(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024063236
(43)【公開日】2024-05-10
(54)【発明の名称】光学フィルタ用ガラス及び光学フィルタ
(51)【国際特許分類】
G02B 5/22 20060101AFI20240501BHJP
C03C 3/17 20060101ALI20240501BHJP
【FI】
G02B5/22
C03C3/17
【審査請求】有
【請求項の数】15
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2024035870
(22)【出願日】2024-03-08
(62)【分割の表示】P 2024505097の分割
【原出願日】2023-03-23
(31)【優先権主張番号】P 2022056647
(32)【優先日】2022-03-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000000044
【氏名又は名称】AGC株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002000
【氏名又は名称】弁理士法人栄光事務所
(72)【発明者】
【氏名】坂上 貴尋
(57)【要約】 (修正有)
【課題】短波長赤外域の光の透過率を高く維持しつつ、近赤外域の光の透過率を低く抑えることができる光学フィルタ用ガラスおよび光学フィルタを提供する。
【解決手段】本発明の光学フィルタ用ガラスおよび光学フィルタは以下のとおりである。
[1]
波長1550nmの透過率が25%以上、
波長700-1200nmの平均透過率が5%以下、
である光学フィルタ用ガラス。
[2]
Cuを含むリン酸ガラスであり、
波長430-550nmの平均透過率が80%以上、
波長800-950nmの平均透過率が2%以下、
波長1000-1200nmの平均透過率が3%以下、
である前記[1]に記載の光学フィルタ用ガラス。
【選択図】
図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
波長1550nmの透過率が25%以上、
波長700-1200nmの平均透過率が5%以下、
である光学フィルタ用ガラス。
【請求項2】
Cuを含むリン酸ガラスであり、
波長430-550nmの平均透過率が80%以上、
波長800-950nmの平均透過率が2%以下、
波長1000-1200nmの平均透過率が3%以下、
である請求項1に記載の光学フィルタ用ガラス。
【請求項3】
波長600-800nmの範囲において透過率50%を示す波長が、615nm以上、である請求項1に記載の光学フィルタ用ガラス。
【請求項4】
酸化物基準の質量%表示で、
P2O5:50~80%、
Al2O3:5~20%、
ΣR2O:0.5~20%(R2Oは、Li2O、Na2O、K2O、Rb2O、及びCs2Oから選ばれる1つ以上の成分、ΣR2Oは、R2Oの合計量)、
ΣR’O:0~15%(R’Oは、CaO、MgO、BaO、SrO、及びZnOから選ばれる1つ以上の成分、ΣR’Oは、R’Oの合計量)、
CuO:4~20%、
を含む請求項1に記載の光学フィルタ用ガラス。
【請求項5】
酸化物基準の質量%表示で、CuOを7%超含む請求項4に記載の光学フィルタ用ガラス。
【請求項6】
酸化物基準の質量%表示で、P2O5を60~75%含む請求項4に記載の光学フィルタ用ガラス。
【請求項7】
酸化物基準の質量%表示で、Al2O3を9~16.5%含む請求項4に記載の光学フィルタ用ガラス。
【請求項8】
BaOを実質的に含有しない請求項4に記載の光学フィルタ用ガラス。
【請求項9】
Cu以外の2価の陽イオンを実質的に含有しない請求項4に記載の光学フィルタ用ガラス。
【請求項10】
ΣR2Oが7%を超え18%以下含む(R2Oは、Li2O、Na2O、K2O、Rb2O、及びCs2Oから選ばれる1つ以上の成分、ΣR2Oは、R2Oの合計量)請求項4に記載の光学フィルタ用ガラス。
【請求項11】
Li2O、Na2O、K2O、Rb2O、及びCs2Oから選ばれる2つ以上の成分を含む請求項4に記載の光学フィルタ用ガラス。
【請求項12】
Li2Oを実質的に含有しない請求項4に記載の光学フィルタ用ガラス。
【請求項13】
B2O3を実質的に含有しない請求項4に記載の光学フィルタ用ガラス。
【請求項14】
Fを実質的に含有しない請求項4に記載の光学フィルタ用ガラス。
【請求項15】
請求項1~14のいずれか1項に記載の光学フィルタ用ガラスを備える光学フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、デジタルスチルカメラやカラービデオカメラ等の固体撮像素子の色補正フィルタ等に使用され、特に短波長赤外域の光透過性、及び近赤外域の光の吸収性に優れた光学フィルタ用ガラスおよび光学フィルタに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、自動車の自動運転技術の進化に伴い、自動車に搭載されるセンシングカメラは多機能化している。例えば、従来の可視光域の光を用いたイメージセンシングの他に、LiDAR(Light detection and ranging)と呼ばれる、短波長赤外域の光を用いたセンシング技術も併用されている。なかでも短波長赤外域における1200nm超-1600nmの波長域は、目に対する障害の少ないアイセーフ波長域と呼ばれており、特に波長1550nmの光の重要性が高まっている。
【0003】
前記センシングカメラには可視光域から短波長赤外領域を含む非可視光域まで撮像可能な固体撮像素子が用いられるため、可視光と短波長赤外光を用いた光センシングを同一素子でできるようになっている。一方で、そのような固体撮像素子は近赤外域にも吸収感度を持つため、そのままでは可視光域の画像で良好な色再現性を得ることができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】日本国特開平11-202127号公報
【特許文献2】日本国特開2010-8908号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
従来の光学フィルタでは、可視光から短波長赤外光を透過するガラスに、誘電体多層膜を用いて近赤外線を反射させることで、近赤外線を遮蔽するフィルタが用いられる。しかしながら、これら光学フィルタでは分光透過率の入射角依存性が生じ、画質に影響を与えるゴースト・フレアが発生することで可視光および長波長赤外域のセンシング精度が悪化する恐れがある。そのような光学フィルタは特許文献1に開示されている。
【0006】
特許文献2に記載のCu(銅)が添加されたガラスは、波長900nm付近に吸収を持つ銅イオンの吸収により近赤外光(波長700nm-1200nm)をカットできる。しかしながら、前記ガラスの光学特性は、デジタルカメラ用途の固体撮像素子に用いられる波長域にのみ着目されており、短波長赤外域(波長1200nm超-1600nm)への考慮がなされていない。
【0007】
本発明は、このような背景に基づいてなされたものであり、短波長赤外域の光の透過率を高く維持しつつ、近赤外域の光の透過率を低く抑えることができる光学フィルタ用ガラスおよび光学フィルタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、特定の光学特性を備えることで、従来の光学フィルタと比較して、短波長赤外域の光の透過率を高く維持しつつ、近赤外域の光の透過率を低く抑えることができる光学フィルタ用ガラスおよび光学フィルタが得られることを見出した。
【0009】
本発明の光学フィルタ用ガラスおよび光学フィルタは以下のとおりである。
[1]
波長1550nmの透過率が25%以上、
波長700-1200nmの平均透過率が5%以下、
である光学フィルタ用ガラス。
[2]
Cuを含むリン酸ガラスであり、
波長430-550nmの平均透過率が80%以上、
波長800-950nmの平均透過率が2%以下、
波長1000-1200nmの平均透過率が3%以下、
である前記[1]に記載の光学フィルタ用ガラス。
[3]
波長600-800nmの範囲において透過率50%を示す波長が、615nm以上、である前記[1]または[2]に記載の光学フィルタ用ガラス。
[4]
酸化物基準の質量%表示で、
P2O5:50~80%、
Al2O3:5~20%、
ΣR2O:0.5~20%(R2Oは、Li2O、Na2O、K2O、Rb2O、及びCs2Oから選ばれる1つ以上の成分、ΣR2Oは、R2Oの合計量)、
ΣR’O:0~15%(R’Oは、CaO、MgO、BaO、SrO、及びZnOから選ばれる1つ以上の成分、ΣR’Oは、R’Oの合計量)、
CuO:4~20%、
を含む前記[1]~[3]のいずれか1に記載の光学フィルタ用ガラス。
[5]
酸化物基準の質量%表示で、CuOを7%超含む前記[1]~[4]のいずれか1に記載の光学フィルタ用ガラス。
[6]
酸化物基準の質量%表示で、P2O5を60~75%含む前記[1]~[5]のいずれか1に記載の光学フィルタ用ガラス。
[7]
酸化物基準の質量%表示で、Al2O3を9~16.5%含む前記[1]~[6]のいずれか1に記載の光学フィルタ用ガラス。
[8]
BaOを実質的に含有しない前記[1]~[7]のいずれか1に記載の光学フィルタ用ガラス。
[9]
Cu以外の2価の陽イオンを実質的に含有しない前記[1]~[8]のいずれか1に記載の光学フィルタ用ガラス。
[10]
ΣR2Oが7%を超え18%以下含む(R2Oは、Li2O、Na2O、K2O、Rb2O、及びCs2Oから選ばれる1つ以上の成分、ΣR2Oは、R2Oの合計量)前記[1]~[9]のいずれか1に記載の光学フィルタ用ガラス。
[11]
Li2O、Na2O、K2O、Rb2O、及びCs2Oから選ばれる2つ以上の成分を含む前記[1]~[10]のいずれか1に記載の光学フィルタ用ガラス。
[12]
Li2Oを実質的に含有しない前記[1]~[11]のいずれか1に記載の光学フィルタ用ガラス。
[13]
B2O3を実質的に含有しない前記[1]~[12]のいずれか1に記載の光学フィルタ用ガラス。
[14]
Fを実質的に含有しない前記[1]~[13]のいずれか1に記載の光学フィルタ用ガラス。
[15]
前記[1]~[14]のいずれか1に記載の光学フィルタ用ガラスを備える光学フィルタ。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、短波長赤外域の光の透過率を高く維持しつつ、近赤外域の光の透過率を低く抑えることができる光学フィルタ用ガラスおよび光学フィルタを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【
図1】
図1は、例26(実施例)及び例144(比較例)における波長300-2500nmの光の透過率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。
また、本願明細書において、範囲を示す「A~B」は、「A以上B以下」を意味する。
【0013】
本発明の実施形態の光学フィルタ用ガラス(以下、単に「ガラス」ともいう。)は、主面に向けて法線方向から光を入射した際に測定される、波長1550nmの透過率が25%以上であり、波長700-1200nmの平均透過率が5%以下である。本実施形態のガラスがこのような光学特性を備えることで、短波長赤外域の光の透過率を高く維持しつつ、近赤外域の光の透過率を低く抑えることができる光学フィルタとして好適なガラスを得ることができる。具体的には、例えば、イメージングとセンシングとを同一の撮像素子を用いて行う場合において、可視光域の色再現性が良い画像を得つつ、波長1550nmの赤外光を用いたセンシングが可能な光学フィルタとして好適なガラスを得ることができる。
【0014】
ここで、短波長赤外域は、目に対する障害の少ないアイセーフ波長域と呼ばれており、本実施形態において波長1200nm超-1600nmの領域を意味し、なかでも波長1550nm付近の透過率が高いと、センシング精度向上の観点から特に優れる。
また、本実施形態において近赤外域とは、波長700-1200nmの領域を意味する。
【0015】
本実施形態のガラスは、波長1550nmの透過率は26%以上が好ましく、27%以上がより好ましく、28%以上がさらに好ましい。また、通常92%以下である。
【0016】
本実施形態のガラスは、波長700-1200nmの平均透過率は4%以下が好ましく、3%以下がより好ましく、2%以下がさらに好ましく、1.8%以下が特に好ましい。また、通常0.0001%以上である。
【0017】
本実施形態のガラスは、Cuを含むリン酸ガラスであることが好ましく、かつ、主面に向けて法線方向から光を入射した際に測定される、波長430-550nmの平均透過率が80%以上であり、波長800-950nmの平均透過率が2%以下であり、波長1000-1200nmの平均透過率が3%以下であることが好ましい。
ガラスがこのような光学特性であることで、例えば、イメージングとセンシングとを同一の撮像素子を用いて行う場合において、可視光域の色再現性がより良い画像を得ることができる。
【0018】
本実施形態のガラスにおける波長430-550nmの平均透過率は、より好ましくは81%以上、さらに好ましくは82%以上、さらに一層好ましくは83%以上、最も好ましくは84%以上である。
本実施形態のガラスにおける波長800-950nmの平均透過率は、より好ましくは1.75%以下、さらに好ましくは1.5%以下、さらに一層好ましくは1.25%以下、最も好ましくは1%以下である。
本実施形態のガラスにおける波長1000-1200nmの平均透過率は、より好ましくは2.75%以下、さらに好ましくは2.5%以下、さらに一層好ましくは2.25%以下、最も好ましくは2%以下である。
【0019】
本実施形態のガラスは、主面に向けて法線方向から光を入射した際に測定される波長600-800nmの範囲において透過率50%を示す波長(IR50)が615nm以上であることが好ましい。
本実施形態のガラスがこのような光学特性であることで、例えば、イメージングとセンシングとを同一の撮像素子を用いて行う場合において、赤色の透過量が一定以上となるため、色再現性がより良い画像を得ることができる。
前記透過率50%を示す波長は、より好ましくは617nm以上、さらに好ましくは619nm以上、さらに一層好ましくは621nm以上、最も好ましくは623nm以上である。また、前記透過率50%を示す波長は、近赤外線遮蔽の観点で、650nm以下が好ましく、640nm以下がより好ましい。
【0020】
また、本実施形態のガラスにおいて上述した透過率は、特定の板厚に換算した値ではない。これは、光学フィルタ用ガラスは、例えば固体撮像素子の色補正フィルタや赤外線センサの受光部等に用いられるものであって、可視光域から赤外領域に渡る透過率が重要であり、特定の板厚で用いられるものではないからである。そのため、同一の組成のガラスであっても、板厚によって前記透過率を満たすものと、満たさないものとがある。
【0021】
本実施形態のガラスは、例えば固体撮像素子の色補正フィルタとして用いる場合、厚さは通常2mm以下で使用されることが多い。部品軽量化の観点から好ましくは1mm以下、より好ましくは0.5mm以下、さらに好ましくは0.3mm以下、さらに一層好ましくは0.2mm以下で使用される。また、ガラスの強度を確保する観点から、0.05mm以上が好ましい。
【0022】
本実施形態のガラスは、例えば赤外線センサの受光部に用いられる場合、厚さは通常3mm以下で使用されることが多い。部品軽量化の観点から好ましくは2mm以下、より好ましくは1mm以下、さらに好ましくは0.5mm以下、さらに一層好ましくは0.3mm以下で使用される。また、ガラスの強度を確保する観点から、0.05mm以上が好ましい。
【0023】
本実施形態のガラスを構成しうる各成分およびその好適な含有量(酸化物基準の質量%表示)について以下に説明する。本明細書において、特記しない限り、各成分の含有量、および合計含有量は、酸化物基準の質量%表示とする。
【0024】
P2O5は、ガラスを形成する主成分であり、近赤外線カット性を高めるための成分である。P2O5の含有量が50%以上であれば、その効果が十分得られ、80%以下であれば、ガラスが不安定になる、耐候性が低下する等の問題が生じにくい。そのため、好ましくは50~80%であり、より好ましくは52~78%であり、さらに好ましくは54~77%であり、さらに一層好ましくは56~76%であり、最も好ましくは60~75%である。
【0025】
Al2O3は、ガラスを形成する主成分であり、ガラスの強度を高める、などのための成分である。Al2O3の含有量が5%以上であれば、その効果が十分得られ、20%以下であれば、ガラスが不安定になる、近赤外線カット性が低下する等の問題が生じにくい。そのため、好ましくは5~20%であり、より好ましくは6~18%であり、さらに好ましくは7~17%であり、さらに一層好ましくは8~17%であり、最も好ましくは9~16.5%である。Al2O3の含有量が9%以上であれば、ガラスの耐候性を高めることができる。
【0026】
R2O(ただし、R2Oは、Li2O、Na2O、K2O、Rb2O、及びCs2Oから選ばれる1つ以上の成分)は、ガラスの溶融温度を低くする、ガラスの液相温度を低くする、ガラスを安定化させるなどのための成分である。R2Oの合計量(ΣR2O)が0.5%以上であれば、その効果が十分得られ、20%以下であれば、ガラスが不安定になりにくいため好ましい。そのため、好ましくは0.5~20%であり、より好ましくは1~20%であり、さらに好ましくは2~20%であり、さらに一層好ましくは3~20%であり、最も好ましくは4~20%である。
【0027】
Li2Oは、ガラスの溶融温度を低くする、ガラスの液相温度を低くする、ガラスを安定化させるなどのための成分である。Li2Oの含有量は0~15%が好ましい。Li2Oの含有量が15%以下であれば、ガラスが不安定になる、近赤外性カット性が低下する等の問題が生じにくいため好ましい。より好ましくは0~8%であり、さらに好ましくは0~7%であり、さらに一層好ましくは0~6%であり、最も好ましくはLi2Oを実質的に含有しない。
【0028】
なお、本発明において、特定の成分を実質的に含有しないとは、意図して添加しないという意味であり、原料等から不可避的に混入し、所期の特性に影響を与えない程度の含有を排除するものではない。
【0029】
Na2Oは、ガラスの溶融温度を低くする、ガラスの液相温度を低くする、ガラスを安定化させるなどのための成分である。Na2Oの含有量は0~15%が好ましい。Na2Oの含有量が15%以下であれば、ガラスが不安定になりにくいため好ましい。より好ましくは0.5~14%であり、さらに好ましくは1~13%であり、さらに一層好ましくは2~13%である。
【0030】
K2Oは、ガラスの溶融温度を低くする、ガラスの液相温度を低くする、などの効果がある成分である。K2Oの含有量としては、0~15%が好ましい。K2Oの含有量が15%以下であれば、ガラスが不安定になりにくいため好ましい。より好ましくは0.5~14%であり、さらに好ましくは1~13%であり、さらに一層好ましくは2~13%である。
【0031】
Rb2Oは、ガラスの溶融温度を低くする、ガラスの液相温度を低くする、などの効果がある成分である。Rb2Oの含有量としては、0~15%が好ましい。Rb2Oの含有量が15%以下であれば、ガラスが不安定になりにくいため好ましい。より好ましくは0.5~14%であり、さらに好ましくは1~13%であり、さらに一層好ましくは2~13%である。
【0032】
Cs2Oは、ガラスの溶融温度を低くする、ガラスの液相温度を低くする、などの効果がある成分である。Cs2Oの含有量としては、0~15%が好ましい。Cs2Oの含有量が15%以下であれば、ガラスが不安定になりにくいため好ましい。より好ましくは0.5~14%であり、さらに好ましくは1~13%であり、さらに一層好ましくは2~13%である。
【0033】
また、上記R2Oで示すアルカリ金属成分は、各成分を二種類以上同時に添加することでガラス中において混合アルカリ効果が生じ、R+イオンの移動度が減少する。それによりガラスが水と接触した際に、水分子中のH+イオンとガラス中のR+イオンのイオン交換によって生じる水和反応を阻害し、ガラスの耐候性が向上する。そのため、本実施形態のガラスは、Li2O、Na2O、K2O、Rb2O、及びCs2Oから選ばれる2つ以上の成分を含むのが好ましい。この場合、R2O(ただし、R2Oは、Li2O、Na2O、K2O、Rb2O、及びCs2O)の合計量(ΣR2O)としては、7~18%(ただし7%を含まない)が好ましい。R2Oの合計量が7%超であれば、その効果が十分得られ、18%以下であればガラスが不安定になる、近赤外線カット性が低下する、ガラスの強度が低下する等の問題が生じにくいため好ましい。そのため、ΣR2Oは好ましくは7%を超え18%以下であり、より好ましくは7.5~17%であり、さらに好ましくは8~16%であり、さらに一層好ましくは8.5%~15%であり、最も好ましくは9~14%である。
【0034】
R’O(ただし、R’OはCaO、MgO、BaO、SrO、及びZnOから選ばれる1つ以上の成分)は、ガラスの溶融温度を低くする、ガラスの液相温度を低くする、ガラスを安定化させる、ガラスの強度を高めるなどのための成分である。R’Oの合計量(ΣR’O)は0~15%が好ましい。R’Oの合計量が15%以下であれば、ガラスが不安定になる、近赤外線カット性が低下する、短波長赤外線の透過性が低下する、ガラスの強度が低下する等の問題が生じにくいため好ましい。より好ましくは0~13%であり、さらに好ましくは0~11%である。さらに一層好ましくは0~9%であり、さらに一層好ましくは0~8%である。
【0035】
本実施形態のガラスにおいては、Cu以外の2価の陽イオンを実質的に含有しないことが好ましい。その理由を以下に述べる。
【0036】
本実施形態のガラスがCuOを含む場合、Cu2+イオンの光吸収によって近赤外線領域の光がカットされる。その光吸収はO2-イオンの電場によって分裂したCu2+イオンのd軌道間の電子遷移によって生じる。d軌道の分裂はCu2+イオン回りに存在するO2-イオンの対称性が低下すると促進する。例えばO2-イオンの回りに陽イオンが存在すると、陽イオンの電場によってO2-イオンが引き寄せられ、O2-イオンの対称性が低下する。その結果、d軌道の分裂が促進され、それぞれ分裂したd軌道間の電子遷移による光吸収が生じるため、近赤外域の光吸収能が弱まり、短波長赤外域の光吸収能が強まる。陽イオンの電場の強さはイオンの価数が大きいと強くなるため、特にCu以外の2価の陽イオンを含む酸化物をガラス中に添加すると、近赤外線カット性が低下する、短波長赤外線の透過性が低下する恐れがある。
【0037】
CaOはガラスの溶融温度を低くする、ガラスの液相温度を低くする、ガラスを安定化させる、ガラスの強度を高めるなどのための成分である。CaOの含有量としては0~10%が好ましい。CaOの含有量が10%以下であれば、ガラスが不安定となる、近赤外線カット性が低下する、短波長赤外線の透過性が低下する等の問題が生じにくいため好ましい。より好ましくは0~8%であり、さらに好ましくは0~6%であり、さらに一層好ましくは0~5%である。最も好ましくはCaOを実質的に含有しない。
【0038】
MgOはガラスの溶融温度を低くする、ガラスの液相温度を低くする、ガラスを安定化させる、ガラスの強度を高めるなどのための成分である。MgOの含有量としては0~15%が好ましい。MgOの含有量が15%以下であれば、ガラスが不安定になる、近赤外線カット性が低下する、短波長赤外線の透過性が低下する等の問題が生じにくいため好ましい。より好ましくは0~13%であり、さらに好ましくは0~10%であり、さらに一層好ましくは0~9%である。最も好ましくはMgOを実質的に含有しない。
【0039】
BaOはガラスの溶融温度を低くする、ガラスの液相温度を低くする、ガラスを安定化させるなどのための成分である。BaOの含有量としては0~10%が好ましい。BaOの含有量が10%以下であれば、ガラスが不安定となる、近赤外線カット性が低下する、短波長赤外線の透過性が低下する等の問題が生じにくいため好ましい。より好ましくは0~8%であり、さらに好ましくは0~6%であり、さらに一層好ましくは0~5%である。BaOの含有量は0.1%以上であってもよい。最も好ましくはBaOを実質的に含有しない。
【0040】
SrOはガラスの溶融温度を低くする、ガラスの液相温度を低くする、ガラスを安定化させるなどのための成分である。SrOの含有量としては0~10%が好ましい。SrOの含有量が10%以下であれば、ガラスが不安定となる、近赤外線カット性が低下する、短波長赤外線の透過性が低下する等の問題が生じにくいため好ましい。より好ましくは0~8%であり、さらに好ましくは0~7%である。最も好ましくはSrOを実質的に含有しない。
【0041】
ZnOはガラスの溶融温度を低くする、ガラスの液相温度を低くする、などの効果がある。ZnOの含有量は0~15%が好ましい。ZnOの含有量が15%以下であれば、ガラスの溶解性が悪化する、近赤外線カット性が低下する、短波長赤外線の透過性が低下する等の問題が生じにくいため好ましい。より好ましくは0~13%であり、さらに好ましくは0~10%であり、さらに一層好ましくは0~9%である。最も好ましくはZnOを実質的に含有しない。
【0042】
CuOは、近赤外線カットのための成分である。CuOの含有量が4%以上であれば、その効果が十分に得られ、また20%以下であれば、可視光域の透過率が低下する、短波長赤外域の透過率が低下するなどの問題が生じにくいため好ましい。より好ましくは4~19.5%であり、さらに好ましくは5~19%であり、さらに一層好ましくは6~18.5%である。また、よりさらに一層好ましくは7%超である。特にガラスがCu以外の2価の陽イオンを実質的に含有しない場合、CuOの含有量が7%超であることで、近赤外線のカット性と短波長赤外線の透過性をより高めることができる。最も好ましくは7~18%(ただし、7%は含まない)である。
【0043】
B2O3はガラスを安定化させるために10%以下の範囲で含有してもよい。B2O3の含有量が10%以下であれば、ガラスの耐候性が悪化する、近赤外線カット性が低下する、短波長赤外線の透過性が低下する等の問題が生じにくいため好ましい。好ましくは9%以下であり、より好ましくは8%以下であり、さらに好ましくは7%以下であり、さらに一層好ましくは6%以下であり、最も好ましくはB2O3を実質的に含有しない。
【0044】
本実施形態のガラスにおいて、Fは耐候性を上げるために有効な成分ではあるが、環境負荷物質であることや近赤外線カット性が低下する恐れがあるため、Fを実質的に含有しないことが好ましい。
【0045】
本実施形態のガラスにおいて、SiO2、GeO2、ZrO2、SnO2、TiO2、CeO2、WO3、Y2O3、La2O3、Gd2O3、Yb2O3、Nb2O5はガラスの耐候性を上げるために5%以下の範囲で含有してもよい。これら成分の含有量が5%以下であれば、近赤外線カット性が低下する、短波長赤外線の透過性が低下する等の問題が生じにくいため好ましい。好ましくは4%以下であり、より好ましくは3%以下であり、さらに好ましくは2%以下であり、さらに一層好ましくは1%以下である。
【0046】
Fe2O3、Cr2O3、Bi2O3、NiO、V2O5、MoO3、MnO2およびCoOは、いずれもガラス中に存在することで、近紫外線の透過性を低下させる成分である。そのため、これらの成分を過剰に添加することで紫外域よりの可視透過率を低下させるおそれがある。よって、これらの成分は、実質的にガラス中に含有しないことが好ましい。
【0047】
本実施形態のガラスは30℃~300℃の範囲における平均熱膨張係数が60×10-7/℃~180×10-7/℃であることが好ましい。
【0048】
本実施形態のガラスは、固体撮像素子の色補正フィルタとして用いる場合、固体撮像素子を気密封止するためのカバーガラスとしての機能を兼ねるため、パッケージ材に直接接合されることがある。その際、ガラスとパッケージ材との熱膨張係数の差が大きいと、接合部分に剥離や破損が生じ、気密状態を維持できないおそれがある。
【0049】
一般に、パッケージ材としては、耐熱性を考慮して、ガラス、結晶化ガラス、セラミックス、アルミナ等の材質が用いられており、これらのパッケージ材とガラスとの熱膨張係数の差を小さくすることが好ましい。したがって、本実施形態のガラスは、30℃~300℃の温度範囲の熱膨張係数を上記範囲とすることが好ましい。本実施形態のガラスの熱膨張係数が上記の範囲外である場合、パッケージ材との熱膨張係数の差が大きく、剥離や破損により気密状態を保持できなくなるおそれがある。熱膨張係数のより好ましい範囲としては65×10-7/℃~175×10-7/℃であり、さらに好ましい範囲としては70×10-7/℃~170×10-7/℃である。
【0050】
本実施形態のガラスは、例えば次のようにして作製できる。
まず、上記組成範囲になるように原料を秤量、混合する(混合工程)。この原料混合物を白金ルツボに収容し、電気炉内において700~1300℃の温度で加熱溶解する(溶解工程)。十分に撹拌・清澄した後、金型内に鋳込み、切断・研磨して所定の肉厚の平板状に成形する(成形工程)。
【0051】
上記製造方法の溶解工程において、ガラス溶解中のガラスの最も高い温度を1300℃以下にすることが好ましい。ガラス溶解中のガラスの最も高い温度が上記温度以下であれば、透過率特性が悪化する、及びフッ素の揮散が促進されガラスが不安定になる等の問題が生じにくい。上記温度は、より好ましくは1250℃以下、さらに好ましくは1200℃以下、より一層好ましくは1150℃以下である。
【0052】
また、上記溶解工程における温度は低くなりすぎると、溶解中に失透が発生する、溶け落ちに時間がかかるなどの問題が生じるおそれがあるため、好ましくは750℃以上、より好ましくは800℃以上である。
【0053】
本実施形態のガラスは、所定の形状に成形された後、ガラスの少なくとも一面に光学多層膜を設けることで、上述した光学フィルタ用ガラスを備える光学フィルタを得てもよい。光学多層膜としては、IRカット膜(近赤外線を反射する膜)、UV/IRカット膜(紫外線及び近赤外線を反射する膜)、UVカット膜(紫外線を反射する膜)、反射防止膜などがあげられる。これらの光学薄膜は、蒸着法やスパッタリング法などの公知の方法により形成できる。
【0054】
本実施形態のガラスと光学多層膜の間に密着強化膜を設けてもよい。密着強化膜を設けることで、ガラスと光学多層膜の密着性が向上し、膜剥がれを抑制できる。密着強化膜としては、例えば、酸化ケイ素(SiO2)、酸化チタン(TiO2)、ランタンチタン酸塩(La2Ti2O7)、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化アルミニウムと酸化ジルコニウム(ZrO2)との混合物、フッ化マグネシウム(MgF2)、フッ化カルシウム(CaF2)、フッ化ストロンチウム(SrF2)、フッ素シリコーン等があげられる。フッ素又は酸素を含む物質であればより密着性が高く、特にフッ化マグネシウム及び/又は酸化チタンはガラスや膜との密着性が高くなるため、密着強化膜として好ましい。密着強化膜は、単層でもよく、2層以上でもよい。2層以上の場合、複数の物質を組み合わせてもよい。
【0055】
本実施形態の光学フィルタは、本実施形態のガラスの少なくとも一方の主面に、近赤外域に最大吸収波長を有する近赤外線吸収材を含む吸収層を備えてもよい。このような構成とすることで、近赤外域の光の透過率をより低く抑えた光学フィルタを得ることができる。
【0056】
本実施形態の光学フィルタは、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、エン・チオール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリサルホン樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポリパラフェニレン樹脂、ポリアリーレンエーテルフォスフィンオキシド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、環状オレフィン樹脂、およびポリエステル樹脂から選択され、これらを1種で単独、もしくは2種以上を混合してなる透明性樹脂中に近赤外線吸収色素を添加して吸収層に含むことが好ましい。
また、近赤外線吸収色素としては、スクアリリウム色素、フタロシアニン色素、シアニン色素およびジインモニウム色素からなる群より選択される少なくとも1種からなる近赤外線吸収材を用いることが好ましい。
【実施例0057】
以下、実施例について説明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。
本発明の光学フィルタ用ガラスの実施例と比較例とを表1~11に示す。例1~143、例146~例156は実施例、例144~145は比較例である。
【0058】
[ガラスの作製]
これらガラスは、表1~11に示す組成(酸化物質量%)となるよう原料を秤量・混合し、内容積約400ccのルツボ内に入れて、大気雰囲気下で2時間溶融した。その後、清澄、撹拌し、およそ300℃~500℃に予熱した縦100mm×横80mm×高さ20mmの長方形のモールドに鋳込み後、約1℃/分で徐冷して、縦40mm×横30mm×厚さ0.3mmもしくは縦40mm×横30mm×厚さ0.4mmの両面を光学研磨した板状体のサンプルのガラスを得た。
【0059】
なお、各ガラスの原料は、P2O5の場合は、H3PO4、Al(PO3)3、Mg(PO3)2、Zn(PO3)2、LiPO3、NaPO3、及びKPO3のいずれか1種以上を使用した。
Al2O3の場合は、Al(PO3)3を使用した。
Li2Oの場合は、LiPO3、LiNO3、及びLi2CO3のいずれか1種以上を使用した。
Na2Oの場合は、NaPO3、NaNO3、及びNa2CO3のいずれか1種以上を使用した。
K2Oの場合は、KPO3、KNO3、及びK2CO3のいずれか1種以上を使用した。
Rb2Oの場合は、RbPO3、RbNO3、及びRb2CO3のいずれか1種以上を使用した。
Cs2Oの場合は、CsPO3、CsNO3、及びCs2CO3のいずれか1種以上を使用した。
B2O3の場合は、PBO4、H3BO3、及びBNのいずれか1種以上を使用した。
CaOの場合はCa(PO3)2、及びCaCO3のいずれか1種以上を使用した。
SrOの場合は、SrCO3、SrSO4、及びSr(NO3)2のいずれか1種以上を使用した。
MgOの場合は、MgO、及びMg(PO3)2のいずれか1種以上を使用した。
BaOの場合は、Ba(NO3)2、Ba(PO3)2、及びBaCO3のいずれか1種以上を使用した。
ZnOの場合は酸化物、及びZn(PO3)2のいずれか1種以上を使用した。
SnO2の場合は、酸化物、及びSnSO4のいずれか1種以上を使用した。
TiO2の場合は、酸化物及びTiCl2のいずれか1種以上を使用した。
WO3の場合は、酸化物及びCaWO4のいずれか1種以上を使用した。
Y2O3の場合は、酸化物を使用した。
La2O3の場合は、酸化物を使用した。
Nb2O5の場合は、酸化物を使用した。
CeO2の場合は、酸化物を使用した。
CuOの場合は、酸化物、Cu(PO3)2、及びCuSO4のいずれか1種以上を使用した。
Ga2O3の場合は、酸化物を使用した。
Fの場合は、AlF3、YF3、LaF3、MgF3、CaF2、SrF2、BaF2、LiF、NaF、KF、RbF及びCsFのいずれか1種以上を使用した。
なお、ガラスの原料は、上記に限らず、公知のものを用いることができる。
【0060】
[評価]
以上のようにして作製したサンプルのガラスについて、透過率は、分光光度計(日本分光社製、V-570)を用いて波長300-2500nmの透過率を測定し、例1~例156(ただし、例11、例13、例22を除く)のガラスは、肉厚0.3mmの値となるように換算を行った。また、例11、例13、例22のガラスは、肉厚0.4mmの値となるように波長300-2500nmの透過率の換算を行った。換算された透過率から、波長1550nmの光の透過率、波長700nm-1200nmの光の平均透過率、波長430nm-550nmの光の平均透過率、波長800nm-950nmの光の平均透過率、波長1000nm-1200nmの光の平均透過率、波長430nmの光の透過率、波長1000nmの光の透過率を得た。また、上記で測定した透過率から、近赤外線領域における透過率50%を示す波長(IR50)を算出した。
結果を表1~11に示す。また、例26(実施例)及び例144(比較例)における波長300-2500nmの光の透過率を
図1に示した。
【0061】
【0062】
【0063】
【0064】
【0065】
【0066】
【0067】
【0068】
【0069】
【0070】
【0071】
【0072】
本発明の各実施例(例1~例143、例146~例156)は、いずれも波長1550nmの透過率が25%以上であり、かつ波長700-1200nmの平均透過率が5%以下であり、短波長赤外域の光の透過率を高く維持しつつ、近赤外域の光の透過率を低く抑えることができた。
一方、比較例(例144~例145)は、いずれも波長1550nmの透過率が25%以上であり、かつ波長700-1200nmの平均透過率が5%超であり、近赤外域の光の透過率を低く抑えることができなかった。
また、
図1に示す例26(実施例)及び例144(比較例)における波長300~2500nmの光の透過率からもわかるとおり、例26は可視光域(波長430~550nm)の光の透過率を高く維持しつつ、近赤外域(波長700-1200nm)の光の透過率を低く抑えることができており、かつ短波長赤外域(波長1200nm超~1600nm)の光の透過率も高く維持できている。一方、例144は近赤外域(波長700-1200nm)の光の透過率を低く抑えることができていない。
【0073】
次に、実施例のガラスについて、耐候性を、温度85℃、相対湿度85%の雰囲気条件下に100時間保持した後、外観上の変化の有無により判定した。具体的には、試験後にガラス表面の劣化の程度が小さかったものを「〇」、ガラス成分が表面に溶出し、液だれするなどして劣化の程度が大きかったものを「×」として評価した。
【0074】
その結果、本発明の例4の耐候性は「×」、例12、例15、例24、例26は「〇」であり、例12、例15、例24、例26は例4よりも高い耐候性を示した。
【0075】
以上、図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
【0076】
なお、本出願は、2022年3月30日出願の日本特許出願(特願2022-056647)に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。