JP6224314B2 - Optical filter and optical apparatus - Google Patents

Optical filter and optical apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP6224314B2
JP6224314B2 JP2012252709A JP2012252709A JP6224314B2 JP 6224314 B2 JP6224314 B2 JP 6224314B2 JP 2012252709 A JP2012252709 A JP 2012252709A JP 2012252709 A JP2012252709 A JP 2012252709A JP 6224314 B2 JP6224314 B2 JP 6224314B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
refractive index
thin film
gradient
substrate
film
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
JP2012252709A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2014102297A (en
JP2014102297A5 (en
Inventor
内山　真志
真志 内山
柳　道男
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 JP2012252709A priority Critical patent/JP6224314B2/en
Priority to PCT/JP2013/081080 priority patent/WO2014077399A1/en
Priority to US14/443,191 priority patent/US9513417B2/en
Publication of JP2014102297A publication Critical patent/JP2014102297A/en
Publication of JP2014102297A5 publication Critical patent/JP2014102297A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6224314B2 publication Critical patent/JP6224314B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
  • Optical Filters (AREA)
  • Surface Treatment Of Optical Elements (AREA)

Description

本発明は、光透過性の基板上に光吸収性の薄膜と反射防止構造体をこの順に設けた光学フィルタ及びそれを撮像光学系に用いた光学機器に関する。   The present invention relates to an optical filter in which a light-absorbing thin film and an antireflection structure are provided in this order on a light-transmitting substrate, and an optical apparatus using the same in an imaging optical system.

各種様々な用途で使用されている光学フィルタは、フィルタ自身の反射に起因した問題を抱えている事が多い。例えば、撮像光学系などで使用される光学フィルタでは、フィルタを透過した光の一部が、他の部材によって反射され、光学フィルタの光出射面から、再び光学フィルタに入射される現象が起きる場合がある。このような場合に、光学フィルタがこの入射光の波長領域に反射率を持っていると、再度光を反射してしまい、これに起因した不具合を発生させる事がある。従って、光学フィルタにおける反射防止機能の更なる強化が強く望まれている。   Optical filters used in various applications often have problems due to the reflection of the filter itself. For example, in an optical filter used in an imaging optical system or the like, a phenomenon occurs in which a part of light transmitted through the filter is reflected by another member and is incident on the optical filter again from the light emission surface of the optical filter. There is. In such a case, if the optical filter has a reflectance in the wavelength range of the incident light, the light is reflected again, and a defect caused by this may occur. Therefore, further enhancement of the antireflection function in the optical filter is strongly desired.

光吸収を持つタイプの光学フィルタにおいても、吸収構造体を有する面の反射率を限りなくゼロに近づけておけば、光吸収特性を調整する事によって所望の透過特性を得る事が可能である。
このような所望の波長領域に吸収を持つタイプの光学フィルタとしては、例えば光量絞り装置などで用いられる、吸収型のＮＤ（Ｎｅｕｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルタなどが一般的に広く知られている。 Even in a type of optical filter having light absorption, it is possible to obtain desired transmission characteristics by adjusting the light absorption characteristics if the reflectance of the surface having the absorption structure is made as close to zero as possible.
As such a type of optical filter having absorption in a desired wavelength region, for example, an absorption ND (Neutral Density) filter used in a light quantity diaphragm device or the like is generally widely known.

このような光学フィルタの反射低減策としては次のような方法が知られている。まず、特許文献１では、例えばＳｉＯ2、ＭｇＦ2、Ｎｂ2Ｏ5、ＴｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＺｒＯ2等の異なる材料からなる屈折率の異なる数種類の薄膜を積層して多層膜タイプの反射防止膜とし、任意の波長領域の反射率を抑制する方法が提案されている。また、特許文献２には、反射防止構造体として微細周期構造体を用いたＮＤフィルタが開示されている。更に、光吸収膜において所望の光透過特性を得る例として、特許文献３では、透過平坦性を向上させる方法が提案されている。 The following method is known as a reflection reduction measure for such an optical filter. First, in Patent Document 1, for example, several types of thin films made of different materials such as SiO 2 , MgF 2 , Nb 2 O 5 , TiO 2 , Ta 2 O 5 , and ZrO 2 are laminated to form a multilayer film type. A method of suppressing the reflectance in an arbitrary wavelength region by using an antireflection film has been proposed. Patent Document 2 discloses an ND filter using a fine periodic structure as an antireflection structure. Furthermore, as an example of obtaining desired light transmission characteristics in the light absorption film, Patent Document 3 proposes a method for improving transmission flatness.

特開平８−０７５９０２号公報JP-A-8-0795902 特開２００９−１２２２１６号公報JP 2009-122216 A 特開２０１０−２７７０９４号公報JP 2010-277094 A

しかしながら、特許文献１で示されたような多層膜での反射防止膜の場合には、広い波長領域にわたって反射率を大幅に低減するには、多層膜を構成する薄膜材料として使用できる材料が限定されているため、相当の層数を必要としたり、設計が複雑になってしまう。   However, in the case of the antireflection film in the multilayer film as shown in Patent Document 1, in order to significantly reduce the reflectance over a wide wavelength region, the materials that can be used as the thin film material constituting the multilayer film are limited. Therefore, a considerable number of layers is required and the design becomes complicated.

また、特許文献２で示されている、サブミクロンピッチで形成された微細周期構造体をＮＤフィルタの反射防止構造体とする場合は、特許文献１で示した多層膜構成の場合よりも、反射防止の波長領域を拡げる事が比較的容易であり、さらに、反射率の低減も容易である。しかしながら、引用文献２に記載されている基板上に微細周期構造体を設ける構成では、これらの界面での光反射が問題となる場合がある。また、例えば多層薄膜からなる光吸収層でも、各薄膜間での光の反射が問題となる場合もあり、フィルタ内部で生じる光反射を多層膜の干渉効果のみでこれら全てを打ち消しあい、フィルタ総体としての反射をゼロに近づける事は著しく困難である。   Further, when the fine periodic structure formed at a submicron pitch shown in Patent Document 2 is used as the antireflection structure of the ND filter, the reflection is more effective than the multilayer film structure shown in Patent Document 1. It is relatively easy to expand the wavelength region for prevention, and the reflectance can be easily reduced. However, in the configuration in which the fine periodic structure is provided on the substrate described in the cited document 2, light reflection at these interfaces may be a problem. In addition, for example, even in a light absorption layer composed of a multilayer thin film, reflection of light between the thin films may be a problem. The reflection of light occurring inside the filter is canceled out only by the interference effect of the multilayer film, and the filter as a whole. It is extremely difficult to make the reflection as zero close to zero.

特許文献３では、所望の波長領域での分散特性が小さい吸収材料を用いる事で透過率の平坦性を向上させる方法が提案されている。   Patent Document 3 proposes a method for improving the flatness of the transmittance by using an absorbing material having a small dispersion characteristic in a desired wavelength region.

本発明の目的は、上述のような光吸収性を有する光学フィルタの反射率に起因した不具合を低減した光学フィルタを提供する事にある。他の目的として、生産性良く透過率の平坦性を向上させた光学フィルタを得ることにある。
また、このような低反射かつ吸収性を備えた光学フィルタを撮像光学系に用いる事で、フィルタの反射率に起因した不具合、例えばゴーストの発生などを低減し、高画質化など高精度化を実現できる光学機器を提供する事にある。 The objective of this invention is providing the optical filter which reduced the malfunction resulting from the reflectance of the optical filter which has the above light absorptivity. Another object is to obtain an optical filter having improved flatness of transmittance with high productivity.
In addition, by using such an optical filter with low reflection and absorption in the imaging optical system, it is possible to reduce defects such as ghosting caused by the reflectance of the filter, for example, and to improve accuracy such as high image quality. It is to provide an optical device that can be realized.

本発明にかかる光学フィルタの第一の態様は、The first aspect of the optical filter according to the present invention is:
光透過性を有する基板と、  A substrate having optical transparency;
前記基板上に設けられて膜厚方向に屈折率が変化する屈折率傾斜薄膜と、  A refractive index gradient thin film provided on the substrate and having a refractive index changing in a film thickness direction;
前記屈折率傾斜薄膜上に設けられる反射防止構造体と  An antireflection structure provided on the gradient refractive index thin film;
を備え、With
前記屈折率傾斜薄膜は、光吸収特性を有し、且つ屈折率の増減を伴った複数の変化点を  The gradient refractive index thin film has a light absorption characteristic, and has a plurality of change points accompanied by increase / decrease in the refractive index.
持つ屈折率変化が、前記基板側から前記反射防止構造体側に向けて減少傾向となる屈折率Refractive index having a decreasing tendency from the substrate side toward the antireflection structure side
傾斜特性を有するとともに、In addition to having tilt characteristics,
前記屈折率傾斜薄膜は、前記屈折率変化における前記複数の変化点として屈折率が増加  The gradient refractive index thin film has an increased refractive index as the plurality of change points in the refractive index change.
後に減少へ変化する複数の極大値を含み、かつ、前記複数の極大値のうち前記基板側に最It includes a plurality of maximum values that subsequently change to a decrease, and of the plurality of maximum values,
も近い極大値が、前記屈折率変化の最大値である屈折率傾斜特性を有し、A local maximum value having a refractive index gradient characteristic which is the maximum value of the refractive index change,
前記屈折率傾斜薄膜は、その膜厚方向において、  The refractive index gradient thin film is in the film thickness direction,
可視波長領域の分光透過特性が長波長側になるにつれて高くなる領域と、  A region where the spectral transmission characteristic in the visible wavelength region becomes higher as it becomes longer,
可視波長領域の分光透過特性が長波長側になるにつれて低くなる領域と、  The region where the spectral transmission characteristics in the visible wavelength region become lower as it goes to the longer wavelength side,
を有することを特徴とする。It is characterized by having.

本発明にかかる光学フィルタの第二の態様は、
光透過性を有する基板と、
前記基板上に設けられて膜厚方向に屈折率が変化する屈折率傾斜薄膜と、
前記屈折率傾斜薄膜上に設けられる反射防止構造体と
を備え、
前記屈折率傾斜薄膜は、光吸収特性を有し、且つ屈折率の増減を伴った複数の変化点を
持つ屈折率変化が、前記基板側から前記反射防止構造体側に向けて減少傾向となる屈折率
傾斜特性を有するとともに、
前記屈折率傾斜薄膜は、前記屈折率変化における前記複数の変化点として屈折率が増加
後に減少へ変化する複数の極大値を含み、かつ、前記複数の極大値のうち前記基板側に最
も近い極大値が、前記屈折率変化の最大値である屈折率傾斜特性を有し、
前記屈折率傾斜薄膜は、その膜厚方向において、
可視波長領域の分光透過特性が長波長側になるにつれて高くなる領域から可視波長領域
の分光透過特性が長波長側になるにつれて低くなる領域へ変化する領域を有することを特
徴とする。
本発明にかかる光学機器は、光学フィルタを撮影光学系に用いた光学機器であって、前
記光学フィルタが、上記構成の光学フィルタであることを特徴とする。 The second aspect of the optical filter according to the present invention is:
A substrate having optical transparency;
A refractive index gradient thin film provided on the substrate and having a refractive index changing in a film thickness direction;
An antireflection structure provided on the refractive index gradient thin film,
The refractive index gradient thin film has a light absorption characteristic, and a refractive index change having a plurality of change points accompanied by a change in refractive index tends to decrease from the substrate side toward the antireflection structure side. In addition to having a rate slope characteristic,
The gradient refractive index thin film includes a plurality of maximum values that change to decrease after the refractive index increases as the plurality of change points in the refractive index change, and among the plurality of maximum values, the maximum closest to the substrate side The value has a refractive index gradient characteristic that is the maximum value of the refractive index change,
The refractive index gradient thin film is in the film thickness direction,
It has a region that changes from a region where the spectral transmission characteristic in the visible wavelength region becomes higher as it goes to the longer wavelength side to a region that becomes lower as the spectral transmission property in the visible wavelength region goes toward the longer wavelength side.
An optical apparatus according to the present invention is an optical apparatus using an optical filter in a photographing optical system, and the optical filter is an optical filter having the above-described configuration.

本発明によれば、反射を低減し、優れた吸収性を有する光学フィルタを得る事ができる。この光学フィルタを撮影光学系に用いた場合、フィルタの反射に起因した、例えばゴーストなどの不具合を低減することができ、透過光量を良好に制限することができる撮影光学系を提供する事が可能である。
また、このような光学フィルタを特に光量絞り装置などに用いた撮像装置は、高画質化を可能とした装置を得る事が可能である。 According to the present invention, it is possible to obtain an optical filter that reduces reflection and has excellent absorbency. When this optical filter is used in a photographic optical system, it is possible to provide a photographic optical system that can reduce defects such as ghosts caused by the reflection of the filter and can effectively limit the amount of transmitted light. It is.
In addition, an imaging apparatus that uses such an optical filter, particularly in a light quantity diaphragm device, can obtain an apparatus that can improve image quality.

本発明に係る屈折率傾斜薄膜の屈折率プロファイル例を示す図である。It is a figure which shows the refractive index profile example of the gradient refractive index thin film which concerns on this invention. 本実施形態に記載の３つの屈折率極大値の配置例を示した表である。It is the table | surface which showed the example of arrangement | positioning of three refractive index local maximum values as described in this embodiment. 本実施例１により作製された光学フィルタの構成図である。2 is a configuration diagram of an optical filter manufactured according to Example 1. FIG. 本実施例１に記載の光学フィルタの構成例である。2 is a configuration example of an optical filter described in the first embodiment. 多層膜と屈折率傾斜薄膜の電子顕微鏡図である。It is an electron microscope figure of a multilayer film and a refractive index gradient thin film. 実施例１に記載のＴｉＯとＴｉ2Ｏ3の分光透過率特性の例を示す図である。6 is a diagram showing an example of spectral transmittance characteristics of TiO and Ti 2 O 3 described in Example 1. FIG. 本発明の実施に用いたスパッタ装置の概略平面図である。It is a schematic plan view of the sputtering apparatus used for implementation of this invention. 本実施例１に記載の屈折率傾斜薄膜の屈折率プロファイルを示す図である。左方に基板が配置され、右方に反射防止構造体が配置される。It is a figure which shows the refractive index profile of the refractive index gradient thin film as described in this Example 1. FIG. The substrate is arranged on the left side, and the antireflection structure is arranged on the right side. 本実施例１により作製された光学フィルタの分光反射率特性を示す図である。It is a figure which shows the spectral reflectance characteristic of the optical filter produced by the present Example 1. 本実施例２により作製された光学フィルタの構成図である。6 is a configuration diagram of an optical filter manufactured according to Example 2. FIG. 本実施例２に記載の光学フィルタの構成例を示す図である。6 is a diagram illustrating a configuration example of an optical filter described in Embodiment 2. FIG. 本実施例２に記載の屈折率傾斜薄膜の屈折率プロファイルを示す図である。左方に基板が配置され、右方に反射防止構造体が配置される。It is a figure which shows the refractive index profile of the refractive index gradient thin film as described in the present Example 2. The substrate is arranged on the left side, and the antireflection structure is arranged on the right side. 本実施例２により作製された光学フィルタの分光反射率特性を示す図である。It is a figure which shows the spectral reflectance characteristic of the optical filter produced by the present Example 2. 実施例３の光学フィルタを用いた光学撮影装置の光学系の説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of an optical system of an optical photographing apparatus using the optical filter of Example 3.

本発明にかかる光学フィルタは、光透過性を有する基板と、基板上に設けた光吸収性を有する屈折率傾斜薄膜と、屈折率傾斜薄膜上に設けた反射防止構造体とを有する。   An optical filter according to the present invention includes a light-transmitting substrate, a light-absorbing refractive index gradient thin film provided on the substrate, and an antireflection structure provided on the refractive index gradient thin film.

基板としては、光学フィルタの基板としての強度や光学特性を有するものであり、屈折率傾斜薄膜及び反射防止構造体の形成用の基体として機能可能であるものが利用される。このような基板としては、ＢＫ７やＳＦＬ−６などガラス系の材料からなる基板、またはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルホン）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＯ（ポリオレフィン）、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、及びＴＡＣ（トリアセチルセルロース）等から選択した樹脂材料からなる基板を用いることができる。また、ガラス基板と樹脂層との複合材料からなる基板や、有機材と無機材を混合させた有機無機ハイブリッド基板を用いることもできる。基板の光学特性として、可視光波長領域における全光線透過率８９％以上が好ましく、９１％以上がさらに好ましい。全光線透過率は、樹脂材料の基板を用いる際は、特に８９％以上が好ましい。   As the substrate, those having strength and optical characteristics as the substrate of the optical filter and capable of functioning as a base for forming the gradient refractive index thin film and the antireflection structure are used. As such a substrate, a substrate made of a glass-based material such as BK7 or SFL-6, or PET (polyethylene terephthalate), PEN (polyethylene naphthalate), PES (polyethersulfone), PC (polycarbonate), PO ( A substrate made of a resin material selected from polyolefin, PI (polyimide), PMMA (polymethylmethacrylate), TAC (triacetylcellulose), and the like can be used. Moreover, the board | substrate which consists of a composite material of a glass substrate and a resin layer, and the organic-inorganic hybrid board | substrate which mixed the organic material and the inorganic material can also be used. As the optical characteristics of the substrate, the total light transmittance in the visible light wavelength region is preferably 89% or more, and more preferably 91% or more. The total light transmittance is particularly preferably 89% or more when using a resin material substrate.

屈折率傾斜薄膜は光吸収性を有する薄膜であり、その厚さ方向において基板と反射防止構造体との間に配置される。屈折率傾斜薄膜の光吸収性は、目的とする光学フィルタの機能や特性に応じて設定される。屈折率傾斜薄膜は、光吸収性を有し、かつ、基板側から反射防止構造体側に向かって、屈折率の増減を伴う複数の変化点を含む屈折率変化が減少する屈折率傾斜特性を有することによって、反射を低減しつつ、吸収性を調整することができる。屈折率傾斜薄膜は、例えば、光吸収性を有するために屈折率が１．８以上となる領域を有することが好ましい。   The gradient refractive index thin film is a light-absorbing thin film, and is disposed between the substrate and the antireflection structure in the thickness direction. The light absorptivity of the gradient refractive index thin film is set according to the function and characteristics of the target optical filter. The gradient refractive index thin film has light absorptivity and has a gradient refractive index characteristic in which a change in refractive index including a plurality of change points accompanied by increase / decrease in the refractive index decreases from the substrate side toward the antireflection structure side. Thus, the absorptivity can be adjusted while reducing reflection. For example, the gradient refractive index thin film preferably has a region where the refractive index is 1.8 or more in order to have light absorption.

屈折率傾斜薄膜は、その厚さ方向において連続的かつ周期的に変化する屈折率変化を有することが好ましい。この屈折率変化は、
（１）前記基板側において、前記屈折率変化の前記基板側の終点まで、前記屈折率が前記基板の屈折率に近づくように変化する部分と、
（２）前記反射防止構造体側において、前記屈折率変化の前記反射防止構造体側の終点まで、前記屈折率が前記反射防止構造体の屈折率に近づくように変化する部分と
を有する。 The gradient refractive index thin film preferably has a refractive index change that continuously and periodically changes in the thickness direction. This refractive index change is
(1) On the substrate side, the portion where the refractive index changes so as to approach the refractive index of the substrate, until the end of the refractive index change on the substrate side;
(2) On the side of the antireflection structure, a portion where the refractive index changes so as to approach the refractive index of the antireflection structure up to an end point on the antireflection structure side of the refractive index change.

なお、上記の屈折率変化の基板側終点とは、例えば、図１におけるＡで示された点であり、反射防止構造体側の終点はＢで示された点である。図１に示す例では、屈折率分布の変化の基板側終点（あるいは起点）Ａを含む末端部分において、この点Ａを含む末端部分において屈折率傾斜薄膜の屈折率が基板の屈折率に近づくように変化している。屈折率分布の変化の反射防止構造体終点（あるいは起点）Ｂを含む末端部分においても同様に、この点Ｂを含む末端部分において屈折率傾斜薄膜の屈折率が反射防止構造体の屈折率に近づくように変化している。なお、点Ａは基板側界面に位置してもよい。また、点Ｂも反射防止構造体側の界面に位置してもよい。   Note that the substrate side end point of the above refractive index change is, for example, a point indicated by A in FIG. 1, and the end point on the antireflection structure side is a point indicated by B. In the example shown in FIG. 1, at the terminal portion including the substrate side end point (or starting point) A of the change in the refractive index distribution, the refractive index of the gradient refractive index thin film approaches the refractive index of the substrate at the terminal portion including this point A. Has changed. Similarly, at the end portion including the end point (or starting point) B of the antireflection structure whose refractive index distribution changes, the refractive index of the gradient refractive index thin film approaches the refractive index of the antireflection structure at the end portion including the point B. Has changed. The point A may be located at the substrate side interface. Point B may also be located at the interface on the antireflection structure side.

なお、成膜方法によっては、基板上に形成される厚さ方向における薄膜の最初の領域や、反射防止構造体側に位置する薄膜の最後の領域などで、屈折率が一定である部分が生じても良い。例えば、後述するとおり、基板上に屈折率傾斜薄膜を成膜する際に、複数の薄膜形成用材料の配合比を変化させて膜厚方向での屈折率の連続的な変化を形成する場合、一定の成膜材料濃度で成膜を開始してから、ある時間経過後に複数の薄膜形成用材料の配合比を変化させる場合には、上記のような厚さ方向における屈折率の変化がない部分が生じてもよい。   Depending on the film formation method, there may be a portion where the refractive index is constant in the first region of the thin film in the thickness direction formed on the substrate or the last region of the thin film located on the antireflection structure side. Also good. For example, as described later, when forming a gradient refractive index thin film on a substrate, when changing the blending ratio of a plurality of thin film forming materials to form a continuous change in refractive index in the film thickness direction, When changing the blending ratio of a plurality of thin film forming materials after a certain period of time has elapsed since the start of film formation at a constant film forming material concentration, there is no change in the refractive index in the thickness direction as described above. May occur.

基板側の屈折率変化の終点における屈折率は、基板の屈折率と同じか、あるいは、基板の屈折率に対して、目的とする光学フィルタの特性において許容される屈折率差の範囲内の屈折率であればよい。反射防止構造体側の屈折率変化の終点における屈折率も同様に、反射防止構造体の屈折率と同じか、あるいは、反射防止構造体の屈折率に対して、透過光の波長または波長領域における目的とする光学フィルタの特性において許容される屈折率差の範囲内の屈折率であればよい。これらの屈折率差は０．０５以下が好ましい。従って、上述した厚さ方向における屈折率の変化がない部分が基板側の界面に接して存在する場合についても、この屈折率変化のない部分の屈折率が、基板の屈折率に対して０．０５以内の屈折率差を有することが好ましい。この点は、反射防止構造体側の界面に接して厚さ方向における屈折率の変化がない部分が存在する場合においても同様である。   The refractive index at the end of the refractive index change on the substrate side is the same as the refractive index of the substrate, or is within the range of the refractive index difference allowed in the characteristics of the target optical filter with respect to the refractive index of the substrate. Any rate is acceptable. Similarly, the refractive index at the end point of the refractive index change on the antireflection structure side is the same as the refractive index of the antireflection structure, or the objective in the wavelength or wavelength region of transmitted light with respect to the refractive index of the antireflection structure. Any refractive index within the range of the refractive index difference allowed in the characteristics of the optical filter is acceptable. These refractive index differences are preferably 0.05 or less. Therefore, even when the portion where the refractive index does not change in the thickness direction described above is in contact with the interface on the substrate side, the refractive index of the portion where the refractive index does not change is 0. 0 relative to the refractive index of the substrate. The refractive index difference is preferably within 05. This also applies to the case where there is a portion where the refractive index does not change in the thickness direction in contact with the interface on the antireflection structure side.

また、屈折率傾斜薄膜の基板側の屈折率変化の終点と基板との屈折率差も、目的とする光学フィルタの特性において許容される屈折率差であればよく、０．０５より小さいことが好ましい。   In addition, the refractive index difference between the refractive index change end point on the substrate side of the gradient refractive index thin film and the substrate may be a refractive index difference allowed in the characteristics of the target optical filter, and is smaller than 0.05. preferable.

屈折率傾斜薄膜の厚さ方向の屈折率の変化の幅は、目的とする光学フィルタの特性や屈折率傾斜薄膜形成用の材料の種類やその組合せなどによって各種設定できる。例えば、屈折率傾斜薄膜の厚さ方向において、３種類の元素を用いて、例えばＳｉ、Ａｌ、Ｏならば、ＳｉＯ2からなる領域からＡｌ2Ｏ3からなる領域に変化させる場合は１．４７〜１．６５程度の範囲内で、また例えば酸素との結合割合によって光吸収性の変化する材料であるＴｉを含んだ３種類の元素Ｓｉ、Ｔｉ、Ｏならば、ＳｉＯ2からなる領域からＴｉＯ2からなる領域に変化させる場合は１．４７〜２．７０程度の範囲内で変化させることができる。 The width of the change in the refractive index in the thickness direction of the gradient refractive index thin film can be variously set according to the characteristics of the target optical filter, the type of material for forming the gradient refractive index thin film, a combination thereof, and the like. For example, in the thickness direction of the gradient refractive index thin film, using three kinds of elements, for example, Si, Al, and O, when changing from a region made of SiO 2 to a region made of Al 2 O 3, 1.47. If the three elements Si, Ti, and O containing Ti, which is a material whose light absorption changes within a range of about ˜1.65, for example, depending on the bonding ratio with oxygen, TiO 2 from the region composed of SiO 2 In the case of changing to an area consisting of 2 , it can be changed within a range of about 1.47 to 2.70.

屈折率傾斜薄膜の膜厚は、目的とする機能に応じて適宜選択できる。屈折率傾斜薄膜の膜厚は、１０〜４０００ｎｍ、より好ましくは１００〜１０００ｎｍとすることができる。   The thickness of the gradient refractive index thin film can be appropriately selected according to the intended function. The thickness of the gradient refractive index thin film can be 10 to 4000 nm, more preferably 100 to 1000 nm.

反射防止構造体は、所望の光学フィルタの光学特性を得るために必要とされる反射防止機能を有するものであればよい。反射防止構造体としては、基板を透過する可視光の波長よりも短い周期で構成された凹凸構造を持つ微細構造体や、複数層の薄膜で形成された反射防止膜を用いることができる。微細構造体は、所望の光学フィルタの光学特性を得るために必要とされる反射防止機能を有するものであればよい。微細構造体としては、可視光の波長よりも短いピッチで多数の微細な突起が配列された面を有する微細構造体、あるいは可視光の波長よりも短いピッチでの凹凸の繰り返しを設けた面を有する微細構造体を用いることができる。この微細構造体としては、ランダムに形成された針状体及び柱状体等の突起、階段形状に微細に形成された凹凸構造の突出部または凹部によって大気や隣接する媒体との屈折率差を低減したものも含む。この微細構造体としては、公知の微細構造体から目的に応じて選択したものを用いることができる。例えば、基板を透過する可視光の波長よりも短い繰返し周期で配置された多数の突起からなる周期構造、あるいは基板を透過する可視光の波長よりも短い繰返し周期の凹凸構造からなる周期構造を持つ微細周期構造体であれば、光ナノインプリントなどの方法を用いて再現性良く作成することができる。   Any antireflection structure may be used as long as it has an antireflection function required to obtain optical characteristics of a desired optical filter. As the antireflection structure, a fine structure having a concavo-convex structure formed with a period shorter than the wavelength of visible light transmitted through the substrate, or an antireflection film formed of a plurality of thin films can be used. The fine structure should just have the antireflection function required in order to obtain the optical characteristic of a desired optical filter. As a fine structure, a fine structure having a surface on which a large number of fine protrusions are arranged at a pitch shorter than the wavelength of visible light, or a surface provided with repeated irregularities at a pitch shorter than the wavelength of visible light is used. A microstructure having the same can be used. This fine structure reduces the difference in refractive index from the atmosphere and adjacent media by randomly forming protrusions such as needles and pillars, and protrusions or recesses of a concavo-convex structure finely formed in a staircase shape. Also included. As this fine structure, one selected from known fine structures according to the purpose can be used. For example, it has a periodic structure consisting of a large number of protrusions arranged with a repetition period shorter than the wavelength of visible light transmitting through the substrate, or a periodic structure consisting of an uneven structure with a repetition period shorter than the wavelength of visible light transmitting through the substrate. If it is a fine periodic structure, it can be produced with good reproducibility using a method such as optical nanoimprint.

なお、基板と、膜厚方向に屈折率が連続的に変化する屈折率傾斜薄膜と、所望の光の波長領域において反射防止効果を発現する反射防止構造体とを、それぞれこの順番に隣接させ配置する事で、光学フィルタ内での光の反射率を著しく低減させることができる。本発明では、光吸収性を有し、且つ屈折率の増減を伴った複数の変化点を持つ屈折率変化が、前記基板側から前記反射防止構造体側に向けて減少傾向となる屈折率傾斜特性を有することによって反射を低減した吸収タイプの光学フィルタを得る事が可能となる。   The substrate, the gradient refractive index thin film whose refractive index continuously changes in the film thickness direction, and the antireflection structure that exhibits the antireflection effect in the desired wavelength region are arranged adjacent to each other in this order. By doing so, the reflectance of light in the optical filter can be significantly reduced. In the present invention, a refractive index gradient characteristic in which a refractive index change having a plurality of change points with light absorption and a change in refractive index tends to decrease from the substrate side toward the antireflection structure side. Therefore, it is possible to obtain an absorption type optical filter with reduced reflection.

さらに、屈折率傾斜薄膜の各界面と隣接する物質との屈折率差を小さくする事で、反射防止構造体と屈折率傾斜薄膜の界面での反射、及び屈折率傾斜薄膜と基板との界面の反射を小さくしたとしても、反射防止構造体が単層膜で形成された場合は空気層と、反射防止構造体での界面反射が発生する。従って、反射防止構造体は、この界面での反射を低減可能な微細周期構造体、若しくは干渉効果により反射防止構造体総体として、この界面領域の反射を低減可能な複数層の薄膜で形成された反射防止膜が好ましく用いられる。   Furthermore, by reducing the refractive index difference between each interface of the gradient index thin film and the adjacent material, reflection at the interface between the antireflection structure and the gradient index thin film, and the interface between the gradient index thin film and the substrate are reduced. Even if the reflection is reduced, when the antireflection structure is formed of a single layer film, interface reflection occurs between the air layer and the antireflection structure. Therefore, the antireflection structure is formed of a multi-layered thin film capable of reducing reflection at the interface region as a fine periodic structure that can reduce reflection at the interface, or as an overall antireflection structure due to an interference effect. An antireflection film is preferably used.

ここで、光が異なる屈折率を持つ２つの物質が接触する境界面に入射する際、一部は反射し、一部は透過（屈折）する。フレネル反射とは、この光の一部に生じる反射の事である。この反射は、屈折率差と入射角に依存する。   Here, when light enters a boundary surface where two substances having different refractive indexes are in contact, a part of the light is reflected and a part of the light is transmitted (refracted). Fresnel reflection is a reflection that occurs in a part of this light. This reflection depends on the refractive index difference and the incident angle.

例えば、屈折率ｎ1の媒質からｎ2の媒質へ、界面に垂直に光が入射したとき，入射光の強度をＩ0とすると、反射強度Ｉは Ｉ＝Ｉ0*( (ｎ1-ｎ2)/(ｎ1+ｎ2) )^２となる。従って、同じ入射角では、ｎ1とｎ2とが同じ値に近づくほど反射（強度）は小さくなる。また、屈折率傾斜薄膜のように、連続的に屈折率が変化する場合においては、近似的に単位膜厚中の屈折率差を小さくする方が反射（強度）は小さくなると考えられる。 For example, from a medium of refractive index n 1 to n 2 of the medium, when light is incident perpendicularly to the interface, when the intensity of incident light and I 0, the reflection intensity I I = I 0 * ((n 1 -n 2 ) / (n 1 + n 2 )) ^ 2. Therefore, at the same incident angle, the reflection (intensity) decreases as n 1 and n 2 approach the same value. Further, when the refractive index changes continuously as in the case of a gradient refractive index thin film, it is considered that the reflection (intensity) becomes smaller when the refractive index difference in the unit film thickness is reduced approximately.

所望の吸収を得つつ、所望の透過特性を得るためには、屈折率傾斜薄膜中に屈折率の高い領域が複数必要となるが、以上の理由より、屈折率傾斜薄膜の膜厚を最小化する為には、この複数の高屈折率領域を屈折率傾斜薄膜中にどのように配置するかが重要になる。本発明の一態様において、屈折率傾斜薄膜の屈折率変化は、その膜厚方向の屈折率変化における増加率の傾きが正から負へ変化する屈折率の変化点（ピーク）を複数備える。増加率の傾きが負から正へ変化する屈折率の変化点（ボトム）は、隣合うピークの間に設けられる。   In order to obtain the desired transmission characteristics while obtaining the desired absorption, a plurality of regions having a high refractive index are required in the gradient refractive index thin film. For the above reasons, the thickness of the gradient refractive index thin film is minimized. In order to achieve this, it is important how to arrange the plurality of high refractive index regions in the gradient refractive index thin film. In one aspect of the present invention, the refractive index change of the gradient refractive index thin film includes a plurality of refractive index change points (peaks) at which the gradient of the increase rate in the refractive index change in the film thickness direction changes from positive to negative. The change point (bottom) of the refractive index at which the gradient of the increase rate changes from negative to positive is provided between adjacent peaks.

例えば図２（ａ）で示すように基板や反射防止構造体の屈折率よりも高い屈折率のピークが３つある場合を考える。仮に、基板の屈折率（図２（ａ）中Ｓｕｂ）を１．５、反射防止構造体である微細周期構造体の屈折率（図２（ａ）中のＳＷＳ）を１．０、３つの屈折率ピーク（図２（ａ）中のｎ1〜3）を２．０、２．５、３．０、屈折率傾斜薄膜界面の屈折率は隣接する基板、若しくは反射防止構造体と同じであると仮定する。この場合、図２中のＮｏ．１、３、５、６のように、基板側から反射防止構造体側に向かって屈折率ピークを結んだ線が単調増加から単調減少へ、変化するような、頂点が１つだけとなるようなプロファイルとなるように配置すれば膜厚を最小化する事ができる。逆に図２中のＮｏ．２、４のように配置すると、最大膜厚が必要となってしまう。 For example, consider the case where there are three peaks of refractive index higher than the refractive index of the substrate or the antireflection structure as shown in FIG. Temporarily, the refractive index of the substrate (Sub in FIG. 2A) is 1.5, the refractive index of the fine periodic structure that is the antireflection structure (SWS in FIG. 2A) is 1.0, The refractive index peak (n 1 to 3 in FIG. 2A) is 2.0, 2.5, 3.0, and the refractive index of the refractive index gradient thin film interface is the same as that of the adjacent substrate or antireflection structure. Assume that there is. In this case, No. 2 in FIG. As shown in 1, 3, 5, and 6, the line connecting the refractive index peaks from the substrate side toward the antireflection structure side changes from monotonically increasing to monotonically decreasing, so that there is only one vertex. If it arrange | positions so that it may become a profile, a film thickness can be minimized. Conversely, No. 2 in FIG. If it arrange | positions like 2 and 4, the maximum film thickness will be needed.

ここで、単調増加とは、隣り合う屈折率ピークが基板側から反射構造体側に向かって、減少することなく、順次増加していることである。また、単調減少とは、隣り合う屈折率ピークが基板側から反射構造体側に向かって、増加することなく、順次減少することである。全ての屈折率ピークを結んだ曲線は、膜厚方向を横軸、屈折率を縦軸とすると屈折率ピークの中で屈折率が最大値となる一つのピークを頂点として上に凸となる形状となる。そして、屈折率傾斜薄膜が上述の単調増加及び単調減少を伴う複数の屈折率ピークを持った屈折率傾斜特性を有するようにすれば、屈折率傾斜薄膜の膜厚を最小化することができる。このとき、基板の屈折率と、複数の傾き変化領域に対応した極大値の屈折率と、反射防止構造体の屈折率との関係が、基板側から反射防止構造体側に向かって、単調増加から単調減少としたという。   Here, “monotonically increasing” means that adjacent refractive index peaks sequentially increase without decreasing from the substrate side toward the reflecting structure side. Monotonic decrease means that adjacent refractive index peaks decrease sequentially without increasing from the substrate side toward the reflecting structure side. The curve connecting all the refractive index peaks has a shape in which the horizontal axis is the thickness direction and the vertical axis is the refractive index. It becomes. If the refractive index gradient thin film has a refractive index gradient characteristic having a plurality of refractive index peaks accompanied by the monotonic increase and monotonic decrease described above, the film thickness of the refractive index gradient thin film can be minimized. At this time, the relationship between the refractive index of the substrate, the refractive index of the local maximum corresponding to the plurality of tilt change regions, and the refractive index of the antireflection structure is monotonically increased from the substrate side to the antireflection structure side. It is said to be monotonous.

また、図２（ｂ）は、図２（ａ）と同様の仮定で、４つの屈折率ピーク（図２（ｂ）中のｎ１〜４）を２．０、２．５、３．０、３．５とした場合を示している。図２（ｂ）ではＮｏ．１、７、１３、１５、１９、２１、２３、２４の配置とした場合に膜厚を最小化する事ができ、Ｎｏ．４、５、６、１０、１１、１２、１４、１６配置とした場合には逆に最大の膜厚が必要となる。   Moreover, FIG.2 (b) assumes four refractive index peaks (n1-4 in FIG.2 (b)) to 2.0, 2.5, 3.0, on the assumption similar to Fig.2 (a). The case of 3.5 is shown. In FIG. 1, 7, 13, 15, 19, 21, 23, 24, the film thickness can be minimized. Conversely, when the 4, 5, 6, 10, 11, 12, 14, 16 arrangement is used, the maximum film thickness is required.

このように屈折率ピークを配置する事で、屈折率傾斜薄膜界面の屈折率差が小さい前提においては、屈折率傾斜薄膜中の界面も含めた総体としての反射は単位膜厚中での屈折率変化に依存する為、これを一定にした場合に反射率も略同じになる。従って、反射率を一定にする為には膜厚を調整すればよく、同じ反射率を実現する場合に最も膜厚を薄くする事ができる。   By arranging the refractive index peaks in this way, on the premise that the refractive index difference at the refractive index gradient thin film interface is small, the total reflection including the interface in the gradient refractive index thin film is the refractive index in the unit film thickness. Since it depends on the change, the reflectance is substantially the same when this is made constant. Therefore, the film thickness may be adjusted in order to make the reflectance constant, and the film thickness can be reduced most when the same reflectance is realized.

高屈折率領域が４つ以上必要となる場合も同様であり、屈折率ピークを結んだ線が単調増加から単調減少へ変化するような変化や、屈折率ピークが２つであれば、基板側の屈折率ピークが反射防止構造体側の屈折率ピークより大きく、さらに、反射防止構造体側の屈折率ピークは、反射防止構造体の屈折率より大きければよい。屈折率ピークを結んだ曲線の頂点が１つだけとなるようなプロファイルとなるように配置すれば膜厚を最小化する事ができる。   The same applies when four or more high refractive index regions are required. If the line connecting the refractive index peaks changes from monotonically increasing to monotonically decreasing, or if there are two refractive index peaks, the substrate side The refractive index peak is larger than the refractive index peak on the antireflection structure side, and the refractive index peak on the antireflection structure side only needs to be larger than the refractive index of the antireflection structure body. The film thickness can be minimized by arranging the profile so that there is only one vertex of the curve connecting the refractive index peaks.

本発明に係る光学フィルタの構成は、吸収を持つタイプで透過光の平坦性など、所望の透過特性を得る事を課題とする光学フィルタであれば、例えば、ＮＤフィルタやカラーフィルタなどの種々の光学フィルタに利用できる。   The configuration of the optical filter according to the present invention may be various types such as an ND filter and a color filter as long as the optical filter is a type having absorption and has an object of obtaining desired transmission characteristics such as flatness of transmitted light. It can be used for optical filters.

ここで、高屈折率領域の数が増える程、設計の自由度が拡がるメリットがある反面、膜厚や屈折率変化が増える事で、コスト的に不利になったり、制御が複雑化したり、更には樹脂フィルムなどを基板にした場合は応力による基板の反りが問題になったりするなどのデメリットがある。従って、ＮＤフィルタなどでこのような構成を使用する場合は、概ねピーク数は４つ以下が好ましく、更には３つ以下である事がより望ましい。屈折率傾斜薄膜の反射防止効果と光吸収性を得つつ、膜厚を薄くするためには、基板の屈折率と、光吸収性を有する屈折率傾斜薄膜の屈折率変化における複数のピークの屈折率と、反射防止構造体の屈折率との関係が、基板側から反射防止構造体側に向かって、単調増加から単調減少となるようにする。   Here, as the number of high refractive index regions increases, there is a merit that the degree of design freedom increases, but on the other hand, the increase in film thickness and refractive index change is disadvantageous in cost, complicated control, However, when a resin film or the like is used as a substrate, there is a demerit that warpage of the substrate due to stress becomes a problem. Therefore, when such a configuration is used for an ND filter or the like, the number of peaks is generally preferably 4 or less, and more preferably 3 or less. In order to reduce the film thickness while obtaining the antireflection effect and light absorption of the gradient refractive index thin film, the refractive index of the substrate and the refraction of multiple peaks in the refractive index change of the gradient refractive index thin film with light absorption. The relationship between the refractive index and the refractive index of the antireflection structure is changed from monotonically increasing to monotonically decreasing from the substrate side to the antireflection structure side.

以下、本発明の光学フィルタについて、ＮＤフィルタとした場合について実施例に基づいて説明する。   Hereinafter, the case where the optical filter of the present invention is an ND filter will be described based on examples.

（実施例１）
図３のように構成した吸収タイプのＮＤフィルタについて、以下に詳しく記載する。
なお、以下の各実施例における屈折率は、基板、屈折率傾斜薄膜及び反射防止構造体の構成材料から５４０ｎｍの波長の光での屈折率として特定できるものである。 Example 1
The absorption type ND filter configured as shown in FIG. 3 will be described in detail below.
In addition, the refractive index in each following Example can be specified as a refractive index in the light of a wavelength of 540 nm from the constituent material of a board | substrate, a refractive-index gradient thin film, and an antireflection structure.

＜ＮＤフィルタについて＞
固体撮像素子の更なる高感度化、高精細化等に伴い、撮影装置の絞りのハンチング現象や光の回折現象の対策には、ＮＤフィルタが用いられている。真空成膜法により多層膜を透明基板に成膜したＮＤフィルタにおいても、フィルタ自身の反射に起因した、ゴーストやフレア等の撮影画像への不具合が生ずる可能性が高まってきており、可視光波長領域における分光反射率を従来以上に低減することが１つの大きな課題となっている。
図３に示したように、本実施例では、基板１３の片面側に屈折率傾斜薄膜１２を配置し、屈折率傾斜薄膜１２上に反射防止構造体１１１を配置し、基板１３の裏面にも反射防止構造体１１２を配置した。また、屈折率傾斜薄膜１２は膜中の少なくても一部に吸収を持っている。
図３のような構成の場合、基板の反対面での反射が大きくなってしまう為、この面にも何らかの反射防止構造体１１２が必要となる場合が多い。このような反射防止構造体１１１、１１２としては、図４（ａ）〜（ｄ）中に示したように、反射防止効果を持つ微細周期構造体１５１、１５２や、単層、若しくは複数層の薄膜で形成された反射防止膜１６１、１６２、更には微細周期構造体１５と反射防止膜１６を併用した構成などが挙げられるが、適宜最適な構成を選択すれば良い。このような構成であれば、例えば撮像素子側にフィルタのどちらの面を向けても、フィルタの反射に起因したゴースト光の発生を著しく抑制する事ができるなど、フィルタの方向を選ばす光学系内に配置する事も可能となる。 <About ND filter>
Along with higher sensitivity and higher definition of the solid-state imaging device, an ND filter is used as a countermeasure against the diaphragm hunting phenomenon and the light diffraction phenomenon of the photographing apparatus. Even in an ND filter in which a multilayer film is formed on a transparent substrate by a vacuum film formation method, there is an increasing possibility that defects in captured images such as ghosts and flares will occur due to reflection of the filter itself. One major issue is to reduce the spectral reflectance in the region more than before.
As shown in FIG. 3, in this embodiment, the refractive index gradient thin film 12 is disposed on one side of the substrate 13, the antireflection structure 111 is disposed on the refractive index gradient thin film 12, and the back surface of the substrate 13 is also disposed. An antireflection structure 112 is disposed. The gradient refractive index thin film 12 has absorption in at least a part of the film.
In the case of the configuration shown in FIG. 3, since reflection on the opposite surface of the substrate is increased, some antireflection structure 112 is often required on this surface as well. As such antireflection structures 111 and 112, as shown in FIGS. 4A to 4D, the fine periodic structures 151 and 152 having an antireflection effect, a single layer, or a plurality of layers. Although the antireflection films 161 and 162 formed of a thin film, and the structure using the fine periodic structure 15 and the antireflection film 16 in combination can be cited, an optimal structure may be selected as appropriate. With such a configuration, for example, regardless of which surface of the filter is directed to the image sensor side, the generation of ghost light due to the reflection of the filter can be remarkably suppressed. It can also be placed inside.

図４（ａ）〜（ｄ）中でも、反射低減の観点からは図４（ａ）に示したような構成にする事がより望ましい。従って、本実施例では図４（ａ）のように、反射防止構造体として、基板１３の両側の面で微細周期構造体１５１、１５２を形成した。
ここで、例えば図４（ｂ）のような多層膜構成の反射防止膜１６１や１６２と同様の効果を持つ機能を屈折率傾斜薄膜１２中に組み込む事も可能である。その場合は、表層の界面付近における所定の領域内で、屈折率を周期的に、且つ連続的に複数回増減させ、外気との界面反射防止用の屈折率プロファイルが必要となる。そのため、屈折率傾斜薄膜上に別途反射防止構造体を設けた構成とみなすことができる。また、反射防止膜の作成に際して、屈折率傾斜薄膜上に、屈折率傾斜薄膜の作成に使用する材料と異なる材料を使用し、屈折率が周期的かつ連続的に変化する反射防止膜を作成してもよい。 4A to 4D, the configuration as shown in FIG. 4A is more desirable from the viewpoint of reducing reflection. Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 4A, the fine periodic structures 151 and 152 are formed on both surfaces of the substrate 13 as the antireflection structure.
Here, for example, a function having the same effect as that of the antireflection films 161 and 162 having a multilayer structure as shown in FIG. 4B can be incorporated into the gradient refractive index thin film 12. In that case, a refractive index profile for preventing the interface reflection with the outside air is required by increasing and decreasing the refractive index periodically and continuously a plurality of times within a predetermined region near the interface of the surface layer. Therefore, it can be considered that the antireflection structure is separately provided on the gradient refractive index thin film. In addition, when creating an antireflection film, an antireflection film whose refractive index changes periodically and continuously is used on the gradient refractive index thin film, using a material different from the material used to create the gradient refractive index thin film. May be.

このような吸収タイプの光学フィルタの一例であるＮＤフィルタ１４を形成する基板１３には厚さ０．１ｍｍのＰＥＴフィルムを使用した。本実施例ではＰＥＴフィルムを使用したが、これらに限らずガラス系の材料でも良いし、ＰＯやＰＩ系、ＰＥＮ、ＰＥＳ、ＰＣ、ＰＭＭＡ系、ＴＡＣなどであっても良い。   A PET film having a thickness of 0.1 mm was used for the substrate 13 on which the ND filter 14 as an example of such an absorption type optical filter was formed. In this embodiment, a PET film is used. However, the present invention is not limited to this, and a glass-based material may be used, and PO, PI-based, PEN, PES, PC, PMMA-based, TAC, and the like may be used.

＜屈折率傾斜薄膜について＞
屈折率傾斜薄膜１２は、メタモードスパッタ法により、ＳｉＯ2とＴｉＯｘ膜の成膜レートを調整しながら、この２種類を混合させ、屈折率を膜厚方向で連続的に変化させる事で、所望の吸収特性を得るように調整し作製した。基板と薄膜との密着性が問題となる場合は界面活性剤などで形成された密着層を挿入しても良い。但し、密着層と隣接する物質との屈折率差等に注意する必要がある。
このような連続的な屈折率プロファイルを持つ屈折率傾斜薄膜の例が図１である。図１では、比較的高屈折率を持つ基板から、屈折率傾斜薄膜、微細周期構造体の順に積層されている。そして、膜厚方向に対し、基板側から連続的に屈折率が増減するような変化を持っており、屈折率傾斜薄膜両端の界面に向かうにつれ、それぞれ隣接する構造体の屈折率に近づくような変化をとっている。 <About gradient refractive index thin film>
The gradient refractive index thin film 12 is mixed by adjusting the deposition rate of the SiO 2 and TiOx films by the meta-mode sputtering method, and the refractive index is continuously changed in the film thickness direction. It adjusted and produced so that the absorption characteristic of could be obtained. If the adhesion between the substrate and the thin film becomes a problem, an adhesion layer formed of a surfactant or the like may be inserted. However, it is necessary to pay attention to the difference in refractive index between the adhesion layer and the adjacent material.
An example of a gradient refractive index thin film having such a continuous refractive index profile is shown in FIG. In FIG. 1, a refractive index gradient thin film and a fine periodic structure are laminated in this order from a substrate having a relatively high refractive index. And it has a change that the refractive index continuously increases or decreases from the substrate side with respect to the film thickness direction, and approaches the refractive index of each adjacent structure as it goes to the interface at both ends of the gradient refractive index thin film. Taking changes.

屈折率傾斜薄膜は、膜面に垂直な方向、つまり膜厚方向に屈折率が連続的、好ましくは連続的かつ周期的に変化している薄膜の事である。膜厚方向に屈折率が、連続的かつ周期的に変化している膜は、ルゲート膜、ルゲートフィルタなどとして一般に広く知られている。図５に多層膜と屈折率傾斜薄膜の電子顕微鏡写真の模式図を示す。図５（ａ）は多層膜の膜厚方向断面の模式図であり、図５（ｂ）が屈折率傾斜薄膜の断面の模式図である。例えば、色の濃い部分がＳｉＯ2で、色の薄い（白抜き）部分がＴｉＯ2とすると多層膜は、膜の界面が明確に分かれているのに対して、屈折率傾斜薄膜は、多層膜と異なり、膜の界面が明確に分かれていない。また、屈折率傾斜薄膜の屈折率変化の大きい部分ではコントラストが強くなる。 The gradient refractive index thin film is a thin film whose refractive index changes continuously in the direction perpendicular to the film surface, that is, in the film thickness direction, preferably continuously and periodically. A film whose refractive index changes continuously and periodically in the film thickness direction is generally widely known as a rugate film or a rugate filter. FIG. 5 shows a schematic diagram of electron micrographs of the multilayer film and the gradient refractive index thin film. FIG. 5A is a schematic diagram of a cross section in the film thickness direction of the multilayer film, and FIG. 5B is a schematic diagram of a cross section of the gradient refractive index thin film. For example, if the dark portion is SiO 2 and the light portion (outlined portion) is TiO 2 , the multilayer film has a clearly separated interface, whereas the gradient refractive index thin film is a multilayer film. Unlike the film, the film interface is not clearly separated. Further, the contrast becomes strong in the portion where the refractive index change of the refractive index gradient thin film is large.

また、深さ方向分析によって得られた結果を、縦軸に濃度（強度）、横軸に深さ（膜厚など対応するパラメーター）を取ったプロットをデプス・プロファイルという。
測定試料の表面から内側に向かって組成分布を調べる深さ方向分析において，ミクロンオーダー以下の分析には加速イオンを用いて表面を削り取りながら分析する手法が良く用いられる。この方法はイオンスパッタリング法と呼ばれ、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）やオージェ電子分光法（ＡＥＳまたはＥＳＣＡ）などとして知られている。 A plot obtained by analyzing the depth direction analysis with the concentration (intensity) on the vertical axis and the depth (corresponding parameters such as film thickness) on the horizontal axis is referred to as a depth profile.
In depth direction analysis, which examines the composition distribution from the surface to the inside of the measurement sample, a technique of cutting the surface using accelerated ions is often used for analysis below the micron order. This method is called ion sputtering, and is known as X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Auger electron spectroscopy (AES or ESCA), and the like.

このように屈折率傾斜薄膜中の膜厚方向における組成の変化を評価し、デプス・プロファイルを得る事により、所望の屈折率分布を得る事ができているのかを確かめる事が可能である。
このような屈折率傾斜薄膜の設計手法は以前より各種様々な方法が検討されており、連続的な変化とは異なり、階段状に徐々に屈折率が変化するステップ型の屈折率分布であっても、この屈折率分布を調整する事で、連続的なインデックス変化を持たせた膜と、略同様の光学特性を得る事も可能である事が判明している。しかし、反射低減などにおいては、連続的な屈折率変化を持った方が、より理想的な特性を得る事ができ、さらに薄膜中で界面が無くなり前後の膜組成が非常に近くなる事から、膜の密着強度の向上や、環境安定性の改善などの効果が現れる。このような観点からは、屈折率が連続的に変化する屈折率分布を選択する方が良い。 Thus, by evaluating the change in the composition in the film thickness direction in the gradient refractive index thin film and obtaining the depth profile, it is possible to confirm whether a desired refractive index distribution can be obtained.
Various methods have been studied for designing such a gradient refractive index thin film, and unlike a continuous change, it is a step-type refractive index distribution in which the refractive index gradually changes stepwise. However, it has been found that by adjusting this refractive index distribution, it is possible to obtain substantially the same optical characteristics as a film having a continuous index change. However, for reflection reduction, etc., it is possible to obtain more ideal characteristics by having a continuous refractive index change, and since the interface in the thin film disappears and the film composition before and after becomes very close, Effects such as improved adhesion strength of the film and improved environmental stability appear. From such a viewpoint, it is better to select a refractive index distribution in which the refractive index continuously changes.

ＴｉＯｘ膜の分光透過について一例を示すと、ｘが１相当となるＴｉＯでは可視波長領域での分光透過特性が図６中の（ａ）のように、長波長側につれ徐々に高くなるような特性になる傾向がある。ｘが１．５相当となるＴｉ2Ｏ3では可視波長領域での分光透過特性が図６中の（ｂ）のように、長波長側になるにつれ徐々に低くなるような特性になる傾向がある。そこで、これらのように、分散形状が相反する領域を屈折率傾斜薄膜１２の膜厚方向に配置した組合せを１以上設ける事で、総体として分光透過特性を平坦に調整した。一般的な光学薄膜に使用される金属酸化物において金属と酸素の割合が変化する場合には同様な傾向を示す。金属酸化物のこの特性を利用して平坦性を改善にするように膜設計を行うことができる。ここで、ｘの値を可変させる事で、屈折率も変化する為、これを踏まえ、予め得た基礎デ−タより、ＳｉＯ2との成膜比を決定し制御を行う必要がある。ｘの値を膜厚方向で可変させる具体的な手段については、酸化源のパワ−を調整したり、成膜方法によっては導入するガス量を調整する事などで制御する事が可能である。 As an example of the spectral transmission of the TiOx film, the characteristic that the spectral transmission characteristic in the visible wavelength region gradually increases as it goes to the long wavelength side as shown in FIG. Tend to be. In Ti 2 O 3 where x is equivalent to 1.5, the spectral transmission characteristics in the visible wavelength region tend to gradually become lower as the wavelength becomes longer, as shown in FIG. 6B. is there. Therefore, as described above, the spectral transmission characteristics are adjusted to be flat as a whole by providing one or more combinations in which regions having opposite dispersion shapes are arranged in the film thickness direction of the gradient refractive index thin film 12. A similar tendency is exhibited when the ratio of metal and oxygen in a metal oxide used in a general optical thin film changes. A film can be designed to improve the flatness by utilizing this characteristic of the metal oxide. Here, since the refractive index is changed by changing the value of x, it is necessary to determine and control the film formation ratio with SiO 2 based on the basic data obtained in advance. Specific means for changing the value of x in the film thickness direction can be controlled by adjusting the power of the oxidation source or adjusting the amount of gas introduced depending on the film forming method.

例えばスパッタ法においては、２種類の材料に対して同時に放電し、各材料の放電パワー、つまりターゲットへの投入パワーを変化させ、混合比を変える事で、２つの物質の間の屈折率を持つ、中間屈折率材料を作製する事が可能である。また、混合する種類は２種類以上であっても良い。
このようなスパッタ法の場合、１つの材料を低パワーとしていくと、放電が不安定になったり、メタモードスパッタの場合は、反応モードになってしまったりするなどの不具合が生じる。従って、２物質間の全ての屈折率を実現する為には、例えばマスク法により成膜量をコントロールするなど、投入パワー以外の要素も並行して調整し、膜厚を制御する必要がある。 For example, in the sputtering method, two types of materials are discharged simultaneously, and the refractive power between the two substances is obtained by changing the mixing ratio by changing the discharge power of each material, that is, the power applied to the target. It is possible to produce an intermediate refractive index material. Two or more kinds may be mixed.
In the case of such a sputtering method, if one material is made to have a low power, the discharge becomes unstable, and in the case of meta-mode sputtering, problems such as a reaction mode occur. Therefore, in order to realize all the refractive indexes between the two materials, it is necessary to control the film thickness by adjusting factors other than the input power in parallel, for example, by controlling the film formation amount by a mask method.

＜スパッタ装置構成＞
図７は、本実施例で示す屈折率傾斜薄膜を作製したスパッタ成膜装置の基板搬送装置の回転軸に直交する面での平面断面図である。
スパッタ成膜装置としては、薄膜が形成される基板５１を保持する回転可能な円筒状の基板搬送装置５２を真空槽５３内に備え、基板搬送装置５２の外周部とその外側の真空槽５３との間の環状空間に、２箇所のスパッタ領域５４、５５と、反応領域５７が設けられている装置を用いた。領域５９から基板を搬入する。
基板５１は成膜される面が外側を向くように基板搬送装置５２に搭載させた。スパッタ領域５４、５５には、ＡＣダブル（デュアル）カソードタイプのターゲット５４ａ、５５ａが装備されている。真空槽５３の外側に高周波電源５６が配置されている。ターゲット材の形状は平板型に限らず、円筒型のシリンドリカルタイプであっても良い。また、これらの他に、別途領域５８には、例えばグリッド電極を有する高周波励起によるイオンガングリッドや、基板への正イオンの電荷蓄積を防ぐために正イオンを中和する低エネルギー電子を放出するニュートラライザ等を設ける事も可能である。本発明に用いるスパッタ装置は、例えばスパッタ領域を３領域以上設けても良く、上記装置以外の構成でも実施可能である。 <Sputtering equipment configuration>
FIG. 7 is a cross-sectional plan view of a surface perpendicular to the rotation axis of the substrate transfer device of the sputter deposition apparatus for producing the gradient refractive index thin film shown in this example.
As a sputter deposition apparatus, a rotatable cylindrical substrate transfer device 52 that holds a substrate 51 on which a thin film is formed is provided in a vacuum chamber 53, and an outer peripheral portion of the substrate transfer device 52 and a vacuum chamber 53 outside thereof are provided. An apparatus in which two sputter regions 54 and 55 and a reaction region 57 are provided in an annular space between the two is used. A substrate is carried in from the region 59.
The substrate 51 was mounted on the substrate transfer device 52 so that the surface on which the film is formed faces outward. The sputter regions 54 and 55 are equipped with AC double (dual) cathode type targets 54a and 55a. A high frequency power source 56 is disposed outside the vacuum chamber 53. The shape of the target material is not limited to a flat plate type, and may be a cylindrical cylindrical type. In addition to these, in the separate region 58, for example, an ion gun grid having a grid electrode by high-frequency excitation, or a neutralizer that emits low-energy electrons that neutralize positive ions in order to prevent charge accumulation of positive ions on the substrate. Etc. can also be provided. The sputtering apparatus used in the present invention may be provided with, for example, three or more sputtering areas, and can be implemented with a configuration other than the above apparatus.

本実施例では図７で示したスパッタ装置を用い、スパッタ領域５４にＳｉターゲット、スパッタ領域５５にＴｉターゲットを配置し、反応領域５７には酸素を導入した構成で屈折率傾斜薄膜を形成した。基板搬送装置５２に固定された基板５１を高速回転させ、スパッタ領域５４、５５において、基板５１上にＳｉとＴｉの極薄膜を形成した後、反応領域５７でＳｉとＴｉの極薄膜を酸化させる。これにより、ＳｉとＴｉの酸化膜を形成し、この動作を繰り返す事でＳｉ酸化膜とＴｉ酸化膜の混合膜を作製した。さらに、各スパッタ領域でのスパッタレートや酸化レートを、成膜中に連続的に変化させる事で、膜厚方向において連続的に屈折率が変化する屈折率傾斜薄膜を形成した。また、ＳｉＯ2とＴｉＯｘのそれぞれ単独での成膜条件を基に、ＳｉとＴｉのスパッタレート、及び酸化レートを制御する事で、ＳｉＯ2とＴｉＯｘ相当となる混合膜を作製する事も可能である。また、ＳｉＯ2膜単体の屈折率からＴｉＯｘ膜単体の屈折率まで、屈折率を連続的に変化させる場合には、投入パワーを低くすると放電が不安定になる事がある為、酸化レートの制御時に、投入電力の制御だけではなくカソード上設けたマスク機構を併用した。 In the present embodiment, the refractive index gradient thin film is formed by using the sputtering apparatus shown in FIG. 7 and arranging the Si target in the sputtering region 54, the Ti target in the sputtering region 55, and oxygen introduced in the reaction region 57. The substrate 51 fixed to the substrate transfer device 52 is rotated at high speed to form an ultrathin film of Si and Ti on the substrate 51 in the sputtering regions 54 and 55, and then the ultrathin film of Si and Ti is oxidized in the reaction region 57. . As a result, an oxide film of Si and Ti was formed, and by repeating this operation, a mixed film of the Si oxide film and the Ti oxide film was produced. Further, the refractive index gradient thin film whose refractive index continuously changes in the film thickness direction was formed by continuously changing the sputtering rate and oxidation rate in each sputtering region during film formation. It is also possible to produce a mixed film equivalent to SiO 2 and TiO x by controlling the sputtering rate and oxidation rate of Si and Ti based on the film forming conditions of SiO 2 and TiO x alone. is there. In addition, when the refractive index is continuously changed from the refractive index of the SiO 2 film alone to the refractive index of the TiOx film alone, the discharge may become unstable if the input power is lowered. Occasionally, a mask mechanism provided on the cathode was used in addition to controlling the input power.

このような連続的な屈折率プロファイルを持つ屈折率傾斜薄膜の例が図１である。図１では、比較的高屈折率を持つ基板から、屈折率傾斜薄膜、微細構造体の順に積層されている。そして、膜厚方向に対し、基板側から連続的に屈折率が増減するような変化（屈折率の変化点）を持っており、屈折率傾斜薄膜両端の界面に向かうにつれ、それぞれ隣接する構造体の屈折率に近づくような傾向の変化をとっている。   An example of a gradient refractive index thin film having such a continuous refractive index profile is shown in FIG. In FIG. 1, a refractive index gradient thin film and a microstructure are laminated in this order from a substrate having a relatively high refractive index. Then, there is a change (refractive index change point) in which the refractive index continuously increases or decreases from the substrate side with respect to the film thickness direction, and each adjacent structure as it goes to the interface at both ends of the gradient refractive index thin film. The tendency is changed to approach the refractive index of.

以上より、メタモードスパッタ法においては、放電を安定的に維持、制御できる範囲内で屈折率を変化させた。また、膜厚方向に屈折率を連続的に変化させる事に加え、ＴｉＯｘのｘを膜厚方向で変化させ、消衰係数も変化させることも可能である。このように、本実施態様の構成においては、屈折率傾斜薄膜の膜厚方向において、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｏの３種元素の組成比を連続的に変化させる事で、屈折率及び消衰係数を連続的に変化させる事ができる。他の物質を使用した場合や、屈折率傾斜薄膜を構成する物質の種類が増えた場合であっても、同様に調整する事が可能である。また、薄膜の密度を連続的に変化させる事でも組成を連続変化させる事が可能である。   As described above, in the meta mode sputtering method, the refractive index was changed within a range in which discharge can be stably maintained and controlled. In addition to continuously changing the refractive index in the film thickness direction, it is possible to change the extinction coefficient by changing x of TiOx in the film thickness direction. As described above, in the configuration of this embodiment, the refractive index and the extinction coefficient are changed by continuously changing the composition ratio of the three elements of Ti, Si, and O in the film thickness direction of the gradient refractive index thin film. Can be changed continuously. Even when other materials are used or when the types of materials constituting the gradient refractive index thin film are increased, the same adjustment is possible. In addition, the composition can be continuously changed by continuously changing the density of the thin film.

本実施例においては、屈折率傾斜薄膜１２は、図８で示すような屈折率のプロファイルを持つ構成とした。図８は制御の容易性などを考慮して、複雑化しないように設計した。
図８の屈折率プロファイルにおいて、基板側の界面点Ｐ０から点Ｐ２にかけては、ＴｉＯｘのｘは約１．５で固定されており、ＳｉＯ2との組成比を変化させる事で連続的な屈折率変化を形成した。
次に、点Ｐ２から点Ｐ３を通過し点Ｐ４に近づくにつれ、ＴｉＯｘのｘは１．５から１．０に連続的に変化させている。これと同時にＳｉＯ2との組成比を変化させ、点Ｐ２から点Ｐ３に近づくにつれにＳｉＯ2対しＴｉＯｘの組成比を増やし、更に点Ｐ３から点Ｐ４に近づくにつれ、ＳｉＯ2に対しＴｉＯｘの組成比を減少させる事で連続的な屈折率変化を形成した。また、点Ｐ４から点Ｐ５に近づくにつれにＳｉＯ2対しＴｉＯｘの組成比を増やし、更に点Ｐ５から点Ｐ６に近づくにつれ、ＳｉＯ2に対しＴｉＯｘの組成比を減少させた。
さらに、点Ｐ４から反射防止構造体側の界面点Ｐ６にかけては、ＴｉＯｘのｘは約１．０で固定されており、ＳｉＯ2との組成比を変化させる事で連続的な屈折率変化を形成した。
点Ｐ１付近ではＴｉ2Ｏ3の影響を大きく受けた分光透過を示し、点Ｐ５付近ではＴｉＯの影響を大きく受けた分光透過を示す。従って、このように構成する事で、屈折率傾斜薄膜中に、可視波長領域において図６で例示したような異なる分散特性を持つ領域を混在させ、膜厚や組成比により影響度を調整する事で、所望の透過特性を得る事が可能となる。本実施例においては、可視波長領域において分光透過特性が平坦な形状となるように、これらを調整した。 In this embodiment, the gradient refractive index thin film 12 has a refractive index profile as shown in FIG. FIG. 8 is designed not to be complicated in consideration of ease of control.
In the refractive index profile of FIG. 8, from the interface point P0 to the point P2 on the substrate side, x of TiOx is fixed at about 1.5, and the continuous refractive index is changed by changing the composition ratio with SiO 2. A change was formed.
Next, as the point P2 passes through the point P3 and approaches the point P4, x of TiOx is continuously changed from 1.5 to 1.0. At the same time, the composition ratio with SiO 2 is changed, the composition ratio of TiOx with respect to SiO 2 is increased as it approaches from point P2 to point P3, and further, the composition ratio of TiOx with respect to SiO 2 as it approaches point P4 from point P3. A continuous refractive index change was formed by reducing the. Further, the composition ratio of TiOx with respect to SiO 2 was increased as it approached point P5 from point P4, and the composition ratio of TiOx with respect to SiO 2 was decreased as it further approached point P6 from point P5.
Furthermore, from the point P4 to the interface point P6 on the antireflection structure side, x of TiOx is fixed at about 1.0, and a continuous refractive index change is formed by changing the composition ratio with SiO 2 . .
In the vicinity of the point P1, spectral transmission greatly affected by Ti 2 O 3 is shown, and in the vicinity of the point P5, spectral transmission greatly influenced by TiO is shown. Therefore, by configuring in this way, regions having different dispersion characteristics as exemplified in FIG. 6 in the visible wavelength region are mixed in the gradient refractive index thin film, and the influence degree is adjusted by the film thickness and the composition ratio. Thus, desired transmission characteristics can be obtained. In this example, these were adjusted so that the spectral transmission characteristics were flat in the visible wavelength region.

図９に示すような吸収を持たすために、これら２種材料の組成比の連続的な変化に変え、屈折率傾斜薄膜１２の終点では、反射防止と環境安定性の観点からＳｉＯ2となるように構成した。そのため、屈折率傾斜薄膜１２の終点の屈折率は、およそ１．４７となる。 In order to have absorption as shown in FIG. 9, the composition ratio of these two materials is changed continuously, so that the end point of the gradient refractive index thin film 12 becomes SiO 2 from the viewpoint of antireflection and environmental stability. Configured. Therefore, the refractive index at the end point of the gradient refractive index thin film 12 is approximately 1.47.

ＴｉＯの影響を強く受けた分光透過を示す領域と、Ｔｉ2Ｏ3の影響を強く受けた分光透過を示す領域とを、屈折率傾斜薄膜中に構成した。その結果、可視波長領域において図６で例示したような異なる分散特性を持つ領域を屈折率傾斜薄膜中に混在させる事で、所望の透過特性を得る事が可能となる。また、屈折率傾斜薄膜が、ＴｉＯｘのｘが１．５から１．０に変化するような異なる分散特性に変化する領域または変化点を持つことで、分光透過特性を平坦に近づけることができる。 A region showing spectral transmission strongly influenced by TiO and a region showing spectral transmission strongly influenced by Ti 2 O 3 were formed in the gradient refractive index thin film. As a result, it is possible to obtain desired transmission characteristics by mixing regions having different dispersion characteristics exemplified in FIG. 6 in the visible wavelength region in the gradient refractive index thin film. Further, since the gradient refractive index thin film has regions or changing points where the dispersion characteristics change such that x of TiOx changes from 1.5 to 1.0, the spectral transmission characteristics can be made flat.

また、基板と反射防止構造体の界面は、屈折率差が生じ易い。反射防止の観点から基板と微細構造体に近い領域は、屈折率変化が緩やかな膜設計を行った。反射防止の観点からは図１に示した概念図のように屈折率差をできるだけ生じさせないように設計することが好ましい。しかしながら、本実施例のような吸収フィルタの場合は、所望の吸収を得るために屈折率が高い領域が必要となる。そのため、屈折率傾斜薄膜は基板に近い方から屈折率が緩やかに上昇し、変化点を含んだ傾き変化領域を経て、微細構造体に向かって反射防止構造体の屈折率に緩やかに近づくことが好ましい。   Further, a difference in refractive index tends to occur at the interface between the substrate and the antireflection structure. From the viewpoint of preventing reflection, a film design in which the refractive index change is gentle was performed in the region close to the substrate and the fine structure. From the viewpoint of preventing reflection, it is preferable to design so as not to cause a refractive index difference as much as possible as in the conceptual diagram shown in FIG. However, in the case of the absorption filter as in this embodiment, a region having a high refractive index is required to obtain desired absorption. Therefore, the refractive index gradient thin film gradually increases in refractive index from the side closer to the substrate, and gradually approaches the refractive index of the antireflection structure toward the fine structure through the gradient change region including the change point. preferable.

これらを満足する為に、本実施例においては、屈折率傾斜薄膜１２は、図８で示すような屈折率のプロファイルを持つ構成とした。屈折率傾斜薄膜は異なる３つの屈折率ピークを持ち、屈折率傾斜薄膜の基板側界面の屈折率は約１．６で、反射防止構造体側の屈折率が１．５となるような構成とした。図８で示した屈折率ピークのように、吸収を必要とする本実施形態のＮＤフィルタのような場合、基本的には吸収が高い領域では屈折率も高くなる為、その屈折率のピークの少なくても１つ以上は１．８を超える設計となる。 In order to satisfy these requirements, in this embodiment, the gradient refractive index thin film 12 has a refractive index profile as shown in FIG . The gradient refractive index thin film has three different refractive index peaks, the refractive index at the substrate side interface of the gradient refractive index thin film is about 1.6, and the refractive index at the antireflection structure side is 1.5. . As in the case of the ND filter of the present embodiment that requires absorption like the refractive index peak shown in FIG. 8, the refractive index is basically high in a region where absorption is high. At least one or more are designed to exceed 1.8.

屈折率傾斜薄膜の屈折率は、基板に近い方から緩やかに上昇し、極大値を経て緩やかに減少し極小値から上昇に転じる。このような上昇及び減少を複数回繰り返した後、最終的には反射防止構造体に向かって反射防止構造体の屈折率に緩やかに近づく構成とした。基板の屈折率が、反射防止構造体の端部の屈折率よりも大きい場合には、複数の極大値の内、基板に最も近い側の極大値の屈折率が、屈折率傾斜薄膜の屈折率変化における最大値とすると反射を低減する屈折率変化をとりやすい。   The refractive index of the gradient refractive index thin film gradually increases from the side closer to the substrate, gradually decreases after reaching the maximum value, and starts increasing from the minimum value. After such an increase and decrease was repeated a plurality of times, finally, the configuration was such that the refractive index of the antireflection structure gradually approaches the antireflection structure. When the refractive index of the substrate is larger than the refractive index of the end portion of the antireflection structure, the refractive index of the maximum value closest to the substrate among the plurality of maximum values is the refractive index of the gradient refractive index thin film. If the maximum value of the change is taken, it is easy to take a refractive index change that reduces reflection.

屈折率傾斜薄膜中の３つの屈折率の極大値は図８で示すように配置したが、この配置だけに限定されず、その極大値を結んだ曲線が１つのピークを持つように基板側から反射防止構造体に向かって単調増加から単調減少となるように調整するのがよく、これにより膜厚を最小化することができる。   Although the maximum values of the three refractive indexes in the gradient refractive index thin film are arranged as shown in FIG. 8, the arrangement is not limited to this arrangement, and the curve connecting the maximum values has one peak from the substrate side. It is preferable to adjust from monotonic increase to monotonic decrease toward the antireflection structure, and thereby the film thickness can be minimized.

一方、基板と屈折率傾斜薄膜との界面、および屈折率傾斜薄膜と微細周期構造体との界面においても、屈折率が異なるとその屈折率差に応じて反射が発生する。そこで、これらの界面での反射が問題となる場合は、屈折率差は出来るだけ小さくする事が望ましい。本実施例では、屈折率傾斜薄膜の成膜開始直後と成膜終了間際でのＳｉＯ2とＴｉＯｘとのレート比を調整する事で、２つの界面での屈折率差をそれぞれで０．０５以下となるように調整した。また、屈折率傾斜薄膜１２の膜厚は約４００ｎｍとなるように調整した。屈折率傾斜薄膜の膜厚は、薄い方が基板から反射防止構造体までの屈折率の変化率が急峻になる。そのため、反射防止の観点からは、膜厚が厚い方が好ましい。 On the other hand, if the refractive index is different at the interface between the substrate and the gradient refractive index thin film and the interface between the gradient refractive index thin film and the fine periodic structure, reflection occurs according to the difference in refractive index. Therefore, when reflection at these interfaces becomes a problem, it is desirable to make the difference in refractive index as small as possible. In this example, by adjusting the rate ratio of SiO 2 and TiOx immediately after the start of film formation of the gradient refractive index thin film and immediately before the film formation, the difference in refractive index at the two interfaces is 0.05 or less, respectively. It adjusted so that it might become. Further, the thickness of the gradient refractive index thin film 12 was adjusted to be about 400 nm. As the thickness of the refractive index gradient thin film becomes thinner, the rate of change of the refractive index from the substrate to the antireflection structure becomes steep. Therefore, a thicker film is preferable from the viewpoint of preventing reflection.

＜反射防止構造体について＞
屈折率傾斜薄膜１２の形成後、前述したＵＶ硬化樹脂を用いた光ナノインプリント法により、屈折率傾斜薄膜１２上に、反射防止効果を持つサブミクロンピッチの反射防止構造体としての微細周期構造体１５１と１５２を形成した。
微細周期構造体は、近年の微細加工技術の向上とともに作製されるようになってきた。このような構造体の１つである、反射防止効果を持つ微細周期構造体は、一般的にモス・アイ構造体などと呼ばれ、構造体の形状を擬似的に屈折率の変化が連続的となる形状とする事で、物質間の屈折率差に起因した反射の低減を図ったものである。
このような微細周期構造体の作製に関しては、様々な方法が提案されているが、本実施例ではＵＶ硬化樹脂を用いた光ナノインプリント法を用いた。 <About antireflection structure>
After the formation of the gradient refractive index thin film 12, the fine periodic structure 151 as a submicron pitch antireflection structure having an antireflection effect is formed on the gradient refractive index thin film 12 by the optical nanoimprint method using the UV curable resin described above. And 152 were formed.
The fine periodic structure has been produced with the recent improvement of fine processing technology. A fine periodic structure having an antireflection effect, which is one of such structures, is generally called a moth-eye structure or the like, and the refractive index of the structure changes continuously in a pseudo manner. In this way, the reflection due to the difference in refractive index between substances is reduced.
Various methods have been proposed for producing such a fine periodic structure. In this example, an optical nanoimprint method using a UV curable resin was used.

微細周期構造体は円錐体を周期的に配置したピラーアレイ状とし、ＮＤフィルタの用途を考慮し、少なくても可視波長領域の反射率は低減できる構造となるように、高さ３５０ｎｍ、周期２５０ｎｍとなるように設計した。さらに、突起構造体の配列に関して、正方配列や三方（六方）配列などが考えられるが、三方配列の方が基板材料の露出面が少ない事などから、反射防止効果が高いと言われている。従って、本実施例では三方配列のピラーアレイとした。
先に設計された形状を反転させたホールアレイ形状を持つモールドとしての石英基板に、ＵＶ硬化樹脂を適量滴下した。その後、インプリントを施す基板に石英モールドを押し付けた状態でＵＶ光を照射する事で樹脂を硬化させ、サブミクロンピッチのピラーアレイ状の微細周期構造体１５１、１５２を作製した。各種のＵＶ硬化樹脂を用いることができるがここでは、東洋合成製ＰＡＫ−０１−ＣＬを用いた。 The fine periodic structure has a pillar array shape in which cones are periodically arranged, and in consideration of the application of the ND filter, the height is 350 nm and the period is 250 nm so that the reflectance in the visible wavelength region can be reduced at least. Designed to be Furthermore, regarding the arrangement of the protrusion structures, a square arrangement, a three-way (hexagonal) arrangement, and the like are conceivable. However, the three-way arrangement is said to have a higher antireflection effect because the exposed surface of the substrate material is less. Therefore, in this example, a three-way pillar array was used.
An appropriate amount of UV curable resin was dropped onto a quartz substrate as a mold having a hole array shape obtained by inverting the previously designed shape. Thereafter, the resin was cured by irradiating UV light with the quartz mold pressed against the substrate to be imprinted, and sub-micron pitch pillar array-shaped fine periodic structures 151 and 152 were produced. Various UV curable resins can be used, but here, Toyo Gosei PAK-01-CL was used.

ここで、屈折率傾斜薄膜と微細周期構造体との密着性を向上させるために、プライマー処理を行い、屈折率傾斜薄膜上と微細周期構造体との間に密着層を設けた。プライマー液としては、界面活性剤である信越化学社製のＫＢＭ−５０３（商品名）をベースに、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）や硝酸を適量加え、塗工後の硬化した密着層の屈折率が１．４５となるように調整したものを用いた。これを、０．２μｍのＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）フィルタを介し屈折率傾斜薄膜上に滴下し、スピンコートにより極薄膜となるように塗工した後、１２０℃１０分間の乾燥処理をおこなって密着層を形成した。更に密着力を強化する必要がある場合は、前述のプライマー液の成分に更にＴＥＯＳ（オルトケイ酸テトラエチル）などを加えても良い。また、プライマー液をより均一に塗工する為に、プライマー液塗工前に、基板にはＵＶオゾンによる親水化処理を施す事がより好ましい。さらに、基板両面に形成する場合は、濃度を適宜調整し、ディップコートにより塗工しても良いし、スピンコートで片面塗工した後に基板の表裏を変え、もう一方の面を再度スピンコートで塗工しても良いが、本実施例では後者を選択した。密着層と隣接する構造体との屈折率差も０．０５以内とすることが好ましい。   Here, in order to improve the adhesion between the gradient refractive index thin film and the fine periodic structure, primer treatment was performed, and an adhesion layer was provided between the refractive index gradient thin film and the fine periodic structure. The primer solution is based on KBM-503 (trade name) manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., which is a surfactant, and an appropriate amount of IPA (isopropyl alcohol) or nitric acid is added. The refractive index of the cured adhesion layer after coating is 1 What was adjusted to be .45 was used. This was dropped on a gradient refractive index thin film through a 0.2 μm PTFE (polytetrafluoroethylene) filter, applied to form a very thin film by spin coating, and then subjected to a drying treatment at 120 ° C. for 10 minutes. An adhesion layer was formed. If it is necessary to further strengthen the adhesion, TEOS (tetraethyl orthosilicate) or the like may be further added to the above-described primer solution components. In order to more uniformly apply the primer solution, it is more preferable to subject the substrate to hydrophilic treatment with UV ozone before applying the primer solution. Furthermore, when forming on both sides of the substrate, the concentration may be adjusted as appropriate, and coating may be performed by dip coating, or after coating one side by spin coating, the front and back of the substrate are changed, and the other side is again spin coated. Although the coating may be performed, the latter was selected in this embodiment. The difference in refractive index between the adhesion layer and the adjacent structure is preferably 0.05 or less.

ここで、ＮＤフィルタのように可視波長全域に吸収を持つフィルタの場合、紫外域にも吸収を持っている場合が多い。従って、使用するＵＶ光の波長によっては、フィルタの基板側から光を照射した場合、ＮＤフィルタがその光の少なくとも一部を吸収してしまい、十分な光が樹脂まで届かない場合がある。従って、そのような場合はモールド側からＵＶ光を照射する必要があり、必要なＵＶ光の波長を十分に透過する材質のモールドを選択する必要がある。   Here, in the case of a filter having absorption in the entire visible wavelength region such as an ND filter, it often has absorption in the ultraviolet region. Therefore, depending on the wavelength of the UV light to be used, when light is irradiated from the substrate side of the filter, the ND filter absorbs at least part of the light, and sufficient light may not reach the resin. Therefore, in such a case, it is necessary to irradiate UV light from the mold side, and it is necessary to select a mold made of a material that sufficiently transmits the wavelength of the necessary UV light.

更に、光ナノインプリントのプロセスを考慮すると、基板１３の片面にインプリントを施し、その後もう一方の面にインプリントすると、最初に形成した微細周期構造体に欠けやクラックなどのダメージを与えてしまう事が想定される。従って、基板両面にそれぞれインプリント用のモールドを配置し、両面同時に光ナノインプリントを実施する手法を選択した。この場合、ＵＶ光源も基板両面に２つ配置することで生産性を高めることができる。   Further, in consideration of the process of optical nanoimprinting, imprinting on one side of the substrate 13 and then imprinting on the other side may cause damage such as chipping or cracking in the fine periodic structure formed first. Is assumed. Therefore, a method for arranging imprint molds on both sides of the substrate and performing optical nanoimprinting on both sides simultaneously was selected. In this case, productivity can be improved by arranging two UV light sources on both sides of the substrate.

＜光学フィルタの特性＞
以上によって作製されたＮＤフィルタの、分光反射率特性、及び分光透過率特性が図９である。濃度は約０．７０程度であり、可視波長領域の殆どにおいて反射率が０．４％以下になっている。本構成により、非常に低い反射率を実現できた。測定には、（株）日立ハイテクノロジーズ社製の分光光度計Ｕ４１００を用いた。 <Characteristics of optical filter>
FIG. 9 shows spectral reflectance characteristics and spectral transmittance characteristics of the ND filter manufactured as described above. The density is about 0.70, and the reflectance is 0.4% or less in most of the visible wavelength region. With this configuration, a very low reflectance can be realized. For the measurement, a spectrophotometer U4100 manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation was used.

さらに、可視領域全域において、分光透過特性が平坦であり、この平坦性の１つの指標である、｛（４００〜７００ｎｍにおける透過率の最大値）−（４００〜７００ｎｍにおける透過率の最小値）｝÷（５００〜６００ｎｍにおける透過率の平均値）を平坦性と定義した場合、本実施例において作製されたフィルタの平坦性は約３．２％程度であり、可視光領域の反射率を０．５％以下と非常に低い値に抑えたうえで、平坦性に優れたＮＤフィルタを得る事ができた。   Further, the spectral transmission characteristic is flat in the entire visible region, and one index of this flatness is {(maximum value of transmittance at 400 to 700 nm) − (minimum value of transmittance at 400 to 700 nm)} ÷ When the average value of transmittance at 500 to 600 nm is defined as flatness, the flatness of the filter manufactured in this example is about 3.2%, and the reflectance in the visible light region is about 0.2%. It was possible to obtain an ND filter having excellent flatness while suppressing to a very low value of 5% or less.

また、スパッタ法を用いることで、蒸着法などと比べて、密度の高い薄膜を安定的に形成することができる。
また、本実施例において、屈折率の制御に酸化物を用いたが窒化物でも良く屈折率傾斜薄膜として、連続的、周期的に屈折率が変化すれば各種の化合物を用いることができる。
また、基板と屈折率傾斜薄膜、屈折率傾斜薄膜と反射防止構造体の間に、基板、反射防止構造体のそれぞれの屈折率に近いバッファ層等を設けて、密着性や耐久性を改善する事なども可能であり、その場合はバッファ層等を考慮した設計を行えば良い。 Further, by using the sputtering method, it is possible to stably form a thin film having a higher density than the vapor deposition method or the like.
In this embodiment, an oxide is used to control the refractive index, but nitride may be used, and various compounds can be used as the gradient refractive index thin film as long as the refractive index changes continuously and periodically.
In addition, a buffer layer close to the refractive index of each of the substrate and the antireflection structure is provided between the substrate and the refractive index gradient thin film, and between the refractive index gradient thin film and the antireflection structure, thereby improving adhesion and durability. In this case, the design may be performed in consideration of the buffer layer and the like.

（実施例２）
図１０のように基板両面に屈折率傾斜膜を形成したフィルタの作製について以下に記載する。
図１０に示したように、本実施例では、基板２３の片面側に屈折率傾斜薄膜２２１を配置し、屈折率傾斜薄膜２２１上に反射防止構造体２１１を配置した後、基板２３の裏面側にも同様に屈折率傾斜薄膜２２２と反射防止構造体２１２を配置した。ＮＤフィルタ２４における所望の波長領域に所望の吸収を持つ機能は、屈折率傾斜薄膜２２１、２２２の両方に持たせたが、場合によっては屈折率傾斜薄膜２２１と２２２のどちらか一方のみであっても同様の特性を得る事は可能である。このような反射防止構造体２１１、２１２としては、図１１（ａ）〜（ｃ）中に示したように、反射防止効果を持つ微細周期構造体２５１、２５２や、単層、若しくは複数層の薄膜で形成された反射防止膜２６１、２６２、更には微細周期構造体２５と反射防止膜２６を併用した構成などが挙げられるが、適宜最適な構成を選択すれば良い。 (Example 2)
The production of a filter having a gradient refractive index film on both sides of the substrate as shown in FIG. 10 will be described below.
As shown in FIG. 10, in this embodiment, the refractive index gradient thin film 221 is disposed on one side of the substrate 23, the antireflection structure 211 is disposed on the refractive index gradient thin film 221, and then the back surface side of the substrate 23. Similarly, the gradient refractive index thin film 222 and the antireflection structure 212 are also arranged. The function of having desired absorption in a desired wavelength region in the ND filter 24 is provided to both of the gradient refractive index thin films 221 and 222. In some cases, however, only one of the gradient refractive index thin films 221 and 222 is provided. It is possible to obtain similar characteristics. As such antireflection structures 211 and 212, as shown in FIGS. 11A to 11C, the fine periodic structures 251 and 252 having an antireflection effect, a single layer, or a plurality of layers. The antireflection films 261 and 262 formed of a thin film, and a configuration in which the fine periodic structure 25 and the antireflection film 26 are used in combination. The optimum configuration may be selected as appropriate.

図１１（ａ）〜（ｃ）中でも、反射低減の観点からは図１１（ａ）に示したような構成にする事がより望ましい。従って、本実施例では図１１（ａ）のように、反射防止構造体として、基板２３の両側の面で微細周期構造体２５１、２５２を形成した。
ＮＤフィルタ２４を形成する基板２３には厚さ１．０ｍｍのＳＦＬ−６ガラスを使用した。実施例１と同様に、まずは基板２３上の片面側に、屈折率傾斜薄膜２２１を、メタモードスパッタ法により、ＳｉＯ2とＴｉＯｘ膜の成膜レートを調整しながら、この２種類を混合させ、屈折率を膜厚方向で連続的に変化させる事で、所望の吸収特性を得るように調整し作製した。その後、基板の表裏を変えて、再度同様にＳｉＯ2とＴｉＯｘの混合膜である屈折率傾斜薄膜２２２混合膜を作製した。また屈折率傾斜薄膜２２１、２２２の膜厚はそれぞれ約２００ｎｍとなるように調節した。 11A to 11C, the configuration as shown in FIG. 11A is more desirable from the viewpoint of reducing reflection. Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 11A, the fine periodic structures 251 and 252 are formed on both surfaces of the substrate 23 as the antireflection structure.
SFL-6 glass with a thickness of 1.0 mm was used for the substrate 23 on which the ND filter 24 was formed. As in Example 1, first, the refractive index gradient thin film 221 is mixed on one side of the substrate 23 by mixing the two types while adjusting the deposition rate of the SiO 2 and TiO x films by the meta mode sputtering method. By adjusting the refractive index continuously in the film thickness direction, adjustment was made to obtain a desired absorption characteristic. Thereafter, the front and back sides of the substrate were changed, and similarly, a gradient index thin film 222 mixed film, which was a mixed film of SiO 2 and TiOx, was produced again. The thicknesses of the gradient refractive index thin films 221 and 222 were adjusted to be about 200 nm, respectively.

また、膜厚方向に屈折率を連続的に変化させる事に加え、ＴｉＯｘのｘを膜厚方向で変化させ、消衰係数も変化させる事で、屈折率傾斜薄膜２２１、２２２中の吸収特性を調整し、可視波長領域である４００ｎｍ〜７００ｎｍにおける分光透過特性が、膜総体として分散が小さい平坦な特性となるように膜設計を行い、屈折率傾斜薄膜２２１、２２２は、図１２で示すような屈折率のプロファイルを持つ構成とした。   In addition to continuously changing the refractive index in the film thickness direction, the absorption characteristics in the gradient index thin films 221 and 222 can be changed by changing the x of TiOx in the film thickness direction and changing the extinction coefficient. The film is designed so that the spectral transmission characteristic in the visible wavelength region of 400 nm to 700 nm is a flat characteristic with small dispersion as a whole film, and the gradient refractive index thin films 221 and 222 are as shown in FIG. A configuration having a refractive index profile was adopted.

これらを満足する為に、本実施例においては、屈折率傾斜薄膜は、図１２で示すような屈折率のプロファイルを持つ構成とした。屈折率傾斜薄膜は異なる３つの屈折率ピークを持ち、屈折率傾斜薄膜の基板側界面の屈折率は約１．８で、反射防止構造体側の屈折率が１．６となるような構成とした。屈折率傾斜薄膜の屈折率は、基板に近い方から緩やかに上昇し、極大値を経て緩やかに減少し極小値から上昇に転じる。このような上昇及び減少を複数回繰り返した後、最終的には反射防止構造体に向かって反射防止構造体の屈折率に緩やかに近づく構成とした。
屈折率傾斜薄膜中の３つの屈折率の極大値は図１２で示すように配置したが、この配置だけに限定されない。 In order to satisfy these requirements, in the present example, the gradient refractive index thin film has a refractive index profile as shown in FIG. The gradient refractive index thin film has three different refractive index peaks, the refractive index at the substrate side interface of the gradient refractive index thin film is about 1.8, and the refractive index at the antireflection structure side is 1.6. . The refractive index of the gradient refractive index thin film gradually increases from the side closer to the substrate, gradually decreases after reaching the maximum value, and starts increasing from the minimum value. After such an increase and decrease was repeated a plurality of times, finally, the configuration was such that the refractive index of the antireflection structure gradually approaches the antireflection structure.
Although the maximum values of the three refractive indexes in the gradient refractive index thin film are arranged as shown in FIG. 12, the arrangement is not limited to this arrangement.

その後、基板両面に形成された屈折率傾斜薄膜上にＵＶ硬化樹脂を用いた光ナノインプリント法により反射防止効果を持つサブミクロンピッチの微細周期構造体２５１、２５２を形成した。実施例１と同様の理由から、本実施例においても、ＮＤ膜を形成した基板両面にそれぞれインプリント用のモールドを配置し、両面同時に光ナノインプリントを実施した。   After that, sub-micron pitch fine periodic structures 251 and 252 having an antireflection effect were formed on the gradient refractive index thin films formed on both surfaces of the substrate by an optical nanoimprint method using a UV curable resin. For the same reason as in Example 1, also in this example, an imprint mold was arranged on both sides of the substrate on which the ND film was formed, and optical nanoimprinting was performed on both sides simultaneously.

以上によって作製されたＮＤフィルタの分光反射率特性、及び分光透過率特性が図１３である。濃度は約０．７０程度であり、可視波長領域において反射率が約０．２％以下になっている。本構成により、非常に低い反射率を実現できた。測定には、分光光度計を用いた。   FIG. 13 shows spectral reflectance characteristics and spectral transmittance characteristics of the ND filter manufactured as described above. The density is about 0.70, and the reflectance is about 0.2% or less in the visible wavelength region. With this configuration, a very low reflectance can be realized. A spectrophotometer was used for the measurement.

さらに、可視領域全域において、分光透過特性が平坦であり、前述の平坦性の指標に換算すると、本実施例において作製されたフィルタの平坦性は約１．６％程度であり、可視光領域の反射率を０．５％以下と非常に低い値に抑えたうえで、平坦性に優れたフィルタを得る事ができた。   Further, the spectral transmission characteristic is flat in the entire visible region, and when converted into the above-described flatness index, the flatness of the filter manufactured in this example is about 1.6%, and in the visible light region. It was possible to obtain a filter with excellent flatness while suppressing the reflectance to a very low value of 0.5% or less.

また、実施例１、２ではメタモードスパッタ法によりＳｉＯ2とＴｉＯｘの混合膜を作製し、膜厚方向でその混合比率を変える事で連続的な屈折率を持つ傾斜薄膜を形成したが、これに限らず、ＮｂＯｘやＴａＯｘ、ＺｒＯｘ、ＡｌＯｘ、ＭｏＳｉＯｘ、ＭｏＯｘ、ＷＯｘなど、様々な金属または半金属の酸化物の材料を使用する事が可能である。前述したような屈折率傾斜薄膜と界面をなす構造体の屈折率などの関係から、必要とされる屈折率を実現できる材料であれば良く、プロセス上の制約などを考慮し、時々で最適な材料を選択すれば良い。また、３種類以上の金属または半金属の元素を含んだ材料を組合せても良い。３種類以上の材料を組み合わせると安定的に屈折率を傾斜させることが可能となり、吸収の低減など消衰係数の調整も行い易くなり設計の自由度が広がる。この際、酸化物に限らず窒化物でも同様に設計の自由度を広げることができる。 In Examples 1 and 2, a mixed film of SiO 2 and TiOx was produced by the metamode sputtering method, and an inclined thin film having a continuous refractive index was formed by changing the mixing ratio in the film thickness direction. However, it is possible to use various metal or metalloid oxide materials such as NbOx, TaOx, ZrOx, AlOx, MoSiOx, MoOx, and WOx. From the relationship such as the refractive index of the structure that forms the interface with the gradient refractive index thin film as described above, any material can be used as long as it can achieve the required refractive index. What is necessary is just to select a material. Moreover, you may combine the material containing the element of 3 or more types of metals or metalloids. Combining three or more types of materials makes it possible to stably incline the refractive index, making it easy to adjust the extinction coefficient, such as reducing absorption, and increasing the degree of design freedom. At this time, not only oxides but also nitrides can be similarly expanded in design freedom.

さらに、反応性蒸着などを用いる場合は、その導入ガスを制御し、屈折率や消衰係数を制御する事で傾斜薄膜を形成する事も可能である。膜厚方向で傾斜薄膜中の一部に吸収を持たせる構成でも良いし、全体的に吸収を持ちつつ屈折率を連続的に変化させても良い。成膜手法もメタモードスパッタ法だけに限らず、他のスパッタ法や、各種の蒸着法などでも良い。   Furthermore, when reactive vapor deposition or the like is used, it is possible to form a gradient thin film by controlling the introduced gas and controlling the refractive index and extinction coefficient. A configuration may be adopted in which absorption in a part of the inclined thin film is given in the film thickness direction, or the refractive index may be continuously changed while having overall absorption. The film forming method is not limited to the meta-mode sputtering method, and other sputtering methods and various vapor deposition methods may be used.

本実施例のように形成された屈折率傾斜薄膜は、高密度の膜となり膜応力が問題となる事がある。その場合は本実施例のように、剛性の高いガラスなどの基板を用いると膜応力による反りなどの不具合を低減できる。また、屈折率傾斜薄膜を基板の両面に設けることで、それぞれの膜応力を打ち消しあい安定した光学フィルタを製造することができる。
特に、本実施例に用いた基板の両面に屈折率傾斜薄膜、微細周期構造体を設ける構成は、膜応力に対する基板の安定性を得られる。加えて、微細周期構造体を両面から光ナノインプリントにより反射防止構造体を一連の連続または同時の工程で形成することができるため生産性に優れる。 The gradient refractive index thin film formed as in this embodiment becomes a high-density film, and film stress may be a problem. In this case, as in this embodiment, when a substrate such as glass having high rigidity is used, problems such as warpage due to film stress can be reduced. Further, by providing the gradient refractive index thin film on both surfaces of the substrate, it is possible to manufacture a stable optical filter by canceling out the respective film stresses.
In particular, the structure in which the refractive index gradient thin film and the fine periodic structure are provided on both surfaces of the substrate used in this example can provide the stability of the substrate against the film stress. In addition, since the anti-reflective structure can be formed by a series of continuous or simultaneous processes on both sides of the fine periodic structure by optical nanoimprinting, the productivity is excellent.

（実施例３）
図１４に光量絞り装置を示す。次に、本発明のＮＤフィルタを備える光量絞り装置を光学機器（ビデオカメラ）に適用した実施例について図１４を用いて説明する。
図１４において、４１はレンズユニット４１Ａ〜４１Ｄを有する撮影光学系である。４２はＣＣＤ等の固体撮像素子であり、撮影光学系４１によって形成される光線ａ、ｂの像を受光し、電気信号に変換する。４３は光学ローパスフィルタである。撮影光学系４１は、図１４に示したＮＤフィルタ４４、絞り羽根４５，４６、地板４７で構成される光量絞り装置を有している。
以上の実施例の構成によれば、解像度低下の少ないＮＤフィルタを提供することができる。ＮＤフィルタ４４に本実施例１及び２で作成した屈折率傾斜薄膜を用いたＮＤフィルタを用いたものは、生産性に優れ軽量かつカラーバランスに優れていた。
これにより作製された光量絞り装置は、フィルタの反射に起因したゴーストなどの不具合を著しく低減する事ができる。 (Example 3)
FIG. 14 shows a light quantity stop device. Next, an embodiment in which the light quantity stop device including the ND filter of the present invention is applied to an optical apparatus (video camera) will be described with reference to FIG.
In FIG. 14, reference numeral 41 denotes a photographing optical system having lens units 41A to 41D. Reference numeral 42 denotes a solid-state image sensor such as a CCD which receives the images of the light rays a and b formed by the photographing optical system 41 and converts them into electric signals. 43 is an optical low-pass filter. The photographing optical system 41 has a light amount diaphragm device including the ND filter 44, the diaphragm blades 45 and 46, and the base plate 47 shown in FIG.
According to the configuration of the above embodiment, it is possible to provide an ND filter with little reduction in resolution. What used the ND filter using the gradient refractive index thin film produced in Examples 1 and 2 for the ND filter 44 was excellent in productivity and lightweight and excellent in color balance.
The light quantity diaphragm device thus produced can remarkably reduce problems such as ghosts caused by the reflection of the filter.

これに限らず、他の光学機器であっても、実施例１や実施例２で作製されたような光学フィルタを用いることで、生産性に優れ、フィルタの反射に起因した装置上の不具合を著しく低減する事が可能である。ビデオカメラあるいはデジタルスチルカメラ等の撮影系に使用するに適した光量絞り装置の絞りは、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサと言った固体撮像素子への入射光量を制御するために設けられているものである。被写界が明るくなるにつれ、絞り羽根３１を制御し、より小さく絞り込まれていく構造になっている。このとき、小絞り状態時に発生する像性能の劣化に対する対策として、絞りの近傍にＮＤフィルタ３４を配置し、被写界の明るさが同一であっても、絞りの開口をより大きくできる構造にしている。入射光がこの光量絞り装置３３を通過し、固体撮像素子（不図示）に到達する事で電気的な信号に変換され画像が形成される。   In addition to this, even in other optical devices, by using the optical filter as produced in Example 1 or Example 2, it is excellent in productivity, and troubles on the apparatus due to reflection of the filter can be prevented. It can be significantly reduced. A diaphragm of a light amount diaphragm device suitable for use in a photographing system such as a video camera or a digital still camera is provided for controlling the amount of light incident on a solid-state imaging device such as a CCD or CMOS sensor. As the field of view becomes brighter, the diaphragm blades 31 are controlled so as to be further narrowed down. At this time, as a countermeasure against image performance degradation that occurs in a small aperture state, an ND filter 34 is arranged in the vicinity of the aperture so that the aperture of the aperture can be made larger even if the brightness of the object field is the same. ing. Incident light passes through the light amount restrictor 33 and reaches a solid-state imaging device (not shown) to be converted into an electrical signal to form an image.

（他の実施例）
実施例１、２で記載したＮＤフィルタ以外の光学フィルタにおいても、吸収を持つタイプでであれば同様の効果を期待でき、光学フィルタが、吸収を持ってもよい場合には、撮像素子やポスターなど対象物を保護するようなフィルタには、所望とする波長領域の反射を低減する為の反射防止の保護フィルムや保護板として応用可能である。タッチパネル等に設けられる保護板に用いることで、表示部の視認性を向上させた電子機器とすることができる。例えばカラーフィルタなどに応用する事が可能である。これらの光学フィルタに本発明を適用する事で、反射率を低減しつつ、所望の透過特性を得る事が可能となり、平坦性に優れた光学フィルタを得ることも可能である。また、これらの光学フィルタを搭載する事で、前述の不具合を改善した各種の光学機器を得る事が可能となる。 (Other examples)
In the optical filters other than the ND filters described in the first and second embodiments, the same effect can be expected as long as they are of a type having absorption. When the optical filter may have absorption, an image sensor or a poster is used. Such a filter that protects an object can be applied as an antireflection protective film or a protective plate for reducing reflection in a desired wavelength region. By using it for a protective plate provided in a touch panel or the like, an electronic device with improved visibility of the display portion can be obtained. For example, it can be applied to a color filter. By applying the present invention to these optical filters, it is possible to obtain desired transmission characteristics while reducing the reflectance, and it is also possible to obtain an optical filter excellent in flatness. In addition, by mounting these optical filters, it is possible to obtain various optical devices in which the above-described problems are improved.

１１１、１１２、２１１、２１２．反射防止構造体
１２、２２１、２２２．屈折率傾斜薄膜
１３、２３．基板
１５、２５、１５１、１５２、２５１、２５２．微細周期構造体
１６、２６、１６１、１６２．２６１、２６２．反射防止膜
４１ 撮影光学系
４２ 固体撮像素子
４３ 光学ローパスフィルタ
４４ ＮＤフィルタ
４５、４６ 絞り羽根
４７ 地板 111, 112, 211, 212. Antireflection structure 12, 221, 222. Refractive index gradient thin film 13, 23. Substrate 15, 25, 151, 152, 251, 252. Fine periodic structures 16, 26, 161, 162.261, 262. Antireflection film 41 Imaging optical system 42 Solid-state imaging device 43 Optical low-pass filter 44 ND filters 45 and 46 Aperture blade 47

Claims (4)

光透過性を有する基板と、A substrate having optical transparency;
前記基板上に設けられて膜厚方向に屈折率が変化する屈折率傾斜薄膜と、  A refractive index gradient thin film provided on the substrate and having a refractive index changing in a film thickness direction;
前記屈折率傾斜薄膜上に設けられる反射防止構造体と  An antireflection structure provided on the gradient refractive index thin film;
を備え、With
前記屈折率傾斜薄膜は、光吸収特性を有し、且つ屈折率の増減を伴った複数の変化点を  The gradient refractive index thin film has a light absorption characteristic, and has a plurality of change points accompanied by increase / decrease in the refractive index.
持つ屈折率変化が、前記基板側から前記反射防止構造体側に向けて減少傾向となる屈折率Refractive index having a decreasing tendency from the substrate side toward the antireflection structure side
傾斜特性を有するとともに、In addition to having tilt characteristics,
前記屈折率傾斜薄膜は、前記屈折率変化における前記複数の変化点として屈折率が増加  The gradient refractive index thin film has an increased refractive index as the plurality of change points in the refractive index change.
後に減少へ変化する複数の極大値を含み、かつ、前記複数の極大値のうち前記基板側に最It includes a plurality of maximum values that subsequently change to a decrease, and of the plurality of maximum values,
も近い極大値が、前記屈折率変化の最大値である屈折率傾斜特性を有し、A local maximum value having a refractive index gradient characteristic which is the maximum value of the refractive index change,
前記屈折率傾斜薄膜は、その膜厚方向において、  The refractive index gradient thin film is in the film thickness direction,
可視波長領域の分光透過特性が長波長側になるにつれて高くなる領域と、  A region where the spectral transmission characteristic in the visible wavelength region becomes higher as it becomes longer,
可視波長領域の分光透過特性が長波長側になるにつれて低くなる領域と、  The region where the spectral transmission characteristics in the visible wavelength region become lower as it goes to the longer wavelength side,
を有することを特徴とする光学フィルタ。An optical filter comprising: 光透過性を有する基板と、A substrate having optical transparency;
前記基板上に設けられて膜厚方向に屈折率が変化する屈折率傾斜薄膜と、  A refractive index gradient thin film provided on the substrate and having a refractive index changing in a film thickness direction;
前記屈折率傾斜薄膜上に設けられる反射防止構造体と  An antireflection structure provided on the gradient refractive index thin film;
を備え、With
前記屈折率傾斜薄膜は、光吸収特性を有し、且つ屈折率の増減を伴った複数の変化点を  The gradient refractive index thin film has a light absorption characteristic, and has a plurality of change points accompanied by increase / decrease in the refractive index.
持つ屈折率変化が、前記基板側から前記反射防止構造体側に向けて減少傾向となる屈折率Refractive index having a decreasing tendency from the substrate side toward the antireflection structure side
傾斜特性を有するとともに、In addition to having tilt characteristics,
前記屈折率傾斜薄膜は、前記屈折率変化における前記複数の変化点として屈折率が増加  The gradient refractive index thin film has an increased refractive index as the plurality of change points in the refractive index change.
後に減少へ変化する複数の極大値を含み、かつ、前記複数の極大値のうち前記基板側に最It includes a plurality of maximum values that subsequently change to a decrease, and of the plurality of maximum values,
も近い極大値が、前記屈折率変化の最大値である屈折率傾斜特性を有し、A local maximum value having a refractive index gradient characteristic which is the maximum value of the refractive index change,
前記屈折率傾斜薄膜は、その膜厚方向において、  The refractive index gradient thin film is in the film thickness direction,
可視波長領域の分光透過特性が長波長側になるにつれて高くなる領域から可視波長領域  Visible wavelength region from the region where spectral transmission characteristics in the visible wavelength region become higher as the wavelength becomes longer
の分光透過特性が長波長側になるにつれて低くなる領域へ変化する領域を有することを特It has a region that changes to a region where its spectral transmission characteristics become lower as it becomes longer wavelength side.
徴とする光学フィルタ。An optical filter. 前記基板は、光線透過率が８９％以上の透明樹脂基板であることを特徴とする請求項１2. The substrate is a transparent resin substrate having a light transmittance of 89% or more.
または２に記載の光学フィルタ。Or the optical filter of 2. 光学フィルタを撮影光学系に用いた光学機器であって、An optical device that uses an optical filter in a photographing optical system,
前記光学フィルタが、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学フィルタであることを  The optical filter is the optical filter according to any one of claims 1 to 3.
特徴とする光学機器。Features optical equipment.
JP2012252709A 2012-11-16 2012-11-16 Optical filter and optical apparatus Active JP6224314B2 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012252709A JP6224314B2 (en) 2012-11-16 2012-11-16 Optical filter and optical apparatus
PCT/JP2013/081080 WO2014077399A1 (en) 2012-11-16 2013-11-18 Optical filter and optical apparatus
US14/443,191 US9513417B2 (en) 2012-11-16 2013-11-18 Optical filter and optical apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012252709A JP6224314B2 (en) 2012-11-16 2012-11-16 Optical filter and optical apparatus

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2014102297A JP2014102297A (en) 2014-06-05
JP2014102297A5 JP2014102297A5 (en) 2016-06-23
JP6224314B2 true JP6224314B2 (en) 2017-11-01

Family

ID=51024883

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012252709A Active JP6224314B2 (en) 2012-11-16 2012-11-16 Optical filter and optical apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6224314B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6639098B2 (en) * 2015-03-20 2020-02-05 富士フイルム株式会社 Touch panel member, touch panel, and touch panel display device

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4826267A (en) * 1987-11-30 1989-05-02 Rockwell International Corporation Spectral filter with integral antireflection coating
JPH0883581A (en) * 1994-09-13 1996-03-26 Hitachi Ltd Surface plate treatment film and display device and its manufacture
US6010756A (en) * 1998-05-19 2000-01-04 Lockheed Martin Corporation Rugate filter and method of making same
JP2002267815A (en) * 2001-03-08 2002-09-18 Dainippon Printing Co Ltd Reflection preventive molded part and method for manufacturing the same
JP4240458B2 (en) * 2002-12-27 2009-03-18 キヤノン電子株式会社 ND filter for light quantity diaphragm, light quantity diaphragm device, camera having the light quantity diaphragm device, and filter manufacturing method
JP4331546B2 (en) * 2003-03-26 2009-09-16 オリンパス株式会社 Optical filter and optical apparatus
JP5067133B2 (en) * 2007-11-13 2012-11-07 住友金属鉱山株式会社 Absorption type ND filter
JP5600396B2 (en) * 2009-04-23 2014-10-01 キヤノン電子株式会社 Optical filter
US8917369B2 (en) * 2009-06-23 2014-12-23 Sharp Kabushiki Kaisha Display device and multilayer substrate
US9588266B2 (en) * 2011-05-17 2017-03-07 Canon Denshi Kabushiki Kaisha Optical filter and optical apparatus
JP6053352B2 (en) * 2011-06-29 2016-12-27 キヤノン電子株式会社 Optical filter, optical device, and optical filter manufacturing method.

Also Published As

Publication number Publication date
JP2014102297A (en) 2014-06-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5728572B2 (en) Optical filter and optical device
JP6006718B2 (en) Optical filter, optical device, electronic device, and antireflection composite
US9513417B2 (en) Optical filter and optical apparatus
JP6317954B2 (en) Lens unit, imaging module, and electronic device
JP2013015827A (en) Nd filter and optical device
JP2012137649A (en) Optical filter
JP2008276059A (en) Optical element and optical system having the same
JP6053352B2 (en) Optical filter, optical device, and optical filter manufacturing method.
JP6556529B2 (en) Optical filter and optical device provided with optical filter
JP6162947B2 (en) Optical filter, optical device, electronic device
JP2010066704A (en) Optical element, optical system, and optical apparatus
WO2016060003A1 (en) Optical element and method for producing optical element
JP6224314B2 (en) Optical filter and optical apparatus
JP5213424B2 (en) Optical system and optical apparatus having the same
JP2010048896A (en) Optical system
JP2018180430A (en) Optical filter
JP6386785B2 (en) MICROSTRUCTURE, OPTICAL FILTER AND OPTICAL DEVICE
JP6761231B2 (en) Antireflection microstructures, optical filters, optics, and methods for manufacturing antireflection microstructures
JP7521884B2 (en) Optical filter and optical device
JP6980364B2 (en) Optical filter, light intensity adjuster and optical device
Chou et al. Laser interference lithography and nanoimprint techniques for lower reflection transparent conducting oxide hybrid films
JP2017044944A (en) Optical filter, light volume adjusting unit, and optical device
JP4051015B2 (en) Antireflection film
JP2018025651A (en) Optical device and optical system including the same, and imaging apparatus
KR20170006216A (en) Method for manufacturing non-reflecting sub-micron structure

Legal Events

Date Code Title Description
RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20140529

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20151113

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160510

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20161122

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170120

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170530

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170706

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: 20170919

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20171005

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6224314

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