JP2010128258A

JP2010128258A - 吸収型多層膜ｎｄフィルター及びその製造装置

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Publication number: JP2010128258A
Application number: JP2008303844A
Authority: JP
Inventors: Hideharu Ogami; 秀晴大上
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2008-11-28
Filing date: 2008-11-28
Publication date: 2010-06-10

Abstract

【課題】グラデーション濃度分布を有する吸収型多層膜ＮＤフィルターについて、光が透過する位置により平均透過率が変化しても分光透過特性の形状変化を最小限に抑えることができる吸収型多層膜ＮＤフィルターを提供する。
【解決手段】樹脂フィルム基板の少なくとも片面に酸化物誘電体膜層と金属吸収膜層が交互に積層されてなる吸収型多層膜を具備し、光軸中心から離れるにつれて透過率が徐々に低くなるグラデーション濃度分布を有しており、金属吸収膜層が膜厚分布を有すると同時に、酸化物誘電体膜層は該金属吸収膜層の膜厚分布に対し反対の膜厚分布を有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、波長４００〜７００ｎｍの透過光を減衰させる吸収型多層膜ＮＤフィルターに係り、特に光軸中心から離れるにつれて透過率が徐々に低くなるグラデーション濃度分布を有する吸収型多層膜ＮＤフィルターに関する。

最近、多層薄膜で構成された吸収型多層膜ＮＤフィルター（Neutral Density
Filter）が、デジタルカメラやビデオカメラなどの分野で多く用いられるようになっている。この種のＮＤフィルターには、入射光を反射して減衰させる反射型ＮＤフィルターと、入射光を吸収して減衰させる吸収型ＮＤフィルターとが知られている。

また、反射光が問題となるレンズ光学系に組み込む場合には一般に吸収型ＮＤフィルターが用いられ、この吸収型ＮＤフィルターには、基板自体に吸収物質を混ぜたタイプ（色ガラスＮＤフィルター）や吸収物質を塗布するタイプと、基板自体に吸収はなく、基板表面に形成された薄膜に吸収があるタイプとが存在する。後者の場合、薄膜表面の反射を防ぐために薄膜を多層膜で構成し、透過光を減衰させる機能と共に、反射防止の効果を持たせた吸収型多層膜ＮＤフィルターも知られている。

ところで、小型で薄型のデジタルカメラに用いられる吸収型多層膜ＮＤフィルターにおいては、組込みスペースが狭いことから基板自体を薄くする必要があり、樹脂フィルムが最適な基板とされている。そして、この種の吸収型多層膜ＮＤフィルターとして、特許文献１には、ＳｉＯ_２などの酸化物誘電体膜層とＮｉなどの金属吸収膜層とを交互に積層した吸収型多層膜を備える吸収型多層膜ＮＤフィルターが開示されている。

他方、動画を撮影するビデオカメラでは入射光量が逐次変化するため、ビデオカメラに用いられるＮＤフィルターには入射光量に応じて透過光量を可変にできる機能が求められている。そして、このような要望に対応するには、光軸中心から半径方向に徐々に透過率が低くなるグラデーション濃度分布を有するＮＤフィルターが必要となり、グラデーション濃度分布を有するＮＤフィルターを差異的な透過光量になる濃度位置まで移動させて使用することにより解決することができる。

即ち、入射光量が高いときにはＮＤフィルターの濃度の濃い部分（透過率が低い部分）を光軸上に移動させて使用し、逆に入射光量が低いときにはＮＤフィルターの濃度の薄い部分（透過率が高い部分）を光軸上に移動させて使用する。そして、ビデオカメラに入射する光量は常に変化しているため、グラデーション濃度分布を有するＮＤフィルターはその半径方向に亘って常に移動していることになる。

このようなグラデーション濃度分布を有するＮＤフィルターを製造するには、概略二つの方法が知られている。例えば、特許文献２及び特許文献３に記載されているように、金属吸収膜成膜時にマスク等の遮蔽手段を用いて膜厚分布を発生させる方法、あるいは特許文献４に記載されているように、金属吸収膜成膜中の酸素分圧を制御して消衰係数に分布を発生させる方法がある。尚、これらの方法は、いずれも金属吸収膜を成膜する際に、その金属吸収膜の膜厚の分布や消衰係数の分布をつけてグラデーション濃度分布を施すものである。

しかし、上記特許文献２及び特許文献３に記載されたマスク等の遮蔽手段を用いる方法は、複雑なマスクや動作機構が必要となり、またマスク等遮蔽手段の存在により良質な金属吸収膜が得られ難いなどの問題があった。また、金属吸収膜の膜厚変化に伴い、吸収型多層膜ＮＤフィルターを構成する多層膜全体の膜厚も減少してしまうため、分光透過特性カーブの形状までもが変化してしまうという欠点があった。

一方、上記特許文献４に記載された成膜中の酸素分圧を制御して金属吸収膜の消衰係数に分布を発生させる方法では、樹脂フィルム基板から発生するガスの影響を受け易いことから再現性の維持が難しく、しかも排気ポンプの能力が経時的に低下し易いという問題を有していた。

特開２００６−１７８３９５号公報特開２００３−３２２７０９号公報特開２００８−００８９７５号公報特開２００４−２１２４６２号公報

本発明は、上記した従来の問題点に着目してなされたものであり、グラデーション濃度分布を有する吸収型多層膜ＮＤフィルターについて、光が透過する位置により平均透過率が変化しても分光透過特性の形状変化を最小限に抑えることができる吸収型多層膜ＮＤフィルターを提供すること、並びに、その吸収型多層膜ＮＤフィルターを再現性よく且つ安定して製造するための製造装置を提供することを目的とするものである。

本発明者は、上記目的を達成するため鋭意研究を行った結果、グラデーション濃度分布を有する吸収型多層膜ＮＤフィルターにおいて、金属吸収膜層のみならず酸化物誘電体膜層の膜厚にも変化をつけた膜構造とすることによって、光が透過する位置により平均透過率が変化しても分光透過特性の形状変化が最小限になることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。

即ち、本発明が提供する吸収型多層膜ＮＤフィルターは、樹脂フィルム基板の少なくとも片面に酸化物誘電体膜層と金属吸収膜層が交互に積層されてなる吸収型多層膜を具備し、且つ光軸中心から離れるにつれて透過率が徐々に低くなるグラデーション濃度分布を有している吸収型多層膜ＮＤフィルターであって、金属吸収膜層が膜厚分布を有すると同時に、酸化物誘電体膜層は該金属吸収膜層の膜厚分布に対し反対の膜厚分布を有し、該金属吸収膜層の最大膜厚における全体透過率が３.１％以上であることを特徴とする。

上記本発明の吸収型多層膜ＮＤフィルターにおいては、分光透過特性における最低透過率の波長が４９０ｎｍから５２０ｎｍの間にあること、また、前記金属吸収膜層の最大膜厚における全体透過率が３.１％以上であることが好ましい。更に、前記金属吸収膜層がＮｉあるいはＮｉ合金であること、及び／又は、前記酸化物誘電体膜層がＳｉを主成分とするＳｉＯｘ（ただし、１.８≦ｘ≦２.０）であることが好ましい。

また、本発明が提供する吸収型多層膜ＮＤフィルターの製造装置は、樹脂フィルム基板の少なくとも片面に酸化物誘電体膜層と金属吸収膜層が交互に積層されてなる吸収型多層膜を具備し、且つ光軸中心から離れるにつれて透過率が徐々に低くなるグラデーション濃度分布を有している吸収型多層膜ＮＤフィルターの製造装置であって、
スパッタリング室内に、帯状樹脂フィルム基板の巻取りと巻出しをする第１ロール及び第２ロールと、第１ロールと第２ロールの間に設けられ帯状樹脂フィルム基板を外周面に沿わせて移動させるキャンロールと、酸化物誘電体膜層の成膜用ターゲットを備えた第１カソードと、金属吸収膜層の成膜用ターゲットを備えた第２カソードと、前記キャンロールと第１カソードの間に酸化物誘電体膜層に膜厚分布を施す第１遮蔽マスクと、該キャンロールと第２カソードの間に金属吸収膜層に該酸化物誘電体膜層とは反対の膜厚分布を施す第２遮蔽マスクとを備えており、樹脂フィルム基板を移動させながら所定の膜厚分布を有する酸化物誘電体膜層の成膜を行なった後、樹脂フルム基板の移動方向を反転させて、該酸化物誘電体膜層とは反対の膜厚分布を有する金属吸収膜層を成膜することを特徴とするものである。

上記本発明の吸収型多層膜ＮＤフィルターの製造装置において、前記酸化物誘電体膜層に膜厚分布を施す第１遮蔽マスクは、中央部に帯状樹脂フィルム基板の移動方向に平行な矩形状の開口部を有し、且つ前記金属吸収膜層に酸化物誘電体膜層とは反対の膜厚分布を施す第２遮蔽マスクは、中央部に帯状樹脂フィルム基板の移動方向に平行な矩形状の遮蔽部を有することが好ましい。

本発明によれば、光が透過する位置が変わっても透過率最小波長がほとんど変化しない、即ち平均透過率が変化しても分光透過特性がほとんど変化しない吸収型多層膜ＮＤフィルターを提供することができる。従って、本発明の吸収型多層膜ＮＤフィルターは、入射光量に応じて透過光量を適正に変えることができるため、デジタルビデオカメラを初めとする動画撮影機器に搭載することにより、撮影画像の色調に与える影響を極めて小さくすることが可能である。

本発明による吸収型多層膜ＮＤフィルターの膜構造を、従来の吸収型多層膜ＮＤフィルターの膜構造と対比して説明する。まず、金属吸収膜層がＮｉ合金膜層で且つ酸化物誘電体膜層がＳｉＯｘ（ただし、１.８≦ｘ≦２.０）膜層である場合を例にして、従来の吸収型多層膜ＮＤフィルターにおける膜構造の断面図を図１に、及び本発明の吸収型多層膜ＮＤフィルターの膜構造を図２に示す。尚、図１及び図２では、Ｎｉ合金膜層の膜厚が０ｎｍの位置を原点（０ｍｍ）とし、その膜厚が変化している部分（ＮＤフィルターとなる部分）の位置Ｘを矢印で示している。

この図１に示すように、グラデーション濃度分布を有する従来の吸収型多層膜ＮＤフィルターでは、Ｎｉ合金膜層の膜厚が原点Ｘから離れるに従って徐々に増加する膜厚分布を有するが、ＳｉＯｘ膜層の膜厚分布は常に一定である。これに対して、図２に示す本発明の吸収型多層膜ＮＤフィルターでは、Ｎｉ合金膜層が原点Ｘから離れるに従って徐々に増加する膜厚分布を有すると共に、ＳｉＯｘ膜層も膜厚分布を有し、且つＳｉＯｘ膜層の膜厚分布はＮｉ合金膜層の膜厚分布に対して反対の膜厚分布となっている。

更に具体的に説明すると、グラデーション濃度分布を有する吸収型多層膜ＮＤフィルターとして、波長４００〜７００ｎｍにおける平均透過率が１２.５％の吸収型多層膜ＮＤフィルターの膜構造を下記表１のとおり設計した。

上記のごとく設計された吸収型多層膜ＮＤフィルターの膜構造の膜厚分布は、従来の吸収型多層膜ＮＤフィルターでは図３に示すとおりであるのに対し、本発明の吸収型多層膜ＮＤフィルターでは図４に示すようになる。この図４に示すように、吸収膜層であるＮｉ合金膜層の膜厚を徐々に厚くすると同時に、酸化物誘電体膜層であるＳｉＯｘ膜層の膜厚は上記Ｎｉ合金膜層と反対に徐々に薄くすることで、本発明のグラデーション濃度分布を有する吸収型多層膜ＮＤフィルターを得ることができる。

上記した従来のグラデーション濃度分布を有する吸収型多層膜ＮＤフィルターの分光透過特性を図５に示す。この分光透過特性の形状は、位置Ｘが大きくなるに伴い、透過率最小波長が徐々に長波長側へシフトしている。即ち、平均透過率が変化すると光透過特性が変化しているので、撮影画像の色調に影響を与える懸念がある。

一方、本発明のグラデーション濃度分布を有する吸収型多層膜ＮＤフィルターの分光透過特性を図６に示す。この図６から分るように、本発明のよる分光透過特性の形状は、位置Ｘが大きくなっても、透過率最小波長がほとんど変化していない。即ち、平均透過率が変化しても、分光透過特性がほとんど変化していないので、撮影画像の色調に対する影響が極めて小さいことが推定できる。

本発明のグラデーション濃度分布を有する吸収型多層膜ＮＤフィルターの最低透過率波長の変化する範囲は波長４９０から５２０ｎｍであり、可視波長域の中央の５５０ｎｍ付近でなく、短波長側へ寄っているのは、本発明の吸収型多層膜ＮＤフィルターの分光透過特性の傾きが短波長側は大きく、長波長側が小さく波長に対して左右（短波長側と長波長側）対称の形状ではないからある。本発明の吸収型多層膜ＮＤフィルターは片面の光学的膜厚の合計が使用波長λのほぼ１／４であり、このような構成の光学薄膜の分光光学特性は、波長に対して左右（短波長側と長波長側）対称ではなく、波数（１／波長）に対して左右対称である。従って、波長４００ｎｍと７００ｎｍの波数における中心は約５０９ｎｍ付近になるため、適切な最低透過率波長域も短波長側に寄っている。

ここで、本発明のグラデーション濃度分布を有する吸収型多層膜ＮＤフィルターの最低透過率波長の変化する範囲は波長４９０から５２０ｎｍの間の３０ｎｍであっても、撮影画像の色調に与える影響は極めて少ない。一方、従来の膜構造のグラデーション濃度分布を有する吸収型多層膜ＮＤフィルターの最低透過率波長の変化する範囲は波長４６０から５２０ｎｍの間の６０ｎｍもあり、撮影画像の色調に影響を与えてしまうことが予測される。

また、本発明のグラデーション濃度分布を有する吸収型多層膜ＮＤフィルターにおいては、金属吸収膜層の最大膜厚における全体透過率が３.１％以上であることが好ましい。表１に示す膜構造で、平均透過率１２.５％の多層膜ＮＤフィルターのＮｉ膜層膜厚は７ｎｍであり、その半分の平均透過率６.３％の多層膜ＮＤフィルターのＮｉ膜層膜厚は９.８ｎｍになり、更にその半分の３.１％の多層膜ＮＤフィルターのＮｉ膜層膜厚は１２.５ｎｍになる。従って、平均透過率３.１％は入射光の１／３２が透過することとなり、一般的にはここまで入射光量を減衰できればデジタルカメラへの適用は十分であると言われている。

次に、本発明による吸収型多層膜ＮＤフィルターの製造装置は、基板となる樹脂フィルムをロール状態のまま成膜することが可能なスパッタリングロールコータを採用して、金属吸収膜層形成用及び酸化物誘電体膜形成用の各スパッタリングターゲットの前面にそれぞれ遮蔽マスクを配置することにより、金属吸収膜層に膜厚分布を施すと共に、酸化物誘電体膜層には金属吸収膜層とは反対の膜厚分布を形成するものである。

本発明による吸収型多層膜ＮＤフィルターの製造装置は、例えば図７に示すように、スパッタリング室１内に、帯状樹脂フィルム基板２の巻取りと巻出しをする第１ロール３ａ及び第２ロール３ｂと、第１ロール３ａと第２ロール３ｂの間に設けられ、帯状樹脂フィルム基板２を外周面に沿わせて移動させるキャンロール４と、酸化物誘電体膜層の成膜用ターゲットを備えた第１カソード５と、金属吸収膜層の成膜用ターゲットとを備えた第２カソード６とを具備するスパッタリングロールコータである。

上記キャンロール４と第１カソード５の間には、酸化物誘電体膜層に膜厚分布を施すための第１遮蔽マスク７が設けてある。また、上記キャンロール４と第２カソード６の間には、金属吸収膜層に上記酸化物誘電体膜層とは反対の膜厚分布を施すための第２遮蔽マスク８を備えている。尚、酸化物誘電体膜層及び金属吸収膜層の成膜には、公知のスパッタリング法を用いることができる。例えば、マグネトロンスパッタリング法の場合、第１カソード及び第２カソードはスパッタリングターゲットを備え、イオンビームスパッタリング法の場合には第１カソード及び第２カソードはパッタリングターゲットと共にイオンビーム発生装置を備えている。

そして、第１ロール３ａと第２ロール３ｂの間で樹脂フィルム基板２を移動させながら、第１カソード５と第１遮蔽マスク７を用いて所定の膜厚分布を有する酸化物誘電体膜層を成膜する。その後、樹脂フルム基板２の移動方向を反転させて、樹脂フィルム基板２を逆方向に移動させながら、第２カソード６と第２遮蔽マスク８を用いて酸化物誘電体膜層とは反対の膜厚分布を有する金属吸収膜層を成膜する。この一連の工程を繰り返すことにより、それぞれ膜厚分布を有する酸化物誘電体膜層と金属吸収膜層が交互に積層された吸収型多層膜を形成することができる。

金属吸収膜層を成膜するためのスパッタリングターゲットには、ＮｉあるいはＮｉ合金のターゲットがある。尚、Ｎｉ合金としては、Ｎｉ−Ｔｉ（Ｔｉ量：８ｗｔ％）のほか、Ａｌ、Ｖ、Ｗ、Ｔａ、Ｓｉから選ばれた１種類以上の元素を添加したものがある。また、酸化物誘電体膜層であるＳｉＯｘ（ただし、１.８≦ｘ≦２.０）を成膜するためのターゲットには、Ｓｉ又はＳｉＣターゲットを用いることができる。尚、酸化物誘電体膜層にはＳｉＯｘ膜層が最も好ましいが、ＳｉＯｘ膜層に代えてＡｌ_２Ｏ_３も使用することができる。また、光学特性の波長依存性を改善するためにＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_３、Ｔａ_２Ｏ_５、ＨｆＯ_２、ＺｒＯ_２を添加することも可能である。

上記金属吸収膜層を成膜するためのスパッタリングターゲット、例えばＮｉ合金ターゲットは、アルゴンガスを導入するマグネトロンスパッタリングあるいはイオンビームスパッタリングにより成膜することが好ましい。一方、酸化物誘電体膜層を成膜するためのスパッタリングターゲット、例えばＳｉＯｘ膜層を成膜するためのＳｉ又はＳｉＣターゲットは、アルゴンガスを導入するデュアルマグネトロンスパッタリングにより成膜するか、Ｓｉ又はＳｉＣターゲットからＳｉＯｘ膜層を成膜するためにインピーダンスモニター（例えば、ボンアルデンヌ社製プラズマエミッションモニター）により酸素導入量を制御して成膜することができる。

ここで、ＳｉＯｘ膜層に含まれる酸素量を１.８≦ｘ≦２.０の範囲で調整するのは、波長４００〜７００ｎｍにおける平均透過率（＝（最大透過率−最小透過率）／平均透過率）を改善するためである。成膜中の酸素導入量を多くするほどｘは大きくなり、可視波長域（４００〜７００ｎｍ）の短波長側の透過率が増加する傾向がある。一方、成膜中の酸素導入量を少なくするほどｘは小さくなり、可視波長域（４００〜７００ｎｍ）の短波長側の透過率が減少する傾向がある。

本発明の膜構造の吸収型多層膜ＮＤフィルターにおいて、Ｎｉ合金膜厚が厚く平均透過率が低い領域は可視波長域の短波長側の透過率が長波長側より高く、Ｎｉ合金膜厚が薄く平均透過率が高い領域は可視波長域の短波長側の透過率が長波長側より低い傾向にある。そこで、グラデーション濃度分布範囲の透過率の低い領域の透過率平坦性を重視するならば、成膜中の酸素導入量は少なくして短波長側の透過率を減少させた方が好ましく、逆に透過率の高い領域の透過率平坦性を重視するならば、成膜中の酸素導入量は多くして短波長側の透過率を減少させない方が好ましい。しかし、ＳｉＯｘの酸素量ｘは最大２.０までが限界であり、ｘを１.８よりも少なくすると透過率が低い範囲においても短波長側の透過率が減少し過ぎてしまう。

吸収型多層膜ＮＤフィルターに用いる樹脂フィルム基板については、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリオレフィン（ＰＯ）、ノルボルネンの樹脂材料から選択される樹脂フィルム単体、あるいは、これ等の樹脂フィルム単体の片面又は両面にアクリル系有機膜を設けた複合体を好適に使用することができる。特に、ノルボルネンの樹脂材料については、代表的なものとして日本ゼオン社のゼオノア（商品名）やＪＳＲ社のアートン（商品名）等が挙げられる。

上記樹脂フィルム基板の厚さは、５０〜１００μｍであることが好ましい。樹脂フィルム基板の厚さが５０μｍ未満であると、スパッタリング成膜の熱負荷に耐えることができずに、シワやウネリが発生するからである。また、樹脂フィルム基板の厚さが１００μｍを越えると、フィルムが厚すぎるために省スペースに組み込めないばかりか、成膜の際にフィルムを移動させるために大きな駆動力を必要とするため好ましくない。

次に、本発明による吸収型多層膜ＮＤフィルターの製造方法について、図７を参照して説明する。ここでは、金属吸収膜層を成膜するためのスパッタリングターゲットとしてＮｉ合金ターゲットを用い、酸化物誘電体膜層であるＳｉＯｘ膜層を成膜するためのスパッタリングターゲットとしてＳｉＣターゲットを用いた場合を例に挙げて、吸収型多層膜の成膜手順を具体的に説明する。

まず、図７の製造装置のスパッタリング室１を、１×１０^−４Ｐａ程度まで排気する。そして、第１ロール３ａから帯状樹脂フィルム基板２を巻出し、水冷されたキャンロール４を経て第２ロール３ｂに巻取る方向（正転方向）に搬送する。その際、フィルム搬送速度を、例えば１〜５ｍ／ｍｉｎ程度に調整する。その状態で、キャンロール４上で帯状フィルム基板８にＳｉＯｘ膜層を成膜する。

即ち、ＳｉＣターゲットが取付けられた第１カソード５を用い、アルゴンガスを導入した雰囲気中において、インピーダンスモニターにより酸素導入量を制御しながら、マグネトロンスパッタリングを行なうことにより酸化物誘電体膜層であるＳｉＯｘ膜層を成膜する。キャンロール４と第１カソード５の間には第１遮蔽マスク７が設置してあり、ＳｉＯｘ膜層に所定の膜厚分布、即ち後述するＮｉ合金膜層と反対の膜厚分布を施すようになっている。

次に、第２ロール３ｂに巻取られた帯状樹脂フィルム基板２を巻出し、キャンロール４を経て第１ロール３ａに巻取る方向（逆転方向）に搬送する。そして、Ｎｉ合金ターゲットが取付けられた第２カソード６を使用し、アルゴンガスを導入した雰囲気中にてマグネトロンスパッタリングを行って、キャンロール４上にて帯状フィルム基板８に金属吸収膜層であるＮｉ合金膜層を成膜する。キャンロール４と第２カソード６の間には第２遮蔽マスク８が設置してあり、後述するようにＮｉ合金膜層に所定の膜厚分布を施すようになっている。

以後、上記と同様に帯状樹脂フィルム基板２を正転方向及び逆転方向の順に搬送しながら、それぞれ所定の膜厚分布を有するＳｉＯｘ膜層とＮｉ合金膜層の成膜を繰り返し、酸化物誘電体膜層と金属吸収膜層が必要な層数だけ積層された吸収型多層膜を形成する。

また、必要に応じて、上記のごとく片面の成膜が完了した帯状樹脂フィルム基板２を取り出し、表裏を反転させて第１ロール３ａにセットし直した後、上記の工程を繰り返すことによって、帯状樹脂フィルム基板２の他面にも、それぞれ所定の膜厚分布を有する酸化物誘電体膜層であるＳｉＯｘ膜層と金属吸収膜層であるＮｉ合金膜層を成膜することができる。

上記のごとく片面又は表裏両面に吸収型多層膜が形成された帯状樹脂フィルム基板２は、スパッタリング室１から取り出し、不要な部分を切断除去しることにより、本発明の吸収型多層膜ＮＤフィルター（例えば図２の一Ｘを示す矢印の部分）を得ることができる。

上述したように、一般的なスパッタリング法などの成膜方法では樹脂フィルム基板上に直接遮蔽マスクを取付けるため、酸化物誘電体膜層と金属吸収膜層の両方がほぼ同じ膜厚分布になってしまう。ところが、本発明によれば、スパッタリングロールコータを用いて帯状樹脂フィルム基板をロール状態にセットして連続的に搬送して成膜するため、スパッタリングターゲット前面に遮蔽マスクを配置することが可能であり、酸化物誘電体膜層と金属吸収膜層のそれぞれに膜厚分布をつけることができる。

次に、本発明の吸収型多層膜ＮＤフィルターの製造装置で用いる遮蔽マスクについて具体的に説明する。金属吸収膜層に膜厚分布を施す第２遮蔽マスクの具体例を図８に、及び酸化物誘電体膜層に上記金属吸収膜層と反対の膜厚分布を施す第１遮蔽マスクの具体例を図９に示す。

図８（ａ）に示すように、金属吸収膜層に膜厚分布を施す第２遮蔽マスク８は、その中央部に樹脂フィルム基板２の移動方向と平行に、矩形状の遮蔽部分８ａを有している。この矩形状の遮蔽部分８ａは、図８（ａ）の点線部分を拡大した図８（ｂ）から分るように断面が台形状をなし、樹脂フィルム基板２側の幅が広くなるように加工されている。

このような形状の遮蔽部分８ａを有する第２遮蔽マスク８を用いることによって、樹脂フィルム基板２に形成される金属吸収膜層（例えばＮｉ合金膜層）の膜厚を、吸収型多層膜ＮＤフィルターとなる位置Ｘの範囲（金属吸収膜層膜厚ゼロ位置から最大膜厚までの間の範囲）において、遮蔽部分８ａの中心に近いほど薄くなるように制御することができる。

一方、図９（ａ）に示すように、酸化物誘電体膜層に膜厚分布を施す第１遮蔽マスク７は、その中央部に樹脂フィルム基板２の移動方向と平行に、矩形状の開口部７ａを有している。この矩形状の開口部７ａは、図９（ａ）の点線部分を拡大した図９（ｂ）から分るように、開口部７ａの端部断面が開口部７ａの中心に向かって薄くなるように加工されている。

このような形状の遮蔽部分７ａを有する第１遮蔽マスク７により、樹脂フィルム基板２に形成される酸化物誘電体膜層（例えばＳｉＯｘ膜層）の膜厚を、吸収型多層膜ＮＤフィルターとなる位置Ｘの範囲において、開口部７ａの直下が最大となり且つ外側に行くほど徐々に薄くなるように、即ち上記金属吸収膜層とは反対の膜厚分布に制御することができる。

尚、上記した第１遮蔽マスク７の開口部分７ａと第２遮蔽マスク８の遮蔽部８ａとは、搬送される帯状樹脂フィルム基板２の幅方向においてほぼ同位置になっていることが必要である。

また、該金属合金ターゲット前面と酸化物誘電体膜用ターゲット前面の遮蔽マスクは、図８（ｂ）及び図９（ｂ）にあるように、樹脂フィルム基板と遮蔽マスクの間隔によってグラデーション濃度分布範囲を調整することができる。両者の間隔を離せばグラデーション濃度分布範囲が広くなり、この間隔を狭くすればグラデーション濃度分布範囲も狭くすることができる。

更に、図８（ｂ）及び図９（ｂ）に示すように、１組の遮蔽マスク（金属合金ターゲット前面の遮蔽マスクと酸化物誘電体膜用ターゲット前面の遮蔽マスク）の両側にグラデーション濃度分布を有する範囲が得られるわけであり、遮蔽マスクをＮ組配置すれば、それぞれの両側に合計２×Ｎ本のグラデーション濃度分布を有する範囲を得ることができる。

上記した第１及び第２遮蔽マスクを備える製造装置を用いた上記製造方法により、分光透過特性の形状が、位置Ｘが大きくなっても透過率最小波長がほとんど変化しない、即ち、平均透過率が変化しても分光透過特性がほとんど変化しない吸収型多層膜ＮＤフィルターを得ることができる。この本発明の吸収型多層膜ＮＤフィルターは、樹脂フィルムを基板とするグラデーション濃度分布を有し、撮影画像の色調に影響が極めて小さいため、特にデジタルビデオカメラを初めとする動画撮影機器への搭載用として優れている。

［実施例１］
図７に示す樹脂フィルム基板をロール状態のまま成膜することが可能なスパッタリングロールコータによる製造装置により、図８（ａ）に示すＮｉ合金膜層に膜厚分布を与える第２遮蔽マスクと、図９（ａ）に示すＳｉＯｘ膜層にＮｉ合金膜層と反対の膜厚分布を形成する第１遮蔽マスクとを用いて、本発明のグラデーション濃度分布を有する吸収型多層膜ＮＤフィルターを製造した。尚、樹脂フィルム基板には、厚さ１００μｍの両面易接着層付ＰＥＴフィルムを用いた。

Ｎｉ合金膜層に膜厚分布を与える第２遮蔽マスクは、図８に示すように中央部に樹脂フィルム基板の移動方向と平行に、幅が５０ｍｍの矩形状の遮蔽部分有し、且つ矩形状の遮蔽部分は断面が台形状に形成してある。また、ＳｉＯｘ膜層に膜厚分布を施す第１遮蔽マスクは、図９に示すように中央部に樹脂フィルム基板の移動方向と平行に、幅が３６ｍｍの矩形状の開口部を有し、且つ矩形状の開口部は端部断面が開口部の中心に向かって薄くなるように加工されている。

上記第１遮蔽マスクの開口部分と第２遮蔽マスクの遮蔽部を搬送される帯状樹脂フィルム基板２幅方向における同位置に設置し、樹脂フィルム基板と両遮蔽マスクの距離を増減させることにより、Ｎｉ合金膜層及びＳｉＯｘ膜層の膜厚分布を調整することができる。また、上記膜厚分布は、導入Ａｒガスの量や分圧によっても変わることがある。

本実施例では、図２に示す膜構造で且つ図４に示す膜厚分布を有する吸収型多層膜を成膜した。その際、ＳｉＯｘ膜層に膜厚分布を与える第１遮蔽マスクと樹脂フィルム基板との距離を約２０ｍｍ、Ｎｉ合金膜層に膜厚分布を与える第２遮蔽マスクと樹脂フィルム基板との距離を約５ｍｍに調整した。

上記製造装置のスパッタリング室に樹脂フィルム基板（幅３００ｍｍ）をセットした後、１×１０^−４Ｐａまで排気し、下記表２に示す条件にて吸収型多層膜の成膜を行った。樹脂フィルム基板の片面の成膜が終了した後、樹脂フィルム基板を裏返してセットし、上記と同じ条件で他面にも吸収型多層膜の成膜を行った。

［比較例１］
比較のために、図１に示す膜構造で且つ図３に示す膜厚分布を有する従来の吸収型多層膜を成膜した。その際、上記実施例１と同じ製造装置を使用したが、ＳｉＯｘ膜に膜厚分布を与える第１遮蔽マスクは使用せず、Ｎｉ合金膜に膜厚分布を与える第２遮蔽マスクのみを使用し、第２遮蔽マスクと樹脂フィルム基板との距離は約５ｍｍに調整した。

スパッタリング室に上記実施例１と同じ樹脂フィルム基板をセットした後、１×１０^−４Ｐａまで排気し、下記表３に示す条件で吸収型多層膜の成膜を行った。樹脂フィルム基板の片面の成膜が終了した後、樹脂フィルム基板を裏返してセットし、上記と同じ条件で他面にも吸収型多層膜の成膜を行った。

上記実施例１で得られた本発明のグラデーション濃度分布を有する吸収型多層膜ＮＤフィルターと、上記比較例で得られた従来のグラデーション濃度分布を有する吸収型多層膜ＮＤフィルターについて、顕微分光装置を用いて行いて、それぞれ分光透過特性の評価を行った。即ち、Ｎｉ合金膜層の膜厚が０ｎｍの位置を原点（０ｍｍ）として１ｍｍ間隔で分光透過率を測定し、位置Ｘごとに最低透過率波長を求め、その結果を図１０に示した。

図１０から分るように、本発明のグラデーション濃度分布を有する吸収型多層膜ＮＤフィルターは、最低透過率波長が４９０ｎｍから５２５ｎｍまで約２５ｎｍ変化した。一方、従来のグラデーション濃度分布を有する吸収型多層膜ＮＤフィルターでは、最低透過率波長が４６０ｎｍから５２５ｎｍまで約５５ｎｍ変化していた。

本発明のグラデーション濃度分布を有する吸収型多層膜ＮＤフィルターにおいて、最低透過率波長域が波長４９０から５２０ｎｍの範囲であり、可視波長域の中央付近でなく、短波長側へ寄っているのは、吸収型多層膜ＮＤフィルターの分光透過特性の傾きが短波長側は大きく且つ長波長側が小さいからである。

一般的に、λ／４膜構成（総光学的膜厚が波長λのほぼ１／４に成る）の光学薄膜の分光光学特性は、波長に対して左右（短波長側と長波長側）対称ではなく、波数（１／波長）に対して左右対称である。従って、波長４００ｎｍと７００ｎｍの波数における中心は約５０９ｎｍ付近になるため、適切な最低透過率波長域も短波長側に寄っている。

このことから、本発明のグラデーション濃度分布を有する吸収型多層膜ＮＤフィルターは、光が透過する位置により平均透過率が変化しても、分光透過特性の形状変化が少ないことが理解される。

従来のグラデーション濃度分布を有する吸収型多層膜ＮＤフィルターを示す概略の断面図である。本発明のグラデーション濃度分布を有する吸収型多層膜ＮＤフィルターを示す概略の断面図である。従来のグラデーション濃度分布を有する吸収型多層膜ＮＤフィルターの膜厚分布を示すグラフである。本発明のグラデーション濃度分布を有する吸収型多層膜ＮＤフィルターの膜厚分布を示すグラフである。従来のグラデーション濃度分布を有する吸収型多層膜ＮＤフィルターの分光透過特性を示すグラフである。本発明のグラデーション濃度分布を有する吸収型多層膜ＮＤフィルターの分光透過特性を示すグラフである。本発明のグラデーション濃度分布を有する吸収型多層膜ＮＤフィルターの製造装置を示す概略の断面図である。本発明のグラデーション濃度分布を有する吸収型多層膜ＮＤフィルターの製造の際にＮｉ合金膜層に膜厚分布を与える遮蔽マスクの具体例であり、（ａ）は正面図及び（ｂ）は成膜時における断面図である。本発明のグラデーション濃度分布を有する吸収型多層膜ＮＤフィルターの製造の際にＳｉＯｘ膜層に膜厚分布を与える遮蔽マスクの具体例であり、（ａ）は正面図及び（ｂ）は成膜時における断面図である。本発明のグラデーション濃度分布を有する吸収型多層膜ＮＤフィルターと従来のグラデーション濃度分布を有する吸収型多層膜ＮＤフィルターの最低透過率波長を示すグラフである。

符号の説明

１スパッタリング室
２帯状樹脂フィルム基板
３ａ第１ロール
３ｂ第２ロール
４キャンロール
５第１カソード
６第２カソード
７第１遮蔽マスク
８第２遮蔽マスク

Claims

樹脂フィルム基板の少なくとも片面に酸化物誘電体膜層と金属吸収膜層が交互に積層されてなる吸収型多層膜を具備し、且つ光軸中心から離れるにつれて透過率が徐々に低くなるグラデーション濃度分布を有している吸収型多層膜ＮＤフィルターであって、金属吸収膜層が膜厚分布を有すると同時に、酸化物誘電体膜層は該金属吸収膜層の膜厚分布に対し反対の膜厚分布を有することを特徴とする吸収型多層膜ＮＤフィルター。
前記金属吸収膜層の最大膜厚における全体透過率が３.１％以上であることを特徴とする、請求項１に記載の吸収型多層膜ＮＤフィルター。
分光透過特性における最低透過率の波長が４９０ｎｍから５２０ｎｍの間にあることを特徴とする、請求項１又は２に記載の吸収型多層膜ＮＤフィルター。
前記金属吸収膜層がＮｉあるいはＮｉ合金であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の吸収型多層膜ＮＤフィルター。
前記酸化物誘電体膜層がＳｉを主成分とするＳｉＯｘ（ただし、１.８≦ｘ≦２.０）であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の吸収型多層膜ＮＤフィルター。
樹脂フィルム基板の少なくとも片面に酸化物誘電体膜層と金属吸収膜層が交互に積層されてなる吸収型多層膜を具備し、且つ光軸中心から離れるにつれて透過率が徐々に低くなるグラデーション濃度分布を有している吸収型多層膜ＮＤフィルターの製造装置であって、
スパッタリング室内に、帯状樹脂フィルム基板の巻取りと巻出しをする第１ロール及び第２ロールと、第１ロールと第２ロールの間に設けられ帯状樹脂フィルム基板を外周面に沿わせて移動させるキャンロールと、酸化物誘電体膜層の成膜用ターゲットを備えた第１カソードと、金属吸収膜層の成膜用ターゲットを備えた第２カソードと、前記キャンロールと第１カソードの間に酸化物誘電体膜層に膜厚分布を施す第１遮蔽マスクと、該キャンロールと第２カソードの間に金属吸収膜層に該酸化物誘電体膜層とは反対の膜厚分布を施す第２遮蔽マスクとを備え、樹脂フィルム基板を移動させながら所定の膜厚分布を有する酸化物誘電体膜層の成膜を行なった後、樹脂フルム基板の移動方向を反転させて、該酸化物誘電体膜層とは反対の膜厚分布を有する金属吸収膜層を成膜することを特徴とする吸収型多層膜ＮＤフィルターの製造装置。
前記酸化物誘電体膜層に膜厚分布を施す第１遮蔽マスクは、中央部に帯状樹脂フィルム基板の移動方向に平行な矩形状の開口部を有し、且つ前記金属吸収膜層に酸化物誘電体膜層とは反対の膜厚分布を施す第２遮蔽マスクは、中央部に帯状樹脂フィルム基板の移動方向に平行な矩形状の遮蔽部を有することを特徴とする、請求項６に記載の吸収型多層膜ＮＤフィルターの製造装置。