 Δg=0.152가 얻어진다.

또한, 본 명세서에 있어서, 투명 기판이나 흡수층에 대해서 굴절률을 기재할 때는, 특별히 언급하지 않는 한, 20℃에 있어서의 파장 589㎚의 광에 대한 굴절률을 말한다.

도 3b는 횡축을 파장 λ로 표기한 그래프로, 동일한 계산 결과이다. 이 예에서는, 근적외 영역의 파장 λ₀=1100㎚ 주변의 대략 950 내지 1320㎚의 파장 영역에서 반사율 50% 이상인 반사 대역이 형성되고, 근자외 영역의 파장 λ=λ₀/3=367㎚ 주변의 대략 340 내지 390㎚의 파장 영역에서 반사율 50% 이상인 반사 대역이 형성된다.

상기 계산은, 파장의 변화에 대한 굴절률을 일정하다고 가정하고 있지만, 실제의 유전체 재료의 굴절률은 재료 고유의 파장 의존성(분산)을 가지며, 단파장일수록 고굴절률이 되어 광학 막 두께가 그만큼 증가한다. 그 때문에, g=3의 파장이 λ₀/3인 g=3±Δg의 반사 대역은, g=1의 파장이 λ₀인 g=1±Δg의 반사 대역에 가까워지도록 장파장측으로 시프트한다.

여기서, 반사층을 구성하는 유전체 다층막이, 근적외 영역의 파장 λ₀에 대하여 광학 막 두께가 λ₀/4가 되도록, 고굴절률막과 저굴절률막을 교대로 적층한 설계를 생각한다. 이때 해당 설계가, 근적외 영역의 파장 λ₀의 주변 및 근자외 영역의 파장 λ₀/3의 주변에 생성되는 반사 대역을 이용함으로써, 400㎚ 이하 및 700㎚ 이상의 파장 영역에 있어서, UV 흡수제 (DU), NIR 흡수제 (DA)에서는 충분히 흡수할 수 없는 파장 영역의 투과광을 차단할 수 있다.

구체적으로 해당 설계는, g=1(반사 극대 파장 λ=λ₀)의 반사 대역이 차단하고 싶은 근적외 영역으로, g=3(반사 극대 파장 λ=λ₀/3)의 반사 대역이 차단하고 싶은 근자외 영역으로 되는 유전체 다층막의 구성으로 함으로써, 층수를 적게, 또한 총 막 두께를 얇게 할 수 있다. 이러한 설계는, 후술하는 제1 반사층 (UA1)에 의해 실현할 수 있다. 이에 의해, 흡수제에 의한 재료 고유의 흡수에서는 충분히 차단할 수 없는 불필요한 파장 영역의 광을 유효하게 차단할 수 있는 광학 필터가 얻어진다.

본 필터의 반사층은, NIR 흡수제 (DA)만, 혹은 UV 흡수제 (DU) 및 NIR 흡수제 (DA)만을 포함하는 흡수층으로는 차단할 수 없는 대략 800 내지 1150㎚의 근적외 영역의 광을 차단하기 때문에, 이하의 설계를 도입할 필요가 있다. 즉, 반사층은 단일 파장 λ₀의 광학 막 두께 λ₀/4를 포함하는 유전체 다층막에서 생성되는 반사작용에 의해 차단하기 위해, 반사율 50% 이상(투과율 50% 이하)이 되는 반사 대역폭 Δλ_NIR은 350㎚ 이상이 필요해진다. 또한, 반사층을 구성하는 유전체 다층막은, 입사각 30°까지의 경사 입사에 수반하는 반사 파장 대역의 단파장측에 대한 시프트를 고려하면, 0° 입사에 있어서의 반사 대역폭 Δλ_NIR은 대략 400㎚ 이상이 바람직하다.

유전체 다층막은, 예를 들어 굴절률 n_S=1.50의 투명 기판 상에 굴절률 n_H·n_L…n_L·n_H의 순으로 광학 막 두께 λ₀/4(λ₀=1000㎚)로 적층한 구성을 생각한다. 이때, 해당 유전체 다층막은, 근자외 영역 및 근적외 영역의 분광 투과율을 n_H와 n_L의 수치 및 층수를 바꾸어서 계산한 결과, 400㎚ 이상의 반사 대역폭 Δλ_NIR을 얻기 위해서, 「굴절률비 n_H/n_L>1.7」을 만족시키는 유전체 재료의 조합으로 한정된다. 반면에, 해당 유전체 다층막이 「굴절률비 n_H/n_L≤1.7」의 조합으로 구성되는 경우, 층수를 증가시켜도 반사 대역폭 Δλ_NIR의 확대 및 99% 이상의 반사율(즉, 투과율 1% 이하의 차단능)은 얻을 수 없다. 또한, Δλ_NIR은, 본 필터에 있어서의 반사층의 근적외 영역에 있어서의 반사 대역폭을 의미한다.

따라서, 유전체 다층막이 「굴절률비 n_H/n_L≤1.7」이며, 비교적 큰 실용적인 고/저굴절률 유전체 재료를 사용하는 경우, 하기 구성으로 해도 된다. 즉 반사층은 반사 대역의 최대 반사 파장 λ₀이 다른 2종의 광학 막 두께 λ₀/4의 유전체 다층막을 포함하는 구성으로 한다. 그리고, 각각의 유전체 다층막은, 예를 들어 하나의 유전체 다층막에 의해 생성되는 근적외 영역의 반사 대역폭을 대략 200㎚로 하고, 2종의 유전체 다층막에서 대략 400㎚의 반사 대역폭 Δλ_NIR을 확보하도록 설계 해도 된다.

구체적으로는, 근적외 영역의 단파장측인 대략 750 내지 950㎚의 반사 대역용 제2 반사층 (A2)와, 근적외 영역의 장파장측인 대략 950 내지 1150㎚의 반사 대역용 제1 반사층 (UA1)의 2종의 유전체 다층막을 사용한다. 그리고, 반사 대역이, NIR 흡수제 (DA)의 파장 λLo(DA_T50%)를 포함하도록 해서, 근적외 영역을 반사하는 구성으로 한다.

표 1은 상기 계산에 의해, 근적외 영역의 파장 λ₀=1000㎚ 근방에서 표 중의 투과율 조건을 만족시키는 반사 대역폭이 200㎚가 되는 굴절률비 n_H/n_L과 유전체 다층막의 층수의 관계를 나타낸 표이다.

표 1에서 명백한 바와 같이, 하나의 유전체 다층막은, 21 내지 31층으로 비교적 적은 층수라도, 200㎚ 이상의 대역에서, 투과율 0.1% 이하(반사율 99.9%)를 실현하는 반사 대역폭이 얻어진다. 즉, 하나의 유전체 다층막은, 굴절률비 n_H/n_L이 1.47 이상의 고/저굴절률 유전체 재료를 사용하는 것을 전제로, 굴절률비 n_H/n_L이 클수록 적은 층수로 높은 차단 성능이 얻어진다.

또한, 하나의 유전체 다층막은 g=3에 대응하는 파장 λ₀/3의 근자외 영역에도, g=1에 대응하는 파장 λ₀의 근적외 영역과 동일한 폭 Δg의 2배에 상당하는 반사 대역폭 Δλ_NUV를 갖는다. 또한, Δλ_NUV는 본 필터에 있어서의 반사층의 근자외 영역에 있어서 반사율 50% 이상(투과율 50% 이하)이 되는 반사 대역폭을 의미한다. 또한, 굴절률 파장 분산을 고려한 실제의 반사 대역폭 Δλ_NUV는 굴절률 파장 분산을 고려하지 않은 경우의 반사 대역폭에 비교해서 넓어진다.

반사층에 요구되는 반사 대역의 투과율은, RGB 컬러 필터를 갖는 고체 촬상 소자의 분광 감도나 신호 처리 회로의 노이즈를 포함하는 영상 신호의 다이내믹 레인지에 따라 다르다. 하나의 유전체 다층막이 31층 이하이고 투과율 0.1% 이하인 반사 대역을 실현하는 예를 들면, 700 내지 1200㎚의 근적외 영역에 있어서의 굴절률비 n_H/n_L이 1.47 이상이고, 400 내지 700㎚의 파장 영역에서 투명하고 광학 특성이 안정된 유전체막 재료로서, n_L≤1.46의 SiO₂와 n_H≥2.15의 TiO₂의 조합이 있다. 또한, 저굴절률막은 SiO₂ 이외에, Na₅Al₃F₁₄, Na₃AlF₆, MgF₂ 등의 불화물을 사용하면 n_L≤1.38이 얻어진다. 또한, 저굴절률막은 중심 물질(코어)이 공공이고 껍질 물질(쉘)이 SiO₂를 포함하는 입경 20㎚ 이하인 코어·쉘형 중공 입자의 집합체를 포함하는 재료를 사용하면, n_L=1.30 레벨이 얻어진다. 또한, 고굴절률막은, TiO₂ 이외에 Ta₂O₅, Nb₂O₅, ZnS, ZnSe 등을 사용하면 n_H≥2.15가 얻어진다.

또한, 유전체 다층막은 g=3 및 g=1이 되는 반사 대역에 비하여, g=3과 g=1의 반사 대역의 중간 영역과 같이, g=2m의 짝수값이 되는 파장 λ_t=λ₀/(2m)에 있어서, 각 유전체막은 광학 막 두께 λ₀/4=m×(λ_t/2)가 된다. 이 경우, 각 유전체막 계면의 프레넬 반사가 광 간섭하지 않는 조건이 되기 때문에, 유전체 다층막이 없는 구성과 대략 동일해지고, 투명 기판과 공기의 계면에 있어서의 프레넬 반사와 같은 반사율이 된다.

또한, g=3-Δg로부터 g=1+Δg의 파장 영역은 투과 대역이지만, 파장 λ_t=λ₀/(2m)과 다른 파장에서는 각 유전체막 계면에서 발생하는 프레넬 반사의 광간섭 강도가 파장에 따라서 변화하고, 도 3a에 도시한 바와 같은 주기적인 투과율 변동(리플)이 나타난다.

이러한 가시 투과 대역 중의 리플을 저감시켜 투과율을 향상시키기 위해서, 유전체 다층막은, (2p+1)층의 유전체 다층막과 투명 기판이나 공기의 계면에, 광학 막 두께가 λ₀/4보다 얇은 유전체막을 추가한 구성이 유효하다. 또한, 유전체 다층막은, 전술한 고/저굴절률 유전체 재료 이외에, Al₂O₃, ZrO₂ 등의 중간 굴절률의 유전체 재료를 사용해도 된다. 또한, 반사층은 광학 막 두께 λ₀/4의 설계 파장 λ₀을 시프트한 유전체 다층막으로 분할한 구성이나, 각 유전체막의 광학 막 두께를 λ₀/4로부터 대략 ±10% 이하 정도 변동시킨 구성으로 하는 것 등에 의해, 투과율 변동의 진폭이나 잔류 반사를 저감할 수 있다.

본 실시 형태에서는 상술한 바와 같이, 반사층을 2종의 반사층, 즉 제1 반사층 (UA1) 및 제2 반사층 (A2)를 구비하는 구성으로 할 수 있다. 이하, 이 반사층의 입사각 의존성에 대해서 설명한다.

유전체 다층막을 포함하는 반사층은, 공기 중으로부터 입사각 θ로 파장 λ의 광이 입사했을 때, 스넬 굴절 법칙에 의해, 고굴절률막(굴절률: n_H) 중 및 저굴절률막(굴절률: n_L) 중의 입사각 θ_H와 입사각 θ_L은 다음 식으로 연관지을 수 있다.

sin(θ)=n_H×sin(θ_H)=n_L×sin(θ_L) … (3)

입사광은 입사 기판면의 법선과 입사광 방위 벡터를 포함하는 입사면에 대하여, 입사면 내에 광전장 진동을 갖는 p 편광(TM 편광)과 입사면에 직교하는 광전장 진동을 갖는 s 편광(TE 편광)이 정의된다. 각 편광 성분에 대한 실효 굴절률 η(p)와 η(s)는 다르며, n_H 및 n_L에 대하여, 각각 다음 식으로 연관지을 수 있다. 또한, η_H(p)는 고굴절률막 중의 p 편광에 대한 실효 굴절률, η_L(p)는 저굴절률막 중의 p 편광에 대한 실효 굴절률을 나타내고, η_H(s)는 고굴절률막 중의 s 편광에 대한 실효 굴절률, η_L(s)는 저굴절률막 중의 s 편광에 대한 실효 굴절률을 나타낸다.

η_H(p)=n_H/cos(θ_H), η_H(s)=n_H×cos(θ_H) … (4a)

η_L(p)=n_L/cos(θ_L), η_L(s)=n_L×cos(θ_L) … (4b)

또한, 유전체막 계면에서 발생하는 프레넬 반사의 간섭에 영향을 미치는 고굴절률 및 저굴절률의 각 유전체막의 광로 길이 위상차 δ_H, δ_L은 경사 입사에 수반하여 다음 식과 같이 기재되기 때문에, 모두 감소한다.

δ_H=2π×n_H×d_H×cos(θ_H)/λ … (5a)

δ_L=2π×n_L×d_L×cos(θ_L)/λ … (5b)

즉, 입사각 0°의 광학 막 두께 n_Hd_H=n_Ld_L=λ₀/4가, 입사각 θ(≠0°)에서는 (λ₀/4)×cos(θ_H) 및 λ₀/4)×cos(θ_L)로 변화하기 때문에, 최대 반사율의 파장 λ₀이 근사적으로 λ₀×{cos(θ_H)+cos(θ_L)}/2의 단파장측으로 시프트한다.

또한, δ_H는 고굴절률막의 광로 길이 위상차, δ_L은 저굴절률막의 광로 길이 위상차를 나타낸다.

또한, 반사율 50% 이상의 반사 대역폭 Δg도, 입사광의 편광 성분, 즉 p 편광과 s 편광으로 다르다. 식 (2)에 있어서, n_H 대신에 식 (4a)의 η_H(p)와 η_H(s), n_L 대신에 식 (4b)의 η_L(p)과 η_L(s)를 사용하면, 굴절률비 (n_H/n_L)이, p 편광에서는 cos(θ_L)/cos(θ_H), s 편광에서는 cos(θ_H)/cos(θ_L)을 적산한 값이 된다. 여기서, n_H>n_L이므로 경사 입사 시(θ> 0°)는 식 (3)에서 θ_L>θ_H이고, cos(θ_L)<cos(θ_H)가 되기 때문에, 입사각 θ의 증가에 수반하여 (n_H /n_L)의 값이 p 편광에서는 감소하고, s 편광에서는 증가한다.

따라서, 수직 입사(θ=0°)를 기준으로 입사각 θ의 증가에 수반하여, s 편광에 대한 반사 대역폭 Δg(s)은 확대하고, p 편광에 대한 반사 대역폭 Δg(p)는 축소한다.

또한, 입사각 θ에 따라서 실효 굴절률이, 식 (4a) 및 식 (4b)에 기술되는 편광 의존성을 갖기 때문에, 식 (1)에 나타낸 최대 반사율이 되는 파장 λ₀의 반사율 R(λ₀)도 입사 편광에 의존해서 변화한다. 그 때문에 반사율 R(λ₀)은 입사각 θ의 증가에 수반하여, s 편광에 대하여 증가하고, p 편광에 대하여 감소한다.

즉, 근적외 반사 대역폭 Δλ_NIR에 있어서의 투과율 50%의 파장 λSh와 파장 λLo(단, λSh<λLo)은, 입사각 θ의 증가에 수반하여 단파장측으로 시프트하고, 그 시프트양은 입사 편광(p, s)에 따라서 다르다. 여기서, 입사각의 증가에 수반하여 파장 λSh가 시프트한 최단 파장은, 최대 입사각에 있어서의 s 편광의 파장 λSh(s)에 상당한다. 또한, 입사각의 증가에 수반하여 파장 λLo가 시프트한 최단 파장은, 최대 입사각에 있어서의 p 편광의 파장 λLo(p)에 상당한다. 이와 같이, 최대 입사각에 있어서 투과율 50%를 나타내는 최단 파장의 편광 성분은, 반사 대역의 단파장측의 영역과 장파장측의 영역에서 대상이 다르다.

이어서, 제2 반사층 (A2)에 있어서, 입사각 θ가 0° 내지 30°까지 변화했을 때의 근적외 반사 대역에서 투과율 50%가 되는 p 편광에 대한 단파장측의 파장 λSh(A2_Tp50%) 및 장파장측의 파장 λLo(A2_Tp50%)와, s 편광에 대한 단파장측의 파장 λSh(A2_Ts50%) 및 장파장측의 파장 λLo(A2_Ts50%)를 계산한다. 이때, 제2 반사층 (A2)는, NIR 흡수제 (DA)를 포함하는 흡수층에 있어서의 가시 영역의 장파장측의 분광 투과율 곡선이, 제2 반사층 (A2)에 있어서의 분광 투과율의 입사각 의존성과 편광 의존성에 의한 광학 필터 전체의 분광 투과율 곡선의 변화가 작아지도록 설계한다. 해당 설계에서는, 특히 광학 필터 전체의 분광 투과율 곡선 중, 가시 영역의 장파장측에 있어서의 분광 투과율 곡선의 변화(투과로부터 차단에 대한 천이)를 억제할 수 있으면 된다.

일반적으로, 유전체 다층막을 포함하는 반사층에 있어서, 투과로부터 차단으로 천이하는 분광 투과율 곡선은, 입사각 θ의 증가에 수반하여 단파장측으로 변화하는 시프트양이 증가함과 함께, s 편광 성분이 p 편광 성분에 비해 보다 크게 시프트하고, 그 시프트양의 차는 반사층의 유전체 다층막 구성에 의존한다. 여기서, 상기 근적외 반사 대역에 있어서의 파장 λSh(A2_Tp50%)와 파장 λSh(A2_Ts50%) 사이에 다음의 관계가 있는 것이 바람직하다.

0㎚<λSh(A2_Tp50%)-λSh(A2_Ts50%)≤20㎚(바람직하게는 15㎚)

본 실시 형태의 광학 필터는, 입사각 θ가 0° 내지 30°인 입사광에 대한 분광 투과율 곡선의 변화를 억제하는 경우, 제2 반사층 (A2)는, 이하와 같이 설계하면 된다.

즉, 제2 반사층 (A2)에 있어서, 입사각 θ=0°에 있어서의 근적외 반사 대역의 단파장측이고 투과율 50%의 최단 파장 λSh(A2_T50%)는, 입사각 θ의 증가에 수반하여 단파장으로 시프트하고, 최대 입사각 θ=30°에 있어서의 s 편광 성분, 즉 상기 파장 λSh(A2_Ts50%)가 최단 파장에 상당한다. 그 때문에, 제2 반사층 (A2)는, 파장 λSh(A2_Ts50%)가 파장 λSh(DA_T50%)보다 장파장측에 위치하는 유전체 다층막 구성으로 한다.

한편, 차단으로부터 투과에 천이하는 분광 투과율 곡선은, 입사각 θ의 증가에 수반하여 단파장측으로 변화하는 시프트양은 증가함과 함께, p 편광 성분이 s 편광 성분에 비해 보다 크게 시프트한다. 따라서, 입사각 θ=0°에 있어서의 근적외 반사 대역의 장파장측에서 투과율 50%의 최단 파장 λLo(A2_T50%)는, 입사각 θ의 증가에 수반하여 단파장으로 시프트하고, 최대 입사각 θ=30°에 있어서의 p 편광 성분, 즉 파장 λLo(A2_Tp50%)가 최단 파장에 상당한다. 그 때문에, 제1 반사층 (UA1)은, 그 반사 대역이 입사각 θ=0° 내지 30°에 대하여 파장 λLo(A2_Tp50%)를 포함하는 유전체 다층막 구성으로 한다.

또한, 제1 반사층 (UA1)에 있어서, 입사각 θ가 0° 내지 30°까지 변화했을 때의 근적외 반사 대역에서 투과율 50%가 되는 p 편광에 대한 단파장측의 파장 λSh(A1_Tp50%) 및 장파장측의 파장 λLo(A1_Tp50%)와, s 편광에 대한 단파장측의 파장 λSh(A1_Ts50%) 및 장파장측의 파장 λLo(A1_Ts50%)를 계산한다. 그리고, 제1 반사층 (UA1)과 제2 반사층 (A2)는, 최대 입사각 θ=30°이고, 제2 반사층 (A2)의 파장 λLo(A2_Tp50%)에 대하여, 제1 반사층 (UA1)의 근적외 반사 대역의 단파장측이고, p 편광에 대한 투과율 50%의 최단 파장 λSh(A1_Tp50%)가, λSh(A1_Tp50%)<λLo(A2_Tp50%)가 되도록 설계한다. 이와 같이, 반사층은 제2 반사층 (A2)과 제1 반사층 (UA1)을 병용함으로써, 입사각 θ가 0° 내지 30°의 입사광에 대하여, 400㎚ 이상에 걸치는 (근적외 영역의)반사 대역폭 Δλ_NIR을 확보할 수 있다.

또한, 반사 대역 중 장파장 영역일수록 입사각 증가에 수반하는 분광 투과율 곡선의 단파장 시프트양이 크다. 그 때문에, 입사각 θ=0°에 있어서, 제2 반사층 (A2)의 파장 λLo(A2_T50%)가, 제1 반사층 (UA1)의 파장 λSh(A1_T50%)보다 장파장측에 위치하도록, 각각의 유전체 다층막을 구성한다. 즉, λSh(A1_T50%)<λLo(A2_T50%)가 되도록 유전체 다층막을 설계하면, λSh(A1_Tp50%)<λLo(A2_Tp50%)를 만족시켜서, 소정의 넓은 근적외 반사 대역폭 Δλ_NIR을 확보할 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 광학 필터는 NIR 흡수제 (DA)를 포함하는 흡수층의 파장 λ(DA_T_min)로부터 파장 λLo(DA_T50%)까지의 투과율을 3% 이하로 저감하기 위해, 제2 반사층 (A2)의 입사각 θ=0°에 있어서의 근적외 반사 대역에서 투과율 15%가 되는 단파장측의 파장 λSh(A2_T15%)가, 전술한 파장 λLo(DA_T15%)보다 단파장측에 위치하도록, 제2 반사층 (A2)를 설계하는 것이 바람직하다. 또한, 파장 λ(DA_T_min)로부터 파장 λLo(DA_T50%)의 투과율을 0.3% 이하로 저감하기 위해, 제2 반사층 (A2)의 입사각 θ=0°에 있어서의 근적외 반사 대역에서 투과율 1%가 되는 단파장측의 파장 λSh(A2_T1%)가, 전술한 파장 λLo(DA_T15%)보다 단파장측에 위치하도록, 제2 반사층 (A2)를 설계하는 것이 바람직하다.

또한, 근적외 반사 대역의 장파장측에서도 분광 투과율의 입사각 의존성, 편광 의존성을 고려하여, 입사각 θ=30°로 입사하는 광 중 p 편광 성분의 광의 투과율이 15%가 되는 파장 λLo(A1_Tp15%)가, 파장 1150㎚보다 장파장이 되도록, 제1 반사층 (UA1)을 설계하는 것이 바람직하다. 또한, 입사각 θ=30°로 입사하는 광 중 p 편광 성분의 광의 투과율이 5%가 되는 파장 λLo(A1_Tp5%)가, 파장 1150㎚보다 장파장이 되도록, 제1 반사층 (UA1)을 설계하는 것이 더욱 바람직하다.

즉, 제1 반사층 (UA1)은, 입사각 θ=0° 내지 30°의 입사광에 대하여 근적외 반사 대역의 장파장측에서 투과율 15% 또는 투과율 5%의 최단 파장이, 입사각 θ=30°로 입사하는 광 중 p 편광 성분의 광의 투과율이 15% 또는 투과율 5%가 되는 파장 λLo(A1_Tp15%) 또는 파장 λLo(A1_Tp5%)이다. 그 때문에 제1 반사층 (UA1)은, 해당 파장 λLo(A1_Tp15%) 또는 해당 파장 λLo(A1_Tp5%)가, 파장 1150㎚보다 장파장측에 위치하도록 설계한다. 또한, 고체 촬상 소자의 분광 감도의 최장 파장은, 1150㎚이고, 본 실시 형태의 광학 필터는, 파장 1150㎚까지의 분광 투과율 곡선에 대해서, 제1 반사층 (UA1)에 있어서의 분광 투과율 곡선의 입사각 의존성, 편광 의존성의 영향을 억제할 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 광학 필터는, 제2 반사층 (A2)과 제1 반사층 (UA1) 각각의 반사광 및 투과광이 간섭하지 않은 간격을 이격해서 배치했을 때, 제2 반사층 (A2)과 제1 반사층 (UA1)의 입사각 0°에 있어서의 근적외 반사 대역의 경계 영역인 파장 λSh(A1_T50%)로부터 파장 λLo(A2_T50%)까지의 투과율을 소정의 투과율 x% 이하로 저감하기 위해서, 하기와 같이 설계하면 된다. 즉, 본 필터는 입사각 θ=0°에 있어서의 제2 반사층 (A2)의 근적외 반사 대역에서 투과율 x%가 되는 장파장측의 파장 λLo(A2_Tx%)가, 입사각 θ=0°에 있어서의 제1 반사층 (UA1)의 근적외 반사 대역에서 투과율 x%가 되는 단파장측의 파장 λSh(A1_Tx%)보다 장파장측에 위치하도록 제2 반사층 (A2) 및 제1 반사층 (UA1)을 설계한다. 여기서, x%는 3% 이하가 바람직하고, 1% 이하가 보다 바람직하다.

또한, 제1 반사층 (UA1)의 근적외 반사 대역과 마찬가지로, 입사각 θ가 0° 내지 30°까지 변화했을 때, 근자외 반사 대역에서 투과율이 50%가 되는, p 편광에 대한 단파장측의 파장 λSh(U1_Tp50%) 및 장파장측의 파장 λLo(U1_Tp50%)와, s 편광에 대한 단파장측의 파장 λSh(U1_Ts50%) 및 장파장측의 파장 λLo(U1_Ts50%)를 계산한다. 그리고, 제1 반사층 (UA1)은 입사각 θ가 0° 내지 30°까지 변화했을 때, 근자외 반사 대역의 장파장측에서 투과율 50%가 되는 최장 파장 λLo(U1_T50%)가, UV 흡수제 (DU)를 포함하는 흡수층의 흡수 극대 파장 λ(DU_T_min)보다 장파장측이고 투과율 50%가 되는 파장 400 내지 420㎚의 범위에 있어서의 파장 λLo(DU_T50%)에 대하여, 단파장측에 위치하도록 설계하면 된다.

또한, 제1 반사층 (UA1)은 고체 촬상 소자의 화소마다 형성된 RGB 컬러 필터를 투과하는 350 내지 400㎚의 파장 영역에서, UV 흡수제 (DU)를 포함하는 흡수층에 의해 충분히 흡수할 수 없는 350㎚로부터 흡수 극대 파장 λ(DU_T_min)까지의 파장 영역의 입사광을 차단한다. 그 때문에, 제1 반사층 (UA1)은 입사각 θ가 0° 내지 30°까지 변화했을 때, 근자외 반사 대역의 단파장측이고 투과율 50%의 최장 파장인 입사각 θ=0°의 파장 λSh(U1_T50%)가 350㎚보다 단파장측에 위치하도록 설계하는 것이 바람직하다. 또한, 제1 반사층 (UA1)은 사용하는 유전체(TiO₂)막의 근자외 영역의 단파장측의 흡수나, 제2 반사층 (A2)의 근자외 영역에 있어서의 반사 등에 의해서도, 350㎚ 근방의 파장 영역의 광 투과를 저감할 수 있다.

이어서, 제1 반사층 (UA1) 및 제2 반사층 (A2)의 구체적인 설계예를 나타낸다.

또한, 본 예의 광학 필터는 투명 기판을 포함하지만, 계산에 사용하는 투명 기판은 모두 350 내지 1150㎚의 파장 영역에서 광흡수 및 광산란이 없는 기판을 전제로 하고 있다. 실제로 사용하는 투명 기판은, 후술하는 바와 같이, 가시 영역에서 광학적으로 흡수, 산란이 적은 것이면 사용 가능하고, 렌즈 등의 비평면을 갖는 기판이어도 된다.

표 2는 굴절률 n_S=1.51의 투명 기판의 한쪽 면에 형성한 제1 반사층 (UA1)의 설계예이다. 반사층의 표면은 공기에 면한다.

본 예의 제1 반사층 (UA1)은, 대략 350 내지 400㎚의 근자외 영역과 대략 850 내지 1150㎚의 근적외 영역에 반사 대역이 발생하도록, 설계 파장 λ₀=1033㎚에 대하여, n_H=2.36의 TiO₂막과 n_L=1.45의 SiO₂막을 교대로 광학 막 두께 n_Hd_H와 n_Ld_L이 대략 λ₀/4가 되는 23층 구성으로 했다.

또한, 제1 반사층 (UA1)은, 가시 투과 대역의 리플을 저감하기 위해서, TiO₂와 SiO₂의 23층막에 있어서의 각 층의 광학 막 두께를 λ₀/4로부터 ±10% 정도 어긋나게 한 구성으로 하고 있다.

또한, 제1 반사층 (UA1)은, 대략 400 내지 700㎚의 가시 투과 대역의 리플 저감 및 반사 방지 효과가 발생하도록, λ₀/4보다 얇은 광학 막 두께이고, 공기와 해당 23층막의 계면에 SiO₂막을, 투명 기판과 해당 23층막의 계면에 SiO₂막과 TiO₂막의 2층을, 각각 추가하여, 합계 26층으로 한 유전체 다층막이다.

도 4는 표 2에 나타내는 제1 반사층 (UA1)에 대해서, TiO₂막과 SiO₂막의 굴절률 파장 분산을 고려하여, 입사각 θ=0°, 입사각 θ=30°에 있어서의 p 편광, 입사각 θ=30°에 있어서의 s 편광의 각 분광 투과율을 계산한 결과이다. 또한, 계산 결과는, 투명 기판 편면의 공기 계면에서 발생하는 반사 손실은 고려하지 않았지만, 실제로는, 후술하는 반사 방지층에 의해 가시 영역의 반사 손실을 같은 수준으로 저감할 수 있다.

도 4에 도시한 바와 같이, 본 설계예의 제1 반사층 (UA1)은, 입사각 θ=0° 내지 30°의 입사광에 대하여, 대략 844 내지 1256㎚의 근적외 영역과 대략 350 내지 386㎚의 근자외 영역에서 투과율 50% 이하, 대략 862 내지 1222㎚의 근적외 영역과 대략 350 내지 382㎚의 근자외 영역에서 투과율 15% 이하가 되는 반사 대역을 갖고, 400 내지 700㎚의 가시 영역에서 평균 투과율 98% 이상을 나타낸다.

제1 반사층 (UA1)은, 광학 막 두께가 대략 λ₀/4가 되도록, TiO₂와 SiO₂를 23층의 교대 다층막으로 한 구성에서는, 근적외 반사 대역의 최소 투과율이 0.02% 레벨이지만, 층수를 증가시킴으로써 최소 투과율을 더욱 저하시켜서 0.02% 미만을 실현할 수 있다.

표 3은 투명 기판과, 투명 기판의 한쪽 면에 제1 반사층 (UA1)을 갖고, 투명 기판의 다른 쪽 면에 제2 반사층 (A2)를 갖고, 또한 그 위에 투명 수지 (B)에 NIR 흡수제 (DA)와 UV 흡수제 (DU)를 함유하는 흡수층을 구비하는 구성에 있어서의, 제2 반사층 (A2)의 설계예이다.

여기서 흡수층은, NIR 흡수제 (DA)로서 NIR775B와, UV 흡수제 (DU)로서 SDA3382를 포함하는 예를 생각한다. 이때, 제2 반사층 (A2)는, 해당 흡수층과 제1 반사층 (UA1)만으로는 반사 대역을 확보할 수 없는 파장을 포함하는 대략 800 내지 950㎚에 반사 대역이 부여되도록 설계한다.

제2 반사층 (A2)는, 설계 파장 λ₀=940㎚에 대하여, n_H=2.37의 TiO₂막과 n_L=1.45의 SiO₂막을 교대로 광학 막 두께 n_Hd_H와 n_Ld_L이 대략 λ₀/4가 되는 21층 구성으로 했다.

또한, 제2 반사층 (A2)는, 가시 투과 대역의 리플을 저감하기 위해서, TiO₂와 SiO₂의 21층막에 있어서의 각 층의 광학 막 두께를 λ₀/4로부터 ±10% 정도 비켜놓은 구성으로 하고 있다.

또한, 제2 반사층 (A2)는 대략 400 내지 700㎚의 가시 투과 대역의 리플 저감 및 반사 방지 효과가 발생하도록, 투명 기판과 해당 21층막의 계면 및 흡수층과 해당 21층막의 계면에 각각, 각 층이 λ₀/4보다 얇은 광학 막 두께가 되는 SiO₂/TiO₂/SiO₂의 3층막을 추가하여, 합계 27층으로 한 유전체 다층막이다. 또한, 투명 기판과 흡수층의 투명 수지의 파장 940㎚에 있어서의 굴절률은 1.51로 설정하고 있다.

도 5는 표 3에 나타내는 제2 반사층 (A2)에 대해서, TiO₂막과 SiO₂막의 굴절률 파장 분산을 고려하여, 입사각 θ=0°, 입사각 θ=30°에 있어서의 p 편광, 입사각 θ=30°에 있어서의 s 편광의 각 분광 투과율을 계산한 결과이다. 또한, 계산 결과는, 투명 기판 편면 및 흡수층 표면의 공기 계면에서 발생하는 반사 손실은 고려하지 않았지만, 실제로는, 후술하는 반사 방지층에 의해 가시 영역의 반사 손실을 같은 수준으로 저감할 수 있다.

도 5에 도시한 바와 같이, 본 설계예의 제2 반사층 (A2)는, 입사각 θ=0° 내지 30°의 입사광에 대하여, 대략 760 내지 1140㎚의 근적외 영역에서 투과율 50% 이하, 대략 774 내지 1026㎚의 근적외 영역에서 투과율 15% 이하가 되는 반사 대역을 갖고, 400 내지 700㎚의 가시 영역은 95% 이상의 투과율을 갖는다.

제2 반사층 (A2)는, 광학 막 두께가 대략 λ₀/4가 되도록, TiO₂와 SiO₂를 21층의 교대 다층막으로 한 구성에서는, 근적외 반사 대역의 최소 투과율이 0.1% 수준이지만, 층수를 증가시킴으로써 최소 투과율을 더욱 저하시켜서 0.1% 미만을 실현할 수 있다.

이어서, 제1 반사층 (UA1)과 제2 반사층 (A2)를 포함하는 광학 필터의 분광 투과율의 계산 결과를 나타낸다. 제1 반사층 (UA1)과 제2 반사층 (A2)는 도 1a, 도 1c의 예에 도시한 바와 같이, 흡수층, 투명 기판 등의 양 주면에 각각 성막하는 경우, 그들 반사층의 간격이 입사광의 간섭 가능 길이보다 짧은 배치에서는 2종의 반사층에서 발생하는 반사광의 간섭을 고려할 필요가 있다. 한편, 이들 간격이, 입사광의 간섭 가능 길이보다 긴 배치에서는 간섭하지 않기 때문에 반사광의 간섭을 고려할 필요는 없다.

광학 필터를 탑재한 촬상 장치에 있어서, 피사체로부터 촬상 장치에 입사하는 광은 간섭 가능 길이가 짧은 자연광이기 때문에, 광학 필터가, 두께 대략 30㎛ 이상의 흡수층, 투명 기판 등의 양 주면에, 각각 제1 반사층 (UA1) 및 제2 반사층 (A2)를 구비하는 경우, 분광 투과율은 간섭을 고려하지 않는 계산에 대응한다.

도 6은 이 경우의 제1 반사층 (UA1)과 제2 반사층 (A2)를 포함하는 광학 필터의 분광 투과율 곡선(입사각 θ=0°, 입사각 θ=30°로 p 편광, 입사각 θ=30°로 s 편광)의 계산 결과이다. 여기에서는, 도 1c의 광학 필터(30)에 있어서, 흡수층(11)이 흡수제를 포함하지 않는 투명 수지만을 포함하는 경우에 상당한다.

도 6에 도시한 바와 같이, 본 설계예는 입사각 θ=0° 내지 30°의 입사광에 대하여, 대략 350 내지 386㎚의 근자외 영역 및 대략 756 내지 1272㎚의 근적외 영역에서 투과율 50% 이하, 대략 350 내지 382㎚의 근자외 영역 및 대략 770 내지 1244㎚의 근적외 영역에서 투과율 15% 이하, 400 내지 700㎚의 가시 영역에서 평균 투과율 98% 이상을 나타내는 반사형 필터가 된다.

한편, 제1 반사층 (UA1)과 제2 반사층 (A2)는 도 1b, 도 1d의 예에 도시한 바와 같이, 흡수층, 투명 기판 등의 동일 주면 상에 적층하는 경우, 각각의 유전체 다층막 계면의 반사광이 간섭하기 때문에, 분광 투과율은 제1 반사층 (UA1)과 제2 반사층 (A2)를 연속한 하나의 광간섭 다층막 구조로 해서 계산할 수 있다. 이때, 개별로 설계한 제1 반사층 (UA1)과 제2 반사층 (A2)를 단순히 적층한 반사형 필터는, 투과 대역이나 반사 대역에 리플이 발생하여, 특성 열화를 초래하는 경우가 있다. 해당 반사형 필터는, 이러한 적층에 수반하는 리플을 저감하기 위해서, 제1 반사층 (UA1)과 제2 반사층 (A2)의 경계나 공기의 계면, 흡수층과의 계면 등에 있어서의 유전체막의 막 두께나 각 유전체 다층막의 막 두께를 조정하는 것이 바람직하다.

도 7은 제1 반사층 (UA1)과 제2 반사층 (A2)를 연속해서 적층하고, TiO₂막과 SiO₂막을 53층 교대로 적층한 유전체 다층막을 포함하는 반사층에 대해서, 분광 투과율 곡선(입사각 θ=0°, 입사각 θ=30°로 p 편광, 입사각 θ=30°로 s 편광)을 계산한 결과이다. 또한, 도 7의 계산 결과는 제1 반사층 (UA1)이, λ₀=1060㎚로 광학 막 두께가 대략 λ₀/4가 되는 23층 구성을, 제2 반사층 (A2)가, λ₀=925㎚로 광학 막 두께가 대략 λ₀/4가 되는 21층 구성을 각각 기본으로 하고, 가시 영역의 투과율 향상 및 리플 저감을 위해, 표 2에 나타내는 유전체 다층막과 표 3에 나타내는 유전체 다층막의 광학 막 두께를 조정한 유전체 다층막의 분광 투과율 곡선이다. 도 7에 나타내는 분광 투과율 곡선은 투명 기판 편면의 공기 계면에서 발생하는 반사 손실은 고려하지 않았지만, 실제로는, 후술하는 반사 방지층에 의해 가시 영역의 반사 손실을 같은 수준으로 저감할 수 있다.

도 7에 도시한 바와 같이, 해당 반사층은 입사각 θ=0° 내지 30°의 입사광에 대하여, 대략 350 내지 384㎚의 근자외 영역 및 대략 748 내지 1240㎚의 근적외 영역에서 투과율 50% 이하, 대략 350 내지 382㎚의 근자외 영역 및 대략 794 내지 1226㎚의 근적외 영역에서 투과율 15% 이하, 400 내지 700㎚의 가시 영역에서 평균 투과율 98% 이상을 나타낸다.

상기한 바와 같이 반사층은, 제1 반사층 (UA1)과 제2 반사층 (A2)를 투명 기판의 양 주면에 분리 형성해서 이루어지는 구성 및 투명 기판의 한쪽 주면에 일체 형성해서 이루어지는 구성의 어느 경우도, 입사각 θ=0° 내지 30°의 입사광에 대하여, 대략 794 내지 1150㎚의 근적외 영역과 대략 350 내지 382㎚의 근자외 영역에서 투과율 15% 이하로 차단하고, 그에 의해 대략 400 내지 700㎚의 가시 영역에서 평균 투과율 98% 이상을 나타내는 반사형 필터가 얻어진다.

제1 반사층 (UA1)과 제2 반사층 (A2)는, 이들이 투명 기판의 동일 주면 상에 연속해서 갖는 경우, 유전체 다층막을 연속해서 성막할 수 있기 때문에 생산성이 향상된다. 그러나, 본 필터는 전술한 바와 같이, 충전 밀도가 높은 고신뢰성의 유전체막을 형성하고자 하면, 막 응력에 수반하여 투명 기판에 변형이 발생하기 쉬워지기 때문에, 막 응력을 저감하는 성막 조건에서의 제작이 필요해지는 경우가 있다. 또한, 본 필터는 유전체막의 층수가 많을수록 간섭 리플이 발생하기 쉬워지기 때문에, 리플 발생을 억제한 다층막 설계 및 설계를 재현하는 고정밀도의 막 두께 제어가 필요해지는 경우가 있다.

한편, 제1 반사층 (UA1)과 제2 반사층 (A2)는, 이들이 투명 기판의 양 주면에 분리해서 갖는 경우, 표면과 이면으로 2회로 나누어서 성막함으로써 생산성이 저하되는 경우가 있다. 그러나, 제1 반사층 (UA1)과 제2 반사층 (A2)가, 동일 유전체 재료를 사용해서 동일 제법에 의해 형성함으로써 각 유전체 다층막의 응력은 같은 수준이 되기 때문에, 투명 기판 양면의 막 응력이 서로 상쇄하도록 작용하여, 충전 밀도가 높은 고굴절률의 유전체막을 포함해도 변형을 억제하기 쉽다. 또한, 충전 밀도가 높은 유전체막은, 환경 변화에 수반하는 광학 특성 변화가 적기 때문에 높은 신뢰성도 얻기 쉽다. 또한, 입사광의 간섭 가능 길이보다 두꺼운 투명 기판을 사용하면 제1 반사층 (UA1)과 제2 반사층 (A2) 사이의 간섭 리플이 발생하기 어렵다. 그 결과, 제1 반사층 (UA1)과 제2 반사층 (A2)는 개개의 유전체 다층막의 설계를 조정하지 않고, 두 유전체 다층막간의 간섭을 무시하고 다중 반사만을 고려한 계산에 의해 분광 투과율을 구할 수 있다.

이상, 상기 광학 필터(반사형 필터)는 입사각 θ가 0° 내지 30°인 경사 입사광을 상정한 반사층의 유전체 다층막에 있어서의 분광 투과율의 계산예 및 구성예를 나타냈지만, 입사각 θ의 범위가 다른 경우는, 그에 따른 분광 투과율의 변화를 고려한 다층막 구성으로 하면 된다.

<투명 기판>

광학 필터에 투명 기판을 사용하는 경우, 투명 기판은, 대략 400 내지 700㎚의 가시광을 투과하는 것이면, 구성하는 재료는 특별히 제한되지 않는다. 근적외 영역이나 근자외 영역의 광을 흡수하는 기재여도 된다. 예를 들어, 유리나 결정 등의 무기 재료나, 수지 등의 유기 재료를 들 수 있다. 또한, 두께는 구성하는 재료에도 의존하지만, 0.03 내지 5㎜가 바람직하고, 박형화의 관점에서는, 0.03 내지 0.5㎜가 보다 바람직하다. 또한, 투명 기판은 광학 필터로서의 광학 특성, 기계 특성 등의 장기에 걸치는 신뢰성에 관한 형상 안정성의 관점, 필터 제조 시의 핸들링성 등으로부터 무기 재료가 바람직하다. 가공성의 관점에서, 판 두께 0.05 내지 0.5㎜의 유리가 바람직하다.

투명 기판으로서 사용할 수 있는 수지로서는, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르 수지, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌아세트산 비닐 공중합체 등의 폴리올레핀 수지, 노르보르넨 수지, 폴리아크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트 등의 아크릴 수지, 우레탄 수지, 염화비닐 수지, 불소 수지, 폴리카르보네이트 수지, 폴리비닐부티랄 수지, 폴리비닐알코올 수지, 폴리이미드 수지 등을 들 수 있다.

투명 기판으로서 사용할 수 있는 유리로서는, 플루오로인산염계 유리나 인산염계 유리 등에 CuO 등을 첨가한 흡수형의 유리, 소다 석회 유리, 붕규산 유리, 무알칼리 유리, 석영 유리 등을 들 수 있다. 또한, 「인산염 유리」에는 유리의 골격 일부가 SiO₂로 구성되는 K 인산염 유리도 포함하는 것으로 한다. 또한, 투명 기판에 사용할 수 있는 결정 재료로서는, 수정, 니오븀산 리튬, 사파이어 등의 복굴절성 결정을 들 수 있다.

플루오로인산염계 유리나 인산염계 유리 등에 CuO 등을 첨가한 흡수형의 유리를 투명 기판으로서 사용하는 경우, CuO 등의 첨가 농도나 기판 두께를 조정함으로써, 700 내지 1150㎚의 근적외 영역에 있어서의 흡수형 유리의 투과율을 20% 이하로 할 수 있다. 이로 인해, 제1 NIR 흡수제 (DA)나 제2 NIR 흡수제 (DB)를 함유하는 흡수층에서는 차단할 수 없는 근적외광에 대한 차광성을 개선할 수 있다. 또한, 유전체 다층막을 포함하는 반사층에 요구되는 근적외 영역의 반사율을 완화 (즉, 저반사율화)할 수 있기 때문에, 적은 층수로 동등한 차광성을 갖는 광학 필터가 얻어진다. 혹은 동일한 구성의 유전체 다층막을 포함하는 반사층을 사용한 경우, 차광성이 향상되기 때문에, 해당 광학 필터를 탑재한 촬상 장치 화질을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 필터의 일례가 되는 광학 필터(40), 후술하는 광학 필터(60, 70)가, 투명 기판(13)으로서 유리나 흡수형 유리를 사용하는 경우, 유리 또는 흡수형 유리(투명 기판(13))와, 흡수층(11) 사이에 도시하지 않은 유전체층을 가져도 된다. 유전체층은 유전체 재료로 구성되는 층이며, 그 두께는 30㎚ 이상이 바람직하다. 유전체층을 가짐으로써, 본 필터에 있어서의 흡수층(11)의 내구성을 향상시킬 수 있다. 유전체층의 두께는 100㎚ 이상이 보다 바람직하고, 200㎚ 이상이 더욱 바람직하다. 유전체층의 두께의 상한은 특히 없지만, 설계의 용이함이나 제조의 용이함 관점에서 해당 두께는 2000㎚ 이하가 바람직하고, 1000㎚ 이하가 보다 바람직하다.

유전체층은, 예를 들어 유리를 포함하는 투명 기판에 Na 원자나 K 원자 등의 알칼리 원자가 포함되고, 그 알칼리 원자가 흡수층(11)에 확산됨으로써 흡수층(11)의 광학 특성이나 내후성을 열화시킬 수 있는 경우에, 알칼리 배리어막으로서 기능하고, 본 필터의 내구성을 향상시킬 수 있다. 상기 경우, 유전체층의 재료로서, SiO₂, SiO_x, Al₂O₃ 등이 적합하다.

또한, 본 필터의 일례가 되는 광학 필터(40), 후술하는 광학 필터(60, 70)는, 투명 기판(13)과 흡수층(11) 사이에, 밀착막을 가져도 된다. 밀착막으로서는, MgF₂, CaF₂, LaF₃, NdF₃, CeF₃, Na₅Al₃F₁₄, Na₃AlF₆, AlF₃, BaF₂ 및 YF₃에서 선택되는 적어도 하나의 재료를 포함하는 막에서 선택할 수 있다. 이와 같이, 투명 기판(13)과 흡수층(11) 사이에는, 상기 유전체층(알칼리 배리어막) 혹은 밀착막 또는, 해당 유전체층과 해당 밀착막의 양쪽을 구비해도 된다.

여기서, 투명 기판에 사용되는 CuO를 함유하는 유리는, 예를 들어 WO2014/30628A1에 기재되어 있는 것을 사용할 수 있다.

투명 기판의 광학 특성은 흡수층, 반사층 등과 적층해서 얻어지는 광학 필터로서, 전술한 광학 특성을 가질 수 있는 것이 바람직하다.

<반사 방지층>

반사 방지층은 흡수층의 표면에 형성되는 경우, 공기와, 흡수층의 계면에서 굴절률차에 따라서 발생하는 4% 정도의 프레넬 반사 손실을, 대략 400 내지 700㎚ 가시 영역 전역에서 입사각 0° 내지 30°의 입사광에 대하여, 대략 1.5% 이하의 반사율에 저감하는 기능이 얻어지는 구성이 바람직하다. 또한, 반사 방지층은 투명 기판의 한쪽 면이 공기와 접하는 광학 필터의 구성에서도, 투명 기판과 공기 사이에 구비되면 되고, 반사층과 마찬가지로, 가시 영역에서 투명한 유전체 재료를 사용하여, 박막의 광간섭을 이용해서 반사 방지 효과를 얻는 것이 일반적이다. 특히, 대략 400 내지 700㎚의 가시 영역 전역에서 유효한 반사 방지 효과를 얻기 위해서는, 예를 들어 굴절률의 다른 유전체막을 3 내지 9층으로 총 막 두께가 200 내지 400㎚ 정도가 되도록 적층하면 된다. 유전체 다층막을 포함하는 반사 방지층을 흡수층의 표면에 직접 형성하는 경우, 흡수층의 투명 수지의 열화를 억제하기 위해서, 저막 응력이 되는 성막 조건 및 총 막 두께를 얇게 하는 설계가 바람직하다.

또한, 반사 방지층으로서는, 모스아이 구조라고 불리는 반사 방지 구조를 흡수층의 표면에 형성한 것이어도 된다. 모스아이 구조는, 예를 들어 공기 계면으로부터 흡수층 내부를 향해서 굴절률이 완만하게 변화되도록, 흡수층 표면에 반사 방지하는 가시 파장보다 짧은 주기로 원추 구조나 각추 구조를 형성한다. 또한, 흡수층을 구성하는 투명 수지의 파장 589㎚에 있어서의 굴절률이 1.4 내지 1.6이면, 주기가 대략 100 내지 200㎚이고, 높이가 대략 200 내지 400㎚인 추체 구조가 되도록, 미리 전사용 모스아이 구조가 표면 가공된 유리 성형형이나 수지 성형형 등의 금형을 사용해서, 흡수층 표면을 성형 고화함으로써, 모스아이 구조를 포함하는 반사 방지층을 제작할 수 있다.

또한, 흡수층은 구성하는 투명 수지 재료가 금형 이형성 등으로 미세 금형을 사용한 성형에 적합하지 않은 경우, 흡수층 상에 특성이 다른 투명 수지 재료를 성막하고, 이 수지막에 대하여 모스아이 구조를 형성해도 된다. 이러한 수지막의 형성에 의해, 내구성을 향상시킬 수 있는 효과도 있다. 모스아이 구조는 박막의 광간섭을 이용한 반사 방지막에 비해, 진공 프로세스가 불필요하기 때문에 생산성을 향상시킬 수 있고, 또한 막 응력의 영향을 경감할 수 있다.

또한, 반사 방지층은 SiO₂나 MgF₂를, 나노 사이즈의 미세 입자에서 거친 구조를 형성 가능한 졸-겔법 등의 성막법에 의해 또한 굴절률을 저하시키고, 굴절률 n이 1.2 내지 1.3인 유전체막으로 해도 된다. 이 경우, 해당 반사 방지층은 굴절률이 1.4 내지 1.6인 투명 수지에 대하여, 단층으로 가시 영역(대략 400 내지 700㎚)의 잔류 반사가 1% 이하로 할 수 있다. 여기서, 반사 방지층은 저굴절률막의 광학 막 두께를 가시 영역의 중심 파장 509㎚(=2×400×700/(400+700))의 1/4인 127㎚로 하면, 파장 509㎚에서 최소 반사율이 된다. 또한, 해당 저굴절률막의 굴절률이 투명 수지의 굴절률 평방근에 가까울수록 최소 반사율이 제로에 가까워진다.

본 실시 형태의 광학 필터는, 가시 영역 중 600 내지 700㎚의 파장 영역에서는, 제1 NIR 흡수제 (DA)를 포함하는 광 흡수층의 분광 투과율에 의해, 인간의 눈의 비시감도 분광 곡선에 근사할 수 있다. 또한, 본 필터는 반사층에 있어서의 분광 투과율 곡선이 입사각, 입사 편광에 의존해서 단파장측으로 시프트해도, 흡수층에 있어서의 600 내지 700㎚의 파장 영역에 있어서의 분광 투과율 곡선을 유지하도록 작용하기 때문에, 근적외 영역은 흡수층과 반사층에 의해 입사각, 입사 편광에 크게 영향받지 않고 차단할 수 있다.

본 필터는 근적외 영역에서 투과율 50%가 되는 파장에 대해서, 입사각 θ=0°와 30°에 있어서의 s 편광 및 p 편광의, 4가지의 조건을 부여한다. 이때, 620 내지 670㎚의 파장 영역에 있어서, 최단이 되는 조건의 파장 Sh(T50%)로 최장이 되는 조건의 파장 Lo(T50%)의 차는, 2㎚ 이하이면 되고, 1㎚ 이하가 바람직하고, 0.5㎚ 이하가 더욱 바람직하고, 대략 0㎚가 가장 바람직하다.

또한, 본 필터는 680 내지 750㎚의 파장 영역에서, 입사각 θ=0°와 30°의, 각 편광(s, p)에 있어서의 투과율차의 평균값 ΔTp(Avr₆₈₀ _-750), ΔTs(Avr_680-750)은, 1.3% 이하이면 되고, 1.1% 이하가 바람직하고, 1.0% 이하가 더욱 바람직하고, 0.9% 이하가 한층 더 바람직하다. 또한, 상기 각 편광(s, p)에 있어서의 투과율차의 평균값은, 예를 들어 680 내지 750㎚의 범위의 10㎚마다에 있어서의 각 편광에서의 θ=0°와 30°의 차(합계 8점)를 평균함으로써 산출할 수 있다.

또한, 본 필터는 1000 내지 1150㎚의 파장 영역에서, 입사각 θ=0°와 30°의, 각 편광(s, p)에 있어서의 투과율차의 평균값 ΔTp(Avr₁₀₀₀ _-1150), ΔTs(Avr₁₀₀₀ _- ₁₁₅₀)은, 10% 이하이면 되고, 5% 이하가 바람직하고, 2.0% 이하이면 보다 바람직하고, 1.5% 이하가 더욱 바람직하고, 1.0% 이하가 한층 더 바람직하고, 0.7% 이하가 가장 바람직하다. 또한, 상기 각 편광(s, p)에 있어서의 투과율차의 평균값은, 예를 들어 1000 내지 1150㎚의 범위의 10㎚마다에 있어서의 각 편광에서의 θ=0°와 30°의 차(합계 16점)를 평균함으로써 산출할 수 있다. 본 지표(ΔTp(Avr_1000-1150), ΔTs(Avr_1000-1150))은, 후술하는 제2 실시 형태의 광학 필터에도 적용할 수 있다.

또한, 흡수층이 UV 흡수제 (DU)를 포함하면, 300 내지 420㎚의 파장 영역에 입사각 0°로 입사하는 광에 대한 투과율이 50% 이하가 되는 근자외 흡수 대역을 갖는다. 여기서, 반사층에 있어서의, 입사각 0°에 대하여 근자외 흡수 대역의 장파장측이고 투과율이 50%가 되는 파장 λLo(U1_T50%)가, UV 흡수제 (DU)의 파장 λLo(DU_T50%)보다 단파장측에 마련되면, 대략 400 내지 440㎚의 가시 영역이고, UV 흡수제 (DU)를 포함하는 흡수층의 분광 투과율 곡선에 의해, 인간의 눈의 청색 등색 함수 분광 곡선에 근사할 수 있다. 이와 같이, 본 필터는 경사 입사광에 대한 반사층의 분광 투과율이 입사각, 입사 편광에 의존해서 단파장측으로 시프트해도, 흡수층에 있어서의 분광 투과율 곡선을 유지하도록 작용한다. 그 때문에, 본 필터는, 근자외 영역에 있어서의 흡수층의 차단이 불충분한 경우에도, 반사층에 의해 입사각, 입사 편광에 크게 영향받지 않고 차단할 수 있다.

또한, 흡수층이 파장 λ(DU_T_min)보다 단파장측이고 투과율이 50%가 되는 파장 λSh(DU_T50%)를 갖고, 입사각 θ가 0° 내지 30°까지 변화했을 때를 생각한다. 이때, 반사층이 근자외 반사 대역의 단파장측이고 투과율이 50%가 되는 최장 파장 λSh(U1_T50%)를 350㎚ 이하로 한 경우에는, 반사층의 분광 투과율이 입사각, 입사 편광에 의존해서 단파장측으로 시프트해도, 350㎚ 이상의 근자외 영역은, 흡수층과 반사층에 의해 입사각, 입사 편광에 크게 의존하지 않고 차단할 수 있다.

(제2 실시 형태)

본 실시 형태의 광학 필터(이하, 제2 실시 형태의 설명 중, 「본 필터」라고도 한다)는 흡수층 및 유전체 다층막을 포함하는 반사층을 갖는다.

도 8a 내지 도 8c에, 본 필터의 구성예를 나타내지만, 본 필터의 구성은, 이들 예에 한정되지 않는다.

도 8a는 흡수층(11)의 한쪽 주면 상에 제1 반사층 (12a)을 구비한 구성예이다.

도 8b는 투명 기판(13)의 한쪽 주면 상에 흡수층(11)을 구비하고, 투명 기판(13)의 다른 쪽 주면 상에 제1 반사층 (12a)을 구비한 구성예이다.

도 8c는 투명 기판(13)의 한쪽 주면 상에 제1 반사층 (12a)을 구비하고, 투명 기판(13)의 다른 쪽 주면 상에 흡수층(11) 및 반사 방지층(14)을 구비한 구성예이다.

또한, 본 실시 형태에서는, 중복된 설명을 피하기 위해서, 제1 실시 형태와 공통되는 점에 대해서는 설명을 생략하고, 상위점을 중심으로 설명한다.

(흡수층)

흡수층은 제1 실시 형태에서 사용한 제1 NIR 흡수제 (DA)와, 제2 NIR 흡수제 (DB)와, 투명 수지 (B)를 함유하는 층이며, 전형적으로는, 투명 수지 (B) 중에 제1 NIR 흡수제 (DA) 및 제2 NIR 흡수제 (DB)가 균일하게 용해 또는 분산한 층이다. 흡수층은, 또한 제1 실시 형태에서 사용한 UV 흡수제 (DU)를 함유해도 된다.

제1 NIR 흡수제 (DA)는, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 투명 수지 (B)에 용해 또는 분산해서 제작한 수지막의 350 내지 1200㎚의 흡수 스펙트럼에 있어서, 660 내지 785㎚의 파장 영역에 흡수 극대 파장 λ(DA_T_min)을 갖는다.

제2 NIR 흡수제 (DB)는, 상기 흡수 스펙트럼에 있어서, 800 내지 920㎚의 파장 영역에 흡수 극대 파장 λ(DB_T_min)을 갖는다.

UV 흡수제 (DU)는, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 상기 흡수 스펙트럼에 있어서, 370 내지 405㎚의 파장 영역에 흡수 극대 파장 λ(DU_T_min)을 갖는다.

그리고, 흡수층은 제1 NIR 흡수제 (DA)의 흡수 극대 파장 λ(DA_T_min)보다 단파장측이고 620 내지 670㎚의 파장 영역 내에 투과율이 50%가 되는 파장 λSh(DA_T50%)를 갖는다. 또한 흡수층은, 제2 NIR 흡수제 (DB)의 흡수 극대 파장 λ(DB_T_min)보다 장파장측이고 900 내지 970㎚의 파장 영역 내에 투과율이 50%가 되는 파장 λLo(DB_T50%)를 갖고, 또한 λSh(DA_T50%)<λ(DA_T_min)<λ(DB_T_min)<λLo(DB_T50%)의 관계를 만족시키도록, 제1 NIR 흡수제 (DA) 및 제2 NIR 흡수제 (DB)의 각 농도와 두께 d를 설정한다.

또한, 흡수층은 UV 흡수제 (DU)를 함유하는 경우, UV 흡수제 (DU)의 흡수 극대 파장 λ(DU_T_min)보다 장파장측이고 400 내지 420㎚의 파장 영역 내에 투과율이 50%가 되는 파장 λLo(DU_T50%)를 갖도록, UV 흡수제 (DU)의 농도와 두께 d를 설정한다.

본 필터의 흡수층은, 제1 NIR 흡수제 (DA)를 포함하는 투명 수지의 투과율이 50% 이하가 되는 근적외 흡수 대역(파장 λSh(DA_T50%) 내지 파장 λLo(DA_T50%))과, 제2 NIR 흡수제 (DB)를 포함하는 투명 수지의 투과율이 50% 이하가 되는 근적외 흡수 대역(파장 λSh(DB_T50%) 내지 파장 λLo(DB_T50%)) 사이에서, 이하의 관계를 만족시키는 것이 바람직하다.

λSh(DA_T50%)<λSh(DB_T50%)≤λLo(DA_T50%)<λLo(DB_T50%)

상기 관계를 만족시킴으로써, 제1 NIR 흡수제 (DA)의 흡수 대역과 제2 NIR 흡수제 (DB)의 흡수 대역의 경계 영역에서 흡수층의 투과율을 25% 이하로 할 수 있다.

또한, 본 필터의 흡수층은, 제1 NIR 흡수제 (DA)를 포함하는 투명 수지의 투과율이 15% 이하가 되는 근적외 흡수 대역(파장 λSh(DA_T15%) 내지 파장 λLo(DA_T15%))과, 제2 NIR 흡수제 (DB)를 포함하는 투명 수지의 투과율이 15% 이하가 되는 근적외 흡수 대역(파장 λSh(DB_T15%) 내지 파장 λLo(DB_T15%)) 사이에서, 이하의 관계를 만족시키는 것이 보다 바람직하다.

λSh(DB_T15%)≤λLo(DA_T15%)

상기 관계를 만족시킴으로써, 제1 NIR 흡수제 (DA)의 흡수 대역과 제2 NIR 흡수제 (DB)의 흡수 대역의 경계 영역에서 흡수층의 투과율을 3% 이하로 할 수 있다.

제2 NIR 흡수제 (DB)로서는, 예를 들어 전술의 흡수 스펙트럼에 있어서, 800 내지 920㎚의 파장 영역에 흡수 극대를 갖는 것을 사용할 수 있다. 그 구체예로서는, KODAK사의 IRD 시리즈의 04, 79 등, Epolin사의 Epolight^TM 시리즈의 5547, 5588등, QCR Solutions사의 NIR 시리즈의 907B, 910C 등, H.W.Sands사의 SDA8630등, Exciton사의 NP800, IRA868 등(이상, 상품명)을 들 수 있다.

예를 들어, 흡수층이 제1 NIR 흡수제 (DA)로서 흡수 극대 파장 λ(DA_T_min)이 775㎚의 NIR775B를 포함하고, 제2 NIR 흡수제 (DB)로서 흡수 극대 파장 λ(DB_T_min)이 860㎚의 Epolight^TM5588을 포함하는 경우, 흡수에 의해 투과율 2% 이하까지 차단할 수 있는 근적외 영역을 700 내지 900㎚ 정도까지 확대할 수 있다. 도 9는 이러한 흡수층에, 또한 UV 흡수제 (DU)로서 전술한 SDA3382를 첨가한 흡수층의 분광 투과율 곡선의 예이다. 분광 투과율 곡선은, 흡수층 중 각 NIR 흡수제, UV 흡수제의 농도 및 두께 d를 조정해서 산출했다. 도 9는 흡수층과 공기의 하나의 계면에서 발생하는 대략 4% 정도의 프레넬 반사 손실은 고려하고 있지 않고, 분광 투과율은 흡수층의 내부 투과율에 상당한다. 도 9는 흡수층의 계면에 소정의 반사 방지층을 구비하는 경우에 있어서의 분광 투과율 곡선에 상당한다.

도 9와 같이, 상기 예의 흡수층은, 근자외 영역의 363 내지 393㎚의 투과율이 10% 이하, 가시 영역의 404㎚와 625㎚이고 투과율이 대략 50%이고, 410 내지 630㎚의 파장 영역의 평균 투과율이 대략 77%, 근적외 영역의 690 내지 900㎚의 투과율이 대략 5% 이하인 분광 투과율을 나타낸다.

도 9에 나타낸 흡수층의 분광 투과율 곡선은, 입사광의 입사각 의존성이 거의 없다. 따라서, 상기 흡수층을 구비함으로써, 가시 영역과 근자외 영역의 경계 영역 및 가시 영역과 근적외 영역의 경계 영역에 있어서, 발산 및 집속하는 입사광에 대해서도 안정된 분광 투과율 곡선이 얻어진다.

또한, 제1 NIR 흡수제 (DA) 및 제2 NIR 흡수제 (DB)는, 각각 1종의 NIR 흡수제를 단독으로 사용해도, 2종 이상을 혼합하여 사용해도 된다. 또한, UV 흡수제 (UV)를 사용하는 경우도, 1종의 UV 흡수제를 단독으로 사용해도 되고 2종 이상 혼합하여 사용해도 된다. 그러나, 흡수층은 복수종의 흡수제를 병용하는 경우, 가시 영역에 있어서의 흡수제 고유의 잔류 흡수를 가지면 가시 영역의 투과율을 저하시키기 때문에, 가시 영역에 대한 영향을 고려해서 흡수제를 선택하는 것이 바람직하고, 또한 농도 및 두께에 대해서도 고려하는 것이 바람직하다.

흡수층 중의 흡수제의 전량에 대한 NIR 흡수제 (DA) 및 NIR 흡수제 (DB)의 비율은, 3 내지 100질량%가 바람직하다. 또한, 투명 수지 (B) 100질량부에 대하여, NIR 흡수제 (DA)와 NIR 흡수제 (DB)는, 합계 0.01 내지 20질량부가 바람직하고, 0.05 내지 15질량부가 보다 바람직하고, 1 내지 10질량부가 한층 더 바람직하다.

본 실시 형태의 광학 필터의 흡수층은, 상기 흡수 스펙트럼에 있어서, 660 내지 785㎚의 파장 영역에 흡수 극대 파장 λ(DA_T_min)을 갖는 제1 NIR 흡수제 (DA)와, 800 내지 920㎚의 파장 영역에 흡수 극대 파장 λ(DB_T_min)을 갖는 제2 NIR 흡수제 (DB)를 포함한다. 이렇게 함으로써, 해당 흡수층은, 근적외 흡수 대역을 700 내지 900㎚로 확장할 수 있고, 본 실시 형태의 광학 필터는 후술하는 바와 같이, 1층의 반사층 (제1 반사층 (UA1))만으로, 700 내지 1150㎚의 근적외 영역을 차단할 수 있다. 또한, 흡수층이, 추가로 UV 흡수제 (DU)도 함유한 경우, 또한 350 내지 400㎚의 근자외 영역을 흡수할 수 있다. 이와 같이, 본 실시 형태의 광학 필터는, 반사층이 제2 반사층 (A2)를 포함하는 것을 필수로 하지 않으므로, 박막화, 생산성의 향상이나 응력 완화의 효과를 기대할 수 있다.

(반사층)

상기한 바와 같이 본 실시 형태의 광학 필터의 흡수층은, 근적외 흡수 대역을 대략 700 내지 900㎚로 확장할 수 있다. 이로 인해, 본 필터는, 반사층으로서, 670 내지 1150㎚의 파장 영역에 입사각 0°로 입사하는 광에 대한 투과율이 50% 이하가 되는 근적외 반사 대역을 갖는 제1 반사층 (UA1)(만)을 구비하는 구성으로 할 수 있다.

제1 반사층 (UA1)은, 흡수층에 있어서의 흡수에 의한 차단과 반사층에 있어서의 반사에 의한 차단이, 각각의 층의 경계 파장 영역에서 유효하게 기능시키도록 한다. 그 때문에, 제1 반사층 (UA1)은 제1 실시 형태와 마찬가지로, 입사각, 입사 편광 의존성에 의한 분광 투과율 곡선의 단파장측 시프트를 고려해서 설계한다.

즉, 제1 반사층 (UA1)은 입사각 θ=0° 내지 30°의 입사광에 대하여 근적외 반사 대역의 단파장측에 있어서의 투과율 50%의 최장 파장은 입사각 θ=0°의 파장 λSh(A1_T50%)이다. 그 때문에, 제1 반사층 (UA1)은 제2 NIR 흡수제 (DB)의 흡수 극대 파장 λ(DB_T_min)보다 장파장측이고 투과율이 50%가 되는 파장 λLo(DB_T50%)가, 파장 λSh(A1_T50%)보다 장파장측에, 또한 파장 λSh(A1_T50%)가 파장 λ(DB_T_min)보다 장파장측에 위치하도록 유전체 다층막을 설계한다. 이때, 입사각 θ의 증가에 따라 제1 반사층 (UA1)의 파장 λSh(A1_T50%)는 단파장측으로 시프트하지만, 흡수층의 근적외 흡수 대역 내이기 때문에, 광학 필터의 분광 투과율 곡선의 변화를 억제할 수 있다.

이 경우, 본 실시 형태의 광학 필터는, 제2 NIR 흡수제 (DB)의 흡수 대역에 있어서의 파장 λ(DB_T_min)로부터 파장 λLo(DB_T50%)까지의 파장 영역의 투과율을 3% 이하 저감하기 위해서, 제1 반사층 (UA1)은 입사각 θ=0°에 있어서의 근적외 반사 대역에서 투과율이 15%가 되는 단파장측의 파장 λSh(A1_T15%)가, 제2 NIR 흡수제 (DB)의 흡수 대역의 장파장측에서 투과율이 15%가 되는 파장 λLo(DB_T15%)보다 단파장측에 위치하는 설계가 바람직하다. 또한, 본 실시 형태의 광학 필터는, 파장 λ(DB_T_min)으로부터 파장 λLo(DB_T50%)까지의 파장 영역의 투과율을 0.3% 이하에 저감하기 위해서, 제1 반사층 (UA1)은 입사각 θ=0°에 있어서의 근적외 반사 대역에서 투과율 1%가 되는 단파장측의 파장 λSh(A1_T1%)가, 제2 NIR 흡수제 (DB)의 흡수 대역의 장파장측에서 투과율이 15%가 되는 파장 λLo(DB_T15%)보다 단파장측에 위치하는 설계가 보다 바람직하다.

또한, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 제1 반사층 (UA1)은 근적외 반사 대역의 장파장측에서도 분광 투과율의 입사각 의존성, 편광 의존성을 고려하여, 입사각 30°로 입사하는 광 중 p 편광 성분의 광의 투과율이 15%가 되는 파장 λLo(A1_Tp15%)가, 파장 1150㎚보다 장파장이 되도록 설계하는 것이 바람직하다. 또한, 입사각 θ=30°로 입사하는 광 중 p 편광 성분의 광의 투과율이 5%가 되는 파장 λLo(A1_Tp5%)가, 파장 1150㎚보다 장파장이 되도록, 제1 반사층 (UA1)을 설계하는 것이 더욱 바람직하다. 이와 같이 설계함으로써, 본 필터는 파장 1150㎚까지의 분광 투과율 곡선에 대해서, 제1 반사층 (UA1)에 있어서의 분광 투과율 곡선의 입사각 의존성, 편광 의존성의 영향을 억제할 수 있다.

본 실시 형태의 광학 필터는, 유전체 다층막을 포함하는 1층의 반사층만으로, 350 내지 400㎚의 근자외 영역 및 900 내지 1150㎚의 근적외 영역의 광을 차단할 수 있고, 게다가 광의 입사각이나 입사 편광에 크게 영향받지 않고 차단할 수 있다. 이로 인해, 박막화나, 생산성의 향상, 응력완화의 효과 등을 기대할 수 있다.

또한, 흡수 극대 파장이 λ(DA_T_min)인 제1 NIR 흡수제 (DA)에 있어서의 투과율 50% 이하의 흡수 파장 대역폭을 Δλ(DA), 흡수 극대 파장이 λ(DB_T_min)인 제2 NIR 흡수제 (DB)에 있어서의 투과율 50% 이하의 흡수 파장 대역폭을 Δλ(DB)로 한다. 이때, λ(DB_T_min)과 λ(DA_T_min)의 파장 간격이 흡수 파장 대역폭의 평균값{Δλ(DA)+Δλ(DB)}/2보다 큰 경우, λ(DB_T_min)과 λ(DA_T_min) 사이의 파장 영역 내의 일부 영역에서 소정 레벨 이상의 투과광이 발생하고, 노이즈 증대나 색 재현성 열화의 원인이 되는 경우가 있다. 그 경우, 본 필터는 또한, 제2 반사층 (A2)를 병용한 광학 필터의 구성으로 해도 된다. 해당 구성은, 제2 NIR 흡수제 (DB)에 의해 800 내지 900㎚의 파장 영역의 투과율이 저감되기 때문에, 이 파장 영역에 대한 제2 반사층 (A2)의 반사율의 타깃은, 제1 실시 형태에 있어서의 제2 반사층 (A2)에 비해서 완화(즉, 저반사율도 적용 가능)될 수 있다. 그 결과, 이 경우의 제2 반사층 (A2)는, 제1 실시 형태에 있어서의 제2 반사층 (A2)에 비해서, 적은 층수 및 총 막 두께가 얇은 유전체 다층막 구성으로 할 수 있기 때문에, 성막 시간을 단축하고, 또한 막 응력을 저감할 수 있다.

또한, 이상 설명한 각 실시 형태의 광학 필터는, 예를 들어 촬상 렌즈와 고체 촬상 소자 사이에 배치된다. 또한, 해당 광학 필터는, 촬상 장치의 고체 촬상 소자, 촬상 렌즈 등에 점착제층을 개재하여 직접 접착해도 사용할 수 있다.

도 10은 도 1c에 나타내는 광학 필터(30)를 사용한 촬상 장치의 일례를 나타낸다. 촬상 장치(100)는 RGB 컬러 필터를 갖는 고체 촬상 소자(21)와, 그 전방면에 배치된 광학 필터(30) 및 촬상 렌즈(23)와, 이들을 고정하는 하우징(24)을 갖는다. 촬상 렌즈(23)는 하우징(24)의 내측에 더 설치된 렌즈 유닛(22)에 의해 고정되어 있다. 광학 필터(30)는 촬상 렌즈(23)측에 제1 반사층 (UA1)이 위치하도록 배치되어 있다. 고체 촬상 소자(21)와, 촬상 렌즈(23)는, 광축 X를 따라 배치되어 있다. 광학 필터(30)를 설치할 때의 방향이나 위치는, 설계에 따라서 적절히 선택된다.

실시예

이하, 본 발명을 실시예에 의해 보다 더 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

도 1c에 나타내는 광학 필터(30)를 제조한다.

표 2에 나타낸 구성의 유전체 다층막을 포함하는 제1 반사층 (12a)과, 표 3에 나타낸 구성의 유전체 다층막을 포함하는 제2 반사층 (12b)을, 굴절률 1.52로 두께 100㎛의 투명 수지 (시클로올레핀 중합체) 필름을 포함하는 투명 기판(13)을 협지하도록 형성한다.

도 5에 도시하는 분광 투과율 곡선으로부터 명백한 바와 같이, 제2 반사층 (12b)은 파장 λSh(A2_Tp50%)가 대략 734㎚, 파장 λSh(A2_Ts50%)가 대략 720㎚이고, 따라서 λSh(A2_Tp50%)-λSh(A2_Ts50%)은 14㎚이다.

계속해서, NIR 흡수제 (DA)로서 NIR775B와, UV 흡수제 (DU)로서 SDA3382를 포함하는 흡수층(11)을, 제2 반사층 (12b)의 표면에 형성한다. 즉, NIR775B 및 SDA3382와, 굴절률 1.49의 아크릴 수지의 15질량% 시클로헥사논 용액을, NIR775B 및 SDA3382가 아크릴 수지 100질량부에 대하여 합계 0.01 내지 20질량부가 되는 범위에서 적절히 조정해서 혼합한 후, 실온에서 교반·용해함으로써 도포 시공액을 얻는다. 얻어진 도포 시공액을, 투명 수지 필름을 포함하는 투명 기판(13)의 제2 반사층 (12b)이 성막된 표면에 다이 코트법에 의해 도포하고, 150℃에서 30분간 가열 건조시켜 막 두께 10㎛의 근자외·근적외 흡수층(11)을 형성한다. 또한, 흡수층(11)의 공기 계면에, Al₂O₃막, ZrO₂막 및 MgF₂막을 순서대로 적층해서 3층을 포함하는 반사 방지층(14)을 형성하고, 입사각 θ=0° 내지 30°의 400 내지 700㎚의 가시 영역의 입사광에 대하여 잔류 반사율을 1.5% 이하로 한다.

이에 의해, 도 11, 도 13a 및 도 14a에 나타내는 분광 투과율 곡선(입사각 θ=0°, 입사각 θ=30°의 p 편광 및 s 편광)을 갖는 광학 필터(30)가 얻어진다. 또한, 도 11은 350 내지 1150㎚의 파장 영역의 분광 투과율 곡선, 도 13a는 680 내지 760㎚의 파장 영역의 분광 투과율 곡선, 도 14a는 1000 내지 1250㎚의 파장 영역의 분광 투과율 곡선이다.

[실시예 2]

도 1d에 나타내는 광학 필터(40)를 제조한다.

표 2에 나타낸 구성의 유전체 다층막을 포함하는 제1 반사층 (12a)과 표 3에 나타낸 구성의 유전체 다층막을 포함하는 제2 반사층 (12b)을 일체화한 구성의 반사층을, 두께 200㎛의 소다 석회 유리를 포함하는 투명 기판(13)의 한쪽 주면에 형성한다.

도 7에 나타내는 분광 투과율 곡선에서 명백한 바와 같이, 제1 반사층 (12a)과 제2 반사층 (12b)을 일체화한 구성의 반사층은, 파장 λSh(A2_Tp50%)가 대략 722㎚, 파장 λSh(A2_Ts50%)가 대략 712㎚이고, 따라서 λSh(A2_Tp50%)-λSh(A2_Ts50%)는 10㎚이다.

계속해서, 투명 기판(13)의 다른 쪽 주면에, NIR 흡수제 (DA)로서 NIR775B와, UV 흡수제 (DU)로서 SDA3382를 포함하는 흡수층(11)을 형성한다. 즉, NIR775B 및 SDA3382와, 굴절률 1.59의 폴리카르보네이트 수지의 10질량% 시클로펜타논 용액을, NIR775B 및 SDA3382가 폴리카르보네이트 수지 100질량부에 대하여 합계 0.01 내지 20질량부가 되는 범위에서 적절히 조정해서 혼합한 후, 실온에서 교반·용해함으로써 도포 시공액을 얻는다. 얻어진 도포 시공액을, 투명 기판(13)의 반사층이 성막되지 않은 표면에 다이 코트법에 의해 도포하고, 150℃에서 30분간 가열 건조시켜 막 두께 10㎛의 근자외·근적외 흡수층(11)을 형성한다. 또한, 흡수층(11)의 공기 계면에, TiO₂막과 SiO₂막을 교대로 적층해서 4층을 포함하는 반사 방지층(14)을 형성하고, 입사각 θ=0° 내지 30°의 400 내지 700㎚의 가시 영역의 입사광에 대하여 잔류 반사율을 1.5% 이하로 한다.

이에 의해, 도 12에 나타내는 분광 투과율 곡선(입사각 θ=0°, 입사각 θ=30°의 p 편광 및 s 편광)을 갖는 광학 필터(40)가 얻어진다.

도 11 및 도 12에서 명백한 바와 같이, 실시예 1의 광학 필터(30) 및 실시예 2의 광학 필터(40)는 하기 특성을 갖는다. 즉, 이들 광학 필터는, 인간의 눈은 감도를 갖지 않지만 RGB 컬러 필터를 갖는 고체 촬상 소자는 감도를 갖는 근자외 영역 350 내지 400㎚와 근적외 영역 700 내지 1150㎚의 입사광을 입사각 0° 내지 30°에 있어서 차단하고, 가시 영역의 400 내지 450㎚ 및 600 내지 700㎚에 있어서의 분광 투과율의 입사각 0° 내지 30°에 있어서의 변동이 거의 없고, 인간의 눈의 비시감도에 대응한 등색 함수에 근사한 분광 감도 곡선을 나타내고, 440 내지 600㎚ 가시 영역에서 89% 이상의 높은 평균 투과율이 얻어진다.

특히, 이들 광학 필터는, 입사광이 s 편광 또는 p 편광으로 치우친 화상광이고, 경사 입사하는 경우에도, 분광 투과율 곡선의 변화는 아주 조금이어서 안정된 특성을 유지할 수 있다. 그 중에서도, 도 13a에 있어서, 입사각이 0° 내지 30°로 변화했을 때의 s 편광 성분의 시프트양이 크게 저감되고 있는(투과율 10%이고, 시프트양이 대략 0㎚인) 점에서도 명백한 바와 같이, 가시 영역의 장파장측에 있어서의 편광 성분에 의존한 분광 투과율 곡선의 변화(투과로부터 차단으로의 천이)를 억제할 수 있다. 또한, 실시예 1의 광학 필터(30) 및 실시예 2의 광학 필터(40)는, ΔTp(Avr_680-750), ΔTs(Avr_680-750)은, 모두 0.9% 이하이다.

또한, 제1 반사층 (12a)은 적은 층수 및 총 막 두께의 유전체 다층막 구성이고, 350 내지 400㎚ 근자외 영역과 950 내지 1150㎚ 근적외 영역에 반사 대역을 생성함과 함께, 반사 대역의 최소 투과율이 0.1% 이하가 되는 높은 차단 특성을 실현할 수 있기 때문에, 박막화, 다층막 응력의 저감 및 생산성 향상에 유효하다.

또한, 실시예 1의 광학 필터(30)에서는, 투명 수지 필름 기판(11)의 한쪽 주면에 제1 반사층 (UA1)(12a), 다른 쪽 주면에 제2 반사층 (A2)(12b)을 성막한다. 그 때문에, 고밀도로 다층막 응력의 큰 고신뢰성의 유전체막을 사용해도 다층막 응력이 양면에서 균등화되기 쉬워, 투명 수지 필름 기판(11)의 변형이 적어 투과 파면수차의 열화가 적은 안정한 광학 성능을 실현할 수 있다.

그 결과, 본 필터는, 도 10에 예시한 바와 같은 RGB 컬러 필터를 갖는 고체 촬상 소자를 사용한 촬상 장치의 광학 필터로 함으로써, 색 재현성이 우수한 화상을 안정되게 얻을 수 있다.

[비교예 1]

실시예 1의 제2 반사층 (12b) 대신에, 입사각 30°의 p 편광이고, 투과율 50%의 파장(제2 반사층 (12b)의 λSh(A2_Tp50%)에 대응)이 대략 719㎚가 되도록 설계, 조정한 유전체 다층막을 포함하는 반사층을 형성하는 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 광학 필터를 얻는다.

도 13b는 이 비교예 1의 680 내지 760㎚의 파장 영역에서의 입사각 0°와 입사각 30°의 입사광에 대한 편광마다의 분광 투과율 곡선의 계산 결과를 나타내는 그래프이다.

도 13a(실시예 1)와 도 13b(비교예 1)의 비교에서 명백한 바와 같이, 비교예 1의 광학 필터는, 실시예 1에 비해, 690 내지 730㎚ 파장 영역에서의 입사각에 의존한 분광 투과율의 변동이 증대한다. 즉, 비교예 1에서는, 680 내지 750㎚ 파장 영역에서의 10㎚마다의 입사각 0°와 입사각 30°에 대한 투과율차의 합을 파장수 8로 나눈 「투과율차의 평균값」의 계산 결과는 p 편광에서 ΔTp(Avr₆₈₀ _-750)=0.84%, s 편광에서 ΔTs(Avr₆₈₀ _-750)=1.57%가 된다. 한편, 실시예 1에서는, ΔTp(Avr_680-750)=0.39%, s 편광에서는 ΔTs(Avr₆₈₀ _-750)=0.89%가 되고, 입사 편광에 무관하게 1.3% 이내의 차(변화)에 들어 있다. 그 결과, 비교예 1의 광학 필터는, 도 10에 예시한 바와 같은 촬상 장치에 사용한 경우, 색 재현성이 떨어지는 촬상 화상이 된다.

[비교예 2]

실시예 1의 제1 반사층 (12a) 대신에, 입사각 30°의 s 편광이고, 투과율 15%의 파장(제1 반사층 (12a)의 λLo(UA1_Ts15%)에 대응)이 대략 1150㎚가 되도록 설계, 조정한 유전체 다층막을 포함하는 반사층 (입사각 30°의 p 편광이고, 투과율 15%의 파장(제1 반사층 (12a)의 파장 λLo(UA1_Tp15%)에 대응)은 대략 1110㎚이고, 파장 1150㎚보다 단파장측이 된다)을 형성하는 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 광학 필터를 얻는다.

도 14b는 이 비교예 2의 1000 내지 1250㎚의 파장 영역에서의 입사각 0°와 입사각 30°의 입사광에 대한 편광마다의 분광 투과율 곡선의 계산 결과를 나타내는 그래프이다.

도 14a(실시예 1)와 도 14b(비교예 2)의 비교에서 명백한 바와 같이, 비교예 2의 광학 필터는, 실시예 1에 비해, RGB 컬러 필터를 갖는 고체 촬상 소자가 감도를 갖는 1040 내지 1150㎚ 파장 영역에서의 입사각에 의존한 분광 투과율의 변동이 증대한다. 즉, 비교예 2에서는 1000 내지 1150㎚ 파장 영역에서의 10㎚마다의 입사각 0°와 입사각 30°에 대한 투과율차의 합을 파장수 16으로 나눈 「투과율차의 평균값」의 계산 결과는, p 편광에서 ΔTp(Avr₁₀₀₀ _-1150)=12.2%, s 편광에서 ΔTs(Avr_1000-1150)=2.5%가 된다. 한편, 실시예 1에서는, ΔTp(Avr₁₀₀₀ _-1150)=0.6%, s 편광에서는 ΔTs(Avr₁₀₀₀ _-1150)=0.0%가 되고, 입사 편광에 무관하게 10% 이내의 차(변화)에 들어 있다.

또한, 상기 파장 영역의 입사각 0°와 입사각 30°의 p 편광 및 s 편광에 대한 평균 투과율 TAvr₁₀₀₀ _-1150(0°), TpAvr₁₀₀₀ _-1150(30°), TsAvr₁₀₀₀ _-1150(30°)가, 비교예 2에서는 TAvr₁₀₀₀ _-1150(0°)=3.1%, TpAvr₁₀₀₀ _-1150(30°)=15.3%, TsAvr₁₀₀₀ _-1150(30°)=4.4%가 된다. 한편, 실시예 1에서는, TAvr₁₀₀₀ _-1150(0°)=0.0%, TpAvr₁₀₀₀ _-1150(30°)=0.6%, TsAvr_1000-1150(30°)=0.0%가 되고, 1.0% 이내의 평균 투과율에 들어 있다. 그 결과, 비교예 2의 광학 필터는, 도 10에 예시한 바와 같은 촬상 장치에 사용한 경우, 색 재현성이 떨어진 촬상 화상이 된다.

[실시예 3]

도 8c에 나타내는 광학 필터(70)를 제조한다.

표 2에 나타낸 구성의 유전체 다층막을 포함하는 제1 반사층 (12a)을, 두께 200㎛의 소다 석회 유리를 포함하는 투명 기판(13)의 한쪽 주면에 형성한다.

계속해서, 투명 기판(13)의 다른 쪽 주면에, NIR 흡수제 (DA)로서 NIR775B와, UV 흡수제 (DU)로서 SDA3382와, NIR 흡수제 (DB)로서 Epolight5588을 포함하는 흡수층(11)을 형성한다. 즉, NIR775B, SDA3382 및 Epolight5588과, 굴절률 1.52의 시클로올레핀 수지의 25질량% 톨루엔 용액을, NIR775B, SDA3382 및 Epolight5588이 시클로올레핀 수지 100질량부에 대하여 합계 0.01 내지 20질량부가 되는 범위에서 적절히 조정해서 혼합한 후, 실온에서 교반·용해함으로써 도포 시공액을 얻는다. 얻어진 도포 시공액을, 투명 기판(13)의 반사층이 성막되지 않은 표면에 다이 코트법에 의해 도포하고, 70℃에서 10분간 가열 후, 또한 110℃에서 10분간 가열해서 막 두께 22㎛의 근자외·근적외 흡수층(11)을 형성한다. 또한, 흡수층(11)의 공기 계면에, TiO₂막과 SiO₂막을 교대로 적층해서 4층을 포함하는 반사 방지층(14)을 형성하고, 입사각 θ=0° 내지 30°의 400 내지 700㎚의 가시 영역의 입사광에 대하여 잔류 반사율을 1.5% 이하로 한다.

이에 의해, 도 15에 도시하는 분광 투과율 곡선(입사각 θ=0°, 입사각 θ=30°의 p 편광 및 s 편광)을 갖는 광학 필터가 얻어진다.

도 15에서 명백한 바와 같이, 실시예 3의 광학 필터(70)는, 하기 특성을 갖는다. 즉, 이 광학 필터(70)는 인간의 눈은 감도를 갖지 않지만 RGB 컬러 필터를 갖는 고체 촬상 소자는 감도를 갖는 근자외 영역 350 내지 400㎚와 근적외 영역 700 내지 1150㎚의 입사광을 입사각 0° 내지 30°에 있어서 차단한다. 또한, 가시 영역의 400 내지 450㎚ 및 600 내지 700㎚에 있어서의 분광 투과율의 입사각 θ=0° 내지 30°에 있어서의 변동이 거의 없고, 인간의 눈의 비시감도에 대응한 등색 함수에 근사한 분광 감도 곡선을 나타내고, 440 내지 600㎚의 가시 영역에서 82% 이상의 높은 평균 투과율이 얻어진다.

또한, ΔTp(Avr₆₈₀ _-750), ΔTs(Avr_680-750)는 각각 0.1%, 0.2%로, 모두 1.3% 이하의 차(변화)에 들어 있고, 또한 ΔTp(Avr₁₀₀₀ _-1150), ΔTs(Avr₁₀₀₀ _-1150))도, 각각 0.6%, 0.0%로, 모두 10% 이하의 차(변화)에 들어 있다.

또한, TAvr₁₀₀₀ _-1150(0°)=0.0%, TpAvr₁₀₀₀ _-1150(30°)=0.6%, TsAvr₁₀₀₀ _-1150(30°)=0.0%가 되고, 1.0% 이내의 평균 투과율에 들어 있다.

실시예 3의 흡수층은, 실시예 1 및 실시예 2의 흡수층에 비해 근적외 흡수 대역이 대략 690 내지 900㎚로 넓다. 그 때문에, 실시예 3의 광학 필터(70)는, 800 내지 1000㎚의 파장 영역을 반사하는 제2 반사층 (12b)이 불필요하게 되고, 350 내지 400㎚ 근자외 영역 및 900 내지 1150㎚의 근적외 영역을 반사하는 제1 반사층 (12a)만의 반사층으로 차단 기능을 실현할 수 있다.

즉, 실시예 3의 광학 필터(70)는, 실시예 1이나 실시예 2의 약 절반의 총 막 두께·층수의 유전체 다층막을 포함하는 반사층을 사용해도, 입사각 θ=0° 내지 30°의 파장 영역 350 내지 1150㎚의 입사광에 대하여 안정된 분광 투과율 특성을 나타내는 광학 필터로 되어 있다.

또한, 실시예 3의 광학 필터는, 실시예 1 및 실시예 2의 광학 필터와 마찬가지로, 입사광이 s 편광 또는 p 편광으로 치우친 화상광으로 경사 입사하는 경우에도, 분광 투과율 곡선의 변화는 아주 조금이어서 안정된 특성을 유지할 수 있다.

그 결과, 본 필터는 도 10에 예시한 바와 같은 촬상 장치의 광학 필터로 함으로써, 색 재현성이 우수한 촬상 화상을 안정되게 얻을 수 있다.

본 발명의 광학 필터는, 고체 촬상 소자(CCD, CMOS 등)를 사용한 디지털 스틸 카메라, 디지털 비디오 카메라, 휴대 전화 카메라 등의 촬상 장치에 사용되는 광학 필터로서 유용하다.

10, 20, 30, 40, 50, 60, 70 : 광학 필터
11 : 흡수층
12a : (제1) 반사층
12b : (제2) 반사층
13 : 투명 기판
14 : 반사 방지층
21 : 고체 촬상 소자
22 : 렌즈 유닛
23 : 촬상 렌즈
24 : 하우징
100 : 촬상 장치

Claims

660 내지 785㎚의 파장 영역에 흡수 극대를 갖는 근적외 흡수제를 포함하고, 하기 (i-1)의 요건을 만족시키는 흡수층과, 하기 (ii-1)의 요건을 만족시키는 유전체 다층막을 포함하는 반사층을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 필터.
(i-1) 상기 흡수 극대를 나타내는 파장 λ(DA_T_min)보다 단파장측이고 620 내지 670㎚의 파장 영역에 투과율이 50%가 되는 파장 λSh(DA_T50%)를 갖는다.
(ii-1) 670 내지 1200㎚의 파장 영역에 입사각 0°로 입사하는 광에 대한 투과율이 50% 이하가 되는 근적외 반사 대역을 갖고, 상기 근적외 반사 대역보다 단파장측이고, 입사각 30°로 입사하는 광 중 s 편광 성분의 광의 투과율이 50%가 되는 파장 λSh(A2_Ts50%)가, 상기 파장 λSh(DA_T50%)보다 장파장측에 있다.
제1항에 있어서,
상기 반사층이, 하기 (ii-2)의 요건을 만족시키는 광학 필터.
(ii-2) 상기 근적외 반사 대역보다 단파장측이고, 입사각 30°로 입사하는 광 중 p 편광 성분의 광의 투과율이 50%가 되는 파장 λSh(A2_Tp50%)와, 상기 파장 λSh(A2_Ts50%)의 관계가 0㎚<λSh(A2_Tp50%)-λSh(A2_Ts50%)≤20㎚이다.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 흡수층이, 하기 (i-2) 및 (i-3)의 요건을 만족시키는 광학 필터.
(i-2) 640 내지 700㎚의 파장 영역에 투과율이 15%가 되는 파장 λSh(DA_T15%)를 갖고, 또한 λSh(DA_T50%)<λSh(DA_T15%)<λ(DA_T_min)이다.
(i-3) 740 내지 840㎚ 파장 영역에 투과율 50%가 되는 파장 λLo(DA_T50%)와 투과율 15%가 되는 파장 λLo(DA_T15%)를 갖고, 또한 λ(DA_T_min)<λLo(DA_T15%)<λLo(DA_T50%)이다.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 흡수층은, 370 내지 405㎚ 파장 영역에 흡수 극대를 갖는 근자외 흡수제를 포함함과 함께, 하기 (i-4)의 요건을 만족시키고, 또한 상기 반사층이, 하기 (ii-3)의 요건을 만족시키는 광학 필터.
(i-4) 상기 흡수 극대를 나타내는 파장 λ(DU_T_min)보다 장파장측이고 400 내지 420㎚의 파장 영역에 투과율이 50%가 되는 파장 λLo(DU_T50%)를 갖는다.
(ii-3) 300 내지 420㎚의 파장 영역에 입사각 0°로 입사하는 광에 대한 투과율이 50% 이하가 되는 근자외 반사 대역을 갖고, 상기 근자외 반사 대역의 장파장측에서 투과율이 50%가 되는 파장 λLo(U1_T50%)가, 상기 파장 λLo(DU_T50%)보다 단파장측에 있다.
제4항에 있어서,
상기 흡수층이, 하기 (i-5)의 요건을 만족시키고, 상기 반사층이, 하기 (ii-4)의 요건을 만족시키는 광학 필터.
(i-5) 상기 파장 λ(DU_T_min)보다 단파장측에 투과율이 50%가 되는 파장 λSh(DU_T50%)를 갖는다.
(ii-4) 상기 근자외 반사 대역의 장파장측이고, 입사각 30°로 입사하는 광 중 p 편광 성분의 광의 투과율이 50%가 되는 파장 λLo(U1_Tp50%)가, 상기 파장 λSh(DU_T50%)보다 장파장측에 있다.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 반사층은, 700 내지 1200㎚의 파장 영역 내의 제1 파장 영역에 입사각 0°로 입사하는 광에 대한 투과율이 50% 이하가 되는 제1 근적외 반사 대역을 갖는 제1 반사층과, 700 내지 1200㎚의 파장 영역 내의 상기 제1 파장 영역보다 단파장측의 제2 파장 영역에 입사각 0°로 입사하는 광에 대한 투과율이 50% 이하가 되는 제2 근적외 반사 대역을 갖는 제2 반사층을 갖고, 상기 제1 근적외 반사 대역과 상기 제2 근적외 반사 대역으로 상기 근적외 반사 대역이 구성되는 광학 필터.
제6항에 있어서,
상기 제1 반사층과 상기 제2 반사층을 이격해서 구비하는 광학 필터.
제6항에 있어서,
상기 흡수층이 740 내지 840㎚ 파장 영역에 투과율 15%가 되는 파장 λLo(DA_T15%)를 갖고,
상기 파장 λLo(DA_T15%)가, 상기 제2 근적외 반사 대역의 단파장측이고, 입사각 0°로 입사하는 광의 투과율이 15%가 되는 파장 λSh(A2_T15%)보다, 장파장측에 있는 광학 필터.
제6항에 있어서,
상기 제1 근적외 반사 대역의 장파장측이고, 입사각 30°로 입사하는 광 중 p 편광 성분의 광의 투과율이 15%가 되는 파장 λLo(A1_Tp15%)가, 파장 1150㎚보다 장파장인 광학 필터.
660 내지 785㎚의 파장 영역에 흡수 극대를 갖는 제1 근적외 흡수제와, 800 내지 920㎚의 파장 영역에 흡수 극대를 갖는 제2 근적외 흡수제를 포함하고, 하기 (I-1)의 요건을 만족시키는 흡수층과, 하기 (II-1)의 요건을 만족시키는 유전체 다층막을 포함하는 반사층을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 필터.
(I-1) 상기 제1 근적외 흡수제가 흡수 극대를 나타내는 파장 λ(DA_T_min)보다 단파장측이고 620 내지 670㎚의 파장 영역에 투과율이 50%가 되는 파장 λSh(DA_T50%)를 갖고, 상기 제2 근적외 흡수제가 흡수 극대를 나타내는 파장 λ(DB_T_min)보다 장파장측이고 900 내지 970㎚의 파장 영역에 투과율이 50%가 되는 파장 λLo(DB_T50%)를 갖고, λSh(DA_T50%)<λ(DA_T_min)<λ(DB_T_min)<λLo(DB_T50%)이다.
(II-1) 670 내지 1200㎚의 파장 영역에 입사각 0°로 입사하는 광에 대한 투과율이 50% 이하가 되는 근적외 반사 대역을 갖고, 상기 근적외 반사 대역의 단파장측이고 투과율이 50%가 되는 파장 λSh(A1_T50%)와, 상기 파장 λ(DB_T_min)과, 상기 파장 λLo(DB_T50%)의 관계가,
λ(DB_T_min)<λSh(A1_T50%)<λLo(DB_T50%)
이고, 또한 상기 근적외 반사 대역의 장파장측이고, 입사각 30°로 입사하는 광 중 p 편광 성분의 광의 투과율이 15%가 되는 파장 λLo(A1_Tp15%)가, 파장 1150㎚보다 장파장이다.
제10항에 있어서,
상기 흡수층은, 370 내지 405㎚ 파장 영역에 흡수 극대를 갖는 근자외 흡수제를 포함함과 함께, 하기 (I-2)의 요건을 만족시키고, 또한 상기 반사층이 하기 (II-2)의 요건을 만족시키는 광학 필터.
(I-2) 상기 흡수 극대를 나타내는 파장 λ(DU_T_min)보다 장파장측이고 400 내지 420㎚의 파장 영역에 투과율이 50%가 되는 파장 λLo(DU_T50%)를 갖는다.
(II-2) 300 내지 420㎚의 파장 영역에 입사각 0°로 입사하는 광에 대한 투과율이 50% 이하가 되는 근자외 반사 대역을 갖고, 상기 근자외 반사 대역보다 장파장측이고 투과율이 50%가 되는 파장 λLo(U1_T50%)가, 상기 파장 λLo(DU_T50%)보다 단파장측에 있다.
제11항에 있어서,
상기 흡수층이, 하기 (I-3)의 요건을 만족시키고, 상기 반사층이, 하기 (II-3)의 요건을 만족시키는 광학 필터.
(I-3) 상기 파장 λ(DU_T_min)보다 단파장측에 투과율이 50%가 되는 파장 λSh(DU_T50%)를 갖는다.
(II-3) 상기 근자외 반사 대역의 장파장측이고, 입사각 30°로 입사하는 광 중 p 편광 성분의 광의 투과율이 50%가 되는 파장 λLo(U1_Tp50%)가, 상기 파장 λSh(DU_T50%)보다 장파장측에 있다.
제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반사층에 있어서, 상기 근적외 반사 대역의 단파장측이고, 입사각 0°로 입사하는 광의 투과율이 15%가 되는 파장 λSh(A1_T15%)보다, 상기 흡수층에 있어서, 상기 파장 λ(DB_T_min)보다 장파장측이고, 투과율이 15%가 되는 파장 λLo(DB_T15%)가, 장파장측에 있는 광학 필터.
제1항, 제2항, 제10항, 제11항 및 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
680 내지 750㎚의 파장 영역에서, 입사각 0°와 30°에 있어서의 p 편광에 있어서의 투과율차의 평균값 ΔTp(Avr_680-750) 및 s 편광에 있어서의 투과율차의 평균값 ΔTs(Avr_680-750)이 모두 1.3% 이하인 광학 필터.
제1항, 제2항, 제10항, 제11항 및 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
1000 내지 1150㎚의 파장 영역에서, 입사각 0°와 30°에 있어서의 p 편광에 있어서의 투과율차의 평균값 ΔTp(Avr_1000-1150) 및 s 편광에 있어서의 투과율차의 평균값 ΔTs(Avr_1000-1150)이 모두 10% 이하인 광학 필터.
제1항, 제2항, 제10항, 제11항 및 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
하기 요건 (1) 내지 (3) 중 적어도 하나를 만족시키는 광학 필터.
(1) 입사각 0°의 분광 투과율 곡선에 있어서, 440 내지 600㎚의 파장 영역에서의 평균 투과율이 80% 이상이다.
(2) 입사각 0°의 분광 투과율 곡선에 있어서, 350 내지 400㎚의 파장 영역의 평균 투과율이 5% 이하이다.
(3) 입사각 0°의 분광 투과율 곡선에 있어서, 700 내지 1150㎚의 파장 영역의 평균 투과율이 5% 이하이다.
제1항, 제2항, 제10항, 제11항 및 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 흡수층 및 상기 반사층이 유리 기판의 편면 또는 양면에 구비된 광학 필터.
제17항에 있어서,
상기 유리 기판이 Cu를 함유하는 플루오로인산염계 유리 또는 인산염계 유리를 포함하는 광학 필터.
제1항, 제2항, 제10항, 제11항 및 제12항 중 어느 한 항에 기재된 광학 필터를 구비한 것을 특징으로 하는 촬상 장치.