JP2017187729A - Optical element, optical system, imaging apparatus and lens device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical element capable of reducing a change of a reflection rate when the permeability of an absorber layer changes.SOLUTION: A substrate 11 includes thereon: an absorber layer 13 with different permeability according to the position on the substrate 11; and a surface layer 14 including a plurality of thin films. In the surface layer 14, a refractive index of a first film 14c arranged in a position furthest from the substrate 11 is 1.05 or more and 1.4 or less at a wavelength 550 nm. A second film 14b having higher refractive index than the substrate 11 and a third film 14a having lower refractive index than the second film 14b are alternately laminated in two layers or more in total, in a position closer to the substrate 11 than the first film 14c of the surface layer 14. An extinction coefficient of the absorber layer 13 is 0.5 or less at wavelength 400 nm to 700 nm.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、デジタルカメラ等の光学系に用いられる光学素子に関する。   The present invention relates to an optical element used in an optical system such as a digital camera.

デジタルカメラ等の光学系に用いられる光学素子の一つとして、光学面内に透過率分布を有するグラデーション型のND(Neutral Density)フィルタが知られている。グラデーション型のNDフィルタ(以下GNDフィルタと称する)を用いることで、画像の明るさを任意に制御することや、焦点外れ像(ボケ像)の輪郭の先鋭度のばらつきを改善することができる。   As one of optical elements used in an optical system such as a digital camera, a gradation type ND (Neutral Density) filter having a transmittance distribution in an optical surface is known. By using a gradation-type ND filter (hereinafter referred to as “GND filter”), it is possible to arbitrarily control the brightness of the image and to improve the variation in the sharpness of the outline of the out-of-focus image (blurred image).

GNDフィルタに求められる特性として、反射率が低いことが挙げられる。GNDフィルタを撮像装置等の光学系に用いた場合、GNDフィルタにおける反射光はフレアやゴーストを生じる要因となるためである。反射率を十分に低減するためには、反射防止層の最も表面側に屈折率の低い膜を設けることが有効である。   A characteristic required for a GND filter is low reflectance. This is because when the GND filter is used in an optical system such as an imaging device, the reflected light from the GND filter causes flare and ghost. In order to sufficiently reduce the reflectance, it is effective to provide a film having a low refractive index on the most surface side of the antireflection layer.

特許文献1には、基板に金属からなる膜(吸収層)と金属酸化物からなる膜を交互に積層し、最も表面側に屈折率1.23の高分子ポリマーからなる層を設けることで、反射率を低減したGNDフィルタが記載されている。   In Patent Document 1, by alternately laminating a film made of metal (absorption layer) and a film made of metal oxide on a substrate, and providing a layer made of a polymer with a refractive index of 1.23 on the most surface side, A GND filter with reduced reflectivity is described.

特開2009−288295号公報JP 2009-288295 A

しかしながら、特許文献1に記載されたGNDフィルタの場合、吸収層として消衰係数の大きな金属を用いているため、吸収層の厚さを変化させて透過率分布を形成すると、GNDフィルタの位置に応じて反射条件が顕著に変化してしまう。そのため、最も表面側に高分子ポリマーからなる屈折率の低い層を設けたとしても、GNDフィルタ全域において低い反射率を実現することは困難であった。   However, in the case of the GND filter described in Patent Document 1, since a metal having a large extinction coefficient is used as the absorption layer, if the transmittance distribution is formed by changing the thickness of the absorption layer, the GND filter is positioned at the position of the GND filter. Accordingly, the reflection conditions change remarkably. Therefore, even if a layer having a low refractive index made of a polymer is provided on the most surface side, it has been difficult to achieve a low reflectance over the entire GND filter.

本発明の目的は、吸収層の透過率の変化による反射率の変化を低減できる光学素子を提供することである。   The objective of this invention is providing the optical element which can reduce the change of the reflectance by the change of the transmittance | permeability of an absorption layer.

本発明の光学素子は、基板と、複数の薄膜を備える表面層と、前記表面層と前記基板の間に設けられた前記基板上の位置に応じて透過率の異なる吸収層と、を有する光学素子であって、前記表面層において前記基板から最も離れた位置に配置されている第1の膜の屈折率は1.05以上1.4以下であり、前記表面層における前記第1の膜よりも前記基板に近い位置には、波長550nmにおいて前記基板よりも屈折率の高い第2の膜と、波長550nmにおいて前記第2の膜よりも屈折率の低い第3の膜が交互に合計2層以上積層されており、前記吸収層の消衰係数は、波長400nmから700nmにおいて0.5以下であることを特徴とする。   An optical element of the present invention includes a substrate, a surface layer including a plurality of thin films, and an absorption layer having a transmittance that varies depending on a position on the substrate provided between the surface layer and the substrate. The first film disposed in the surface layer at a position farthest from the substrate has a refractive index of 1.05 or more and 1.4 or less than the first film in the surface layer. Also, at a position close to the substrate, a second film having a higher refractive index than the substrate at a wavelength of 550 nm and a third film having a lower refractive index than the second film at a wavelength of 550 nm are alternately two layers in total. The extinction coefficient of the absorption layer is 0.5 or less at a wavelength of 400 nm to 700 nm.

本発明によれば、吸収層の透過率の変化による反射率の変化を低減できる光学素子を実現できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the optical element which can reduce the change of the reflectance by the change of the transmittance | permeability of an absorption layer is realizable.

GNDフィルタの概略図である。It is a schematic diagram of a GND filter. 吸収層の消衰係数が0.218である場合のアドミタンス軌道図である。It is an admittance trajectory when the extinction coefficient of the absorption layer is 0.218. 吸収層の消衰係数が0.5である場合のアドミタンス軌道図である。It is an admittance trajectory diagram when the extinction coefficient of the absorption layer is 0.5. 消衰係数および吸収係数の波長依存性の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the wavelength dependence of an extinction coefficient and an absorption coefficient. 吸収層が第1の吸収膜と第2の吸収膜を有する場合のGNDフィルタの概略図である。It is the schematic of a GND filter in case an absorption layer has a 1st absorption film and a 2nd absorption film. 光吸収性を有する材料により形成された微粒子を分散させた樹脂により吸収層が形成されている場合のGNDフィルタの概略図である。It is the schematic of a GND filter in case the absorption layer is formed with the resin which disperse | distributed the microparticles | fine-particles formed with the material which has a light absorptivity. 透過率分布の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the transmittance | permeability distribution. 実施例1のGNDフィルタの反射率および透過率の波長依存性を示す図である。It is a figure which shows the wavelength dependence of the reflectance of the GND filter of Example 1, and the transmittance | permeability. 実施例2のGNDフィルタの反射率および透過率の波長依存性を示す図である。It is a figure which shows the wavelength dependence of the reflectance of the GND filter of Example 2, and the transmittance | permeability. 実施例3のGNDフィルタの概略図である。6 is a schematic diagram of a GND filter according to Embodiment 3. FIG. 実施例3のGNDフィルタの反射率および透過率の波長依存性を示す図である。It is a figure which shows the wavelength dependence of the reflectance of the GND filter of Example 3, and the transmittance | permeability. 実施例4のGNDフィルタの概略図である。10 is a schematic diagram of a GND filter according to Embodiment 4. FIG. 実施例4のGNDフィルタの反射率および透過率の波長依存性を示す図である。It is a figure which shows the wavelength dependence of the reflectance of the GND filter of Example 4, and the transmittance | permeability. 光学系の断面図および撮像装置の概略図である。1 is a cross-sectional view of an optical system and a schematic view of an imaging apparatus.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。各図において、同一の部位については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure, the same parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図1は、本発明の光学素子としてのGNDフィルタ10を示す概略図である。本実施形態のGNDフィルタ10は、基板11と、表面層14と、入射光の一部を吸収する吸収層13と、を有する。吸収層13は、表面層14と基板11の間に配置されている。   FIG. 1 is a schematic diagram showing a GND filter 10 as an optical element of the present invention. The GND filter 10 of the present embodiment includes a substrate 11, a surface layer 14, and an absorption layer 13 that absorbs part of incident light. The absorption layer 13 is disposed between the surface layer 14 and the substrate 11.

表面層14は、少なくとも3層の薄膜によって構成されている。すなわち、表面層14は、第1の膜14cと、波長550nmにおいて基板11よりも屈折率の高い第2の膜14bと、波長550nmにおいて第2の膜14bよりも屈折率の低い第3の膜14aを有する。第1の膜14cは、表面層14において基板11から最も離れた位置に配置されており、波長550nmにおいて1.05以上1.4以下の屈折率を有する。また、第2の膜14bと第3の膜14aは、表面層14において第1の膜14cよりも基板11に近い位置に交互に合計2層以上積層されている。   The surface layer 14 is composed of at least three thin films. That is, the surface layer 14 includes a first film 14c, a second film 14b having a higher refractive index than the substrate 11 at a wavelength of 550 nm, and a third film having a lower refractive index than the second film 14b at a wavelength of 550 nm. 14a. The first film 14c is disposed at a position farthest from the substrate 11 in the surface layer 14, and has a refractive index of 1.05 or more and 1.4 or less at a wavelength of 550 nm. In addition, the second film 14b and the third film 14a are alternately stacked in a total of two or more layers in the surface layer 14 at a position closer to the substrate 11 than the first film 14c.

吸収層13は、波長400nmから700nmにおいて0.5以下の消衰係数を有しており、GNDフィルタ10に入射した光の一部は吸収層13において吸収される。また、吸収層13の厚さは、基板11上の位置に応じて変化している。これによって、吸収層13は基板上の位置に応じて異なる透過率を有している。   The absorption layer 13 has an extinction coefficient of 0.5 or less at a wavelength of 400 nm to 700 nm, and part of the light incident on the GND filter 10 is absorbed by the absorption layer 13. Moreover, the thickness of the absorption layer 13 changes according to the position on the substrate 11. Thereby, the absorption layer 13 has different transmittances depending on the position on the substrate.

また、図1に示すように、吸収層13と基板11の間に、中間層12をさらに設けても良い。なお、基板11の裏面11aには、これらと同一の層を積層したり、反射防止膜を設けたりしても良い(不図示)。   In addition, as shown in FIG. 1, an intermediate layer 12 may be further provided between the absorption layer 13 and the substrate 11. In addition, the same layer as these may be laminated | stacked on the back surface 11a of the board | substrate 11, and an antireflection film may be provided (not shown).

[反射率を低減する効果について]
一般に、吸収層の透過率が変化すると反射率も変化するため、透過率の異なる領域に対して反射率を低減することは困難であった。しかし、GNDフィルタ10においては、吸収層が後述する式(2)を満たし、前述のような表面層を有することにより、吸収層の透過率の変化による反射率の変化を低減することができる。この理由について、図2および図3を用いて説明する。
[Effect of reducing reflectivity]
In general, when the transmittance of the absorption layer changes, the reflectance also changes. Therefore, it has been difficult to reduce the reflectance for regions having different transmittances. However, in the GND filter 10, when the absorption layer satisfies the formula (2) described later and has the above-described surface layer, the change in reflectance due to the change in the transmittance of the absorption layer can be reduced. The reason for this will be described with reference to FIGS.

図2および図3は、GNDフィルタ10が中間層12を有している場合のGNDフィルタ10のアドミタンス軌道図である。図2は吸収層13の消衰係数が小さい場合のアドミタンス軌道を表しており、図3は吸収層13の消衰係数が図2よりも大きい場合のアドミタンス軌道を表している。また、中間層12は2層の薄膜からなり、基板11に近い側から順に薄膜12a、12bが積層されて構成されている。   2 and 3 are admittance trajectory diagrams of the GND filter 10 when the GND filter 10 includes the intermediate layer 12. FIG. 2 shows an admittance orbit when the extinction coefficient of the absorption layer 13 is small, and FIG. 3 shows an admittance orbit when the extinction coefficient of the absorption layer 13 is larger than that of FIG. The intermediate layer 12 is composed of two thin films, and the thin films 12 a and 12 b are laminated in order from the side closer to the substrate 11.

アドミタンスとは、媒質中の磁場強度と電場強度との比で表される値であり、真空のアドミタンスYを単位とすると、媒質の屈折率は数値的にはアドミタンスと等値となる。また、アドミタンス軌道図とは、等価アドミタンスの概念を用いた膜特性を表現する図である。等価アドミタンスとは、基板の上に薄膜を加えた系全体をそれと等価な特性を持つ1つの基板に置き換えた場合のアドミタンスを指す。 The admittance is the value represented by the ratio of the field strength and the field strength in the medium, when the admittance Y 0 of the vacuum units, the refractive index of the medium is the admittance and equality is numerically. Further, the admittance trajectory diagram is a diagram expressing film characteristics using the concept of equivalent admittance. Equivalent admittance refers to admittance when the entire system in which a thin film is added on a substrate is replaced with a single substrate having equivalent characteristics.

なお、等価アドミタンス、および、アドミタンス軌道図の詳細については、文献「李正中著,株式会社アルバック訳,“光学薄膜と成膜技術”」に説明されている。   The details of the equivalent admittance and the admittance trajectory are described in the document “Mr. Lee Masanaka, translated by ULVAC, Inc.,“ Optical thin film and film formation technology ””.

図2は、吸収層13の消衰係数が0.218である場合について、GNDフィルタ10におけるアドミタンス軌道図を示している。図2(a)、(b)、(c)の各図は、GNDフィルタ10において透過率が100%、79%、10%である位置に、空気側から光が入射した場合のアドミタンス軌道図である。GNDフィルタ10において、吸収層13の厚さが厚い位置ほど透過率は低くなる。すなわち、図2(a)は吸収層13の厚さが0である位置におけるアドミタンス軌道を示しており、図2(b)から図2(c)にかけて吸収層13の厚さは増している。   FIG. 2 shows an admittance trajectory diagram in the GND filter 10 in the case where the extinction coefficient of the absorption layer 13 is 0.218. 2A, 2B, and 2C are admittance trajectory diagrams when light is incident from the air side at positions where the transmittance of the GND filter 10 is 100%, 79%, and 10%. It is. In the GND filter 10, the transmittance becomes lower as the absorption layer 13 is thicker. That is, FIG. 2A shows an admittance trajectory at a position where the thickness of the absorption layer 13 is 0, and the thickness of the absorption layer 13 increases from FIG. 2B to FIG. 2C.

まず、図2(a)のアドミタンス軌道図を例として、図の見方を説明する。図2において、横軸はYを単位としたアドミタンスηの実数部Re(η)、縦軸はηの虚数部Im(η)をそれぞれ示し、図中の×印は基板11のアドミタンス、○印は空気のアドミタンスをそれぞれ表している。基板11の屈折率をNsubとすると、Yを単位とした基板11のアドミタンスはNsubと等しくなる。一方、光の吸収がある場合、その際のアドミタンスは、複素屈折率N−ikと等値となる。ここで、Nは屈折率、kは消衰係数である。 First, taking the admittance trajectory diagram of FIG. 2A as an example, how to read the diagram will be described. In FIG. 2, the horizontal axis represents the real part Re (η) of admittance η in units of Y 0 , and the vertical axis represents the imaginary part Im (η) of η. Each mark represents air admittance. When the refractive index of the substrate 11, N sub, admittance of the substrate 11 in which the Y 0 units is equal to N sub. On the other hand, when there is light absorption, the admittance at that time is equivalent to the complex refractive index N-ik. Here, N is a refractive index and k is an extinction coefficient.

図2(a)の軌道は、基板11から順に中間層として薄膜12a、12b、吸収層13、表面層として第3の膜14a、第2の膜14b、第1の膜14cを成膜していったときの等価アドミタンスの変化を示している。第1の膜14cを成膜したときの軌道の終点が最終的な等価アドミタンスを表しており、この等価アドミタンスと空気のアドミタンス(=1)により、フレネル係数および反射率を算出することができる。等価アドミタンスが空気のアドミタンスと等しい場合、反射率は0となる。   In the trajectory of FIG. 2A, thin films 12a and 12b, an absorption layer 13 as intermediate layers, and a third film 14a, a second film 14b, and a first film 14c as surface layers are formed in order from the substrate 11. Shows the change in equivalent admittance. The end point of the trajectory when the first film 14c is formed represents the final equivalent admittance, and the Fresnel coefficient and the reflectance can be calculated from this equivalent admittance and air admittance (= 1). When the equivalent admittance is equal to the admittance of air, the reflectance is zero.

図2(a)は、吸収層13の厚さが0の場合を示しているが、吸収層13の厚さが増加して透過率が減少すると、アドミタンス軌道は図2(b)、(c)のように変化する。吸収層13の厚さが増加すると、基板11から吸収層13までの等価アドミタンスは渦を巻くように変化して行き、最終的には吸収層13の複素屈折率に略等しい点に収束する。   FIG. 2A shows the case where the thickness of the absorption layer 13 is 0. However, when the thickness of the absorption layer 13 increases and the transmittance decreases, the admittance trajectory becomes as shown in FIGS. ). As the thickness of the absorption layer 13 increases, the equivalent admittance from the substrate 11 to the absorption layer 13 changes so as to spiral, and finally converges to a point substantially equal to the complex refractive index of the absorption layer 13.

図2(a)に示す吸収層13の厚さが0である場合と、図2(c)に示す吸収層13の厚さが十分に厚い場合とを比較すると、等価アドミタンスは消衰係数k=0.218に相当する分だけ変化している。   When the thickness of the absorption layer 13 shown in FIG. 2A is 0 and the thickness of the absorption layer 13 shown in FIG. 2C is sufficiently thick, the equivalent admittance is the extinction coefficient k. Is changed by an amount corresponding to 0.218.

このように、吸収層13の消衰係数が0.218のとき、基板11から吸収層13までの等価アドミタンスは、図2(a)〜(c)のように変化する。ここで、図2(a)〜(c)の各図から、基板11から吸収層13までの等価アドミタンスの変化に対して、基板11から第1の膜14cまでの等価アドミタンスの変化は小さくなっていることがわかる。これは、吸収層13の上面に表面層14を設けたためである。   Thus, when the extinction coefficient of the absorption layer 13 is 0.218, the equivalent admittance from the substrate 11 to the absorption layer 13 changes as shown in FIGS. 2A to 2C, the change in the equivalent admittance from the substrate 11 to the first film 14c is smaller than the change in the equivalent admittance from the substrate 11 to the absorption layer 13. You can see that This is because the surface layer 14 is provided on the upper surface of the absorption layer 13.

GNDフィルタ10の表面層14は、第2の膜14bと第3の膜14aを交互に積層した構造を有する。このように、第2の膜14bと第3の膜14aを交互に積層すると、図2(a)〜(c)の各図に示すように、アドミタンス軌道図上においてV字型の軌道を描く。   The surface layer 14 of the GND filter 10 has a structure in which the second film 14b and the third film 14a are alternately stacked. As described above, when the second film 14b and the third film 14a are alternately laminated, a V-shaped trajectory is drawn on the admittance trajectory diagram as shown in FIGS. 2 (a) to 2 (c). .

ここで、吸収層13の透過率が変化することによって基板11から吸収層13までの等価アドミタンスが図2(a)から図2(b)へと変化した場合について考える。このとき、第3の膜14aのアドミタンス軌道は図2(a)に示す場合よりも図2(b)に示す場合の方が短くなっている。一方、第2の膜14bのアドミタンス軌道は、図2(a)に示す場合よりも図2(b)に示す場合の方が長くなっている。   Here, consider a case where the equivalent admittance from the substrate 11 to the absorbing layer 13 changes from FIG. 2A to FIG. 2B due to the change in the transmittance of the absorbing layer 13. At this time, the admittance trajectory of the third film 14a is shorter in the case shown in FIG. 2B than in the case shown in FIG. On the other hand, the admittance trajectory of the second film 14b is longer in the case shown in FIG. 2B than in the case shown in FIG.

すなわち、第3の膜14aと第2の膜14bのアドミタンス軌道は、互いの変化を補い合うように変化する。これによって、吸収層13の透過率の変化による等価アドミタンスの変化量を低減している。   That is, the admittance trajectories of the third film 14a and the second film 14b change so as to compensate for each other's change. Thereby, the amount of change in equivalent admittance due to the change in transmittance of the absorption layer 13 is reduced.

また、最終的な等価アドミタンスを空気のアドミタンスに近づけるために、表面層14の第1の膜14cとして屈折率の小さい膜を設けている。反射率を低減するためには、第1の膜14cの屈折率は小さいことが好ましい。そのため、第1の膜14cの屈折率nは波長550nmにおいて以下の条件式(2)を満たす。
1.05≦n≦1.4 (1)
In addition, a film having a small refractive index is provided as the first film 14c of the surface layer 14 in order to make the final equivalent admittance close to the admittance of air. In order to reduce the reflectance, the refractive index of the first film 14c is preferably small. Therefore, the refractive index n s of the first film 14c satisfy the following condition at a wavelength 550nm (2).
1.05 ≦ n s ≦ 1.4 (1 )

が1.4よりも大きくなると、吸収層13の透過率の変化による反射率の変化を十分に低減することが困難となる。また、nが1.05より小さくなると、第1の膜14cの製造が困難となる。 If n s is greater than 1.4, it is difficult to sufficiently reduce the change in reflectance due to change in transmittance of the absorption layer 13. Further, when n s it is smaller than 1.05, production of the first film 14c becomes difficult.

なお、吸収層13の透過率の変化による反射率の変化をより低減するためには、式(1)の範囲を以下の式(1a)とすると良い。
1.05≦n≦1.3 (1a)
In order to further reduce the change in reflectance due to the change in the transmittance of the absorption layer 13, the range of the formula (1) is preferably set to the following formula (1a).
1.05 ≦ n s ≦ 1.3 (1a)

次に、吸収層13の消衰係数が大きい場合として、消衰係数が0.5であるときのGNDフィルタ10におけるアドミタンス軌道図を図3に示す。図3(a)、(b)、(c)の各図は、このようなGNDフィルタ10において透過率が100%、79%、10%である位置に、空気側から光が入射した場合のアドミタンス軌道図である。図3(c)に示すように、吸収層13の厚さが十分に厚い場合、基板11から吸収層13までの等価アドミタンスは吸収層3の複素屈折率に略等しくなる。   Next, FIG. 3 shows an admittance trajectory diagram in the GND filter 10 when the extinction coefficient of the absorbing layer 13 is large and the extinction coefficient is 0.5. 3 (a), 3 (b), and 3 (c) show the case where light is incident from the air side in such a GND filter 10 where the transmittance is 100%, 79%, and 10%. It is an admittance trajectory map. As shown in FIG. 3C, when the thickness of the absorption layer 13 is sufficiently thick, the equivalent admittance from the substrate 11 to the absorption layer 13 is substantially equal to the complex refractive index of the absorption layer 3.

図3(a)に示す吸収層13の厚さが0である場合と、図3(c)に示す吸収層13の厚さが十分に厚い場合とを比較すると、等価アドミタンスは消衰係数k=0.5に相当する分だけ変化している。吸収層13の透過率の変化による基板11から吸収層13までの等価アドミタンスの変化について、図3と図2を比較することで、図3の各図に示す変化の方がより大きいことがわかる。これは、図2に示した場合に比べて図3に示した場合の方が吸収層13の消衰係数が大きいためである。   Comparing the case where the thickness of the absorption layer 13 shown in FIG. 3A is 0 and the case where the thickness of the absorption layer 13 shown in FIG. 3C is sufficiently thick, the equivalent admittance is the extinction coefficient k. Is changed by an amount corresponding to 0.5. Comparing FIG. 3 and FIG. 2 with respect to the change in equivalent admittance from the substrate 11 to the absorption layer 13 due to the change in the transmittance of the absorption layer 13, it can be seen that the change shown in each diagram of FIG. 3 is larger. . This is because the extinction coefficient of the absorption layer 13 is larger in the case shown in FIG. 3 than in the case shown in FIG.

吸収層13の消衰係数が0.5よりも大きくなると、等価アドミタンスの変化は図3に示した場合よりも更に大きくなってしまう。この場合、表面層14を設けたとしても十分に反射率を低減すること難しくなる。したがって、吸収層13の透過率の変化による反射率の変化を低減するために、吸収層13の消衰係数kは波長400nmから700nmにおいて以下の条件式(2)を満たす。
0<k≦0.5 (2)
When the extinction coefficient of the absorption layer 13 is larger than 0.5, the change in equivalent admittance becomes larger than that shown in FIG. In this case, even if the surface layer 14 is provided, it becomes difficult to sufficiently reduce the reflectance. Therefore, in order to reduce the change in reflectance due to the change in the transmittance of the absorption layer 13, the extinction coefficient k of the absorption layer 13 satisfies the following conditional expression (2) at wavelengths from 400 nm to 700 nm.
0 <k ≦ 0.5 (2)

吸収層13の消衰係数kが式(2)を満たし、吸収層13の上面に表面層14を設けることで、吸収層13の透過率の変化による反射率の変化を低減することができる。   When the extinction coefficient k of the absorption layer 13 satisfies the formula (2) and the surface layer 14 is provided on the upper surface of the absorption layer 13, a change in reflectance due to a change in the transmittance of the absorption layer 13 can be reduced.

なお、吸収層13の消衰係数が大きいほど、吸収層13の厚さを薄くすることができる。これにより、蒸着やスパッタリングにより吸収層13を形成する場合において、成膜時間を短縮することができる。さらに、吸収層13の厚さが薄いほど吸収層13による透過波面の位相ずれを少なくすることができる。そのため、式(2)の範囲は、好ましくは以下の式(2a)の範囲とすると良い。
0.005≦k≦0.5 (2a)
In addition, the thickness of the absorption layer 13 can be made thinner as the extinction coefficient of the absorption layer 13 is larger. Thereby, when forming the absorption layer 13 by vapor deposition or sputtering, the film-forming time can be shortened. Furthermore, as the thickness of the absorption layer 13 is thinner, the phase shift of the transmitted wavefront due to the absorption layer 13 can be reduced. Therefore, the range of the formula (2) is preferably set to the range of the following formula (2a).
0.005 ≦ k ≦ 0.5 (2a)

より好ましくは、式(2)の範囲を以下の式(2b)の範囲とすると良い。
0.05≦k≦0.4 (2b)
More preferably, the range of the formula (2) is set to the range of the following formula (2b).
0.05 ≦ k ≦ 0.4 (2b)

また、第2の膜14bと第3の膜14aの屈折率の差の絶対値が大きいほど、吸収層13の透過率の変化による等価アドミタンスの変化量を低減する効果は大きくなる。そのため、互いに隣接する第2の膜14bと第3の膜14aの屈折率の差の絶対値は0.4以上であることが好ましい。   In addition, the larger the absolute value of the difference in refractive index between the second film 14b and the third film 14a, the greater the effect of reducing the amount of change in equivalent admittance due to the change in transmittance of the absorption layer 13. Therefore, the absolute value of the difference in refractive index between the second film 14b and the third film 14a adjacent to each other is preferably 0.4 or more.

また、吸収層13の透過率の変化による等価アドミタンスの変化量をより低減するためには、第3の膜14aと第2の膜14bを交互に4層以上積層することが好ましい。   In order to further reduce the amount of change in equivalent admittance due to the change in the transmittance of the absorption layer 13, it is preferable to stack four or more third films 14a and second films 14b alternately.

さらに、光が空気側からGNDフィルタへ入射した場合に、吸収層13の透過率の変化による反射率の変化をさらに低減するためには、波長550nmにおいて以下の条件式(3)を満たすことが好ましい。
|Re(ηsub)/Y−Nabs,int|<0.25 (3)
Furthermore, when light enters the GND filter from the air side, the following conditional expression (3) must be satisfied at a wavelength of 550 nm in order to further reduce the change in reflectance due to the change in the transmittance of the absorption layer 13. preferable.
| Re (η sub ) / Y 0 −N abs, int | <0.25 (3)

ここで、ηsubは基板11から中間層12までの等価アドミタンス、Nabs,intは吸収層13における中間層12に最も近い膜の屈折率である。Re(ηsub)をYで割っているのは、Re(ηsub)の単位をYとして扱うためである。 Here, η sub is the equivalent admittance from the substrate 11 to the intermediate layer 12, and N abs, int is the refractive index of the film closest to the intermediate layer 12 in the absorption layer 13. The Re and (eta sub) are divided by Y 0 is for handling units of Re (eta sub) as Y 0.

式(3)は、GNDフィルタ10において基板11から中間層12までの等価アドミタンスの実部は吸収層13の屈折率に近い値であるということを表す。式(3)を満たすことで、吸収層13の透過率の変化による基板11から吸収層13までの等価アドミタンスの変化をさらに低減することができる。結果として、吸収層13の透過率の変化による反射率の変化を更に小さくすることができる。式(3)の範囲は、より好ましくは以下の式(3a)とすると良い。
|Re(ηsub)/Y−Nabs,int|<0.15 (3a)
Expression (3) indicates that the real part of the equivalent admittance from the substrate 11 to the intermediate layer 12 in the GND filter 10 is a value close to the refractive index of the absorption layer 13. By satisfy | filling Formula (3), the change of the equivalent admittance from the board | substrate 11 by the change of the transmittance | permeability of the absorption layer 13 to the absorption layer 13 can further be reduced. As a result, the change in reflectance due to the change in transmittance of the absorption layer 13 can be further reduced. The range of the formula (3) is more preferably the following formula (3a).
| Re (η sub ) / Y 0 −N abs, int | <0.15 (3a)

なお、GNDフィルタ10では、式(3)を満足するような中間層12を設けているが、吸収層13の屈折率と基板11の屈折率を近い値にすることによっても、式(3)を満たすことと同様の効果を得ることができる。   In the GND filter 10, the intermediate layer 12 that satisfies the expression (3) is provided. However, the expression (3) can also be obtained by setting the refractive index of the absorption layer 13 and the refractive index of the substrate 11 to be close to each other. The same effect as satisfying the above can be obtained.

以上の説明では、GNDフィルタ10に対して空気側から光が入射した場合の反射率について説明した。しかしながら、GNDフィルタ10のように入射光の一部を吸収する吸収膜13を有する場合、光が空気側から入射した場合と基板11側から入射した場合とでは、反射率が異なる。これは、吸収層13がある場合、GNDフィルタ10の各界面におけるフレネル係数が光の入射方向によって異なるためである。   In the above description, the reflectance when light is incident on the GND filter 10 from the air side has been described. However, in the case of having the absorption film 13 that absorbs part of the incident light like the GND filter 10, the reflectance is different between the case where the light is incident from the air side and the case where the light is incident from the substrate 11 side. This is because the Fresnel coefficient at each interface of the GND filter 10 varies depending on the incident direction of light when the absorption layer 13 is present.

基板11側から入射した光に対する反射率を低減するためには、図1に示すように、中間層12を吸収層13と基板11との間に設けることが好ましい。   In order to reduce the reflectance with respect to the light incident from the substrate 11 side, it is preferable to provide the intermediate layer 12 between the absorption layer 13 and the substrate 11 as shown in FIG.

中間層12は、基板11の屈折率をNsubとしたとき、屈折率がNabs,intとNsubとの間の値の膜を備えて構成されていることが好ましい。さらに、基板11よりも屈折率の高い膜と、該膜よりも屈折率の低い膜を交互に有していることが好ましい。これによって、光が基板11側から入射した場合においても吸収層13の透過率の変化による反射率の変化を低減することができる。 Intermediate layer 12, when the refractive index of the substrate 11 was set to N sub, it is preferable that the refractive index is configured with a film of values between N abs, int and N sub. Furthermore, it is preferable to have alternately a film having a higher refractive index than the substrate 11 and a film having a lower refractive index than the film. Thereby, even when light enters from the substrate 11 side, the change in reflectance due to the change in the transmittance of the absorption layer 13 can be reduced.

また、空気から吸収層13までの等価アドミタンスの変化を低減するためには、波長550nmにおいて以下の条件式(4)を満たすことが好ましい。
|Re(ηair)/Y−Nabs,sur|<0.25 (4)
In order to reduce the change in equivalent admittance from the air to the absorption layer 13, it is preferable to satisfy the following conditional expression (4) at a wavelength of 550 nm.
| Re (η air ) / Y 0 −N abs, sur | <0.25 (4)

ここで、ηairは空気から表面層14までの等価アドミタンスである。また、Nabs,surは吸収層13を構成する膜のうち、表面層14に最も近い膜の屈折率である。吸収層13が単一の膜で形成されている場合、Nabs,surとNabs,intは等しい値となる。反対に、後述のように吸収層13が2つの吸収膜で構成されている場合、Nabs,surとNabs,intは異なる値となる。 Here, η air is an equivalent admittance from air to the surface layer 14. N abs, sur is the refractive index of the film closest to the surface layer 14 among the films constituting the absorption layer 13. When the absorption layer 13 is formed of a single film, N abs, sur and N abs, int are equal. On the other hand, when the absorption layer 13 is composed of two absorption films as will be described later, N abs, sur and N abs, int are different values.

式(4)を満たすことは、GNDフィルタ10において空気から表面層14までの等価アドミタンスの実部は吸収層13の屈折率に近い値であるということを表す。これにより、吸収層13の透過率の変化による空気から吸収層13までの等価アドミタンスの変化をさらに低減することができる。結果として、吸収層13の透過率の変化による反射率の変化を更に小さくすることができる。式(4)の範囲は、より好ましくは以下の式(4a)とすると良い。
|Re(ηair)/Y−Nabs,sur|<0.15 (4a)
Satisfying the expression (4) indicates that the real part of the equivalent admittance from the air to the surface layer 14 in the GND filter 10 is a value close to the refractive index of the absorption layer 13. Thereby, the change of the equivalent admittance from the air to the absorption layer 13 due to the change in the transmittance of the absorption layer 13 can be further reduced. As a result, the change in reflectance due to the change in transmittance of the absorption layer 13 can be further reduced. The range of the formula (4) is more preferably the following formula (4a).
| Re (η air ) / Y 0 −N abs, sur | <0.15 (4a)

また、式(3)と式(4)を共に満たすことで、空気側から光が入射した場合と基板1側から光が入射した場合のいずれについても、吸収層13の透過率の変化による反射率の変化を低減することができる。   Further, by satisfying both of the expressions (3) and (4), the reflection due to the change in the transmittance of the absorption layer 13 in both cases where light is incident from the air side and light is incident from the substrate 1 side. The change in rate can be reduced.

さらに、図1に示すようにGNDフィルタ10の中心に吸収層13の厚さが0である領域を設けた場合、該領域において中間層12と表面層14の間には吸収層13が形成されていないことになる。この場合、以下の式(5)を満たすように表面層14および中間層12を設計することが好ましい。
|Re(ηair)/Y−Re(ηsub)/Y|<0.3 (5)
Furthermore, when a region where the thickness of the absorption layer 13 is 0 is provided at the center of the GND filter 10 as shown in FIG. 1, the absorption layer 13 is formed between the intermediate layer 12 and the surface layer 14 in the region. Will not be. In this case, it is preferable to design the surface layer 14 and the intermediate layer 12 so as to satisfy the following formula (5).
| Re (η air ) / Y 0 −Re (η sub ) / Y 0 | <0.3 (5)

式(5)を満たすことで、吸収層13の厚さが0である領域においても反射率を低減することができる。   By satisfying Expression (5), the reflectance can be reduced even in the region where the thickness of the absorption layer 13 is zero.

[材料について]
次に、GNDフィルタ10を構成する材料について説明する。
[About materials]
Next, materials constituting the GND filter 10 will be described.

基板11はガラス、プラスチックなどを用いることができる。また、基板11の形状は平板のみならず、凸、凹レンズなどでもよい。デジタルカメラ等の撮像装置の光学系にGNDフィルタ10を配置する場合、基板11の形状をレンズ形状とすることで、GNDフィルタを配置するスペースを省くことができ、光学系の小型化を図ることができる。   As the substrate 11, glass, plastic, or the like can be used. The shape of the substrate 11 may be not only a flat plate but also a convex lens or a concave lens. When the GND filter 10 is arranged in the optical system of an imaging apparatus such as a digital camera, the space for arranging the GND filter can be saved by making the shape of the substrate 11 into a lens shape, and the optical system can be downsized. Can do.

第1の膜14cは、上述した式(1)を満たす屈折率を有していれば良い。式(1)を満たす材料として、例えばフッ化マグネシウム(MgF)がある。また、内部に空隙が形成されている膜(以下、中空膜と称する)を用いることで、フッ化マグネシウムからなる均一な膜よりも更に低い屈折率を有する膜を得ることができる。これは、空隙に含まれる空気によって、膜の実効的な屈折率を減少させることができるためである。 The 1st film | membrane 14c should just have the refractive index which satisfy | fills Formula (1) mentioned above. As a material satisfying the formula (1), for example, there is magnesium fluoride (MgF 2 ). In addition, by using a film in which voids are formed (hereinafter referred to as a hollow film), a film having a lower refractive index than a uniform film made of magnesium fluoride can be obtained. This is because the effective refractive index of the film can be reduced by the air contained in the air gap.

第1の膜14cとして中空膜を用いる場合、フッ化マグネシウムまたはシリカ(SiO)を含む微粒子を結合して中空膜を形成することが好ましい。フッ化マグネシウムやシリカは屈折率の小さい材料であるため、中空膜を形成するに際して過度に空隙を増やさなくても実効的な屈折率を小さくすることができるためである。また、微粒子の構造としては中空粒子であっても良いし、中実粒子であっても良い。また、多孔質粒子であっても良い。なお、微粒子の粒径は40nm以下であることが好ましい。微粒子の粒径が大きくなりすぎると、粒子による光の散乱が生じるためである。 When a hollow membrane is used as the first membrane 14c, it is preferable to form a hollow membrane by combining fine particles containing magnesium fluoride or silica (SiO 2 ). This is because magnesium fluoride or silica is a material having a low refractive index, so that the effective refractive index can be reduced without excessively increasing the voids when forming the hollow membrane. The fine particle structure may be a hollow particle or a solid particle. Moreover, porous particles may be used. The particle diameter of the fine particles is preferably 40 nm or less. This is because if the particle size of the fine particles becomes too large, light scattering by the particles occurs.

吸収層13は、波長400nmから700nmにおいて上述した式(2)を満たす消衰係数を有していれば良い。式(2)を満たす材料としては、チタン酸化物、ニオブ酸化物、タンタル酸化物などの金属酸化物がある。図4(a)に、チタン酸化物、ニオブ酸化物、タンタル酸化物の消衰係数の波長依存性を示す。図4(a)に示すように、これらの材料の消衰係数は、波長400nmから700nmにおいて上述した式(2)を満たしている。   The absorption layer 13 should just have the extinction coefficient which satisfy | fills Formula (2) mentioned above in wavelength 400nm to 700nm. Examples of the material satisfying the formula (2) include metal oxides such as titanium oxide, niobium oxide, and tantalum oxide. FIG. 4A shows the wavelength dependence of the extinction coefficient of titanium oxide, niobium oxide, and tantalum oxide. As shown in FIG. 4A, the extinction coefficients of these materials satisfy the above-described formula (2) at wavelengths of 400 nm to 700 nm.

また、吸収層13は複数の金属酸化物等を組み合わせて構成しても良い。吸収係数の波長依存性の異なる2つの材料を組み合わせて吸収層13を形成することで、GNDフィルタ10の透過率の波長依存性を低減することができる。これにより、撮像装置の光学系等にGNDフィルタ10を用いた場合において、GNDフィルタ10による像の色づきを低減することができる。   Moreover, you may comprise the absorption layer 13 combining several metal oxides. The wavelength dependency of the transmittance of the GND filter 10 can be reduced by combining the two materials having different absorption coefficient wavelength dependencies to form the absorption layer 13. Thereby, when the GND filter 10 is used for the optical system or the like of the imaging apparatus, coloring of the image by the GND filter 10 can be reduced.

図5に、吸収層13が2つの材料を組み合わせて形成されている例として、吸収層13が第1の吸収膜13aと第2の吸収膜13bを有する場合のGNDフィルタ10を示す。第1の吸収層13aは以下の条件式(6a)を満たす第1の材料を含んでいる。また、第2の吸収層13aは以下の条件式(6b)を満たす第2の材料を含んでいる。
α(400)<α(700) (6a)
α(400)>α(700) (6b)
FIG. 5 shows the GND filter 10 when the absorption layer 13 includes a first absorption film 13a and a second absorption film 13b as an example in which the absorption layer 13 is formed by combining two materials. The first absorption layer 13a includes a first material that satisfies the following conditional expression (6a). The second absorption layer 13a contains a second material that satisfies the following conditional expression (6b).
α 1 (400) <α 1 (700) (6a)
α 2 (400)> α 2 (700) (6b)

ただし、α(λ)は第1の材料の吸収係数、α(λ)は第2の材料の吸収係数である。ここで、式(6a)および式(6b)における括弧内の数値は、ナノメートル(nm)を単位とした光の波長を表している。すなわち、式(6a)は、第1の材料の波長400nmにおける吸収係数が波長700nmにおける吸収係数よりも小さいことを表している。また、式(6b)は第2の材料の波長400nmにおける吸収係数が波長700nmにおける吸収係数よりも大きいことを表している。 Here, α 1 (λ) is the absorption coefficient of the first material, and α 2 (λ) is the absorption coefficient of the second material. Here, the numerical values in parentheses in the formulas (6a) and (6b) represent the wavelength of light in units of nanometers (nm). That is, Expression (6a) represents that the absorption coefficient of the first material at a wavelength of 400 nm is smaller than the absorption coefficient at a wavelength of 700 nm. Equation (6b) indicates that the absorption coefficient of the second material at a wavelength of 400 nm is larger than the absorption coefficient at a wavelength of 700 nm.

なお、吸収係数α(λ)とは、波長に依存した消衰係数をk(λ)としたとき、α(λ)=4πk(λ)/λで与えられる値である。   The absorption coefficient α (λ) is a value given by α (λ) = 4πk (λ) / λ, where k (λ) is an extinction coefficient depending on the wavelength.

式(6a)および式(6b)を満たすことで、透過率の波長依存性を低減することができる理由について説明する。入射光の強度をIとし、α(λ)なる吸収係数を有する膜の厚さをtとしたとき、該吸収膜を透過した透過光の強度Iは、次の式(7)で与えられる。
I=I・exp(−α(λ)・t) (7)
The reason why the wavelength dependency of the transmittance can be reduced by satisfying the expressions (6a) and (6b) will be described. When the intensity of incident light is I 0 and the thickness of a film having an absorption coefficient of α (λ) is t, the intensity I of transmitted light transmitted through the absorption film is given by the following equation (7). .
I = I 0 · exp (−α (λ) · t) (7)

式(7)より、透過光の強度の波長依存性は、吸収係数の波長依存性を起源とすることがわかる。そのため、透過率の波長依存性を低減するためには、α(λ)の波長依存性を小さくすれば良い。   From equation (7), it can be seen that the wavelength dependence of the intensity of transmitted light originates from the wavelength dependence of the absorption coefficient. Therefore, in order to reduce the wavelength dependency of the transmittance, the wavelength dependency of α (λ) may be reduced.

上述のように、第1の材料は、短波長側の光よりも長波長側の光を多く吸収する。また、第2の材料は、長波長側の光よりも短波長側の光を多く吸収する。このような第1の材料および第2の材料は、波長400nmから700nmまでの少なくとも一部において、一方の吸収係数が波長に対して増加し、他方の吸収係数が波長に対して減少する波長帯域(以下、異符号の波長帯域と称する)を有する。   As described above, the first material absorbs more light on the long wavelength side than light on the short wavelength side. The second material absorbs more light on the short wavelength side than light on the long wavelength side. In such a first material and a second material, in at least part of the wavelength from 400 nm to 700 nm, one absorption coefficient increases with respect to the wavelength, and the other absorption coefficient decreases with respect to the wavelength. (Hereinafter referred to as a different wavelength band).

異符号の波長帯域において、第1の材料の吸収係数と第2の材料の吸収係数は、互いに波長依存性を打ち消し合う関係にある。従って、吸収層13の吸収係数の波長依存性を全体として小さくし、平坦な吸収係数を得ることができる。   In the wavelength bands with different signs, the absorption coefficient of the first material and the absorption coefficient of the second material are in a relationship in which the wavelength dependence cancels each other. Therefore, the wavelength dependence of the absorption coefficient of the absorption layer 13 can be reduced as a whole, and a flat absorption coefficient can be obtained.

また、第1の材料と第2の材料が、式(6a)および式(6b)をそれぞれ満たしていたとしても、波長400nmから700nmにおいて、吸収係数が共に増加、または共に減少する波長帯域(以下、同符号の波長帯域と称する)が存在することも考えられる。   In addition, even if the first material and the second material satisfy the expressions (6a) and (6b), the wavelength band in which the absorption coefficient increases or decreases in the wavelength range from 400 nm to 700 nm (hereinafter, both) (Referred to as wavelength bands of the same sign).

しかしながら、吸収層13の吸収係数は、第1の材料と第2の材料の吸収係数を、第1の吸収膜13aの厚さと第2の吸収膜13bの厚さの比に応じて足し合わせた値を有する。そのため、同符号の波長帯域における吸収層13の吸収係数の波長依存性は、第1の材料と第2の材料のうち、該波長帯域における吸収係数の波長依存性が大きい方よりも大きくなることはない。   However, the absorption coefficient of the absorption layer 13 is obtained by adding the absorption coefficients of the first material and the second material according to the ratio of the thickness of the first absorption film 13a and the thickness of the second absorption film 13b. Has a value. Therefore, the wavelength dependency of the absorption coefficient of the absorption layer 13 in the wavelength band of the same sign is larger than the one having the larger wavelength dependency of the absorption coefficient in the wavelength band of the first material and the second material. There is no.

そのため、式(6a)および式(6b)を満たすことで、吸収層13の吸収係数の波長依存性を小さくすることができ、その結果、吸収層13の透過率の波長依存性を低減することができる。   Therefore, by satisfying the equations (6a) and (6b), the wavelength dependency of the absorption coefficient of the absorption layer 13 can be reduced, and as a result, the wavelength dependency of the transmittance of the absorption layer 13 is reduced. Can do.

図4(b)に、図4(a)に示した各材料の吸収係数の波長依存性を示す。図4(b)に示すように、第1の材料としてチタン酸化物を選択し、第2の材料としてニオブ酸化物またはタンタル酸化物を選択することで、式(6a)および式(6b)を満たすことがわかる。この場合、波長400nmから700nmまでの全波長帯域が異符号の波長帯域に相当する。   FIG. 4B shows the wavelength dependence of the absorption coefficient of each material shown in FIG. As shown in FIG. 4B, the titanium oxide is selected as the first material, and niobium oxide or tantalum oxide is selected as the second material, so that the equations (6a) and (6b) are expressed. You can see that it meets. In this case, the entire wavelength band from a wavelength of 400 nm to 700 nm corresponds to a wavelength band having a different sign.

また、吸収層13の透過率の波長依存性を低減することができる材料の組み合わせとしては上記に限定されず、式(6a)および式(6b)を満たす材料の組み合わせを特性に応じて選択すれば良い。   Further, the combination of materials that can reduce the wavelength dependency of the transmittance of the absorption layer 13 is not limited to the above, and a combination of materials satisfying the formulas (6a) and (6b) is selected according to the characteristics. It ’s fine.

なお、図5では吸収層13は第1の吸収膜13aと第2の吸収膜13bを積層して構成されている。このときの吸収層13の消衰係数は、第1の吸収膜13aと第2の吸収膜13bとの界面において変化することになるが、第1の吸収膜13aと第2の吸収膜13bが、共に上述の式(2)を満たしていれば、吸収層13が式(2)を満たしていることになる。   In FIG. 5, the absorption layer 13 is configured by laminating a first absorption film 13a and a second absorption film 13b. The extinction coefficient of the absorption layer 13 at this time changes at the interface between the first absorption film 13a and the second absorption film 13b, but the first absorption film 13a and the second absorption film 13b If both satisfy the above formula (2), the absorption layer 13 satisfies the formula (2).

具体的には、図5における吸収層13の消衰係数は、第1の吸収膜13aにおいては第1の材料の消衰係数に等しく、第2の吸収膜13bにおいては第2の材料の消衰係数に等しい。この場合、第1の材料の消衰係数と第2の材料の消衰係数が、共に式(2)の範囲内であれば良い。   Specifically, the extinction coefficient of the absorption layer 13 in FIG. 5 is equal to the extinction coefficient of the first material in the first absorption film 13a, and the extinction coefficient of the second material in the second absorption film 13b. It is equal to the decay coefficient. In this case, both the extinction coefficient of the first material and the extinction coefficient of the second material may be within the range of the formula (2).

また、吸収層13は、蒸着やスパッタリングによって形成される均一な膜に限定されない。図6に示すように、光吸収性を有する材料により形成された微粒子132を樹脂131に分散させて吸収層13を形成することもできる。なお、図6は吸収層13の一部を拡大して表示した図である。   Moreover, the absorption layer 13 is not limited to a uniform film formed by vapor deposition or sputtering. As shown in FIG. 6, the absorption layer 13 can also be formed by dispersing fine particles 132 formed of a light-absorbing material in a resin 131. FIG. 6 is an enlarged view of a part of the absorption layer 13.

この場合、吸収層13の消衰係数は、吸収層13の吸光量と厚さから吸収係数α(λ)を算出し、該吸収係数から、α(λ)=4πk(λ)/λなる関係式を用いて求めることができる。このように得られた消衰係数が、波長400nmから700nmにおいて、上述の式(2)を満たせば良い。   In this case, the extinction coefficient of the absorption layer 13 is calculated by calculating the absorption coefficient α (λ) from the amount of absorption and the thickness of the absorption layer 13, and from the absorption coefficient, α (λ) = 4πk (λ) / λ It can be obtained using an equation. The extinction coefficient thus obtained should satisfy the above-described formula (2) at wavelengths of 400 nm to 700 nm.

また、図6に示すように吸収層13を形成する場合、上述した式(6a)および式(6b)をそれぞれ満たす第1の材料と第2の材料をそれぞれ微粒子化して樹脂に分散させても良い。これにより、吸収層13の吸収係数の波長依存性を小さくすることができ、その結果、吸収層13の透過率の波長依存性を低減することができる。   Further, when the absorption layer 13 is formed as shown in FIG. 6, the first material and the second material satisfying the above-mentioned formulas (6a) and (6b), respectively, may be made fine particles and dispersed in the resin. good. Thereby, the wavelength dependence of the absorption coefficient of the absorption layer 13 can be reduced, and as a result, the wavelength dependence of the transmittance of the absorption layer 13 can be reduced.

[吸収層の厚さの変化による透過波面の位相差について]
GNDフィルタ10は、基板上の位置に応じて厚さが変化している吸収層13を有する。そのため、吸収層13を透過した光の透過波面において吸収層13の厚さに応じた位相ずれが生じることが考えられる。このような透過波面の位相ずれを補償するために、図10(a)に示すGNDフィルタ30や、図12(a)に示すGNDフィルタ40のように、基板上の位置に応じて厚さが変化している位相補償層32、43をさらに設けても良い。
[About the phase difference of the transmitted wavefront due to the change in the thickness of the absorbing layer]
The GND filter 10 has an absorption layer 13 whose thickness varies depending on the position on the substrate. Therefore, it is conceivable that a phase shift corresponding to the thickness of the absorption layer 13 occurs in the transmitted wavefront of the light transmitted through the absorption layer 13. In order to compensate for such a phase shift of the transmitted wavefront, the thickness depends on the position on the substrate, such as the GND filter 30 shown in FIG. 10A or the GND filter 40 shown in FIG. You may further provide the phase compensation layers 32 and 43 which are changing.

図10(b)は、位相補償層32を有するGNDフィルタ30における吸収層34および位相補償層32の厚さを図示したものであり、縦軸は厚さ、横軸はGNDフィルタ30の半径で規格化した面内の位置を示す。図10(b)に示すように、吸収層34の厚さはGNDフィルタ30の中心から周辺に向かって増加するのに対し、位相補償層32の厚さは中心から周辺に向かって減少するように変化している。   FIG. 10B illustrates the thicknesses of the absorption layer 34 and the phase compensation layer 32 in the GND filter 30 having the phase compensation layer 32. The vertical axis represents the thickness, and the horizontal axis represents the radius of the GND filter 30. Indicates the position in the normalized plane. As shown in FIG. 10B, the thickness of the absorption layer 34 increases from the center to the periphery of the GND filter 30, while the thickness of the phase compensation layer 32 decreases from the center to the periphery. Has changed.

すなわち、位相補償層32の厚さは、吸収層34の厚さの増加する方向に対して反対の方向に増加している。なお、吸収層34の厚さとは、第1の吸収膜34aの厚さと第2の吸収膜34bの厚さを足し合わせたものである。   That is, the thickness of the phase compensation layer 32 increases in the direction opposite to the direction in which the thickness of the absorption layer 34 increases. The thickness of the absorption layer 34 is the sum of the thickness of the first absorption film 34a and the thickness of the second absorption film 34b.

透過波面の位相ずれを良好に補正するためには、以下の条件式(8)を満たすように位相補償層32の厚さを変化させることが好ましい。
|ΔOPD/λ|≦0.30 (8)
In order to satisfactorily correct the phase shift of the transmitted wavefront, it is preferable to change the thickness of the phase compensation layer 32 so as to satisfy the following conditional expression (8).
| ΔOPD / λ | ≦ 0.30 (8)

ここで、λは光の波長であり、ΔOPDは吸収層34の厚さが最も薄い位置における光路長と該位置よりも吸収層34の厚さが厚い位置における光路長との差である。すなわち、ΔOPDとは、吸収層34の厚さが最も薄い位置を基準とした光路長差である。GNDフィルタ30においては、規格化半径0で示す位置(GNDフィルタ30の中心部)における光路長と、その他の位置における光路長の差がΔOPDに相当する。なお、ここで言う光路長とは、基板31に積層された各層の屈折率と厚さの積の和で定義される量である。   Here, λ is the wavelength of light, and ΔOPD is the difference between the optical path length at the position where the thickness of the absorption layer 34 is the smallest and the optical path length at the position where the thickness of the absorption layer 34 is thicker than that position. That is, ΔOPD is an optical path length difference based on the position where the thickness of the absorption layer 34 is the thinnest. In the GND filter 30, the difference between the optical path length at the position indicated by the normalized radius 0 (the central portion of the GND filter 30) and the optical path length at other positions corresponds to ΔOPD. The optical path length referred to here is an amount defined by the sum of products of refractive indexes and thicknesses of the respective layers stacked on the substrate 31.

式(8)を満たすことにより、図10(c)に示すように、吸収層32の厚さの変化によるΔOPDを補償することができる。   By satisfying Expression (8), ΔOPD due to a change in the thickness of the absorption layer 32 can be compensated as shown in FIG.

また、吸収層と位相補償層の複素屈折率は相違するため、吸収層の厚さに依らず位相補償層のアドミタンスと吸収層のアドミタンスを一致させることは困難である。そのため、位相補償層の厚さ変化によっても反射率は変化する。   In addition, since the complex refractive indexes of the absorption layer and the phase compensation layer are different, it is difficult to match the admittance of the phase compensation layer and the admittance layer regardless of the thickness of the absorption layer. Therefore, the reflectivity also changes depending on the thickness change of the phase compensation layer.

位相補償層を吸収層よりも基板に近い側に配置した場合、位相補償層と吸収層の厚さの変化による反射率の変化は、空気側から光が入射した場合に比べて基板側から光が入射した場合において大きくなる傾向がある。一方、吸収層を位相補償層よりも基板に近い側に配置した場合、位相補償層と吸収層の厚さの変化による反射率の変化は、基板側から光が入射した場合に比べて空気側から光が入射した場合において大きくなる傾向がある。   When the phase compensation layer is arranged closer to the substrate than the absorption layer, the change in reflectance due to the change in the thickness of the phase compensation layer and the absorption layer is less from the substrate side than when light is incident from the air side. Tends to be large when light is incident. On the other hand, when the absorption layer is arranged closer to the substrate than the phase compensation layer, the change in reflectance due to the change in the thickness of the phase compensation layer and the absorption layer is less on the air side than when light is incident from the substrate side. Tends to be large when light enters from.

このように、吸収層と位相補償層の厚さの変化による反射率の変化の傾向は、位相補償層を配置する位置と光の入射方向によって異なる。一般に、基板側入射時の反射率を低減することは、空気側入射時の反射率を低減することに比べて容易である。従って、空気側から光が入射した時の反射率と基板側から光が入射した時の反射率をバランスよく低減するには、位相補償層を基板と吸収層との間に配置することが好ましい。   Thus, the tendency of the change in reflectance due to the change in the thickness of the absorption layer and the phase compensation layer differs depending on the position where the phase compensation layer is disposed and the incident direction of light. In general, it is easier to reduce the reflectance when incident on the substrate side than when reducing the reflectance when incident on the air side. Accordingly, in order to reduce the reflectivity when light is incident from the air side and the reflectivity when light is incident from the substrate side, it is preferable to dispose the phase compensation layer between the substrate and the absorption layer. .

加えて、GNDフィルタ30のように、位相補償層32を基板31に隣接する位置に配置する場合には、以下の条件式(9)を満たすことが好ましい。
|Nsub−Ncmp|<0.10 (9)
In addition, when the phase compensation layer 32 is disposed at a position adjacent to the substrate 31 as in the GND filter 30, it is preferable that the following conditional expression (9) is satisfied.
| N sub −N cmp | <0.10 (9)

ただし、Nsubは基板31の波長550nmの光に対する屈折率、Ncmpは位相補償層32の波長550nmの光に対する屈折率である。 N sub is the refractive index of the substrate 31 with respect to light having a wavelength of 550 nm, and N cmp is the refractive index of the phase compensation layer 32 with respect to light having a wavelength of 550 nm.

式(9)を満たすことにより、基板31と位相補償層32との界面における反射率を低減することができ、結果として、位相補償層の厚さの変化による反射率の変化を低減することができる。なお、より好ましくは、式(9)の範囲を下記範囲とすると良い。
|Nsub−Ncmp|<0.05 (9a)
By satisfying Equation (9), the reflectance at the interface between the substrate 31 and the phase compensation layer 32 can be reduced, and as a result, the change in reflectance due to the change in the thickness of the phase compensation layer can be reduced. it can. More preferably, the range of the formula (9) is set to the following range.
| N sub −N cmp | <0.05 (9a)

また、図12に示すように、位相補償層43を吸収層44に隣接する位置に配置する場合には、以下の条件式(10)を満たすことが好ましい。
|Nabs,c−Ncmp|<0.15 (10)
In addition, as shown in FIG. 12, when the phase compensation layer 43 is disposed at a position adjacent to the absorption layer 44, it is preferable that the following conditional expression (10) is satisfied.
| N abs, c −N cmp | <0.15 (10)

ただし、Nabs,cは吸収層44を構成する膜のうち、位相補償層43と隣接する膜の波長550nmの光に対する屈折率である。式(10)を満たすことにより、位相補償層43と吸収層44との界面における反射率を低減することができ、結果として、位相補償層43の厚さの変化による反射率の変化を低減することができる。なお、より好ましくは、式(10)の範囲を下記範囲とすると良い。
|Nabs,c−Ncmp|<0.10 (10a)
However, N abs, c is a refractive index with respect to light having a wavelength of 550 nm of a film adjacent to the phase compensation layer 43 among films constituting the absorption layer 44. By satisfying Expression (10), the reflectance at the interface between the phase compensation layer 43 and the absorption layer 44 can be reduced, and as a result, the change in reflectance due to the change in the thickness of the phase compensation layer 43 is reduced. be able to. More preferably, the range of the formula (10) is set to the following range.
| N abs, c −N cmp | <0.10 (10a)

[製造方法について]
次に、本実施形態におけるGNDフィルタ10の製造方法について説明する。
[Production method]
Next, a method for manufacturing the GND filter 10 in the present embodiment will be described.

吸収層13を形成する方法の一例としては蒸着がある。例えば、Tiを適切な酸素分圧で蒸着することにより、図4に示すような特性を有するチタン酸化物からなる薄膜を形成することができる。また、Nbを真空中で蒸着することにより、図4に示すような特性を有するニオブ酸化物からなる薄膜を得ることができる。また、Taを真空中で蒸着することにより、図4に示すような特性を有するタンタル酸化物からなる膜を得ることができる。 An example of a method for forming the absorption layer 13 is vapor deposition. For example, by depositing Ti 3 O 5 at an appropriate oxygen partial pressure, a thin film made of titanium oxide having the characteristics shown in FIG. 4 can be formed. Further, by depositing Nb 2 O 5 in a vacuum, a thin film made of niobium oxide having the characteristics shown in FIG. 4 can be obtained. Further, by depositing Ta 2 O 5 in a vacuum, a film made of tantalum oxide having the characteristics shown in FIG. 4 can be obtained.

また、吸収層13を蒸着により形成する際に、基板11に温度勾配を生じさせたりターゲットと基板11との間にマスクを挿入したりすることで吸収層13の厚さを変化させることができる。   Further, when the absorption layer 13 is formed by vapor deposition, the thickness of the absorption layer 13 can be changed by generating a temperature gradient in the substrate 11 or inserting a mask between the target and the substrate 11. .

なお、吸収層13を形成する方法としては蒸着に限らず、材料の特性に応じて選択すれば良い。吸収層13を形成する他の方法としては、例えばスパッタリング、めっき法、スピンコート法等がある。   The method for forming the absorption layer 13 is not limited to vapor deposition, and may be selected according to the characteristics of the material. Examples of other methods for forming the absorption layer 13 include sputtering, plating, and spin coating.

このように吸収層13を形成した後、蒸着やスパッタリングを用いて表面層14を形成する。このとき、表面層14の第1の膜14cとして前述の中空膜を用いる場合は、第1の膜14以外の膜を蒸着やスパッタリングで積層した後、ゾルゲル法等を用いて中空膜を形成すれば良い。まず、スピンコート法などで中空膜の原料液を塗布し、電気炉やホットプレートで加熱することで中空膜を形成することができる。   After forming the absorption layer 13 in this way, the surface layer 14 is formed by vapor deposition or sputtering. At this time, when the above-described hollow film is used as the first film 14 c of the surface layer 14, a film other than the first film 14 is laminated by vapor deposition or sputtering, and then the hollow film is formed using a sol-gel method or the like. It ’s fine. First, a hollow membrane can be formed by applying a raw material solution for a hollow membrane by a spin coating method or the like and heating it with an electric furnace or a hot plate.

[GNDフィルタの透過率分布について]
本実施形態のGNDフィルタ10は、吸収層13の厚さに応じた透過率分布を有する。GNDフィルタ10の透過率分布としては、様々な形状を用いることができる。例えば、図7(a)、(b)に示すように同心円状に透過率分布を形成してもよいし、図7(c)、(d)に示すように一方向に透過率が変化するような構成であってもよい。これら以外にも用途に応じて様々な透過率分布の形状があるが、本実施形態は任意の透過率分布の形状に対して適用可能である。
[Transmittance distribution of GND filter]
The GND filter 10 according to the present embodiment has a transmittance distribution corresponding to the thickness of the absorption layer 13. Various shapes can be used as the transmittance distribution of the GND filter 10. For example, the transmittance distribution may be formed concentrically as shown in FIGS. 7A and 7B, or the transmittance changes in one direction as shown in FIGS. 7C and 7D. Such a configuration may be adopted. In addition to these, there are various transmittance distribution shapes depending on the application, but this embodiment can be applied to any transmittance distribution shape.

以下に、本実施形態のGNDフィルタの特性に関して、各実施例において説明する。   Hereinafter, the characteristics of the GND filter of the present embodiment will be described in each example.

[実施例1]
実施例1における光学素子としてのGNDフィルタの特性について述べる。表1に実施例1のGNDフィルタを構成する各膜の詳細を表1に示す。
[Example 1]
The characteristics of the GND filter as the optical element in the first embodiment will be described. Table 1 shows details of each film constituting the GND filter of Example 1.

Figure 2017187729
Figure 2017187729

表1のnは波長550nmの光に対する屈折率、kは波長550nmの光に対する消衰係数、dは薄膜の厚さである。これらは、これ以降の実施例についても同様である。   In Table 1, n is a refractive index for light having a wavelength of 550 nm, k is an extinction coefficient for light having a wavelength of 550 nm, and d is a thickness of the thin film. The same applies to the following embodiments.

本実施例のGNDフィルタは、表面層は3層、中間層は4層の薄膜によって構成されている。   In the GND filter of this embodiment, the surface layer is composed of three layers and the intermediate layer is composed of four layers.

表1より、表面層において、第1の膜は式(1)を満たしていることがわかる。また、第2の膜と第3の膜は交互に合計2層積層されている。   Table 1 shows that in the surface layer, the first film satisfies the formula (1). In addition, the second film and the third film are alternately stacked in total two layers.

また、吸収層は、透過率の波長依存性を低減するために2つの吸収膜により構成されている。第1の吸収膜はチタン酸化物からなり、第2の吸収膜はタンタル酸化物からなる。本実施例におけるチタン酸化物およびタンタル酸化物の消衰係数は、図4(a)に示す通りである。図4(a)に示すチタン酸化物およびタンタル酸化物を用いて吸収層を形成することで、吸収層の消衰係数は式(2)を満たすことがわかる。   The absorption layer is composed of two absorption films in order to reduce the wavelength dependency of the transmittance. The first absorption film is made of titanium oxide, and the second absorption film is made of tantalum oxide. The extinction coefficients of the titanium oxide and tantalum oxide in this example are as shown in FIG. It can be seen that the extinction coefficient of the absorbing layer satisfies the formula (2) by forming the absorbing layer using the titanium oxide and tantalum oxide shown in FIG.

第1の吸収膜の厚さと第2の吸収膜の厚さは、共に基板上の位置に応じて変化している。第1の吸収膜の厚さと第2の吸収膜の厚さの比は1:1である。吸収層の厚さは、最も厚い位置において1000nmである。すなわち、この位置において第1の吸収膜の厚さと、第2の吸収膜の厚さは共に500nmとなっている。   Both the thickness of the first absorption film and the thickness of the second absorption film change depending on the position on the substrate. The ratio of the thickness of the first absorption film to the thickness of the second absorption film is 1: 1. The thickness of the absorption layer is 1000 nm at the thickest position. That is, at this position, the thickness of the first absorption film and the thickness of the second absorption film are both 500 nm.

図8は本実施例のGNDフィルタの反射率および透過率の波長依存性を示している。図8(a)は空気側から光が入射した場合の反射率、図8(b)は基板側から光が入射した場合の反射率、図8(c)は透過率を表している。図8(a)、(b)、(c)の各図において、実線は吸収層13の厚さが0nm、点線は厚さが50nm、破線は厚さが100nm、一点鎖線は厚さが200nm、長破線は厚さが1000nmである場合を表している。   FIG. 8 shows the wavelength dependence of the reflectance and transmittance of the GND filter of this embodiment. 8A shows the reflectance when light enters from the air side, FIG. 8B shows the reflectance when light enters from the substrate side, and FIG. 8C shows the transmittance. 8A, 8 </ b> B, and 8 </ b> C, the solid line indicates that the thickness of the absorption layer 13 is 0 nm, the dotted line indicates that the thickness is 50 nm, the broken line indicates that the thickness is 100 nm, and the alternate long and short dash line indicates that the thickness is 200 nm. The long broken line represents the case where the thickness is 1000 nm.

図8(a)、(b)に示すように、本実施例のGNDフィルタは、空気側入射の場合と基板側入射の場合との両方において反射率は4%以下となっている。特に、比視感度の高い550nm付近においては、吸収層の透過率に依らず2%以下の反射率を示している。このように、吸収層の透過率の変化による反射率の変化が小さいことがわかる。さらに、図8(c)に示すように、吸収層の透過率の変化による透過率の波長依存性の変化は小さく、平坦な透過率を示している。これは、吸収層が式(6a)および式(6a)をそれぞれ満たす第1の吸収膜と第2の吸収膜を有するためである。   As shown in FIGS. 8A and 8B, the GND filter of the present embodiment has a reflectance of 4% or less in both the case of air side incidence and the case of substrate side incidence. In particular, in the vicinity of 550 nm where the specific luminous sensitivity is high, the reflectance is 2% or less regardless of the transmittance of the absorbing layer. Thus, it can be seen that the change in reflectance due to the change in transmittance of the absorption layer is small. Further, as shown in FIG. 8C, the change in the wavelength dependency of the transmittance due to the change in the transmittance of the absorption layer is small, indicating a flat transmittance. This is because the absorption layer has the first absorption film and the second absorption film that satisfy the expressions (6a) and (6a), respectively.

[実施例2]
次に実施例2における光学素子としてのGNDフィルタについて述べる。表2に実施例2のGNDフィルタを構成する各膜の詳細を表2に示す。
[Example 2]
Next, a GND filter as an optical element in Embodiment 2 will be described. Table 2 shows the details of each film constituting the GND filter of Example 2.

Figure 2017187729
Figure 2017187729

実施例2のGNDフィルタでは、表面層は5層、中間層は4層の薄膜によって構成されている。実施例2は第1の膜の屈折率が実施例1と比較して更に低くなっている。また、第3の膜と第2の膜が交互に合計4層積層されている点でも実施例1と異なる。   In the GND filter of Example 2, the surface layer is composed of five thin films and the intermediate layer is composed of four thin films. In Example 2, the refractive index of the first film is lower than that in Example 1. Further, the third embodiment is different from the first embodiment in that the third film and the second film are alternately laminated in a total of four layers.

また、吸収層は、透過率の波長依存性を低減するために2つの吸収膜により構成されている。第1の吸収膜はチタン酸化物からなり、第2の吸収膜はニオブ酸化物からなる。本実施例におけるチタン酸化物およびニオブ酸化物の消衰係数は、図4(a)に示す通りである。図4(a)に示すチタン酸化物およびニオブ酸化物を用いて吸収層を形成することで、吸収層の消衰係数は式(2)を満たすことがわかる。   The absorption layer is composed of two absorption films in order to reduce the wavelength dependency of the transmittance. The first absorption film is made of titanium oxide, and the second absorption film is made of niobium oxide. The extinction coefficients of the titanium oxide and niobium oxide in this example are as shown in FIG. It can be seen that the extinction coefficient of the absorbing layer satisfies the formula (2) by forming the absorbing layer using the titanium oxide and niobium oxide shown in FIG.

第1の吸収膜の厚さと第2の吸収膜の厚さは、共に基板上の位置に応じて変化している。第1の吸収膜の厚さと第2の吸収膜の厚さの比は1:2である。吸収層の厚さは、最も厚い位置において1000nmである。すなわち、この位置において第1の吸収膜の厚さは333nm、第2の吸収膜の厚さは667nmとなっている。   Both the thickness of the first absorption film and the thickness of the second absorption film change depending on the position on the substrate. The ratio of the thickness of the first absorption film to the thickness of the second absorption film is 1: 2. The thickness of the absorption layer is 1000 nm at the thickest position. That is, at this position, the thickness of the first absorption film is 333 nm, and the thickness of the second absorption film is 667 nm.

図9は本実施例におけるGNDフィルタの反射率および透過率の波長依存性を示している。図9(a)は空気側から光が入射した場合の反射率、図9(b)は基板側から光が入射した場合の反射率、図9(c)は透過率を表している。図9(a)、(b)、(c)の各図において、実線は吸収層の厚さが0nm、点線は厚さが50nm、破線は厚さが100nm、一点鎖線は厚さが200nm、長破線は厚さが1000nmである場合を表している。   FIG. 9 shows the wavelength dependence of the reflectance and transmittance of the GND filter in this embodiment. FIG. 9A shows the reflectance when light enters from the air side, FIG. 9B shows the reflectance when light enters from the substrate side, and FIG. 9C shows the transmittance. In each of FIGS. 9A, 9B, and 9C, the solid line indicates the thickness of the absorbing layer is 0 nm, the dotted line indicates the thickness of 50 nm, the broken line indicates the thickness of 100 nm, the alternate long and short dash line indicates the thickness of 200 nm, The long broken line represents the case where the thickness is 1000 nm.

図9(a)、(b)に示すように、本実施例のGNDフィルタは、空気側入射の場合と基板側入射の場合との両方において、反射率は1.5%以下となっている。すなわち、本実施例では、実施例1よりも反射率を更に低減できている。これは、第1の膜の屈折率を小さくしたことと、第2の膜と第3の膜の積層数を増やしたためである。   As shown in FIGS. 9A and 9B, the GND filter of this example has a reflectance of 1.5% or less both in the case of air side incidence and in the case of substrate side incidence. . That is, in this embodiment, the reflectance can be further reduced as compared with the first embodiment. This is because the refractive index of the first film is reduced and the number of stacked layers of the second film and the third film is increased.

[実施例3]
次に実施例3における光学素子としてのGNDフィルタについて述べる。図10(a)に、本実施例のGNDフィルタ30の概略図を示す。GNDフィルタ30は、基板31に近い方から順に、位相補償層32、中間層33、吸収層34、表面層35を有する。すなわち、本実施例のGNDフィルタ30は、位相補償層32を有する点で実施例2と異なる。表3に実施例3のGNDフィルタ30を構成する各膜の詳細を表3に示す。
[Example 3]
Next, a GND filter as an optical element in Embodiment 3 will be described. FIG. 10A shows a schematic diagram of the GND filter 30 of the present embodiment. The GND filter 30 includes a phase compensation layer 32, an intermediate layer 33, an absorption layer 34, and a surface layer 35 in order from the side closer to the substrate 31. That is, the GND filter 30 according to the present embodiment is different from the second embodiment in that the phase filter layer 32 is provided. Table 3 shows details of each film constituting the GND filter 30 of Example 3.

Figure 2017187729
Figure 2017187729

実施例3のGNDフィルタ30では、表面層は5層、中間層は4層の薄膜によって構成されている。   In the GND filter 30 according to the third embodiment, the surface layer is composed of five layers and the intermediate layer is composed of four layers.

また、吸収層34は、透過率の波長依存性を低減するために2つの吸収膜により構成されている。第1の吸収膜34aはチタン酸化物からなり、第2の吸収膜34bはニオブ酸化物からなる。本実施例におけるチタン酸化物およびニオブ酸化物の消衰係数は図4(a)に示す通りである。図4(a)に示すチタン酸化物およびニオブ酸化物を用いて吸収層34を形成することで、吸収層34の消衰係数は式(2)を満たすことがわかる。   The absorption layer 34 is composed of two absorption films in order to reduce the wavelength dependency of the transmittance. The first absorption film 34a is made of titanium oxide, and the second absorption film 34b is made of niobium oxide. The extinction coefficients of the titanium oxide and niobium oxide in this example are as shown in FIG. It can be seen that the extinction coefficient of the absorption layer 34 satisfies the equation (2) by forming the absorption layer 34 using the titanium oxide and niobium oxide shown in FIG.

第1の吸収膜34aの厚さと第2の吸収膜34bの厚さは、共に基板上の位置に応じて変化している。第1の吸収膜34aの厚さと第2の吸収膜34bの厚さの比は1:2である。吸収層13の厚さは、最も厚い位置において1000nmである。すなわち、この位置において第1の吸収膜34aの厚さは333nm、第2の吸収膜34bの厚さは667nmとなっている。   Both the thickness of the first absorption film 34a and the thickness of the second absorption film 34b change according to the position on the substrate. The ratio of the thickness of the first absorption film 34a to the thickness of the second absorption film 34b is 1: 2. The thickness of the absorption layer 13 is 1000 nm at the thickest position. That is, at this position, the thickness of the first absorption film 34a is 333 nm, and the thickness of the second absorption film 34b is 667 nm.

図11は本実施例におけるGNDフィルタ30の反射率および透過率の波長依存性を示している。図11(a)は空気側から光が入射した場合の反射率、図11(b)は基板側から光が入射した場合の反射率、図11(c)は透過率を表している。図11(a)、(b)、(c)の各図において、実線は吸収層の厚さが0nm、点線は厚さが50nm、破線は厚さが100nm、一点鎖線は厚さが200nm、長破線は厚さが1000nmである場合を表している。   FIG. 11 shows the wavelength dependence of the reflectance and transmittance of the GND filter 30 in this embodiment. FIG. 11A shows the reflectance when light enters from the air side, FIG. 11B shows the reflectance when light enters from the substrate side, and FIG. 11C shows the transmittance. In each figure of FIG. 11 (a), (b), (c), the solid line has a thickness of 0 nm, the dotted line has a thickness of 50 nm, the broken line has a thickness of 100 nm, the alternate long and short dash line has a thickness of 200 nm, The long broken line represents the case where the thickness is 1000 nm.

図11(a)、(b)に示すように、本実施例のGNDフィルタ30は、空気側入射の場合と基板側入射の場合との両方において、反射率は4%以下となっている。特に、比視感度の高い550nm付近においては、吸収層34の透過率に依らず2%以下の反射率を示しており、吸収層34の透過率の変化による反射率の変化が小さいことがわかる。   As shown in FIGS. 11A and 11B, the GND filter 30 of the present embodiment has a reflectance of 4% or less both in the case of incident on the air side and in the case of incident on the substrate side. In particular, in the vicinity of 550 nm where the relative luminous sensitivity is high, the reflectance is 2% or less regardless of the transmittance of the absorbing layer 34, and it can be seen that the change in reflectance due to the change in the transmittance of the absorbing layer 34 is small. .

[実施例4]
次に実施例4における光学素子としてのGNDフィルタについて述べる。図12(a)に、本実施例のGNDフィルタ40の概略図を示す。GNDフィルタ40は、基板41に近い方から順に、中間層42、位相補償層43、吸収層44、表面層45を有する。すなわち、本実施例のGNDフィルタ40は、位相補償層43の位置が実施例3とは異なっている。表4に実施例4のGNDフィルタ40を構成する各膜の詳細を表4に示す。
[Example 4]
Next, a GND filter as an optical element in Embodiment 4 will be described. FIG. 12A shows a schematic diagram of the GND filter 40 of the present embodiment. The GND filter 40 includes an intermediate layer 42, a phase compensation layer 43, an absorption layer 44, and a surface layer 45 in order from the side closer to the substrate 41. That is, in the GND filter 40 of this embodiment, the position of the phase compensation layer 43 is different from that of the third embodiment. Table 4 shows details of each film constituting the GND filter 40 of Example 4.

Figure 2017187729
Figure 2017187729

実施例4のGNDフィルタ40では、表面層は5層、中間層は4層の薄膜によって構成されている。   In the GND filter 40 according to the fourth embodiment, the surface layer is composed of five layers and the intermediate layer is composed of four layers.

また、吸収層44は、透過率の波長依存性を低減するために2つの吸収膜により構成されている。第1の吸収膜44aはチタン酸化物からなり、第2の吸収膜44bはニオブ酸化物からなる。本実施例におけるチタン酸化物およびニオブ酸化物の消衰係数は、図4(a)に示す通りである。図4(a)に示すチタン酸化物およびニオブ酸化物を用いて吸収層44を形成することで、吸収層44の消衰係数は式(2)を満たすことがわかる。   The absorption layer 44 is composed of two absorption films in order to reduce the wavelength dependency of the transmittance. The first absorption film 44a is made of titanium oxide, and the second absorption film 44b is made of niobium oxide. The extinction coefficients of the titanium oxide and niobium oxide in this example are as shown in FIG. It can be seen that the extinction coefficient of the absorbing layer 44 satisfies the formula (2) by forming the absorbing layer 44 using the titanium oxide and niobium oxide shown in FIG.

第1の吸収膜44aの厚さと第2の吸収膜44bの厚さは、共に基板上の位置に応じて変化している。第1の吸収膜44aの厚さと第2の吸収膜44bの厚さの比は1:2である。吸収層44の厚さは、最も厚い位置において1000nmである。すなわち、この位置において第1の吸収膜44aの厚さは333nm、第2の吸収膜44bの厚さは667nmとなっている。   Both the thickness of the first absorption film 44a and the thickness of the second absorption film 44b vary depending on the position on the substrate. The ratio of the thickness of the first absorption film 44a to the thickness of the second absorption film 44b is 1: 2. The thickness of the absorption layer 44 is 1000 nm at the thickest position. That is, at this position, the thickness of the first absorption film 44a is 333 nm, and the thickness of the second absorption film 44b is 667 nm.

図13は本実施例におけるGNDフィルタ40の反射率および透過率の波長依存性を示している。図13(a)は空気側から光が入射した場合の反射率、図13(b)は基板側から光が入射した場合の反射率、図13(c)は透過率を表している。図13(a)、(b)、(c)の各図において、実線は吸収層44の厚さが0nm、点線は厚さが50nm、破線は厚さが100nm、一点鎖線は厚さが200nm、長破線は厚さが1000nmである場合を表している。   FIG. 13 shows the wavelength dependence of the reflectance and transmittance of the GND filter 40 in this embodiment. FIG. 13A shows the reflectance when light enters from the air side, FIG. 13B shows the reflectance when light enters from the substrate side, and FIG. 13C shows the transmittance. 13A, 13 </ b> B, and 13 </ b> C, the solid line indicates that the thickness of the absorption layer 44 is 0 nm, the dotted line indicates that the thickness is 50 nm, the broken line indicates that the thickness is 100 nm, and the alternate long and short dash line indicates that the thickness is 200 nm. The long broken line represents the case where the thickness is 1000 nm.

図13(a)、(b)に示すように、本実施例のGNDフィルタ40は、空気側入射の場合と基板側入射の場合との両方において、反射率は4%以下となっている。特に、比視感度の高い550nm付近においては、吸収層34の透過率に依らず2%以下の反射率を示しており、吸収層44の透過率の変化による反射率の変化が小さいことがわかる。   As shown in FIGS. 13A and 13B, the GND filter 40 of this embodiment has a reflectance of 4% or less both in the case of air side incidence and in the case of substrate side incidence. In particular, in the vicinity of 550 nm where the relative luminous sensitivity is high, the reflectance is 2% or less irrespective of the transmittance of the absorbing layer 34, and it can be seen that the change in reflectance due to the change in the transmittance of the absorbing layer 44 is small. .

[光学系]
次に、本発明の実施例としての光学系について述べる。
[Optical system]
Next, an optical system as an embodiment of the present invention will be described.

図14(a)は本実施例における光学系70の断面図である。光学系70は、複数の光学素子としてのレンズを有する。物体からの光は光学系70を透過して、撮像面IPにおいて結像する。   FIG. 14A is a cross-sectional view of the optical system 70 in the present embodiment. The optical system 70 has lenses as a plurality of optical elements. Light from the object passes through the optical system 70 and forms an image on the imaging surface IP.

ここで、光学系70の複数のレンズのうち、少なくとも1つは前述した実施例1乃至4のGNDフィルタのいずれかとなっている。   Here, at least one of the plurality of lenses of the optical system 70 is one of the GND filters of the first to fourth embodiments described above.

実施例1乃至4のGNDフィルタは、吸収層の透過率の変化による反射率の変化を低減している。そのため、ゴーストやフレアの発生を抑制でき、高品位な像を得ることができる。   The GND filters of Examples 1 to 4 reduce the change in reflectance due to the change in the transmittance of the absorption layer. Therefore, generation of ghosts and flares can be suppressed, and a high-quality image can be obtained.

光学系70は共軸回転対称の光学系であり、このような光学系では図7(a)、(b)に示すような同心円状の透過率分布が好ましい。また、図1、10、12に示すようにGNDフィルタの中心部に吸収層が形成されていない領域を設けることで、GNDフィルタによる透過光量の減少を抑制することができる。また、その場合、GNDフィルタの中心部を透過する光束は、GNDフィルタによる透過率の変調を受けない。そのため、光学系70を有する撮像装置が位相差方式の自動焦点合わせ機構を有している場合、GNDフィルタの中心部を透過した光束を用いて自動焦点合わせを行うことができる。   The optical system 70 is a coaxial rotationally symmetric optical system, and in such an optical system, a concentric transmittance distribution as shown in FIGS. 7A and 7B is preferable. In addition, as shown in FIGS. 1, 10 and 12, by providing a region where the absorption layer is not formed at the center of the GND filter, it is possible to suppress a decrease in the amount of transmitted light due to the GND filter. In that case, the light beam transmitted through the central portion of the GND filter is not subjected to transmittance modulation by the GND filter. Therefore, when the imaging apparatus having the optical system 70 has a phase difference type automatic focusing mechanism, automatic focusing can be performed using a light beam that has passed through the center of the GND filter.

光学面の中心からの距離r、r(r<r)における透過率をT(r)、T(r)としたとき、T(r)≧T(r)となる透過率分布を有するGNDフィルタを光学系70に配置すると、アポダイゼーション効果により高品位なボケ像が得られる。 When the transmittances at distances r 1 and r 2 (r 1 <r 2 ) from the center of the optical surface are T (r 1 ) and T (r 2 ), T (r 1 ) ≧ T (r 2 ) When a GND filter having a transmittance distribution as described above is disposed in the optical system 70, a high-quality blurred image can be obtained due to the apodization effect.

加えて、このようなGNDフィルタを絞りSPの光入射側と光出射側に少なくとも1つずつ配置する場合には、軸外光束に対しても有効にアポダイゼーション効果を得ることができ、画面全域に対して品位の高い画像が得ることができる。   In addition, when at least one such GND filter is disposed on the light incident side and the light emission side of the stop SP, an apodization effect can be effectively obtained even for off-axis light beams, and the entire area of the screen can be obtained. On the other hand, a high-quality image can be obtained.

また、GNDフィルタの中心部に吸収層が形成されていない領域を設けることで、アポダイゼーション効果によるボケ像の改善を行いつつ、大きなボケ像を得ることができる。   In addition, by providing a region in which the absorption layer is not formed at the center of the GND filter, it is possible to obtain a large blurred image while improving the blurred image due to the apodization effect.

反対に、T(r)≦T(r)となる透過率分布を有するGNDフィルタを光学系70に配置する場合には、画像の周辺減光を補正することができる。 On the other hand, when a GND filter having a transmittance distribution satisfying T (r 1 ) ≦ T (r 2 ) is arranged in the optical system 70, the peripheral light attenuation of the image can be corrected.

次に、本実施例の光学系70を有する撮像装置について説明する。   Next, an image pickup apparatus having the optical system 70 of this embodiment will be described.

図14(b)は、本実施例の撮像装置としてのデジタルカメラ80である。デジタルカメラ80は、レンズ部82に前述した実施例の光学系70を有する。また、光学系70の結像面IPには、CCDやCMOSセンサーなどの撮像素子83が、本体部81に配置される。   FIG. 14B shows a digital camera 80 as the imaging apparatus of the present embodiment. The digital camera 80 has the optical system 70 of the above-described embodiment in the lens unit 82. An imaging element 83 such as a CCD or a CMOS sensor is disposed in the main body 81 on the imaging plane IP of the optical system 70.

デジタルカメラ80が光学系70を有することで、ゴーストやフレアの発生を抑制でき、高品位な画像を得ることができる。   Since the digital camera 80 includes the optical system 70, generation of ghosts and flares can be suppressed, and high-quality images can be obtained.

なお、図14(b)では、本体部81とレンズ部82が一体となった例を示しているが、撮像装置本体に対して着脱可能なレンズ装置に本発明を適用してもよい。このようなレンズ装置は、例えば一眼カメラ用の交換レンズとして用いられる。この場合、図14(b)は、光学系70を有するレンズ装置82が撮像装置本体81に装着されている状態と見ることもできる。   14B shows an example in which the main body portion 81 and the lens portion 82 are integrated, the present invention may be applied to a lens device that can be attached to and detached from the imaging device main body. Such a lens device is used as an interchangeable lens for a single-lens camera, for example. In this case, FIG. 14B can also be regarded as a state in which the lens device 82 having the optical system 70 is attached to the imaging device main body 81.

なお、本発明の光学系は、デジタルカメラ等の撮像装置や、撮像装置本体に着脱可能なレンズ装置(交換レンズ)以外に適用することもできる。例えば双眼鏡や顕微鏡等に対しても、本発明の光学系を適用しても良い。   The optical system of the present invention can also be applied to an imaging apparatus such as a digital camera or a lens apparatus (interchangeable lens) that can be attached to and detached from the imaging apparatus main body. For example, the optical system of the present invention may be applied to binoculars, a microscope, and the like.

以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について説明したが、本発明はこれらの実施形態及び実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の組合せ、変形及び変更が可能である。   The preferred embodiments and examples of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to these embodiments and examples, and various combinations, modifications, and changes can be made within the scope of the gist.

10 GNDフィルタ
11 基板
13 吸収層
14 表面層
14a 第3の膜
14b 第2の膜
14c 第1の膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 GND filter 11 Substrate 13 Absorption layer 14 Surface layer 14a 3rd film | membrane 14b 2nd film | membrane 14c 1st film | membrane

Claims (21)

基板と、複数の薄膜を備える表面層と、前記表面層と前記基板の間に設けられた前記基板上の位置に応じて透過率の異なる吸収層と、を有する光学素子であって、
前記表面層において前記基板から最も離れた位置に配置されている第1の膜の屈折率は1.05以上1.4以下であり、
前記表面層における前記第1の膜よりも前記基板に近い位置には、波長550nmにおいて前記基板よりも屈折率の高い第2の膜と、波長550nmにおいて前記第2の膜よりも屈折率の低い第3の膜が交互に合計2層以上積層されており、
前記吸収層の消衰係数は、波長400nmから700nmにおいて0.5以下であることを特徴とする光学素子。
An optical element having a substrate, a surface layer including a plurality of thin films, and an absorption layer having a different transmittance depending on a position on the substrate provided between the surface layer and the substrate,
The refractive index of the first film disposed at the position farthest from the substrate in the surface layer is 1.05 or more and 1.4 or less,
A second film having a refractive index higher than that of the substrate at a wavelength of 550 nm and a refractive index lower than that of the second film at a wavelength of 550 nm are positioned closer to the substrate than the first film in the surface layer. A total of two or more third films are laminated alternately,
An extinction coefficient of the absorption layer is 0.5 or less at a wavelength of 400 nm to 700 nm.
互いに隣接する前記第2の膜と前記第3の膜の屈折率の差の絶対値は0.4以上であることを特徴とする請求項1に記載の光学素子。   The optical element according to claim 1, wherein an absolute value of a difference in refractive index between the second film and the third film adjacent to each other is 0.4 or more. 前記光学素子は、前記基板と前記吸収層との間に、中間層をさらに有し、
前記吸収層を構成する膜のうち、前記中間層に最も近い膜の屈折率をNabs,int、前記基板の屈折率をNsubとしたとき、
前記中間層は、屈折率がNabs,intとNsubの間の値の膜を備えていることを特徴とする請求項1または2に記載の光学素子。
The optical element further includes an intermediate layer between the substrate and the absorbing layer,
Of the films constituting the absorbing layer, when the refractive index of the film closest to the intermediate layer is N abs, int , and the refractive index of the substrate is N sub ,
The optical element according to claim 1, wherein the intermediate layer includes a film having a refractive index of a value between N abs, int and N sub .
前記基板から前記中間層までの等価アドミタンスをηsub、真空のアドミタンスをYとするとき、波長550nmにおいて、
|Re(ηsub)/Y−Nabs,int|<0.25
なる条件式を満たすことを特徴とする請求項3に記載の光学素子。
When the equivalent admittance from the substrate to the intermediate layer is η sub and the vacuum admittance is Y 0 , at a wavelength of 550 nm,
| Re (η sub ) / Y 0 −N abs, int | <0.25
The optical element according to claim 3, wherein the following conditional expression is satisfied.
前記光学素子は、前記中間層と前記表面層の間に前記吸収層が形成されていない領域を有しており、
前記基板から前記中間層までの等価アドミタンスをηsub、空気から前記表面層までの等価アドミタンスをηair、真空のアドミタンスをYとするとき、波長550nmにおいて、
|Re(ηsub)/Y−Re(ηair)/Y|<0.3
なる条件式を満たすことを特徴とする請求項3または4に記載の光学素子。
The optical element has a region where the absorption layer is not formed between the intermediate layer and the surface layer,
When the equivalent admittance from the substrate to the intermediate layer is η sub , the equivalent admittance from the air to the surface layer is η air , and the vacuum admittance is Y 0 , at a wavelength of 550 nm,
| Re (η sub ) / Y 0 −Re (η air ) / Y 0 | <0.3
The optical element according to claim 3, wherein the following conditional expression is satisfied.
空気から前記表面層までの等価アドミタンスをηair、真空のアドミタンスをY、前記吸収層を構成する膜のうち前記表面層に最も近い膜の屈折率をNabs,surとするとき、波長550nmにおいて、
|Re(ηair)/Y−Nabs,sur|<0.25
なる条件式を満たすことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の光学素子。
When the equivalent admittance from the air to the surface layer is η air , the vacuum admittance is Y 0 , and the refractive index of the film closest to the surface layer among the films constituting the absorption layer is Nabs, sur , the wavelength is 550 nm. In
| Re (η air ) / Y 0 −N abs, sur | <0.25
The optical element according to claim 1, wherein the following conditional expression is satisfied.
前記第1の膜は、内部に空隙が形成されていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の光学素子。   The optical element according to claim 1, wherein the first film has a gap formed therein. 前記第1の膜はシリカまたはフッ化マグネシウムを含んでいることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の光学素子。   The optical element according to any one of claims 1 to 7, wherein the first film contains silica or magnesium fluoride. 前記吸収層は、波長400nmにおける吸収係数が波長700nmにおける吸収係数よりも小さい第1の材料と、
波長400nmにおける吸収係数が波長700nmにおける吸収係数よりも大きい第2の材料と、を含んでいることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載の光学素子。
The absorption layer includes a first material having an absorption coefficient at a wavelength of 400 nm that is smaller than the absorption coefficient at a wavelength of 700 nm;
The optical element according to claim 1, further comprising: a second material having an absorption coefficient at a wavelength of 400 nm that is larger than an absorption coefficient at a wavelength of 700 nm.
前記吸収層の厚さは、前記基板上の位置に応じて変化していることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか一項に記載の光学素子。   The optical element according to any one of claims 1 to 9, wherein the thickness of the absorption layer changes in accordance with a position on the substrate. 前記基板上の位置に応じて変化している位相補償層をさらに備え、
前記位相補償層の厚さは、前記吸収層の厚さの増加する方向に対して反対の方向に増加することを特徴とする請求項10に記載の光学素子。
A phase compensation layer that changes in accordance with the position on the substrate;
The optical element according to claim 10, wherein the thickness of the phase compensation layer increases in a direction opposite to a direction in which the thickness of the absorption layer increases.
前記吸収層の厚さが最も薄い位置における光路長と、該位置よりも前記吸収層の厚さが厚い位置における光路長との差をΔOPDとし、光の波長をλとしたとき、
前記位相補償層の厚さは、
|ΔOPD/λ|≦0.30
なる条件式を満たすように変化していることを特徴とする請求項11に記載の光学素子。
When the difference between the optical path length at the position where the thickness of the absorption layer is the smallest and the optical path length at the position where the thickness of the absorption layer is thicker than the position is ΔOPD and the wavelength of light is λ,
The thickness of the phase compensation layer is
| ΔOPD / λ | ≦ 0.30
The optical element according to claim 11, wherein the optical element is changed so as to satisfy the following conditional expression.
前記位相補償層は、前記基板に隣接する位置に配置されており、
前記基板の屈折率をNsub、前記位相補償層の屈折率をNcmpとしたとき、
|Nsub−Ncmp|<0.10
なる条件式を満たすことを特徴とする請求項11または12に記載の光学素子。
The phase compensation layer is disposed at a position adjacent to the substrate;
When the refractive index of the substrate is N sub and the refractive index of the phase compensation layer is N cmp ,
| N sub −N cmp | <0.10
The optical element according to claim 11, wherein the following conditional expression is satisfied.
前記位相補償層は、前記吸収層に隣接する位置に配置されており、
前記吸収層を構成する膜のうち、前記位相補償層と隣接する膜の屈折率をNabs,c、前記位相補償層の屈折率をNcmpとしたとき、
|Nabs,c−Ncmp|<0.15
なる条件式を満たすことを特徴とする請求項11乃至13のいずれか一項に記載の光学素子。
The phase compensation layer is disposed at a position adjacent to the absorption layer,
Of the films constituting the absorption layer, when the refractive index of the film adjacent to the phase compensation layer is N abs, c and the refractive index of the phase compensation layer is N cmp ,
| N abs, c −N cmp | <0.15
The optical element according to claim 11, wherein the following conditional expression is satisfied.
前記吸収層の透過率の等しい領域が同心円状に分布することを特徴とする請求項1乃至14のいずれか一項に記載の光学素子。   The optical element according to claim 1, wherein regions having the same transmittance of the absorption layer are distributed concentrically. 前記吸収層は、前記同心円の中心において形成されていないことを特徴とする請求項15に記載の光学素子。   The optical element according to claim 15, wherein the absorption layer is not formed at the center of the concentric circle. 前記基板はレンズであることを特徴とする請求項1乃至16のいずれか一項に記載の光学素子。   The optical element according to claim 1, wherein the substrate is a lens. 複数の光学素子を有し、前記複数の光学素子のうち、少なくとも1つは、請求項1乃至17のいずれか一項に記載された光学素子であることを特徴とする光学系。   An optical system comprising a plurality of optical elements, wherein at least one of the plurality of optical elements is the optical element according to claim 1. 絞りと、前記絞りの光入射側と光出射側に少なくとも1つずつ配置された請求項1乃至17のいずれか一項に記載された光学素子と、を有することを特徴とする光学系。   An optical system comprising: a diaphragm; and at least one optical element disposed on each of a light incident side and a light emitting side of the diaphragm. 撮像素子と、請求項18または19に記載の光学系とを有することを特徴とする撮像装置。   An image pickup apparatus comprising an image pickup element and the optical system according to claim 18. 撮像装置本体に対して着脱可能であり、請求項18または19に記載の光学系を有することを特徴とするレンズ装置。   A lens apparatus comprising the optical system according to claim 18, wherein the lens apparatus is detachable from the imaging apparatus main body.
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