JP2005062903A - Ｎｄフィルタ及びこれを用いた光量調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＮＤフィルタの基体材料となるプラスチックシートに蒸着膜を形成した時に、シート表面にシワが発生するのを防止することにより、可視光線の波長領域全体で均一な透過率が得られるようにしたＮＤフィルタを提供することである。
【解決手段】透明プラスチックシート１１からなる基体と、この基体表面に形成した蒸着膜１２，１３，１４とを有するＮＤフィルタ１０において、前記基体が可視光線透過率が９０％以上、濁度が０．５％以下の透明なノルボルネン系プラスチック樹脂材料からなっている。ノルボルネン系の樹脂材料は、熱収縮率が極めて小さいので、長時間高温にさらされてもシートの収縮を最小限に抑えることができ、これによりシート表面のシワの発生が防止される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プラスチック材料からなるシート状の基体と、この基体表面に蒸着膜を形成してなるＮＤフィルタ及びこれを用いた光量調整装置に関するものである。

従来、カメラやビデオカメラなどのレンズ光学系内で使用されている絞り装置、絞り兼用シャッタ装置等の光量調整装置では、小絞りの際における絞り羽根のハンチングや回折現象による解像力の低下などを防止するために、シート状のＮＤフィルタ（Ｎｅｕｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｆｉｌｔｅｒ）が用いられている。また、カメラの高解像度化や小型化にともない、単に一様な光透過率を有するＮＤフィルタを配設しただけでは、絞り開口内にフィルタが進入していく際の急激な光量変化により回折現象が十分に防止できない場合があり、ＮＤフィルタの光透過率を段階的に変化させたものも提案されている。

上記ＮＤフィルタは、レンズ光学系内で移動可能に配設されるため薄くて軽い材料である必要があり、また絞り開口に適応した任意の形状にプレス加工し易いように、プラスチックシートが使われることが多い。この種のＮＤフィルタは、プラスチック材料に有機色素や顔料を混入してシート状に成形し光学的フィルタ特性を持たせたものと、透明プラスチック材料の表面に蒸着膜を形成し、この蒸着膜に光学的フィルタ特性を持たせるようにしたものがある。特に、後者のＮＤフィルタは、蒸着膜層の組み合わせによりフィルタ表面での光の反射防止効果が得られるため、レンズ光学系内でのゴースト低減効果があることや、光透過率の異なる領域を段階的に設けたフィルタを作ることができ、急激な透過率変化を生じることなく透過率を下げられるため、より回折現象防止のために有効である。

ところで、シート表面に蒸着膜を形成するＮＤフィルタの製造は、所定の大きさの透明プラスチックシートを真空蒸着槽内に固定し、真空蒸着法、イオンプレーティング法あるいはスパッタリング法などでシート表面に蒸着膜を形成する方法が一般的であるが、プラスチックシートのカールを防止するために真空蒸着槽内に配置されたプラスチックシートの外周部を金属板で押さえたり、ＮＤフィルタ対応した形状の開口部が多数設けられたマスク板でプラスチックシートの全面を押さえ付けた状態で蒸着が行なわれる。一方、プラスチックシートは熱の影響を受け易いので、真空蒸着槽内の温度はできるだけ低く抑えられるが、蒸着材料を電子銃で加熱融解する際の温度上昇や、蒸着膜を確実に付着させて所定の光透過率が得られるようにプラスチックシートを加熱する際の温度上昇などによって、プラスチックシート自体が約１２０℃程度まで上がってしまう。

従来、この種のＮＤフィルタとして用いられているプラスチックシートとしては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）又はＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）が知られている（特開平１０−１３３２５３号公報参照）が、これらの材料はガラス転移温度が約７０℃と低い。そのために、図８に示したように、ＰＥＴやＰＥＮからなるプラスチックシート１をマスク板２の開口部３の周囲で押え付け、その状態で１２０℃程度に加熱した場合には、プラスチックシート１の伸縮変形によって開口部３の周囲にシワ４を引き起こす原因となり、ＮＤフィルタとして使用したときに光の屈折に影響を与えるおそれがあった。
特開平１０−１３３２５３号公報

そこで、本発明の目的は、ガラス転移温度の高いプラスチックシートを利用することで、蒸着時の加熱によるプラスチックシートの伸縮変形を抑え、シワの発生を防ぐようにしたＮＤフィルタ及びその製造方法、並びに得られたＮＤフィルタを組み込んだ絞り装置を提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明の請求項１に係るＮＤフィルタは、プラスチックシートからなる基体と、この基体表面に形成した蒸着膜とを有するＮＤフィルターにおいて、前記基体は可視光線透過率が９０％以上、濁度が０．５％以下の透明なノルボルネン系プラスチック樹脂材料からなことを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係るＮＤフィルタは、前記蒸着膜を前記基体表面で複数の領域に分かれ、それぞれの領域には積層数の異なる蒸着膜が形成されることで、それぞれの領域が異なる光透過率を有することを特徴としている。

また、本発明の請求項３に係る絞り装置は、プラスチックシートからなる基体と、この基体表面に形成した蒸着膜とをし、前記基体は可視光線透過率が９０％以上、濁度が０．５％以下の透明なノルボルネン系プラスチック樹脂材料からなるＮＤフィルターを用いている。

前記プラスチックシートからなる基体は可視光線透過率が９０％以上、濁度が０．５％以下の透明なノルボルネン系プラスチック樹脂材料からなり、ＮＤフィルタとしての条件を備えている上に、熱収縮率（熱収縮率＝０．１％以下／１５０℃３０分）が極めて小さいので、長時間高温にさらされてもシートの収縮を最小限に押さえることができ、これによりシート表面のシワの発生が防止される。また、シートと蒸着膜との収縮率の差も小さくなるので蒸着膜の剥離を同時に防止できることになる。

以下、添付図面に基づいて本発明に係るＮＤフィルタ及びその製造方法の実施形態を詳細に説明する。ここで、図１は透明プラスチックシートに積層された蒸着膜の構造を示す断面図、図２は真空蒸着装置の概要図、図３は固定治具に対する透明プラスチックシートとマスク板との位置関係を示す斜視図である。

図１に示したように、本発明の基体となる透明プラスチックシート１１は、その厚さが約２５〜２００μｍの範囲であり、好ましくは５０〜１００μｍの範囲である。２５μｍ以下では薄すぎて剛性が不足し、蒸着材料が脆い材料の誘電体材料を含むため、透明プラスチックシート１１の屈曲によって蒸着膜が剥がれ易くなるからである。一方、２００μｍ以上の厚さになると、濁度が増して光の散乱が多くなり、フィルタとして用いた時に光学系内でフレアの原因となるからである。

また、本発明の注目すべき点は、透明プラスチックシート１１の材料としてノルボルネン系樹脂又はノルボルネン系樹脂を含む材料を用いていることである。ノルボルネン系樹脂は、熱収縮率が極めて低い上に光学フィルタの用途に適した９０％以上の光透過率と、ヘイズ値が０．５％以下の濁度を有している。さらに、ノルボルネン系樹脂は、ガラス転移温度が１２０℃以上であり、真空蒸着装置内での透明プラスチックシート１１の加熱温度より高いので、その点でもシート表面のシワの発生を有効に防止することができる。

さらに、本発明の注目すべき点は、図１に示したように、本発明のＮＤフィルタ１０が、透明プラスチックシート１１の表面にクロメル膜１２と二酸化ケイ素膜（ＳｉＯ２）１３とを交互に積層し、最後に硬質のフッ化マグネシウム膜（ＭｇＦ２）１４を積層したことである。クロメル膜１２はニッケル９０％、クロム１０％の合金（クロメル）を蒸着材料とするもので、光吸収特性を備えた有色の蒸着膜として形成されるが、特に酸化されにくい性質を有しているので、真空蒸着工程で長時間高温にさらされる場合や、後述するように一連の蒸着工程の中で、透明プラスチックシート１１を何回も外気にさらすような場合にも膜の酸化を受けにくく、光学特性に悪影響を及ぼさない。

これらの蒸着膜は、真空蒸着法、イオンプレーティング法あるいはスパッタリング法によって形成されるが、それぞれの膜厚は概ね０．５〜１．０μｍ程度が好ましい。光透過率は膜厚や積層数によって調整することができる。なお、前記クロメル以外にもニッケルとクロムとの合金からクロメルと同じような特性を備えた蒸着膜を形成することができる。特に、ニッケルの比率が９０％以上の合金を使用することが望ましい。

二酸化ケイ素膜１３は反射防止機能を備えており、前記クロメル膜１２と交互に積層されることで可視波長域での反射を確実に防止できる。最上面に蒸着されるフッ化マグネシウム膜１４は硬質膜であり、ＮＤフィルタの表面硬度を確保している。

次に、図２に示した真空蒸着装置に基づいて本発明に係るＮＤフィルタの製造方法について説明する。この図に示された真空蒸着装置１５は真空ポンプ１６に接続された蒸着槽１７を備えている。蒸着槽１７の上部の空間には半球状の回転台１８が設けられ、この回転台１８の表面に被蒸着体１９が設置される。回転台１８の上方には被蒸着体１９を加熱するためのヒータ２０が配設されている。

一方、蒸着槽１７内の底面には蒸着材料が収容されたるつぼ２１と、その近傍に電子銃２２とが備えられている。るつぼ２１の上面には３個の凹所が設けられ、これら凹所に蒸着材料であるクロメル２３、二酸化ケイ素２４、フッ化マグネシウム２５がそれぞれ顆粒状で収容されている。

前記回転台１８に設置される被蒸着体１９は、図３に示したように、回転台１８の表面に直接固定される平板状の固定治具２６と、この固定治具２６と略同じ大きさに形成された前記の透明プラスチックシート１１と、この透明プラスチックシート１１を前記固定治具２６との間で挟み込むマスク板２７とで構成される。固定治具２６には対向する２箇所の隅部にボルト２８が立設される一方、透明プラスチックシート１１及びマスク板２７には前記ボルト２８に対応した位置に位置決め用の挿通孔２９，３０がそれぞれ設けられている。マスク板２７には一枚の透明プラスチックシート１１からＮＤフィルタを多数個取りできるように、ＮＤフィルタの形状に対応した略扇形状の開口部３１が縦横方向に多数設けられている。固定治具２６の上に透明プラスチックシート１１及びマスク板２７の順に載置し、ボルト２８にナット（図示せず）を締め付けることでマスク板２７が透明プラスチックシート１１に密着した状態で固定される。なお、前記マスク板２７が金属板によって形成されている場合には、その重みで透明プラスチックシート１１の上に載せるだけで密着させることができるが、上記のようにボルト・ナットで固定したり、押圧用のバネを別途使用したり、更には固定治具２６とマスク板２７とを磁石で吸着することで、より一層密着性を増すことができる。このように、マスク板２７を透明プラスチックシート１１に密着させることで、開口部３１の周縁での蒸着膜の滲みを確実になくすことができる。

上記のようにして準備した被蒸着体１９を前記回転台１８にセットしたのち蒸着槽１７内を密閉し、真空ポンプ１６によって真空引きを行なう。このとき同時にヒータ２０によって内部温度を上げていき、被蒸着体１９の透明プラスチックシート１１を約１２０℃に加熱制御する。蒸着槽１７内部の真空度が所定のレベルに到達したら、電子銃２２から発した電子ビーム３２によって蒸着材料であるクロメル２３と二酸化ケイ素２４を交互に加熱融解して被蒸着体１９に蒸着する。そして、何回か繰り返した後、最後にフッ化マグネシウム２５を加熱融解して蒸着する。被蒸着体１９に位置決めされた透明プラスチックシート１１にはマスク板２７の開口部３１を通した領域だけに上記の蒸着材料が図１に示したような順序で積層される。

図４は上記のようにして得られたＮＤフィルタ１０の光学特性を示したものであり、図４（ａ）は蒸着膜の透過率と波長との関係を示すグラフ、図４（ｂ）は表面反射率と波長との関係を示すグラフである。測定は上記ＮＤフィルタ１０を作る際に、同時に膜形成されたモニタ用のサンプルを使用した。図４（ａ）によれば、波長が４００〜７００ｎｍの範囲において透過率はほぼ３０％で一定の値を示し、波長の違いによるばらつきがほとんどない。また、図４（ｂ）によれば、波長が４００〜７００ｎｍの範囲において表面反射率は２％以下と極めて低い値であり、実用上は全く問題とならないとの結果を得た。

図５は光透過率の異なる３つの領域を備えたＮＤフィルタが多数形成された透明プラスチックシート１１を示したものである。図５に示したように、蒸着膜が形成された部分をプレス加工等で打ち抜いてＮＤフィルタ１０が完成する。このＮＤフィルタ１０には光透過率の異なる３つの領域１０ａ，１０ｂ，１０ｃが形成されるが、これは例えば図６に示すような３種類のマスク板２７ａ，２７ｂ，２７ｃを使用することで形成することができる。即ち、第１のマスク板２７ａには３つの領域１０ａ，１０ｂ，１０ｃに対応する開口部３１ａが設けられ、第２のマスク板２７ｂには第２領域１０ｂ及び第３領域１０ｃに対応する開口部３１ｂが設けられ、第３のマスク板２７ｃには第３領域１０ｃに対応する開口部３１ｃが設けられている。そして、第１のマスク板２７ａを用いた第１回目の蒸着工程で全体領域１０ａ，１０ｂ，１０ｃを蒸着し、第２のマスク板２７ｂを用いた第２回目の蒸着工程で第２および第３領域１０ｂ，１０ｃを蒸着し、第３のマスク板２７ｃを用いた第３回目の蒸着工程で第３領域１０ｃのみを蒸着することで、それぞれの領域の蒸着膜の積層数が異なり、結果的に光透過率が段階的に異なる複数の領域を形成することができることになる。

上記のように、光透過率が段階的に異なる領域を有するＮＤフィルタを製造する場合には、上述した三種類のマスク板２７ａ，２７ｂ，２７ｃを蒸着工程の途中で交換する必要があり、その都度蒸着槽１７を開けて被蒸着体１９を外部に取り出してマスクを交換するため外気に触れることになるが、上述したように、クロメル膜１２は酸化されにくい性質を備えているので、蒸着膜は酸化作用をほとんど受けることがない。そのために、ＮＤフィルタの光学特性にもほとんど影響を及ぼすことがなく、図４に示したのと同じような特性を示す。

図７は、上述のＮＤフィルタ１０が組み込まれた絞り装置の一例を示したものであり、小型のビデオカメラやデジタルカメラ等に搭載される露光調整用の絞り装置について説明する。この絞り装置は、ベース部材４０、アーム４１、第１絞り羽根４２、第２絞り羽根４３、一対のマグネット４４、駆動コイルと制動コイルからなる励磁用の導電コイル４５、駆動コイルと制動コイルを外部装置と電気的に接続するための電極端子４６、その他マグネットの移動位置を捕らえ絞りの開口量を検知するための磁気センサ（図示せず）等で構成され、前記ベース部材３０の底面中央部には露光孔４７が設けられ、左右両側には前記絞り羽根４２，４３のスライドをガイドするガイドピン４８が数箇所に設けられている。

前記第１絞り羽根４２及び第２絞り羽根４３にはガイドピン４８が挿入されるガイドされる長溝４９と、前記露光孔４７と略同一形状の絞り開口部５０とが形成されている。そして、この絞り開口部５０の一部に被さるように、本発明のＮＤフィルタ１０がスライド可能に配設されている。そして、前記第１絞り羽根４２及び第２絞り羽根４３を互いにスライド移動させることによって露光孔４７を通過する光量を調整できると共に、小絞りの際には前記ＮＤフィルタ１０を露光孔４７側にスライドさせることで露光孔４７の光透過率を微調整することができる。

本発明のＮＤフィルタは絞り装置に利用可能である。

本発明に係るＮＤフィルタの構造を示す断面図である。 本発明のＮＤフィルタを製造するための真空蒸着装置の概要図である。 固定治具に対する透明プラスチックシートとマスク板との位置関係を示す斜視図である。 本発明に係るＮＤフィルタの光学特性を示しグラフである。 光透過率の異なる領域を備えたＮＤフィルタと、このＮＤフィルタが多数形成された透明プラスチックシートを示す斜視図である。 図５に示したＮＤフィルタを製造するための開口形状が異なる３種類のマスク板を示す説明図である。 本発明に係るＮＤフィルタを組み込んだ絞り装置の一実施例を示す斜視図である。

符号の説明

１０ ＮＤフィルタ
１１ 透明プラスチックシート
１２ クロメル膜
１３ 二酸化ケイ素膜
１４ フッ化マグネシウム膜
１５ 真空蒸着装置
１７ 蒸着槽

Claims (3)

1. プラスチックシートからなる基体と、この基体表面に形成した蒸着膜とを有するＮＤフィルターにおいて、
   前記基体は可視光線透過率が９０％以上、濁度が０．５％以下の透明なノルボルネン系プラスチック樹脂材料からなことを特徴とするＮＤフィルタ。
2. 前記蒸着膜は前記基体表面が複数の領域に分かれ、それぞれの領域には積層数の異なる蒸着膜が形成されることで、それぞれの領域が異なる光透過率を有する請求項１に記載のＮＤフィルタ。
3. プラスチックシートからなる基体と、この基体表面に形成した蒸着膜とを有するＮＤフィルターを用いた絞り装置において、
   前記基体は可視光線透過率が９０％以上、濁度が０．５％以下の透明なノルボルネン系プラスチック樹脂材料からなことを特徴とする絞り装置。