JP3913109B2

JP3913109B2 - 薄膜型ｎｄフィルター

Info

Publication number: JP3913109B2
Application number: JP2002154690A
Authority: JP
Inventors: 光治沢村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-05-28
Filing date: 2002-05-28
Publication date: 2007-05-09
Anticipated expiration: 2022-05-28
Also published as: JP2003344612A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜型ＮＤフィルターに関し、特に放送用カメラ、ビデオカメラ、デジタルカメラ等の撮影系の絞りに用いられる薄膜型ＮＤフィルターにおける裏面反射特性の改善に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、薄膜型ＮＤフィルターとしては、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ等の金属膜とＳｉＯ₂、ＭｇＦ₂等の誘電体膜との交互層構成のものがよく知られている。
しかしながら、金属膜の場合、数ｎｍの薄い膜厚を精度良く制御する必要が有り、再現性に難点があった。
【０００３】
これに対して、比較的に膜厚が厚く出来る金属酸化物を用いた例が、特開平０７−０６３９１５号公報で提案されている。該公報に記載のものは、屈折率と消衰係数が１．０〜３．０の範囲にある２種以上の金属酸化物を用い、平坦な透過率特性と表面反射防止特性を得ることを特徴としている。また、基板の両面に設けることにより、表面反射防止特性、及び裏面反射防止特性を得ることを特徴としている。また、２種以上の金属酸化物の例として、ＴｉＯとＴｉ₂Ｏ₃の例が示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、現在、カメラの小型化、センサーのＣＣＤ化と共に、画質に影響を及ぼすゴースト、フレアの発生しない薄膜型ＮＤフィルターが望まれている。即ち、薄膜型ＮＤフィルターとしては、平坦な透過率特性と表面反射防止特性のみならず、裏面反射防止特性にも優れていることが必要である。
しかしながら、上記の特開平０７−０６３９１５号公報に記載のものには、片面タイプでは、表面反射防止特性に優れるものの、裏面反射防止特性に関しては、必ずしも十分でなかった。また、両面タイプでは、裏面反射防止特性を得ることが出来るものの、成膜回数が倍になり、コストも倍になるという点等に改善の余地があった。
【０００５】
そこで、本発明は、上記課題を解決し、平坦な透過率特性と表面反射防止特性及び裏面反射防止特性を有する薄膜型ＮＤフィルターを提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、つぎの（１）から（５）のように構成した薄膜型ＮＤフィルターを提供するものである。
（１）薄膜型ＮＤフィルターにおいて、透明基板の片面に、吸収性を有する１種類の金属酸化物による吸収膜と、透明な誘電体膜とからなる交互層が設けられており、前記透明基板と前記吸収膜との間には、屈折率が２．０以上の高屈折率膜を有しており、透過率が１０％以上３０％以下で、表面及び裏面の反射率が平均３％であることを特徴とする薄膜型ＮＤフィルター。
（２）前記吸収膜の可視域の波長（λ＝４００ｎｍ以上、７００ｎｍ以下）での屈折率をｎ（λ）、消衰係数をｋ（λ）とした時、次式の関係０．１＜ｋ（７００）−ｋ（４００）＜ｎ（７００）−ｎ（４００）＋０．５を満たすことを特徴とする上記（１）に記載の薄膜型ＮＤフィルター。
（３）前記吸収膜が、チタン酸化物膜であることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の薄膜型ＮＤフィルター。
（４）空気側に接する最終層が、Ａｌ₂Ｏ₃、又はＳｉＯ₂、又はＭｇＦ₂膜のいずれかであることを特徴とする上記（１）から（３）のいずれかに記載の薄膜型ＮＤフィルター。
（５）前記交互層が、５層以上で構成されていることを特徴とする上記（１）から（４）のいずれかに記載の薄膜型ＮＤフィルター。
【０００７】
【発明の実施の形態】
上記構成を適用することによって、前記した本発明の課題を達成することが可能となるが、それは本発明者が鋭意検討した結果、つぎのような知見を見出したことによるものである。
前記課題を解決するため、検討の結果、透過光量を減衰させる薄膜型ＮＤフィルターにおいて、透明基板の片面上に、吸収性を有する１種類の金属酸化物と透明な誘電体膜の交互層を設けることにより、平坦な透過率特性と表面反射防止特性と裏面反射防止特性を満たす薄膜型ＮＤフィルターが得られることを見出した。即ち、吸収性を有する金属酸化物は、２種以上である必要は無いことが分かった。
【０００８】
また、該透明基板と該吸収膜の間に屈折率が２．０以上の高屈折率膜を設けることにより、平坦な透過率特性と表面反射防止特性と裏面反射防止特性を満たす薄膜型ＮＤフィルターが得られることを見出した。即ち、検討の結果、透明基板と該吸収膜の間にＴｉＯ₂、Ｎｂ₂Ｏ₅、Ｔａ₂Ｏ₅、ＨｆＯ₂、ＺｒＯ₂等の屈折率が２．０以上の高屈折率膜を設けることが、裏面反射を防止するのに効果を有することが分かった。更に、該１種類の吸収膜は、可視域の波長（λ＝４００〜７００ｎｍ）での屈折率をｎ（λ）、消衰係数をｋ（λ）とした時、０．１＜ｋ（７００）−ｋ（４００）＜ｎ（７００）−ｎ（４００）＋０．５であることが好ましいことを見出した。即ち、検討の結果、平坦な透過率特性を得るためには、ｎ、ｋは波長に対して単調増加傾向を示し、その時のｎとｋの傾きが近いことが有利であることが分かった。
【０００９】
また、該吸収膜としてはチタン酸化物膜が有効であることを見出した。即ち、検討の結果、ＴｉＯ膜が好適な定数を有していることが分かった。図１に本検討に用いたＴｉＯ膜の定数を示す。又、この時の特性を図２に示す。図２の縦軸は透過率、又は反射率を示し、膜厚は４０ｎｍで透過率約２０％の略平坦な透過率特性が得られる。
更に、空気側に接する最終層がＡｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＭｇＦ₂膜であることが好ましいことを見出した。即ち、検討の結果、表面反射防止のためには、吸収膜と交互層の場合、Ａｌ₂Ｏ₃膜の屈折率程度以下の膜が有効である。
更に、該交互層が５層以上で構成されることが好ましいことを見出した。即ち、検討の結果、良好な表面反射防止特性と裏面反射防止特性を得るためには、少なくとも２層以上の吸収膜を必要とし、交互層としては５層以上必要であることが分かった。
【００１０】
【実施例】
以下に、本発明の実施例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
［実施例１］
ＢＳＬ７基板の片面上に、吸収膜を２層用いた透過率３０％（濃度０．５）のＮＤ膜を真空蒸着法により形成しＮＤフィルター（裏面ガラス面は通常反射防止膜有り）とした。蒸着時の基板加熱温度条件は２００度、真空度は１×１０^-3Ｐａであった。この時の膜構成（層数、材料、膜厚ｄ）を表１に示す。又、この時の特性を図３に示す。縦軸は透過率、又は反射率を示し、表面Ｔは膜側からの透過率、表面Ｒは膜側からの反射率、裏面Ｒは基板側からの反射率を示す。略平坦な透過率特性で表面、裏面の反射率が平均約３％以下に抑えられて良好なＮＤ特性であった。
【００１１】
【表１】

［実施例２］
ＢＳＬ７基板の片面上に、吸収膜を３層用いた透過率３０％（濃度０．５）のＮＤ膜を実施例１と同様に形成した。この時の膜構成（層数、材料、膜厚ｄ）を表１に示す。又、この時の特性を図４に示す。実施例１と同様、略平坦な透過率特性で表面、裏面の反射率が平均約３％以下に抑えられて良好なＮＤ特性であった。
【００１２】
［実施例３］
ＢＳＬ７基板の片面上に、吸収膜を２層用いた透過率１０％（濃度１．０）のＮＤ膜を実施例１と同様に形成した。最終層には、ＭｇＦ₂膜に換えて保護性に優れるＡｌ₂Ｏ₃膜を用いた。この時の膜構成（層数、材料、膜厚ｄ）を表１に示す。又、この時の特性を図５に示す。実施例１と同様、略平坦な透過率特性で表面、裏面の反射率が平均約３％以下に抑えられて良好なＮＤ特性であった。
【００１３】
［実施例４］
ＢＳＬ７基板の片面上に、吸収膜を３層用いた透過率１０％（濃度１．０）のＮＤ膜を実施例１と同様に形成した。この時の膜構成（層数、材料、膜厚ｄ）を表１に示す。又、この時の特性を図６に示す。実施例１と同様、略平坦な透過率特性で表面、裏面の反射率が平均約３％以下に抑えられて良好なＮＤ特性であった。
【００１４】
（比較例１）
特開平０７−０６３９１５号公報の表１、実施例１に示される７層特性のものを本実施例１と同様にして形成した。但し、透過率３０％（濃度０．５）のＮＤ膜を目標とし、本検討に用いた装置条件に合わせて膜厚を調整した。この時の膜構成（層数、材料、膜厚ｄ）を表２に示す。又、この時の特性を図７に示す。図７から、表面反射は考慮されているため平均約３％以下に抑えられているが、裏面反射は赤みを帯びた高い反射となり、実用上問題があった。
【００１５】
【表２】

（比較例２）
特開平０７−０６３９１５号公報の表１、実施例１に示される７層特性のものを本実施例１と同様にして形成した。但し、透過率１０％（濃度１．０）のＮＤ膜を目標とし、本検討に用いた装置条件に合わせて膜厚を調整した。この時の膜構成（層数、材料、膜厚ｄ）を表２に示す。又、この時の特性を図８に示す。図８から、表面反射は考慮されているため平均約３％以下に抑えられているが、裏面反射は１５％近い反射となり、実用上問題があった。
【００１６】
（比較例３）
後述する比較例４と同じ条件により、ＢＳＬ７基板の片面上に、吸収膜を３層用いた透過率１０％（濃度１．０）のＮＤ膜を真空蒸着法により形成しＮＤフィルター（裏面ガラス面は通常反射防止膜有り）とした。
この時の構成（層数、材料、膜厚ｄ）を表２に示す。又、この時の特性を図１０に示す。図１０から、表面反射、裏面反射は考慮されているため、大きくは劣化しないが、透過率特性がｋの傾きの増大に応じて傾きを持ち、劣化する結果となり実用上問題があった。
【００１７】
（比較例４）
実施例１と同様に、ＢＳＬ７基板の片面上に、吸収膜を２層用いた透過率３０％（濃度０．５）のＮＤ膜を真空蒸着法により形成しＮＤフィルター（裏面ガラス面は通常反射防止膜有り）とした。蒸着時の基板加熱温度条件は２００度、但し、真空度は０．５×１０^−３Ｐａとした。この時のＴｉＯ膜の定数を図９に示す。図１に比較すると、消衰係数の傾きが大きいのが分かる。即ち、図１においては、０．１＜ｋ（７００）−ｋ（４００）＝０．６４＜ｎ（７００）−ｎ（４００）＋０．５＝１．１２であるが、図９においては、０．１＜ｎ（７００）−ｎ（４００）＋０．５＝０．９６＜ｋ（７００）−ｋ（４００）＝１．１３となる。
この時の構成（層数、材料、膜厚ｄ）を表２に示す。又、この時の特性を図１１に示す。図１１から、表面反射、裏面反射は考慮されているため、大きくは劣化しないが、透過率特性がｋの傾きの増大に応じて傾きを持ち、劣化する結果となり実用上問題があった。同様のことが、ｋ（７００）−ｋ（４００）＜０．１の場合にも言え、この場合は透過率の傾きが逆になる傾向を示す。
【００１８】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、透過率が１０％以上３０％以下で、表面及び裏面の反射率が平均３％の特性を有する薄膜型ＮＤフィルターを提供することができ、また、薄膜型ＮＤフィルターを絞りに用い、表面、裏面反射によって生じるゴースト、フレアーの改善可能なカメラ等の撮影装置を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の検討に用いた吸収膜の定数を示す図。
【図２】本発明の検討に用いた吸収膜の透過、反射特性の例を示す図。
【図３】本発明の実施例１における薄膜型ＮＤフィルター特性を示す図。
【図４】本発明の実施例２における薄膜型ＮＤフィルター特性を示す図。
【図５】本発明の実施例３における薄膜型ＮＤフィルター特性を示す図。
【図６】本発明の実施例４における薄膜型ＮＤフィルター特性を示す図。
【図７】比較例１における薄膜型ＮＤフィルター特性を示す図。
【図８】比較例２における薄膜型ＮＤフィルター特性を示す図。
【図９】比較例３，４に用いた吸収膜の定数を示す図。
【図１０】比較例３における薄膜型ＮＤフィルター特性を示す図。
【図１１】比較例４における薄膜型ＮＤフィルター特性を示す図。

Claims

薄膜型ＮＤフィルターにおいて、透明基板の片面に、吸収性を有する１種類の金属酸化物による吸収膜と、透明な誘電体膜とからなる交互層が設けられており、前記透明基板と前記吸収膜との間には、屈折率が２．０以上の高屈折率膜を有しており、透過率が１０％以上３０％以下で、表面及び裏面の反射率が平均３％であることを特徴とする薄膜型ＮＤフィルター。
前記吸収膜の可視域の波長（λ＝４００ｎｍ以上、７００ｎｍ以下）での屈折率をｎ（λ）、消衰係数をｋ（λ）とした時、次式の関係０．１＜ｋ（７００）−ｋ（４００）＜ｎ（７００）−ｎ（４００）＋０．５を満たすことを特徴とする請求項１に記載の薄膜型ＮＤフィルター。
前記吸収膜が、チタン酸化物膜であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の薄膜型ＮＤフィルター。
空気側に接する最終層が、Ａｌ₂Ｏ₃、又はＳｉＯ₂、又はＭｇＦ₂膜のいずれかであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の薄膜型ＮＤフィルター。
前記交互層が、５層以上で構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の薄膜型ＮＤフィルター。