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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein ND-Filter und eine Aperturblendenvorrichtung.
Ein ND- (neutrale Dichte) Filter wird in einer Lichtmengenblende
für den
Zweck der gleichmäßigen Dämpfung der
Menge des übertragenen
Lichts in einem im allgemeinen sichtbaren Wellenlängenbereich
benutzt. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein dichtevarbiables
ND-Filter, in welchem die Übertragungsdichte
kontinuierlich geändert
wird.
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In
einem konventionellen fotografischen System kann, falls die Leuchtdichte
eines Objektes zu hoch ist, eine überhöhte Menge an Licht, größer als eine
vordefinierte Menge, in eine fotosensitive Fläche durch die Blende vordringen,
selbst wenn die Blende auf den kleinsten Durchmesser eingestellt
ist (nämlich
der Blendendurchmesser kleinstmöglich
eingestellt ist). Dafür
wird praktisch ein ND-Filter an das Bildaufnahmesystem montiert,
um die Menge an Licht zu steuern, welche in die fotosensitive Fläche vordringt.
In diesem Fall sind die spektralen Eigenschaften des ND-Filters
eben ausgelegt, um einfach die Menge des eintreffenden Lichts zu
reduzieren, daher wird eine gleichmäßige Durchlässigkeit für den allgemeinen sichtbaren
Wellenlängenbereich
als die grundlegende optische Eigenschaft des ND-Filters bereitgestellt.
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Ein
ND-Filter mit einer gleichmäßigen Übertragungsdichte
wurde eingesetzt als Lichtmengenblende einer Kamera. Kürzlich wurde
ein ND-Filter in welchem die Übertragungsdichte
schrittweise variiert in unterteilten Bereichen als ein fortgeschrittenes
Filter eingesetzt. Weiterhin wird für ein videooptisches System,
welches sequenzielle Aufnahmen benötigt, ein dichtevariables ND-Filter
benötigt,
in welchem die Übertragungsdichte
kontinuierlich variiert, da eine hohe Auflösung in einem großen Helligkeitsbereich durch
die Benutzung eines dichtevariablen ND-Filters erreicht werden kann,
im Vergleich mit einem single-density ND-Filter oder einem multi-density ND-Filter.
Das dichtevariable ND-Filter wird in den folgenden Patentschriften
offenbart.
Patentschrift 1: JP-A-Hei 6-95208
Patentschrift
2: JP-A-Hei 10-96971
Patentschrift 3: JP-B-Hei 2-47722
Patentschrift
4: JP-A-2003-043211
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Gemäß Patentschrift
1 wird ein Vorlagemuster eines ND-Filters vorbereitet, welches eine
Reflektionsdichteverteilung mit einer vordefinierten Relation mit
einer Übertragungsdichteverteilung
eines ND-Filters hat, welche eine Filterfunktion für übertragenes Licht
bereitstellt, wenn das ND-Filter auf der Aperturlamelle einer Aperturblendenvorrichtung
montiert wird. Dieses Vorlagemuster wird mit einer Kamera unter
Benutzung eines Films fotografiert, welcher eine Durchlässigkeit
durch die Filmbasis von gleich oder größer als 80% hat und welche
eine Schicht zum Verhindern von Lichthofbildung, hat. Dann wird der
Film entwickelt und als ein ND-Filter benutzt. Gemäß Patentschrift
2 wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines ND-Filters, welches
der Aperturlamelle einer Aperturblendenvorrichtung bereitgestellt
wird, ein Plastikfilm, beinhaltend organische Pigmente, durch Licht
von hoher Energie belichtet, während
die Menge des Belichtungslichts partiell geändert wird, so daß ein ND-Filter
mit einer variablen Dichtenverteilung hergestellt wird.
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Gemäß Patentschrift
3 verwendet ein ND-Filter ein Metallmaterial als einen Absorptionsfilm
und die Menge an übertragenem
Licht wird kontinuierlich von der Mitte aus radial geändert, wo
Reflektionsschutzfilme angeordnet sind. In diesem ND-Filter wird
der Absorptionsfilm in eine Vielzahl dünne Schichten unterteilt und
die unterteilten Absorptionsschichten werden in die Begrenzungen
der Reflektionschutzfilme eingesetzt.
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Gemäß Patentschrift
1 wird die Änderung
der Dichte des ND-Filters durch Aufteilen der ausgefällten Menge
an Silberpartikeln erreicht. Dennoch verursacht Lichtstreuung durch
die Silberpartikel eine Verschlechterung der Auflösung und
die Benutzung dieses Typs eines ND-Filters ist für ein modernes Bildaufnahmesystem
problematisch, für
welches die Auflösung
erhöht
wurde. Für
Patentschrift 2 ist die Farbdämpfung
der organischen Pigmente, speziell die Änderung der Übertragungseigenschaften
in Umgebungen mit hoher Temperatur und hoher Luftfeuchtigkeit ein
erheblicher Nachteil. Gemäß Patentschrift
3 wird die Änderung
der Dichte erreicht durch lokales Einsetzen von Metall filmen mit
unterschiedlichen Dicken zwischen den Reflektionsschutzfilmen. Dennoch,
gemäß dieses
Verfahrens können
gleichmäßige Übertragungseigenschaften
in dem allgemeinen Wellenlängenbereich
des sichtbaren Lichts nicht erreicht werden. Dadurch ist es schwierig,
diesen Typ eines ND-Filters an einem Bildaufnahmesystem anzuwenden.
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Unter
Einbeziehung verschiedener Probleme der Eingangs beschriebenen konventionellen Technologien,
ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein dichtevariables
ND-Filter bereitzustellen, welches
Lichtstreuung unterbindet, welches eine hohe Beständigkeit
für eine Änderung
der Umgebungsbedingungen hat und neutrale Übertragungseigenschaften für einen
gesamten allgemeinen sichtbaren Wellenlängenbereich. Die folgenden
Mittel sind bereitgestellt, um dieses Ziel zu erreichen. Im Speziellen
stellt die vorliegende Erfindung ein ND-Filter bereit, gekennzeichnet
durch: Ein transparentes Substrat mit einer Ebene sowie einen optischen
Film, der auf der Ebene des transparenten Substrates geformt ist,
mit einer Schichtstruktur, beinhaltend einen lichtabsorbierenden
Film und einen dielektrischen Film, und mit einer variablen Übertragungsdichte, wobei
eine Dicke entweder des lichtabsorbierenden Films oder des dielektrischen
Films der Schichtstruktur sich in der Richtung der Ebene des Substrats ändert und
in Übereinstimmung
mit dieser Änderung wird
die Übertragungsdichte
des optischen Films so eingestellt, um in der Richtung der Ebene
zu variieren.
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Vorzugsweise
ist die Dicke entweder des lichtabsorbierenden Films oder des dielektrischen Films,
beinhaltet in der Schichtstruktur, in der Richtung der Ebene des
Substrats kontinuierlich geändert oder
gestuft und in Übereinstimmung
mit dieser Änderung
ist die Übertragungsdichte
des optischen Films so eingestellt, um kontinuierlich in der Richtung der
Ebene zu variieren. Weiterhin ist das Material des lichtabsorbierenden
Films ausgewählt
aus Ti, Cr, Ni, NiCr, NiFe, NiTi und/oder einer Mischung aus diesen und
der dielektrische Film ist aus SiO2, Al2O3 oder einem Verbund
aus diesen gebildet. Der dielektrische Film und der lichtabsorbierende
Film können
mit vorbestimmten Dicken und in einer vorbestimmten Reihenfolge
geschichtet werden, um eine Reflektionsschutzfunktion bereitzustellen.
Des weiteren wird der optische Film durch Aufdampfen des lichtabsorbierenden
Films unter Benutzung eines Metallmaterials erhalten und der lichtabsorbierende
Film beinhaltet ein Oxid des Metallmaterials, welches hergestellt wird,
während
ein Mischgas, beinhaltend Sauerstoff, während des Aufdampfens des lichtabsorbierenden Films
zugeführt
wird und ein Vakuumniveau von 1 × 10–3 Pa
bis 1 × 10–2 Pa
konstant beibehalten wird. In diesem Fall, nachdem der lichtabsorbierende
Film und der dielektrische Film geschichtet sind, kann der optische
Film einer thermischen Alterungsbehandlung (thermal aging treatment)
in einer Sauerstoffatmosphäre
ausgesetzt werden, beinhaltend Sauerstoff größer oder gleich als 10%, und
die Änderung der
optischen Eigenschaften kann so stabilisiert werden. Dieses so aufgebaute
ND-Filter kann an der Blendenlamelle der Aperturblendenvorrichtung
angebracht werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung hat das ND-Filter im wesentlichen eine Schichtstruktur
des lichtabsorbierenden Films und des dielektrischen Films, welche
auf dem transparenten Substrat geformt sind. Diese Schichtstruktur
verursacht keine Lichtstreuung und hat eine hohe Widerstandsfähigkeit
gegenüber
Umgebungsstreß und
neutrale Eigenschaften in einem gesamten sichtbaren Wellenlängenbereich.
Da die Dicken des lichtabsorbierenden Films und des dielektrischen
Films der Schichtstruktur in der Richtung der Ebene des Substrats
variieren, kann die Übertragungsdichte
in der Richtung der Ebene des Substrats variieren, während die
Beständigkeit
und die neutralen Eigenschaften beibehalten werden. Dadurch kann
ein dichtevariables ND-Filter erhalten werden, welches keine Lichtstreuung
verursacht und welches eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Umgebungsänderungen
und neutrale Eigenschaften relativ in einem gesamten sichtbaren Wellenlängenbereich
hat.
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1(A) ist eine schematische Seitenansicht und 1(B) eine Schnittansicht der Struktur eines dichtevariablen
ND-Filters gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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2 ist
ein Graph, welcher eine Übertragungsdichteeigenschaft
des dichtevariablen ND-Filters gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt.
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3 ist
ein schematisches Blockdiagramm, welches eine Vakuumbedampfungsvorrichtung
zeigt, welche zur Herstellung des dichtevariablen ND-Filters gemäß der vorliegenden
Erfindung eingesetzt wird.
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4 ist
eine Tabelle, welche die Filmabscheidungbedingungen für das dichtevariable ND-Filter
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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5 ist
ein schematisches Diagramm, welches eine Aperturblendenvorrichtung
für eine
Kamera zeigt, welche das dichtevariable ND-Filter gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet.
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6 ist
ein Graph, welcher die optischen Eigenschaften der lichtabsorbierenden
Filme, beinhaltet in einem optischen Film zeigt.
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7 ist
ein Graph, welcher die optischen Eigenschaften des optischen Films
zeigt.
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8 ist
ein Graph, welcher die optischen Eigenschaften des optischen Films
zeigt.
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9 ist
ein Graph, welcher die optischen Eigenschaften des optischen Films
zeigt.
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nun im Detail unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist
eine schematische Seitenansicht (A) und eine Schnittansicht (B)
der Struktur eines dichtevariablen ND-Filters gemäß der vorliegenden
Erfindung. Wie in 1(A) gezeigt, weist das ND-Filter
ein transparentes Substrat 1 mit einer Ebene auf und einen
optischen Film 2, geformt auf dem Substrat 1.
Der optische Film hat eine Schichtstruktur, beinhaltend Schichten
von lichtabsorbierenden Filmen 22, 24 und 26 und
dielektrischen Filmen 21, 23, 25 und 27.
Wenn die Dicken der lichtabsorbierenden Filme und der transparenten
dielektrischen Filme gesteuert werden, wird eine lokal justierte Übertragungsdichte
erhalten. Als ein Merkmal ist die Dicke von mindestens einem der
lichtabsorbierenden Filme 22, 24 und 26 und
den dielektrischen Filmen 21, 23, 25 und 27 der
Schichtstruktur in der Richtung der Ebene des Substrats 1 geändert und
in Übereinstimmung
mit dieser Änderung
ist die Übertragungsdichte
des optischen Films 2 so eingestellt, daß diese
in der Richtung der Ebene variiert. In der in 1 gezeigten
Ausführungsform
sind die Dicken aller sieben Schichten, welche das ND-Filter bilden,
im selben Verhältnis
variiert. Es sollte bemerkt werden, daß die vorliegenden Erfindung
dennoch nicht auf diese Ausführungsform
begrenzt ist. Die Dicken müssen
nicht im selben Verhältnis
variiert werden oder nicht alle Dicken der Filme müssen verändert werden.
Des weiteren kann die Gesamtzahl an Schichten der Schichtstruktur
frei bestimmt werden in Übereinstimmung
mit der opti schen Spezifikation.
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In
dieser Ausführungsform
sind die Dicken der lichtabsorbierenden Filme 22, 24 und 26 und
der dielektrischen Filme 22, 23, 25 und 27 der Schichtstruktur
kontinuierlich in der Richtung der Ebene des Substrats 1 (in
der Zeichnung von links nach rechts) verändert und in Übereinstimmung
mit dieser Änderung
ist die Übertragungsdichte
des optischen Films 2 so eingestellt, um kontinuierlich
in der Zeichnung von links nach rechts anzusteigen. Um die Dicke
des Films in der Richtung der Ebene des Substrats kontinuierlich
zu verändern
oder abzustufen können
die Abschirmungseffekte unter Benutzung einer Maske 3 während eines
Filmabscheidungsprozesses, wie z.B. eines Aufdampfprozesses, benutzt werden.
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Z.B.
wird, wenn der erste dielektrische Film 21 aufgetragen
werden soll, die Maske von links nach rechts bei konstanter Geschwindigkeit
bewegt, wie durch einen Pfeil gezeigt, während die Filmabscheidung bei
einer konstanten Verdampfungsrate durchgeführt wird. Als ein Ergebnis
wird ein dielektrischer Film 21, welcher links dünn und rechts
dick ist, erhalten. Dieser Prozeß wird wiederholt für alle Filme durchgeführt und
die abgeschrägte
oder konische Struktur, wie in 1(A) gezeigt,
wird erhalten. Es sollte bemerkt werden, daß die konstante Bewegung der
Maske 3 unter Benutzung eines Motors durchgeführt werden
kann.
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1(B) zeigt eine schematische Querschnittsstruktur,
erstellt entlang einer Linie B-B des ND-Filters, welcher in 1(A) gezeigt ist. D.h. die Querschnittsstruktur
ist für
den dicksten Bereich des ND-Filters, gezeigt in 1(A), dargestellt, dessen Übertragungsdichte D 1,4 beträgt. Wie
in der Zeichnung dargestellt, ist das transparente Substrat 1 aus PET
(Polyethylen-Terephthalat) von 0,1 mm Dicke hergestellt. Es sollte
dennoch bemerkt werden, daß die
vorliegende Erfindung nicht auf dieses Material beschränkt ist
und anstatt von PET andere Polyesterfilme oder Polykarbonat-(PC)-Filme
verwendet werden können.
Ein Polyesterfilm, wie z.B. PET oder ein Polykarbonatfilm, ist für eine Aperturblende
bevorzugt, dennoch, solange wie die Anwendung nicht speziell begrenzt
ist, kann transparentes Glas oder Plastik, als das transparente
Substrat 1 für
einen zu benutzenden Wellenlängenbereich
verwendet werden, falls benötigt.
Der erste dielektrische Film 21, abgeschieden auf dem transparenten
Substrat 1, ist aus SiO2 ge bildet
und seine physikalische Dicke ist 44 nm. Der lichtabsorbierende
Film 22, geformt auf dem dielektrischen Film 21,
ist aus metallischem Ti und Oxid TixOy hergestellt und seine physikalische Dicke
ist 55 nm. Der dielektrische Film 23, abgeschieden auf
dem lichtabsorbierenden Film 22, ist aus Al2O3 hergestellt und seine physikalische Dicke
beträgt
26 nm. Der lichtabsorbierende Film 24, abgeschieden auf
dem dielektrischen Film 23, ist ebenfalls aus metallischem
Ti und Oxid TixOy geformt,
und seine physikalische Dicke ist 80 nm. Der dielektrische Film 25,
die fünfte
Schicht, abgeschieden auf dem lichtabsorbierenden Film 24,
ist aus Al2O3 hergestellt und
seine physikalische Dicke ist 26 nm. Der lichtabsorbierende Film 26,
abgeschieden auf dem dielektrischen Film 25, ist ebenfalls
aus metallischem Ti und Oxid TixOy hergestellt und seine physikalische Dicke beträgt 28 nm.
Der dielektrische Film 27, die letzte, siebte Schicht,
ist aus SiO2 hergestellt und seine physikalische
Dicke ist 78 nm. Es sollte dennoch bemerkt werden, daß die offenbarte
Schichtstruktur ein Beispiel ist und den Schutzbereich der vorliegenden
Erfindung nicht begrenzt. Für
optische Dünnschichten wird
ein transparentes Keramikmaterial generell als ein dielektrischer
Film betrachtet, relativ zu einer zu benutzenden Wellenlänge. Wenn
dielektrische Filme eine Dicke haben (ca. 7-fach der Wellenlänge), so daß die Lichtinterferenzeffekte
auftreten, geschichtet sind, können
die optischen Eigenschaften (die Menge an reflektiertem Licht, die
Menge an transmittiertem Licht, polarisiertes Licht und Phasen)
des einfallenden Lichts frei eingestellt werden. In dieser Ausführungsform,
unter Benutzung der Schichtstruktur, gezeigt in 1(B), ist die Reflektionsschutzfunktion für den optischen
Film 2 bereitgestellt. Die lichtabsorbierenden Filme haben
eine Funktion um wörtlich Licht
in dem Wellenlängenbereich
der benutzt werden soll, zu absorbieren und im allgemeinen wird
Metall in dem sichtbaren Wellenlängenbereich
eingesetzt. Gemäß dieser
Erfindung ist Metalloxid in das Metallmaterial eingebracht um im
Speziellen die optischen Eigenschaften und die physikalischen Eigenschaften
zu verbessern. Anstelle von Ti können
andere Metalle wie Cr, Ni, NiCr, NiFe, NiTi und/oder eine Mixtur
von diesen als das Metallmaterial für die lichtabsorbierenden Filme
ausgewählt
werden.
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2 ist
ein Graph, der die Übertragungsdichteeigenschaften
des dichtevariablen ND-Filters, gezeigt
in 1, darstellt. Die vertikale Achse
repräsentiert
die Übertragungsdichte
(D) und die horizontale Achse repräsentiert die Wellenlänge (nm).
In diesem Graph ist die Dicke des optischen Films 2 als
ein Parameter verwendet und insgesamt sind acht Stufen bezeichnet.
Der dickste Teil des optischen Films (gezeigt in 1(B)) ist als das Dickenverhältnis von 1,0 definiert und
hiernach sind die Dickenverhältnisse
von 0,86; 0,71; 0,57; 0,43; 0,29; 0,14 und 0,00 bestimmt. Wie aus
dem Graph ersichtlich, hat der Teil mit dem Dickenverhältnis von
1,0 eine Dichte von D = 1,4 und danach nimmt die Übertragungsdichte
(D) wesentlich im Verhältnis
zu der Dicke ab. Des weiteren ist für alle Dicken die Übertragungsdichteeigenschaft
weitestgehend eben im sichtbaren Wellenlängenbereich. Für das ND-Filter
der Erfindung kann die Menge an übertragenem
Licht gleichmäßig in dem gesamten
sichtbaren Wellenlängenbereich
gedämpft werden.
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3 ist
ein schematisches Blockdiagramm, welches ein Beispiel einer Vakuumverdampfungsvorrichtung
zeigt, benutzt zur Herstellung des dichtevariablen ND-Filters, gezeigt
in 1. Zusätzlich zum Vakuumverdampfungsverfahren
kann ein Verfahren zur Bildung eines feinen Films, wie z.B. das
Ionenplattieren (ion plating method), das Ionenstrahlassistenzverfahren
(ion beam assistance method) oder das Sputterverfahren ebenfalls
als Filmabscheidungsverfahren zur Herstellung des ND-Filters eingesetzt
werden. Wie in 3 gezeigt, besteht die Verdampfungsvorrichtung
hauptsächlich
aus einer Vakuumkammer 11 und eine Filmdickenüberwachung 12 sowie
eine Filmdickensteuerung 13 sind oberhalb der Kammer 11 angebracht.
Ein Substrathalter 14 zur sicheren Aufnahme eines zu bearbeitenden
Substrats, ein Substrat 15, zur Messung der Dicke eines
Films, und eine Verdampfungsquelle 16 sind innerhalb der
Kammer 11 angeordnet. Auch wenn nicht gezeigt, befindet
sich eine Dickensteuerungsmaske, gezeigt in 1,
zwischen der Verdampfungsquelle 16 und dem Substrathalter 14.
Die Filmdickenüberwachung 12 beinhaltet
eine Lichtquelle, ein Spektrometer und einen Fotoempfänger. Licht,
welches durch das Spektrometer emittiert wird, trifft auf das dickengemessene
Substrat 15 und das Licht, welches von dem dickengemessenen
Substrat 15 reflektiert wird, wird zum Fotoempfänger übertragen,
dessen Ausgangssignal der Filmdickensteuerung 13 zugefügt wird.
In dieser Weise, da die Filmdicke in Echtzeit überwacht wird, werden die lichtabsorbierenden
Filme und die dielektrischen Filme mit gewünschten Dicken auf das Substrat
abgeschieden. Gleichzeitig wird die oben beschriebene Maske in Synchronisation
mit der Echtzeitüberwachung
der Filmdicke bewegt, so daß die
lichtabsorbierenden Filme und die dielektrischen Filme, bei welchen
die Dicken monoton in der Richtung der Ebene des Substrats variieren,
abgeschieden werden.
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Ein
Vakuumventil 17, eine Vakuumventilsteuerung 18,
eine Gaszufuhreinheit 19 und eine Auslaßeinheit 20 sind mit
der Kammer 11 verbunden. In dieser Ausführungsform ist das APC-System
(automatic pressure control) eingesetzt, um ein konstantes Vakuumniveau
in der Kammer 11 aufrechtzuerhalten. Im Speziellen wird
eine Rückkopplung
durch das Vakuumventil 17 und die Vakuumventilsteuerung 18 durchgeführt um die
Gaszufuhreinheit 19 zu steuern und die Menge an Mischgas
zu regulieren, welches in die Kammer 11 eingelassen wird.
Es sollte dennoch bemerkt werden, daß die vorliegende Erfindung
nicht auf dieses System begrenzt ist und auch ein System zur Verwendung
eines Nadelventils, um eine konstante Menge an Gas zuzuführen, benutzt
werden kann.
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4 ist
eine Tabelle, welche die Filmabscheidungsbedigungen zeigt, wenn
der optische Film, gezeigt in 1, unter
Benutzung einer Vakuumverdampfungsvorrichtung, gezeigt in 3,
hergestellt wird. Wie in 4 gezeigt, beträgt die Substrattemperatur
100°C und
das Vakuumniveau, welches in der Kammer 11 erreicht wird,
ist auf 1 × 10–3 Pa
eingestellt. Um die lichtabsorbierenden Filme 22, 24 und 26 abzuscheiden,
wird Ti als Quellenmaterial benutzt, wobei die Verdampfungsrate
auf 1 nm pro Sekunde eingestellt ist. Des weiteren wird in dieser Ausführungsform
Luft, wobei Stickstoff und Sauerstoff in einem Verhältnis von
4:1 gemischt sind, als ein Mischgas benutzt, welches zur Verdampfung
von Ti zugeführt
wird. Es sollte dennoch bemerkt werden, daß die vorliegende Erfindung
nicht auf dieses Gas beschränkt
ist und generell ein Mischgas, welches Sauerstoff in einem Verhältnis von
50% oder weniger enthält,
benutzt wird. Des weiteren ist das Vakuumniveau bei Zufuhr des Sauerstoff
beinhaltenden Mischgases auf 4 × 10–3 Pa
gesetzt. Es sollte noch bemerkt werden, daß die vorliegende Erfindung
nicht hierauf begrenzt ist. Im allgemeinen können lichtabsorbierende Filme,
welche vorzuziehende optische und physikalische Eigenschaften aufweisen
und welche aus einem Gemisch von Metall und Metalloxid hergestellt
werden, abgeschieden werden, wenn das Vakuumniveau zwischen 1 × 10–3 Pa
und 1 × 10–2 Pa
gehalten wird. Zur Abscheidung der dielektrischen Filme 21 und 27 wird
SiO2 als Verdampfungsquelle benutzt, wobei
die Verdampfungsrate auf 1 nm pro Sekunde eingestellt ist. Ein reaktives
Gas wird nicht speziell zur Abscheidung von SiO2 zugeführt. Für die dielektrischen
Filme 23 und 25 wird Al2O3 als Verdampfungsquelle benutzt und die
Verdampfungsrate ist auf 1 nm pro Sekunde eingestellt. Ebenfalls
ist in diesem Fall ein reaktives Gas nicht eingesetzt. Wie eingangs
beschrieben, können
lichtabsorbierende Filme, übereinstimmend
mit den geforderten Eigenschaften als Metallfilme oder als Mischung
aus Metallfilmen und Oxidfilmen erhalten werden, wenn das Metallmaterial,
wie z.B. Ti, verwendet wird und der Partialdruck von Sauerstoff
in dem Mischgas, welches während
der Filmabscheidung zugeführt
wird, eingestellt ist. Um die instabilen Elemente, beinhaltet in
den lichtabsorbierenden Filmen zu stabilisieren, kann eine Wärmebehandlung
nach der Abscheidung durchgeführt
werden. Z. B. werden, nachdem die lichtabsorbierenden Filme und
die dielektrischen Filme geschichtet sind, diese Filme in einer
Sauerstoffatmosphäre,
beinhaltend 10% Sauerstoff oder mehr, aufgeheizt, so daß die Änderung
der optischen Eigenschaften durch diese thermische Alterungsbehandlung
stabilisiert werden kann.
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5 ist
eine schematische Ansicht, welche ein Beispiel zeigt, bei dem das
dichtevariable ND-Filter der Erfindung an die Blendenlamelle einer
Apperturblendenvorrichtung für
eine Kamera angebracht ist. Eine Blendenlamelle 100 ist
in 5 gezeigt und Bezugszeichen 0 bezeichnet
ein dichtevariables ND-Filter gemäß der Erfindung. Wie in 5 gezeigt, ist
die Durchlässigkeit
des dichtevariablen ND-Filters 0 kontinuierlich auswärts zeigend
von der Mitte der Blendenapertur aus reduziert. D.h., daß die Durchlässigkeit
des dichtevariablen ND-Filters 0 kontinuierlich und linear
reduziert ist im Verhältnis
zu der Distanz von der optischen Achse des optischen Bildaufnahmesystems.
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Die
Aperturblende wird bereitgestellt um die Menge an Licht zu steuern,
die auf einen Silber-Halogenitfilm oder eine Halbleiterbildaufnahmevorrichtung,
wie ein CCD, fällt,
und wird verringert, wenn das Bildfeld hell ist. Daher wird die
Blende verkleinert bei gutem Wetter oder beim Fotografieren eines
Objekts mit einer hohen Leuchtdichte und neigt dazu, nachteilig
von einem Aufpendeln (hunting phenomenom) der Blende beeinflußt zu werden,
oder Lichtbeugung, so daß eine
Verschlechterung der Abbildungsleistung eintritt. Als eine Gegenmaßnahme wird
das ND-Filter an der Blendenlamelle angebracht, um die Apertur der
Blende zu erhöhen,
auch wenn die Helligkeit des Bildfeldes relativ hoch ist. Kürzlich,
mit der Erhöhung
der Empfindlichkeit der Bildaufnahmevorrichtung, wurde die Dichte
des ND-Filters erhöht
und die Durchlässigkeit
für Licht
wurde weiter reduziert, so daß die
Apertur der Blende vergrößert wird,
auch wenn die Helligkeit des Bildfeldes gleichbleibt. Dennoch, als
ein Problem wenn die Dichte des ND-Filters erhöht wird, wird der Unterschied
zwischen der Menge an Licht, welche durch den Filter trifft und
der Menge an Licht, die nicht durch den Filter trifft erhöht, wodurch
die Auflösung
verschlechtert wird. Zum Lösen dieses
Problems wird das dichtevariable ND-Filter, gezeigt in 5,
verwendet. D.h. für
die Dichte des ND-Filters, wenn die Struktur verwendet wird, bei
der die Durchlässigkeit
des ND-Filters kontinuierlich und linear zur Mitte der optischen
Achse erhöht
wird, kann die Verringerung der Auflösung vermieden werden.
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In
dieser Ausführungsform
wird die Schichtstruktur, bei der lichtabsorbierende Filme und dielektrische
Filme alternierend geschichtet werden, als optischer Films benutzt,
welcher das ND-Filter bildet. Speziell für die lichtabsorbierenden Filme
wird die Verläßlichkeit
und Dauerhaftigkeit des dichtevariablen ND-Filters für eine lange
Lebensdauer sichergestellt durch Benutzung der Mischung, beinhaltend das
Metallmaterial und das Oxid dieses Metalls. Dieser Punkt wird nun
als Referenz beschrieben und Details sind in Patentschrift 4 beschrieben.
Zunächst
ist 6 ein Graph, der die optischen Eigenschaften des
lichtabsorbierenden Films zeigt, der unter den Bedingungen, angegeben
in 4, abgeschieden wurde. Die horizontale Achse repräsentiert
die Wellenlänge
und die vertikale Achse repräsentiert
den Brechungsindex und den Absorptionskoeffizient. Wie aus dem Graph
ersichtlich, gibt es einen Trend im sichtbaren Wellenlängenbereich,
daß sich
der Absorptionskoeffizient des lichtabsorbierenden Films, hergestellt
aus der Mischung von Ti und TixOy, erhöht,
wenn die Wellenlänge
lang wird.
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7 ist
ein Graph, der die optischen Eigenschaften des optischen Films mit
fünf Schichten zeigt,
der mit den Filmabscheidungsbedingungen, gezeigt in 4,
hergestellt ist. Die horizontale Achse repräsentiert die Wellenlänge im sichtbaren
Wellenlängenbereich
und die linke vertikale Achse repräsentiert die Lichtmenge (%),
welche die Skalen für den
Reflexionsgrad und die Durchlässigkeit
angibt, während
die rechte vertikale Achse die Übertragungsdichte
repräsentiert.
In 7 sind die Simulationsergebnisse gezeigt, die
während
der Konstruktionsphase erhalten wurden, anstelle der Eigenschaften
des optischen Films, der tatsächlich
hergestellt wurde. Es ist ideal, daß die Durchlässigkeit
eben aussieht in dem allgemeinen sichtbaren Wellenlängenbereich.
In der Konstruktionsphase unter Berücksichtigung des Einflusses
der Wärmebehandlung,
welche später
durchgeführt
wird, ist die Durchlässigkeit
fortschreitend erhöht,
von der Seite der kurzen Wellenlängen
zur Seite der langen Wellenlängen.
Aufgrund der Eigenschaften des optischen Films wird ein Trend vorhergesehen,
daß, nachdem
die Wärmebehandlung
durchgeführt
wurde, die Durchlässigkeit zur
Region der Seite der kurzen Wellenlängen im sichtbaren Wellenlängenbereich
erhöht
wird.
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In 8 sind
die anfänglichen
Eigenschaften des optischen Films gezeigt, der abgeschieden wurde
unter den Filmabscheidungsbedingungen gezeigt in 4.
Zum einfachen Verständnis
der Eigenschaften ist der Reflektionsgrad, die Durchlässigkeit und
die Übertragungsdichte
genauso wie in 7 gemessen. Wie aus dem Graph
ersichtlich, sind die optischen Eigenschaften im wesentlichen gleich,
wie entworfen und die Durchlässigkeit
erhöht
sich fortschreitend von der Seite der kurzen Wellenlängen zur
Seite der langen Wellenlängen.
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Die
erhaltenen optischen Eigenschaften nach der Wärmebehandlung sind in 9 gezeigt. Zum
Verständnis
der Eigenschaften ist der Reflektionsgrad, die Durchlässigkeit
und die Übertragungsdichte
genauso gemessen wie in den 7 und 8.
Wie in dem Graph gezeigt, wird nachdem die Wärmebehandlung durchgeführt wurde,
ein optischer Film erhalten, bei dem das übertragene Licht gleichmäßig im sichtbaren
Wellenlängenbereich
reduziert wird ohne jegliche Wellenlängenabhängigkeit und eine Reflektion
auf der Oberfläche
wird unterdrückt.
Wie Eingangs beschrieben, wird die Durchlässigkeit bei dem anfänglichen
Schritt im Vorhinein graduell steigend von der Seite der kurzen
Wellenlängen
zur Seite der langen Wellenlängen
eingestellt, so daß nach
der abgeschlossenen Wärmebehandlung
die Änderung
der optischen Eigenschaften entsprechend kompensiert wird. Durch
Optimierung der Reihenfolge des Abscheidens der dielektrischen Filme
und der lichtabsorbierenden Filme und der Dicken dieser Filme, welche
die Schichtstruktur bilden, kann die eingangs beschriebene Konstruktion
ohne weiteres erhalten werden kann. Bei Durchführung der Wärmebehandlung wird die Durchlässigkeit überproportional
im Bereich der kurzen Wellenlängen
angehoben. Dadurch kann die anfängliche
Abweichung ausgelöscht
werden und als ein Ergebnis kann eine extrem flache Übertragungscharakteristik
im sichtbaren Wellenlängenbereich
erreicht werden.