JP2017044944A - 光学フィルタ及び光量調整装置並びに光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反射低減効果が高く、耐環境性に優れた光学フィルタ及び光量調整装置並びに光学装置を提供すること。【解決手段】透明基板と、前記透明基板上に設けられた多層薄膜と、前記多層薄膜上に設けられた、可視光波長以下のピッチ有する微細構造体と、を備え、前記多層薄膜の端部は、前記微細構造体によって覆われたことを特徴とする。好ましくは、光学フィルタ、ＮＤフィルタの少なくともいずれか一方を搭載して光量の調整を行うことを特徴としてもよい。【選択図】図１

Description

本発明は、微細構造により反射低減機能を発現する反射防止構造体を備えた光学フィルタ及びこの光学フィルタを用いて光量調整を行う光量調整装置並びにこれを備えた光学装置に関する。

各種様々な用途で使用されている光学フィルタは、フィルタ自身の反射に起因した問題を抱えていることが多い。例えば、撮像光学系などで使用される光学フィルタでは、フィルタを透過した光の一部が、他の部材によって反射され、光学フィルタの光出射面から、再び光学フィルタに入射される現象が起きる場合がある。

このような場合に、光学フィルタがこの入射光の波長領域に反射率を持っていると、再度光を反射してしまい、これに起因した不具合を発生させることがある。従って、光学フィルタにおける反射防止機能の更なる強化が強く望まれている。

反射低減策としては次のような方法が知られている。特許文献１では、例えば、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２等の異なる材料からなる屈折率の異なる数種類の薄膜を積層して多層膜タイプの反射防止膜とし、任意の波長領域の反射率を抑制する方法が提案されている。

また、特許文献２には、光学フィルタの１つであるＮＤ（Ｎｅｕｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルタに微細構造体を用いることで反射低減を図る方法が開示されている。

特開平８−０７５９０２号公報 特開２００９−１２２２１６号公報

しかしながら、特許文献１で示されたような多層膜での反射防止膜の場合には、例えば、可視波長領域全域など、比較的広い波長領域にわたって反射率を低減するには、多層膜を構成する薄膜材料として使用できる材料が限定されているため、相当の層数を必要としたり、設計が複雑になってしまったりする問題がある。

また、特許文献２で示されている、サブミクロンピッチで形成された微細構造体を光学フィルタの反射防止構造体とする場合は、特許文献１で示した多層膜構成の場合よりも、反射防止の波長領域を拡げることが比較的容易であり、さらに、反射率の低減も容易である。

また、光学膜の最表層を被覆する構成となることから、周囲雰囲気からの水分の浸入や、酸化に対して、最表層からの侵入における耐環境性は改善するが、光学膜側面からの侵入に対しては、耐環境性の改善効果は発現されない。

本発明は、反射低減効果が高く、耐環境性に優れた光学フィルタ及び光量調整装置並びに光学装置を提供するものである。

本発明の光学フィルタは、透明基板と、前記透明基板上に設けられた多層薄膜と、前記多層薄膜上に設けられた、可視光波長以下のピッチ有する微細構造体と、を備え、前記多層薄膜の端部は、前記微細構造体によって覆われたことを特徴とする。
かかる本発明の態様によれば、光反射を低減する微細構造体によって多層薄膜を覆った構造により優れた耐環境性を得ることができる。

また、上記本発明では、前記微細構造体は、樹脂材料によって形成されたことを特徴としてもよい。
かかる本発明の態様によれば、樹脂材料により微細構造体を高精度に形成することが可能となる。

また、上記本発明では、前記透明基板と前記微細構造体との屈折率差が０．１以下であることを特徴としてもよい。
かかる本発明の態様によれば、透明基板と微細構造体との屈折率差が小さく、反射低減効果が更に向上する。

また、上記本発明では、前記透明基板と、前記多層薄膜における前記微細構造体との界面層との屈折率差が０．１以下であることを特徴としてもよい。
かかる本発明の態様によれば、透明基板と界面層との屈折率差が小さく、反射低減効果が更に向上する。

また、上記本発明では、前記微細構造体と、前記界面層との屈折率差が０．１以下であることを特徴としてもよい。
かかる本発明の態様によれば、微細構造体と界面層との屈折率差が小さく、反射低減効果が更に向上する。

また、上記本発明では、前記透明基板と前記微細構造体との界面、及び、前記界面層と前記微細構造体との界面のそれぞれには、密着層が設けられたことを特徴としてもよい。
かかる本発明の態様によれば、密着層によって微細構造体と透明基板及び多層薄膜との密着性が向上する。

また、上記本発明では、前記密着層と、前記界面層との屈折率差が０．１以下であることを特徴としてもよい。
かかる本発明の態様によれば、密着層と界面層との屈折率差が小さく、密着性を向上させつつ反射低減効果が更に向上する。

また、上記本発明では、前記密着層と、前記透明基板との屈折率差が０．１以下であることを特徴としてもよい。
かかる本発明の態様によれば、密着層と透明基板との屈折率差が小さく、密着性を向上させつつ反射低減効果が更に向上する。

また、上記本発明では、前記密着層と、前記微細構造体との屈折率差が０．１以下であることを特徴としてもよい。
かかる本発明の態様によれば、密着層と微細構造体との屈折率差が小さく、密着性を向上させつつ反射低減効果が更に向上する。

また、本発明のＮＤフィルタは、透明基板と、前記透明基板上に設けられた多層薄膜と、前記多層薄膜上に設けられた、可視光波長以下のピッチ有する微細構造体と、を備え、前記多層薄膜の端部は、前記微細構造体によって覆われたことを特徴とする。
かかる本発明の態様によれば、優れた反射低減効果と耐環境性を持つＮＤフィルタを実現できる。

なお、本発明は、上記光学フィルタ、又はＮＤフィルタの少なくともいずれか一方を搭載して光量の調整を行う光量調整装置、あるいはこのような光量調整装置を備えた光学装置についても広く対象とする。
かかる本発明の態様によれば、優れた反射低減効果と耐環境性を持ち合わせる光学フィルタ又はＮＤフィルタが搭載されるため、優れた光学特性が得られる光量調整装置、光学装置を実現できる。

本発明によれば、反射低減効果が高く、耐環境性に優れた光学フィルタ及び光量調整装置並びに光学装置を実現できる。例えば、基板上に形成された光学膜全体を、微細構造体を形成する樹脂等の材料で覆うことで、周囲雰囲気からの水分や酸素の侵入に対し、光学膜最表層からだけでなく、側面からの侵入も低減できる為、耐環境性を改善した光学フィルタを得ることができる。さらに、光学フィルタの最表面に微細構造体を形成することで、高い反射防止効果を得ることができる。この際、微細構造体と基板との屈折率差を小さくすることにより、光学フィルタ内の基板面上での反射を低減することができる。また、光学膜における微細構造体との界面層と、微細構造体との屈折率差を小さくすることで、光学フィルタ内の光学膜面上での反射を低減することができる。更には、微細構造体と基板、光学膜における微細構造体との界面層との屈折率差を小さくすることで光学フィルタを全体的に反射低減することができる。また、このような光学フィルタを搭載することで、高精度化、高耐久性を兼ね備えた光量絞り装置、及び光学装置を提供することができる。

本実施例１における光学フィルタの断面図。 本実施例１、２及び比較例における光学膜の膜構成図。 本実施例１で作製された光学フィルタの分光特性図。 本比較例における光学フィルタの断面図。 本実施例２における光学フィルタの断面図。 本実施例２で作製された光学フィルタの分光特性図。 本実施例４における光量絞り装置の説明図。 本実施例４における撮像光学系の説明図。

本発明にかかる光学フィルタは、光透過性を有する基板と、反射低減効果を発現する微細構造体と、所定の光学特性を発現する多層薄膜である光学膜とを有し、多層薄膜は、微細構造体によって覆う構造とした。これにより、詳細は後述するが、反射防止構造を採用しつつ優れた耐環境性を持たせることができる。

基板としては、光学フィルタの基板としての強度や光学特性を有するものであり、各種の光学膜や、反射防止構造体の形成用の基体として機能可能であるものが利用される。このような基板としては、Ｂ２７０ｉやＤ２６３Ｔｅｃｏ、ＢＫ７などガラス系の材料からなる基板、またはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルホン）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＯ（ポリオレフィン）、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、及びＴＡＣ（トリアセチルセルロース）等から選択した樹脂材料からなる基板を用いることができる。また、ガラス基板と樹脂層との複合材料からなる基板や、有機材と無機材を混合させた有機無機ハイブリッド基板を用いることもできる。

微細構造体は、所望の光学フィルタの光学特性を得るために必要とされる、例えば反射防止などの機能を有するものであればよく、可視光の波長よりも短いピッチで配列された凹凸形状を有したものである。

このような構造体の１種として、ランダムに形成された針状体及び柱状体等の突起、階段形状に微細に形成された凹凸構造の突出部または凹部によって、大気や隣接する媒体との屈折率差を低減したものが含まれても良く、公知の微細構造から目的に応じて任意に選択したものを用いることができる。

また、このような、基板を透過する光の波長よりも短い周期で配置された多数の突起や凹凸構造などからなる微細構造体であれば、熱ナノインプリント法や光ナノインプリント法などの方法を用いて再現性良く作製することができる。

多層薄膜により構成される光学膜は所望の光学特性を形成する膜であれば良く、例えば可視波長領域の光量を調整するＮＤ膜や、近赤外波長領域の光を低減するカメラなどに用いられるＩＲカット膜などが挙げられる。これらの光学膜の形成では、真空蒸着法やゾルゲル法など各種の成膜手法を選択することができ、光学膜の種類や、生産性等を考慮し、適宜最適な手法を選択すれば良い。

このような光学膜を基板上に形成した後、微細構造体を構成する材料で、光学膜全体を覆い、フィルタの最表層に微細構造を形成する。このような構成とすることで、光学膜の環境性などの耐久性を高めることができる。

また、この際、前述したナノインプリントなどの塗工プロセスであれば、光学膜全体を覆わない構成のフィルタを作製する場合と比較して、塗工プロセスを複雑化することなく、略同じボリュームで作製することが可能である。従って、本発明の構成であれば、作製コストを増大させずに、耐環境性などを向上させることが可能である。

さらに、本発明による構成の場合、光学フィルタの同一面内に、微細構造体と基板、微細構造体と光学膜など、異なる２つの界面が形成されるが、反射低減効果を期待した微細構造体を形成する場合、光学フィルタ総体としての反射を低減する為には、これらの各界面での反射も低減する必要がある。従って、それぞれの界面を形成する、２つの物質間の屈折率差をそれぞれ小さくする必要がある。

以下、本発明の光学フィルタについて実施例に基づいて説明する。

（実施例１）
多層薄膜により構成された、光量調整用の光学膜であるＮＤ膜に、反射低減効果を発現する微細構造体を設けたＮＤフィルタを作製した実施例について、以下に詳しく記載する。

近年における固体撮像素子の高感度化、高精細化等に伴う、撮影装置の絞りのハンチング現象や光の回折現象の対策として、真空成膜法などにより多層薄膜を透明基板に形成し作製されたＮＤフィルタが用いられる。

このようなＮＤフィルタについて、図１（ａ）に示す構成のように、ＮＤ膜の最表層と、基板のもう一方の面の基板両面に、微細構造体を形成した。図１（ａ）に示す構成において、厚さ１．０ｍｍのＢ２７０ｉガラスを基板１０として、この基板１０上にＮＤ膜１１を形成し、この上に微細構造体１２を、基板１０のもう一方の面に微細構造体１３を形成した。

本実施例のような光学フィルタであるＮＤフィルタに用いる基板の光学特性としては、可視光波長領域における全光線透過率８９％以上が好ましく、９１％以上がさらに好ましい。全光線透過率は、樹脂材料の基板を用いる際は、特に８９％以上が好ましい。

最初に、基板１０の片面側に、真空蒸着法により複数の薄膜を積層したＮＤ膜１１を形成した。ここで、本実施例では基板上の成膜エリアを限定する為に、マスク蒸着を行った。

このような蒸着マスクの開口部分は１つでも良いし、複数であっても良い。また複数の場合、異なる形状を混合させても良い。真空蒸着法は、膜厚を比較的に容易に制御でき、かつ可視光波長領域において散乱が非常に小さく、分光透過率の波長依存性を小さい値に制御することが可能な利点を有している。

しかし、真空蒸着法に限定されず、スパッタリング法、ＩＡＤ法、ＩＢＳ法、イオンプレーティング法、クラスタ蒸着法等の成膜方法においても成膜が可能であり、目的や条件等を考慮し、最も適当な成膜方法を選択すればよい。

ＮＤ膜１１を構成する薄膜材料として、ＳｉＯ_２やＡｌ_２Ｏ_３などの誘電体層と、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕなどの金属単体、またはこれらの合金や金属化合物により構成された光吸収層に加え、最表層の反射低減を目的として、比較的屈折率が低く環境性にも優れるＭｇＦ_２などを用いることが可能であるが、本実施例では図２で示すような積層構造とした。

ここで、このようなＮＤ膜１１の膜設計において、本実施例では、ＮＤ膜１１の最表層となるＳｉＯ_２層と微細構造体１２との界面での反射を無視した、それ以外の界面により形成される総体的な反射を可能な限り小さくする膜設計とした。これはＳｉＯ_２層と微細構造体１２との屈折率差を０．１以下することで、ＳｉＯ_２層と微細構造体１２との界面での反射を大幅に低減する構成としたことで、それ以外での界面反射を低減することで、ＮＤフィルタ１４としての総体的な反射を低減させる理由からである。

波長５４０ｎｍのおける屈折率を例に取ると、微細構造体の屈折率は１．５２、基板の屈折率は１．５２とした。尚、本実施例１においては、図２で示したように、ＮＤ膜１１の最表層であるＳｉＯ_２層（屈折率１．４７）が、ＮＤ膜１１と微細構造体１２との界面層と定義される。このように本実施例１の場合、２つの界面を形成する物質の１つは微細構造体で共通である為、光学フィルタとして総体的に反射率を低減する為には、基板３０とＳｉＯ_２層との屈折率差も小さくなる。

以上より、本実施例においては、ＮＤ膜１１の界面層と微細構造体１２との屈折率差は０．０５であり、また基板１０と微細構造体１２との屈折率差は０．００、基板１０とＮＤ膜１１との界面の屈折率差は０．０５となり、それぞれの屈折率差が０．１以下となる構成とした。

このように基板１０上に作製されたＮＤ膜１１の端部となる周囲断面を含めた、ＮＤ膜１１の全てを覆う領域と、基板１０のＮＤ膜１１を形成した面と対峙するもう一方の面上に、図１（ａ）で示したように、微細構造体１２、１３を形成した。本実施例１では微細構造体１２が基板面に対し略平行となるように形成されているが、これに限らず、例えばＮＤ膜１１面上の微細構造体１２は基板面に対し略平行であるが、ＮＤ膜１１が形成されていない基板面上に形成された微細構造体１２は、基板面に対し傾きを持つように構成する事も可能であるし、必ずしも微細構造体１２が基板面と平行である必要もない。本実施例１における微細構造体１２は、ＮＤ膜上と端部を含むＮＤ膜１１の全ての領域を覆うように形成されていればよく、これによりＮＤ膜１１が周囲環境から受ける湿度などの影響に対してバリア効果が発揮され、光学フィルタ１４として優れた耐環境性を得る事ができる。また、このように微細構造体によりＮＤ膜を覆う構成であれば、ＮＤ膜の端部から侵入する水分等の影響を低減する為に、新たな構成要素を設ける事なく、反射を低減しつつ環境性を向上させる事が可能である。このような微細構造体に関しては様々な作製方法が提案されているが、本実施例ではＵＶ（紫外線）硬化樹脂を用いた光ナノインプリント法を用い、基板両面を同時にインプリントする方法を選択した。

微細構造体は、近年の微細加工技術の向上とともに作製されるようになってきた。このような構造体の１つである、反射防止効果を持つ微細構造体は、構造体の形状を擬似的に屈折率の変化が連続的となる形状とすることで、物質間の屈折率差に起因した反射の低減を図ったものである。

ここで、本実施例における微細構造体１２、１３は、突起構造を周期的に配置したピラーアレイ状とし、少なくても可視波長領域の反射率は低減できる構造となるように、構造体は釣鐘型の形状で高さ３５０ｎｍとした。

まずは、基板上のＮＤ膜１１を形成した面にＵＶ硬化樹脂を０．２μｍのＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）フィルタを介し適量滴下した後、スピンコート法により所定の膜厚となるようにＮＤ膜１１の膜面及び端部を含む基板全面にＵＶ硬化樹脂を塗工した。次に基板の表裏を変え、基板１０のもう一方の面の全面に、同様の方法でＵＶ硬化樹脂を塗工した。このように、本実施例１では塗工方法としてスピンコート法を用いたが、これに限らず、ＮＤ膜１１の端部まで近くまで樹脂を塗工できればよく、スクリーン印刷など他の塗工方法を選択する事も可能である。

その後、この基板の両面に、樹脂の硬化収縮を加味し、前述の形状を反転させ設計されたホールアレイ形状に離型処理を施した石英モールドを押し当て、少しの時間この状態を保持した後、そのままの状態でＵＶ光を照射することで、両面同時に樹脂を硬化させ、前述のような形状を持つ微細構造体１２、１３を作製した。

このようなＵＶ硬化樹脂は各種様々な材料を用いることができるが、本実施例では東洋合成社製ＰＡＫ−０１を用いるが、インプリントのプロセスによっては、ＳＯＧなどの無機系材料や、有機無機ハイブリッドタイプの材料を使用することも可能である。

ここで、両面同時のナノインプリントによる形成ではなく、２回に分けて基板片面に微細構造体１２を形成した後、基板のもう一方の面に微細構造体１３を形成する事も可能である。この場合、ＵＶ硬化時には基板側、またはモールド側の両方からＵＶ光を照射する事が可能であるが、ＮＤフィルタのように可視波長全域に吸収を持つフィルタの場合、紫外域にも吸収を持っている場合が多い。従って、使用するＵＶ光の波長によっては、フィルタの基板側から光を照射した場合、ＮＤフィルタがその光の少なくとも一部を吸収してしまい、十分な光が樹脂まで届かない場合がある。従って、そのような場合はモールド側からＵＶ光を照射する必要があり、必要なＵＶ光の波長を十分に透過する材質のモールドを選択する必要がある。

以上によって作製されたＮＤフィルタ１４の分光反射率特性を（株）日立ハイテクノロジーズ社製の分光光度計Ｕ４１００を用い測定した結果が図３である。可視波長領域における反射率が０．３％以下になっている。本構成により、非常に低い反射率を実現できた。

また、本実施例で作製されたＮＤフィルタに対し、温度６０℃、湿度９０％、１０００時間の高温高湿試験を実施して、試験前後での濃度変化を確認した。結果、波長５４０ｎｍにおける試験前の濃度は０．４９９、試験後は０．４９７となり、０．００２の濃度変化が確認された。

（実施例２）
図１（ｂ）に示す構成のように、多層薄膜により構成されたＮＤ膜１１上と、それ以外の領域にある基板１０と微細構造体１３との界面に密着層１５を挿入し、反射低減効果を発現する微細構造体を設けたＮＤフィルタを作製した実施例について、以下に詳しく記載する。

図１（ｂ）に示す構成において、厚さ０．１ｍｍのＡｒｔｏｎ（ＪＳＲ社 商品名）フィルムを基板１０として、この基板１０上にＮＤ膜１１を形成し、この上に密着層１５を設け、更にこの上に微細構造体１２を、基板１０のもう一方の面に微細構造体１３を形成した。

最初に、基板１０の片面側に、真空蒸着法により複数の薄膜を積層したＮＤ膜１１を形成した。ここで、成膜エリアを限定する為に、マスク蒸着を行った。ＮＤ膜１１を構成する薄膜材料として、本実施例では図２で示すような積層構造とした。

ここで、このようなＮＤ膜１１の膜設計において、本実施例では、ＮＤ膜１１の最表層となるＳｉＯ_２層と密着層１５との界面での反射を無視した、それ以外の界面により形成される総体的な反射を可能な限り小さくする膜設計とした。これはＳｉＯ_２層と密着層との屈折率差を０．１以下することで、ＳｉＯ_２層と密着層１５との界面での反射を大幅に低減する構成としたことで、ＮＤフィルタ１４としての総体的な反射を低減させる理由からである。

次に、ＮＤ膜１１と微細構造体１２との密着性を向上させる為、プライマー処理を行い、ＮＤ膜１１と微細構造体１２との間と、基板１０と微細構造体１２との間に密着層１５を設けた。ここのようなプライマー液として、シランカップリング剤である信越化学社製のＫＢＭ−５０３（商品名）をベースに、ＩＰＡ硝酸等を適量加え、さらに密着力を強化する目的で、ＴＥＯＳを加えたものを用いた。

これを、０．２μｍのＰＴＦＥフィルタを介し基板のＮＤ膜１１を形成した面上に滴下し、スピンコートにより極薄膜となるように塗工した後、所定の条件で乾燥処理を行った後、さらに、基板の表裏を変え、基板１０のもう一方の面を同様に再度スピンコートで塗工する事で密着層１５を形成した。

ここで、例えばＮＤ膜であれば光学濃度が低減するなど、下地となる光学膜に悪影響を与えない範囲であれば、プライマー液をより均一に塗工する為に、プライマー液塗工前に、ＵＶオゾンなどによる親水化処理を施しても良い。

また、このようなプロセスによる塗工を行った場合、ＮＤ膜が形成されていない基板部分にも密着層が形成されるが、これが問題となる場合は、マスキングを施したり、プロセスをインクジェット法やグラビア法、マイクロコンタクトプリント法などに変えたりして、密着層を形成すれば良い。

このように基板１０上に作製された、密着層１５を含んだＮＤ膜１１の端部となる周囲断面を含めた、ＮＤ膜１１の全てを覆う領域と、基板１０のＮＤ膜１１を形成した面と対峙するもう一方の面上に、図１（ｂ）で示したように、微細構造体１２、１３を形成した。本実施例２では微細構造体１２が基板面に対し略平行となるように形成されているが、これに限らず、微細構造体１２は、ＮＤ膜１１の膜上と端部を含む全ての領域を覆うように形成されていればよい。このような微細構造体の形成にはＵＶ硬化樹脂を用いた光ナノインプリント法を用い、基板両面を同時にインプリントする方法を選択した。

ここで、本実施例における微細構造体１２、１３は、突起構造を周期的に配置したピラーアレイ状とし、少なくても可視波長領域の反射率は低減できる構造となるように、構造体は釣鐘型の形状で高さ３５０ｎｍとした。

まずは、基板上のＮＤ膜１１を形成した面にＵＶ硬化樹脂を０．２μｍのＰＴＦＥフィルタを介し適量滴下した後、スピンコート法により所定の膜厚となるようにＮＤ膜１１の膜面及び端部を含む基板全面にＵＶ硬化樹脂を塗工した。次に基板の表裏を変え、基板１０のもう一方の面の全面に、同様の方法でＵＶ硬化樹脂を塗工した。その後、この基板の両面に、樹脂の硬化収縮を加味し、前述の形状を反転させ設計されたホールアレイ形状に離型処理を施した石英モールドを押し当て、少しの時間この状態を保持した後、そのままの状態でＵＶ光を照射することで、両面同時に樹脂を硬化させ、前述のような形状を持つ微細構造体１２、１３を作製した。このようなＵＶ硬化樹脂は各種様々な材料を用いることができるが、本実施例では東洋合成社製ＰＡＫ−０２を用いた。

ここで、反射低減の観点から、塗工後の硬化した密着層１５の屈折率を調整し、密着層と隣接する微細構造体、及びＮＤ膜１１の界面層であるＳｉＯ_２層、更には基板１０との屈折率差をそれぞれ０．１以下となるように構成した。

波長５４０ｎｍのおける屈折率を例に取ると、微細構造体の屈折率は１．５１、密着層の屈折率は１．４２、基板の屈折率は１．５１、ＳｉＯ_２層の屈折率は１．４７とした。以上より、本実施例においては、密着層１５と微細構造体１２との屈折率差は０．０９であり、また密着層１５と基板１０との屈折率差は０．０９、密着層とＳｉＯ_２層との屈折率差は０．０５となり、全てで屈折率差が０．１以下となる構成とした。

（比較例）
実施例１で作製されたＮＤフィルタと同様の構成で、図４に示すように光学膜の側面をむき出しの状態にして作製した比較例について、以下に詳細を記載する。

本比較例におけるＮＤフィルタは、図４に示す構成のように、ＮＤ膜の最表層と、基板のもう一方の面の基板両面に、微細構造体を形成した。

図４に示す構成において、厚さ１．０ｍｍのＢ２７０ｉガラスを基板２０として、この基板２０上にＮＤ膜２１を形成し、この上に微細構造体２２を、基板２０のもう一方の面に微細構造体２３を形成した。

最初に、基板２０の片面側に、真空蒸着法により複数の薄膜を積層したＮＤ膜２１を形成した。ＮＤ膜２１を構成する薄膜材料として、本実施例では図２で示すような積層構造とした。また、成膜レート等の諸条件は、実施例１と全く同様に調整した。

ここで、実施例１と同様に、このようなＮＤ膜２１の膜設計において、本実施例では、ＮＤ膜２１の最表層となるＳｉＯ_２層と微細構造体２２との界面での反射を無視した、それ以外の界面により形成される総体的な反射を可能な限り小さくする膜設計とした。

ここで、反射低減の観点から、ＳｉＯ_２層と微細構造体２２との屈折率差を０．１以下とした。波長５４０ｎｍのおける屈折率を例に取ると、微細構造体の屈折率は１．５２、ＳｉＯ_２層の屈折率は１．４７とした。実施例１と同様に、ＳｉＯ_２層が、ＮＤ膜２１と微細構造体２２との界面層と定義される。

以上より、本実施例においては、ＮＤ膜２１と微細構造体２２と界面での屈折率差は０．０５であり、屈折率差が０．１以下となる構成とした。

このように作製されたＮＤ膜２１の上と、基板２０のもう一方の面に、ＵＶ硬化樹脂を用いた光ナノインプリント法を用い、基板両面を同時にインプリントすることで、微細構造体２２、２３を形成した。

ここで、本実施例における微細構造体２２、２３は、突起構造を周期的に配置したピラーアレイ状とし、少なくても可視波長領域の反射率は低減できる構造となるように、構造体は釣鐘型の形状で高さ３５０ｎｍとした。

まずは、基板上にＵＶ硬化樹脂を０．２μｍのＰＴＦＥフィルタを介し適量滴下した後、スピンコート法により所定の膜厚となるように基板全面にＵＶ硬化樹脂を塗工した。その後、この基板に、前述のように設計された形状を反転させたホールアレイ形状に離型処理を施した石英モールドを押し当て少しの時間この状態を保持した後、そのままの状態でＵＶ光を照射することで樹脂を硬化させ、前述のような形状を持つ微細構造体２２、２３を作製した。このようなＵＶ硬化樹脂は各種様々な材料を用いることができるが、本比較例では東洋合成社製ＰＡＫ−０１を用いた。

以上によって作製されたＮＤフィルタ２５の分光反射率特性を（株）日立ハイテクノロジーズ社製の分光光度計Ｕ４１００を用い測定したところ、実施例１で作製した図４の結果と略同じ分光特性となった。

ここで、本比較例で作製されたＮＤフィルタに対し、温度６０℃、湿度９０％、１０００時間の高温高湿試験を実施して、試験前後での濃度変化を確認した。結果、波長５４０ｎｍにおける試験前の濃度は０．４９９、試験後は０．４９３となり、０．００６の濃度変化が確認された。

以上より、この濃度変化の結果を実施例１と比較すると、実施例１の構成の方がより変化が少なく、耐環境性に優れる結果となった。

（実施例３）
多層薄膜により構成された、光量調整用の光学膜であるＮＤ膜に、反射低減効果を発現する微細構造体を、基板両面に構成したＮＤフィルタを作製した実施例について、以下に詳しく記載する。

本実施例におけるＮＤフィルタは、図５（ａ）に示す構成のように、基板両面に形成された各ＮＤ膜の最表層に、微細構造体を形成し構成した。

図５（ａ）に示す構成において、厚さ０．１ｍｍのＡｒｔｏｎ（ＪＳＲ社 商品名）フィルムを基板３０として、この基板３０の両面にＮＤ膜３１、３２を形成し、各ＮＤ膜の上に密着層３６、３７を設け、更にこの上に微細構造体３３、３４を形成した。

最初に、基板３０の片面側に、真空蒸着法により複数の薄膜を積層したＮＤ膜３１を形成した後、基板の表裏を変え、もう一方の面にＮＤ膜３２を形成した。ＮＤ膜３１、３２は、全く同じ層構成、成膜条件で形成され、本実施例では図２で示すような積層構造とした。

ここで、実施例１と同様に、このようなＮＤ膜３１、３２の膜設計において、本実施例では、ＮＤ膜３１、３２の最表層となるＳｉＯ_２層と、ＳｉＯ_２層の更に上部に配置された密着層３６、３７との界面での反射を無視した、それ以外の界面により形成される総体的な反射を可能な限り小さくする膜設計とした。

次に、ＮＤ膜３１、３２と微細構造体３３、３４との密着性を向上させる為、プライマー処理を行い、基板と微細構造体との間に密着層３６、３７を設けた。このようなプライマー液として、信越化学社製のＫＢＭ−５０３（商品名）をベースに、ＩＰＡ硝酸等を適量加え、さらに密着力を強化する目的で、ＴＥＯＳを加えたものを用いた。

これを、０．２μｍのＰＴＦＥフィルタを介し基板上に滴下し、スピンコートにより極薄膜となるように塗工した後、所定の条件で乾燥処理を行い、密着層を形成する。さらに、スピンコートで片面塗工した後に基板の表裏を変え、もう一方の面を再度スピンコートで塗工した。

ここで、反射低減の観点から、塗工後の硬化した密着層３６、３７の屈折率を調整し、密着層３６、３７と隣接する微細構造体３３、３４、及び隣接するＮＤ膜３１、３２の界面層との屈折率差をそれぞれ０．１以下とした。

波長５４０ｎｍのおける屈折率を例に取ると、微細構造体３３、３４の屈折率は１．５２、密着層３６、３７の屈折率は１．４２、基板３０の屈折率は１．５２、ＳｉＯ_２層の屈折率は１．４７とした。従って、プライマー層が、ＮＤ膜３１、３２と微細構造体３３、３４との界面層と定義される。

以上より、本実施例においては、密着層３６、３７と微細構造体３３、３４との屈折率差は０．１０であり、また基板３０と密着層３６、３７との屈折率差は０．１０、密着層３６、３７とＳｉＯ_２層との屈折率差は０．０５であり、各屈折率差が０．１以下となる構成とした。

このように基板３０上に作製された、密着層３６、３７を含むＮＤ膜３１、３２それぞれの端部となる周囲断面を含めた全てを覆う領域に、図５（ａ）ＵＶ硬化樹脂を用いた光ナノインプリント法を用い、基板両面を同時にインプリントすることで微細構造体３３、３４を形成した。本実施例３では微細構造体３３、３４が基板面に対し略平行となるように形成されているが、これに限らず、微細構造体３３、３４は、ＮＤ膜３１、３２のそれぞれの膜上と端部を含む全ての領域を覆うように形成されていればよく、これによりＮＤ膜３１、３２が周囲環境から受ける湿度などの影響に対してバリア効果が発揮され、光学フィルタ３５として優れた耐環境性を得る事ができる。

ここで、本実施例における微細構造体３３、３４は、突起構造を周期的に配置したピラーアレイ状とし、少なくても可視波長領域の反射率は低減できる構造となるように、構造体は釣鐘型の形状で高さ３５０ｎｍとした。

まずは、基板上のＮＤ膜３１を形成した面にＵＶ硬化樹脂を０．２μｍのＰＴＦＥフィルタを介し適量滴下した後、スピンコート法により所定の膜厚となるようにＮＤ膜３１の膜面及び端部を含む基板全面にＵＶ硬化樹脂を塗工した。次に基板の表裏を変え、基板３０のもう一方の面のＮＤ膜３２の膜面及び端部を含む基板全面に、同様の方法でＵＶ硬化樹脂を塗工した。その後、この基板の両面に、前述のように設計された形状を反転させたホールアレイ形状に離型処理を施した石英モールドを押し当て少しの時間この状態を保持した後、そのままの状態でＵＶ光を照射することで、両面同時に樹脂を硬化させ、前述のような形状を持つ微細構造体３３、３４を作製した。このようなＵＶ硬化樹脂は各種様々な材料を用いることができるが、本実施例では東洋合成社製ＰＡＫ−０１を用いた。

以上によって作製されたＮＤフィルタ３５の分光反射率特性を（株）日立ハイテクノロジーズ社製の分光光度計Ｕ４１００を用い測定した結果が図６である。可視波長領域における反射率が０．３％以下になっている。本構成により、非常に低い反射率を実現できた。

さらに、本実施例で作製されたＮＤフィルタに対し、温度６０℃、湿度９０％、１０００時間の高温高湿試験を実施して、試験前後での濃度変化を確認した。結果、波長５４０ｎｍにおける試験前の濃度は１．０４５、試験後は１．０４１となり、０．００４の濃度変化が確認された。

また、図５（ｂ）に示すような、微細構造体を形成する材料で、基板全体を覆うように構成した場合であっても、本実施例３と同様のプロセスにより、略同様の光学フィルタを作製することが可能である。

（実施例４）
本実施例１、及び本実施例２では、本発明の微細構造体を備えたＮＤフィルタについて述べたが、この他の光学フィルタにおいても、同様の効果を得ることが可能である。例えば、ＩＲ（赤外線）カットフィルタ、ＵＶ（紫外線）カットフィルタ、ＵＶＩＲカットフィルタ、カラーフィルタ、蛍光フィルタ、その他のバンドパスフィルタやエッジフィルタなどの光学膜全体を覆うように、微細構造体を形成することで、耐環境性に優れた光学フィルタを得ることが可能である。

更には、微細構造体と基板との屈折率差を小さくすることにより、光学フィルタ内の基板面上での反射を低減することができ、光学膜における微細構造体との界面層と、微細構造体との屈折率差を小さくすることで、光学フィルタ内の光学膜面上での反射を低減することができる。また、微細構造体と基板、光学膜における微細構造体との界面層との屈折率差を小さくすることでフィルタを全体的に反射低減した光学フィルタを得ることができる。

（実施例５）
図７に光量絞り装置を示す。次に、本実施例１、２、３で作製したＮＤフィルタを備える光量絞り装置を光学装置（ビデオカメラ）に適用した実施例について図７を用いて説明する。

ビデオカメラあるいはデジタルスチルカメラ等の撮影系に使用するに適した光量絞り装置の絞りは、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサと言った固体撮像素子への入射光量を制御するために設けられているものである。被写界が明るくなるにつれ、絞り羽根４１を制御し、より小さく絞り込まれていく構造になっている。

このとき、小絞り状態時に発生する像性能の劣化に対する対策として、絞りの近傍にＮＤフィルタ４４を配置し、被写界の明るさが同一であっても、絞りの開口をより大きくできる構造にしている。入射光がこの光量絞り装置４３を通過し、固体撮像素子（不図示）に到達することで電気的な信号に変換され画像が形成される。

また、図８において、５１はレンズユニット５１Ａ〜５１Ｄを有する撮影光学系である。５２はＣＣＤ等の固体撮像素子であり、撮影光学系５１によって形成される光線ａ、ｂの像を受光し、電気信号に変換する。５３は光学ローパスフィルタである。撮影光学系５１は、図８に示したＮＤフィルタ５４、絞り羽根５５，５６、地板５７で構成される光量絞り装置を有している。

以上の実施例の構成によれば、解像度低下の少ないＮＤフィルタを提供することができる。ＮＤフィルタ５４に本実施例１で作製した微細構造体を備えたＮＤフィルタを用いたものは、低反射特性と耐環境性に優れていた。

これにより作製された光量絞り装置は、フィルタの反射に起因したゴーストなどの不具合を著しく低減することができる。

これに限らず、他の光学装置であっても、実施例１や実施例２、３で作製されたような光学フィルタを用いることで、フィルタの反射に起因した装置上の不具合を著しく低減でき、耐環境性を向上させることが可能である。

１０、２０、３０．基板
１１、２１、３１、３２．光学膜
１５、３６、３７．密着層
１２、１３、２２、２３、３３、３４．微細構造体
１４、２４、３５．光学フィルタ
４１．絞り羽根
４２．絞り羽根支持板
４３．光量絞り装置
４４．ＮＤフィルタ
５１．撮影光学系
５２．固体撮像素子
５３．光学ローパスフィルタ
５４．ＮＤフィルタ
５５、５６．絞り羽根
５７．地板

Claims (12)

1. 透明基板と、
   前記透明基板上に設けられた多層薄膜と、
   前記多層薄膜上に設けられた、可視光波長以下のピッチ有する微細構造体と、を備え、
   前記多層薄膜の端部は、前記微細構造体によって覆われたことを特徴とする光学フィルタ。
2. 前記微細構造体は、樹脂材料によって形成されたことを特徴とする請求項１に記載の光学フィルタ。
3. 前記透明基板と前記微細構造体との屈折率差が０．１以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学フィルタ。
4. 前記透明基板と、前記多層薄膜における前記微細構造体との界面層との屈折率差が０．１以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学フィルタ。
5. 前記微細構造体と、前記界面層との屈折率差が０．１以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学フィルタ。
6. 前記透明基板と前記微細構造体との界面、及び、前記界面層と前記微細構造体との界面のそれぞれには、密着層が設けられたことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学フィルタ。
7. 前記密着層と、前記界面層との屈折率差が０．１以下であることを特徴とする請求項６に記載の光学フィルタ。
8. 前記密着層と、前記透明基板との屈折率差が０．１以下であることを特徴とする請求項６又は７に記載の光学フィルタ。
9. 前記密着層と、前記微細構造体との屈折率差が０．１以下であることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の光学フィルタ。
10. 透明基板と、
    前記透明基板上に設けられた多層薄膜と、
    前記多層薄膜上に設けられた、可視光波長以下のピッチ有する微細構造体と、を備え、
    前記多層薄膜の端部は、前記微細構造体によって覆われたことを特徴とするＮＤフィルタ。
11. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光学フィルタ、又は請求項１０に記載のＮＤフィルタの少なくともいずれか一方を搭載して光量の調整を行うことを特徴とする光量調整装置。
12. 請求項１１に記載の光量調整装置を備えたことを特徴とする光学装置。

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