CN108700683A - 光学元件和包括光学元件的光学系统 - Google Patents

光学元件和包括光学元件的光学系统 Download PDF

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Abstract

在本发明中，基板11设有吸收层13。吸收层13的透射率取决于基板11的位置变化。吸收层13包含第一材料和第二材料，第一材料和第二材料的吸收系数均具有预定的波长依赖性。吸收层13的消光系数在400nm～700nm的波长中等于或小于0.5。

Description

光学元件和包括光学元件的光学系统
技术领域
本发明涉及用于诸如数字照相机的光学系统中的光学元件。
背景技术
在光学表面上具有透射率的分布的渐变ND(中性密度)滤光器作为用于诸如数字照相机的光学系统中的光学元件之一是已知的。使用渐变ND滤光器(以下，称为GND滤光器)使得能够选择性地控制图像的亮度，并且使得能够减少失焦图像(模糊图像)的轮廓的锐度的变化。
GND滤光器需要具有的特性特征是，透射率对波长的依赖程度小。
PTL 1公开了在基板的前表面和后表面上形成由不同金属组成的吸收层以减小透射率对波长的依赖性的GND滤光器。
引文列表
专利文献
PTL 1：日本专利公开No.2009-288294
发明内容
技术问题
但是，在PTL 1所公开的GND滤光器中，具有大的消光系数的金属膜被用作各吸收层。因此，吸收层的厚度的变化导致透射率分布，并且反射率在GND滤光器的不同位置处大大变化。当反射率大大变化时，难以在整个GND滤光器上确保低的反射率，并且存在产生导致耀斑或幻影的不必要的光的问题。
本发明的目的是提供使得能够减少由于吸收层的透射率的变化导致的透射率对波长的依赖性和反射率的变化的光学元件。
问题的解决方案
根据本发明，一种光学元件包括基板和透射率在基板的不同位置处变化的吸收层。吸收层包含：在400nm的波长处的吸收系数小于在700nm的波长处的吸收系数的第一材料，以及，在400nm的波长处的吸收系数大于在700nm的波长处的吸收系数的第二材料。吸收层的消光系数在400nm～700nm的波长处等于或小于0.5。
根据本发明，另一光学元件包括基板和透射率在基板的不同位置处变化的吸收层。吸收层包含第一材料和第二材料。第一材料是消光系数在400nm～700nm的波长处等于或小于0.5的钛氧化物。第一材料是消光系数在400nm～700nm的波长处等于或小于0.5的铌氧化物或钽氧化物。
附图说明
图1示意性地示出第一例子中的GND滤光器。
图2示出第一例子中的GND滤光器的吸收层的厚度分布。
图3示出第一例子中的GND滤光器的反射率以及其透射率对波长的依赖性。
图4示意性地示出第二例子中的GND滤光器。
图5示出第二例子中的GND滤光器的吸收层的厚度分布。
图6示出第二例子中的GND滤光器的反射率以及其透射率对波长的依赖性。
图7示意性地示出第三例子中的GND滤光器。
图8示出第三例子中的GND滤光器的吸收层和相位补偿层的厚度分布。
图9示出第三例子中的GND滤光器的透射波前的相位偏移。
图10示出第三例子中的GND滤光器的反射率以及其透射率对波长的依赖性。
图11示意性地示出第四例子中的GND滤光器。
图12示出第四例子中的GND滤光器的吸收层和相位补偿层的厚度分布。
图13示出第四例子中的GND滤光器的透射波前的相位偏移。
图14示出第四例子中的GND滤光器的反射率以及其透射率对波长的依赖性。
图15示出消光系数对波长的依赖性的例子。
图16示出透射率分布的例子。
图17示意性地示出根据第一变更例的GND滤光器。
图18示意性地示出根据第二变更例的GND滤光器。
图19示意性示出光学系统的截面图和成像装置的示意图。
图20示出厚度与透射率之间的关系。
图21示意性地示出图1中的GND滤光器被简化的GND滤光器。
图22示出图21中的GND滤光器的导纳(admittance)的轨迹的例子。
图23示出图21中的GND滤光器的导纳的轨迹的例子。
具体实施方式
下面将参照附图描述本发明的实施例。在附图中，类似的构件由类似的附图标记表示，并且省略重复的描述。
图1示意性地示出对应于根据本发明的光学元件的GND滤光器10。根据本实施例的GND滤光器10包括基板11和吸收入射光的一部分的吸收层13。
根据本实施例，吸收层13包含由第一材料构成的第一膜131和由第二材料构成的第二膜132。第一材料和第二材料分别具有等于或小于0.5的消光系数。
吸收层13的厚度在垂直于基板11的表面的法线的平面方向上变化。即，吸收层13的透射率在基板的不同位置处变化。
如图1所示，可以在其上面形成表面层14。在这种情况下，吸收层13介于基板11和表面层14之间。
如图1所示，可以在吸收层13和基板11之间形成中间层12。在基板11的后表面11a上，可以堆叠与这些层相同的层，或者可以形成抗反射膜(未示出)。
[吸收层]
GND滤光器的吸收层的透射率的变化通常导致透射率对波长的依赖性的变化，并且，透射率对波长的依赖性难以降低而不受吸收层的透射率的影响。另外，反射率在具有不同透射率值的吸收层的区域处变化。因此，反射率难以降低而不受吸收层透射率的影响。但是，GND滤光器10满足后面描述的表达式(1)和表达式(3)，并且这使得能够减少由于吸收层的透射率的变化导致的透射率对波长的依赖性的变化和反射率的变化。
现在将描述表达式(1)。为了减少由于吸收层13的透射率变化导致的透射率对波长的依赖性的变化，根据本实施例的GND滤光器10的第一材料的吸收系数α1(λ)和第二材料的吸收系数α2(λ)满足以下的条件表达式(1)：
α1(400)＜α1(700)和α2(400)＞α2(700) (1)
表达式(1)中的括号中的数值表示单位为纳米(nm)的光的波长。即，表达式(1)表明，第一材料在400nm波长处的吸收系数低于700nm波长处的吸收系数，并且第二材料在400nm波长处的吸收系数大于700nm波长处的吸收系数。给出吸收系数α(λ)为：α(λ)＝4πk(λ)/λ，这里，k(λ)为依赖于波长的消光系数。
下面的描述包含当满足表达式(1)时可以减少由于吸收层13的透射率变化而导致的透射率对波长的依赖性的变化的原因。
光入射在由具有图15(b)所示的吸收系数的钛氧化物构成的单个薄膜上的情况被视为透射率对波长的依赖性与厚度之间的关系的例子。图20示出由钛氧化物构成的单个薄膜的厚度为10nm、100nm或300nm时的透射率的变化。
从图20可以理解，厚度越大，透射率越低。原因是透射通过吸收膜的光的强度I被给出为以下的表达式(2)：
I＝I0·exp(-α(λ)·t) (2)
这里，I0是入射光的强度，t是吸收系数为α(λ)的膜的厚度。
从图20还可以理解，透射率越低，透射率根据入射光的波长变化越大。从表达式(2)可以理解，透射率对波长的依赖性根据α(λ)对波长的依赖性指数地变化。这意味着，吸收层13的厚度的变化导致吸收层13的透射率对波长的依赖性根据吸收层13的材料的吸收系数对波长的依赖性而变化。
因此，在GND滤光器10中，以α(λ)对波长的依赖性减小的方式，由于吸收层13的透射率的变化导致的透射率对波长的依赖性的变化减小。
满足表达式(1)的第一材料吸收的长波长的光的量比短波长的光的量多。满足表达式(1)的第二材料吸收的短波长的光的量比长波长的光的量多。第一材料和第二材料具有如下波长带(以下，称为具有不同符号的波长带)，在所述波长带中，在从400nm的波长到700nm的波长的范围的至少一部分中的波长处，第一材料或第二材料的吸收系数关于波长增大并且另一个的吸收系数关于波长减小。
在具有不同符号的波长带中，第一材料的吸收系数对波长的依赖性和第二材料的吸收系数对波长的依赖性彼此抵消。因此，可以减小整个吸收层13的吸收系数对波长的依赖性，并且吸收系数可以是恒定的。
可以认为，存在即使当第一材料和第二材料满足表达式(1)时所述吸收系数两者都在400nm～700nm的波长中增大或减小的波长带(以下称为具有相同符号的波长带)。
但是，根据本实施例的吸收层13的吸收系数的值是考虑吸收层的第一材料和第二材料的厚度之比的第一材料和第二材料的吸收系数之和。出于这种原因，吸收层13的吸收系数对于具有相同符号的波长带中的波长的依赖性不超过第一材料的吸收系数对于该波长带中的波长的依赖性和第二材料的吸收系数对于该波长带中的波长的依赖性中的较大的一个。
因此，当满足表达式(1)时，吸收层13的吸收系数对波长的依赖性可以降低，因此，可以减少由于吸收层13的透射率的变化导致的透射率对波长的依赖性的变化。
现在将描述表达式(3)。在400nm～700nm的波长处，吸收层13的消光系数满足以下的条件表达式：
0＜k≤0.5 (3)
吸收层13吸收入射光的至少一部分，并且具有大于0的消光系数。吸收层13的消光系数越低，则由于吸收层13的透射率的变化导致的反射率的变化越小。鉴于这一点，已发现表达式(3)中的k的范围。
为了详细描述吸收层13的消光系数越低则由于吸收层13的透射率的变化导致的反射率的变化越少的原因，下面的描述例示地包含通过简化GND滤光器10的吸收层获得的GND滤光器10a。
图21示意性地示出GND滤光器10a。GND滤光器10a包含从基板1起依次形成的中间层2、吸收层3和表面层4。中间层2具有膜21和22这两个层。吸收层3由具有某个消光系数并且由单一材料构成的膜形成。吸收层3的厚度在基板1的不同位置处变化。表面层4具有膜41、42和43这三个层。即，GND滤光器10a不同于GND滤光器10在于：吸收层由单一材料构成。严格地说，GND滤光器10a与GND滤光器10不同。但是，差异不影响以下描述的要点。
图22和图23示出GND滤光器10a的导纳的轨迹。
导纳被表达为介质中的磁场强度与电场强度之比。介质的折射率的值等于自由空间中单位为导纳Y0的导纳的值。在下面的描述中，导纳η具有单位Y0。导纳的轨迹的图示用等效导纳的概念表示膜特性。假定在基板上包含薄膜的整个系统被具有等效特性的基板替换，则等效导纳代表导纳。
在由ULVAC，Inc翻译的文件“optical thin film and film formationtechnique”，LEE CHENG-CHUNG中，详细描述了等效导纳和导纳轨迹的图示。
图22(a)、图22(b)和图22(c)示出吸收层3的消光系数为0.218时的GND滤光器10a的导纳的轨迹。图22(a)、22(b)和22(c)示出光在透射率为100％、79％和10％的位置处从空气侧入射在GND滤光器10a上时的导纳的轨迹。在GND滤光器10a中，透射率在吸收层3的厚度增大的位置处减小。即，图22(a)示出吸收层3的厚度为0的位置(没形成吸收层3的位置)处的导纳的轨迹。图22(b)中的吸收层3的厚度不大于图22(c)中的。
以图22(a)中的导纳的轨迹的图示为例子，描述如何看图。在图22中，横轴表示导纳η的实部Re(η)，纵轴表示导纳的虚部Im(η)。图中的符号“×”表示基板1的导纳，符号“○”表示空气的导纳。基板1的导纳表示为：ηsub＝Nsub，这里，Nsub是基板1的折射率。当光被吸收时，此时的导纳等于复合折射率N-ik。在这种情况下，N是折射率，k是消光系数。
图22(a)中的轨迹表示从基板1起依次形成膜21、22、3、41、42和43的情况下的等效导纳的变化。形成膜43(顶层)时的轨迹的端部表示最终等效导纳。可以通过使用等效导纳和空气的导纳(＝1)计算菲涅耳(Fresnel)系数和反射率。当等效导纳等于空气的导纳时，反射率为0。
图22(a)示出吸收层3的厚度为0的情况。如图22(b)和图22(c)所示，当吸收层3的厚度增大并且透射率减小时，导纳的轨迹变化。当吸收层3足够厚并且光从空气侧入射时，从基板1到吸收层3的等效导纳基本上等于吸收层3的复合折射率。
图22(a)所示的吸收层3的厚度为0的情况与图22(c)所示的吸收层3足够厚的情况相比较。等效导纳在对应于k＝0.218的消光系数的程度上变化。
当吸收层3的消光系数为0.218并且光从空气侧入射在GND滤光器10a上时，从基板1到吸收层3的等效导纳在图22(a)～图22(c)所示的范围内变化。
图23示出吸收层3的消光系数为0.5时的GND滤光器10a的导纳的轨迹。图23(a)、图23(b)和图23(c)示出光在透射率为100％、79％和10％的位置处从空气侧入射在GND滤光器10a上时的导纳的轨迹。如图23(c)所示，当吸收层3足够厚时，从基板1到吸收层3的等效导纳基本上等于吸收层3的复合折射率。
图23(a)所示的吸收层3的厚度为0的情况与图23(c)所示的吸收层3足够厚的情况相比较。等效导纳在对应于k＝0.5的消光系数的程度上变化。从图22与图23之间的由于吸收层3的厚度变化导致的从基板1到吸收层3的等效导纳的变化的比较，揭示图22所示的变化小于图23的事实。原因在于，图22的情况下的吸收层3的消光系数低于图23的情况下的吸收层3的消光系数。
当由于吸收层3的厚度变化导致的从基板1到吸收层3的等效导纳的变化小时，形成膜43(顶层)之后的最终等效导纳的变化也小。但是，当吸收层3的消光系数大于0.5时，等效导纳的变化大于图23所示的等效导纳的变化。由于吸收层3的厚度变化导致的从基板1到吸收层3的等效导纳的变化小的事实意味着，由于吸收层3的厚度变化导致的反射率的变化也小。出于这种原因，吸收层3的消光系数越低，则由于吸收层3的厚度变化导致的反射率的变化可以进一步减小。
对于吸收层13如在GND滤光器10中那样包含第一材料和第二材料的情况，同样如此。由于吸收层13的透射率的变化导致的反射率的变化能够以吸收层13的消光系数减小的方式被减小。因此，当满足表达式(3)时，由于GND滤光器10的吸收层13的透射率的变化导致的反射率的变化能够被减小。
根据本实施例，吸收层13包含由第一材料构成的第一膜131和由第二材料构成的第二膜132。在这种情况下，吸收层13的消光系数沿第一膜131和第二膜132之间的界面变化。当第一膜131和第二膜132满足表达式(3)时，吸收层13也满足表达式(3)。
具体而言，根据本实施例的吸收层13的消光系数等于第一膜131处的第一材料的消光系数并且等于第二膜132处的第二材料的消光系数。在这种情况下，只需要第一材料的消光系数和第二材料的消光系数处于表达式(3)的范围内。
因此，GND滤光器10满足表达式(1)和(3)。这使得能够减小由于吸收层13的透射率的变化导致的透射率对波长的依赖性的变化和反射率的变化。
吸收层13的消光系数越大，则吸收层13的厚度可以进一步减小。这缩短通过气相沉积或溅射形成吸收层13的时间。吸收层13的厚度越小，则可以进一步减小由于吸收层13导致的透射波前的相位偏移。出于这种原因，表达式(3)的范围优选为以下的表达式(3a)的范围：
0.005≤k≤0.5 (3a)
更优选地，表达式(3)的范围为以下的表达式(3b)的范围：
0.05≤k≤0.4 (3b)
根据本实施例的GND滤光器10的吸收层13包含第一膜131和第二膜132。包含于吸收层13中的膜优选满足以下的条件表达式(4)：
|ΔNabs|＜0.25 (4)
ΔNabs是关于550nm的波长处的光的、包含于吸收层13中的邻接的膜的折射率之间的差值。当满足表达式(4)时，包含于吸收层13中的膜之间的界面处的折射率之间的差值减小，并且反射率的变化可以进一步减小。
包含于吸收层13中的膜优选满足以下的条件表达式(5)：
|Δkabs|＜0.2 (5)
Δkabs是关于550nm的波长处的光的、包含于吸收层13的邻接的膜的消光系数之间的差值。当满足表达式(5)时，包含于吸收层13中的膜之间的界面处的消光系数之间的差值减小，并且反射率的变化可以进一步减小。
为了进一步减小由于吸收层13的厚度变化导致的透射率对波长的依赖性的变化，优选根据第一材料的吸收系数α1(λ)和第二材料的吸收系数α2(λ)对于波长的依赖性调整第一膜131和第二膜132的厚度。出于这种原因，GND滤光器10满足以下的条件表达式：
-1.5≤(a1/a2)·(t1/t2)≤-0.7 (6)
这里，t1是吸收层13的厚度最大的位置处的第一膜131的厚度，t2是吸收层13的厚度最大的位置处的第二膜132的厚度。
a1是在具有不同符号的波长带中通过最小二乘方法获得第一材料的吸收系数α1(λ)关于波长λ的线性近似时的λ的系数。a2是在具有不同符号的波长带中通过最小二乘方法获得第二材料的吸收系数α2(λ)关于波长λ的线性近似时的λ的系数。即，a1是具有不同符号的波长带中的α1(λ)的近似直线的斜率，a2是具有不同符号的波长带中的α2(λ)的近似直线的斜率。
当第一膜131和第二膜132满足表达式(6)时，第一材料的吸收系数对波长的依赖性和第二材料的吸收系数对波长的依赖性在具有不同符号的波长带中更有效地相互抵消。因此，由于吸收层13的厚度的变化导致的透射率对波长的依赖性的变化可以进一步减小。表达式(6)的范围更优选如下：
-1.1≤(a1/a2)·(t1/t2)≤-0.9 (6a)
由于吸收层13的厚度的变化导致的透射率对波长的依赖性的变化能够以第一膜131和第二膜132的厚度比不管吸收层13的厚度如何都被确定为恒定的方式进一步减小。
当第一膜131和第二膜132按以上的厚度比形成时，第一材料和第二材料优选满足以下的条件表达式：
-10＜a1/a2＜-0.1 (7)
当满足表达式(7)时，防止第一膜131和第二膜132的厚度比极大，并且，当通过例如气相沉积形成第一膜131和第二膜132时，可以容易地调整厚度。
现在将描述可以用作第一材料和第二材料的具体材料。图15(a)示出钛氧化物、铌氧化物和钽氧化物的消光系数对波长的依赖性。图15(b)示出其吸收系数对波长的依赖性。
从图15(b)可以看出，当选择钛氧化物为第一材料且选择铌氧化物或钽氧化物为第二材料时，满足表达式(1)。
在这种情况下，从400nm的波长到700nm的波长的整个波长带对应于具有不同符号的波长带。从图15(a)可以理解，钛氧化物、铌氧化物和钽氧化物的消光系数在400nm～700nm的波长处等于或小于0.5。即，由这些材料构成的吸收层的消光系数满足表达式(3)。但是，倘若满足表达式(1)的材料被适当地选择并且吸收层13的消光系数满足表达式(3)，则第一材料和第二材料不限于此。
当选择钛氧化物为第一材料时，在吸收层13中，第一膜131优选位置最接近基板11。钛氧化物的氧化状态可能在高温、高湿或紫外线辐射时改变。但是，在第一膜131由钛氧化物构成并且在吸收层13中位置最接近基板11的情况下，钛氧化物膜可以被另一膜保护，并且可以抑制钛氧化物的氧化状态变化。
当第一材料为钛氧化物时，作为表达式(7)的替代，优选满足以下的条件以抑制透射率和反射率由于氧化状态的变化而变化。
-10＜a1/a2≤-1 (7a)
当满足表达式(7a)时，第一膜131的厚度可以小于第二膜132的厚度。这抑制透射率和反射率由于钛氧化物的氧化状态的变化而变化。
在根据本实施例描述的例子中，吸收层13具有第一膜131和第二膜132这两个层的结构。但是，本发明不限于此。只需要吸收层13包含满足表达式(1)和(3)的第一材料和第二材料。例如，吸收层13可以包含另一膜。包含于吸收层13中的膜优选满足表达式(4)和(5)。由于吸收层13的厚度变化导致的透射率对波长的依赖性的变化能够以根据包含于吸收层13中的膜的吸收系数对波长的依赖性确定膜的厚度之间的比的方式进一步减小。
[表面层和中间层]
现在将描述表面层14和中间层12。
一般地，诸如GND滤光器的包含吸收层的光学元件在光从空气侧入射的情况与光从基板侧入射的情况之间表现不同的反射率值。原因在于，包含吸收层的光学元件中的界面处的菲涅耳系数根据光入射的方向而相互不同。为了在光从空气侧入射的情况和光从基板侧入射的情况下均减小反射率，GND滤光器10包含中间层12和表面层14。
表面层14具有减少吸收层13与空气之间的反射率的主要功能。表面层14包含一个或多个薄膜。包含于表面层14中的薄膜的数量的增大使得折射率能够被调整、使得抗反射带能够增大、使得对于入射角的依赖性能够减小并且使得对于偏振的依赖性能够减小。表面层14不限于均匀的多层膜，可以包括包含中空微粒的层，并且可以包括在其表面上具有细微的凸凹的结构。
中间层12具有减少基板11与吸收层13之间的反射率的主要功能。中间层12包含一个或多个薄膜。包含于中间层12中的薄膜的数量的增大使得折射率能够被调整、使得抗反射带能够增大、使得对于入射角的依赖性能够减小并且使得对于偏振的依赖性能够减小。
由于GND滤光器10满足表达式(3)，因此，由于吸收层13的透射率的变化导致的反射率的变化减小。因此，当光从空气侧入射时，即使通过包含具有均匀厚度的表面层14的简单结构，也可以减小反射率而不管吸收层13的透射率如何。类似地，当光从基板侧入射时，即使通过包含具有均匀厚度的中间层12的简单结构，也可以减小反射率而不管吸收层13的透射率如何。
表面层14优选包含具有满足以下的条件表达式(8)的折射率N14的膜：
1＜N14＜Nabs，sur (8)
Nabs，sur是包含于吸收层13中的膜之中的最接近表面层14的膜的折射率。当满足表达式(8)时，光从基板侧入射时的从空气到吸收层13的等效导纳的变化可以进一步减小。因此，由于吸收层13的厚度变化导致的反射率的变化可以进一步减小。
中间层12优选包含具有满足以下的条件表达式(9)或(9a)的折射率N12的膜：
Nsub＜N12＜Nabs，int(Nsub＜Nabs，int) (9)
Nsub＞N12＞Nabs，int(Nsub＞Nabs，int) (9a)
Nabs，int是包含于吸收层13中的膜之中的最接近中间层12的膜的折射率。Nsub是基板11的折射率。即，满足表达式(9)或(9a)的事实意味着中间层12包含折射率处于Nabs，int与Nsub之间的膜。当满足表达式(9)或(9a)时，光从空气侧入射时的从基板11到吸收层13的等效导纳的变化可以进一步减小。因此，由于吸收层13的透射率的变化导致的反射率的变化可以进一步减小。
吸收层13的透射率最小的位置处的GND滤光器10的反射率优选在空气侧入射时以及在基板侧入射时均关于400nm～700nm的波长等于或小于4％。基板侧入射意味着光从基板向吸收层入射。空气侧入射意味着光从吸收层向基板入射。这使得能够在GND滤光器10用于光学系统时充分地减少由于从GND滤光器10反射的光导致的耀斑或幻影的出现。
[由于吸收层的厚度分布导致的透射波前的相位偏移]
根据本实施例的GND滤光器10的吸收层13的厚度在基板的不同位置处变化。出于这种原因，可以考虑穿过吸收层13的光的透射波前的相位偏移根据吸收层13的厚度出现。为了补偿透射波前的相位偏移，可如图7所示的GND滤光器30和图11所示的GND滤光器40那样形成具有厚度分布的相位补偿层32和43。
图8示出包含相位补偿层32的GND滤光器30的吸收层34和相位补偿层32的厚度分布。纵轴表示厚度，横轴表示通过GND滤光器30的半径归一化的面内位置。如图8所示，吸收层34的厚度从GND滤光器30的中心到周边增大，而相位补偿层32的厚度从中心到周边减小。即，相位补偿层32的厚度在吸收层34的厚度增大的方向的相反方向上增大。
为了成功地校正透射波前的相位偏移，相位补偿层32的厚度优选变化以满足以下的条件：
|ΔOPD/λ|≤0.30 (10)
λ是光的波长，ΔOPD是吸收层34的厚度最小的位置处的光路长度与吸收层34的厚度大于所述位置处的吸收层34的厚度的位置处的光路长度之间的差值。即，ΔOPD是以吸收层34的厚度最小的位置为基准位置的光路长度之间的差值。在GND滤光器30中，ΔOPD对应于由0的归一化半径代表的位置(GND滤光器30的中心部分)处的光路长度与另一位置处的光路长度之间的差值。这里描述的光路长度对应于通过堆叠于基板31上的层的折射率与厚度之积的和限定的量。
当满足表达式(10)时，如图9所示，由于吸收层32的厚度分布导致的ΔOPD可以被补偿。
吸收层的复合折射率和相位补偿层的复合折射率相互不同，因此，不管吸收层的厚度如何，都难以使相位补偿层的导纳与吸收层的导纳相等。因此，反射率也由于相位补偿层的厚度的变化而变化。
在相位补偿层的位置比吸收层更接近基板时，光从基板侧入射时的由于相位补偿层和吸收层的厚度变化导致的反射率的变化趋于比光从空气侧入射时大。在吸收层的位置比相位补偿层更接近基板时，光从空气侧入射时的由于相位补偿层和吸收层的厚度的变化导致的反射率的变化趋于比光从基板侧入射时大。
由于吸收层和相位补偿层的厚度的变化导致的反射率的变化的趋势根据相位补偿层的位置和光入射方向而不同。一般地，当光从基板侧入射时，与当光从空气侧入射时相比，可以更容易地减小反射率。因此，为了以平衡的方式减小光从空气侧入射时的反射率和光从基板侧入射时的反射率，相位补偿层优选被设置在基板与吸收层之间。
在相位补偿层32如GND滤光器30那样与基板31相邻时，优选满足以下的条件表达式。
|Nsub-Ncmp|＜0.10 (11)
Nsub是基板31关于550nm的波长处的光的折射率。Ncmp是相位补偿层32关于550nm的波长处的光的折射率。
当满足表达式(11)时，基板31与相位补偿层32之间的界面处的反射率可以减小。因此，由于相位补偿层的厚度的变化导致的反射率的变化可以减小。更优选表达式(11)的范围如下：
|Nsub-Ncmp|＜0.05 (11a)
如图11所示，在相位补偿层43与吸收层44相邻的情况下，优选满足以下的条件表达式：
|Nabs，c-Ncmp|＜0.15 (12)
Nabs，c是包含于吸收层44中的膜之中的与相位补偿层43相邻的膜关于550nm的波长的光的折射率。当满足表达式(12)时，相位补偿层43和吸收层44之间的界面处的反射率可以减小。因此，由于相位补偿层43的厚度的变化导致的反射率的变化可以减小。更优选表达式(12)的范围如下：
|Nabs，c-Ncmp|＜0.10 (12a)
[制造方法]
现在将描述根据本实施例的GND滤光器10的制造方法。
形成吸收层13的方法的例子是气相沉积。例如，能够以在适当的氧气分压下气相沉积Ti3O5的方式形成由具有图15所示的特性的钛氧化物构成的薄膜。能够以在真空下气相沉积Nb2O5的方式获得由具有图15所示的特性的铌氧化物构成的薄膜。能够以在真空下气相沉积Ta2O5的方式获得由具有图15所示的特性的钽氧化物构成的膜。
能够以在气相沉积中在基板11中产生温度梯度或者将掩模插入靶材与基板11之间的方式实现厚度分布。
形成吸收层13的方法不限于气相沉积，并且可以根据第一材料和第二材料的特性被适当地选择。形成吸收层13的方法的其它例子包括溅射、电镀和旋转涂敷。
基板11可以由例如玻璃或塑料构成。基板11的形状不限于平板形状，并且可以是凸透镜或凹透镜的形状。在GND滤光器10被设置在诸如数字照相机的成像装置的光学系统中的情况下，具有透镜形状的基板11使得能够减小设置GND滤光器的空间，并且，例如，可以减小成像装置的光学系统的尺寸。
[GND滤光器的透射率分布]
根据本实施例的GND滤光器10具有对应于吸收层13的厚度分布的透射率分布。GND滤光器10可以具有各种透射率分布图案。例如，如图16(a)和图16(b)所示，GND滤光器10可以具有同心透射率分布，或者，如图16(c)和图16(d)所示，透射率可以在一个方向上变化。在这些图案以外，存在各种透射率分布图案供使用。可对任何透射率分布图案使用本实施例。
将在以下的例子中描述根据本实施例的GND滤光器。
[第一例子]
第一例子中的对应于光学元件的GND滤光器10在图1中被示出，并且包括从基板11起依次布置的中间层12、吸收层13和表面层14。吸收层13包含第一膜131和第二膜132。
表1示出包含于GND滤光器10中的膜的细节。在表1中，n是关于550nm的波长处的光的折射率，k是关于550nm的波长处的光的消光系数，d是各薄膜的厚度。对于后面描述的例子，同样如此。
在GND滤光器10中，中间层12具有四层薄膜，表面层14具有五层薄膜。
第一膜131由钛氧化物构成。第二膜132由铌氧化物构成。在本例子中，在图15(a)中示出钛氧化物和铌氧化物的消光系数。可以理解，当图15(a)所示的吸收层13由钛氧化物和铌氧化物构成时，吸收层13的消光系数满足表达式(3)。从图15(b)可以理解，钛氧化物和铌氧化物的组合导致表达式(1)得到满足。不管吸收层13的厚度如何，第一膜131与第二膜132的厚度比都为1∶2。
图2示出包含于吸收层13中的第一膜131和第二膜132的厚度分布。在吸收层13的厚度最大的位置处，第一膜131的厚度为333nm，第二膜132的厚度为666nm。
图3示出GND滤光器10的反射率以及其透射率对波长的依赖性。图3(a)示出光从空气侧入射时的反射率。图3(b)示出光从基板侧入射时的反射率。图3(c)示出透射率。在图3(a)、图3(b)和图3(c)中，吸收层13的厚度为0nm的情况由实线表示，厚度为50nm的情况由点线表示，厚度为100nm的情况由虚线表示，厚度为200nm的情况由一点链线表示，厚度为1000nm的情况由长虚线表示。
在图3(a)和图3(b)中，GND滤光器10的反射率在空气侧入射时以及在基板侧入射时均等于或小于4％。特别地，反射率在亮度函数不管吸收层23的透射率如何都大的550nm处或附近等于或小于2％。可以理解，由于吸收层13的透射率的变化导致的反射率的变化小。在图3(c)中，由于吸收层13的透射率的变化导致的透射率对波长的依赖性的变化小，并且透射率是恒定的。
[表1]
[第二例子]
在图4中示意性地示出第二例子中的对应于光学元件的GND滤光器20。表2示出包含于GND滤光器20中的膜的细节。与第一例子1中的GND滤光器10同样，GND滤光器20包含从基板21起依次布置的中间层22、吸收层23和表面层24。
第二例子中的GND滤光器20的吸收层23包含由钛氧化物构成的第一膜231和由钽氧化物构成的第二膜232。即，GND滤光器20与GND滤光器10的不同在于，第二膜232由钽氧化物构成。
在本例子中，在图15(a)中示出钽氧化物的消光系数。可以理解，当图15(a)所示的吸收层23由钽氧化物和钛氧化物构成时，吸收层23的消光系数满足表达式(3)。从图15(b)可以理解，钛氧化物和钽氧化物的组合导致表达式(1)得到满足。不管吸收层13的厚度如何，GND滤光器20的第一膜231与第二膜232的厚度比都为1∶1。
在GND滤光器20中，中间层22具有四个层，并且表面层24具有三个层。
图5示出包含于吸收层23中的第一膜231和第二膜232的厚度分布。在吸收层23的厚度最大的位置处，第一膜231的厚度为500nm，第二膜232的厚度为500nm。
图6示出GND滤光器10的反射率以及其透射率对波长的依赖性。图6(a)示出光从空气侧入射时的反射率。图6(b)示出光从基板侧入射时的反射率。图6(c)示出透射率。在图6(a)、图6(b)和图6(c)中，吸收层13的厚度为0nm的情况由实线表示，厚度为50nm的情况由点线表示，厚度为100nm的情况由虚线表示，厚度为200nm的情况由一点链线表示，厚度为1000nm的情况由长虚线表示。
在图6(a)和图6(b)中，GND滤光器20的反射率在空气侧入射时以及在基板侧入射时均等于或小于4％。特别地，反射率在亮度函数不管吸收层23的透射率如何都大的550nm处或附近等于或小于2％。可以理解，由于吸收层23的透射率的变化导致的反射率的变化小。在图6(c)中，由于吸收层23的透射率的变化导致的透射率对波长的依赖性的变化小，并且透射率是恒定的。
[表2]
[第三例子]
在图7中示意性地示出第三例子中的对应于光学元件的GND滤光器30。表3示出包含于GND滤光器30中的膜的细节。GND滤光器30包含从基板31起依次布置的相位补偿层32、中间层33、吸收层34和表面层35。本例子中的GND滤光器30与第一例子中的GND滤光器10的不同在于包含相位补偿层32。吸收层34的结构与第一例子中的GND滤光器10中相同。本例子中的GND滤光器30的吸收层34包含由钛氧化物构成的第一膜341和由铌氧化物构成的第二膜342。
图8示出本例子中的GND滤光器30的吸收层34和相位补偿层32的厚度分布。图9示出透射波前的相位偏移。如图8所示的那样设计相位补偿层32的厚度分布，并且，如图9所示，这使得能够补偿由于吸收层34的厚度分布导致的透射波前的相位偏移。
图10示出GND滤光器30的反射率以及其透射率对波长的依赖性。图10(a)示出光从空气侧入射时的反射率。图10(b)示出光从基板侧入射时的反射率。图10(c)示出透射率。在图10(a)、图10(b)和图10(c)中，吸收层34的厚度为0nm的情况由实线表示，厚度为50nm的情况由点线表示，厚度为100nm的情况由虚线表示，厚度为200nm的情况由一点链线表示，厚度为1000nm的情况由长虚线表示。
在图10(a)和图10(b)中，GND滤光器30的反射率在空气侧入射时以及在基板侧入射时均等于或小于4％。特别地，反射率在亮度函数不管吸收层34的透射率如何都大的550nm处或附近等于或小于2％。可以理解，由于吸收层34的透射率的变化导致的反射率的变化小。在图10(c)中，由于吸收层34的透射率的变化导致的透射率对波长的依赖性的变化小，并且透射率是恒定的。
[表3]
[第四例子]
在图11中示意性地示出第四例子中的对应于光学元件的GND滤光器40。表4示出包含于GND滤光器40中的膜的细节。GND滤光器40包含从基板41起依次布置的中间层42、相位补偿层43、吸收层44和表面层45。本例子中的GND滤光器30与第三例子中的GND滤光器30的不同在于相位补偿层43被设置在中间层42与吸收层44之间。
吸收层44的结构与第一例子中的GND滤光器10中相同。本例子中的GND滤光器40的吸收层44包含由钛氧化物构成的第一膜441和由铌氧化物构成的第二膜442。
图12示出本例子中的GND滤光器40的吸收层44和相位补偿层43的厚度分布。图13示出透射波前的相位偏移。如图12所示的那样设计相位补偿层43的厚度分布，并且，如图13所示，这使得能够补偿由于吸收层44的厚度分布导致的透射波前的相位偏移。
图14示出GND滤光器10的反射率以及其透射率对波长的依赖性。图14(a)示出光从空气侧入射时的反射率。图14(b)示出光从基板侧入射时的反射率。图14(c)示出透射率。在图14(a)、图14(b)和图14(c)中，吸收层44的厚度为0nm的情况由实线表示，厚度为50nm的情况由点线表示，厚度为100nm的情况由虚线表示，厚度为200nm的情况由一点链线表示，厚度为1000nm的情况由长虚线表示。
在图14(a)和图14(b)中，GND滤光器30的反射率在空气侧入射时以及在基板侧入射时均等于或小于4％。特别地，反射率在亮度函数不管吸收层44的透射率如何都大的550nm处或附近等于或小于2％。可以理解，由于吸收层44的透射率的变化导致的反射率的变化小。在图14(c)中，由于吸收层34的透射率的变化导致的透射率对波长的依赖性小，并且透射率是恒定的。
[表4]
[第一变更例]
现在将描述根据第一变更例的对应于光学元件的GND滤光器50。在以上的例子中，各吸收层包含由第一材料构成的第一膜和由第二材料构成的第二膜。但是，本发明不限于此。根据本变更例，吸收层由单个膜形成，该单个膜由例如其中分散有第一材料的粒子和第二材料的粒子的树脂构成。
图17(a)示意性地示出GND滤光器50。GND滤光器50包含从基板51起依次布置的中间层52、吸收层53和表面层54。图17(b)示出由图17(a)中的点线代表的吸收层53的区域的放大图。根据本变更例的吸收层53与以上的例子中的吸收层不同，并且由通过在树脂533中分散第一材料531的粒子和第二材料532的粒子获得的介质构成。
在这种情况下，可以通过使用从吸收层所吸收的光的量计算的吸收系数α(λ)和表达式α(λ)＝4πk(λ)/λ，计算吸收层的消光系数。
在吸收层如本变更例那样由单个膜形成的情况下，只需要第一材料和第二材料满足表达式(1)，并且只需要吸收层的消光系数满足表达式(3)。这使得能够减少由于吸收层的透射率的变化导致的透射率对波长的依赖性的变化和反射率的变化。
为了进一步减少由于吸收层的厚度变化导致的透射率对波长的依赖性的变化，优选根据第一材料的吸收系数α1(λ)对于波长的依赖性和第二材料的吸收系数α2(λ)对于波长的依赖性，调整吸收层的第一材料和第二材料的浓度。即，在表达式(6)和(6a)中，t1被吸收层的第一材料的浓度代替，并且t2被吸收层的第二材料的浓度代替，因此，由于吸收层13的厚度的变化导致的透射率对波长的依赖性的变化可以进一步减小。
在形成表面层的情况下，当满足表达式(8)时，与以上的例子同样，可以进一步减小由于吸收层的厚度变化导致的反射率的变化。在形成中间层的情况下，当满足表达式(9)或(9a)时，与以上的例子同样，可以进一步减小由于吸收层的厚度变化导致的反射率的变化。
根据本变更例的吸收层与以上的例子中的各吸收层的不同在于，吸收层由单个膜形成。因此，表达式(8)中的Nabs，sur等于表达式(9)或(9a)中的Nabs，int。
[第二变更例]
现在将描述根据第二变更例的对应于光学元件的GND滤光器60。在以上的例子和第一变更例的情况下，各吸收层包含满足表达式(1)的第一材料和第二材料，并且在基板的表面上形成。但是，本发明不限于此。根据本变更例，在基板的表面上形成包含第一材料的第一吸收层，并且在基板的另一表面上形成包含第二材料的第二吸收层。
图18示意性地示出根据本变更例的GND滤光器60。GND滤光器60包含在基板61的表面上从基板61起依次布置的中间层62a、第一吸收层63a和表面层64a。在基板62的另一表面上从基板61起依次布置中间层62b、第二吸收层63b和表面层64b。第一吸收层63a和第二吸收层63b的厚度变化，并且，其透射率在基板的不同位置处变化。
第一吸收层63a和第二吸收层63b满足表达式(3)。这使得能够减小由于第一吸收层63a和第二吸收层63b的透射率的变化导致的透射率对波长的依赖性的变化和反射率的变化。
根据本变更例，第一吸收层63a和第二吸收层63b的厚度变化，并且其透射率在基板的不同位置处变化。但是，只需要第一吸收层63a或第二吸收层63b或者两者的透射率在基板的不同位置处变化。这使得GND滤光器60能够具有透射率分布。
能够以与以上的例子同样地通过例如气相沉积由第一材料构成薄膜、或者与第一变更例同样地在树脂中分散第一材料或第二材料的方式形成第一吸收层63a。能够以通过例如气相沉积由第二材料构成薄膜、或者如第一吸收层63a那样在树脂中分散第二材料的方式形成第二吸收层63b。
[光学系统]
现在将描述根据本发明的实施例的光学系统。
图19(a)示出根据本实施例的光学系统70的截面图。光学系统70包含作为光学元件的透镜。来自物体的光穿过光学系统70，并且在成像面IP上形成图像。
光学系统70的透镜中的至少一个是第一到第四例子中的GND滤光器中的一个。
在第一到第四例子中的GND滤光器中，由于吸收层的透射率的变化导致的透射率对波长的依赖性的变化以及反射率的变化减小。因此，可以抑制图像的着色、幻影和耀斑出现，并且可以获得高质量图像。
光学系统70是共轴并且旋转对称的。光学系统优选具有如图16(a)和图16(b)所示的同心透射率分布。如图1、图4、图7和图11所示，不在GND滤光器的中心区域处形成吸收层。这抑制穿过GND滤光器的光的量减少。在这种情况下，不通过GND滤光器调制穿过GND滤光器的中心区域的光通量的透射率。因此，使用穿过GND滤光器的中心区域的光通量使得能够实现包含光学系统70并且在相位偏移方法中具有自动聚焦功能的成像装置的自动聚焦。
通过包含具有满足T(r1)≥T(r2)的透射率分布的GND滤光器的光学系统70的切尖效果(apodization effect)获得高质量模糊图像，这里，T(r1)和T(r2)是离开光学表面的中心的位置距离r1和r2(r1＜r2)处的透射率。
在这种GND滤光器中的至少一个被设置在光阑SP的光入射侧并且至少另一个被设置在其光出射侧的情况下，可以关于离开轴的光通量有效地实现切尖效果，并且可以获得在整个区域上具有高质量的图像。
由于不在GND滤光器的中心区域处形成吸收层，因此通过切尖效果改善模糊图像，并且，可以抑制模糊图像的尺寸过度减小。
相反，在光学系统70包含具有满足T(r1)≤T(r2)的透射率分布的GND滤光器的情况下，图像的临边昏暗(1imb darkening)可以被校正。
现在将描述包括根据本实施例的光学系统70的成像装置。
图19(b)示出根据本实施例的对应于成像装置的数字照相机80。数字照相机80包括镜头82，镜头82包含根据上述的本实施例的光学系统70。诸如CCD或CMOS传感器的成像元件83在光学系统70的成像面IP上被设置在主体81上。
包含光学系统70的数字照相机80可以抑制图像的着色、幻影和耀斑出现，并且获得高质量图像。
在图19(b)所示的例子中，主体81和镜头82一体化形成。本发明可以用于能够连附到成像装置的主体和从成像装置的主体拆卸的镜头设备。这种镜头设备被用作例如单镜头照相机的可交换镜头。在这种情况下，可以理解，图19(b)示出包括光学系统70并且被安装于成像装置的主体81上的镜头设备82。
根据本发明的光学系统不限于诸如数字照相机的成像装置和能够连附到成像装置的主体和从成像装置的主体拆卸的镜头设备(可交换镜头)。例如，根据本发明的光学系统可以用于例如望远镜和显微镜。
以上描述了本发明的优选的实施例和例子。但是，本发明不限于实施例和例子。可以在其精神的范围内提出各种组合、修改和替代。
最后，表5概括第一到第四例子中的值。
[表5]
第一例子 第二例子 第三例子 第四例子 有关条件表达式
|ΔNabs| 0.2198 0.2025 0.2198 0.2198 (4)|ΔNabs|＜0.25
|Δkabs| 0.0342 0.0088 0.0342 0.0342 (5)|Δkabs|＜0.20
|Nsub-Ncmp| - - 0.0056 - (11)|Nsub-Ncmp|＜0.10
|Nabs-Ncmp| - - - 0.0915 (12)|Nabs-Ncmp|＜.15
本发明不限于以上的实施例，并且，可以在不背离本发明的精神和范围的情况下提出各种修改和替代。因此，附上所附的权利要求以公开本发明的范围。
本申请要求在2016年3月3日提交的日本专利申请No.2016-041578的权益，在这里通过引用并入其全部内容。
附图标记列表
10、20、30、40 GND 滤光器
11、21、31、41 基板
13、23、34、44 吸收层
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种光学元件，包括基板和吸收层，吸收层的透射率在基板的不同位置处变化，
其中，吸收层包含：
第一材料，第一材料在400nm的波长处的吸收系数小于在700nm的波长处的吸收系数，和
第二材料，第二材料在400nm的波长处的吸收系数大于在700nm的波长处的吸收系数，并且
其中，吸收层的消光系数在400nm～700nm的波长处等于或小于0.5。
2.一种光学元件，包括基板和吸收层，吸收层的透射率在基板的不同位置处变化，
其中，吸收层包含：
吸收入射光的一部分的第一材料和吸收入射光的一部分的第二材料，
其中，第一材料是消光系数在400nm～700nm的波长处等于或小于0.5的钛氧化物，以及
其中，第二材料是消光系数在400nm～700nm的波长处等于或小于0.5的铌氧化物或钽氧化物。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的光学元件，其中，吸收层包含第一膜和第二膜，第一膜包含第一材料，第二膜包含第二材料，以及
其中，第一膜或第二膜或者两者具有在基板的不同位置处变化的厚度。
4.根据权利要求3所述的光学元件，其中，满足以下的条件表达式：
|ΔNabs|＜0.25
这里，ΔNabs是包含于吸收层中的邻接的膜的折射率之间的差值。
5.根据权利要求3或权利要求4所述的光学元件，其中，满足以下的条件表达式：
|Δkabs|＜0.2
这里，Δkabs是包含于吸收层中的邻接的膜的消光系数之间的差值。
6.根据权利要求3～5中的任一项所述的光学元件，其中，满足以下的条件表达式：
-1.5≤(a1/a2)·(t1/t2)≤-0.7
这里，a1是通过最小二乘方法获得第一材料的吸收系数关于波长λ的线性近似时的λ的系数，并且a2是通过最小二乘方法获得第二材料的吸收系数关于波长λ的线性近似时的λ的系数，a1和a2是在第一材料或第二材料中的吸收系数关于波长增大而另一个的吸收系数关于波长减小的从400nm的波长到700nm的波长的范围的至少一部分中的波长的波长带中获得的，以及
t1是吸收层的厚度最大的位置处的第一膜的厚度，t2是吸收层的厚度最大的位置处的第二膜的厚度。
7.根据权利要求3～6中的任一项所述的光学元件，其中，第一材料是钛氧化物，并且
满足以下的条件表达式：
-10＜a1/a2≤-1
这里，a1是通过最小二乘方法获得第一材料的吸收系数关于波长λ的线性近似时的λ的系数，并且a2是通过最小二乘方法获得第二材料的吸收系数关于波长λ的线性近似时的λ的系数，a1和a2是在第一材料或第二材料的吸收系数关于波长增大而另一个的吸收系数关于波长减小的从400nm的波长到700nm的波长的范围的至少一部分中的波长的波长带中获得的。
8.根据权利要求3～7中的任一项所述的光学元件，其中，第一材料是钛氧化物，以及
其中，吸收层的第一膜比第二膜接近基板。
9.根据权利要求1～8中的任一项所述的光学元件，还包括：表面层，
其中，吸收层被设置在基板与表面层之间，以及
其中，表面层包含折射率大于1且小于Nabs，sur的膜，
这里，Nabs，sur是包含于吸收层中的膜之中的最接近表面层的膜的折射率。
10.根据权利要求1～9中的任一项所述的光学元件，还包括：被设置在基板与吸收层之间的中间层，
其中，中间层包含折射率处于Nabs，int与Nsub之间的膜，
其中，Nabs，int是包含于吸收层中的膜之中的最接近中间层的膜的折射率，并且Nsub是基板的折射率。
11.根据权利要求1～10中的任一项所述的光学元件，其中，吸收层具有在基板的不同位置处变化的厚度，以及
其中，光学元件包含相位补偿层，相位补偿层的厚度在吸收层的厚度增大的方向的相反方向上增大。
12.根据权利要求11所述的光学元件，其中，相位补偿层与基板邻接，以及
其中，满足以下的条件表达式：
|Nsub-Ncmp|＜0.10
这里，Nsub是基板的折射率，并且Ncmp是相位补偿层的折射率。
13.根据权利要求11或权利要求12所述的光学元件，其中，相位补偿层与吸收层邻接，以及
其中，满足以下的条件表达式：
|Nabs，c-Ncmp|＜0.15
这里，Nabs，c是包含于吸收层中的膜之中的与相位补偿层邻接的膜的折射率，并且Ncmp是相位补偿层的折射率。
14.根据权利要求1～13中的任一项所述的光学元件，其中，在吸收层的透射率最小的位置处光从吸收层向基板入射时的光学元件的反射率关于400nm～700nm的波长等于或小于4％。
15.根据权利要求1～14中的任一项所述的光学元件，其中，在吸收层的透射率最小的位置处光从基板向吸收层入射时的光学元件的反射率关于400nm～700nm的波长等于或小于4％。
16.一种光学元件，包括：
基板；
第一吸收层，第一吸收层包含第一材料，第一材料在400nm的波长处的吸收系数小于在700nm的波长处的吸收系数；和
第二吸收层，第二吸收层包含第二材料，第二材料在400nm的波长处的吸收系数大于在700nm的波长处的吸收系数，
其中，第一吸收层或第二吸收层或两者具有在基板的不同位置处变化的透射率，以及
其中，第一吸收层和第二吸收层的消光系数在400nm～700nm的波长处等于或小于0.5。
17.一种光学元件，包括：
基板；
第一吸收层，第一吸收层包含在400nm～700nm的波长处消光系数等于或小于0.5的钛氧化物，钛氧化物吸收入射光的一部分；和
第二吸收层，第二吸收层包含在400nm～700nm的波长处消光系数等于或小于0.5的铌氧化物或钽氧化物，铌氧化物或钽氧化物吸收入射光的一部分，
其中，第一吸收层的透射率或第二吸收层的透射率或两者在基板的不同位置处变化。
18.根据权利要求1～17中的任一项所述的光学元件，其中，吸收层包含分别具有相同的透射率的同心分布区域。
19.一种光学系统，包括：光学元件，其中，光学元件中的至少一个是根据权利要求1～18中的任一项所述的光学元件。
20.一种光学系统，包括：光阑；至少一个设置在光阑的光入射侧的根据权利要求1～18中的任一项所述的光学元件；以及，至少一个设置在光阑的光出射侧的根据权利要求1～18中的任一项所述的光学元件。
21.一种成像装置，包括：成像元件；以及，根据权利要求19或权利要求20所述的光学系统。
22.一种能够连附到成像装置的主体和从成像装置的主体拆卸的镜头设备，镜头设备包括根据权利要求19或权利要求20所述的光学系统。

Claims (22)

1.一种光学元件，包括基板和吸收层，吸收层的透射率在基板的不同位置处变化，
其中，吸收层包含：
第一材料，第一材料在400nm的波长处的吸收系数小于在700nm的波长处的吸收系数，和
第二材料，第二材料在400nm的波长处的吸收系数大于在700nm的波长处的吸收系数，并且
其中，吸收层的消光系数在400nm～700nm的波长处等于或小于0.5。
2.一种光学元件，包括基板和吸收层，吸收层的透射率在基板的不同位置处变化，
其中，吸收层包含：
第一材料和第二材料，
其中，第一材料是消光系数在400nm～700nm的波长处等于或小于0.5的钛氧化物，以及
其中，第一材料是消光系数在400nm～700nm的波长处等于或小于0.5的铌氧化物或钽氧化物。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的光学元件，其中，吸收层包含第一膜和第二膜，第一膜包含第一材料，第二膜包含第二材料，以及
其中，第一膜或第二膜或者两者具有在基板的不同位置处变化的厚度。
4.根据权利要求3所述的光学元件，其中，满足以下的条件表达式：
|ΔNabs|＜0.25
这里，ΔNabs是包含于吸收层中的邻接的膜的折射率之间的差值。
5.根据权利要求3或权利要求4所述的光学元件，其中，满足以下的条件表达式：
|Δkabs|＜0.2
这里，Δkabs是包含于吸收层中的邻接的膜的消光系数之间的差值。
6.根据权利要求3～5中的任一项所述的光学元件，其中，满足以下的条件表达式：
-1.5≤(a1/a2)·(t1/t2)≤-0.7
这里，a1是通过最小二乘方法获得第一材料的吸收系数关于波长λ的线性近似时的λ的系数，并且a2是通过最小二乘方法获得第二材料的吸收系数关于波长λ的线性近似时的λ的系数，a1和a2是在第一材料或第二材料的吸收系数关于波长增大而另一个的吸收系数关于波长减小的从400nm的波长到700nm的波长的范围的至少一部分中的波长的波长带中获得的，以及
t1是吸收层的厚度最大的位置处的第一膜的厚度，t2是吸收层的厚度最大的位置处的第二膜的厚度。
7.根据权利要求3～6中的任一项所述的光学元件，其中，第一材料是钛氧化物，并且
满足以下的条件表达式：
-10＜a1/a2≤-1
这里，a1是通过最小二乘方法获得第一材料的吸收系数关于波长λ的线性近似时的λ的系数，并且a2是通过最小二乘方法获得第二材料的吸收系数关于波长λ的线性近似时的λ的系数，a1和a2是在第一材料或第二材料中的吸收系数关于波长增大而另一个的吸收系数关于波长减小的从400nm的波长到700nm的波长的范围的至少一部分中的波长的波长带中获得的。
8.根据权利要求3～7中的任一项所述的光学元件，其中，第一材料是钛氧化物，以及
其中，吸收层的第一膜比第二膜接近基板。
9.根据权利要求1～8中的任一项所述的光学元件，还包括：表面层，
其中，吸收层被设置在基板与表面层之间，以及
其中，表面层包含折射率大于1且小于Nabs，sur的膜，
这里，Nabs，sur是包含于吸收层中的膜之中的最接近表面层的膜的折射率。
10.根据权利要求1～9中的任一项所述的光学元件，还包括：被设置在基板与吸收层之间的中间层，
其中，中间层包含折射率处于Nabs，int与Nsub之间的膜，
其中，Nabs，int是包含于吸收层中的膜之中的最接近中间层的膜的折射率，并且Nsub是基板的折射率。
11.根据权利要求1～10中的任一项所述的光学元件，其中，吸收层具有在基板的不同位置处变化的厚度，以及
其中，光学元件包含相位补偿层，相位补偿层的厚度在吸收层的厚度增大的方向的相反方向上增大。
12.根据权利要求11所述的光学元件，其中，相位补偿层与基板邻接，以及
其中，满足以下的条件表达式：
|Nsub-Ncmp|＜0.10
这里，Nsub是基板的折射率，并且Ncmp是相位补偿层的折射率。
13.根据权利要求11或权利要求12所述的光学元件，其中，相位补偿层与吸收层邻接，以及
其中，满足以下的条件表达式：
|Nabs，c-Ncmp|＜0.15
这里，Nabs，c是包含于吸收层中的膜之中的与相位补偿层邻接的膜的折射率，并且Ncmp是相位补偿层的折射率。
14.根据权利要求1～13中的任一项所述的光学元件，其中，在吸收层的透射率最小的位置处光从吸收层向基板入射时的光学元件的反射率关于400nm～700nm的波长等于或小于4％。
15.根据权利要求1～14中的任一项所述的光学元件，其中，在吸收层的透射率最小的位置处光从基板向吸收层入射时的光学元件的反射率关于400nm～700nm的波长等于或小于4％。
16.一种光学元件，包括：
基板；
第一吸收层，第一吸收层包含第一材料，第一材料在400nm的波长处的吸收系数小于在700nm的波长处的吸收系数；和
第二吸收层，第二吸收层包含第二材料，第二材料在400nm的波长处的吸收系数大于在700nm的波长处的吸收系数，
其中，第一吸收层或第二吸收层或两者具有在基板的不同位置处变化的透射率，以及
其中，第一吸收层和第二吸收层的消光系数在400nm～700nm的波长处等于或小于0.5。
17.一种光学元件，包括：
基板；
第一吸收层，第一吸收层包含在400nm～700nm的波长处消光系数等于或小于0.5的钛氧化物；和
第二吸收层，在第二吸收层中，第二材料包含在400nm～700nm的波长处消光系数等于或小于0.5的铌氧化物或钽氧化物，
其中，第一吸收层的透射率或第二吸收层的透射率或两者在基板的不同位置处变化。
18.根据权利要求1～17中的任一项所述的光学元件，其中，吸收层包含分别具有相同的透射率的同心分布区域。
19.一种光学系统，包括：光学元件，其中，光学元件中的至少一个是根据权利要求1～18中的任一项所述的光学元件。
20.一种光学系统，包括：光阑；至少一个设置在光阑的光入射侧的根据权利要求1～18中的任一项所述的光学元件；以及，至少一个设置在光阑的光出射侧的根据权利要求1～18中的任一项所述的光学元件。
21.一种成像装置，包括：成像元件；以及，根据权利要求19或权利要求20所述的光学系统。
22.一种能够连附到成像装置的主体和从成像装置的主体拆卸的镜头设备，镜头设备包括根据权利要求19或权利要求20所述的光学系统。
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