JP2012042491A - Neutral density (nd) filter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主に可視光領域において光量を調節するND(Neutral Density)フィルタに関する。 The present invention relates to an ND (Neutral Density) filter that adjusts the amount of light mainly in the visible light region.
従来、スチルカメラやビデオカメラといった撮像装置では、いわゆる絞りとNDフィルタを併用することによって、光量調節を行っている。絞りのみで光量調節を行う場合、例えば、快晴持等、高輝度の被写界を撮像する際には、絞りの開口を最小限にしても露出過多になってしまうことがある。また、絞りの開口を最小限にするとハンチング現象や光の回折の影響が大きくなるため、画像の品質が劣化することがある。 Conventionally, in an imaging apparatus such as a still camera or a video camera, the amount of light is adjusted by using a so-called stop and an ND filter together. When adjusting the amount of light only with the aperture, for example, when imaging a high-brightness scene such as clear weather, overexposure may occur even if the aperture of the aperture is minimized. Further, when the aperture of the diaphragm is minimized, the influence of the hunting phenomenon and light diffraction becomes large, so that the image quality may be deteriorated.
このため、従来の撮像装置では、透過する光を消衰させて(吸収して)透過光量を調節するND(Neutral Density)フィルタを、絞り装置と共に組み込むことで、被写界の輝度が高い場合にも絞りの開口を大きくできるようにしている。 For this reason, in a conventional imaging device, when an ND (Neutral Density) filter that adjusts the amount of transmitted light by extinguishing (absorbing) transmitted light is incorporated together with a diaphragm device, the luminance of the field is high. In addition, the aperture of the diaphragm can be enlarged.
このようにして使用されるNDフィルタは、絞りに代わって光量を調節するものであるため、光の透過率が可視光領域の全域にわたってできるだけ平坦(均一)になっていることが好ましい。また、透過率を平坦化することにより、特定の範囲の波長の光のみが強調されるといったことがなくなるため、色の再現性を向上させることが可能となる。 Since the ND filter used in this way adjusts the amount of light in place of the diaphragm, it is preferable that the light transmittance be as flat (uniform) as possible over the entire visible light region. Further, by flattening the transmittance, only light having a specific wavelength range is not emphasized, so that color reproducibility can be improved.
このため、近年では、樹脂フィルム等の透明な基材の表面に光を吸収する光吸収膜(金属膜)と光を干渉させる誘電体膜とを交互に積層したNDフィルタが広く使用されている(例えば、特許文献1〜3参照)。
For this reason, in recent years, ND filters in which light absorbing films (metal films) that absorb light and dielectric films that interfere with light are alternately laminated on the surface of a transparent substrate such as a resin film are widely used. (For example, see
しかしながら、従来のNDフィルタは、可視光領域における透過率の平坦性が実際にはそれほど高いものではなく、市場の要求を満足できるものは少なかった。特に近年では、CCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等の撮像素子の感度が著しく向上していることから、NDフィルタの透過率の凹凸が、色調の変化となって撮像した画像に敏感に表れるようになってきており、さらなる透過率の平坦化が望まれている。 However, the conventional ND filters do not actually have a very high transmittance flatness in the visible light region, and few of them can satisfy market demands. Particularly in recent years, the sensitivity of image sensors such as CCD (Charge Coupled Device) and CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) has been remarkably improved. It has become sensitive to images, and further flattening of transmittance is desired.
本発明は、斯かる実情に鑑み、可視光領域における光の透過率を従来以上に平坦化することが可能なNDフィルタを提供しようとするものである。 In view of such circumstances, the present invention intends to provide an ND filter capable of flattening the transmittance of light in the visible light region more than before.
(1)本発明は、光透過性を有する基材と、前記基材の表面に形成される積層膜と、を備え、前記積層膜は、誘電体膜を有する基材側誘電体層と、金属膜からなる金属層と、前記基材側誘電体層よりも可視光領域における消衰係数が高く、かつ誘電体膜を有する反基材側誘電体層と、を前記基材側から順に積層して構成されることを特徴とする、NDフィルタである。 (1) The present invention comprises a substrate having light permeability and a laminated film formed on the surface of the substrate, and the laminated film has a dielectric layer on the substrate side having a dielectric film; A metal layer made of a metal film and an anti-base material-side dielectric layer having a higher extinction coefficient in the visible light region than the base material-side dielectric layer and having a dielectric film are stacked in order from the base material side. It is an ND filter characterized by comprising.
(2)本発明はまた、前記基材側誘電体層は、複数の前記誘電体膜を有し、互いに異なる材質の前記誘電体膜同士が隣接するように積層して構成されることを特徴とする、上記(1)に記載のNDフィルタである。 (2) The present invention is also characterized in that the substrate-side dielectric layer has a plurality of the dielectric films and is laminated so that the dielectric films of different materials are adjacent to each other. The ND filter according to (1) above.
(3)本発明はまた、前記反基材側誘電体層は、互いに異なる材質の複数の前記誘電体膜を有することを特徴とする、上記(1)または(2)に記載のNDフィルタである。 (3) In the ND filter according to (1) or (2), the anti-base material-side dielectric layer includes a plurality of the dielectric films made of different materials. is there.
(4)本発明はまた、前記反基材側誘電体層は、前記基材側誘電体層に含まれる材質よりも可視光領域における消衰係数の高い材質から構成される高消衰膜を含むことを特徴とする、上記(1)乃至(3)のいずれかに記載のNDフィルタである。 (4) In the present invention, the anti-base material-side dielectric layer is a high extinction film made of a material having a higher extinction coefficient in the visible light region than the material contained in the base material-side dielectric layer. The ND filter according to any one of (1) to (3), wherein the ND filter is included.
(5)本発明はまた、前記高消衰膜は、窒化金属または酸化金属から構成されることを特徴とする、上記(4)に記載のNDフィルタである。 (5) The present invention is also the ND filter according to (4) above, wherein the high extinction film is made of metal nitride or metal oxide.
(6)本発明はまた、前記高消衰膜は、前記金属膜を構成する金属の窒化物または酸化物から構成されることを特徴とする、上記(5)に記載のNDフィルタである。 (6) The present invention is also the ND filter according to (5), wherein the high extinction film is made of a metal nitride or oxide that forms the metal film.
(7)本発明はまた、前記金属膜を構成する材質は、モル比で50%以上となるチタン、クロムまたはニッケルのいずれかであることを特徴とする、上記(1)乃至(6)のいずれかに記載のNDフィルタである。 (7) The present invention is also characterized in that the material constituting the metal film is any one of titanium, chromium or nickel having a molar ratio of 50% or more. The ND filter according to any one of the above.
(8)本発明はまた、前記基材側誘電体層は、基材側第1誘電体膜、基材側第2誘電体膜、および基材側第3誘電体膜を、前記基材側から順に積層して構成され、前記反基材側誘電体層は、反基材側第1誘電体膜、および反基材側第2誘電体膜を、前記基材側から順に積層して構成されることを特徴とする、上記(1)乃至(7)のいずれかに記載のNDフィルタである。 (8) In the present invention, the substrate-side dielectric layer may include a substrate-side first dielectric film, a substrate-side second dielectric film, and a substrate-side third dielectric film. The anti-base material-side dielectric layer is formed by stacking the anti-base material side first dielectric film and the anti-base material side second dielectric film in order from the base material side. The ND filter according to any one of the above (1) to (7).
(9)本発明はまた、前記反基材側誘電体層は、前記反基材側第1誘電体膜と前記反基材側第2誘電体膜の間に、前記基材側誘電体層に含まれる材質よりも可視光領域における消衰係数の高い材質から構成される高消衰膜を有することを特徴とする、上記(8)に記載のNDフィルタである。 (9) Further, in the present invention, the anti-base material-side dielectric layer is formed between the anti-base material side first dielectric film and the anti-base material side second dielectric film. The ND filter according to (8), wherein the ND filter has a high extinction film made of a material having a higher extinction coefficient in the visible light region than a material included in the material.
(10)本発明はまた、前記基材側第1誘電体膜、前記基材側第3誘電体膜、および前記反基材側第2誘電体膜は、第1の材質から構成され、前記基材側第2誘電体膜および前記反基材側第1誘電体膜は、前記第1の材質とは異なる第2の材質から構成されることを特徴とする、上記(9)に記載のNDフィルタである。 (10) In the present invention, the base material side first dielectric film, the base material side third dielectric film, and the anti-base material side second dielectric film are made of a first material, The substrate-side second dielectric film and the anti-substrate-side first dielectric film are made of a second material different from the first material, as described in (9) above It is an ND filter.
(11)本発明はまた、前記第1の材質の可視光領域における屈折率は、前記第2の材質の可視光領域における屈折率以下であることを特徴とする、上記(10)に記載のNDフィルタである。 (11) In the present invention, the refractive index in the visible light region of the first material is not more than the refractive index in the visible light region of the second material. It is an ND filter.
(12)本発明はまた、前記第1の材質は、波長550nmにおける屈折率が1.38乃至2.0のいずれかとなる材質であり、前記第2の材質は、波長550nmにおける屈折率が1.38乃至2.4のいずれかとなる材質であることを特徴とする、上記(11)に記載のNDフィルタである。 (12) In the present invention, the first material is a material having a refractive index of 1.38 to 2.0 at a wavelength of 550 nm, and the second material has a refractive index of 1 at a wavelength of 550 nm. The ND filter according to (11), wherein the ND filter is made of any one of .38 to 2.4.
(13)本発明はまた、前記第1の材質の波長550nmにおける屈折率と、前記第2の材質の波長550nmにおける屈折率との差が0.5以下であることを特徴とする、上記(11)または(12)に記載のNDフィルタである。 (13) The present invention is also characterized in that the difference between the refractive index of the first material at a wavelength of 550 nm and the refractive index of the second material at a wavelength of 550 nm is 0.5 or less. The ND filter according to 11) or (12).
(14)本発明はまた、前記第1の材質および前記第2の材質は、共通の金属に異なる元素が結合した互いに異なる金属化合物であることを特徴とする、上記(10)乃至(13)のいずれかに記載のNDフィルタである。 (14) The present invention is also characterized in that the first material and the second material are different metal compounds in which different elements are bonded to a common metal. The ND filter according to any one of the above.
(15)本発明はまた、前記高消衰膜を構成する材質および前記第2の材質は、異なる金属に共通の元素が結合した互いに異なる金属化合物であることを特徴とする、上記(10)乃至(14)のいずれかに記載のNDフィルタである。 (15) The present invention is also characterized in that the material constituting the high extinction film and the second material are different metal compounds in which a common element is bonded to different metals. The ND filter according to any one of (14) to (14).
(16)本発明はまた、前記第1の材質は、二酸化ケイ素であり、前記第2の材質は、窒化ケイ素であることを特徴とする、上記(10)乃至(15)のいずれかに記載のNDフィルタである。 (16) In the present invention described in any one of (10) to (15), the first material is silicon dioxide, and the second material is silicon nitride. ND filter.
(17)本発明はまた、前記金属膜を構成する材質は、チタンであり、前記高消衰膜を構成する材質は、窒化チタンであることを特徴とする、上記(10)乃至(16)のいずれかに記載のNDフィルタである。 (17) The present invention is also characterized in that the material constituting the metal film is titanium and the material constituting the high extinction film is titanium nitride. The ND filter according to any one of the above.
本発明に係るNDフィルタによれば、可視光領域における光の透過率を従来以上に平坦化することが可能という優れた効果を奏し得る。 According to the ND filter of the present invention, it is possible to achieve an excellent effect that the light transmittance in the visible light region can be flattened more than ever.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の例について詳細に説明する。 Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本実施形態に係るNDフィルタ1の構成を示した概略図である。同図に示されるように、NDフィルタ1は、透明樹脂やガラス等の光を透過する材質からなる基材10と、基材10の表面に形成された積層膜20とを備えて構成されている。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of an
基材10を構成する材質は、NDフィルタ1の用途に応じた波長の光を透過する材質であれば特に限定されるものではないが、本実施形態では、PET(PolyEthylene Terephthalate)シートを使用している。
Although the material which comprises the
積層膜20は、NDフィルタ1を透過する可視光領域(波長が凡そ400〜700nmの範囲)の光を略平坦に消衰させるための薄膜であり、複数の誘電体および金属等からなる膜を積層して構成されている。具体的には、積層膜20は、基材側誘電体層30と、金属の膜からなる金属層40と、反基材側誘電体層50と、を基材10側から順に積層して構成されている。すなわち、積層膜20は、金属層40を基材側電体層30および反基材側誘電体層50で挟んだ構成となっている。
The
なお、積層膜20は、真空蒸着、イオンビームアシスト、イオンプレーティング、およびスパッタリング等のドライプロセスによって基材10の表面に形成されるが、これらの成膜手法は既知の手法であるため、ここでは説明を省略する。
The
本実施形態では、金属膜からなり光を消衰させる金属層40を、光を干渉させる基材側誘電体層30および反基材誘電体層50によって挟むことにより、光の反射率Rを低減しつつ、光の透過率Tを可視光領域の略全域にわたって略平坦にすることを可能としている。
In the present embodiment, the light reflectivity R is reduced by sandwiching the
特に、基材側誘電体層30および反基材側誘電体層50を、異なる材質からなる複数の誘電体膜からそれぞれ構成すると共に、反基材側誘電体層50の光の消衰係数(光の消衰能力)を基材側誘電体層30よりも高く設定することで、透過率Tを可視光領域において従来以上に平坦化させることを可能としている。
In particular, the base-
基材側誘電体層30は、基材10側から順に、基材側第1誘電体膜31、基材側第2誘電体膜32、および基材側第3誘電体膜33を積層して構成されている。このように、3つの誘電体からなる膜を積層して金属層40の基材10側に配置することで、可視光領域における透過率Tを従来以上に平坦化することができる。
The substrate-
基材側第1誘電体膜31、基材側第2誘電体膜32、および基材側第3誘電体膜33を構成する材質は、特に限定されるものではなく、SiO2(二酸化ケイ素、シリカ)、SiN(窒化ケイ素)、AL2O3(酸化アルミニウム、アルミナ)、MgF2(フッ化マグネシウム)、およびTiO2(二酸化チタン)等、誘電体膜として従来使用されている材質を使用することができる。
The material constituting the substrate-side first
なお、積層膜20における光の透過率Tおよび反射率Rを適宜に調節するためには、基材側誘電体層30において隣り合う誘電体膜が互いに異なる材質となるように積層することが好ましい。また、可視光領域における透過率Tを従来以上に平坦化するためには、互いの屈折率の差が所定の範囲内となる誘電体膜同士を隣り合わせることが好ましい。
In order to appropriately adjust the light transmittance T and the reflectance R in the
従って、本実施形態では、基材側第1誘電体膜31および基材側第3誘電体膜33をSiO2から構成し、基材側第2誘電体膜32をSiNから構成している。また、このように、共通の金属(Si)に異なる元素(O、N)が結合した互いに異なる金属化合物から基材側第1誘電体膜31、基材側第2誘電体膜32および基材側第3誘電体膜33を構成することにより、ドライプロセスによる成膜を効率的に行うことが可能となる。すなわち、例えばスパッタリングにより成膜する場合、ターゲットを変更することなく反応ガスを変更するだけで基材側誘電体層30を構成する誘電体膜を全て形成することができる。
Accordingly, in the present embodiment, the
金属層40は、金属膜から構成されている。この金属層40の膜厚を適宜に調節することによって、NDフィルタ1における可視光の透過率Tを調節することができる。金属層40を構成する材質は、特に限定されるものではなく、Ti(チタン)、Cr(クロム)、およびNi(ニッケル)等、光吸収膜(光消衰膜)として従来使用されている金属を使用することができる。
The
なお、光の消衰を安定させるためには、金属層40を構成する材質は、モル比で50%以上となるTi、CrまたはNiのいずれかであることが好ましい。また、本実施形態では、金属層40をTiからなる1層の金属膜から構成しているが、複数種類の金属膜を積層して金属層40を構成するようにしてもよい。
In order to stabilize the extinction of light, the material constituting the
反基材側誘電体層50は、基材10側から順に、反基材第1誘電体膜51、高消衰膜52、および反基材側第2誘電体膜53を積層して構成されている。このうち、反基材第1誘電体膜51および反基材側第2誘電体膜53は、誘電体からなる膜であり、高消衰膜52は、基材側誘電体層30に含まれる材質よりも可視光領域における消衰係数kが高い材質からなる膜である。なお、高消衰膜52は、誘電体から構成されるものであってもよいし、金属から構成されるものであってもよい。
The anti-base material-
本実施形態では、このように高消衰膜52を2つの誘電体膜51、53で挟んだ反基材側誘電体層50を金属層40の反基材10側に配置することにより、金属層40による可視光の消衰を適宜に補完し、NDフィルタ1における可視光の透過率Tを平坦化することを可能としている。すなわち、互いに異なる光特性を有する金属層40および高消衰膜52を適宜に組み合わせて併用することにより、可視光領域における透過率Tの平坦性を従来以上に高めることを可能としている。
In the present embodiment, by disposing the anti-base material
高消衰膜52を構成する材質は、特に限定されるものではなく、Ti、Cr、およびNi等の金属や、これらの金属の酸化物または窒化物等の金属化合物を使用することができる。但し、高消衰膜52を構成する材質は、透過率Tを適宜に調節するためには、上述のように金属層40を構成する材質とは異なる材質(異なる光特性を有する材質)であることが好ましい。さらに、高消衰膜52を構成する材質を、金属層40を構成する金属の窒化物または酸化物とすれば、成膜を効率的に行うことが可能となる。従って、本実施形態では、高消衰膜52をTiN(窒化チタン)から構成している。
The material constituting the
反基材側第1誘電体膜51および反基材側第2誘電体膜53を構成する材質は、特に限定されるものではなく、基材側誘電体層30と同様に、SiO2、SiN、AL2O3、MgF2、およびTiO2等、誘電体膜として従来使用されている材質を使用することができる。但し、可視光領域における透過率Tの平坦性を高めるためには、反基材側第1誘電体膜51および反基材側第2誘電体膜53を互いに異なる材質から構成することが好ましい。さらに、成膜を効率的に行うためには、反基材側第1誘電体膜51および反基材側第2誘電体膜53を、基材側誘電体層30と共通する材質から構成することが好ましい。従って、本実施形態では、反基材側第1誘電体膜51をSiNから構成し、反基材側第2誘電体膜53をSiO2から構成している。
The material constituting the anti-base material-side first
図2(a)は、Tiの可視光領域における消衰係数kおよび屈折率nを示したグラフであり、同図(b)は、TiNを薄膜に形成した場合の可視光領域における消衰係数kおよび屈折率nを示したグラフであり、同図(c)は、TiNを厚膜に形成した場合の可視光領域における消衰係数kおよび屈折率nを示したグラフである。 FIG. 2A is a graph showing the extinction coefficient k and refractive index n of Ti in the visible light region, and FIG. 2B shows the extinction coefficient in the visible light region when TiN is formed in a thin film. FIG. 5C is a graph showing the extinction coefficient k and the refractive index n in the visible light region when TiN is formed in a thick film.
これらの図に示されるように、TiおよびTiNは、それぞれ異なる光特性(消衰係数k、屈折率n)を有している。また、TiNについては、膜厚を変化させることによって屈折率の特性が大きく変化するようになっている。本実施形態では、このような特性に基づき、2つの異なる光消衰膜(金属層40および高消衰膜52)を併用すると共に、両者の膜厚を適宜に調節することで、可視光領域における透過率Tを従来以上に平坦化することを可能としている。
As shown in these figures, Ti and TiN have different optical characteristics (extinction coefficient k, refractive index n), respectively. Further, with respect to TiN, the refractive index characteristics are greatly changed by changing the film thickness. In the present embodiment, based on such characteristics, two different light extinction films (the
なお、金属層40および高消衰膜52の膜厚は、特に限定されるものではなく、要求される平均透過率や、金属層40および高消衰膜52を構成する材質の特性に応じて、適宜に設定することができる。また、光特性のマッチングと共に膜厚を適宜に設定すれば、他の材質の組合せによっても同様の効果を得ることが可能である。
The film thickness of the
図3(a)は、SiO2の可視光領域における消衰係数kおよび屈折率nを示したグラフであり、同図(b)は、SiNの可視光領域における消衰係数kおよび屈折率nを示したグラフである。これらの図に示されるように、SiO2およびSiNは、可視光領域における光の消衰係数が略0となっている。 FIG. 3A is a graph showing the extinction coefficient k and refractive index n in the visible light region of SiO 2 , and FIG. 3B shows the extinction coefficient k and refractive index n in the visible light region of SiN. It is the graph which showed. As shown in these figures, SiO 2 and SiN have a light extinction coefficient of approximately 0 in the visible light region.
従って、本実施形態では、基材側誘電体層30全体としての可視光領域消衰係数kは略0となっており、基材側誘電体層30は可視光をほとんど消衰させない(吸収しない)ように構成されている。また、反基材側誘電体層50全体としての可視光領域における消衰係数kは、高消衰膜52の可視光領域における消衰係数kと略同一となっている。
Therefore, in this embodiment, the visible light region extinction coefficient k of the base material
すなわち、本実施形態では、可視光領域における消衰係数kの低い(略0の)基材側誘電体層30、可視光領域における消衰係数kの高い金属層40、および可視光領域(の同一波長)における消衰係数kが基材側誘電体層30より高く、金属層40よりも低い反基材側誘電体層50を基材10側から順に積層して積層膜20を構成しており、これにより、可視光領域における透過率Tの平坦性を高めることが可能となっている。
That is, in the present embodiment, the base-
さらに本実施形態では、積層膜20を大きく分けて基材側誘電体層30、金属層40および反基材側誘電体層50の3層構成、詳細には基材側誘電体層30および反基材側誘電体層50をさらに3層構成とした7層構成とした場合において、基材側第1誘電体膜31(1層目)、基材側第2誘電体膜32(2層目)および基材側第3誘電体膜33(3層目)、ならびに反基材側第1誘電体膜51(5層目)および反基材側第2誘電体膜53(7層目)の屈折率を適宜に設定することによって可視光領域における透過率Tの平坦性をさらに高めるようにしている。
Furthermore, in the present embodiment, the
図4〜8は、積層膜20の基材側第1誘電体膜31(1層目)、基材側第3誘電体膜33(3層目)および反基材側第2誘電体膜53(7層目)の屈折率、ならびに基材側第2誘電体膜32(2層目)および反基材側第1誘電体膜51(5層目)の屈折率をそれぞれ変化させた場合のNDフィルタ1の透過率Tおよび反射率Rのシミュレーション結果の例を示したグラフである。
4 to 8 show the substrate-side first dielectric film 31 (first layer), the substrate-side third dielectric film 33 (third layer), and the anti-substrate-side
なお、これらの例では、1、3、7層目の屈折率nおよび2、5層目の屈折率nを波長によらずそれぞれ一定と仮定している。また、1、3、7層目および2、5層目の消衰係数kを全て0と仮定している。そして、金属層(4層目)をTiから構成し、および高消衰膜(6層目)をTiNから構成している。 In these examples, the refractive index n of the first, third, and seventh layers and the refractive index n of the second and fifth layers are assumed to be constant regardless of the wavelength. Further, the extinction coefficients k of the first, third, seventh and second, fifth layers are all assumed to be zero. The metal layer (fourth layer) is made of Ti, and the high extinction film (sixth layer) is made of TiN.
これらのシミュレーション結果より、本実施形態の7層構成の積層膜20では、1、3、7層目の屈折率nを1.38〜2.0の範囲内のいずれかの値に設定すると共に、2、5層目の屈折率nを1.38〜2.4の範囲内のいずれかの値に設定することにより、可視光領域における透過率Tの平坦性を30%以内にすることが可能であることが分かる。すなわち、可視光領域における透過率Tの平坦性Tflat=(Tmax−Tmin)/Tave≦0.3とすることが可能であることが分かる。ここで、Tmaxは可視光領域内における透過率Tの最大値、Tminは可視光領域内における透過率Tの最小値、Taveは可視光領域内における透過率Tの平均値である。
From these simulation results, in the
なお、各層に実際の材質を適用する場合には、可視光領域における代表屈折率(波長550nmにおける屈折率)nが上記範囲内となる材質を各層に適用すればよいと考えられる。 When an actual material is applied to each layer, it is considered that a material having a representative refractive index (refractive index at a wavelength of 550 nm) n in the visible light region within the above range may be applied to each layer.
また、これらのシミュレーション結果からは、1、3、7層目の屈折率(代表屈折率)nの値を2、5層目の屈折率(代表屈折率)nの値以下とした方が、透過率Tの平坦性が高い傾向にあることが分かる。さらに、この場合、1、3、7層目の屈折率(代表屈折率)nの値と2、5層目の屈折率(代表屈折率)nの値との差が凡そ0.5以下、より好ましくは0.2乃至0.5の範囲内であれば、透過率Tの平坦性がさらに高まる傾向にあることが分かる。 Also, from these simulation results, the value of the refractive index (representative refractive index) n of the first, third, and seventh layers is less than the value of the refractive index (representative refractive index) n of the second and fifth layers. It can be seen that the flatness of the transmittance T tends to be high. Furthermore, in this case, the difference between the refractive index (representative refractive index) n of the first, third and seventh layers and the refractive index (representative refractive index) n of the second and fifth layers is about 0.5 or less. More preferably, if it is within the range of 0.2 to 0.5, the flatness of the transmittance T tends to be further increased.
また、反射率Rについては、1、3、7層目の屈折率(代表屈折率)nの値を1.9以下(すなわち、真空の屈折率1.0より大きく1.9以下)とすれば、可視光領域における反射率Rを2%以下とすることが可能であり、1、3、7層目の屈折率(代表屈折率)nの値が小さいほど可視光領域における反射率Rが低減する傾向にあることが分かる。 For the reflectance R, the value of the refractive index (representative refractive index) n of the first, third and seventh layers is set to 1.9 or less (that is, larger than the refractive index 1.0 of vacuum and 1.9 or less). For example, the reflectance R in the visible light region can be 2% or less, and the reflectance R in the visible light region decreases as the refractive index (representative refractive index) n of the first, third, and seventh layers decreases. It can be seen that there is a tendency to decrease.
本実施形態では、このような考察に基づいて、積層膜20の基材側第1誘電体膜31(1層目)、基材側第3誘電体膜33(3層目)および反基材側第2誘電体膜53(7層目)を構成する材質をSiO2とし、基材側第2誘電体膜32(2層目)および反基材側第1誘電体膜51(5層目)を構成する材質をSiNとしている。そして、このようにして材質を選定することにより、可視光領域における透過率Tの従来にない平坦性を得ることが可能となっている。
In the present embodiment, based on such consideration, the base material side first dielectric film 31 (first layer), the base material side third dielectric film 33 (third layer), and the anti-base material of the
以上説明したように、本実施形態に係るNDフィルタ1は、光透過性を有する基材10と、基材10の表面に形成される積層膜20と、を備え、積層膜20は、誘電体膜を有する基材側誘電体層30と、金属膜からなる金属層40と、基材側誘電体層30よりも可視光領域における消衰係数kが高く、かつ誘電体膜を有する反基材側誘電体層50と、を基材10側から順に積層して構成されている。
As described above, the
このような構成とすることで、金属層40における光の消衰を基材側誘電体層30および反基材側誘電体層50によって適宜に調節することが可能となるため、可視光領域における透過率Tを従来以上に平坦化することができる。
With such a configuration, the extinction of light in the
また、基材側誘電体層30は、複数の誘電体膜を有し、互いに異なる材質の誘電体膜同士が隣接するように積層して構成されている。また、反基材側誘電体層50は、互いに異なる材質の複数の誘電体膜を有している。このようにすることで、透過率Tおよび反射率Rをより細かく調節することが可能となるため、反射率Rを低減しつつ、透過率Tを従来以上に平坦化することができる。
The substrate-
なお、基材側誘電体層30に含まれる誘電体膜(本実施形態では、基材側第1誘電体膜31、基材側第2誘電体膜32および基材側第3誘電体膜33)の厚み(膜厚)は、要求される特性や誘電体の材質等に応じて適宜に設定すればよく、特に限定されるものではないが、反射率Rを低減させるためには、基材側誘電体層30の厚みを略1/2波長(λ=550nm)に設定することが好ましい。
A dielectric film included in the base material side dielectric layer 30 (in the present embodiment, the base material side first
同様に、反基材側誘電体層50に含まれる誘電体膜(本実施形態では、反基材側第1誘電体膜51、反基材側第2誘電体膜53)の厚み(膜厚)は、特に限定されるものではないが、反射率Rを低減させるためには、最表面の誘電体膜(本実施形態では、反基材側第2誘電体膜53)の厚みを略1/4波長(λ=550nm)に設定することが好ましい。
Similarly, the thickness (film thickness) of the dielectric films (in this embodiment, the anti-base material side first
また、本実施形態では、基材側誘電体層30を、基材側第1誘電体膜31、基材側第2誘電体膜32および基材側第3誘電体膜33の3層構成とした例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、基材側誘電体層30を1つの層から構成してもよいし、4つ以上の層から構成してもよい。すなわち、基材側誘電体層30をいくつの誘電体膜の層から構成するかは、要求される特性や誘電体の材質等に応じて適宜に設定すればよい。
Further, in the present embodiment, the base material
同様に、反基材側誘電体層50についても、本実施形態で示した層構成以外の層構成としてもよく、さらに高消衰膜52のみから反基材側誘電体層50を構成するようにしてもよい。
Similarly, the anti-base-
また、反基材側誘電体層50は、基材側誘電体層30に含まれる材質よりも可視光領域における消衰係数kの高い材質から構成される高消衰膜52を含んでいる。このようにすることで、金属層40および高消衰膜52が相乗的に機能するため、透過率Tを従来以上に平坦化することができる。
The anti-base material-
また、高消衰膜52は、窒化金属または酸化金属から構成されることが好ましい。このようにすることで、金属層40とは異なる特性の高消衰膜52を適宜に組み合わせることができる。
The
また、高消衰膜52は、金属膜(金属層)40を構成する金属の窒化物または酸化物から構成されることがより好ましい。このようにすることで、例えば同一のターゲットを用いたスパッタリングにより金属層40および高消衰膜52を形成することが可能となり、成膜を効率的かつ低コストに行うことができる。
The
また、金属膜(金属層)40を構成する材質は、モル比で50%以上となるチタン、クロムまたはニッケルのいずれかであることが好ましい。このようにすることで、安定的に可視光を消衰させることができる。 Moreover, it is preferable that the material which comprises the metal film (metal layer) 40 is either titanium, chromium, or nickel which becomes 50% or more by molar ratio. By doing so, visible light can be stably extinguished.
また、基材側誘電体層30は、基材側第1誘電体膜31、基材側第2誘電体膜32、および基材側第3誘電体膜33を、基材10側から順に積層して構成され、反基材側誘電体層50は、反基材側第1誘電体膜51、および反基材側第2誘電体膜53を、基材10側から順に積層して構成されている。このようにすることで、積層膜20の層数(膜数)を増やすことなく、必要最低限の構成で可視光領域における透過率Tを従来以上に平坦化することができる。
The substrate-
また、反基材側誘電体層50は、反基材側第1誘電体膜51と反基材側第2誘電体膜53の間に、基材側誘電体層30に含まれる材質よりも可視光領域における消衰係数kの高い材質から構成される高消衰膜52を有している。このようにすることで、金属層40を補完する高消衰膜52を適切に配置することができる。
Further, the anti-base material-
また、基材側第1誘電体膜31、基材側第3誘電体膜33、および反基材側第2誘電体膜53は、第1の材質(本実施形態では、SiO2)から構成され、基材側第2誘電体膜32および反基材側第1誘電体膜51は、第1の材質とは異なる第2の材質(本実施形態では、SiN)から構成されている。このようにすることで、必要最低限の材質数で、可視光領域における透過率Tの平坦化を実現することができる。すなわち、従来以上の光特性を有するNDフィルタ1を低コストで実現することができる。
Moreover, the base material side first
このとき、第1の材質の可視光領域における屈折率nは、第2の材質の可視光領域における屈折率n以下となっていることが好ましい。 At this time, the refractive index n in the visible light region of the first material is preferably less than or equal to the refractive index n in the visible light region of the second material.
また、第1の材質は、波長550nmにおける屈折率が1.38乃至2.0のいずれかとなる材質であり、前記第2の材質は、波長550nmにおける屈折率が1.38乃至2.4のいずれかとなる材質であることが好ましい。 The first material has a refractive index of 1.38 to 2.0 at a wavelength of 550 nm, and the second material has a refractive index of 1.38 to 2.4 at a wavelength of 550 nm. It is preferable that the material is any one.
また、第1の材質の波長550nmにおける屈折率と、前記第2の材質の波長550nmにおける屈折率との差が0.5以下であることが好ましい。 The difference between the refractive index of the first material at a wavelength of 550 nm and the refractive index of the second material at a wavelength of 550 nm is preferably 0.5 or less.
このように、適宜の屈折率を有する第1の材質および第2の材質を使用することで、可視光領域における透過率Tを従来以上に平坦化することが可能となる。 Thus, by using the first material and the second material having an appropriate refractive index, the transmittance T in the visible light region can be flattened more than ever.
また、第1の材質および第2の材質は、共通の金属に異なる元素が結合した互いに異なる金属化合物であることが好ましい。このようにすることで、成膜を効率的に行うことができる。 Further, the first material and the second material are preferably different metal compounds in which different elements are bonded to a common metal. By doing in this way, film-forming can be performed efficiently.
また、高消衰膜52を構成する材質および第2の材質は、異なる金属に共通の元素が結合した互いに異なる金属化合物であることが好ましい。このようにすることで、成膜を効率的に行うことができる。
Moreover, it is preferable that the material which comprises the high extinction film |
また、第1の材質は、二酸化ケイ素(SiO2)であり、第2の材質は、窒化ケイ素(SiN)であることが好ましい。このようにすることで、透過率Tを平坦化するために最適な材質の組合せを選定しながらも、成膜を効率化し、コストを低減することができる。 The first material is preferably silicon dioxide (SiO 2 ), and the second material is preferably silicon nitride (SiN). By doing so, it is possible to increase the efficiency of film formation and reduce the cost while selecting an optimal combination of materials for flattening the transmittance T.
また、金属膜(金属層)40を構成する材質は、チタン(Ti)であり、高消衰膜52を構成する材質は、窒化チタン(TiN)であることが好ましい。このようにすることで、透過率Tを平坦化するために最適な材質の組合せを選定しながらも、成膜を効率化し、コストを低減することができる。
The material constituting the metal film (metal layer) 40 is preferably titanium (Ti), and the material constituting the
なお、本発明のNDフィルタは、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 Note that the ND filter of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
次に、本発明の実施例について説明する。 Next, examples of the present invention will be described.
図9は、本発明の実施例のNDフィルタ1の構成を示した表である。本実施例では、同図に示されるように、基材側誘電体層30の基材側第1誘電体膜31をSiO2、基材側第2誘電体膜32をSiN、基材側第3誘電体膜33をSiNとし、金属層40をTiとし、反基材側誘電体層50の反基材側第1誘電体膜51をSiN、高消衰膜52をTiN、反基材側第2誘電体膜53をSiO2とした積層膜20を、厚さ100μmのPETシートの基材10に形成した。
FIG. 9 is a table showing the configuration of the
積層膜20の厚み(膜厚)は、基材側第1誘電体膜31を0.568、基材側第2誘電体膜32を0.2187、基材側第3誘電体膜33を0.2683、金属層40を0.062、反基材側第1誘電体膜51を0.1456、高消衰膜52を0.0602、反基材側第2誘電体膜を0.2042とした(全て光学膜厚(λ=550nm))。
The thickness (film thickness) of the
成膜は、カルーセルタイプのDC−PULSEマグネトロンスパッタを使用した。ターゲットは、30インチ×4インチのSiターゲットおよびTiターゲットを使用し、Ti膜の形成にはAr(アルゴン)ガスを導入し、TiN膜およびSiN膜の形成にはAr+N2(窒素)ガスを導入し、SiO2膜の形成にはAr+O2(酸素)ガスを導入した。各ガスの導入量は、Arガスを150SCCM、N2ガスおよびO2ガスを120SCCMとし、成膜圧力は、Ti膜の形成では4E−2Pa、SiO2膜の形成では5E−2Pa、SiN膜およびTiN膜の形成では6E−2Paとした。 For the film formation, carousel type DC-PULSE magnetron sputtering was used. The target is a 30 inch × 4 inch Si target and a Ti target. Ar (argon) gas is introduced to form a Ti film, and Ar + N 2 (nitrogen) gas is introduced to form a TiN film and a SiN film. Then, Ar + O 2 (oxygen) gas was introduced to form the SiO 2 film. The introduction amount of each gas, 150SCCM of Ar gas, N 2 gas and O 2 gas was 120 SCCM, film forming pressure is, Ti film 4E-2 Pa in the formation of, 5E-2 Pa in the formation of the SiO 2 film, SiN film and In the formation of the TiN film, the pressure was 6E-2 Pa.
図10(a)は、本実施例のNDフィルタ1の透過率Tおよび反射率Rのシミュレーション結果を示したグラフであり、同図(b)は、本実施例のNDフィルタ1の透過率Tおよび反射率Rの実測結果を示したグラフである。これらの図に示されるように、本実施例の構成によれば、シミュレーション結果および実測結果共に、透過率Tの平坦性を従来以上に高めることが可能であることが確認された。また、反射率Rについても従来以上に低減可能であることが確認された。
FIG. 10A is a graph showing a simulation result of the transmittance T and the reflectance R of the
本発明のNDフィルタは、アナログカメラやデジタルカメラ、ビデオカメラ等の各種撮像装置の分野以外にも、可視光を使用する各種光学装置の分野で利用することができる。 The ND filter of the present invention can be used in the field of various optical devices that use visible light in addition to the field of various imaging devices such as analog cameras, digital cameras, and video cameras.
1 NDフィルタ
10 基材
20 積層膜
30 基材側誘電体層
31 基材側第1誘電体膜
32 基材側第2誘電体膜
33 基材側第3誘電体膜
40 金属層
50 反基材側誘電体層
51 反基材側第1誘電体膜
52 高消衰膜
53 反基材側第2誘電体膜
DESCRIPTION OF
(1)本発明は、光透過性を有する基材と、前記基材の表面に形成される積層膜と、を備え、前記積層膜は、複数の誘電体膜からなり、互いに異なる材質の誘電体膜同士が隣接するように積層して構成される基材側誘電体層と、金属膜からなる金属層と、前記基材側誘電体層に含まれる材質よりも可視光領域における消衰係数の高い金属化合物からなる高消衰膜、および誘電体膜を交互に積層して構成される反基材側誘電体層と、を前記基材側から順に積層して構成されることを特徴とする、NDフィルタである。 (1) The present invention includes a light-transmitting base material and a laminated film formed on the surface of the base material, and the laminated film is composed of a plurality of dielectric films, and dielectric materials made of different materials. A base material-side dielectric layer formed by stacking so that the body films are adjacent to each other , a metal layer made of a metal film, and an extinction coefficient in the visible light region than the material included in the base material-side dielectric layer A high extinction film made of a high metal compound and an anti-base material-side dielectric layer constituted by alternately laminating dielectric films, and laminated in order from the base material side. The ND filter.
(2)本発明はまた、前記反基材側誘電体層は、窒化物からなる誘電体膜が前記金属層に隣接するように構成されることを特徴とする、上記(1)に記載のNDフィルタである。 (2) The present invention is also characterized in that the anti-base material-side dielectric layer is configured such that a dielectric film made of nitride is adjacent to the metal layer. It is an ND filter.
(3)本発明はまた、前記反基材側誘電体層は、互いに異なる材質の複数の誘電体膜を有することを特徴とする、上記(1)または(2)に記載のNDフィルタである。 (3) The present invention is also the ND filter according to the above (1) or (2), wherein the anti-substrate-side dielectric layer has a plurality of dielectric films made of different materials. .
(4)本発明はまた、前記高消衰膜は、窒化金属または酸化金属から構成されることを特徴とする、上記(1)乃至(3)のいずれかに記載のNDフィルタである。 (4) The present invention is also the ND filter according to any one of (1) to (3) , wherein the high extinction film is made of metal nitride or metal oxide.
(5)本発明はまた、前記高消衰膜は、前記金属膜を構成する金属の窒化物または酸化物から構成されることを特徴とする、上記(4)に記載のNDフィルタである。 (5) The present invention is also the ND filter according to (4) , wherein the high extinction film is made of a metal nitride or an oxide constituting the metal film.
(6)本発明はまた、前記金属膜を構成する材質は、モル比で50%以上となるチタン、クロムまたはニッケルのいずれかであることを特徴とする、上記(1)乃至(5)のいずれかに記載のNDフィルタである。 (6) The present invention is also characterized in that the material constituting the metal film is any one of titanium, chromium or nickel having a molar ratio of 50% or more. The ND filter according to any one of the above.
(7)本発明はまた、前記金属膜を構成する材質は、チタンであり、前記高消衰膜を構成する材質は、窒化チタンであることを特徴とする、上記(1)乃至(6)のいずれかに記載のNDフィルタである。 (7) The present invention is also characterized in that the material constituting the metal film is titanium and the material constituting the high extinction film is titanium nitride. The ND filter according to any one of the above.
(8)本発明はまた、前記基材側誘電体層は、二酸化ケイ素の膜、窒化ケイ素の膜、および二酸化ケイ素の膜を、前記基材側から順に積層して構成され、前記金属層は、チタンの膜から構成され、前記反基材側誘電体層は、窒化ケイ素の膜、窒化チタンの膜、および二酸化ケイ素の膜を、前記基材側から順に積層して構成されることを特徴とする、上記(1)乃至(7)のいずれかに記載のNDフィルタである。 (8) In the present invention, the substrate-side dielectric layer is configured by laminating a silicon dioxide film, a silicon nitride film, and a silicon dioxide film in order from the substrate side, and the metal layer includes: The anti-base material-side dielectric layer is formed by laminating a silicon nitride film, a titanium nitride film, and a silicon dioxide film in order from the base material side. The ND filter according to any one of (1) to (7).
(9)本発明はまた、前記基材側誘電体層は、基材側第1誘電体膜、基材側第2誘電体膜、および基材側第3誘電体膜を、前記基材側から順に積層して構成され、前記反基材側誘電体層は、反基材側第1誘電体膜、前記高消衰膜、および反基材側第2誘電体膜を、前記基材側から順に積層して構成されることを特徴とする、上記(1)乃至(7)のいずれかに記載のNDフィルタである。 (9) In the present invention, the substrate-side dielectric layer may include a substrate-side first dielectric film, a substrate-side second dielectric film, and a substrate-side third dielectric film. The anti-base material-side dielectric layer is formed by laminating the anti-base material-side first dielectric film, the high extinction film, and the anti-base material-side second dielectric film to the base material side. The ND filter according to any one of the above (1) to (7), wherein the ND filter is configured by laminating sequentially.
Claims (17)
前記積層膜は、誘電体膜を有する基材側誘電体層と、金属膜からなる金属層と、前記基材側誘電体層よりも可視光領域における消衰係数が高く、かつ誘電体膜を有する反基材側誘電体層と、を前記基材側から順に積層して構成されることを特徴とする、
NDフィルタ。 A substrate having light permeability, and a laminated film formed on the surface of the substrate,
The laminated film includes a base material-side dielectric layer having a dielectric film, a metal layer made of a metal film, a higher extinction coefficient in the visible light region than the base material-side dielectric layer, and a dielectric film. The anti-base material-side dielectric layer having, and characterized by being laminated in order from the base material side,
ND filter.
請求項1に記載のNDフィルタ。 The base material-side dielectric layer has a plurality of the dielectric films, and is configured such that the dielectric films made of different materials are adjacent to each other.
The ND filter according to claim 1.
請求項1または2に記載のNDフィルタ。 The anti-substrate-side dielectric layer has a plurality of the dielectric films made of different materials,
The ND filter according to claim 1.
請求項1乃至3のいずれかに記載のNDフィルタ。 The anti-base material-side dielectric layer includes a high extinction film composed of a material having a higher extinction coefficient in the visible light region than the material contained in the base material-side dielectric layer.
The ND filter according to claim 1.
請求項4に記載のNDフィルタ。 The high extinction film is composed of a metal nitride or a metal oxide,
The ND filter according to claim 4.
請求項5に記載のNDフィルタ。 The high extinction film is made of a metal nitride or oxide constituting the metal film,
The ND filter according to claim 5.
請求項1乃至6のいずれかに記載のNDフィルタ。 The material constituting the metal film is any one of titanium, chromium or nickel having a molar ratio of 50% or more,
The ND filter according to claim 1.
前記反基材側誘電体層は、反基材側第1誘電体膜、および反基材側第2誘電体膜を、前記基材側から順に積層して構成されることを特徴とする、
請求項1乃至7のいずれかに記載のNDフィルタ。 The base material side dielectric layer is configured by laminating a base material side first dielectric film, a base material side second dielectric film, and a base material side third dielectric film in order from the base material side,
The anti-base material-side dielectric layer is formed by laminating an anti-base material side first dielectric film and an anti-base material side second dielectric film in order from the base material side,
The ND filter according to claim 1.
請求項8に記載のNDフィルタ。 The anti-base material side dielectric layer is more visible than the material contained in the base material side dielectric layer between the anti base material side first dielectric film and the anti base material side second dielectric film. It has a high extinction film composed of a material having a high extinction coefficient in the region,
The ND filter according to claim 8.
前記基材側第2誘電体膜および前記反基材側第1誘電体膜は、前記第1の材質とは異なる第2の材質から構成されることを特徴とする、
請求項9に記載のNDフィルタ。 The base material side first dielectric film, the base material side third dielectric film, and the anti-base material side second dielectric film are made of a first material,
The base material side second dielectric film and the anti-base material side first dielectric film are made of a second material different from the first material,
The ND filter according to claim 9.
請求項10に記載のNDフィルタ。 The refractive index in the visible light region of the first material is not more than the refractive index in the visible light region of the second material,
The ND filter according to claim 10.
前記第2の材質は、波長550nmにおける屈折率が1.38乃至2.4のいずれかとなる材質であることを特徴とする、
請求項11に記載のNDフィルタ。 The first material is a material having a refractive index of 1.38 to 2.0 at a wavelength of 550 nm,
The second material is a material having a refractive index of 1.38 to 2.4 at a wavelength of 550 nm,
The ND filter according to claim 11.
請求項11または12に記載のNDフィルタ。 The difference between the refractive index of the first material at a wavelength of 550 nm and the refractive index of the second material at a wavelength of 550 nm is 0.5 or less,
The ND filter according to claim 11 or 12.
請求項10乃至13のいずれかに記載のNDフィルタ。 The first material and the second material are different metal compounds in which different elements are bonded to a common metal,
The ND filter according to claim 10.
請求項10乃至14のいずれかに記載のNDフィルタ。 The material constituting the high extinction film and the second material are different metal compounds in which a common element is bonded to different metals,
The ND filter according to claim 10.
前記第2の材質は、窒化ケイ素であることを特徴とする、
請求項10乃至15のいずれかに記載のNDフィルタ。 The first material is silicon dioxide;
The second material is silicon nitride,
The ND filter according to claim 10.
前記高消衰膜を構成する材質は、窒化チタンであることを特徴とする、
請求項10乃至16のいずれかに記載のNDフィルタ。 The material constituting the metal film is titanium,
The material constituting the high extinction film is titanium nitride,
The ND filter according to claim 10.
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