JP5554012B2 - Optical filter and imaging apparatus using the optical filter - Google Patents

Optical filter and imaging apparatus using the optical filter Download PDF

Info

Publication number
JP5554012B2
JP5554012B2 JP2009117560A JP2009117560A JP5554012B2 JP 5554012 B2 JP5554012 B2 JP 5554012B2 JP 2009117560 A JP2009117560 A JP 2009117560A JP 2009117560 A JP2009117560 A JP 2009117560A JP 5554012 B2 JP5554012 B2 JP 5554012B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
optical filter
filter
transparent resin
resin substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2009117560A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2010266661A (en
Inventor
一雄 鈴木
道男 柳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Electronics Inc
Original Assignee
Canon Electronics Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Electronics Inc filed Critical Canon Electronics Inc
Priority to JP2009117560A priority Critical patent/JP5554012B2/en
Publication of JP2010266661A publication Critical patent/JP2010266661A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5554012B2 publication Critical patent/JP5554012B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
  • Blocking Light For Cameras (AREA)
  • Surface Treatment Of Optical Elements (AREA)

Description

本発明は、デジタルビデオカメラ或いはデジタルスチルカメラ等の撮影系の使用に適した光学フィルタ及び該光学フィルタを用いた撮像装置に関するものである。   The present invention relates to an optical filter suitable for use in a photographing system such as a digital video camera or a digital still camera, and an imaging apparatus using the optical filter.

現在、ビデオカメラやデジタルカメラ等の撮像機器には、固体撮像素子に入射する光量を制御するための光量調節装置が設けられており、快晴時や高輝度の被写体を撮影する場合に、その開口が小さく絞り込まれるようになっている。   Currently, imaging devices such as video cameras and digital cameras are equipped with a light amount adjustment device for controlling the amount of light incident on a solid-state image sensor. Is narrowed down to a small size.

しかし、絞り開口が小さくなり過ぎると、通過する光の回折の影響により像性能の劣化を生ずる問題を有している。そのため、例えば絞り羽根にフィルム状のND(Neutral Density)フィルタを取り付け、絞り開口が極端に小さくなり過ぎずに、所定の大きさのままで光量を減衰させるようにしている。   However, when the aperture is too small, there is a problem that the image performance is deteriorated due to the influence of diffraction of light passing therethrough. Therefore, for example, a film-like ND (Neutral Density) filter is attached to the diaphragm blades so that the diaphragm aperture is not excessively reduced and the light quantity is attenuated while maintaining a predetermined size.

NDフィルタとしては、例えば特許文献1に開示されているような光軸中心に向けて段階的に透過率が大きくなる構成のものや、特許文献2に開示されているような光軸中心に向かって連続的に透過率が大きくなる構造のものが知られている。   As the ND filter, for example, one having a configuration in which the transmittance gradually increases toward the optical axis center as disclosed in Patent Document 1, or toward the optical axis center as disclosed in Patent Document 2. A structure having a continuously increasing transmittance is known.

一般に、このようなNDフィルタの基材には、材料の光透過率や濁度等の光学特性が良好であり、耐久性も優れているPET(ポリエチレンテレフタレート)、PEN(ポリエチレンナフタレート)等のフィルム状の透明樹脂基板が使用されている。そして、これらの透明樹脂基板上に真空蒸着法等により、光吸収性を有する材料と反射率を低下させるための材料とを交互に積層した光減衰膜を成膜し、更にその最表層に誘電体膜を成膜することにより、更に反射率を低減している。   In general, the base material of such an ND filter has excellent optical properties such as light transmittance and turbidity of the material, and excellent durability, such as PET (polyethylene terephthalate) and PEN (polyethylene naphthalate). A film-like transparent resin substrate is used. Then, a light attenuating film in which a light-absorbing material and a material for reducing the reflectance are alternately laminated is formed on these transparent resin substrates by a vacuum deposition method or the like, and a dielectric layer is further formed on the outermost layer. By forming the body film, the reflectance is further reduced.

しかし、NDフィルタを製造する蒸着工程において、蒸着時間の経過と共に、透明樹脂基板の表面温度は上昇し、NDフィルタに皺やうねり等の形状変化が生ずる場合がある。また、PETやPENの基材には複屈折があり、位相差が生ずるため撮像機器の解像度に影響を与える場合もある。   However, in the vapor deposition process for manufacturing the ND filter, the surface temperature of the transparent resin substrate increases with the elapse of the vapor deposition time, and the ND filter may undergo a shape change such as wrinkles or undulations. In addition, PET and PEN base materials have birefringence and a phase difference occurs, which may affect the resolution of the imaging device.

そこで、特許文献3においては、光減衰膜を蒸着する透明樹脂基板として、120℃以上のガラス転移温度を有するノルボルネン系樹脂を使用し、透明樹脂基板の伸縮変形を抑制して、皺やうねり等の発生を防止することが開示されている。また特許文献4においては、透明樹脂基板に同じノルボルネン系樹脂を使用することにより、複屈折を低減することが開示されている。   Therefore, in Patent Document 3, a norbornene-based resin having a glass transition temperature of 120 ° C. or higher is used as the transparent resin substrate on which the light attenuating film is vapor-deposited. It is disclosed to prevent the occurrence of. Patent Document 4 discloses that birefringence is reduced by using the same norbornene-based resin for the transparent resin substrate.

特許第2592949号公報Japanese Patent No. 2592949 特開2004−117467号公報JP 2004-117467 A 特開2004−37545号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-37545 特開2008−102363号公報JP 2008-102363 A

近年の撮像装置の高画質化に伴い、熱や複屈折の影響を低減しながら、NDフィルタの反射率を低減することが重要な課題となってきている。特に、NDフィルタの反射率が高いと、撮像素子の表面で反射した光線がNDフィルタの表面で再度反射して撮像素子に再入射し、ゴーストやフレア等の原因となる。   With the recent improvement in image quality of imaging devices, it has become an important issue to reduce the reflectance of the ND filter while reducing the influence of heat and birefringence. In particular, when the reflectance of the ND filter is high, the light beam reflected by the surface of the image sensor is reflected again by the surface of the ND filter and re-enters the image sensor, causing ghost, flare, and the like.

これを低減するため特許文献1、2においては、NDフィルタの表層に反射防止膜を配置することが記載されているが、十分でない場合がある。   In order to reduce this, Patent Documents 1 and 2 describe disposing an antireflection film on the surface layer of the ND filter, but this may not be sufficient.

また、特許文献3、4においては、蒸着等の熱の影響による透明樹脂基板の変形等を防止するために、透明度が高くヘイズ値が低く、更に複屈折の少ないノルボルネン系樹脂を使用している。しかし、反射率は後述するように基材の屈折率が高いほど低減させることができるが、ノルボルネン系樹脂を使用した透明樹脂基板の屈折率は1.51〜1.53程度であり、この基材の表面に反射防止膜を成膜しただけでは反射率の低減に限界がある。   In Patent Documents 3 and 4, norbornene-based resins having high transparency, low haze values, and low birefringence are used to prevent deformation of the transparent resin substrate due to the influence of heat such as vapor deposition. . However, the reflectance can be reduced as the refractive index of the base material is higher as described later, but the refractive index of the transparent resin substrate using the norbornene-based resin is about 1.51 to 1.53. There is a limit to the reduction of reflectance only by forming an antireflection film on the surface of the material.

本発明の目的は、基材に成膜時の熱による変形の影響を受け難く、反射率が低く複屈折の少ない透明樹脂基板を用いることにより、複屈折と反射率の双方の問題を解決した光学フィルタ及び該光学フィルタを用いた撮像装置を提供することである。   The object of the present invention is to solve the problems of both birefringence and reflectivity by using a transparent resin substrate that is less susceptible to deformation due to heat during film formation and has low reflectivity and low birefringence. An optical filter and an imaging device using the optical filter are provided.

上記目的を達成するための本発明に係る光学フィルタは、透明樹脂基板の上に少なくとも誘電体膜を有する無機硬質膜を成膜することにより透過光量を調節するNDフィルタである光学フィルタにおいて、前記透明樹脂基板は、ガラス転移温度が120℃以上で屈折率が1.6以上であり、リタデーション値が30nm以下であるフルオレン構造を有するポリエステル樹脂とし、前記透明樹脂基板上にND膜、前記誘電体膜から成る反射防止膜の順で成膜して前記無機硬質膜を形成し、前記NDフィルタとしての最高濃度が1.5であり、可視光域の中心波長である少なくとも550nmの波長における反射率が1%以下であることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an optical filter according to the present invention is an ND filter that adjusts the amount of transmitted light by forming an inorganic hard film having at least a dielectric film on a transparent resin substrate. The transparent resin substrate is a polyester resin having a fluorene structure having a glass transition temperature of 120 ° C. or more, a refractive index of 1.6 or more, and a retardation value of 30 nm or less, and an ND film and the dielectric on the transparent resin substrate The inorganic hard film is formed by forming an antireflection film in the order of the film, the highest density as the ND filter is 1.5, and the reflectance at a wavelength of at least 550 nm which is the central wavelength in the visible light region Is 1% or less.

また、本発明に係る光学フィルタを用いた撮像装置は、撮影光学系と、該撮影光学系に挿脱され透過光量を調節するNDフィルタとなる光学フィルタと、光学像を電気信号に変換する撮像素子とから成る撮像装置において、前記光学フィルタは、ガラス転移温度が120℃以上で屈折率が1.6以上であり、リタデーション値が30nm以下のフルオレン構造を有するポリエステル樹脂から成る透明樹脂基板の上に、ND膜、反射防止膜の順に積層して無機硬質膜を成膜し、前記NDフィルタとしての最高濃度が1.5であり、可視光域の中心波長である少なくとも550nmの波長において1%以下の反射率であることを特徴とする。 In addition, an imaging apparatus using the optical filter according to the present invention includes an imaging optical system, an optical filter that becomes an ND filter that is inserted into and removed from the imaging optical system and adjusts the amount of transmitted light, and imaging that converts an optical image into an electrical signal In the imaging device comprising the element, the optical filter is formed on a transparent resin substrate made of a polyester resin having a fluorene structure having a glass transition temperature of 120 ° C. or higher, a refractive index of 1.6 or higher, and a retardation value of 30 nm or lower. In addition, an inorganic hard film is formed by laminating an ND film and an antireflection film in this order, and the highest density as the ND filter is 1.5, and 1% at a wavelength of at least 550 nm , which is the central wavelength in the visible light region. It is characterized by the following reflectance.

本発明に係る光学フィルタ及び該光学フィルタを用いた撮像装置によれば、成膜時の皺やうねり等の発生を防止でき、また複屈折が小さいので高画質化への対応が可能となる。   According to the optical filter and the imaging device using the optical filter according to the present invention, generation of wrinkles and undulations during film formation can be prevented, and since the birefringence is small, it is possible to cope with high image quality.

撮影光学系の構成図である。It is a block diagram of an imaging optical system. フルオレンの化学構造式である。It is a chemical structural formula of fluorene. フルオレン構造を有するポリエステルの一例の化学構造式である。It is a chemical structural formula of an example of polyester which has a fluorene structure. 真空蒸着装置の概略図である。It is the schematic of a vacuum evaporation system. 蒸着治具の側面図及び平面図である。It is the side view and top view of a vapor deposition jig. 蒸着マスクと取り除いた状態の透明樹脂基板の平面図である。It is a top view of the transparent resin substrate of the state removed with the vapor deposition mask. NDフィルタを切り抜く際の説明図である。It is explanatory drawing at the time of cutting out an ND filter. NDフィルタの断面構成図及び透過率分布図である。It is a cross-sectional block diagram and a transmittance distribution diagram of the ND filter. NDフィルタの膜構成図である。It is a film | membrane block diagram of a ND filter. 基板の屈折率による単層反射防止膜の反射率のグラフ図である。It is a graph of the reflectance of the single layer antireflection film according to the refractive index of the substrate. 単層反射防止膜の干渉による反射防止の説明図である。It is explanatory drawing of the reflection prevention by interference of a single layer antireflection film.

本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図1は本実施例における撮像装置の撮影光学系の構成図である。光軸上に、レンズ1、光量絞り装置2、レンズ3〜5、赤外カット機能を有するローパスフィルタ6、CCD等から成る固体撮像素子7が順次に配列されている。光量調節のための光量絞り装置2において、絞り羽根支持板8には絞りの口径を形成する一対の絞り部材である絞り羽根9a、9bが可動に取り付けられ、絞り羽根9aにはNDフィルタ10が取り付けられている。
The present invention will be described in detail based on the embodiments shown in the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of a photographing optical system of the image pickup apparatus in the present embodiment. On the optical axis, a solid-state image pickup device 7 including a lens 1, a light amount diaphragm 2, lenses 3 to 5, a low-pass filter 6 having an infrared cut function, a CCD, and the like are sequentially arranged. In the light quantity diaphragm device 2 for adjusting the light quantity, the diaphragm blade support plate 8 is movably attached with diaphragm blades 9a and 9b, which are a pair of diaphragm members that form a diaphragm aperture, and the diaphragm blade 9a has an ND filter 10 mounted thereon. It is attached.

光量絞り装置2では、絞り羽根9a、9bにより形成される略菱形形状の開口部を通過する可視光領域の透過光量を、NDフィルタ10により略均一に減衰させて減光させることができる。また、NDフィルタ10は絞り羽根9aに取り付けずに、単独で開口部に挿脱することも可能である。   In the light amount diaphragm device 2, the transmitted light amount in the visible light region passing through the substantially diamond-shaped opening formed by the diaphragm blades 9 a and 9 b can be attenuated by the ND filter 10 to be attenuated. The ND filter 10 can be inserted into and removed from the opening alone without being attached to the aperture blade 9a.

このような撮影光学系において、レンズ1を通過した光学像は、光量絞り装置2を介して光量調整がなされ、固体撮像素子7の表面に結像して電気信号に変換される。   In such a photographing optical system, the optical image that has passed through the lens 1 is adjusted in light amount through the light amount diaphragm device 2, formed on the surface of the solid-state image sensor 7, and converted into an electrical signal.

近年の撮像機器の高画質化に伴い、NDフィルタ10の複屈折は小さいことが望まれている。複屈折とは、屈折率が方向により異なる材料を通る光が異常光線と常光線に分離する現象であり、材料固有の複屈折性と成形加工時の剪断力による分子配向や溶融した樹脂が固化するときに生ずる残留応力等に大きく依存する。この複屈折が大きいと、透過光が分離して結像点がずれるため、結像性能が低下するという問題がある。   With recent improvements in image quality of imaging devices, it is desired that the birefringence of the ND filter 10 be small. Birefringence is a phenomenon in which light passing through a material whose refractive index differs depending on the direction is separated into extraordinary and ordinary rays. Molecular birefringence inherent to the material and shearing force during molding process and the molten resin solidify. It largely depends on the residual stress generated when If this birefringence is large, the transmitted light is separated and the image forming point is shifted, so that there is a problem that the image forming performance is deteriorated.

一般に、複屈折の大きさはリタデーション値(retardation:位相差)で表すことができる。リタデーション値とは上述した屈折率の差から生ずる光の速度の差であり、リタデーション値をRe[nm]は異常光線の屈折率をNe、常光線の屈折率をNo、複屈折物質の厚さをd[nm]とすると、次の式(1)で計算される。   In general, the magnitude of birefringence can be represented by a retardation value (retardation). The retardation value is the difference in the speed of light caused by the above-described difference in refractive index. The retardation value Re [nm] is the extraordinary ray refractive index Ne, the ordinary ray refractive index No, and the birefringent material thickness. Is d [nm], it is calculated by the following equation (1).

Re=d・(Ne−No) ・・・(1)
一般に、NDフィルタ10に用いられる透明樹脂基板であるポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムは、通常ではフィルム成形時に延伸加工されるため分子配向による複屈折が大きく、Re>100nmである。
Re = d · (Ne−No) (1)
In general, a polyethylene terephthalate (PET) film, which is a transparent resin substrate used for the ND filter 10, is usually stretched during film formation, and therefore has a large birefringence due to molecular orientation, and Re> 100 nm.

しかし、近年の撮像機器の高画質化に伴い、複屈折の小さい透明樹脂基板が求められるようになっている。   However, with recent improvements in image quality of imaging devices, a transparent resin substrate having a low birefringence has been demanded.

また、透明樹脂基板のガラス転移温度は、蒸着時の蒸着源から受ける熱を考慮すると120℃以上あることが好ましい。   The glass transition temperature of the transparent resin substrate is preferably 120 ° C. or higher in consideration of heat received from the vapor deposition source during vapor deposition.

上述したように、透明樹脂基板の屈折及びガラス転位温度が重要となり、上述した条件を満たす樹脂として、図2に示すフルオレン構造を有するポリエステル樹脂が好適であり、図3はその一例を示している。   As described above, the refraction of the transparent resin substrate and the glass transition temperature are important, and as a resin that satisfies the above-described conditions, the polyester resin having the fluorene structure shown in FIG. 2 is suitable, and FIG. 3 shows an example thereof. .

本実施例においては、透明樹脂基板に図3に示すフルオレン構造を有するポリエステル樹脂を用いることにより、実用的な光学フィルタの板厚である25〜200μmで、リタデーション値Reを30nm以下にすることができる。また、図3に示すフルオレン構造を有するポリエステル樹脂のガラス転移温度は120℃以上であるため、皺の発生等の問題を回避する。同時に、後述するように高い屈折率を有することによる反射防止効果により、優れた光学フィルタとしての機能を期待できる。   In the present embodiment, by using a polyester resin having a fluorene structure shown in FIG. 3 for the transparent resin substrate, the retardation value Re can be reduced to 30 nm or less at a practical optical filter thickness of 25 to 200 μm. it can. Moreover, since the glass transition temperature of the polyester resin having a fluorene structure shown in FIG. 3 is 120 ° C. or higher, problems such as generation of wrinkles are avoided. At the same time, an excellent function as an optical filter can be expected due to the antireflection effect by having a high refractive index as will be described later.

図4はNDフィルタ10を製造するための真空蒸着装置の概略図を示している。この蒸着チャンバ11内には回転自在な回転ドーム12が設けられ、この回転ドーム12にNDフィルタ10の基材となる透明樹脂基板を保持する蒸着治具13が配置されている。また、蒸着チャンバ11内には、蒸着するND膜の蒸着源としてAl23から成る蒸着源14及びTiOxから成る蒸着源15、反射防止膜の蒸着源としてMgF2から成る蒸着源16が設けられている。蒸着源14〜16の上方には、特定の蒸着源14〜16のみを蒸着させるためのシャッタ17が設けられ、蒸着チャンバ11の上部には蒸着膜の膜厚を測定するための光学モニタ18が配置されている。 FIG. 4 shows a schematic view of a vacuum vapor deposition apparatus for manufacturing the ND filter 10. A rotatable rotating dome 12 is provided in the vapor deposition chamber 11, and a vapor deposition jig 13 for holding a transparent resin substrate serving as a base material of the ND filter 10 is disposed on the rotary dome 12. In the vapor deposition chamber 11, a vapor deposition source 14 made of Al 2 O 3 and a vapor deposition source 15 made of TiOx are provided as vapor deposition sources for the ND film to be vapor deposited, and a vapor deposition source 16 made of MgF 2 is deposited as the vapor deposition source of the antireflection film. It has been. Above the vapor deposition sources 14 to 16, a shutter 17 for depositing only the specific vapor deposition sources 14 to 16 is provided, and an optical monitor 18 for measuring the thickness of the vapor deposition film is provided above the vapor deposition chamber 11. Has been placed.

図5(a)は蒸着治具13の断面図、(b)は平面図を示し、蒸着治具13にはNDフィルタ10の基板となるフルオレン構造を有するポリエステル樹脂から成る透明樹脂基板21が取り付けられ、スペーサ22を介することにより所定幅の開口部23を有する蒸着マスク24が配置されている。   5A is a cross-sectional view of the vapor deposition jig 13, and FIG. 5B is a plan view. A transparent resin substrate 21 made of a polyester resin having a fluorene structure as a substrate of the ND filter 10 is attached to the vapor deposition jig 13. In addition, an evaporation mask 24 having an opening 23 having a predetermined width is disposed through the spacer 22.

そして、回転ドーム12に蒸着治具13を透明樹脂基板21の成膜面が蒸着源14〜16に対向するように配置し、基板温度と膜厚を均一化するために、回転ドーム12と共に蒸着治具13を回転させながら成膜を行う。   Then, the vapor deposition jig 13 is disposed on the rotating dome 12 so that the film formation surface of the transparent resin substrate 21 faces the vapor deposition sources 14 to 16, and vapor deposition is performed together with the rotating dome 12 in order to equalize the substrate temperature and film thickness. Film formation is performed while the jig 13 is rotated.

蒸着工程としては、先ず成膜前に蒸着チャンバ11内が真空状態に保持され、透明樹脂基板21がセットされた蒸着治具13が所定の温度に加熱される。そして、所定の圧力と温度に達すると、ND膜の1層目として蒸着源14を加熱し、蒸着材料であるAl23を蒸発させて蒸着治具13にセットした透明樹脂基板21上に所定の膜厚のAl23膜を成膜する。以降、必要に応じて蒸着源14〜16を切換えて、無機硬質膜であるND膜及び反射防止膜を成膜する。 In the vapor deposition step, first, the inside of the vapor deposition chamber 11 is kept in a vacuum state before film formation, and the vapor deposition jig 13 on which the transparent resin substrate 21 is set is heated to a predetermined temperature. When the predetermined pressure and temperature are reached, the vapor deposition source 14 is heated as the first layer of the ND film to evaporate Al 2 O 3 as the vapor deposition material and onto the transparent resin substrate 21 set in the vapor deposition jig 13. An Al 2 O 3 film having a predetermined thickness is formed. Thereafter, the vapor deposition sources 14 to 16 are switched as necessary to form an ND film and an antireflection film, which are inorganic hard films.

NDフィルタ10は高濃度のものほど必要な膜厚が厚くなり、それだけ蒸着時間が長くなり、蒸着源14〜16からの輻射熱を多く受けることになる。   The higher the concentration of the ND filter 10, the thicker the necessary film thickness, the longer the vapor deposition time, and the greater the radiant heat from the vapor deposition sources 14 to 16.

本実施例における最高濃度がND1.5(透過率3.2%)程度のNDフィルタ10における透明樹脂基板21の表面温度は、部分的に120℃近くまで達するため、従来のPET樹脂ではガラス転移温度を越え、皺等が発生してしまう場合がある。   In this embodiment, the surface temperature of the transparent resin substrate 21 in the ND filter 10 having a maximum density of about ND1.5 (transmittance of 3.2%) partially reaches nearly 120 ° C. If the temperature is exceeded, soot may be generated.

透明樹脂基板21の板厚は可能な限り薄く形成することが好ましい。これはNDフィルタ10を光量絞り装置2に組み込んで使用する際に、光量絞り装置2を小型化することができるためである。また、NDフィルタ10を軽量とすることにより、NDフィルタ10又はNDフィルタ10を取り付けた絞り羽根9aを駆動するための消費電力を少なくすることができる。ただし、透明樹脂基板21の板厚が薄くなり過ぎると、NDフィルタ10を生産する上で取り扱いが困難になり、必要な板厚は25〜200μmであり、好ましくは50〜100μmの範囲である。   The transparent resin substrate 21 is preferably formed as thin as possible. This is because when the ND filter 10 is incorporated in the light quantity diaphragm device 2 and used, the light quantity diaphragm device 2 can be downsized. Further, by making the ND filter 10 lightweight, it is possible to reduce power consumption for driving the ND filter 10 or the diaphragm blade 9a to which the ND filter 10 is attached. However, if the plate thickness of the transparent resin substrate 21 becomes too thin, it becomes difficult to handle the production of the ND filter 10, and the necessary plate thickness is 25 to 200 μm, preferably 50 to 100 μm.

図6は蒸着マスク24を取り除いた状態のフレオレン構造を有するポリエステル樹脂から成る透明樹脂基板21の平面図を示している。図5(a)に示すように透明樹脂基板21と蒸着マスク24の間にスペーサ22を介して間隔を設けることにより、透明樹脂基板21上に連続的に濃度が変化する濃度分布を有するND膜31を成膜することができる。続いて、蒸着マスク24を取り外し、透明樹脂基板21を取り付けた蒸着治具13を再度蒸着チャンバ11の回転ドーム12にセットする。そして、蒸着源16を加熱することにより、透明樹脂基板21の全面に誘電体膜である反射防止膜として、λ/4(λ=550nm)の膜厚のMgF2膜を成膜する。 FIG. 6 shows a plan view of the transparent resin substrate 21 made of a polyester resin having a fluorene structure with the vapor deposition mask 24 removed. As shown in FIG. 5A, an ND film having a concentration distribution in which the concentration continuously changes on the transparent resin substrate 21 by providing a gap between the transparent resin substrate 21 and the vapor deposition mask 24 via a spacer 22. 31 can be formed. Subsequently, the vapor deposition mask 24 is removed, and the vapor deposition jig 13 to which the transparent resin substrate 21 is attached is set on the rotating dome 12 of the vapor deposition chamber 11 again. Then, by heating the vapor deposition source 16, a MgF 2 film having a thickness of λ / 4 (λ = 550 nm) is formed as an antireflection film as a dielectric film on the entire surface of the transparent resin substrate 21.

この後に、必要に応じて透明樹脂基板21を裏返して蒸着治具13に取り付けて、透明樹脂基板21の裏面に反射防止膜を形成してもよい。上述の反射防止膜32を成膜した後に、図7に示すように、NDフィルタの形状に切断することにより、グラデーション濃度を有するNDフィルタ10を得ることができる。   Thereafter, if necessary, the transparent resin substrate 21 may be turned over and attached to the vapor deposition jig 13 to form an antireflection film on the back surface of the transparent resin substrate 21. After forming the above-described antireflection film 32, the ND filter 10 having gradation density can be obtained by cutting into the shape of the ND filter as shown in FIG.

図8(a)は本実施例におけるNDフィルタ10の断面模式図、図8(b)は(a)の断面領域における透過率分布図をそれぞれ示している。本実施例においては、低濃度の領域Aから高濃度の領域Dに連続的に光透過率が変化するグラデーションNDフィルタについて説明するが、単一濃度から成るNDフィルタや、異なる複数の濃度領域から成る多濃度NDフィルタにおいても同様の効果が得られる。   FIG. 8A is a schematic cross-sectional view of the ND filter 10 in this embodiment, and FIG. 8B is a transmittance distribution diagram in the cross-sectional area of FIG. In this embodiment, a gradation ND filter whose light transmittance continuously changes from a low density area A to a high density area D will be described. However, from a single density ND filter or a plurality of different density areas. The same effect can be obtained in the multi-density ND filter.

領域A〜BにおいてはND膜31は成膜されず、領域B〜Dにおいては連続的に透過率が変化するグラデーション濃度のND膜31が成膜され、領域C〜Dにおいては、均一な濃度のND膜31が成膜されている。また、領域A〜Dの透明樹脂基板21全域の最表層には、均一の膜厚の誘電体膜である反射防止膜32が成膜されている。   The ND film 31 is not formed in the regions A to B, the ND film 31 having a gradation density whose transmittance changes continuously in the regions B to D, and the uniform concentration in the regions C to D. The ND film 31 is formed. Further, an antireflection film 32 which is a dielectric film having a uniform film thickness is formed on the outermost surface layer of the transparent resin substrate 21 in the regions A to D.

なお、領域A〜Bの範囲は、反射防止膜32のみ成膜した透明領域であり、この透明領域は光減衰効果は殆どないが、NDフィルタ10の厚みと屈折率に起因する結像面位置ずれを防止するために実際の撮影時にもフィルタとして使用される。本実施例のグラデーション濃度のNDフィルタ10はこのような透明領域を有するが、透明領域を有しないグラデーション濃度のNDフィルタでも本実施例と同様の効果が得られる。   The area A to B is a transparent area in which only the antireflection film 32 is formed. This transparent area has almost no light attenuation effect, but the imaging plane position caused by the thickness and refractive index of the ND filter 10. In order to prevent deviation, it is also used as a filter during actual photographing. The gradation density ND filter 10 of this embodiment has such a transparent region, but the same effect as that of this embodiment can be obtained even with a gradation density ND filter having no transparent region.

通常のデジタルビデオカメラやデジタルスチルカメラに使用される光学フィルタにおいては、波長可視光領域である400〜700nmの範囲の反射率は低いほど好ましい。そのため、特に本実施例のNDフィルタ10のように透明領域を有するNDフィルタでは、通常ではこの透明領域に反射防止膜32が必要となる。   In an optical filter used for a normal digital video camera or digital still camera, the reflectance in the range of 400 to 700 nm in the wavelength visible light region is preferably as low as possible. For this reason, in particular, in an ND filter having a transparent region, such as the ND filter 10 of the present embodiment, an antireflection film 32 is usually required in this transparent region.

図9は本実施例におけるNDフィルタ10の膜構成図を示している。透明樹脂基板21上には、反射率を低下させるための誘電体膜の反射防止層であるAl23膜と透過率を低下させるための光吸収層であるTiOx膜とを交互に8層積層した無機硬質膜であるND膜31が積層されている。そして、第8層のTiOx膜の上の最表層には、低屈折材料であるMgF2膜から成る反射防止膜32が光学膜厚n・d(n:屈折率、d:物理膜厚)、λ/4(λ=500〜600nm)で成膜されている。 FIG. 9 shows a film configuration diagram of the ND filter 10 in this embodiment. On the transparent resin substrate 21, eight layers of Al 2 O 3 films that are antireflection layers of dielectric films for reducing the reflectance and TiOx films that are light absorption layers for reducing the transmittance are alternately arranged. An ND film 31 that is a laminated inorganic hard film is laminated. Then, on the outermost layer on the TiOx film of the eighth layer, an antireflection film 32 made of MgF 2 film, which is a low refractive material, has an optical film thickness n · d (n: refractive index, d: physical film thickness), The film is formed at λ / 4 (λ = 500 to 600 nm).

NDフィルタ10の透過率は、第2、4、6、8層の光吸収層であるTiOx膜の総膜厚によって変化し、膜厚が厚くなるほど透過率は低下する。TiOxのxの値は0〜2で、所望の光学特性により調整される。   The transmittance of the ND filter 10 varies depending on the total thickness of the TiOx films that are the second, fourth, sixth, and eighth light absorption layers, and the transmittance decreases as the film thickness increases. The value of x of TiOx is 0 to 2, and is adjusted according to desired optical characteristics.

本実施例においては、図8(a)に示すように、各層の膜厚を連続的に変化させることにより領域B〜Cで連続的に透過率を変化させ、図8(b)に示す透過率分布になっている。   In this embodiment, as shown in FIG. 8A, the transmittance is continuously changed in the regions B to C by continuously changing the film thickness of each layer, and the transmission shown in FIG. It has a rate distribution.

また、本実施例においては、最表層の反射防止層にMgF2膜を用いたが、MgF2膜の代りに、SiO2膜等の低屈折材料を用いることもできる。一般的に、これらの反射防止膜32の成膜には真空蒸着法が用いられるが、イオンプレーティング法又はスパッタリング法等においても同様な効果を得ることができる。また、膜の材質、層数、膜厚等はこれに限定されるものではない。 In this embodiment, the MgF 2 film is used for the outermost antireflection layer, but a low refractive material such as a SiO 2 film can be used instead of the MgF 2 film. In general, a vacuum deposition method is used to form these antireflection films 32, but the same effect can be obtained also by an ion plating method or a sputtering method. The material of the film, the number of layers, the film thickness, etc. are not limited to this.

図10は屈折率の異なる透明樹脂基板に反射防止膜を成膜した場合の反射率のグラフ図を示している。実線は屈折率1.53のノルボルネン樹脂基板の上に反射防止膜32として、単層のMgF2膜をλ/4の膜厚で成膜したときの反射率を示している。点線は屈折率1.63のフルオレン構造を有するポリエステル樹脂基板の上に、同様の反射防止膜32を成膜したときの反射率を示している。因みに、図示しないポリエチレンテレフタレート(PET)の屈折率は約1.57であり、上述の2つの基板の反射率の間の特性を示す。 FIG. 10 shows a graph of reflectivity when an antireflection film is formed on transparent resin substrates having different refractive indexes. The solid line shows the reflectance when a single layer MgF 2 film having a thickness of λ / 4 is formed as the antireflection film 32 on the norbornene resin substrate having a refractive index of 1.53. The dotted line shows the reflectance when a similar antireflection film 32 is formed on a polyester resin substrate having a fluorene structure with a refractive index of 1.63. Incidentally, the refractive index of polyethylene terephthalate (PET) (not shown) is about 1.57, indicating a characteristic between the reflectances of the two substrates described above.

本実施例のNDフィルタ10においては、単層の反射防止膜32を使用しており、図10に示すように透明樹脂基板21の屈折率nが高い方が反射率が低減できる。図11に示すようように反射防止膜32の表層の反射光Aを、透明樹脂基板21と反射防止膜32との界面からの反射光Bが干渉により相殺している。従って、透明樹脂基板21と反射防止膜32の屈折率差が大きくなり、反射光Bが大きくなると干渉効果が高まる。   In the ND filter 10 of this embodiment, a single-layer antireflection film 32 is used, and the reflectance can be reduced as the refractive index n of the transparent resin substrate 21 is higher as shown in FIG. As shown in FIG. 11, the reflected light A on the surface of the antireflection film 32 is offset by the reflected light B from the interface between the transparent resin substrate 21 and the antireflection film 32 due to interference. Therefore, when the difference in refractive index between the transparent resin substrate 21 and the antireflection film 32 increases and the reflected light B increases, the interference effect increases.

単層の反射防止膜32を形成することの利点は、多層の反射防止膜と比較して短時間で成膜が完了し、熱の影響も低減できることである。更に、図8(a)に示すように、透明領域から高濃度領域にかけて全面的に反射防止膜32を成膜する場合には、高濃度領域の総膜厚が極度に厚くなり、膜応力からクラックが発生することを防止することができる。   The advantage of forming the single-layer antireflection film 32 is that the film formation can be completed in a shorter time than the multilayer antireflection film, and the influence of heat can be reduced. Furthermore, as shown in FIG. 8A, when the antireflection film 32 is entirely formed from the transparent region to the high concentration region, the total film thickness in the high concentration region becomes extremely large, and the film stress is increased. Generation of cracks can be prevented.

しかし、単層の反射防止膜32は多層の反射防止膜と比較して反射率が高くなり易く、上述した透明樹脂基板21の屈折率が重要となる。   However, the single-layer antireflection film 32 tends to have a higher reflectance than the multilayer antireflection film, and the refractive index of the transparent resin substrate 21 described above is important.

図10に示すように、従来のPETやノルボルネン等の樹脂と比較して、屈折率1.6以上のフルオレン構造を有するポリエステル樹脂を使用した場合には、可視光域の中心波長である550nm前後の波長において、1%以下の反射率となる。   As shown in FIG. 10, when a polyester resin having a fluorene structure with a refractive index of 1.6 or higher is used as compared with conventional resins such as PET and norbornene, the center wavelength in the visible light region is around 550 nm. The reflectance is 1% or less at a wavelength of.

このときの板厚dを100μmとした場合のリタデーション値Reは23nmとなり、図1に示す撮像光学系での撮影した結果、良好な撮像性能が得られた。また、このようなフルオレン構造を有するポリエステル樹脂は異なるグレードのもの存在し、それらを使用すると実用的なNDフィルタの板厚である200μmにおいても、リタデーション値Reを30nm以下にすることができる。   When the plate thickness d at this time is 100 μm, the retardation value Re is 23 nm, and as a result of photographing with the imaging optical system shown in FIG. 1, good imaging performance is obtained. In addition, there are different grades of polyester resins having such a fluorene structure, and when they are used, the retardation value Re can be reduced to 30 nm or less even at a practical ND filter thickness of 200 μm.

なお、本実施例ではNDフィルタについて述べたが、フルオレン構造を有するポリエステル樹脂から成る透明樹脂基板上に無機硬質膜を成膜した光学フィルタであれば、同様の効果が得られる。例えば、積層膜を適宜変更することにより、赤外カットフィルタや紫外カットフィルタ等への応用も可能である。   In this embodiment, the ND filter has been described. However, the same effect can be obtained with an optical filter in which an inorganic hard film is formed on a transparent resin substrate made of a polyester resin having a fluorene structure. For example, application to an infrared cut filter, an ultraviolet cut filter, or the like is possible by appropriately changing the laminated film.

2 光量絞り装置
9a、9b 絞り羽根
10 NDフィルタ
11 蒸着チャンバ
12 回転ドーム
13 蒸着治具
14〜16 蒸着源
17 シャッタ
21 透明樹脂基板
24 蒸着マスク
31 ND膜
32 反射防止膜
2 Light quantity diaphragm 9a, 9b Diaphragm blade 10 ND filter 11 Deposition chamber 12 Rotating dome 13 Deposition jig 14-16 Deposition source 17 Shutter 21 Transparent resin substrate 24 Deposition mask 31 ND film 32 Antireflection film

Claims (7)

透明樹脂基板の上に少なくとも誘電体膜を有する無機硬質膜を成膜することにより透過光量を調節するNDフィルタである光学フィルタにおいて、前記透明樹脂基板は、ガラス転移温度が120℃以上で屈折率が1.6以上であり、リタデーション値が30nm以下であるフルオレン構造を有するポリエステル樹脂とし、前記透明樹脂基板上にND膜、前記誘電体膜から成る反射防止膜の順で成膜して前記無機硬質膜を形成し、前記NDフィルタとしての最高濃度が1.5であり、可視光域の中心波長である少なくとも550nmの波長における反射率が1%以下であることを特徴とする光学フィルタ。 In an optical filter that is an ND filter that adjusts the amount of transmitted light by forming an inorganic hard film having at least a dielectric film on a transparent resin substrate, the transparent resin substrate has a glass transition temperature of 120 ° C. or higher and a refractive index. Is a polyester resin having a fluorene structure having a retardation value of 30 nm or less, an ND film, and an antireflection film composed of the dielectric film on the transparent resin substrate in this order. An optical filter comprising a hard film, having a maximum density of 1.5 as the ND filter, and a reflectance of 1% or less at a wavelength of at least 550 nm , which is a central wavelength in a visible light region. 前記光学フィルタは前記無機硬質膜が形成された領域と前記反射防止膜だけが形成された領域とを有することを特徴とする請求項1に記載の光学フィルタ。   The optical filter according to claim 1, wherein the optical filter includes a region where the inorganic hard film is formed and a region where only the antireflection film is formed. 前記光学フィルタは前記ND膜の光透過率が連続的に変化する領域を有することを特徴とする請求項2に記載の光学フィルタ。   The optical filter according to claim 2, wherein the optical filter has a region where the light transmittance of the ND film continuously changes. 前記反射防止膜は単層であり、前記光学フィルタの最表層に形成されていることを特徴とする請求項1〜3の何れか1つの請求項に記載の光学フィルタ。   The optical filter according to any one of claims 1 to 3, wherein the antireflection film is a single layer and is formed on an outermost layer of the optical filter. 請求項1〜4の何れか1つの請求項に記載の光学フィルタを用いたことを特徴とする光量調整装置。   A light amount adjusting device using the optical filter according to any one of claims 1 to 4. 撮影光学系と、該撮影光学系に挿脱され透過光量を調節するNDフィルタとなる光学フィルタと、光学像を電気信号に変換する撮像素子とから成る撮像装置において、前記光学フィルタは、ガラス転移温度が120℃以上で屈折率が1.6以上であり、リタデーション値が30nm以下のフルオレン構造を有するポリエステル樹脂から成る透明樹脂基板の上に、ND膜、反射防止膜の順に積層して無機硬質膜を成膜し、前記NDフィルタとしての最高濃度が1.5であり、可視光域の中心波長である少なくとも550nmの波長において1%以下の反射率であることを特徴とする光学フィルタを用いた撮像装置。 An imaging apparatus comprising: an imaging optical system; an optical filter serving as an ND filter that is inserted into and removed from the imaging optical system to adjust the amount of transmitted light; and an imaging device that converts an optical image into an electrical signal. An inorganic hard layer is formed by laminating an ND film and an antireflection film in this order on a transparent resin substrate made of a polyester resin having a fluorene structure with a temperature of 120 ° C. or higher, a refractive index of 1.6 or more, and a retardation value of 30 nm or less. An optical filter is used, wherein the optical filter is characterized in that the maximum density as the ND filter is 1.5 and the reflectance is 1% or less at a wavelength of at least 550 nm which is a central wavelength in the visible light region. The imaging device that was. 前記撮影光学系は絞り口径を形成する絞り部材を有し、前記光学フィルタは前記絞り部材に取り付けられることにより前記絞り部材と共に絞り口径を形成することを特徴とする請求項6に記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 6, wherein the photographing optical system includes a diaphragm member that forms a diaphragm aperture, and the optical filter is attached to the diaphragm member to form a diaphragm aperture together with the diaphragm member. .
JP2009117560A 2009-05-14 2009-05-14 Optical filter and imaging apparatus using the optical filter Active JP5554012B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009117560A JP5554012B2 (en) 2009-05-14 2009-05-14 Optical filter and imaging apparatus using the optical filter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009117560A JP5554012B2 (en) 2009-05-14 2009-05-14 Optical filter and imaging apparatus using the optical filter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010266661A JP2010266661A (en) 2010-11-25
JP5554012B2 true JP5554012B2 (en) 2014-07-23

Family

ID=43363683

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009117560A Active JP5554012B2 (en) 2009-05-14 2009-05-14 Optical filter and imaging apparatus using the optical filter

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5554012B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6980364B2 (en) * 2016-06-22 2021-12-15 キヤノン電子株式会社 Optical filter, light intensity adjuster and optical device
JP7378114B2 (en) * 2019-03-15 2023-11-13 東海光学株式会社 ND filter

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002332345A (en) * 2001-05-08 2002-11-22 Konica Corp Resin composition and optical lens
JP3692096B2 (en) * 2002-06-28 2005-09-07 ニスカ株式会社 ND filter, manufacturing method thereof, and diaphragm device incorporating the ND filter
JP2004205777A (en) * 2002-12-25 2004-07-22 Canon Inc Method for manufacturing optical filter
JP2004361732A (en) * 2003-06-05 2004-12-24 Fuji Photo Film Co Ltd Optical element made from plastic
JP4454389B2 (en) * 2004-05-26 2010-04-21 日立マクセル株式会社 ND filter and manufacturing method thereof
JP4963027B2 (en) * 2006-01-31 2012-06-27 キヤノン電子株式会社 ND filter, method for manufacturing the same, and light quantity reduction device using them
JP2008102363A (en) * 2006-10-19 2008-05-01 Nidec Copal Corp Nd filter and light quantity adjusting device using the same
JP4991479B2 (en) * 2006-10-27 2012-08-01 大阪瓦斯株式会社 Optical film and manufacturing method thereof
JP5227506B2 (en) * 2006-10-31 2013-07-03 キヤノン電子株式会社 ND filter
TW200827782A (en) * 2006-12-28 2008-07-01 Nippon Catalytic Chem Ind Selectively light-transmitting filter
JP2008276112A (en) * 2007-05-07 2008-11-13 Canon Electronics Inc Nd filter

Also Published As

Publication number Publication date
JP2010266661A (en) 2010-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5016872B2 (en) Optical filter
JP2008276112A (en) Nd filter
JP4988282B2 (en) Optical filter
JP5936444B2 (en) Optical element, optical system and optical apparatus using the same
US10551534B2 (en) Optical element, optical system, image pickup apparatus, and lens apparatus
JP6808355B2 (en) Optical filter and optical system with it, imaging device
JP2007206172A (en) Imaging system optical element
JP5058783B2 (en) Optical element and method of manufacturing the optical element
JP5554012B2 (en) Optical filter and imaging apparatus using the optical filter
JP2010175941A (en) Optical filter and method of manufacturing the same, and image capturing apparatus having the same
US7295391B1 (en) ND filter for aperture device and aperture device comprising ND filter
JP5287362B2 (en) Optical filter and imaging system
JP2011081083A (en) Neutral density (nd) filter
JP5126089B2 (en) Ray cut filter
JP4945275B2 (en) Manufacturing method of optical filter
JP2010061008A (en) Optical filter
US20240201424A1 (en) Optical element, imaging optical system, and optical apparatus
JP3816048B2 (en) Manufacturing method of ND filter, ND filter, light amount diaphragm device and camera having these ND filters
JP5543515B2 (en) camera
TW201833629A (en) Anti-halo low warpage optical low pass filter
JP2018036371A (en) Optical filter
TW202415984A (en) Bokeh filter membrane, imaging optical lens assembly, imaging apparatus and electronic device
JP5711921B2 (en) Optical filter and gradation ND filter
JP2000206325A (en) Infrared ray cut filter and imaging device by using infrared ray cut filter
JP2014026207A (en) Optical filter

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20120411

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20121212

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130611

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130809

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140128

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140326

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140430

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140528

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5554012

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250