JP2017151219A - Nd filter, and nd filter for camera - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ND(Neutral Density)フィルタ、及びカメラ用NDフィルタに関する。 The present invention relates to an ND (Neutral Density) filter and a camera ND filter.
NDフィルタとして、下記特許文献1,2のものが知られている。
特許文献1のNDフィルタは、透明な基板の一方の面あるいは両面に複数の光吸収膜と複数の誘電体膜を積層状に成膜させて構成されており、その光吸収膜は、単体ゲルマニウム又は単体シリコンと、ニッケル及びその酸化物の混合体(Ni+NiOx)を含んでいる。又、光吸収膜の最も基板側の層(第1層)は、SiO2層あるいはSi層とされており、最も外側の層(最表層)は、SiO2層とされている。
特許文献2のNDフィルタは、光吸収層としてチタン酸化物が用いられており、第1層はAl2O3層とされており、最表層はMgF2層とされている。
As the ND filter, the following
The ND filter of
In the ND filter of
特許文献1のものにおいて、基板がアルカリ元素を含むガラス製であった場合、恒温恒湿試験後において、分光透過率分布や透過率平均値が変化したり、点状の変色が発生したりすることがある。これは、長期間に亘る恒温高湿の環境の影響により基板から析出したアルカリ元素が、光吸収膜に作用していることによるものと考えられる。
他方、特許文献2のものは、最表層がMgF2層とされているため、その潮解性により水分に対して比較的に弱いものとなっている。
そこで、請求項1,2,7に記載の発明は、耐環境性に優れ、水分による変性が防止されるNDフィルタ,カメラ用NDフィルタを提供することを目的とするものである。
In the thing of
The other, of those
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an ND filter and a camera ND filter that are excellent in environmental resistance and that are prevented from being denatured by moisture.
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、基板と、前記基板の1以上の面に配置された、複数の層を有する光吸収膜を備えており、前記光吸収膜は、金属又は金属酸化物からなる光吸収層を含んでおり、前記光吸収膜における前記光吸収層より前記基板側の層には、Al2O3からなるAl2O3層が含まれており、前記光吸収膜の最表層は、SiO2からなるSiO2層であることを特徴とするものである。
上記目的を達成するために、請求項2に記載の発明は、基板と、前記基板の1以上の面に配置された、複数の層を有する光吸収膜を備えており、前記光吸収膜は、金属又は金属酸化物からなる光吸収層を含んでおり、前記光吸収膜における前記光吸収層より前記基板側の層には、Al2O3からなるAl2O3層が含まれており、前記光吸収膜の最表層は、撥水膜又は防汚膜であり、前記光吸収膜における前記最表層の直下の層は、SiO2からなるSiO2層であることを特徴とするものである。
請求項3に記載の発明は、上記発明にあって、前記基板は、アルカリ元素を含んだガラスからなるアルカリガラス基板であることを特徴とするものである。
請求項4に記載の発明は、上記発明において、前記光吸収層は、NiOx(xは0以上1以下)からなるNiOx層、若しくはGeOx(xは0以上2以下)からなるGeOx層の何れか、又は両方であることを特徴とするものである。
請求項5に記載の発明は、上記発明において、前記Al2O3層は、前記基板の側から数えた場合の第1層となっていることを特徴とするものである。
請求項6に記載の発明は、上記発明において、前記Al2O3層は、イオンアシスト蒸着によって形成される程度の密度を有することを特徴とするものである。
請求項7に記載の発明は、レンズ用フィルタにあって、上記発明のNDフィルタが含まれていることを特徴とするものである。
To achieve the above object, the invention described in
In order to achieve the above object, the invention according to
The invention according to
Invention according to claim 4, in the above invention, the light absorbing layer, NiO x NiO x layer (x is 0 or more and 1 or less) consisting of, or GeO x (x is 0 to 2) GeO x consisting of It is characterized by being either or both of the layers.
The invention according to
The invention according to claim 6 is characterized in that, in the above-mentioned invention, the Al 2 O 3 layer has a density to the extent that it is formed by ion-assisted deposition.
The invention according to claim 7 is a lens filter, wherein the ND filter of the invention is included.
本発明によれば、耐環境性に優れ、水分による変性が防止されるNDフィルタ,カメラ用NDフィルタを提供することが可能となる、という効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that it is possible to provide an ND filter and a camera ND filter that are excellent in environmental resistance and are prevented from being denatured by moisture.
以下、本発明に係る実施の形態の例につき、適宜図面を用いて説明する。尚、本発明の形態は、以下のものに限定されない。 Hereinafter, examples of embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate. In addition, the form of this invention is not limited to the following.
本発明に係るNDフィルタは、少なくとも波長が可視域(例えば400ナノメートル(nm)以上800nm以下、400nm以上760nm以下、400nm以上700nm以下、410nm以上760nm以下、又は420nm以上760nm以下)内である光(可視光)を均一に透過するフィルタである。 The ND filter according to the present invention has a light whose wavelength is at least in the visible range (for example, 400 nm to 800 nm, 400 nm to 760 nm, 400 nm to 700 nm, 410 nm to 760 nm, or 420 nm to 760 nm). This is a filter that uniformly transmits (visible light).
本発明に係るNDフィルタでは、基板の何れかの片面あるいは両面に対し、光学多層膜が形成されている。光学多層膜は、両面に形成される場合、何れの膜も基板からみて同一の積層構造とすることが好ましい。
基板は透明(半透明を適宜含む)であればプラスチックを始めとしていかなる材質であっても良いが、好ましくはアルカリ元素を含んだガラスであり、より好ましくは強化ガラスであり、例えば化学強化ガラスである。
強化ガラス基板は、表面に圧縮応力層が形成されているので、表面にクラックが生じたとしても、圧縮応力によりクラックの成長が抑制され、通常の(強化処理されていない)ガラス基板よりも衝撃に強い。
化学強化ガラス基板は、例えば次のように形成される。ナトリウム(Na)入りの通常のガラス基板が、硝酸カリウム(KNO3)あるいはこれを主成分とする化学強化液に浸される。すると、ガラス基板からナトリウムイオン(Na+)が流出してカリウムイオン(K+)が入り込む。K+はNa+より大きいので、ガラス基板表面においてより大きなイオンが入った状態となって、表面において元に戻ろうとする力、即ち圧縮応力が生じる。
In the ND filter according to the present invention, an optical multilayer film is formed on one or both surfaces of the substrate. When the optical multilayer film is formed on both surfaces, it is preferable that all the films have the same laminated structure as viewed from the substrate.
The substrate may be any material including plastic as long as it is transparent (including translucent as appropriate), but is preferably glass containing an alkali element, more preferably tempered glass, such as chemically tempered glass. is there.
Since the compressive stress layer is formed on the surface of the tempered glass substrate, even if a crack occurs on the surface, the growth of the crack is suppressed by the compressive stress, and the impact is higher than that of a normal (not tempered) glass substrate. Strong.
The chemically strengthened glass substrate is formed as follows, for example. A normal glass substrate containing sodium (Na) is immersed in potassium nitrate (KNO 3 ) or a chemical strengthening liquid containing this as a main component. Then, sodium ions (Na + ) flow out of the glass substrate and potassium ions (K + ) enter. Since K + is larger than Na + , a larger ion enters the glass substrate surface, and a force to return to the surface, that is, compressive stress is generated on the surface.
光学多層膜は、可視光を吸収する光吸収層を1以上備えており、可視光の均一な透過(ND)を実現する機能を具備する。可視光の均一な透過のための吸収を行う光学多層膜あるいはその部分は、光吸収膜と適宜呼称される。
可視光の均一な透過のための吸収については、吸収[%]が簡易的に「100−(透過率[%]+反射率[%])」で表されることから、可視域における分光透過率分布や分光反射率分布が平坦であることによって把握することができ、反射率が小さい場合には分光透過率分布が平坦であることによって把握することができる。吸収の平坦性については、吸収の最大値と最小値の差で評価され、分光透過率分布の平坦性については、透過率の最大値と最小値の差で評価され、いずれも差が小さいほど平坦性が高く、NDフィルタとしてより好適であることとなる。
尚、例えばNDフィルタ付きのカメラの撮像素子で利用する光はNDフィルタの透過光であるところ、NDフィルタにおける反射光は撮像素子や光学系におけるノイズの原因となるからNDフィルタの反射率を数%以下程度に低減する要請があり、よって平坦な分光透過率分布のためには均一な吸収が必要となる。
かようにNDフィルタにおいては透過光の均一性が高いことが要求されるため、光吸収層による可視光の吸収は、その要求を満たすような、光学多層膜の他の層や他の膜あるいは基板における吸収や透過率や反射率の分布に応じた分布とされて良い(後述の実施例1〜5や図5〜10参照)。例えば、基板が可視域で波長が大きいほど透過率が漸増する場合、光吸収層は可視域で波長が大きいほど吸収が漸減するようにして良い。又、光吸収層が複数設けられる場合に、一方の光吸収層が可視域で波長が大きいほど吸収が漸増し、他方の光吸収層が可視域で波長が大きいほど吸収が漸減するようにして良い。
光吸収層は、均一な透過のための吸収の実現が容易であることから、金属又は金属酸化物であり、好ましくは金属酸化物である。又、金属又は金属酸化物は、NiOx(xは0以上1以下)からなるNiOx層、及びGeOx(xは0以上2以下)からなるGeOx層のうちの少なくとも一方であることが、耐環境性や均一な透過のための吸収の実現の観点から好ましい。
The optical multilayer film includes one or more light absorption layers that absorb visible light, and has a function of realizing uniform transmission (ND) of visible light. The optical multilayer film that absorbs visible light for uniform transmission or a portion thereof is appropriately referred to as a light absorption film.
As for absorption for uniform transmission of visible light, absorption [%] is simply expressed as “100− (transmittance [%] + reflectance [%])”. It can be grasped by the fact that the reflectance distribution and the spectral reflectance distribution are flat, and when the reflectance is small, it can be grasped by the spectral transmittance distribution being flat. The flatness of the absorption is evaluated by the difference between the maximum value and the minimum value of the absorption, and the flatness of the spectral transmittance distribution is evaluated by the difference between the maximum value and the minimum value of the transmittance. The flatness is high and it is more suitable as an ND filter.
For example, the light used in the image sensor of the camera with the ND filter is transmitted light of the ND filter, and the reflected light from the ND filter causes noise in the image sensor and the optical system. %, There is a demand for reduction to about% or less, and thus uniform absorption is required for a flat spectral transmittance distribution.
As described above, since the ND filter is required to have high uniformity of transmitted light, the absorption of visible light by the light absorption layer can satisfy other requirements such as other layers or other films of the optical multilayer film. It may be a distribution according to the distribution of absorption, transmittance, and reflectance in the substrate (see Examples 1 to 5 and FIGS. 5 to 10 described later). For example, when the transmittance of the substrate gradually increases as the wavelength increases in the visible region, the light absorption layer may gradually decrease in absorption as the wavelength increases in the visible region. Further, when a plurality of light absorption layers are provided, the absorption gradually increases as the wavelength of one light absorption layer increases in the visible region, and the absorption decreases gradually as the wavelength of the other light absorption layer increases in the visible region. good.
The light absorbing layer is a metal or a metal oxide, preferably a metal oxide, because it is easy to realize absorption for uniform transmission. The metal or metal oxide, NiO x layer consisting of NiO x (x is 0 or more and 1 or less), and it (the x 0 to 2) GeO x is at least one of GeO x layer consisting of From the viewpoint of realizing resistance to environment and absorption for uniform transmission.
又、光学多層膜は、可視光の反射を防止する機能を適宜合わせて具備する。可視光の反射防止を目的とした光学多層膜あるいはその部分は、反射防止膜と適宜呼称される。
反射防止膜は、例えば、低屈折率材料及び高屈折率材料を含む複数種類の誘電体材料から形成される。低屈折率材料としては、酸化ケイ素(特にSiO2)が例示され、高屈折率材料としては、酸化ジルコニウム(特にZrO2)、酸化チタン(特にTiO2)、酸化タンタル(特にTa2O5)、酸化ニオブ(特にNb2O5)の少なくとも何れかが例示される。反射防止膜において、好ましくは、低屈折率材料と高屈折率材料が交互に配置される。光吸収層(金属又は金属酸化物)は、高屈折率材料として取り扱える。反射防止膜における最も基板側の層(基板に最も近い層)を第1層とした場合、第1層が低屈折率層とされても良いし高屈折率層とされても良いが、好ましくは奇数層目が低屈折率層であり、偶数層目が高屈折率層である。
光学多層膜は、光吸収膜のみから構成されても良いし、光吸収膜の外側(空気側)に防汚膜や保護膜が付加されたものであっても良いし、光吸収膜の基板側にハードコート膜が付加されたものであっても良いし、光吸収膜内あるいは光吸収膜外に導電性向上等の他の目的のための単数又は複数の膜が付加されたものであっても良いし、これらの組合せであっても良い。尚、ハードコート膜や導電性膜等は光学多層膜に含まれないものとして扱われても良い。
Further, the optical multilayer film has a function of preventing reflection of visible light as appropriate. The optical multilayer film for the purpose of preventing reflection of visible light or a portion thereof is appropriately referred to as an antireflection film.
The antireflection film is formed of, for example, a plurality of types of dielectric materials including a low refractive index material and a high refractive index material. Examples of the low refractive index material include silicon oxide (particularly SiO 2 ), and examples of the high refractive index material include zirconium oxide (particularly ZrO 2 ), titanium oxide (particularly TiO 2 ), and tantalum oxide (particularly Ta 2 O 5 ). Niobium oxide (particularly Nb 2 O 5 ) is exemplified. In the antireflection film, preferably, a low refractive index material and a high refractive index material are alternately arranged. The light absorption layer (metal or metal oxide) can be handled as a high refractive index material. When the layer closest to the substrate (the layer closest to the substrate) in the antireflection film is the first layer, the first layer may be a low refractive index layer or a high refractive index layer. The odd layer is a low refractive index layer, and the even layer is a high refractive index layer.
The optical multilayer film may be composed only of the light absorption film, or may be one in which an antifouling film or a protective film is added to the outside (air side) of the light absorption film, or the substrate of the light absorption film A hard coat film may be added to the side, or one or a plurality of films for other purposes such as conductivity improvement may be added inside or outside the light absorption film. It may be a combination thereof. Note that the hard coat film, the conductive film, and the like may be handled as not included in the optical multilayer film.
更に、光学多層膜(光吸収膜)は、光吸収層(金属又は金属酸化物層)より基板側の層として、Al2O3からなるAl2O3層を含んでいる。Al2O3膜は、ガスバリア性に優れ、基板からの析出物が光吸収層を始めとする自身より外側の層に達することを防いで、自身より外側の層を保護する。
基板からの析出物をすぐに食い止め、保護する層の数を増加させる観点から、Al2O3膜は光学多層膜の第1層に配置されることが好ましい。
又、ガスバリア性を更に向上し、外側の層を更に保護する観点から、Al2O3層は、イオンアシスト蒸着(Ion Assist Depotition;IAD)によって形成される程度の密度を有することが好ましい。Al2O3層を始めとする蒸着膜の密度は、当業者にとっても直接の測定が極めて困難である。又、蒸着時のイオンアシストの有無で蒸着膜の密度の程度を特定することは、当業者にとって分かり易く有用である。
IADは、イオンプレーティングに係るものであっても良いし、イオンビームスパッタリングに係るものであっても良い。
Furthermore, the optical multilayer film (light absorbing film) as a layer on the substrate side than the light-absorbing layer (metal or metal oxide layer) includes the Al 2 O 3 layer that made of Al 2 O 3. The Al 2 O 3 film is excellent in gas barrier properties, and prevents deposits from the substrate from reaching the outer layers such as the light absorption layer, thereby protecting the outer layers.
From the viewpoint of immediately stopping the precipitates from the substrate and increasing the number of layers to be protected, the Al 2 O 3 film is preferably disposed in the first layer of the optical multilayer film.
In addition, from the viewpoint of further improving the gas barrier properties and further protecting the outer layer, the Al 2 O 3 layer preferably has a density that is formed by ion-assisted deposition (IAD). It is extremely difficult for those skilled in the art to directly measure the density of the deposited film including the Al 2 O 3 layer. Also, it is easy to understand for those skilled in the art to specify the degree of density of the deposited film by the presence or absence of ion assist during deposition.
The IAD may be related to ion plating or may be related to ion beam sputtering.
又、光学多層膜(光吸収膜)において、最も外側(大気側)の層である最表層は、SiO2からなるSiO2層とされる。
最表層がSiO2層とされることにより、最表層がAl2O3層とされる場合に比べ、耐傷性を向上することができる。
あるいは、最表層が撥水膜又は防汚膜とされ、最表層より基板側において最表層に隣接する層、即ち最表層の直下の層が、SiO2からなるSiO2層とされる。この場合であっても、耐傷性を向上することができる。
Further, in the optical multilayer film (light absorbing film), the outermost layer which is a layer of the outermost (atmosphere side) is a SiO 2 layer made of SiO 2.
By making the outermost layer an SiO 2 layer, the scratch resistance can be improved as compared with the case where the outermost layer is an Al 2 O 3 layer.
Alternatively, the outermost layer is a water-repellent film or antifouling, a layer adjacent to the outermost layer in the substrate side of the outermost layer, i.e. a layer just below the outermost layer is a SiO 2 layer made of SiO 2. Even in this case, scratch resistance can be improved.
かような光学多層膜が配置された基板からなるNDフィルタは、好適にはカメラ用とされる。
カメラ用NDフィルタは、カメラのレンズの前等に後付けされるものであっても良いし、カメラの光学系に組み込まれた(カメラに内蔵された)ものであっても良い。
又、カメラ用NDフィルタは、車載カメラ用であっても良いし、警備カメラ用であっても良いし、医療機器付属のカメラ用であっても良い。
An ND filter comprising a substrate on which such an optical multilayer film is disposed is preferably used for a camera.
The camera ND filter may be retrofitted before the camera lens or the like, or may be incorporated in the optical system of the camera (built in the camera).
The camera ND filter may be for an in-vehicle camera, a security camera, or a camera attached to a medical device.
次いで、本発明の好適な実施例、及び本発明に属さない比較例につき、数例説明する(実施例1〜5,比較例1〜4)。尚、本発明の捉え方により、実施例が比較例となったり、比較例が実施例となったりすることがある。 Next, several preferred examples of the present invention and comparative examples not belonging to the present invention will be described (Examples 1 to 5, Comparative Examples 1 to 4). In addition, an Example may turn into a comparative example or a comparative example may turn into an Example by the view of this invention.
まず、恒温恒湿試験後の点状変色(点状劣化)の発生可能性をより低減するため、点状変色の要因は基板から析出したアルカリ元素の光吸収膜(特に光吸収層)への到達にあると捉えられたうえで、アルカリ元素を通過させない膜が検討された。
アルカリ元素を透過させない膜としては、気体を通過させない性質であるガスバリア性の高いものが好適であることが見出された。ガスバリア性の評価は、水蒸気透過性を測定し、単位時間当たりの水蒸気の透過量が少ないものほど水蒸気透過性が低くガスバリア性が高いものとすることで行える。
次の表1には、蒸着可能である種々の誘電体膜の水蒸気透過性に関し測定された結果が示される。
First, in order to further reduce the possibility of the occurrence of spot discoloration (spot deterioration) after the constant temperature and humidity test, the cause of the spot discoloration is the alkali element deposited from the substrate on the light absorption film (especially the light absorption layer). A film that does not allow alkali elements to pass through has been studied.
It has been found that a film having a high gas barrier property that is a property that does not allow gas to pass through is suitable as a film that does not allow alkali elements to pass therethrough. The gas barrier property can be evaluated by measuring the water vapor permeability, and the smaller the amount of water vapor per unit time, the lower the water vapor permeability and the higher the gas barrier property.
The following Table 1 shows the results measured for water vapor permeability of various dielectric films that can be deposited.
この測定では、Systech Instruments製のL80−5000型LYSSY水蒸気透過度計が用いられた。この装置の水蒸気に関する設定は、温度40℃、湿度90%とされた。
又、水蒸気透過性の測定に係る基板はPET(ポリエチレンテレフタレート)フィルムとされ、それぞれの基板に各種の誘電体膜が各種の蒸着条件により真空装置(チャンバ)内で蒸着された。基板のみの場合(コートなし基板(PET))、水蒸気透過性(透過した水蒸気の1日当たり1立方メートル当たりの重さ(グラム),g/m2・day)は、7.29であった。
これに対し、PET基板の片面に、イオンアシストなしの蒸着(通常蒸着)により、通常蒸着で形成される程度の密度を有するSiO2膜(膜厚90nm)が配置された場合、水蒸気透過性は6.75と、基板のみの場合より僅かに下がる。これは、SiO2膜が水蒸気の透過を妨げるからである。SiO2膜の通常蒸着において、基板温度は130℃とされ、チャンバ内にガスは導入されず、蒸着レートは0.8nm毎秒(nm/sec)であり、電子ビーム(Electoron Beam;EB)電流は180ミリアンペア(mA)であり、EB加速電圧は7ボルト(V)であり、蒸着材料は顆粒状のSiO2である。尚、膜厚は、特に記載されない限り物理膜厚である。
同様に、通常蒸着で形成される程度の密度を有するAl2O3膜(膜厚95nm)がPET基板に配置された場合、水蒸気透過性は6.28となる。通常蒸着に係るAl2O3膜は、通常蒸着に係るSiO2膜より水蒸気透過性が低いので、通常蒸着に係るSiO2膜より膜密度が高いと言える。尚、Al2O3膜の通常蒸着において、基板温度は130℃とされ、チャンバ内にガスが25sccm(standard cubic centimeter per minute)導入され、蒸着レートは0.4nm/secであり、EB電流は500mAであり、EB加速電圧は7Vであり、蒸着材料は顆粒状のAl2O3である。
更に、SiO2膜がイオンアシストありの蒸着(IAD)で蒸着され、IADで形成される程度の密度を有するSiO2膜(膜厚69nm)がPET基板に配置された場合、水蒸気透過性が3.77と更に大きく下がる。これは、IADによって形成されたSiO2膜の密度がイオンアシストなしの場合の密度より大きく、かように密度の大きいSiO2膜が水蒸気の透過を更に妨げるからである。尚、SiO2膜のIADにおいて、基板温度は130℃とされ、チャンバ内にガスはイオン銃によるものの他は導入されず、蒸着レートは0.8nm/secである。又、IADのイオン銃において、加速電圧は900Vであり、加速電流は900mAであり、バイアス電流は600mAであり,酸素(O2)ガスは50sccmの流量で導入される。更に、EB電流は180mAであり、EB加速電圧は7Vであり、蒸着材料は顆粒状のSiO2である。
同様に、SiO膜がイオンアシストありで膜厚63nmで蒸着された場合、水蒸気透過性が3.14と大きく下がる。SiO膜のIADにおいて、基板温度は130℃とされ、チャンバ内にガスはイオン銃によるものの他は導入されず、蒸着レートは1.0nm/secである。又、IADのイオン銃において、加速電圧は500Vであり、加速電流は500mAであり、バイアス電流は500mAであり,アルゴン(Ar)ガスが50sccmの流量で導入される。更に、EB電流は60mAであり、EB加速電圧は7Vであり、蒸着材料は顆粒状のSiOである。
更に同様に、Al2O3膜がイオンアシストのある状態で膜厚79.0nmで蒸着された場合、水蒸気透過性が0.89となる。Al2O3膜のIADにおいて、基板温度は130℃とされ、チャンバ内にガスはイオン銃によるものの他は導入されず、蒸着レートは0.4nm/secである。又、IADのイオン銃において、加速電圧1000Vであり、加速電流は1000mAであり、バイアス電流は600mAであり,O2ガスが50sccmの流量で導入される。更に、EB電流は500mAであり、EB加速電圧は7Vであり、蒸着材料は顆粒状のAl2O3である。
よって、アルカリ元素の光吸収層(金属酸化物)への到達を防ぐには、水蒸気透過性の高い、即ちガスバリア性の高いAl2O3層が光吸収層より基板側に配置されれば良い。又、ガスバリア性の向上に鑑み、より好ましくは、Al2O3層は、IADにより形成される程度の密度を有するものとされる。
In this measurement, an L80-5000 type LYSSY water vapor permeability meter manufactured by Systech Instruments was used. The setting for water vapor in this apparatus was a temperature of 40 ° C. and a humidity of 90%.
Further, the substrate related to the measurement of water vapor permeability was a PET (polyethylene terephthalate) film, and various dielectric films were deposited on each substrate in a vacuum apparatus (chamber) under various deposition conditions. In the case of the substrate alone (uncoated substrate (PET)), the water vapor permeability (weight per gram of water vapor per gram (gram), g / m 2 · day) was 7.29.
On the other hand, when a SiO 2 film (thickness 90 nm) having a density of a degree that is normally formed by vapor deposition is arranged on one side of the PET substrate by vapor deposition without ion assist (normal vapor deposition), the water vapor permeability is 6.75, slightly lower than in the case of the substrate alone. This is because the SiO 2 film hinders the permeation of water vapor. In the normal deposition of SiO 2 film, the substrate temperature is 130 ° C., no gas is introduced into the chamber, the deposition rate is 0.8 nm per second (nm / sec), and the electron beam (EB) current is It is 180 milliamperes (mA), the EB acceleration voltage is 7 volts (V), and the deposition material is granular SiO 2 . The film thickness is a physical film thickness unless otherwise specified.
Similarly, when an Al 2 O 3 film (thickness 95 nm) having a density of a degree that is normally formed by vapor deposition is disposed on a PET substrate, the water vapor permeability is 6.28. The Al 2 O 3 film of the normal deposition, since the low water vapor permeability than SiO 2 film according to the normal deposition, it can be said that from the film density is higher SiO 2 film according to the normal evaporation. In the normal vapor deposition of the Al 2 O 3 film, the substrate temperature is 130 ° C., the gas is introduced into the chamber at 25 sccm (standard cubic centimeter per minute), the vapor deposition rate is 0.4 nm / sec, and the EB current is 500 mA, EB acceleration voltage is 7 V, and the evaporation material is granular Al 2 O 3 .
Furthermore, when the SiO 2 film is deposited by ion-assisted deposition (IAD), and the SiO 2 film (thickness 69 nm) having a density to the extent that it is formed by IAD is disposed on the PET substrate, the water vapor permeability is 3 .77 and further down. This is because the density of the SiO 2 film formed by IAD is larger than that without ion assist, and the SiO 2 film having such a high density further hinders the permeation of water vapor. In the IAD of the SiO 2 film, the substrate temperature is set to 130 ° C., the gas other than that from the ion gun is not introduced into the chamber, and the deposition rate is 0.8 nm / sec. In the IAD ion gun, the acceleration voltage is 900 V, the acceleration current is 900 mA, the bias current is 600 mA, and oxygen (O 2 ) gas is introduced at a flow rate of 50 sccm. Further, the EB current is 180 mA, the EB acceleration voltage is 7 V, and the vapor deposition material is granular SiO 2 .
Similarly, when the SiO film is deposited with a film thickness of 63 nm with ion assist, the water vapor permeability is greatly reduced to 3.14. In the IAD of the SiO film, the substrate temperature is set to 130 ° C., the gas other than that from the ion gun is not introduced into the chamber, and the deposition rate is 1.0 nm / sec. In the IAD ion gun, the acceleration voltage is 500 V, the acceleration current is 500 mA, the bias current is 500 mA, and argon (Ar) gas is introduced at a flow rate of 50 sccm. Furthermore, the EB current is 60 mA, the EB acceleration voltage is 7 V, and the vapor deposition material is granular SiO.
Similarly, when the Al 2 O 3 film is deposited with a film thickness of 79.0 nm with ion assist, the water vapor permeability is 0.89. In the IAD of the Al 2 O 3 film, the substrate temperature is set to 130 ° C., the gas other than that from the ion gun is not introduced into the chamber, and the deposition rate is 0.4 nm / sec. In the IAD ion gun, the acceleration voltage is 1000 V, the acceleration current is 1000 mA, the bias current is 600 mA, and O 2 gas is introduced at a flow rate of 50 sccm. Further, the EB current is 500 mA, the EB acceleration voltage is 7 V, and the vapor deposition material is granular Al 2 O 3 .
Therefore, in order to prevent the alkali element from reaching the light absorption layer (metal oxide), an Al 2 O 3 layer having a high water vapor permeability, that is, a gas barrier property, may be disposed closer to the substrate than the light absorption layer. . In view of the improvement in gas barrier properties, the Al 2 O 3 layer is more preferably formed to have a density that can be formed by IAD.
以上のガスバリア性に関する検討結果に基づいて、実施例1〜5,比較例1〜4に係るNDフィルタが作成された。
実施例1〜5,比較例1〜4は何れも、アルカリ元素(Na+やK+)を含む厚さ1mm(ミリメートル)のフラットな白板ガラスを基板とし、その両面に対して同じ構成の光吸収膜が配置された。
光吸収膜における光吸収層(金属酸化物)は、NiOx(0<x<1)又はGeOx(0<x<2)とされた。
又、光吸収膜において、低屈折率層、中間屈折率層、高屈折率層が交互に配置されており、反射防止機能も付与された。光吸収層は、高屈折率層として扱うことができる。中間屈折率層はAl2O3層とされた。低屈折率層は、SiO2層又はSiO2+Al2O3混合材料によるSiO2+Al2O3混合層(表2中「*」)とされた。SiO2+Al2O3混合材料は、一般にはSiO2の分量がAl2O3の分量に比べて高く、例えばSiO2の重量比9に対してAl2O3の重量比が1あるいはそれ以下であるが、本発明では特に重量比は限定されず、ここではキャノンオプトロン株式会社製「S5F」が用いられた。
これらの光吸収膜の各層は、何れもIADによって蒸着され、材料が同じであれば同じ蒸着条件で蒸着された。但し、蒸着時の基板の温度は、比較例4のみ何れの層においても250℃とされ、その他は何れの層においても130℃とされた。
更に、実施例5では、光吸収膜の最表層として、撥水膜が形成された。撥水膜は、チャンバ内で撥水剤が蒸着されることで形成された。実施例5における撥水膜の膜厚は5nm程度とされた。
実施例1〜5,比較例1〜4における片側の光学多層膜の構成が、基板に最も近い層を第1層として、次の表2,3に示される。
又、これらの光学多層膜に係る材料毎の蒸着条件が、表1と同様にして次の表4に示される。
Based on the above examination results regarding gas barrier properties, ND filters according to Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4 were created.
In each of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4, a flat white plate glass having a thickness of 1 mm (millimeters) containing an alkali element (Na + or K + ) is used as a substrate, and light having the same configuration on both sides thereof An absorption membrane was placed.
The light absorption layer (metal oxide) in the light absorption film was NiO x (0 <x <1) or GeO x (0 <x <2).
In the light absorbing film, a low refractive index layer, an intermediate refractive index layer, and a high refractive index layer were alternately arranged, and an antireflection function was also provided. The light absorption layer can be treated as a high refractive index layer. The intermediate refractive index layer was an Al 2 O 3 layer. The low refractive index layer was a SiO 2 layer or a SiO 2 + Al 2 O 3 mixed layer (“*” in Table 2) made of a SiO 2 + Al 2 O 3 mixed material. In the SiO 2 + Al 2 O 3 mixed material, the amount of SiO 2 is generally higher than the amount of Al 2 O 3. For example, the weight ratio of Al 2 O 3 is 1 or less with respect to the weight ratio 9 of SiO 2. However, the weight ratio is not particularly limited in the present invention, and “S5F” manufactured by Canon Optron Co., Ltd. was used here.
Each layer of these light absorption films was vapor-deposited by IAD, and vapor-deposited under the same vapor deposition conditions if the materials were the same. However, the temperature of the substrate at the time of vapor deposition was 250 ° C. in any layer of Comparative Example 4 only, and 130 ° C. in any of the other layers.
Furthermore, in Example 5, a water repellent film was formed as the outermost layer of the light absorbing film. The water repellent film was formed by depositing a water repellent in the chamber. The film thickness of the water repellent film in Example 5 was about 5 nm.
The structures of the optical multilayer films on one side in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4 are shown in the following Tables 2 and 3 with the layer closest to the substrate as the first layer.
The vapor deposition conditions for each material related to these optical multilayer films are shown in the following Table 4 in the same manner as in Table 1.
そして、実施例1〜5,比較例1〜4に係るNDフィルタの両面について、各種の評価が行われた。
即ち、恒温恒湿試験前後の透過率変化の測定、恒温恒湿試験後の外観の観察、防傷性の試験である。これらの結果が、次の表5,6に示される。
恒温恒湿試験は、温度60℃湿度90%に保持された環境に各NDフィルタが所定期間投入されることで行われた。その期間は、表5,6において「6日間」等と記載されている。
透過率変化の測定では、400nm以上700nm以下の波長域において恒温恒湿試験前後でそれぞれ分光透過率分布が測定され、それぞれの分光透過率の平均値が算出され、恒温恒湿試験前の平均値から恒温恒湿試験後の平均値を減じた差が求められた。この平均値の差の大きさにより、恒温恒湿試験前後で分光透過率の平均値がどれだけ動いたのかが評価される。実施例1〜4に係る恒温恒湿試験前後の各分光透過率変化が、図1〜4に示される。実施例5の分光透過率変化は、実施例4と同様である。尚、図5において、基板における恒温恒湿試験前の同波長域での光学定数が示され、図6〜10において、各種の層における恒温恒湿試験前の同波長域での光学定数屈折率(点線,左目盛)と消衰係数(実線,右目盛)が示される。
防傷性の評価は、スチールウール(日本スチールウール株式会社製ボンスターNo.00)を用いて次のように行われた。各NDフィルタに対してスチールウールが5mm×10mmの接触面積で接触し、スチールウールに2キログラム重の荷重が付与された状態で、スチールウールが20mmのストロークで10往復される。その後、NDフィルタが観察され、次の基準で評価される。即ち、光吸収膜を貫通して基板に達する傷が10本以上発生していれば「×」というように相対的に最悪の評価とされ、基板に達する傷が3本以上10本未満発生していれば「△」というように相対的に悪い評価とされ、基板に達する傷が1本以上3本未満発生していれば「○」というように相対的に良い評価とされ、基板に達する傷がない場合には「◎」というように相対的に最良の評価とされる。
And various evaluation was performed about both surfaces of the ND filter which concerns on Examples 1-5 and Comparative Examples 1-4.
That is, measurement of transmittance change before and after the constant temperature and humidity test, observation of the appearance after the constant temperature and humidity test, and scratch resistance test. These results are shown in the following Tables 5 and 6.
The constant temperature and humidity test was performed by putting each ND filter into an environment maintained at a temperature of 60 ° C. and a humidity of 90% for a predetermined period. The period is described as “6 days” in Tables 5 and 6.
In the measurement of transmittance change, the spectral transmittance distribution is measured before and after the constant temperature and humidity test in the wavelength range of 400 nm to 700 nm, the average value of each spectral transmittance is calculated, and the average value before the constant temperature and humidity test. The difference which subtracted the average value after a constant temperature and humidity test was calculated | required. It is evaluated how much the average value of the spectral transmittance has moved before and after the constant temperature and humidity test by the magnitude of the difference between the average values. Changes in spectral transmittance before and after the constant temperature and humidity test according to Examples 1 to 4 are shown in FIGS. The change in spectral transmittance of Example 5 is the same as that of Example 4. 5 shows optical constants in the same wavelength region before the constant temperature and humidity test on the substrate, and FIGS. 6 to 10 show optical constant refractive indexes in the same wavelength region before the constant temperature and humidity test in various layers. (Dotted line, left scale) and extinction coefficient (solid line, right scale) are shown.
The evaluation of scratch resistance was performed as follows using steel wool (Bonster No. 00 manufactured by Nippon Steel Wool Co., Ltd.). Steel wool comes into contact with each ND filter at a contact area of 5 mm × 10 mm, and the steel wool is reciprocated 10 times with a stroke of 20 mm in a state where a load of 2 kilograms is applied to the steel wool. The ND filter is then observed and evaluated according to the following criteria. That is, if 10 or more scratches penetrating the light absorbing film and reaching the substrate are generated, the evaluation is relatively worst as “x”, and 3 or more and less than 10 scratches reaching the substrate are generated. If it is, the evaluation is relatively bad such as “△”, and if one or more and less than three scratches are reached, the evaluation is relatively good as “◯” and reaches the substrate. When there is no flaw, the evaluation is relatively best, such as “「 ”.
比較例1では、恒温恒湿試験後の透過率変化が比較的に少なく、その試験後の外観変化もない。よって、比較例1の耐温性や耐湿性は高い。
しかし、比較例1では、防傷性が「×」と低評価である。これは、最表層(第7層)がAl2O3層とされており、最表層においてスチールウールで容易に傷が付いてしまい、最表層以下に影響が容易に及んでしまうことによる。
これに対し、実施例1〜4では、何れも最表層がSiO2層となっており、最表層においてスチールウールの荷重に対して傷が付き難く、最表層以下に影響が及び難く、防傷性が高評価「○」となっている。
又、実施例5では、最表層が撥水膜とされ、その直下の層がSiO2層とされており、実施例1〜4と同様にスチールウールの荷重に対して傷が付き難く、最表層直下の層以下に影響が及び難い。更に、最表層の撥水膜によりNDフィルタ表面に滑り性が付与され、スチールウールの荷重を逃がす。よって、実施例5では、防傷性が最高評価「◎」となっている。尚、最表層が撥水膜でなく防汚剤に係る防汚膜であっても、最表層が撥水膜である場合と同様に、防傷性に優れる。
In Comparative Example 1, the transmittance change after the constant temperature and humidity test is relatively small, and there is no appearance change after the test. Therefore, the temperature resistance and moisture resistance of Comparative Example 1 are high.
However, in Comparative Example 1, the scratch resistance is low as “x”. This is because the outermost layer (seventh layer) is an Al 2 O 3 layer, and the outermost layer is easily damaged by steel wool, and the influence below the outermost layer is easily affected.
On the other hand, in Examples 1 to 4, the outermost layer is an SiO 2 layer, and the outermost layer is less likely to be scratched against the load of steel wool. The property is highly evaluated “○”.
Further, in Example 5, the outermost layer is a water repellent film, and the layer immediately below it is an SiO 2 layer. It is difficult to affect below the surface layer. Furthermore, the surface of the ND filter is provided with slipperiness by the outermost water-repellent film, and the load of steel wool is released. Therefore, in Example 5, the scratch resistance is the highest evaluation “◎”. Even when the outermost layer is not a water-repellent film but an antifouling film related to an antifouling agent, it is excellent in scratch resistance as in the case where the outermost layer is a water-repellent film.
比較例2では、最表層がSiO2層となっており、耐傷性が高評価「○」である。
又、恒温恒湿試験後の透過率変化が比較的に少ないものの、その試験後の外観変化が顕著に発生している。即ち、比較例2は、5日間の恒温恒湿試験後において、斑点状の変色(シミ)が多数発生している。かようなシミの発生は、高温高湿の環境に長期間晒された基板から斑点状にアルカリ元素が析出し、そのアルカリ元素が光吸収層(第2,4,6層)に達して光吸収層を変性させることによる。尚、シミ部分における成分解析も行われ、アルカリ元素(Na+やK+)が検出された。
これに対し、実施例1〜5では、恒温恒湿試験後の外観変化はない。これは、光吸収層より基板側に、Al2O3層が配置されていることによる。Al2O3膜はそれ自体でガスバリア性が高く、IAD形成時の密度を有するAl2O3膜は更にガスバリア性が高く、基板から析出したアルカリ元素が光吸収層に達しないように食い止めているからである。
比較例3では、シミの数が比較的に少ないものの、比較例2と同様にシミが発生している。SiO層は、SiO2層と同様に、ガスバリア性が十分でないことになる。尚、SiO層は、形成時において既に茶色を呈しており、SiO層を用いながら可視域において分光吸収率分布が平坦であるように設計することは困難であった。
In Comparative Example 2, the outermost layer is a SiO 2 layer, and the scratch resistance is highly evaluated “◯”.
Further, although the transmittance change after the constant temperature and humidity test is relatively small, the appearance change after the test is remarkably generated. That is, in Comparative Example 2, many spot-like discoloration (stains) occurred after the 5-day constant temperature and humidity test. Such stains occur when alkali elements are deposited in spots from a substrate that has been exposed to a high-temperature and high-humidity environment for a long time, and the alkali elements reach the light-absorbing layers (second, fourth, sixth layers). By modifying the absorbent layer. In addition, the component analysis in the spot portion was also performed, and alkali elements (Na + and K + ) were detected.
On the other hand, in Examples 1-5, there is no external appearance change after a constant temperature and humidity test. This is because the Al 2 O 3 layer is disposed closer to the substrate than the light absorption layer. The Al 2 O 3 film itself has a high gas barrier property, and the Al 2 O 3 film having the density at the time of IAD formation has a higher gas barrier property, so that the alkali element precipitated from the substrate does not reach the light absorption layer. Because.
In Comparative Example 3, although the number of spots is relatively small, spots are generated as in Comparative Example 2. Similar to the SiO 2 layer, the SiO layer has insufficient gas barrier properties. It should be noted that the SiO layer was already brown at the time of formation, and it was difficult to design the spectral absorption distribution to be flat in the visible region while using the SiO layer.
比較例4では、防傷性が「◎」と最良の評価である。これは、最表層がMgF2層であることによる。
しかし、比較例4では、5日間の恒温恒湿試験の前後の透過率変化が+1.70%と著しく、恒温恒湿試験後に斑点状のシミが発生してしまっている。
比較例4では、潮解性のあるMgF2膜が最表層に配置されることにより、恒温恒湿試験前後の透過率変化が著しくなっている。又、比較例4では、第1層が実施例1〜5と同様にAl2O3層であるものの、MgF2膜が最表層に配置されることにより、外側(空気側)から光学多層膜へ水分が入ってしまい、主に水分が光吸収層(金属酸化物)に作用してシミが発生するものと考えられる。
尚、外側からの水分の流入を防止する目的で、最表層にAl2O3膜が配置されると、耐傷性が良好でなくなる(比較例1参照)。
これに対し、実施例1〜5は、第1層がAl2O3層とされ、最表層又はその直下の層がSiO2層とされているため、耐環境性(耐熱性、耐湿性、少ない透過率変化)、及び耐傷性に優れたNDフィルタとなっている。更に、実施例5は、最表層が撥水膜であることにより、撥水性も兼ね備える。尚、最表層が防汚膜とされた場合には、防汚性を兼ね備えることとなる。
In Comparative Example 4, the scratch resistance is “◎”, which is the best evaluation. This is because the outermost layer is an MgF 2 layer.
However, in Comparative Example 4, the transmittance change before and after the constant temperature and humidity test for 5 days was + 1.70%, and spotted spots were generated after the constant temperature and humidity test.
In Comparative Example 4, the change in transmittance before and after the constant temperature and humidity test is remarkable because the deliquescent MgF 2 film is disposed on the outermost layer. In Comparative Example 4, the first layer is an Al 2 O 3 layer as in Examples 1 to 5, but the MgF 2 film is disposed on the outermost layer, so that the optical multilayer film is formed from the outside (air side). It is considered that water enters the water, and the water mainly acts on the light absorption layer (metal oxide) to cause spots.
For the purpose of preventing the inflow of moisture from the outside, if the Al 2 O 3 film is disposed on the outermost layer, the scratch resistance is not good (see Comparative Example 1).
On the other hand, in Examples 1 to 5, since the first layer is an Al 2 O 3 layer and the outermost layer or the layer immediately below it is an SiO 2 layer, environmental resistance (heat resistance, moisture resistance, It is an ND filter excellent in scratch resistance. Furthermore, Example 5 also has water repellency because the outermost layer is a water repellent film. In addition, when the outermost layer is an antifouling film, it has antifouling properties.
尚、本発明(実施例1〜5)において、基板がアルカリ元素を含んでいれば、アルカリ元素による影響は、主にAl2O3層の基板側への配置によって防止することができるのであるが、基板は必ずしもアルカリ元素を含んでいなくても良く、又ガラスでなくても良い。
アルカリ元素を含んでいない基板やガラスではない基板であっても、光学多層膜(光吸収膜)について基板からの影響を阻止したい状況は十分発生し得る。
例えば、プラスチック製の平坦な基板の表面に光学多層膜が配置される場合に、プラスチックからの水分や他の析出物が光学多層膜に対して影響することを防止したい場合には、プラスチック基板に対して実施例1〜5のような光学多層膜が配置されるようにしても良い。
In the present invention (Examples 1-5), if the substrate is comprise alkali elements, influence of the alkali elements, than it can be prevented mainly by the arrangement of the substrate side of the Al 2 O 3 layer However, the substrate does not necessarily contain an alkali element and may not be glass.
Even for a substrate that does not contain an alkali element or a substrate that is not glass, a situation in which it is desired to prevent the influence of the optical multilayer film (light absorption film) from the substrate can occur.
For example, when an optical multilayer film is arranged on the surface of a flat substrate made of plastic, if you want to prevent moisture and other precipitates from the plastic from affecting the optical multilayer film, On the other hand, an optical multilayer film as in Examples 1 to 5 may be arranged.
Claims (7)
前記基板の1以上の面に配置された、複数の層を有する光吸収膜
を備えており、
前記光吸収膜は、金属又は金属酸化物からなる光吸収層を含んでおり、
前記光吸収膜における前記光吸収層より前記基板側の層には、Al2O3からなるAl2O3層が含まれており、
前記光吸収膜の最表層は、SiO2からなるSiO2層である
ことを特徴とするNDフィルタ。 A substrate,
A light absorbing film having a plurality of layers disposed on one or more surfaces of the substrate;
The light absorption film includes a light absorption layer made of metal or metal oxide,
The layer of the substrate side of the light absorbing layer in the light-absorbing film, includes a the Al 2 O 3 layer of Al 2 O 3,
Outermost layer, ND filter, which is a SiO 2 layer of SiO 2 of the light-absorbing layer.
前記基板の1以上の面に配置された、複数の層を有する光吸収膜
を備えており、
前記光吸収膜は、金属又は金属酸化物からなる光吸収層を含んでおり、
前記光吸収膜における前記光吸収層より前記基板側の層には、Al2O3からなるAl2O3層が含まれており、
前記光吸収膜の最表層は、撥水膜又は防汚膜であり、
前記光吸収膜における前記最表層の直下の層は、SiO2からなるSiO2層である
ことを特徴とするNDフィルタ。 A substrate,
A light absorbing film having a plurality of layers disposed on one or more surfaces of the substrate;
The light absorption film includes a light absorption layer made of metal or metal oxide,
The layer of the substrate side of the light absorbing layer in the light-absorbing film, includes a the Al 2 O 3 layer of Al 2 O 3,
The outermost layer of the light absorbing film is a water repellent film or an antifouling film,
ND filter, wherein the layer immediately below the outermost layer of the light absorbing film is a SiO 2 layer made of SiO 2.
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のNDフィルタ。 The ND filter according to claim 1, wherein the substrate is an alkali glass substrate made of glass containing an alkali element.
ことを特徴とする請求項1ないしは請求項3の何れかに記載のNDフィルタ。 The light-absorbing layer, and wherein the (the x 0 or more and 1 or less) NiO x NiO x layer made of, or (the x 0 to 2) GeO x is any, or both GeO x layer consisting of The ND filter according to any one of claims 1 to 3.
ことを特徴とする請求項1ないしは請求項4の何れかに記載のNDフィルタ。 The ND filter according to claim 1, wherein the Al 2 O 3 layer is a first layer when counted from the substrate side.
ことを特徴とする請求項1ないしは請求項5の何れかに記載のNDフィルタ。 6. The ND filter according to claim 1, wherein the Al 2 O 3 layer has a density that is formed by ion-assisted deposition.
ことを特徴とするカメラ用NDフィルタ。 An ND filter for a camera comprising the ND filter according to any one of claims 1 to 6.
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