JP2014016568A - Absorption type multilayer film nd filter - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an absorption type multilayer film ND filter having a low reflection property and small wavelength dependence of transmittance.SOLUTION: An absorption type multilayer film ND filter comprises an absorption type multilayer film, which has a five layer structure comprising three oxide dielectric film layers D, Dand Dand two absorption film layers Aand Aalternately laminated on top of each other, provided on each surface of a resin substrate S. A ratio T2/T4 of thickness T2 of the second layer counting from the resin substrate S, or the absorption film layer A, to thickness T4 of the fourth layer, or the absorption film layer A, on each side shall be in a range between 0.60 and 0.95. A thickness ratio T3/T5 of the third layer, or the oxide dielectric film layer D, to the fifth layer, or the oxide dielectric film layer D, on each side shall be in a range between 0.5 and 0.9. The fifth layer, or the oxide dielectric film layer D, is made of SiOcontaining a nanoporous material.

Description

本発明は、可視光領域の透過光を減衰させる吸収型多層膜NDフィルターに関し、特に樹脂フィルム基板の両面に酸化物誘電体膜層と金属層とが交互に積層された、低反射性に優れた吸収型多層膜NDフィルターに関する。   The present invention relates to an absorptive multilayer ND filter that attenuates transmitted light in the visible light region, and is particularly excellent in low reflectivity, in which oxide dielectric film layers and metal layers are alternately laminated on both surfaces of a resin film substrate. The present invention relates to an absorption type multilayer ND filter.

デジタルスチルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムにおいては、過大な光の入射によって撮像素子であるCCDやCMOS素子が飽和することを防ぐため、光を減衰させるND(Neutral Density)フィルターが使用されている。特に、カメラシステムにおいてはカメラ内部の反射光が問題視されるため、レンズ光学系に組み込むNDフィルターとして、吸収型NDフィルターが一般的に用いられている。   In a camera system such as a digital still camera or a video camera, an ND (Neutral Density) filter that attenuates light is used to prevent saturation of a CCD or CMOS element, which is an imaging element, due to excessive light incidence. . In particular, in the camera system, since the reflected light inside the camera is regarded as a problem, an absorption ND filter is generally used as the ND filter incorporated in the lens optical system.

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)や基板に吸収物質を塗布するタイプの他、基板自体に吸収する機能はないが表面に形成された薄膜で吸収するタイプが存在する。後者の薄膜で吸収するタイプの場合、当該薄膜表面での反射を防ぐため、薄膜を多層膜(吸収型多層膜)で構成し、透過光を減衰させる機能と共に反射防止の機能を持たせたものがある。   This absorption type ND filter has a thin film formed on the surface, although there is no function to absorb the substrate itself other than the type in which the substrate itself is mixed with an absorbing material (colored glass ND filter) and the type in which the absorbing material is applied to the substrate. There is a type that absorbs. In the case of the type that absorbs with the latter thin film, in order to prevent reflection on the surface of the thin film, the thin film is composed of a multilayer film (absorptive multilayer film) and has a function of attenuating transmitted light and an antireflection function. There is.

このような多層膜(吸収型多層膜)で構成した吸収型多層膜NDフィルターとして、PET(ポリエチレンテレフタレート)やPC(ポリカーボネート)等の透明樹脂フィルム基板上に、真空蒸着法、スパッタリング法等の物理的気相成長法により成膜を行って、吸収膜層とSiOのような酸化物誘電体膜層とを交互に積層させたNDフィルターが知られている。 As an absorptive multilayer ND filter composed of such multilayers (absorptive multilayers), physical properties such as vacuum deposition and sputtering are applied on transparent resin film substrates such as PET (polyethylene terephthalate) and PC (polycarbonate). There is known an ND filter in which an absorption film layer and an oxide dielectric film layer such as SiO 2 are alternately stacked by film formation by a chemical vapor deposition method.

上記吸収膜層には、酸素欠損による吸収を有するTiOやTa等の金属酸化物で構成される吸収膜層が知られている。この金属酸化物は、意図的に酸素を導入することで成膜できるが、意図的な酸素導入を行わずに成膜した金属で構成される吸収膜層に比べて消衰係数が低いため、後述する基板の反り等の品質上の問題が生ずることがあった。 As the absorption film layer, an absorption film layer made of a metal oxide such as TiO x or Ta 2 O x having absorption due to oxygen deficiency is known. This metal oxide can be formed by intentionally introducing oxygen, but its extinction coefficient is lower than that of an absorption film layer made of metal formed without intentionally introducing oxygen, Quality problems such as substrate warpage, which will be described later, may occur.

そこで、特許文献1には、上記金属酸化物に代えてTiやCr等の金属を吸収膜層の材料として使用し、かかる金属膜からなる吸収膜層と酸化物誘電体膜層とを交互に積層させたNDフィルターが提案されている。また、特許文献2や特許文献3には、金属膜としてNiにTiやWを添加した成膜材料を用いた吸収型多層膜NDフィルターが記載されている。これら特許文献1〜3に示すNDフィルターは、前述した金属酸化物からなる吸収膜層に比べて同じ消衰係数を得るための膜厚を薄くすることが可能となる。よって、所望の透過特性と反射特性を有する吸収型多層膜NDフィルターを効率よく作製することが可能となる。   Therefore, in Patent Document 1, a metal such as Ti or Cr is used as a material for the absorption film layer instead of the metal oxide, and the absorption film layer made of the metal film and the oxide dielectric film layer are alternately formed. Laminated ND filters have been proposed. Patent Documents 2 and 3 describe an absorption multilayer ND filter using a film forming material in which Ti or W is added to Ni as a metal film. These ND filters shown in Patent Documents 1 to 3 can be made thinner to obtain the same extinction coefficient than the absorption film layer made of the metal oxide described above. Therefore, it is possible to efficiently produce an absorption multilayer ND filter having desired transmission characteristics and reflection characteristics.

すなわち、吸収型多層膜NDフィルターは、所定の形状やサイズに裁断してNDフィルターチップとした後、上述したデジタルカメラ等に組み込まれるが、当該デジタルカメラ等は小型で薄型であって組込みスペースが狭いため、NDフィルターの基板にはそれ自体薄くてフレキシブル性を有する樹脂フィルムが最適な基板とされている。かかる樹脂フィルム基板に吸収型多層膜を成膜する場合、金属膜は金属酸化物膜に比べて吸収膜層の膜厚を薄くできるので、成膜時間を短くすることができ、よって成膜時間を長くすることにより生じうる樹脂フィルム基板の反りや膜の割れ等の問題を抑えることが可能となる。   That is, the absorption-type multilayer ND filter is cut into a predetermined shape and size to form an ND filter chip, and then incorporated into the above-described digital camera or the like. However, the digital camera or the like is small and thin and has a small installation space. Since the substrate is narrow, a resin film that is thin and flexible per se is the optimum substrate for the substrate of the ND filter. When forming an absorption multilayer film on such a resin film substrate, the metal film can reduce the film thickness of the absorption film layer compared to the metal oxide film, so that the film formation time can be shortened, and thus the film formation time. It is possible to suppress problems such as warpage of the resin film substrate and cracking of the film that can be caused by lengthening the thickness.

特開平05−093811号公報Japanese Patent Laid-Open No. 05-093811 特開2006−058854号公報JP 2006-058854 A 特開2006−091694号公報JP 2006-009694 A

ところで、NDフィルターのような平坦面を有する光学素子をカメラ等に組み込む際は、より低い反射特性が要求される。これは、平板状のNDフィルターはカメラ内部で多重反射をおこし、これが映像情報にゴーストを発生させてしまうからである。低反射化するためには、一般に空気との境にある最表面層の屈折率を低くするのが効果的であるため、通常はこの最表面層に屈折率の低い材料であるMgFが使用されることが多い。 Incidentally, when an optical element having a flat surface such as an ND filter is incorporated in a camera or the like, lower reflection characteristics are required. This is because the flat ND filter causes multiple reflection inside the camera, which causes ghost in the video information. In order to reduce the reflection, it is generally effective to lower the refractive index of the outermost surface layer at the boundary with air. Therefore, MgF 2 which is a material having a lower refractive index is usually used for the outermost surface layer. Often done.

上記MgFなどのフッ素化合物は、蒸着法では成膜が可能であるものの、スパッタ法などのプラズマを用いた成膜法ではフッ素が消失し、良好に膜形成を行うことができなかった。そこで、スパッタ法とロールツゥロール法とを組み合わせた生産性の高い成膜装置で吸収型多層膜を積層させる場合は、従来、最表面層の材料にSiOを利用している。しかしながら、屈折率に関して、MgFが1.38なのに対してSiOは1.45と高く、十分な低反射特性を得ることができなかった。 Although the fluorine compound such as MgF 2 can be formed by a vapor deposition method, fluorine disappeared by a film formation method using plasma such as a sputtering method, and the film could not be formed satisfactorily. Therefore, in the case of stacking the absorption multilayer film with a highly productive film forming apparatus combining the sputtering method and the roll-to-roll method, conventionally, SiO 2 is used as the material of the outermost surface layer. However, regarding the refractive index, MgF 2 is 1.38, whereas SiO 2 is as high as 1.45, and sufficient low reflection characteristics could not be obtained.

また、NDフィルターは、レンズ系に組み込んだ際に画像の色合いが変化しないように、可視光の全波長にわたって略一定の割合で光を減衰させるのが望ましい。このように、NDフィルターでは可視光での透過率の波長依存性を出来るだけ小さくすることが望まれるため、従来、多種類の材料を組合せ、層数も多くすることが行われてきた。しかし、スパッタ法ではターゲット数に制約があるため、得られるNDフィルターの特性が制限されてしまい、十分満足のいく特性を得ることができなかった。   Further, it is desirable that the ND filter attenuates light at a substantially constant rate over all wavelengths of visible light so that the hue of the image does not change when incorporated in the lens system. As described above, in the ND filter, it is desired to reduce the wavelength dependency of the transmittance of visible light as much as possible. Therefore, conventionally, various types of materials are combined and the number of layers has been increased. However, since the number of targets is limited in the sputtering method, the characteristics of the obtained ND filter are limited, and a sufficiently satisfactory characteristic cannot be obtained.

このように、スパッタ法などのプラズマを利用した成膜法で効率よく作製することができ、MgFを用いたNDフィルターと同程度の低反射特性を有し、かつ透過率の波長依存性の低い吸収型多層膜NDフィルターが強く望まれていた。 Thus, it can be efficiently produced by a film forming method using plasma such as sputtering, has a low reflection characteristic comparable to that of an ND filter using MgF 2 , and has a wavelength dependency of transmittance. A low absorption multilayer ND filter has been strongly desired.

本発明者は上記課題を解決すべく、誘電体の材料にMgFに比べて屈折率の高いSiOを使用しながら低反射特性を示すNDフィルターを簡便な方法で得るべく鋭意研究を行った。その結果、複数の吸収膜層と複数の酸化物誘電体膜層とで構成される吸収型多層膜NDフィルターにおいて、吸収膜層同士の膜厚の比及び酸化物誘電体膜層同士の膜厚の比に制限を課すと共に、最表面層をナノポーラスを含む低屈折率のSiO膜とすることで、MgFを使用した場合と同等の反射特性を確保しつつ透過率の波長依存性を低くできることを見出し、本発明を完成するに至った。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventor has intensively studied to obtain an ND filter exhibiting low reflection characteristics by a simple method while using SiO 2 having a higher refractive index than that of MgF 2 as a dielectric material. . As a result, in the absorption multilayer ND filter composed of a plurality of absorption film layers and a plurality of oxide dielectric film layers, the ratio of the film thicknesses of the absorption film layers and the film thickness of the oxide dielectric film layers In addition, the outermost surface layer is made of a low-refractive index SiO x film containing nanoporous material, and the wavelength dependence of the transmittance is reduced while ensuring the same reflection characteristics as when MgF 2 is used. The present inventors have found that this can be done and have completed the present invention.

すなわち、本発明に係る吸収型多層膜NDフィルターは、3層の酸化物誘電体膜層と2層の吸収膜層とが1層ずつ交互に積層された5層構造の吸収型多層膜が樹脂基板の両面に各々設けられた吸収型多層膜NDフィルターであって、樹脂基板側から数えて第2層目の吸収膜層の膜厚T2と第4層目の吸収膜層の膜厚T4の比T2/T4が0.60〜0.95の範囲内にあり、第3層目の酸化物誘電体膜層と第5層目の酸化物誘電体膜層の膜厚の比T3/T5が0.5〜0.9の範囲内にあり、第5層目の酸化物誘電体膜層がナノポーラスを含むSiOからなること特徴としている。 That is, the absorption multilayer ND filter according to the present invention is a resin having a five-layer absorption multilayer film in which three oxide dielectric film layers and two absorption film layers are alternately laminated one by one. Absorption-type multilayer ND filters provided on both sides of the substrate, each having a film thickness T2 of the second absorption film layer and a film thickness T4 of the fourth absorption film layer counted from the resin substrate side. The ratio T2 / T4 is in the range of 0.60 to 0.95, and the ratio T3 / T5 of the film thickness of the third oxide dielectric film layer and the fifth oxide dielectric film layer is The fifth oxide dielectric film layer is in the range of 0.5 to 0.9, and is characterized in that it is made of SiO x containing nanoporous material.

本発明よれば、可視光領域である波長約400nm〜約700nmの範囲内において低反射特性を有し且つ透過率の波長依存性の少ない高品質のNDフィルターを比較的簡便な製造プロセスで安価に提供することが可能となる。   According to the present invention, a high-quality ND filter having low reflection characteristics in the visible light wavelength range of about 400 nm to about 700 nm and having little transmittance wavelength dependency can be obtained at a low cost by a relatively simple manufacturing process. It becomes possible to provide.

本発明に係る吸収型多層膜NDフィルターの一具体例の模式的断面図である。It is typical sectional drawing of one specific example of the absorption type multilayer ND filter which concerns on this invention. 本発明に係る吸収型多層膜NDフィルターを好適に作製できるスパッタリングロールコーター装置の概略の正面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic front view of a sputtering roll coater device that can suitably produce an absorption multilayer ND filter according to the present invention. 実施例の吸収型多層膜NDフィルターの波長400nm〜700nmにおける分光透過率と分光反射率を示すグラフである。It is a graph which shows the spectral transmittance and spectral reflectance in wavelength 400nm -700nm of the absorption type multilayer ND filter of an Example. 比較例の吸収型多層膜NDフィルターの波長400nm〜700nmにおける分光透過率と分光反射率を示すグラフである。It is a graph which shows the spectral transmittance and spectral reflectance in wavelength 400nm-700nm of the absorption type multilayer film ND filter of a comparative example.

以下、本発明に係る吸収型多層膜NDフィルターの一具体例について、図1を参照しながら説明する。この吸収型多層膜NDフィルターは、3層の酸化物誘電体膜層D、D、Dと2層の吸収膜層A、Aとが1層ずつ交互に積層された5層構造の吸収型多層膜が樹脂基板Sの両面に各々設けられている。樹脂基板Sの表面側及び裏面側の各々において、樹脂基板S側から数えて第2層目の吸収膜層Aの膜厚T2と第4層目の吸収膜層Aの膜厚T4の比T2/T4は、0.60〜0.95の範囲内にあり、第3層目の酸化物誘電体膜層Dの膜厚T3と第5層目の酸化物誘電体膜層Dの膜厚T5の比T3/T5は、0.5〜0.9の範囲内にある。更に、第5層目の酸化物誘電体膜層Dは、ナノポーラスを含むSiOからなる。 A specific example of the absorption multilayer ND filter according to the present invention will be described below with reference to FIG. This absorption multilayer ND filter has five layers in which three oxide dielectric film layers D 1 , D 2 and D 3 and two absorption film layers A 1 and A 2 are alternately stacked. The absorption multilayer film having the structure is provided on both surfaces of the resin substrate S. In each of the first surface and the second surface of the resin substrate S, and the thickness T2 of the absorbent layer A 1 of the second layer counted from the resin substrate S side of the fourth layer of the absorber layer A 2 having a thickness T4 the ratio T2 / T4 is in the range of 0.60 to 0.95, the oxide of the third layer thickness T3 of the oxide dielectric film layer D 2 of the fifth layer dielectric layer D 3 The ratio T3 / T5 of the film thickness T5 is in the range of 0.5 to 0.9. Further, the fifth oxide dielectric film layer D 3 is made of SiO x containing nanoporous material.

このような構成を有する吸収型多層膜NDフィルターは、可視波長域(波長約400nm〜約700nm)における最大透過率と最小透過率の差を平均透過率で割った値で定義される分光透過特性のフラット性が5%以下という優れた光学特性を有している。更に、可視波長域(波長約400nm〜約700nm)における最大反射率が2.0%以下という特性をも有している。以下、かかる本発明の吸収型多層膜NDフィルターを構成する各構成要素についてより詳細に説明する。   The absorption multilayer ND filter having such a configuration has a spectral transmission characteristic defined by a value obtained by dividing the difference between the maximum transmittance and the minimum transmittance in the visible wavelength range (wavelength of about 400 nm to about 700 nm) by the average transmittance. Has excellent optical properties of 5% or less. Furthermore, the maximum reflectance in the visible wavelength region (wavelength of about 400 nm to about 700 nm) is 2.0% or less. Hereafter, each component which comprises this absorption type multilayer ND filter of this invention is demonstrated in detail.

(1)酸化物誘電体膜層(SiO層及び最表面層のナノポーラスを含むSiO層)
樹脂基板S側から数えて第1層目、第3層目、及び第5層目(最表面層)に位置する酸化物誘電体膜層D、D、D(SiO層及び最表面層のナノポーラスを含むSiO層)は、SiCやSiを主成分とするターゲットを使用し、酸素ガスの導入量を制御しながらイオンビームスパッタリング法又はマグネトロンスパッタリング法を行うことにより成膜することができる。これにより、各々の酸化物誘電体膜層の400nmにおける消衰係数を0〜0.07にすることができる。
(1) Oxide dielectric film layer (SiO x layer including SiO x layer and outermost layer nanoporous layer)
Oxide dielectric film layers D 1 , D 2 , D 3 (SiO x layer and outermost layer) located in the first layer, the third layer, and the fifth layer (outermost surface layer) counting from the resin substrate S side The SiO x layer including nanoporous surface layer) is formed by using an ion beam sputtering method or a magnetron sputtering method using a target mainly composed of SiC or Si and controlling the amount of oxygen gas introduced. Can do. As a result, the extinction coefficient at 400 nm of each oxide dielectric film layer can be set to 0 to 0.07.

吸収型多層膜NDフィルターの表面反射を低減させるためには、前述したように最表面層に位置する第5層目の酸化物誘電体膜層Dの屈折率は低ければ低いほど好ましい。そのため、この第5層目の酸化物誘電体膜層Dはナノポーラスを含むSiO層で形成されている。これにより、第5層目の酸化物誘電体膜層Dの消衰係数が他の2つの酸化物誘電体膜層D、Dに比べて小さくなり、低屈折率を実現することが可能となる。特に、第5層目の酸化物誘電体膜層Dは消衰係数が0〜0.01であるのが好ましい。 In order to reduce the surface reflection of the absorption type multi-layer film ND filter, the refractive index of the oxide dielectric film layer D 3 of the fifth layer located on the outermost surface layer as described above is preferably as low as possible. Therefore, the oxide dielectric film layer D 3 of the fifth layer is formed by SiO x layer comprising nanoporous. Thus, it extinction coefficient of the fifth layer of the oxide dielectric film layer D 3 is reduced as compared with the oxide dielectric film layer D 1, D 2 the other two, to realize a low refractive index It becomes possible. In particular, oxides of the fifth layer dielectric layer D 3 is preferably extinction coefficient is 0 to 0.01.

なお、SiO層とは、SiOやSiOなどの種々の酸化ケイ素がアモルファス状に混在してなる層であり、屈折率としては、SiOから酸素が欠損するにしたがってSiOより高い値を示すという特徴を有している。このSiO層は酸素量の少ない雰囲気下でスパッタリングを行うことによって作成される。また、ナノポーラスを含む層とは、ナノメートルオーダーの微細孔を無数に含んだ多孔質体の層のことを意味している。 Note that the SiO x layer is a layer in which various silicon oxide such as SiO or SiO 2 is mixed in the amorphous, as the refractive index, a higher value than the SiO 2 in accordance with oxygen deficiency of SiO 2 It has the feature of showing. This SiO x layer is formed by performing sputtering in an atmosphere having a small amount of oxygen. Moreover, the layer containing nanoporous means the layer of the porous body containing innumerable micropores of nanometer order.

ナノポーラスを含むSiO層は、第1層目及び第3層目の成膜時に比べて高いArガス圧でスパッタリングすることで成膜することができる。これは、スパッタリング時のArガス圧を高めることにより、ガスが過剰に含まれた雰囲気でスパッタリングされるため、SiO膜中にArや酸素ガスがより多く取り込まれる。その結果、屈折率が1の細かい泡が多数形成されて消衰係数が0に近づき、屈折率が低くなると考えられる。 The SiO x layer containing nanoporous material can be formed by sputtering at a higher Ar gas pressure than when forming the first and third layers. This is because sputtering is performed in an atmosphere containing excessive gas by increasing the Ar gas pressure during sputtering, so that more Ar and oxygen gas are taken into the SiO x film. As a result, it is considered that many fine bubbles having a refractive index of 1 are formed, the extinction coefficient approaches 0, and the refractive index is lowered.

つまり、誘電体層内に空隙部分あると、空隙部分の屈折率は1であるため、層全体としての屈折率は、そのバルクの値より小さくなる。更に、この空隙のサイズを可視光の散乱を生じない数nmサイズのナノポーラスにすることにより、可視光の散乱によるヘイズ低下を防止しつつ、所望の低反射率を実現することができる。   That is, if there is a void in the dielectric layer, the refractive index of the void is 1, so the refractive index of the entire layer is smaller than its bulk value. Furthermore, by setting the size of the voids to nanoporous having a size of several nanometers that does not cause visible light scattering, it is possible to achieve a desired low reflectance while preventing haze reduction due to visible light scattering.

これら第1、第3及び第5層目の酸化物誘電体膜層D、D、Dのうち、第3層目の酸化物誘電体膜層Dの膜厚T3と第5層目の酸化物誘電体膜層Dの膜厚T5の比T3/T5は、0.5〜0.9の範囲内にする必要がある。このように酸化物誘電体膜層D、Dの膜厚の比を限定すると共に、後述するように吸収膜層A、Aの膜厚の比を限定することによって透過率の波長依存性を低くすることができる。その理由は、各層の界面での光の干渉効果によるものであると発明者は推測している。すなわち、この比T3/T5が0.5より低いと550nm〜700nmの波長領域における透過率が上昇してくる。一方、この比T3/T5が0.9を超えると逆に400nm〜550nmの波長領域における透過率が上昇してしまい、本発明の特徴である透過率の波長依存性の少ない高品質のNDフィルターが得られなくなる。 Among these first, third and fifth oxide dielectric film layers D 1 , D 2 and D 3 , the film thickness T 3 of the third oxide dielectric film layer D 2 and the fifth layer the ratio T3 / T5 in thickness T5 of the oxide dielectric film layer D 3 eyes, must be within the range of 0.5 to 0.9. Thus, while limiting the film thickness ratio of the oxide dielectric film layers D 2 and D 3 and limiting the film thickness ratio of the absorption film layers A 1 and A 2 as described later, the wavelength of the transmittance The dependency can be reduced. The inventor speculates that the reason is due to the light interference effect at the interface of each layer. That is, when the ratio T3 / T5 is lower than 0.5, the transmittance in the wavelength region of 550 nm to 700 nm increases. On the other hand, when the ratio T3 / T5 exceeds 0.9, the transmittance in the wavelength region of 400 nm to 550 nm is increased, and the high-quality ND filter having a low wavelength dependency of the transmittance, which is a feature of the present invention. Cannot be obtained.

これら第1、第3及び第5層目の酸化物誘電体膜層D、D、Dの各膜厚は、各々3〜150nmとすることが望ましい。各膜厚が3nmより薄いと、光学薄膜としての寄与が少ないばかりか、膜厚制御が困難となるため、好ましくない。さらに、高温高湿環境下において吸収膜層の酸化により透過率が増加する現象を抑制することが期待できなくなる。一方、酸化物誘電体膜層の各膜厚が150nmより厚いと、可視光領域の光学薄膜として所望の性能が効果的に発揮されなくなるおそれがあり、また生産効率を低下させるだけであるので好ましくない。 The film thicknesses of the first, third, and fifth oxide dielectric film layers D 1 , D 2 , and D 3 are each preferably 3 to 150 nm. If each film thickness is less than 3 nm, the contribution as an optical thin film is small, and it becomes difficult to control the film thickness. Furthermore, it cannot be expected to suppress a phenomenon in which the transmittance increases due to oxidation of the absorption film layer in a high temperature and high humidity environment. On the other hand, if each thickness of the oxide dielectric film layer is thicker than 150 nm, the desired performance as an optical thin film in the visible light region may not be exhibited effectively, and it is only preferable to reduce the production efficiency. Absent.

(2)吸収膜層(金属層)
樹脂基板S側から数えて第2層目と第4層目に位置する吸収膜層A、Aは、金属膜で構成されている。この金属膜は、金属を原料とし、酸素ガス導入を停止した物理気相成長法により成膜することができる。物理気相成長法には、真空蒸着法、イオンビームスパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法、又はイオンプレーティング法の中から選択することができる。物理気相成法により得られる吸収膜は、波長400nmにおける屈折率が1.5〜3.0であり、消衰係数が1.5〜6.0である。
(2) Absorption film layer (metal layer)
The absorption film layers A 1 and A 2 located in the second layer and the fourth layer as counted from the resin substrate S side are composed of metal films. This metal film can be formed by physical vapor deposition using metal as a raw material and stopping the introduction of oxygen gas. The physical vapor deposition method can be selected from a vacuum deposition method, an ion beam sputtering method, a magnetron sputtering method, or an ion plating method. The absorption film obtained by the physical vapor deposition method has a refractive index at a wavelength of 400 nm of 1.5 to 3.0 and an extinction coefficient of 1.5 to 6.0.

成膜時に意図的に酸素導入を行わずに成膜した金属膜は、前述したように成膜時に意図的に酸素導入を行って成膜した酸素欠損による吸収を有するTiOやTa等の金属酸化物膜と比較して、高い消衰係数を有することが知られている。そして、フレキシブル性を有する樹脂フィルム基板に酸化物誘電体膜層と吸収膜層とを交互に積層させて吸収型多層膜を成膜する場合、成膜時間が長くなることによって生じ得る樹脂フィルム基板の反りや膜の割れ等を考慮すると、消衰係数の高い金属膜を採用した方が金属酸化物膜に比べて膜厚を薄くすることができるので望ましい。 The metal film formed without intentionally introducing oxygen at the time of film formation is TiO x or Ta 2 O x having absorption due to oxygen deficiency formed by intentionally introducing oxygen at the time of film formation as described above. It is known that it has a high extinction coefficient as compared with metal oxide films such as. And when forming an absorption type multilayer film by alternately laminating an oxide dielectric film layer and an absorption film layer on a flexible resin film substrate, the resin film substrate that can be caused by a long film formation time Taking into account the warpage and cracking of the film, it is desirable to employ a metal film having a high extinction coefficient because the film thickness can be made thinner than that of the metal oxide film.

但し、金属膜は容易に酸化が進行して消衰係数が低下し、金属吸収膜を用いたNDフィルターでは透過率が経時的に高くなるという問題がある。そこで、本発明に係る吸収型多層膜NDフィルターにおいては、金属吸収膜に隣接する酸化物誘電体膜層をSiO膜又はナノポーラスを含むSiO膜で構成することで金属吸収体膜層の酸化を抑制している。 However, the metal film easily oxidizes and the extinction coefficient decreases, and the ND filter using the metal absorption film has a problem that the transmittance increases with time. Therefore, in the absorption multilayer ND filter according to the present invention, the oxide dielectric film layer adjacent to the metal absorption film is composed of the SiO x film or the SiO x film containing nanoporous, thereby oxidizing the metal absorber film layer. Is suppressed.

これら第2及び第4層目の吸収膜層A、Aは、膜厚をそれぞれT2及びT4とすると、それらの比T2/T4が0.60〜0.95の範囲内にする必要がある。このように膜厚の比を酸化物誘電体膜層D、Dの膜厚の比と共に限定することによって前述したように透過率の波長依存性が低くなる。すなわち、この比T2/T4が0.60より低いと可視光領域の両端に相当する波長400nm近傍の反射率と700nm近傍の反射率が上昇してくる。一方、この比T2/T4が0.95を超えると可視光領域の中心である550nm近傍の反射率が増加し、本発明の特徴である低反射特性を確保することが困難となる。 When the film thicknesses of the second and fourth absorption film layers A 1 and A 2 are T2 and T4, respectively, the ratio T2 / T4 needs to be in the range of 0.60 to 0.95. is there. Thus, by limiting the film thickness ratio together with the film thickness ratio of the oxide dielectric film layers D 2 and D 3 , the wavelength dependency of the transmittance is lowered as described above. That is, when the ratio T2 / T4 is lower than 0.60, the reflectance near the wavelength of 400 nm and the reflectance near 700 nm corresponding to both ends of the visible light region increase. On the other hand, when the ratio T2 / T4 exceeds 0.95, the reflectance near 550 nm, which is the center of the visible light region, increases, and it becomes difficult to ensure the low reflection characteristic that is a feature of the present invention.

第2層目及び第4層目の吸収膜層A、Aの各膜厚は、3nm〜20nmであることが望ましい。各膜厚が3nmより薄いと、金属膜は完全に内部まで酸化が進行してしまう恐れがあり好ましくない。一方、各膜厚が20nmを超えて厚くなると、分光透過率が著しく低下してしまう恐れがあり好ましくない。 The thicknesses of the second and fourth absorption film layers A 1 and A 2 are preferably 3 nm to 20 nm. If each film thickness is less than 3 nm, the metal film may be completely oxidized to the inside, which is not preferable. On the other hand, when each film thickness exceeds 20 nm, the spectral transmittance may be remarkably lowered.

吸収膜層A、Aを構成する金属膜の材質は、比較的酸化し難い金属であるNi単体又はNi系合金であることが好ましい。Ni系合金の場合は、特に、Ti、Al、V、W、Ta、及びSiからなる群から選択される1種類以上の元素を含んだNi系合金であることがより好ましい。更に、Tiを含む場合はその含有率が5〜15質量%の範囲内、Alを含む場合はその含有率が3〜8質量%の範囲内、Vを含む場合はその含有率が3〜9質量%の範囲内、Wを含む場合はその含有率が18〜32質量%の範囲内、Taを含む場合はその含有率が5〜12質量%の範囲内、Siを含む場合はその含有率が2〜6質量%の範囲内にあることが好ましい。 The material of the metal film constituting the absorption film layers A 1 and A 2 is preferably Ni simple substance or Ni-based alloy which is a metal that is relatively difficult to oxidize. In the case of a Ni-based alloy, in particular, a Ni-based alloy containing one or more elements selected from the group consisting of Ti, Al, V, W, Ta, and Si is more preferable. Furthermore, when Ti is contained, the content is within a range of 5 to 15% by mass, when Al is contained, the content is within a range of 3 to 8% by mass, and when V is contained, the content is 3 to 9%. In the range of mass%, when W is included, the content is within the range of 18 to 32 mass%, when Ta is included, the content is within the range of 5 to 12 mass%, and when Si is included, the content is Is preferably in the range of 2 to 6 mass%.

Tiの含有量が5質量%以上であれば、強磁性特性を著しく弱めることができ、磁力の低い通常のマグネットを配置したカソードでも直流マグネトロンスパッタリング成膜を行うことができるからである。一方、Tiの含有量が15質量%を超えると、多量の金属間化合物を形成してしまう恐れがあるため好ましくない。なお、Ti以外の元素であるAl、V、W、Ta、及びSiの含有量をそれぞれ上記の範囲内とする理由も、上記Tiの場合と同様である。   This is because if the Ti content is 5% by mass or more, the ferromagnetic characteristics can be remarkably weakened, and DC magnetron sputtering film formation can be performed even with a cathode on which a normal magnet having a low magnetic force is disposed. On the other hand, if the Ti content exceeds 15% by mass, a large amount of intermetallic compounds may be formed, which is not preferable. The reason why the contents of Al, V, W, Ta, and Si, which are elements other than Ti, are within the above ranges is the same as in the case of Ti.

本発明の一具体例のNDフィルターでは、第5層目が最表面層であったが、その更に上に積層してもよい。例えば、第5層目に位置する酸化物誘電体層DであるSiO層の上に、厚さ2nm〜10nm程度のフッ素樹脂膜を成膜してもよい。これにより、より低い屈折率を実現することが可能となる。このフッ素樹脂膜は、例えばスプレーコート、ディップコート、スピンコートなどの塗布方法で成膜できるが、10nm以下の膜厚とすることからディップコートが好適に使用できる。 In the ND filter of one specific example of the present invention, the fifth layer is the outermost surface layer, but may be further laminated thereon. For example, a fluororesin film having a thickness of about 2 nm to 10 nm may be formed on the SiO x layer that is the oxide dielectric layer D 3 located in the fifth layer. Thereby, a lower refractive index can be realized. This fluororesin film can be formed, for example, by a coating method such as spray coating, dip coating, or spin coating. However, since the film thickness is 10 nm or less, dip coating can be preferably used.

具体的には、フッ素樹脂溶液として市販品のフッ素樹脂溶液(株式会社ハーベス製DS−5110Z130)を10秒間ディップし、その後24時間大気乾燥することによりフッ素樹脂層を形成することができる。このフッ素樹脂コートにより、ナノポーラスを含むSiO膜層の屈折率の経時劣化を防止する効果も期待できる。 Specifically, a fluororesin layer can be formed by dipping a commercially available fluororesin solution (DS-5110Z130 manufactured by Harves Co., Ltd.) as a fluororesin solution for 10 seconds and then air drying for 24 hours. This fluororesin coating can also be expected to have the effect of preventing deterioration of the refractive index of the SiO x film layer containing nanoporous material over time.

(3)樹脂基板
本発明で使用する樹脂基板は透明であるのが好ましく、更に量産性を考慮して後述するロール・トウ・ロール方式による乾式のロールコーティングが可能な長尺状の樹脂フィルム基板であることが好ましい。樹脂フィルム基板は、従来のガラス基板等に比べて廉価で、軽量で、フレキシブル性に富むといった優れた特性を有しているからである。
(3) Resin Substrate The resin substrate used in the present invention is preferably transparent, and is a long resin film substrate capable of dry roll coating by a roll-to-roll method described later in consideration of mass productivity. It is preferable that This is because the resin film substrate has excellent characteristics such as being cheaper, lighter and more flexible than a conventional glass substrate.

このような樹脂フィルム基板の具体例としては、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)、及びノルボルネンからなる群から選択された樹脂を材料とする樹脂フィルムの単体か、あるいは上記樹脂を材料とする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被覆させた複合体を挙げることができる。材料にノルボルネンを使用した樹脂フィルムでは、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)などがある。   Specific examples of such a resin film substrate were selected from the group consisting of polyethylene terephthalate (PET), polyethersulfone (PES), polyarylate (PAR), polycarbonate (PC), polyolefin (PO), and norbornene. Examples thereof include a single resin film made of a resin, or a composite in which an acrylic organic film is coated on one or both sides of a single resin film made of the above resin. Typical examples of resin films using norbornene as a material include ZEONOR (trade name) of Nippon Zeon Co., Ltd. and Arton (trade name) of JSR Corporation.

(4)吸収型多層膜NDフィルターの製造方法
次に、本発明の吸収型多層膜NDフィルターをロール・トウ・ロール方式で作製する方法について説明する。図2はロール・トウ・ロール方式の物理的気相成長装置(スパッタリングロールコーター装置)の概略の構成を示す正面図である。この図2に示す物理的気相成長装置は、図示しない真空ポンプを備えたスパッタリング室10内に設けられており、長尺状の樹脂フィルムFの巻取りや巻出しをする第1ロール11及び第2ロール12と、これら第1ロール11及び第2ロール12のいずれか一方から他方に搬送される樹脂フィルムFが巻き付けられる水冷キャンロール13と、この水冷キャンロール13を経由して記第1ロール11と第2ロール12との間で搬送される樹脂フィルムFの搬送経路を画定する4つのガイドロール14、15、16、及び17を備えている。
(4) Method for Producing Absorption-type Multilayer Film ND Filter Next, a method for producing the absorption-type multilayer film ND filter of the present invention by a roll-to-roll method will be described. FIG. 2 is a front view showing a schematic configuration of a roll-to-roll physical vapor deposition apparatus (sputtering roll coater apparatus). The physical vapor deposition apparatus shown in FIG. 2 is provided in a sputtering chamber 10 equipped with a vacuum pump (not shown), and includes a first roll 11 for winding and unwinding a long resin film F, and The second roll 12, the water-cooled can roll 13 around which the resin film F conveyed from one of the first roll 11 and the second roll 12 to the other is wound, and the first through the water-cooled can roll 13. Four guide rolls 14, 15, 16, and 17 that define a transport path of the resin film F transported between the roll 11 and the second roll 12 are provided.

第1ロール11及び第2ロール12はパウダークラッチを備えており、これにより樹脂フィルムFの張力バランスが保たれている。また、水冷キャンロール13の回転方向により樹脂フィルムFの搬送方向が決められるようになっており、本明細書においては、水冷キャンロール13が図2の紙面上で反時計回りに回転して長尺状の樹脂フィルムFが第1ロール11から引き出されて第2ロール12側に巻き取られる搬送方向を正転方向と定義し、逆に水冷キャンロール13が図2の紙面上で時計回りに回転して長尺状の樹脂フィルムFが第2ロール12から引き出されて第1ロール11側に巻き取られる搬送方向を逆転方向と定義する。   The 1st roll 11 and the 2nd roll 12 are provided with the powder clutch, and, thereby, the tension balance of the resin film F is maintained. Further, the transport direction of the resin film F is determined by the rotation direction of the water-cooled can roll 13, and in this specification, the water-cooled can roll 13 rotates counterclockwise on the paper surface of FIG. The transport direction in which the scale-shaped resin film F is drawn out from the first roll 11 and wound up on the second roll 12 side is defined as the forward rotation direction, and conversely, the water-cooled can roll 13 rotates clockwise on the paper surface of FIG. A reverse direction is defined as a conveyance direction in which the long resin film F rotates and is drawn out from the second roll 12 and wound up on the first roll 11 side.

上記スパッタリング室10内には、水冷キャンロール13の外周面に沿ってこれに対向するように、スパッタリングカソード(デュアルマグネトロンスパッタリングカソード)18とスパッタリングカソード19が配置されている。スパッタリングカソード18には酸化物誘電体膜層(例えばSiO膜層)を形成するためのターゲットが取り付けられている。一方、スパッタリングカソード19には金属吸収膜層(例えばNi合金層)を形成するためのターゲットが取り付けられている。 In the sputtering chamber 10, a sputtering cathode (dual magnetron sputtering cathode) 18 and a sputtering cathode 19 are disposed so as to face the outer peripheral surface of the water-cooled can roll 13. A target for forming an oxide dielectric film layer (for example, a SiO x film layer) is attached to the sputtering cathode 18. On the other hand, a target for forming a metal absorption film layer (for example, Ni alloy layer) is attached to the sputtering cathode 19.

かかる構成により、酸化物誘電体膜層を成膜する時は水冷キャンロール13を反時計回りに回転させて長尺状の樹脂フィルムFを正転方向に搬送する。これにより、樹脂フィルムFは第1ロール11から引き出され、ガイドロール14、15を経て水冷キャンロール13に導かれ、ここで水冷キャンロール13の外周面に密着して冷却されながらスパッタリングカソード18によって酸化物誘電体膜層(例えばSiO膜層)が成膜される。酸化物誘電体膜層が成膜された脂フィルムFはガイドロール16、17を経て第2ロール12に巻き取られる。 With this configuration, when the oxide dielectric film layer is formed, the water-cooled can roll 13 is rotated counterclockwise to convey the long resin film F in the forward rotation direction. As a result, the resin film F is drawn out from the first roll 11, guided to the water-cooled can roll 13 through the guide rolls 14 and 15, and is adhered to the outer peripheral surface of the water-cooled can roll 13 and cooled by the sputtering cathode 18. An oxide dielectric film layer (eg, a SiO x film layer) is formed. The oil film F on which the oxide dielectric film layer is formed is wound around the second roll 12 through the guide rolls 16 and 17.

上記酸化物誘電体膜層の成膜が完了してほぼ全ての樹脂フィルムFが第2ロール12に巻き取られたら、水冷キャンロール13の回転方向を反転させて樹脂フィルムFを逆転方向に搬送する。これにより、樹脂フィルムFは第2ロール12から引き出され、ガイドロール17、16を経て水冷キャンロール13に導かれ、ここで水冷キャンロール13の外周面に密着して冷却されながらスパッタリングカソード19により上記酸化物誘電体膜層の上に吸収膜層(例えばNi合金層)が成膜される。吸収膜層が成膜された樹脂フィルムFはガイドロール15、14を経て第1ロール11に巻き取られる。以下、上記した酸化物誘電体膜層の成膜工程と吸収膜層成膜工程とを繰り返すことにより、長尺状の樹脂フィルムFの一方の面に酸化物誘電体膜層と吸収膜層が交互に積層された吸収型多層膜が得られる。   When the formation of the oxide dielectric film layer is completed and almost all of the resin film F is wound on the second roll 12, the rotation direction of the water-cooled can roll 13 is reversed and the resin film F is conveyed in the reverse direction. To do. As a result, the resin film F is drawn out from the second roll 12 and guided to the water-cooled can roll 13 through the guide rolls 17 and 16, where it is adhered to the outer peripheral surface of the water-cooled can roll 13 and cooled by the sputtering cathode 19. An absorption film layer (for example, a Ni alloy layer) is formed on the oxide dielectric film layer. The resin film F on which the absorption film layer is formed is wound around the first roll 11 through the guide rolls 15 and 14. Hereinafter, the oxide dielectric film layer and the absorption film layer are formed on one surface of the long resin film F by repeating the oxide dielectric film layer formation process and the absorption film layer formation process described above. An absorption multilayer film laminated alternately is obtained.

長尺状の樹脂フィルムFのもう一方の面に上記と同様の吸収型多層膜を積層する場合は、上記片面に吸収型多層膜が積層された樹脂フィルムFのロールをロールコーター装置から一旦取り外し、表裏が逆となるように巻き直してから再度第1ロール11に装置して上記と同様にして積層すればよい。なお、吸収型多層膜の膜厚制御は、長尺状の樹脂フィルムFの搬送速度を制御することで可能となる。   When laminating an absorption multilayer film similar to the above on the other side of the long resin film F, the roll of the resin film F having the absorption multilayer film laminated on one side is once removed from the roll coater device. Then, after rewinding so that the front and back are reversed, the apparatus is again applied to the first roll 11 and laminated in the same manner as described above. The film thickness of the absorption multilayer film can be controlled by controlling the conveyance speed of the long resin film F.

[実施例]
図2に示すロール・トウ・ロール方式の物理的気相成長装置(スパッタリングロールコーター装置)を用いて、3層の酸化物誘電体膜層と2層の吸収膜層とが1層ずつ交互に積層された吸収型多層膜をフィルムの両面に有する吸収型多層膜NDフィルターを作製した。吸収膜層を成膜するためのターゲットには、Ni−7.5質量%Ti合金ターゲット[住友金属鉱山(株)社製のTi添加割合が7.5質量%であるTi−Ni合金ターゲット]を用い、Arガスを導入するDCマグネトロンスパッタリングにより成膜した。
[Example]
Using the roll-to-roll physical vapor deposition apparatus (sputtering roll coater apparatus) shown in FIG. 2, three oxide dielectric film layers and two absorption film layers are alternately formed one by one. An absorptive multilayer ND filter having the laminated absorptive multilayer film on both sides of the film was produced. Ni-7.5 mass% Ti alloy target [Ti-Ni alloy target with a Ti addition ratio of 7.5 mass% manufactured by Sumitomo Metal Mining Co., Ltd.] as a target for forming the absorption film layer The film was formed by DC magnetron sputtering using Ar gas.

一方、酸化物誘電体膜であるSiO又はナノポーラスを含むSiOを成膜するためのターゲットには、Siターゲット[住友金属鉱山(株)社製]を用い、Ar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した。SiからSiO又はナノポーラスを含むSiOを成膜するため、インピーダンスモニターにより酸素導入量を制御し消衰係数の調整も酸素導入量により行った。 On the other hand, as a target for depositing SiO x that is an oxide dielectric film or SiO x containing nanoporous material, a dual magnetron sputtering in which Ar gas is introduced using a Si target (manufactured by Sumitomo Metal Mining Co., Ltd.). Was formed. In order to form SiO x containing Si x or nanoporous film from Si, the oxygen introduction amount was controlled by an impedance monitor, and the extinction coefficient was adjusted by the oxygen introduction amount.

ここで、デュアルマグネトロンスパッタリングとは、絶縁膜を高速成膜するため、2つのターゲットに中周波(40kHz)パルスを交互に印加してアーキングの発生を抑制し、ターゲット表面の絶縁層の形成を防ぐスパッタリング方法である。また、インピーダンスモニターは、酸素導入量によってターゲット電極間のインピーダンスが変化する現象を応用し、形成する膜が金属モードと酸化物モードの間の遷移領域にある所望のモードの膜となるように酸素導入量を制御かつモニターして、酸化物誘電体膜層を高速成膜するために使用するものである。   Here, in dual magnetron sputtering, in order to form an insulating film at high speed, medium frequency (40 kHz) pulses are alternately applied to two targets to suppress arcing and prevent formation of an insulating layer on the target surface. It is a sputtering method. The impedance monitor applies a phenomenon in which the impedance between the target electrodes changes depending on the amount of oxygen introduced, so that the film to be formed becomes a film of a desired mode in a transition region between the metal mode and the oxide mode. The amount introduced is controlled and monitored, and is used to form an oxide dielectric film layer at high speed.

上記成膜法で得られる膜の厚みは、樹脂フィルム基板の搬送速度とスパッタリング電力により決定されるため、酸化物誘電体膜層の成膜時はスパッタ電力を7.5kWにセットし、吸収膜層の成膜時はスパッタ電力を1kWにセットした。そして、所望の物理的膜厚になるように樹脂フィルム基板の搬送速度を調整した。樹脂フィルム基板にはPETフィルムを使用し、その片面に先ず下記表1に示す膜構造のうちの片側5層を成膜した。その後、フィルムのロールを取り外して表裏が逆となるように巻き直し、再びロールコーター装置に装着して他方の面にも上記と同様に成膜して表1に示す膜構造のうちの残りの5層を成膜した。   Since the thickness of the film obtained by the film formation method is determined by the transport speed of the resin film substrate and the sputtering power, the sputtering power is set to 7.5 kW when forming the oxide dielectric film layer, and the absorption film Sputtering power was set to 1 kW when forming the layer. And the conveyance speed of the resin film board | substrate was adjusted so that it might become a desired physical film thickness. A PET film was used as the resin film substrate, and five layers on one side of the film structure shown in Table 1 below were first formed on one side. Thereafter, the roll of the film is removed and rewound so that the front and back are reversed. The film is again mounted on the roll coater and formed on the other surface in the same manner as described above. Five layers were deposited.

Figure 2014016568
Figure 2014016568

具体的には、以下の成膜工程(1)〜(6)に沿って吸収型多層膜の成膜を行った。
(1)図2に示すスパッタリングロールコーター装置のスパッタリング室10内を1×10−4Pa程度まで排気した後、水冷キャンロール13を反時計回りに回転させて、第1ロール11から第2ロール12に向かう正転方向に樹脂フィルムFを搬送した。樹脂フィルムFの搬送速度は1.50m/minに調節した。更に、Siターゲットが取付けられたスパッタリングカソード18側にArガスを150sccm導入し、Arガス圧0.3Paとしてスパッタ出力を7.5kWに設定して、第1層目の酸化物誘電体膜層Dを成膜した。成膜の際、SiO膜の消衰係数が所定の値となるように成膜すべく、インピーダンスモニターにより酸素導入量を調整した。
Specifically, an absorptive multilayer film was formed along the following film formation steps (1) to (6).
(1) After exhausting the inside of the sputtering chamber 10 of the sputtering roll coater apparatus shown in FIG. 2 to about 1 × 10 −4 Pa, the water-cooled can roll 13 is rotated counterclockwise, and the first roll 11 to the second roll. The resin film F was conveyed in the forward rotation direction toward 12. The conveyance speed of the resin film F was adjusted to 1.50 m / min. Further, Ar gas was introduced at 150 sccm to the side of the sputtering cathode 18 to which the Si target was attached, the Ar gas pressure was set to 0.3 Pa, the sputtering output was set to 7.5 kW, and the first oxide dielectric film layer D 1 was deposited. At the time of film formation, the oxygen introduction amount was adjusted by an impedance monitor so that the extinction coefficient of the SiO x film became a predetermined value.

(2)第1層目の酸化物誘電体膜層Dの成膜が完了したところで水冷キャンロール13を反転させて、第2ロール12から第1ロール11に向かう逆転方向に樹脂フィルムFを搬送した。樹脂フィルムFの搬送速度は1.49m/minに調節した。更に、Ni合金ターゲット(Ti−Ni合金ターゲット)が取付けられたスパッタリングカソード19側にArガスを150sccm導入し、スパッタ出力を1kWに設定してNi合金からなる第2層目の吸収膜層Aを成膜した。 (2) When the formation of the first oxide dielectric film layer D 1 is completed, the water-cooled can roll 13 is reversed, and the resin film F is reversed in the reverse direction from the second roll 12 toward the first roll 11. Conveyed. The conveyance speed of the resin film F was adjusted to 1.49 m / min. Further, Ar gas is introduced at 150 sccm to the side of the sputtering cathode 19 to which the Ni alloy target (Ti—Ni alloy target) is attached, the sputtering output is set to 1 kW, and the second absorption film layer A 1 made of Ni alloy. Was deposited.

(3)第2層目の吸収膜層Aの成膜が完了したところで水冷キャンロール13を反転させて、第1ロール11から第2ロール12に向かう正転方向に樹脂フィルムFを搬送した。樹脂フィルムFの搬送速度は0.53m/minに調節した。更に、Siターゲットが取付けられたスパッタリングカソード18側にArガスを150sccm導入し、Arガス圧0.3Paとしてスパッタ出力を7.5kWに設定して、第3層目の酸化物誘電体膜層Dを成膜した。成膜の際、SiO膜の消衰係数が所定の値となるように成膜すべく、インピーダンスモニターにより酸素導入量を調整した。 (3) by inverting the water-cooled can roll 13 where the deposition of the absorbing layer A 1 of the second layer is complete, and conveys the resin film F from the first roll 11 in the forward direction toward the second roll 12 . The conveyance speed of the resin film F was adjusted to 0.53 m / min. Further, Ar gas was introduced at 150 sccm to the side of the sputtering cathode 18 to which the Si target was attached, the Ar gas pressure was set to 0.3 Pa, the sputtering output was set to 7.5 kW, and the third oxide dielectric film layer D 2 was deposited. At the time of film formation, the oxygen introduction amount was adjusted by an impedance monitor so that the extinction coefficient of the SiO x film became a predetermined value.

(4)第3層目の酸化物誘電体膜層Dの成膜が完了したところで水冷キャンロール13を反転させて、第2ロール12から第1ロール11に向かう逆転方向に樹脂フィルムFを搬送した。樹脂フィルムFの搬送速度は1.17m/minに調節した。更に、Ni合金ターゲット(Ti−Ni合金ターゲット)が取付けられたスパッタリングカソード19側にArガスを150sccm導入し、スパッタ出力を1kWに設定してNi合金からなる第4層目の吸収膜層Aを成膜した。 (4) by inverting the water-cooled can roll 13 where the third layer of the oxide dielectric film layer formation of D 2 is completed, the resin film F from the second roll 12 in the reverse direction towards the first roll 11 Conveyed. The conveyance speed of the resin film F was adjusted to 1.17 m / min. Further, Ar gas is introduced at 150 sccm to the side of the sputtering cathode 19 to which the Ni alloy target (Ti—Ni alloy target) is attached, the sputtering output is set to 1 kW, and the fourth absorption film layer A 2 made of Ni alloy is formed. Was deposited.

(5)第4層目の吸収膜層Aの成膜が完了したところで水冷キャンロール13を反転させて、第1ロール11から第2ロール12に向かう正転方向に樹脂フィルムFを搬送した。樹脂フィルムFの搬送速度は0.41m/minに調節した。更に、Siターゲットが取付けられたスパッタリングカソード18側にArガスを300sccm導入し、Arガス圧0.6Paとしてスパッタ出力を7.5kWに設定して、第5層目の酸化物誘電体膜層Dを成膜した。成膜の際、ナノポーラスを含むSiO膜の消衰係数が所定の値になるように成膜すべく、インピーダンスモニターにより酸素導入量を調整した。 (5) When the film formation of the fourth absorption film layer A 2 is completed, the water-cooled can roll 13 is reversed, and the resin film F is conveyed in the normal rotation direction from the first roll 11 to the second roll 12. . The conveyance speed of the resin film F was adjusted to 0.41 m / min. Further, Ar gas was introduced at 300 sccm to the side of the sputtering cathode 18 to which the Si target was attached, the Ar gas pressure was set to 0.6 Pa, the sputtering output was set to 7.5 kW, and the fifth oxide dielectric film layer D 3 was deposited. At the time of film formation, the amount of oxygen introduced was adjusted by an impedance monitor so that the SiO x film containing nanoporous had a predetermined extinction coefficient.

(6)片面(表面)の成膜が完了した長尺状の樹脂フィルムFを取り出すと共に、表裏を反転させて第1ロール11にセットし、上記(1)〜(5)の工程を繰り返して長尺状の樹脂フィルムFの裏面にも吸収型多層膜を形成した。表裏両面に吸収型多層膜が形成された長尺状の樹脂フィルムFをスパッタリング室から取り出した。   (6) Take out the long resin film F on which the film formation on one side (front surface) has been completed, invert the front and back and set it on the first roll 11, and repeat the steps (1) to (5) above. An absorptive multilayer film was also formed on the back surface of the long resin film F. The long resin film F having the absorption multilayer film formed on both the front and back surfaces was taken out of the sputtering chamber.

このようにして作製した吸収型多層膜NDフィルター(多層膜の膜構造は表1参照)は、吸収層の膜厚の比T2/T4が6.4nm/8.2nmで0.78であり、第3層の誘電体の最表面層の誘電体の膜厚の比T3/T5が59nm/77nmで0.77であった。   The absorption type multilayer ND filter produced in this way (see Table 1 for the film structure of the multilayer film) has an absorption layer thickness ratio T2 / T4 of 0.78 at 6.4 nm / 8.2 nm, The ratio T3 / T5 of the dielectric thickness of the outermost layer of the third-layer dielectric was 0.77 at 59 nm / 77 nm.

また、樹脂フィルム(フィルム厚さ100μmのPETフィルム)基板の透過特性も含め、吸収型多層膜NDフィルターの分光透過特性を分光光度計(日本分光社製 V570)を用いて測定したところ、可視光領域400〜700nmの範囲内における平均透過率は12.5%であった。また、吸収型多層膜NDフィルターの分光反射率を自記分光光度計(日本分光社製 V570)を用いて測定したところ、可視光領域400nm〜700nmにおける平均反射率は0.6%であった。   Further, when the spectral transmission characteristics of the absorption multilayer ND filter including the transmission characteristics of the resin film (PET film having a film thickness of 100 μm) were measured using a spectrophotometer (V570 manufactured by JASCO Corporation), visible light was obtained. The average transmittance in the range of 400 to 700 nm was 12.5%. Further, when the spectral reflectance of the absorption multilayer ND filter was measured using a self-recording spectrophotometer (V570, manufactured by JASCO Corporation), the average reflectance in the visible light region of 400 nm to 700 nm was 0.6%.

更に、透過率の波長依存性を表す透過率平坦性値(Tmax−Tmin/Tave)は4.33%であった。なお、Tmax、Tmin、及びTaveはそれぞれ下記を示す。
max:400nm−700nmでの最大透過率
min:400nm−700nmでの最小透過率
ave:400nm−700nmでの平均透過率
可視光領域400nm〜700nmにおける吸収型多層膜NDフィルターの分光透過率及び分光反射率のグラフを図3(a)、(b)に示す。
Furthermore, the transmittance flatness value (T max −T min / T ave ) representing the wavelength dependency of the transmittance was 4.33%. T max , T min , and T ave are as follows.
T max : Maximum transmittance at 400 nm to 700 nm T min : Minimum transmittance at 400 nm to 700 nm T ave : Average transmittance at 400 nm to 700 nm Spectral transmittance of absorption multilayer ND filter in visible light region 400 nm to 700 nm And the graph of a spectral reflectance is shown to Fig.3 (a), (b).

[比較例]
上記実施例と同様の方法で3層の酸化物誘電体膜層と2層の吸収膜層とが1層ずつ交互に積層された吸収型多層膜をフィルムの両面に有する吸収型多層膜NDフィルターを作製したが、下記表2に示す膜構成にするため、最表面層の成膜時のガス流量は150sccmでガス圧力0.3Paとして成膜を行った。更に、樹脂フィルムFの搬送速度を調整して、吸収膜層の膜厚の比T2/T4が1.0、酸化物誘電体膜層の膜厚の比T3/T5が1.0となるようにした。
[Comparative example]
Absorptive multilayer ND filter having an absorptive multilayer film on both sides of a film in which three oxide dielectric film layers and two absorptive film layers are alternately laminated in the same manner as in the above embodiment However, in order to obtain the film configuration shown in Table 2 below, film formation was performed at a gas flow rate of 150 sccm and a gas pressure of 0.3 Pa when forming the outermost surface layer. Further, the conveyance speed of the resin film F is adjusted so that the film thickness ratio T2 / T4 of the absorption film layer is 1.0 and the film thickness ratio T3 / T5 of the oxide dielectric film layer is 1.0. I made it.

Figure 2014016568
Figure 2014016568

得られた比較例の吸収型多層膜NDフィルターに対して実施例と同様にして分光透過率及び分光反射率を測定したところ、可視光領域400〜700nmの範囲内における平均透過率は13.1%であり、平均反射率は1.57%であった。また、透過率の波長依存性を表す透過率平坦性値(Tmax−Tmin/Tave)は17.01%であった。可視光領域400nm〜700nmにおける吸収型多層膜NDフィルターの分光透過率及び分光反射率のグラフを図4(a)、(b)に示す。 When the spectral transmittance and the spectral reflectance were measured for the absorption multilayer ND filter of the comparative example in the same manner as in the example, the average transmittance in the visible light range of 400 to 700 nm was 13.1. %, And the average reflectance was 1.57%. Further, the transmittance flatness value (T max −T min / T ave ) representing the wavelength dependency of the transmittance was 17.01%. FIGS. 4A and 4B are graphs of the spectral transmittance and the spectral reflectance of the absorption multilayer ND filter in the visible light region of 400 nm to 700 nm.

、D、D
酸化物誘電体膜層
、A 吸収膜層
S 樹脂基板
10 スパッタリング室
11 第1ロール
12 第2ロール
13 水冷キャンロール
14、15、16、17 ガイドロール
18、19 スパッタリングカソード
D 1 , D 2 , D 3
Oxide dielectric film layer A 1, A 2 absorption film layer S resin substrate 10 sputtering chamber 11 first roll 12 and the second roll 13 water cooling can roll 14, 15, 16, 17 guide rolls 18 and 19 the sputtering cathode

Claims (5)

3層の酸化物誘電体膜層と2層の吸収膜層とを1層ずつ交互に積層させた5層構造の吸収型多層膜が樹脂基板の両面に各々設けられた吸収型多層膜NDフィルターであって、樹脂基板側から数えて第2層目の吸収膜層の膜厚T2と第4層目の吸収膜層の膜厚T4の比T2/T4が0.60〜0.95の範囲内にあり、第3層目の酸化物誘電体膜層と第5層目の酸化物誘電体膜層の膜厚の比T3/T5が0.5〜0.9の範囲内にあり、第5層目の酸化物誘電体膜層がナノポーラスを含むSiOからなることを特徴とする吸収型多層膜NDフィルター。 Absorptive multilayer ND filter in which an absorption multilayer film having a five-layer structure in which three oxide dielectric film layers and two absorption film layers are alternately laminated is provided on both sides of a resin substrate. The ratio T2 / T4 of the thickness T2 of the second absorption film layer and the thickness T4 of the fourth absorption film layer counted from the resin substrate side is in the range of 0.60 to 0.95. The thickness ratio T3 / T5 of the third oxide dielectric film layer and the fifth oxide dielectric film layer is in the range of 0.5 to 0.9, An absorption multilayer ND filter, wherein the fifth oxide dielectric film layer is made of SiO x containing nanoporous material. 前記3層の酸化物誘電体膜層が、SiC及びSiを主成分とするターゲットを原料として酸素ガスの導入量を制御しながらイオンビームスパッタリング法又はマグネトロンスパッタリング法により成膜された、400nmにおける消衰係数0〜0.07の酸化物誘電体膜であり、前記第5層目の酸化物誘電体膜層が、他の2つの酸化物誘電体膜層より小さな消衰係数を有しており、前記2つの吸収膜層が、金属を原料としてイオンビームスパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法又はイオンプレーティング法により成膜された、400nmにおける屈折率1.5〜3.0、消衰係数1.5〜6.0の金属吸収膜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。   The three oxide dielectric film layers were formed by ion beam sputtering or magnetron sputtering while controlling the amount of oxygen gas introduced using a target composed mainly of SiC and Si as a raw material. It is an oxide dielectric film having an attenuation coefficient of 0 to 0.07, and the fifth oxide dielectric film layer has a smaller extinction coefficient than the other two oxide dielectric film layers. The two absorption film layers are formed by using an ion beam sputtering method, a magnetron sputtering method or an ion plating method with a metal as a raw material, and have a refractive index of 1.5 to 3.0 at 400 nm and an extinction coefficient of 1.5. The absorption multilayer ND filter according to claim 1, which is a metal absorption film of ˜6.0. 前記3層の酸化物誘電体膜層の各々が、膜厚3〜150nmで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。   3. The absorption multilayer ND filter according to claim 1, wherein each of the three oxide dielectric film layers has a thickness of 3 to 150 nm. 前記2層の吸収膜層が、Ni単体又はNi系合金から成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。   The absorption multilayer ND filter according to any one of claims 1 to 3, wherein the two absorption film layers are made of Ni alone or a Ni-based alloy. 前記Ni系合金が、Ti、Al、V、W、Ta、及びSiからなる群から選択された1種類以上の元素を含んでおり、Tiを含む場合はその含有率が5〜15質量%の範囲内、Alを含む場合はその含有率が3〜8質量%の範囲内、Vを含む場合はその含有率が3〜9質量%の範囲内、Wを含む場合はその含有率が18〜32質量%の範囲内、Taを含む場合はその含有率が5〜12質量%の範囲内、Siを含む場合はその含有率が2〜6質量%の範囲内にあることを特徴とする、請求項4に記載の吸収型多層膜NDフィルター。   The Ni-based alloy includes one or more elements selected from the group consisting of Ti, Al, V, W, Ta, and Si. When Ti is included, the content is 5 to 15% by mass. Within the range, when Al is included, the content is within a range of 3 to 8% by mass, when V is included, the content is within a range of 3 to 9% by mass, and when W is included, the content is 18 to In the range of 32% by mass, when containing Ta, the content is within the range of 5-12% by mass, and when containing Si, the content is within the range of 2-6% by mass, The absorption multilayer ND filter according to claim 4.
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