JP7093194B2 - 光源角度測定装置及び人工衛星 - Google Patents

Description

本発明は、光源からの光を減衰させて透過させるＮＤフィルタ、光源角度測定装置並びに人工衛星に関する。

例えば、特許文献１には、透明な基板上に光吸収層と誘電体層とが積層されて光減衰領域が形成され、中心から径方向外側に向かって段階的または連続的に光学濃度が低くなっているＮＤフィルタが開示されている。このような、ＮＤフィルタは、各種撮像装置、例えば、太陽からの光の入射角度を測定し、その角度から太陽または人工衛星の位置情報を取得する光源角度測定装置に採用することができる。また、位置検出の対象とする光源として、太陽以外の恒星と、恒星の光を反射して光っている惑星や衛星も角度測定の対象とすることができる。

特開２０１３－１５６６１９号公報

例えば特許文献１に開示されたもののようなＮＤフィルタを用いた場合、光学濃度が、中心から径方向外側に向かって段階的または連続的に低くなるように基板の端部までＮＤ膜が成膜しているため、取り扱いに注意が必要である。

本発明は、取り扱いやすいＮＤフィルタ、光源角度測定装置並びに人工衛星を提供する。

上記課題を解決するために本発明の光源角度測定装置は、
透明な基板と、
前記基板上に光吸収層と誘電体層とが積層されて形成され、その光学濃度は、中心から径方向外側に向かって段階的または連続的に低くなるように、前記基板上の周縁部以外の部分を覆い、中心を含んだ部分に光学濃度が一定、かつ、最も高い部分が形成されているＮＤ膜と、を有するＮＤフィルタと、
前記ＮＤフィルタに対して光源とは反対側に配置された受光素子と、
前記ＮＤフィルタと前記受光素子との間に配置され、前記ＮＤフィルタを透過した光を通過させる開口が形成されたピンホールと、
前記開口を通過して前記受光素子上に受光された光に基づいて、前記光源の角度を測定する演算手段と、を備え、
前記ＮＤフィルタの前記光学濃度が一定、かつ、最も高い部分は、前記開口の径よりも大きいことを特徴とする。

本発明によれば、取り扱いやすいＮＤフィルタを提供することができる。

本発明のＮＤフィルタが搭載された光源角度測定装置の実施の一形態の分解斜視図である。 本発明のＮＤフィルタが搭載された光源角度測定装置の実施の一形態の分解斜視図である。 図１及び図２に示した光源角度測定装置の組立状態を示す斜視図及び要部断面図である。 図１及び図２に示した光源角度測定装置の要部を示す斜視図である。 図１～図４に示した光源角度測定装置における測定対象光となる光源からの光の進行を説明するための図である。 測定対象光の入射角に対する相対照度の依存を示すグラフである。 図１～図５に示したＮＤフィルタの断面図である。 図１～図５に示したＮＤフィルタの実施例１における一形態を示す図であり、（ａ）は層構成を示す図、（ｂ）は（ａ）に示した層構成の各領域における光学濃度を示すグラフ、（ｃ）は上方から見た図である。 図１～図５に示したＮＤフィルタの実施例１における他の形態を示す図である。 図１～図５に示したＮＤフィルタの実施例１における他の形態を示す図である。 図１～図５に示したＮＤフィルタの実施例２における一形態を示す図であり、（ａ）は層構成を示す図、（ｂ）は（ａ）に示した層構成の各領域における光学濃度を示すグラフ、（ｃ）は上方から見た図である。 図１１に示したＮＤフィルタの作製方法を説明するための図である。 図１～図５に示したＮＤフィルタ２の実施例２における他の形態を示す図である。 図１～図５に示したＮＤフィルタの実施例２における他の形態を示す図であり、（ａ）は層構成を示す図、（ｂ）は（ａ）に示した層構成の各領域における光学濃度を示すグラフである。 図１～図５に示したＮＤフィルタの実施例３における一形態を示す図であり、（ａ）は層構成を示す図、（ｂ）は（ａ）に示した層構成の各領域における光学濃度を示すグラフ、（ｃ）は上方から見た図である。 図１～図５に示したＮＤフィルタ２の実施例２における他の形態を示す図であり、（ａ）は層構成の一形態を示す図、（ｂ）は（ａ）に示した層構成の各領域における光学濃度を示すグラフ、（ｃ）は層構成の他の形態を示す図、（ｄ）は（ｃ）に示した層構成の各領域における光学濃度を示すグラフ、（ｅ）は層構成の他の形態を示す図、（ｆ）は（ｅ）に示した層構成の各領域における光学濃度を示すグラフである。 本発明のＮＤフィルタの比較例を示す図であり、（ａ）は層構成を示す図、（ｂ）は（ａ）に示した層構成の各領域における光学濃度を示すグラフである。 実施例１～３に示した構成を有するＮＤフィルタと図１７に示したＮＤフィルタを本発明の光源角度測定装置に配置した場合における入射角θによる相対照度をシミュレーションした結果を示す図である。 本発明のＮＤフィルタが搭載された光源角度測定装置の他の実施の形態の分解斜視図である。 本発明に係る光源角度測定装置を備えた人工衛星を示す図である。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１及び図２は、本発明のＮＤフィルタが搭載された光源角度測定装置の実施の一形態の分解斜視図であり、図３は、図１及び図２に示した光源角度測定装置の組立状態を示す斜視図及び要部断面図であり、図４は、図１及び図２に示した光源角度測定装置の要部を示す斜視図である。

本形態における光源角度測定装置は図１～図４に示すように、外装を構成する箱状の筐体１０と、この筐体１０内に配置される受光部品４０と、受光部品４０が内部に配置された筐体１０の蓋部材となるバックカバー５０とから構成されている。

筐体１０は、光源からの光の受光側となる表面１０ａの中央部に、その厚さ方向に貫通した１つの円形貫通部１１が設けられているとともに、円形貫通部１１の開口周縁部を取り囲むように環状の突起部１２が設けられている。

筐体１０の受光側とは反対側には、円板形状のアパーチャ（導光部材）３１が配置されている。なお、アパーチャ３１を、円形の板状部材ではなく、四角形等、他の外形としてもよい。アパーチャ３１には、中心部において厚さ方向に外径が漸小する貫通孔３１ａが設けられている。アパーチャ３１は、貫通孔３１ａのうち外径が最も大きい側が、筐体１０が有する円形貫通部１１側に向けられ、貫通孔３１ａの外径が最も小さい側の開口によって導光孔となるピンホール３０が形成されている。これにより、貫通孔３１ａの外径が最も小さい側の径によってピンホール３０の外径が規定されている。

筐体１０は、環状の突起部１２の内側の面が、ピンホール３０までの光路の一部を構成する環状傾斜面１２ａとなっており、この環状傾斜面１２ａの延長線上にピンホール３０が形成されている。これにより、筐体１０の外からの光は、環状傾斜面１２ａから貫通孔３１ａの内面に沿ってピンホール３０に導かれることになる。

このように構成されたアパーチャ３１は、筐体１０の内壁に設けられた円形凹部（固定部）１０ｃに埋設され、２つのビスＢ₁を介して筐体１０に固定されている。

アパーチャ３１と筐体１０との間には、ＮＤフィルタ２が配置されている。ＮＤフィルタ２は筐体１０に直接固定されていてもよいし、アパーチャ３１に直接固定されていてもよいし、筐体１０とアパーチャ３１とに把持固定されていてもよい。ただし、ピンホール３０とＮＤフィルタ２とは一定の距離が設けられていることが好ましい。ピンホール３０とＮＤフィルタ２との距離が短いと、画角による入射高さの差が小さいため、ＮＤフィルタ２において狭い範囲で光学濃度分布を作製する必要があり、ＮＤフィルタ２の製造が難しくなるためである。

アパーチャ３１が筐体１０に固定されると、筐体１０に設けられた円形貫通部１１の環状傾斜面１２ａが、アパーチャ３１の貫通孔３１ａに向けて傾斜して接続された状態となる。これにより、筐体１０の外から入射する光の入射角は、円形貫通部１１の環状傾斜面１２ａとこれに連続するアパーチャ３１の貫通孔３１ａとで決定され、アパーチャ３１を通過する最小の光径は、貫通孔３１ａの最小開口、すなわち、ピンホール３０の直径で決定される。

アパーチャ３１の受光側とは反対側には、アパーチャ３１に対面するようにセンサ基板４２が配置されている。センサ基板４２には、光学センサとしてＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）やＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の受光素子４１が実装されている。筐体１０の外からの光は、環状傾斜面１２ａから貫通孔３１ａの内面に沿ってピンホール３０に導かれ、ピンホール３０から受光素子４に対し、ピンホール３０の外形に沿ってスポット的に入射することになる。そのため、ピンホール３０は、筐体１０の外からの光を受光素子４上に集光する集光手段となる。この際、ＮＤフィルタ２において、受光素子４１に入射する光量が減衰され、入射角による照射強度が調整されることになる。

センサ基板４２の受光側とは反対側には、画像処理基板４３が配置されている。画像処理基板４３には、受光素子４１に入射した光による画像データを処理する演算手段となるＩＣ（Integrated Circuit）が実装されており、測定対象となる光源からの光がＮＤフィルタ２及びアパーチャ３１のピンホール３０を介して受光素子４１にスポット的に入射すると、その出力から光源の角度を測定することで測定対象の位置を検出する。

画像処理基板４３の受光側とは反対側には、画像処理基板４３にて画像処理されたデータ、すなわち、測定対象の位置を特定するためのデータを外部に出力する外部インターフェース基板４４が配置されている。

センサ基板４２は、筐体１０の内壁１０ａに設けられたネジ穴に２つの連結ネジＮが螺合されることで、筐体１０に対して固定される。これにより、アパーチャ３１のピンホール３０と受光素子４１のセンサ面との間の距離が所定の間隔、すなわち、ピンホール３０を介して入射するスポット光が受光素子４１の受光面に確実に着地する距離で固定される。なお、本実施形態においては、アパーチャ３１と受光素子４１とを接近してその間隔を小さく設定したことで、受光素子４１の受光面の大きさを小さくできる。これにより、受光素子４１の小型化に加えて、光源角度測定装置１の小型化や軽量化にも有効となる。

また、センサ基板４２と画像処理基板４３と外部インターフェース基板４４とは、この順で連結ネジＮによって相互に連結され、外部インターフェース基板４４側から２つのビスＢ₂により固定されている。これにより、センサ基板４２と画像処理基板４３との間、及び画像処理基板４３と外部インターフェース基板４４との間には、それぞれ、放熱用の空間が形成される。このように相互に連結したセンサ基板４２、画像処理基板４３及び外部インターフェース基板４４は、センサ基板４２と画像処理基板４３とを連結する連結ネジＮが筐体１０の内壁１０ａに設けられたネジ穴に螺合されることで、筐体１０に対して固定される。

上記のように構成、配置されたＮＤフィルタ２、アパーチャ３１、センサ基板４２、画像処理基板４３及び外部インターフェース基板４４により、筐体１０内に収容される光学部品が構成され、これら各光学部品が筐体１０に収容され、そのまま、バックカバー５０が２つのビスＢ₃によって筐体１０に固定されることで、筐体１０の収容空間が実質的に封止される。なお、バックカバー５０には、外部インターフェース基板４４が有する２つの端子部４４ａ，４４ｂが挿通される２つの連通孔５１が設けられている。

なお、本実施形態では、センサ基板４２に対して、画像処理基板４３と外部インターフェース基板４４とを別々に基板として３層構造としたが、本発明はこれに限定されず、例えば、画像処理と外部インターフェースとを１つの基板とし、この基板とセンサ基板４２とを組み合わせて２層構造としてもよく、また、イメージセンサと画像処理と外部インターフェースとを１つの基板に設けて１層構造としてもよい。このように基板の積層数を減らした場合、積層数を減らした分だけ、基板間の隙間や通信接続のための構成も無くなることになり、光源角度測定装置１の更なる小型化と軽量化を実現できる。

また、本実施形態では、アパーチャ３１に対して受光素子４１とは反対側にＮＤフィルタ２が配置されているが、アパーチャ３１と受光素子４１との間にＮＤフィルタ２を配置してもよい。この場合、アパーチャ３１と受光素子４１との距離が大きくなるものの、ＮＤフィルタ２の屈折率を含めて受光素子４１への入射角を決定し、受光素子４１の大きさ等を決定すればよい。本実施形態では、アパーチャ３１（ピンホール３０）に対して受光素子４１とは反対側にピンホール３０から受光素子４１の距離よりも離れた距離にＮＤフィルタ２を配置することによって、受光素子４１の面積よりも広い領域にＮＤ膜を成膜することができるので、濃度分布を緩やかにできＮＤ膜の濃度分布制御が行いやすい。

また、本実施形態では、筐体１０とアパーチャ３１とを別体で構成したが、筐体１０とアパーチャ３１とを一体の構造物としてもよい。このような構造とした場合、アパーチャ３１と筐体１０との間の取付けが無くなるため、受光素子４１に対するピンホール３０の位置精度が向上する他、例えば、取付構造としてのビスＢ₁も不要となるため、軽量化にも有効なものとなる。なお、この場合も、ＮＤフィルタ２は、受光素子４１とピンホール３０との間に設けてもよいし、本実施形態と同様に、ピンホール３０の受光側に設けてもよい。

また、本実施形態では、アパーチャ３１を筐体１０に取り付け、その筐体１０にセンサ基板４２等を取り付けた構造例を説明したが、本発明は勿論これに限定されず、例えば、アパーチャ３１をセンサ基板４２に取り付けてもよい。

また、筐体１０の外からの光を受光素子４上に集光する集光手段として、ピンホール３０の代わりにスリットやレンズを用いてもよく、ピンホールやスリットとともにレンズを用いてもよい。さらに、ＮＤフィルタ２と受光素子４１との間にプリズムを設けてもよい。

ここで、上記のように構成された光源角度測定装置１における測定対象光となる光源からの光の進行について説明する。

図５は、図１～図４に示した光源角度測定装置１における測定対象光となる光源からの光の進行を説明するための図である。

図１～図４に示した光源角度測定装置１においては、測定対象となる光源からの光は、上述したように、円形貫通部１１を通過後、ＮＤフィルタ２に入射し、ＮＤフィルタ２を透過した光がピンホール３０を介して受光素子４１へ入射する。ここで、入射光とＮＤフィルタ２の面に対する法線とからなる角度を入射角θと称する。

その際、受光素子４１に入射できる光は、図５に示すように、ＮＤフィルタ２に入射した光のうち、ＮＤフィルタ２の特定領域を通過した光のみとなる。この特定領域は、ＮＤフィルタ２に入射する光の入射角θやピンホール３０の大きさ、ＮＤフィルタ２とピンホール３０との距離等によって決まる。そして、入射角θの大きな光ほど、ピンホール３０を通過して受光素子４１に入射するためには、ＮＤフィルタ２のうちピンホール３０の中心から半径方向に離れた位置を通過することになる。

図６は、測定対象光の入射角に対する相対照度の依存を示すグラフである。

ＮＤフィルタ２の光学濃度が面内方向で均一の場合、レンズ等により入射角の大きな光の照度を高めても、受光素子４１に入射する光の相対照度は、図６に示すように、各入射角に対してｃｏｓ⁴θに起因したカーブを有する特性となる。

本実施形態におけるＮＤフィルタ２は、入射角による照射強度を補正できるように、中心から径方向外側に向かって段階的または連続的に光学濃度が低くなっていく構成としている。すなわち、受光素子４１の各位置に入射した光の相対照度差が小さくなるように、受光素子４１に到達する入射角θの大きな測定対象の光に対して、光吸収機能を小さくしていることを特徴としている。

なお、図１～図５では、説明を簡便にするために一部の部材の説明を省略しているが、例えば、光を集光するためのレンズをピンホール３０とは別個に集光手段として設けたり、受光素子４１を保護するカバーガラス等を有する構成としたりしてもよい。例えばＮＤフィルタ２とアパーチャ３１との間に集光レンズを設けることで、入射角の非常に大きな光でも、受光素子４１に一定以上の照度で入射させることができる。なお、ＮＤフィルタ２、アパーチャ３１及び受光素子４１は、測定対象に対してこの順で配置されていることが好ましい。このように配置することで、入射角による照度依存を好適に補正でき、さらにアパーチャ３１と受光素子４１との間隔を狭めることができるため、受光素子４１の小型化にも貢献できる。

ここで、本発明のＮＤフィルタについて詳細に説明する。

図７は、図１～図５に示したＮＤフィルタ２の断面図である。

図１～図５に示したＮＤフィルタ２は図７に示すように、透明な基板となるガラス基板２１上に、誘電体層２２１と光吸収層２２２とからなるＮＤ膜２２が積層され、最表層に反射防止層２２３が積層されて構成されている。ＮＤ膜２２は、誘電体層２２１と光吸収層２２２とが複数層積層されて構成されている。そして、ＮＤ膜２２は、ＮＤ膜２２が成膜された領域の中心から外周に向けて、径方向外側に向かって段階的または連続的に光学濃度が低くなる領域を有している。具体的には、成膜領域、すなわちガラス基板２１の面内方向の面積が互いに異なる複数のＮＤ膜２２をガラス基板２１の厚み方向で重なるように配置したり、ＮＤ膜２２として、成膜領域の中心から外周に向けて連続的に光学濃度が低くなる領域を有する傾斜ＮＤ膜を形成したり、ＮＤ膜や傾斜ＮＤ膜をガラス基板２１の厚み方向で互いに重なるように配置したりした構成となっており、その詳細の構成例は後述の実施例にて示す。

以下に、上述したガラス基板２１、ＮＤ膜２２及び反射防止層２２３について説明する。

（ガラス基板）
図１～図５に示したＮＤフィルタ２の基板としては、透明な材料からなるものを用いることができるが、耐熱性や耐久性が高く、剛性も強いことにより、例えば太陽の位置情報の取得用途等の過酷な状況で、高い光減衰機能が求められる用途であっても好適に使用できることから、ガラス基板２１が用いられる。

図１～図５に示したＮＤフィルタ２の使用環境を考慮すると、ガラス基板２１には、放射線に対する耐久性を有する材質の基材であることが好ましく、例えば、合成石英ガラスや耐放射線ガラスが好適である。耐放射線ガラスは、ＣｅＯ₂（酸化セレン）などを添加した硝材であり、例えば、ＢＡＬ３５Ｒ、ＢＳＬ７Ｒ、ＢＳＭ２２Ｒ、ＴＩＭ８Ｒ、ＴＩＭ２Ｒ（以上、オハラ社製）、ＮＢＳＦ１、ＮＢＬａＫ９、ＮＢＢＫ７，ＮＢＳＫ４，ＮＢＦ２，ＮＢＳＫ１０（以上、住田光学ガラス社製）等が挙げられる。撮影対象や撮影環境によっては、ガラス基板２１の代わりに樹脂基板等も用いることができる。

図１～図５に示したＮＤフィルタ２に使用されるガラス基板２１は、光源角度測定装置１に搭載される受光素子４１の波長感度領域内にて光を吸収する基板であってもよい。例えば、近赤外線領域（光波長７００～１２００ｎｍ）にて光を吸収する赤外吸収ガラス等を用いてもよい。近赤外領域にて光を吸収する基板としては、銅や鉄等の遷移金属イオンや色素等を練り込んだガラス基板を用いることができる。

ガラス基板２１の厚みは、必要とされる剛性を保持できる厚みでありながらも、軽量化のために極力薄いことが好ましく、０．４～５．０ｍｍ程度、さらに好ましくは０．８～３．０ｍｍ程度がよい。

（ＮＤ膜）
図１～図５に示したＮＤフィルタ２のＮＤ膜２２は、上述したように光吸収層２２１と誘電体層２２２との積層体からなる。ＮＤ膜２２における光の吸収は主に光吸収層２２１にて行われる。

光吸収層２２１は金属あるいは金属化合物からなり、例えば、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｔａ、等の金属や合金、酸化物、窒化物等を用いることができる。光吸収層２２１に金属層を用いる場合は、プラズマ振動数が、ＮＤ機能を発現したい波長領域の光の振動数内に存在しないことが好ましい。ここで、プラズマ振動数とは、金属の自由電子がプラズマ振動をする限界の振動数を指す。プラズマ振動数が光の振動数よりも大きな場合、光が金属内へ侵入するのを防ぎ、反射させる。反対に、光の振動数がプラズマ振動数よりも大きいと、光は金属内に侵入し、金属によって吸収される。すなわち、プラズマ振動数に相当する光波長領域周辺において金属は急激に光学特性が変化する。このため、金属層のプラズマ振動数が、ＮＤ機能を発現したい波長領域の光の振動数内に存在しない場合、ＮＤ機能を発現したい領域で急激な光学特性の変化を回避することができ、それにより、所望の波長領域においてより透過率平坦性の高いＮＤフィルタ２を実現することができる。光吸収層２２１に金属酸化層や金属窒化層、金属酸化窒化層を用いる場合、光吸収層２２１は光の吸収を得られる程度に化学量論的に欠損を有する。例えば、光吸収層２２１をＴｉの酸化物であるＴｉＯｘとした場合、酸化数ｘは０＜ｘ＜２を満たす。一般に、金属酸化物あるいは窒化物、若しくは酸化窒化物は、金属と比較すると消衰係数が小さい。このため、光吸収層２２１の膜厚をある程度厚く保つことができ、膜設計の自由度が高まる。さらに、光吸収層２２１に極端に薄い層を設ける必要がなくなるため、膜厚制御精度が向上し分光特性が良好で且つ、光学再現性の良いＮＤフィルタ２とすることができる。

一方、誘電体層２２２は金属化合物からなり、例えば、ＭｇＦ₂、ＳｉＯ₂、ＳｉＯ、Ｓｉ₃Ｈ₄、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＬａＴｉＯ₃、ＺｒＯ₂、ＴｉＯ₂、Ｎｂ₂Ｏ₅、Ｔａ₂Ｏ₅等を用いることができる。誘電体層２２２としては、ガスバリア性が高くＮＤ機能を所望する波長領域に顕著な光吸収特性を有さないものが好ましく、例えばＡｌ₂Ｏ₃やＳｉＯ₂等が最適である。

光吸収層２２１及び誘電体層２２２は、真空蒸着やイオンプレーティング法、イオンアシスト法等の既知の様々な手法で成膜でき、必要に応じて、空気、酸素、窒素等の反応性ガスを導入してもよい。

なお、ＮＤ膜２２がＮＤ機能を有する波長領域は、受光素子４１の感度特性や測定対象にもよるが、光波長４００～１２００ｎｍ程度の一部あるいは全域であることが好ましい。これは、この波長領域が、ＣＯＭＳやＣＣＤといった一般的な受光素子４１が感度を有し、かつ太陽、地球、恒星等の測定対象光の光量が比較的多いためである。

（反射防止層）
図１～図４に示したＮＤフィルタ２には、図５に示したように、その最表層に反射防止層２２３を形成することが好ましい。反射防止層２２３は、ＳｉＯ₂やＭｇＦ₂等の屈折率の小さな材料からなり、反射を抑制する波長領域の中心波長をλとした時、光学膜厚がλ／４程度となるように成膜される。ここで、光学膜厚とは、屈折率と物理膜厚との積で表される。反射防止層２２３は、真空蒸着法やイオンプレーティング法、イオンアシスト法等の既知の様々な手法で成膜でき、必要に応じて成膜時に空気や酸素等のガスを導入する。なお、反射防止層２２３は必要に応じて屈折率の異なる複数の薄膜から形成されていてもよい。複数の薄膜から形成される場合も、最表層の光学膜厚はλ／４程度であることが好ましい。ここで、λ／４程度とは、（０．７×λ／４）～（１．３×λ／４）程度の膜厚を指す。ＮＤ膜２２に用いられる光吸収層２２１と誘電体層２２２との積層体を反射防止の膜設計とすることで、反射防止層２２３は必ずしも必要ではない場合がある。

以下に、本発明のＮＤフィルタの構成について複数の実施例を挙げて具体的に説明する。なお、以下の実施例では、説明を簡単にするために反射防止膜２２３の図示を省略している。

図８は、図１～図５に示したＮＤフィルタ２の実施例１における一形態を示す図であり、（ａ）は層構成を示す図、（ｂ）は（ａ）に示した層構成の各領域における光学濃度（ＯＤ：Optical Density）を示すグラフ、（ｃ）は上方から見た図である。

本形態におけるＮＤフィルタ２は図８（ａ），（ｃ）に示すように、厚さ１ｍｍのガラス基板２１（ＢＳＬ７Ｒ：オハラ社製）の一方の面にＮＤ膜２２ａが円型に形成されるととともに、ガラス基板２１の他方の面にＮＤ膜２２ｂが円型に形成されて構成されている。

ＮＤ膜２２ａとＮＤ膜２２ｂとは、ガラス基板２１の面内方向における面積が互いに異なり、ＮＤ膜２２ｂよりもＮＤ膜２２ａの方がその面積が大きくなっている。そして、ＮＤ膜２２ａとＮＤ膜２２ｂとは、ガラス基板２１における成膜領域の中心がガラス基板２１の厚み方向で重なっていることで、ガラス基板２１の厚み方向でＮＤ膜２２ｂの全ての領域がＮＤ膜２２ａに重なるように形成されている。また、ＮＤ膜２２ａ，２２ｂは、ガラス基板２１よりもその面積が小さくなっており、それにより、ＮＤ膜２２ａ，２２ｂとガラス基板２１とが重なり合って光の減衰量が一定となる光減衰領域２０ａと、ＮＤ膜２２ａとガラス基板２１とが重なり合って、光減衰領域２０ａから光の減衰量が変化する光減衰領域２０ｂと、ガラス基板２１のみからなる非光減衰領域２０ｃとを有している。すなわち、ＮＤ膜２２ａ，２２ｂは、その光学濃度が、中心から径方向外側に向かって段階的または連続的に低くなるように、ガラス基板２１上の周縁部以外の部分を覆っている。また、ＮＤ膜２２ａとＮＤ膜２２ｂとはその膜厚が互いに異なることで光学濃度が互いに異なり、ＮＤ膜２２ａの光学濃度は２．５であり、ＮＤ膜２２ｂの光学濃度は０．５となっており、それにより、ガラス基板２１の厚み方向でガラス基板２１とＮＤ膜２２ａとＮＤ膜２２ｂとが重なる光減衰領域２０ａの光学濃度が３．０となり、ガラス基板２１とＮＤ膜２２ａとが重なる光減衰領域２０ｂの光学濃度が２．５となっている。これにより、本形態のＮＤフィルタ２は、図８（ｂ）に示すように、ＮＤ膜２２ａ，２２ｂの成膜領域の中心からＮＤフィルタ２の端部に向かって光学濃度が径方向外側に向かって段階的に低くなっている。

このように、ＮＤ膜２２ａ，２２ｂを有することで光が減衰して透過する光減衰領域２０ａ，２０ｂと、ガラス基板３１のみからなることで光が減衰せずに透過する非光減衰領域２０ｃとを有することで、非光減衰領域２０ｃをつかむことができ、取り扱いやすくなる。さらに、非光減衰領域２０ｃを撮像装置の筐体の取り付け部に挿入したり、接着剤を用いて撮像装置の筐体に接着したりすることができ取り扱い易くなる。また、受光素子に受光した光のうちＮＤ機能によって減衰した光と減衰していない光との境界部分が明確となり、光軸と受光素子の中心を合わせ易くなる。本実施例においては、非光減衰領域２０ｃは、ガラス基板３１のみからなる領域であるため、光が反射して、境界部分がより明確になっている。光吸収膜を成膜していなければ、光の減衰量の違いによって境界がわかるため、反射防止膜を成膜してもよい。また、最表層の光学膜厚はλ／２程度とした増反射膜を成膜して境界をより分かり易くしてもよい。

なお、本実施例における光学濃度は光波長５５０ｎｍにおける光学濃度を指す。しかしながら、光源角度測定装置１の受光素子４１や光源となる位置取得対象によっては、任意の光波長で光学濃度を算出及び決定して良い。以後、特に言及しない限り、光学濃度とは光波長５５０ｎｍにおける光学濃度とする。

以下に、図８に示したＮＤフィルタ２の作製方法について説明する。

図８に示したＮＤフィルタ２は、真空蒸着法によって作製し、誘電体層２２１をＡｌ₂Ｏ₃層、光吸収層２２２をＴｉＯｘ層、反射防止層２２３をＭｇＦ₂層とすることができる。

その場合、まず、ガラス基板２１を成膜治具にセットし、ガラス基板２１のＮＤ膜２２ａを成膜する面が蒸着材料と対向するように成膜治具を蒸着ドームに取り付ける。ここで、成膜治具には、ＮＤ膜２２ａの蒸着領域を決定する開口が設けられた成膜マスクが含まれる。

次に、蒸着ドームを蒸着チャンバーに投入し、排気を行う。蒸着チャンバー内が所望の真空度、例えば１．０×１０^-3Ｐａ程度となったら、１層目の誘電体層２２１の成膜を行う。誘電体層２２１の成膜は、坩堝に充填されたアルミナ酸化物を電子ビームで加熱し、ガラス基板２１に蒸着させることで行う。

ガラス基板２１に成膜されたＡｌ₂Ｏ₃層が所望の膜厚に到達したら、次に光吸収層２２２を成膜する。坩堝に充填されたチタン酸化物を電子ビームで加熱し、所望の膜厚となるように成膜する。

このように誘電体層２２１と光吸収層２２２との成膜を、その光学濃度が２．５程度となるまで所定の層数繰り返し行う。

その後、反射防止層２２３を形成する。反射防止層２２３の形成は、反射防止層２２３の出発材料である弗化マグネシウムが充填された坩堝を電子ビームにより加熱し、ＭｇＦ２を所望の膜厚だけ成膜することによって行う。

反射防止層２２３の成膜が終わったら、ベントを行い、蒸着機チャンバー内の圧力を大気圧とし、ガラス基板２１を取り出す。

このような成膜工程を行うことで、ガラス基板２１の一方の面に所望の光学特性（本形態では光学濃度２．５）のＮＤ膜２２ａを得た。なお、成膜中は蒸着ドームが所定の速度で回転しており、これにより、ドーム同一円周上におけるＮＤ膜２２ａや反射防止膜２２３の膜厚が均一となり、成膜ロット間の光学特性の再現性を高めることができる。

次に、ガラス基板２１のＮＤ膜２２ａを形成した面とは反対側の面に、成膜面積及び濃度がＮＤ膜２２ａとは異なるＮＤ膜２２ｂを形成する。

まず、ガラス基板のＮＤ膜２２ｂを形成する面に、ＮＤ膜２２ａを成膜する際に用いた成膜マスクよりも開口の小さな成膜マスクを設け、ガラス基板２１のＮＤ膜２２ａを成膜する面が蒸着材料と対向するように成膜治具を蒸着ドームに取り付ける。

次に、蒸着ドームを蒸着チャンバーに投入して、排気を行い、所定の圧力となったら成膜を開始する。ＮＤ膜２２ａと同様に、誘電体層２２１（Ａｌ₂Ｏ₃）と光吸収層２２２（ＴｉＯｘ）との成膜を、その光学濃度が０．５程度となるまで所定の層数繰り返し行う。

その後、反射防止層２２３（ＭｇＦ₂）を形成し、所望の光学特性（本形態では光学濃度０．５）のＮＤ膜２２ｂを得た。

なお、本形態ではＮＤ膜２２ａとＮＤ膜２２ｂとをガラス基板２１の異なる面に成膜したが、ＮＤ膜２２ａとＮＤ膜２２ｂとをガラス基板２１の同一面に設けてもよい。

図９は、図１～図５に示したＮＤフィルタ２の実施例１における他の形態を示す図である。

図１～図５に示したＮＤフィルタ２は、図８に示したものに代えて、図９に示すようにＮＤ膜２２ａとＮＤ膜２２ｂとをガラス基板２１の同一面に設けてもよい。

例えば、図９（ａ）に示すように、ガラス基板２１の一方の面に、図８に示したものと同様のＮＤ膜２２ａを形成し、ＮＤ膜２２ａ上に図８に示したものと同様のＮＤ膜２２ｂを形成することが考えられる。その場合、ＮＤ膜２２ａとＮＤ膜２２ｂとは、ガラス基板２１における成膜領域の中心がガラス基板２１の厚み方向で重なっているとともに、ガラス基板２１の面内方向における面積が、ＮＤ膜２２ｂよりもＮＤ膜２２ａの方が大きくなっていることで、ＮＤ膜２２ａとＮＤ膜２２ｂとが重なる領域の周囲にＮＤ膜２２ａのみの領域が配置された構成となり、それにより、本形態のＮＤフィルタ２においても、ＮＤ膜２２ａ，２２ｂの成膜領域の中心からＮＤフィルタ２の端部に向かって光学濃度が径方向外側に向かって段階的に低くなっている。

また、図９（ｂ）に示すように、ガラス基板２１の一方の面に、図８に示したものと同様のＮＤ膜２２ｂを形成し、ＮＤ膜２２ｂ上に図８に示したものと同様のＮＤ膜２２ａを形成することが考えられる。その場合、ＮＤ膜２２ａとＮＤ膜２２ｂとは、ガラス基板２１における成膜領域の中心がガラス基板２１の厚み方向で重なっているとともに、ガラス基板２１の面内方向における面積が、ＮＤ膜２２ｂよりもＮＤ膜２２ａの方が大きくなっていることで、ガラス基板２１の面内方向における面積が大きなＮＤ膜２２ａが、ガラス基板２１の面内方向における面積が小さなＮＤ膜２２ｂを覆って形成された状態となる。このように、ガラス基板２１の面内方向における面積が大きなＮＤ膜２２ａが、ガラス基板２１の面内方向における面積が小さなＮＤ膜２２ｂを覆って形成された構成とした方が、密着性や環境安定性の面で有効なものとなる。

なお、図８及び図９に示したものにおいては、ＮＤ膜２２ａとＮＤ膜２２ｂとが、その膜厚が互いに異なることで光学濃度が互いに異なっているが、膜厚が同一であることで光学濃度が互いに同一の構成としてもよい。

本形態では、ＮＤ膜２２ａとＮＤ膜２２ｂとを用いることで光学濃度が２段階となるＮＤフィルタ２を実現したが、さらにＮＤ膜を追加し、光学濃度が３段階以上となるＮＤフィルタも考えられる。

図１０は、図１～図５に示したＮＤフィルタ２の実施例１における他の形態を示す図である。

図１～図５に示したＮＤフィルタ２は、図８や図９に示したものに代えて、図１０に示すようにＮＤ膜２２ａ，２２ｂの他にＮＤ膜２２ｃを有する構成としてもよい。

例えば、図１０（ａ）に示すように、ガラス基板２１の一方の面に、図８に示したものと同様のＮＤ膜２２ａを形成し、ガラス基板２１の他方の面に、図８に示したものと同様のＮＤ膜２２ｂを形成し、さらに、ＮＤ膜２２ｂ上にＮＤ膜２２ｃを形成することが考えられる。ＮＤ膜２２ｃは、ガラス基板２１における成膜領域の中心がガラス基板２１の厚み方向でＮＤ膜２２ａ，２２ｂと重なっているとともに、ガラス基板２１の面内方向における面積が、ＮＤ膜２２ａ，２２ｂよりも小さい。それにより、ＮＤ膜２２ａとＮＤ膜２２ｂとＮＤ膜２２ｃとが重なる領域の周囲に、ＮＤ膜２２ａとＮＤ膜２２ｂとが重なる領域が配置され、ＮＤ膜２２ａとＮＤ膜２２ｂとが重なる領域の周囲に、ＮＤ膜２２ａのみの領域が配置された構成となり、本形態のＮＤフィルタ２は、ＮＤ膜２２ａ～２２ｃの成膜領域の中心からＮＤフィルタ２の端部に向かって光学濃度が径方向外側に向かって３段階に低くなっている。

また、図１０（ｂ）に示すように、ガラス基板２１の一方の面に、図８に示したものと同様のＮＤ膜２２ｂを形成し、ガラス基板２１の他方の面に、図１０（ａ）に示したものと同様のＮＤ膜２２ｃを形成し、ＮＤ膜２２ｃ上に図８に示したものと同様のＮＤ膜２２ｂを形成することが考えられる。その場合、ＮＤ膜２２ｂとＮＤ膜２２ｃとは、ガラス基板２１における成膜領域の中心がガラス基板２１の厚み方向で重なっているとともに、ガラス基板２１の面内方向における面積が、ＮＤ膜２２ｃよりもＮＤ膜２２ｂの方が大きくなっていることで、ガラス基板２１の面内方向における面積が大きなＮＤ膜２２ｂが、ガラス基板２１の面内方向における面積が小さなＮＤ膜２２ｃを覆って形成された状態となる。このように、ガラス基板２１の面内方向における面積が大きなＮＤ膜２２ｂが、ガラス基板２１の面内方向における面積が小さなＮＤ膜２２ｃを覆って形成された構成とした方が、密着性や環境安定性の面で有効なものとなる。

また、図１０（ｃ）に示すように、ガラス基板２１の両面に成膜領域が同じＮＤ膜２２ａ，２２ｂを形成してもよい。本実施例のように、光学濃度２．５程度のＮＤ膜を一回で成膜する場合、光学制御や膜応力が問題となる場合がある。このような場合には、例えば光学濃度１．２５のＮＤ膜２２ａ，２２ｂをガラス基板２１の両面に成膜領域が同じとなるように成膜してもよい。なお、成膜領域が同一となるようにガラス基板２１の両面に形成されるＮＤ膜２２ａ，２２ｂは、その光学濃度が互いに異なるものとしてもよい。

本形態においては、３つのＮＤ膜２２ａ～２２ｃを用いて光学濃度が３段階となるＮＤフィルタ２を実現したが、必要に応じて、ＮＤ膜をさらに追加して光学濃度が４段階以上となるＮＤフィルタとしてもよい。

図８及び図９に示した形態では、光学濃度が最も高い領域の光学濃度を３．０、光学濃度が最も低い領域の光学濃度を２．５としているが、これらの光学濃度に特に限定はなく、必要に応じ最適な光学濃度を選択すればよい。ただし、比較的光量の多い太陽の位置情報を得る場合は、光学濃度が最も高い領域の光学濃度を１．０以上とすることが好ましい。このようにすることで、光量の多い太陽等の位置情報を取得する際に、過剰な光量が光源角度測定装置１の受光素子４１に入射するのを防ぐことができる。

また、光学濃度が最も高い領域の光学濃度と、光学濃度が最も低い領域の光学濃度との光学濃度差に特に限定はないが、一般的には０．６程度の光学濃度差とすることが好適である。ここで、光学濃度差０．６程度とは、光学濃度差０．２～１．０を指す。

図１１は、図１～図５に示したＮＤフィルタ２の実施例２における一形態を示す図であり、（ａ）は層構成を示す図、（ｂ）は（ａ）に示した層構成の各領域における光学濃度を示すグラフ、（ｃ）は上方から見た図である。

本形態におけるＮＤフィルタ２は図１１（ａ），（ｃ）に示すように、厚さ１ｍｍのガラス基板２１（ＢＳＬ７Ｒ：オハラ社製）の一方の面にＮＤ膜として傾斜ＮＤ膜２２ｄが円型に形成されて構成されている。傾斜ＮＤ膜２２ｄは、ガラス基板２１よりも面積が小さく形成されており、光学濃度が均一である円型の光学濃度均一領域２２ｄ－１と、光学濃度が光学濃度均一領域２２ｄ－１から径方向外側に向かって連続的に低くなっていくドーナッツ状の光学濃度傾斜領域２２ｄ－２とから構成されており、傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度均一領域２２ｄ－１によって光の減衰量が一定となる光減衰領域２０ａと、傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２によって光の減衰量が光減衰領域２０ａから変化する光減衰領域２０ｂと、ガラス基板２１のみからなる非光減衰領域２０ｃとを有している。傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度は、光学濃度均一領域２２ｄ－１が３．０となっており、光学濃度傾斜領域２２ｄ－２の外周部分が２．４となっている。これにより、本形態のＮＤフィルタ２は、図１１（ｂ）に示すように、光学濃度傾斜領域２２ｄ－２においてその成膜領域の中心からＮＤフィルタ２の端部に向かって光学濃度が径方向外側に向かって連続的に低くなっている。

以下に、図１１に示したＮＤフィルタ２の作製方法について説明する。

図１２は、図１１に示したＮＤフィルタ２の作製方法を説明するための図である。

図１１に示したＮＤフィルタ２は、真空蒸着法によって作製し、誘電体層２２１、光吸収層２２２及び反射防止層２２３は、実施例１と同様にそれぞれＡｌ２Ｏ３層、ＴｉＯｘ層、ＭｇＦ２層とした。

まず、図１２に示すように、ホルダー６１及び成膜マスク６２からなる成膜治具にガラス基板２１をセットし、ガラス基板２１の傾斜ＮＤ膜２２ｄを成膜する面が蒸着材料と対向するように成膜治具を蒸着ドームに取り付ける。この際、成膜マスク６２の開口径により傾斜ＮＤ膜２２ｄの蒸着領域が決定することになるが、成膜治具とは独立してブレード６３を成膜マスクの開口径に重なるように配置する。ブレード６３は、成膜マスク６２によって形成される蒸着領域の中心付近から外周に向けてその面積が連続的に広くなる扇形形状となっている。

次に、蒸着ドームを蒸着チャンバーに投入し、排気を行う。蒸着チャンバー内が所望の真空度に達したら、蒸着源６４からのＡｌ₂Ｏ₃やＴｉＯｘをガラス基板２１に蒸着させることで、図８に示したものと同様にして誘電体層２２１及び光吸収層２２２からなる傾斜ＮＤ膜２２ｄの成膜を、光学濃度均一領域２２ｄ－１の光学濃度が３．０となるまで所定の層数繰り返し行う。

傾斜ＮＤ膜２２ｄの成膜時は、実施例１に示したものと同様に蒸着ドームが回転するが、本実施例では蒸着治具も蒸着ドームとは独立して回転する。一方、ブレード６３は固定されている。ブレード６３が、上述したように、蒸着領域の中心付近から外周に向けてその面積が連続的に広くなる形状となっていることで、上記のようにして傾斜ＮＤ膜２２ｄを成膜すると、傾斜ＮＤ膜２２ｄの中心部分よりも外周部分の方が、蒸着源６４からＡｌ₂Ｏ₃やＴｉＯｘがブレード６３によって多く遮蔽されることになり、ガラス基板２１の成膜領域において、蒸着膜の膜厚に傾斜を設けることができる。これにより、光学濃度がその中心から径方向外側に向かって連続的に低くなっていく光学濃度傾斜領域２２ｄ－２を有する傾斜ＮＤ膜２２ｄを形成することができる。このように、光学濃度傾斜領域２２ｄ－２は、蒸着源６４からのＡｌ₂Ｏ₃やＴｉＯｘがブレード６３によって遮蔽されることによって形成されるため、光学濃度傾斜領域２２ｄ－２における光学濃度の低下の度合いを示す光学濃度の変化率は、ブレード６３の形状によって決定することになる。

その後、ブレード６３を取り外し、図８に示したものと同様に反射防止層２２３を形成する。これは、反射防止層２２３には、膜厚に傾斜を設ける必要がなく、上述したように、反射防止層２２３は、光学膜厚がλ／４程度の時に低反射化に有用であることで、むしろ傾斜を有さない方が好ましいためである。このようにして、図１１に示したような、成膜領域の中心から外周に向かって光学濃度が径方向外側に向かって連続的に低くなる光学濃度傾斜領域２２ｄ－２を有する傾斜ＮＤ膜２２ｄを形成することができる。

傾斜ＮＤ膜２２ｄの成膜が終了したら、ベントを行い、蒸着チャンバーの圧力が大気圧となったら成膜治具を取り出す。

傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２は、上述した方法以外にも、例えば成膜領域を決定する成膜マスクとガラス基板との間の距離を調整することによっても形成することができる。蒸着源からのアルミナ等の蒸着物は、成膜マスクの開口を介してガラス基板２１上に蒸着されることになるが、その際、蒸着物は開口から開口周囲にも入り込むことになる。そのため、成膜マスクとガラス基板とを近接させた場合は、蒸着物は開口から開口周囲にほとんど入り込むことがなく、ガラス基板には開口に対向する領域のみにＮＤ膜が形成されることになるが、成膜マスクとガラス基板との間の距離を長くすれば開口からその周囲に蒸着物が入り込み、さらにその量が開口から遠ざかるほど少なくなり、それにより、ガラス基板の開口に対向する領域の周囲に、開口に対向する領域から径方向外側に向かって連続的にその膜厚が薄くなる光学濃度傾斜領域を形成することができる。

また、ＮＤ膜を構成する所定層の誘電体層２２１と光吸収層２２２の全ての蒸着膜が必ずしも傾斜を有する必要はなく、少なくとも光吸収層２２２の一部において光学濃度が変化する構成となっていればよい。

また、本実施例では、少なくとも光吸収層２２２の膜厚に傾斜を持たることで、ＮＤ膜の光学濃度に傾斜を生じさせて光学濃度が連続的に変化する構成としているが、光吸収層の成膜時にガラス基板の外周付近から反応性ガスを吹きかけ、光吸収層の酸化数あるいは窒化数をＮＤ膜の成膜領域の外周から中心に向かって連続的に変化させる（小さくする）ことでもＮＤ膜の光学濃度に傾斜を生じさせることができる。

図１３は、図１～図５に示したＮＤフィルタ２の実施例２における他の形態を示す図である。

図１～図５に示したＮＤフィルタ２は、図１１に示したものに代えて、図１３に示すように、ガラス基板２１の一方の面に図１１に示したものと同様の傾斜ＮＤ膜２２ｄが形成されているとともに、ガラス基板２１の他方の面に、ガラス基板２１の成膜領域の面内方向で光学濃度が均一の均一ＮＤ膜となるＮＤ膜２２ａが形成されたものであってもよい。

例えば、図１３（ａ）に示すように、ガラス基板２１の一方の面に、図１１に示したものと同様の傾斜ＮＤ膜２２ｄを形成し、ガラス基板２１の他方の面に、傾斜ＮＤ膜２２ｄとその外形を等しくし、ガラス基板２１の成膜領域の面内方向で光学濃度が均一のＮＤ膜２２ａを形成することが考えられる。傾斜ＮＤ膜２２ｄとＮＤ膜２２ａとは、ガラス基板２１の面内方向における面積が互いに同一であり、ガラス基板２１における成膜領域の中心がガラス基板２１の厚み方向で重なっていることで、ガラス基板２１の厚み方向で互いに重なるように形成されている。これにより、図１３（ａ）に示すものにおいては、ＮＤ膜２２ａと傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度均一領域２２ｄ－１とによって光の減衰量が一定となる光減衰領域２０ａと、傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２によって光の減衰量が光減衰領域２０ａから変化する光減衰領域２０ｂと、ガラス基板２１のみからなる非光減衰領域２０ｃとを有している。

また、図１３（ｂ）に示すように、ＮＤ膜２２ａの面積を傾斜ＮＤ２２ｄの面積よりも大きくし、それにより、ＮＤ膜２２ａのみからなる領域を設け、光学濃度が均一となる領域を持たせてもよい。これにより、図１３（ｂ）に示すものにおいては、ＮＤ膜２２ａと傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度均一領域２２ｄ－１とによって光の減衰量が一定となる光減衰領域２０ａと、傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２によって光の減衰量が光減衰領域２０ａから変化する光減衰領域２０ｂと、ガラス基板２１のみからなる非光減衰領域２０ｃとを有している。

上述したように本形態においては、傾斜ＮＤ膜２２ｄを有するものの、ガラス基板２１の厚み方向で傾斜ＮＤ膜２２ｄの全ての領域に重なるように、光学濃度が均一のＮＤ膜２２ａが形成されている。上述したように、本発明の用途として、照度が非常に高い太陽光の位置情報を取得することが考えられ、一定以上の光減衰機能が求められる場合がある。このような場合は、ＮＤ膜２２ａによって成膜領域全体において光減衰機能を持たせた上で、ＮＤフィルタ２の面内で、光源からの光の入射角が広い場合でも、受光素子に入射する光の照射強度の入射角による差が大きくならないように、光学濃度が連続的に変化する傾斜ＮＤ膜２２ｄを設けることで、傾斜ＮＤ膜２２ｄのみを有するものに対して、簡便に所望の光学特性が得られることがある。

なお、傾斜ＮＤ膜２２ｄとＮＤ膜２２ａとは、図１３に示したもののようにガラス基板２１の互いに異なる面に形成してもよいし、ガラス基板２１の同一面に形成してもよい。また、ＮＤ膜２２ａと傾斜ＮＤ膜２２ｄとをガラス基板２１の同一面に形成する場合、ＮＤ膜２２ａと傾斜ＮＤ膜２２ｄとのいずれか一方で他方を覆うように形成してもよい。このような構成とすることで、覆われたＮＤ膜２２ａあるいは傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学特性変化を抑制することができる。

また、複数のＮＤ膜と傾斜ＮＤ膜とを組み合わせた構成も考えられる。

図１４は、図１～図５に示したＮＤフィルタ２の実施例２における他の形態を示す図であり、（ａ）は層構成を示す図、（ｂ）は（ａ）に示した層構成の各領域における光学濃度を示すグラフである。

本形態は図１４（ａ）に示すように、図１３（ｂ）に示した構成に加えて、傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度均一領域２２ｄ－１上に、ガラス基板２１の成膜領域の面内方向で光学濃度が均一のＮＤ膜２２ｂが形成されたＮＤフィルタ２である。

本形態のように、複数のＮＤ膜２２ａ，２２ｂと傾斜ＮＤ膜２２ｄとからＮＤフィルタ２を形成する場合は、ＮＤ膜２２ａの面積が傾斜ＮＤ膜２２ｄの面積よりも大きく、傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学均一濃度領域２２ｄ－１の面積がＮＤ膜２２ｂの面積よりも大きく形成することが好ましい。これにより、本形態のＮＤフィルタ２は、成膜領域の中心部分においては、ＮＤ膜２２ａ，２２ｂと傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度均一領域２２ｄ－１とが重なり合い、成膜領域のその外側では、ＮＤ膜２２ａと傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度均一領域２２ｄ－１とが重なり合い、成膜領域のその外側では、ＮＤ膜２２ａと傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２とが重なり合い、成膜領域の最外周部分では、ＮＤ膜がＮＤ膜２２ａのみからなっている。それにより、本形態においては、ＮＤ膜２２ａ，２２ｂと傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度均一領域２２ｄ－１とによって光の減衰量が一定となる光減衰領域２０ａと、ＮＤ膜２２ａと傾斜ＮＤ膜２２ｄとによって光の減衰量が光減衰領域２０ａから変化する光減衰領域２０ｂと、ガラス基板２１のみからなる非光減衰領域２０ｃとを有している。このような構成とすることにより、図１４（ｂ）に示すように、成膜領域の中心からＮＤフィルタ２の端部に向かって光学濃度が径方向外側に向かって段階的及び連続的に低くなっている。

このような構成とすることで、図６に示した入射角０～１５°程度の相対照度が大きく、かつ相対照度の変化が小さな領域では、ＮＤ膜２２ａ，２２ｂと傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度均一領域２２ｄ－１、または、ＮＤ膜２２ａと傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度均一領域２２ｄ－１とによって光量を大きく減衰させ、また、図６に示した入射角１５～６５°程度の相対照度の変化が大きな領域では、ＮＤ膜２２ａと傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２とによって光量の減衰量を連続的に変化させ、また、図６に示した入射角６５～８０°程度の相対照度が小さく、かつ相対照度の変化の小さな領域では、ＮＤ膜２２ａのみによって光量をあまり減衰させず、それにより、入射角依存を好適に補正できるようになる。

なお、図１４に示したものにおいては、ＮＤ膜２２ｂと傾斜ＮＤ膜２２ｄとがガラス基板２１の同一面に形成され、これらＮＤ膜２２ｂ及び傾斜ＮＤ膜２２ｄとＮＤ膜２２ａとがガラス基板２１の互いに異なる面に形成されているが、これに限らず、ＮＤ膜２２ａとＮＤ膜２２ｂとが同一面に形成されていてもよいし、ＮＤ膜２２ａと傾斜ＮＤ膜２２ｄが同一面に形成されていてもよい。さらに、ＮＤ膜または傾斜ＮＤ膜を他のＮＤ膜あるいは傾斜ＮＤ膜で覆う構成であってもよい。

本実施例では、光学濃度が最も高い領域の光学濃度を３．０、光学濃度が最も低い領域の光学濃度を２．４としたが、これらの光学濃度に特に限定はなく、必要に応じ最適な光学濃度を選択すればよい。ただし、比較的光量の多い太陽の位置情報を得る場合は、光学濃度が最も高い領域の光学濃度を１．０以上とすることが好ましい。また、光学濃度が最も高い領域の光学濃度と、光学濃度が最も低い領域の光学濃度との光学濃度差は、０．２～１．０の範囲であることが好ましい。

図１５は、図１～図５に示したＮＤフィルタ２の実施例３における一形態を示す図であり、（ａ）は層構成を示す図、（ｂ）は（ａ）に示した層構成の各領域における光学濃度を示すグラフ、（ｃ）は上方から見た図である。

本形態におけるＮＤフィルタ２は図１１（ａ），（ｃ）に示すように、厚さ１ｍｍのガラス基板２１（ＢＳＬ７Ｒ：オハラ社製）の一方の面にＮＤ膜として傾斜ＮＤ膜２２ｄが円型に形成されているとともに、ガラス基板２１の他方の面にＮＤ膜として傾斜ＮＤ膜２２ｅが円型に形成されて構成されている。傾斜ＮＤ膜２２ｄは、光学濃度が均一である円型の光学濃度均一領域２２ｄ－１と、光学濃度が光学濃度均一領域２２ｄ－１から径方向外側に向かって連続的に低くなっていくドーナッツ状の光学濃度傾斜領域２２ｄ－２とから構成されている。傾斜ＮＤ膜２２ｅは、光学濃度が均一である円型の光学濃度均一領域２２ｅ－１と、光学濃度が光学濃度均一領域２２ｅ－１から径方向外側に向かって連続的に低くなっていくドーナッツ状の光学濃度傾斜領域２２ｅ－２とから構成されている。傾斜ＮＤ膜２２ｄと傾斜ＮＤ膜２２ｅとは、ガラス基板２１の面内方向における面積が互いに異なり、傾斜ＮＤ膜２２ｅよりも傾斜ＮＤ膜２２ｄの方がその面積が大きくなっている。また、傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度均一領域２２ｄ－１と傾斜ＮＤ膜２２ｅの光学濃度均一領域２２ｅ－１とは、ガラス基板２１の面内方向における面積が互いに異なり、傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度均一領域２２ｄ－１よりも傾斜ＮＤ膜２２ｅの光学濃度均一領域２２ｅ－１の方がその面積が大きくなっている。そして、傾斜ＮＤ膜２２ｄと傾斜ＮＤ膜２２ｅとは、ガラス基板２１における成膜領域の中心がガラス基板２１の厚み方向で重なっていることで、ガラス基板２１の厚み方向で傾斜ＮＤ膜２２ｅの全ての領域が傾斜ＮＤ膜２２ｄに重なり、かつ、傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２の一部が傾斜ＮＤ膜２２ｅの光学濃度傾斜領域２２ｅ－２とガラス基板２１の厚み方向でその一部が重なっている。すなわち、傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２と傾斜ＮＤ膜２２ｅの光学濃度傾斜領域２２ｅ－２とは、光学濃度の変化率が互いに異なるものとなっている。

これにより、本形態のＮＤフィルタ２は、成膜領域の中心部分においては、傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度均一領域２２ｄ－１と傾斜ＮＤ膜２２ｅの光学濃度均一領域２２ｅ－１とが重なり合い、成膜領域のその外側では、傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２と傾斜ＮＤ膜２２ｅの光学濃度均一領域２２ｅ－１とが重なり合い、成膜領域のその外側では、傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２と傾斜ＮＤ膜２２ｅの光学濃度傾斜領域２２ｅ－２とが重なり合い、成膜領域のその外側では、ＮＤ膜が傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｅ－２のみからなっている。それにより、本形態においては、傾斜ＮＤ膜２２ｄ，２２ｅの光学濃度均一領域２２ｄ－１，２２ｅ－１によって光の減衰量が一定となる光減衰領域２０ａと、傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２によって光の減衰量が光減衰領域２０ａから変化する光減衰領域２０ｂと、ガラス基板２１のみからなる非光減衰領域２０ｃとを有している。このような構成とすることにより、図１５（ｂ）に示すように、成膜領域の中心からＮＤフィルタ２の端部に向かって径方向外側に向かって光学濃度が低くなっており、その光学濃度の変化率が異なる領域が存在することになる。なお、本形態のＮＤフィルタ２における光学濃度は、傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度均一領域２２ｄ－１と傾斜ＮＤ膜２２ｅの光学濃度均一領域２２ｅ－１とが重なり合う領域が最も高く、ＮＤ膜が傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｅ－２のみからなる領域が最も低いが、傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度均一領域２２ｄ－１と傾斜ＮＤ膜２２ｅの光学濃度均一領域２２ｅ－１とが重なり合う領域の光学濃度が３．０、傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｅ－２の外周部分の光学濃度が２．４となっている。

本形態においては、上述したように、光学濃度の変化率が異なる領域が存在するが、その変化率は、傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２における光学濃度の変化率と、傾斜ＮＤ膜２２ｅの光学濃度傾斜領域２２ｅ－２における光学濃度の変化率と、傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２と傾斜ＮＤ膜２２ｅの光学濃度傾斜領域２２ｅ－２とが重なり合っているかどうかによって決まる。図１５に示したものにおいては、傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２における光学濃度の変化率が、傾斜ＮＤ膜２２ｅの光学濃度傾斜領域２２ｅ－２における光学濃度の変化率よりも小さいため、光学濃度の変化率は、傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２と傾斜ＮＤ膜２２ｅの光学濃度傾斜領域２２ｅ－２とが重なり合っている領域が最も大きく、次に、傾斜ＮＤ膜２２ｅの光学濃度傾斜領域２２ｅ－２が傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２と重なり合っていない領域が大きく、傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２が傾斜ＮＤ膜２２ｅの光学濃度傾斜領域２２ｅ－２と重なり合っていない領域が最も小さくなる。本形態においては、傾斜ＮＤ膜２２ｅの光学濃度傾斜領域２２ｅ－２が全ての領域において傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２と重なっているため、傾斜ＮＤ膜２２ｅの光学濃度傾斜領域２２ｅ－２が傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２と重なり合っていない領域は存在せず、それにより、光学濃度の変化率が異なる領域が２つ存在する。もし、傾斜ＮＤ膜２２ｅの光学濃度傾斜領域２２ｅ－２が傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２と重なり合っていない領域が存在すれば、光学濃度の変化率が異なる領域が３つ存在することになる。

このような構成とすることにより、図１５に示した構成を有するＮＤフィルタ２においては、図６に示した入射角１５～６５°程度の相対照度の変化が大きな領域では、傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２と傾斜ＮＤ膜２２ｅの光学濃度傾斜領域２２ｅ－２とによって光量の減衰量を大きな変化率で連続的に変化させることで、入射角依存を好適に補正できるようになる。その場合、図６に示した入射角０～１５°程度の相対照度が大きく、かつ相対照度の変化が小さな領域では、傾斜ＮＤ膜２２ｄ，２２ｅの光学濃度均一領域２２ｄ－１，２２ｅ－１、または、傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２と傾斜ＮＤ膜２２ｅの光学濃度均一領域２２ｅ－１とによって光量を大きく減衰させ、また、図６に示した入射角６５～８０°程度の相対照度が小さく、かつ相対照度の変化の小さな領域では、傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２によって光量をあまり減衰させず、それにより、入射角依存を好適に補正できるようになる。

なお、本形態においては、傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２の一部が傾斜ＮＤ膜２２ｅの光学濃度傾斜領域２２ｅ－２とガラス基板２１の厚み方向で重なっているが、傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２と傾斜ＮＤ膜２２ｅの光学濃度傾斜領域２２ｅ－２とがガラス基板２１の厚み方向で少なくとも一部が重なっていればよい。

以下に、図１５に示したＮＤフィルタ２の作製方法について説明する。

図１５に示したＮＤフィルタ２は、真空蒸着法によって作製し、誘電体層２２１、光吸収層２２２及び反射防止層２２３は、実施例１に示したものと同様にそれぞれＡｌ₂Ｏ₃層、ＴｉＯｘ層、ＭｇＦ₂層とした。

まず、ガラス基板２１の一方の面に、真空蒸着法によって傾斜ＮＤ膜２２ｄを形成する。その際、実施例２に示したものと同様に、ブレード６３を利用して蒸着膜の膜厚に傾斜を持たせることで、光学濃度傾斜領域２２ｄ－２を有する傾斜ＮＤ膜２２ｄを形成することができる。

傾斜ＮＤ膜２２ｄをガラス基板２１の一方の面に形成した後、ガラス基板２１の傾斜ＮＤ膜２２ｄを形成した面とは反対面に傾斜ＮＤ膜２２ｅを形成する。その際、傾斜ＮＤ膜２２ｄを形成する際に使用した成膜マスクよりも開口の小さな成膜マスクを使用し、さらにブレード６３も傾斜ＮＤ膜２２ｄの形成に使用したものとは形状の異なるものを使用する。ブレード６３の形状を異ならせることで、傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２と傾斜ＮＤ膜２２ｅの光学濃度傾斜領域２２ｅ－２の面積や光学濃度の変化率を異ならせることができる。

本実施例では、ブレード６３により光学濃度傾斜領域２２ｄ－２，２２ｅ－２を形成しているが、実施例２に示したものと同様に成膜マスクとガラス基板との間の距離を調整したり、ガラス基板の外周付近から反応性ガスを吹きかけながら成膜すること等でも光学濃度傾斜領域２２ｄ－２，２２ｅ－２を形成することができる。

図１６は、図１～図５に示したＮＤフィルタ２の実施例２における他の形態を示す図であり、（ａ）は層構成の一形態を示す図、（ｂ）は（ａ）に示した層構成の各領域における光学濃度を示すグラフ、（ｃ）は層構成の他の形態を示す図、（ｄ）は（ｃ）に示した層構成の各領域における光学濃度を示すグラフ、（ｅ）は層構成の他の形態を示す図、（ｆ）は（ｅ）に示した層構成の各領域における光学濃度を示すグラフである。

図１～図５に示したＮＤフィルタ２としては、その他に例えば、図１６（ａ）に示すように、図１５に示したものにおいて、傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度均一領域２２ｄ－１と傾斜ＮＤ膜２２ｅの光学濃度均一領域２２ｅ－１とが同一形状であって、これらが重なり合った構成とすることも考えられる。この場合、同一形状の光学濃度均一領域２２ｄ－１と光学濃度均一領域２２ｅ－１とが重なり合っていることで、傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２による光学濃度の変化の開始位置と傾斜ＮＤ膜２２ｅの光学濃度傾斜領域２２ｅ－２による光学濃度の変化の開始位置とが重なり合っている。それにより、本形態においては、傾斜ＮＤ膜２２ｄ，２２ｅの光学濃度均一領域２２ｄ－１，２２ｅ－１によって光の減衰量が一定となる光減衰領域２０ａと、傾斜ＮＤ膜２２ｄ，２２ｅの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２，２２ｅ－２によって光の減衰量が光減衰領域２０ａから変化する光減衰領域２０ｂと、ガラス基板２１のみからなる非光減衰領域２０ｃとを有している。

このように、ガラス基板２１の表裏に形成された傾斜ＮＤ膜２２ｄ，２２ｅを、同一形状の光学濃度均一領域２２ｄ－１と光学濃度均一領域２２ｅ－１とが重なり合うように形成することで、傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２による光学濃度の変化の開始位置と傾斜ＮＤ膜２２ｅの光学濃度傾斜領域２２ｅ－２による光学濃度の変化の開始位置とが重なり合った構成とすることにより、図１６（ｂ）に示すように、光学濃度が変化した初期段階から光学濃度の変化率を大きなものとすることができる。

このような構成とすることにより、図１６（ａ）に示したＮＤフィルタ２においては、図６に示した入射角１５～６５°程度の相対照度の変化が大きな領域では、傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２と傾斜ＮＤ膜２２ｅの光学濃度傾斜領域２２ｅ－２とによって光量の減衰量を大きな変化率で連続的に変化させることで、入射角依存を好適に補正できるようになる。また、図６に示した入射角０～１５°程度の相対照度が大きく、かつ相対照度の変化が小さな領域では、傾斜ＮＤ膜２２ｄ，２２ｅの光学濃度均一領域２２ｄ－１，２２ｅ－１によって光量を大きく減衰させ、また、図６に示した入射角６５～８０°程度の相対照度が小さく、かつ相対照度の変化の小さな領域では、傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２によって光量をあまり減衰させず、それにより、入射角依存を好適に補正できるようになる。

また、図１６（ｃ）に示すように、３つの傾斜ＮＤ膜２２ｄ，２２ｅ，２２ｆを有する構成とすることも考えられる。本形態のＮＤフィルタ２は、ガラス基板２１の一方の面に傾斜ＮＤ膜２２ｄが形成され、また、ガラス基板２１の他方の面に傾斜ＮＤ膜２２ｅが形成され、傾斜ＮＤ膜２２ｅ上に傾斜ＮＤ膜２２ｆが形成されている。傾斜ＮＤ膜２２ｄ，２２ｅ，２２ｆはそれぞれ、上述した傾斜ＮＤ膜と同様に、光学濃度均一領域２２ｄ－１，２２ｅ－１，２２ｆ－１と、光学濃度傾斜領域２２ｄ－２，２２ｅ－２，２２ｆ－２とから構成されており、傾斜ＮＤ膜２２ｅの光学濃度均一領域２２ｅ－１上に傾斜ＮＤ膜２２ｆが形成されている。傾斜ＮＤ膜２２ｄのガラス基板２１の面内方向における面積は、傾斜ＮＤ膜２２ｅのガラス基板２１の面内方向における面積よりも大きく、傾斜ＮＤ膜２２ｅの光学濃度均一領域２２ｅ－１及び傾斜ＮＤ膜２２ｆのガラス基板２１の面内方向における面積よりも大きくなっている。傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度均一領域２２ｄ－１のガラス基板２１の面内方向における面積は、傾斜ＮＤ膜２２ｅの光学濃度均一領域２２ｅ－１及び傾斜ＮＤ膜２２ｆのガラス基板２１の面内方向における面積よりも小さく、かつ、傾斜ＮＤ膜２２ｆの光学濃度均一領域２２ｆ－１のガラス基板２１の面内方向における面積よりも大きくなっている。これにより、傾斜ＮＤ膜２２ｄ，２２ｅ，２２ｆは、光学濃度傾斜領域２２ｄ－２，２２ｅ－２，２２ｆ－２の少なくとも一部が、他の傾斜膜ＮＤと重なり合っている。それにより、本形態においては、傾斜ＮＤ膜２２ｄ，２２ｅ，２２ｆの光学濃度均一領域２２ｄ－１，２２ｅ－１，２２ｆ－１によって光の減衰量が一定となる光減衰領域２０ａと、傾斜ＮＤ膜２２ｄ，２２ｅ，２２ｆの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２，２２ｅ－２，２２ｆ－２によって光の減衰量が光減衰領域２０ａから変化する光減衰領域２０ｂと、ガラス基板２１のみからなる非光減衰領域２０ｃとを有している。

このように傾斜ＮＤ膜の数を増やすことで、図１６（ｄ）に示すように、光学濃度の連続的な変化率が互いに異なる領域が増え、それにより、光学濃度変化率の細かい調整が可能となり、図６に示した入射角による照射強度変化により適した光学濃度変化率を有するＮＤフィルタとすることができる。具体的には、図６に示した入射角０～１０°程度の相対照度が大きく、かつ相対照度の変化が小さな領域では、ＮＤ膜２２ｄ，２２ｅ，２２ｆの光学濃度均一領域２２ｄ－１，２２ｅ－１，２２ｆ－１、または傾斜ＮＤ膜２２ｄ，２２ｅの均一光学濃度領域２２ｄ－１，２２ｅ－１と傾斜ＮＤ膜２２ｆの光学濃度傾斜領域２２ｆ－２、あるいは傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２と傾斜ＮＤ膜２２ｅの光学濃度均一領域２２ｅ－１と傾斜ＮＤ膜２２ｆの光学濃度傾斜領域２２ｆ－２とによって光量を大きく減衰させ、また、図６に示した入射角１０～２０°程度の相対照度が大きく、かつ相対照度の変化がそれほど大きくない領域では、傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２と傾斜ＮＤ膜２２ｅの光学濃度均一領域２２ｅ－１とによって光量を大きく減衰させ、また、図６に示した入射角２０～６５°程度の相対照度の変化が大きな領域では、傾斜ＮＤ膜２２ｄと傾斜ＮＤ膜２２ｅの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２，２２ｅ－２とによって光量の減衰量を大きな変化率で連続的に変化させ、また、図６に示した入射角６５～８０°程度の相対照度が小さく、かつ相対照度の変化の小さな領域では、傾斜ＮＤ膜２２ｅのみによって光量をあまり減衰させず、それにより、入射角依存を好適に補正できるようになる。

また、図１６（ｅ）に示すように、１つのＮＤ膜２２ａと２つの傾斜ＮＤ膜２２ｄ，２２ｅとを組み合わせた構成とすることも考えられる。本形態のＮＤフィルタ２は、ガラス基板２１の一方の面に傾斜ＮＤ膜２２ｄが形成され、また、ガラス基板２１の他方の面にＮＤ膜２２ａが形成され、ＮＤ膜２２ａ上に傾斜ＮＤ膜２２ｅが形成されている。傾斜ＮＤ膜２２ｄ，２２ｅはそれぞれ、上述した傾斜ＮＤ膜と同様に、光学濃度均一領域２２ｄ－１，２２ｅ－１と、光学濃度傾斜領域２２ｄ－２，２２ｅ－２とから構成されている。ＮＤ膜２２ａは、ガラス基板２１の面内方向にて光学濃度が均一なものであって、ガラス基板２１の全面に形成されている。傾斜ＮＤ膜２２ｄと傾斜ＮＤ膜２２ｅとは、ガラス基板２１の面内方向における面積が互いに異なり、傾斜ＮＤ膜２２ｅよりも傾斜ＮＤ膜２２ｄの方がその面積が大きくなっている。また、傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度均一領域２２ｄ－１と傾斜ＮＤ膜２２ｅの光学濃度均一領域２２ｅ－１とは、ガラス基板２１の面内方向における面積が互いに異なり、傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度均一領域２２ｄ－１よりも傾斜ＮＤ膜２２ｅの光学濃度均一領域２２ｅ－１の方がその面積が大きくなっている。そして、傾斜ＮＤ膜２２ｄと傾斜ＮＤ膜２２ｅとは、ガラス基板２１における成膜領域の中心がガラス基板２１の厚み方向で重なっていることで、ガラス基板２１の厚み方向で傾斜ＮＤ膜２２ｅの全ての領域が傾斜ＮＤ膜２２ｄに重なり、かつ、傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２の一部が傾斜ＮＤ膜２２ｅの光学濃度傾斜領域２２ｅ－２とガラス基板２１の厚み方向で重なっている。すなわち、傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２と傾斜ＮＤ膜２２ｅの光学濃度傾斜領域２２ｅ－２とは、光学濃度の変化率が互いに異なるものとなっている。それにより、本形態においては、ＮＤ膜２２ａと傾斜ＮＤ膜２２ｄ，２２ｅの光学濃度均一領域２２ｄ－１，２２ｅ－１によって光の減衰量が一定となる光減衰領域２０ａと、傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２とＮＤ膜２２ａと傾斜ＮＤ膜２２ｅとによって光の減衰量が光減衰領域２０ａから変化する光減衰領域２０ｂと、ガラス基板２１のみからなる非光減衰領域２０ｃとを有している。

上述したように本形態においては、２つの傾斜ＮＤ膜２２ｄ，２２ｅを有するものの、ガラス基板２１の厚み方向で傾斜ＮＤ膜２２ｄ，２２ｅの全ての領域に重なるように、光学濃度が均一のＮＤ膜２２ａが形成されている。上述したように、本発明の用途として、照度が非常に高い太陽光の位置情報を取得することが考えられ、一定以上の光減衰機能が求められる場合がある。このような場合は、ＮＤ膜２２ａによって成膜領域全体において光減衰機能を持たせた上で、ＮＤフィルタ２の面内で、光源からの光の入射角が広い場合でも、受光素子に入射する光の照射強度の入射角による差が大きくならないように、光学濃度が連続的に変化する傾斜ＮＤ膜２２ｄ，２２ｅを設けることで、傾斜ＮＤ膜２２ｄ，２２ｅのみを有するものに対して、簡便に所望の光学特性が得られることがある。なお、ＮＤ膜２２ａはガラス基板２１の片面のみに設けられていても良いし、両面に設けられていてもよい。

上記のような構成とすることにより、図６に示した入射角０～１５°程度の相対照度が大きく、かつ相対照度の変化が小さな領域では、ＮＤ膜２２ａと傾斜ＮＤ膜２２ｄ，２２ｅの光学濃度均一領域２２ｄ－１，２２ｅ－１、あるいはＮＤ膜２２ａと傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２と傾斜ＮＤ膜２２ｅの光学濃度均一領域２２ｅ－２とによって光量を大きく減衰させ、また、図６に示した入射角１５～６５°程度の相対照度の変化が大きな領域では、ＮＤ膜２２ａと傾斜ＮＤ膜２２ｄ，２２ｅの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２，２２ｅ－２とによって光量の減衰量を大きな変化率で連続的に変化させ、また、図６に示した入射角６５～８０°程度の相対照度が小さく、かつ相対照度の変化の小さな領域では、ＮＤ膜２２ａと傾斜ＮＤ膜２２ｄの光学濃度傾斜領域２２ｄ－２によって光量をあまり減衰させず、それにより、入射角依存を好適に補正できるようになる。

なお、本実施例に示したもののように複数のＮＤ膜あるいは傾斜ＮＤ膜を有する構成とする場合、成膜領域、すなわち、ガラス基板２１の面内方向の面積が小さなＮＤ膜あるいは傾斜ＮＤ膜が、成膜領域の面積が大きなＮＤ膜あるいは傾斜ＮＤ膜上に形成されていてもよいし、反対に覆われていてもよい。密着性やＮＤフィルタの環境安定性を考慮すると、成膜領域の面積が小さなＮＤ膜あるいは傾斜ＮＤ膜が成膜領域の面積が大きなＮＤ膜あるいは傾斜ＮＤ膜に覆われていることが好ましい。

また、本実施例のように、複数の傾斜ＮＤ膜を用いた場合、光学濃度傾斜領域の光学濃度の変化率は複数の傾斜ＮＤ膜どうしで同じでもよいし、異なっていてもよいが、複数の傾斜ＮＤ膜の光学濃度の変化率が互いに異なる方が、より詳細にＮＤフィルタの光学特性を調整可能となり、図６に示した入射角による相対照度の特性を補正するのに適したＮＤフィルタとすることができる。

また、光学濃度が最も高い領域の光学濃度と、光学濃度が最も低い領域の光学濃度との光学濃度差に特に限定はないが、一般的には、本実施例のように０．６程度の光学濃度差とすることが好適である。また、第１及び実施例２に示したものと同様に、太陽等の高照度の対象を考慮し、光学濃度が最も低い領域の光学濃度は１．０以上であることが好ましい。

比較例

図１７は、本発明のＮＤフィルタの比較例を示す図であり、（ａ）は層構成を示す図、（ｂ）は（ａ）に示した層構成の各領域における光学濃度を示すグラフである。

本比較例は図１７（ａ）に示すように、厚さ１ｍｍのガラス基板２１（ＢＳＬ７Ｒ：オハラ社製）の一方の面に、ガラス基板２１面内方向で光学濃度の均一なＮＤ膜２２ａが形成されるとともに、ガラス基板２１の他方の面に、ガラス基板２１面内方向で光学濃度が均一なＮＤ膜２２ｂとが形成されて構成されている。ＮＤ膜２２ａとＮＤ膜２２ｂとは、ガラス基板２１の厚み方向で成膜領域が重なるように配置され、それにより、図１７（ｂ）に示すように、ＮＤフィルタのＮＤ膜成膜領域すなわち、有効範囲における光学濃度はガラス基板２１の面内方向で均一となっている。ＮＤ膜２２ａ及びＮＤ膜２２ｂの光学濃度は共に１．５となっており、ＮＤ膜成膜領域全体で光学濃度３．０となっている。

上記のようなＮＤフィルタを、実施例１に示したものと同様に、ＮＤ膜２２ａ，２２ｂを構成する誘電体層及び光吸収層をそれぞれ、Ａｌ_２Ｏ_３層、ＴｉＯｘ層から構成し、ＮＤ膜２２ａ，２２ｂ上に形成される反射防止膜をＭｇＦ２層から構成し、いずれの層も真空蒸着法で成膜して作製した。

以下に、上記各実施例に示した構成を有するＮＤフィルタと図１７に示したＮＤフィルタを本発明の光源角度測定装置に配置した場合における入射角θによる相対照度特性について説明する。

図１８は、実施例１～３に示した構成を有するＮＤフィルタと図１７に示したＮＤフィルタを本発明の光源角度測定装置に配置した場合における入射角θによる相対照度をシミュレーションした結果を示す図である。ここで、相対照度とは、光源角度測定装置の光学系に起因する入射角θによる相対照度に、入射角θでＮＤフィルタに入射した光のうち、受光素子に到達可能なＮＤフィルタの領域を通過した光の透過率を掛け合わせ、入射角０°における照度を１００％としたものである。

図１７に示した構成を有するＮＤフィルタを光源角度測定装置に配置した場合は、図１８中実線で示すように、図６に示した照射強度の角度依存の特性が補正されることなくそのまま残る。すなわち、上述したように、入射角θが大きくなるにしたがって、入射角０°に対する相対照度の差が増大してしまう。図１７に示した構成による光学系の場合、入射角０°に対して照射強度の差が最も大きくなる入射角は８０°であり、この時の入射角０°に対する相対照度は２５％程度となってしまう。

一方、実施例１に示した構成を有するＮＤフィルタを光源角度測定装置に配置した場合は、図１８中白丸で示すように、入射角θが大きくなるにしたがって、入射角０°に対する相対照度の差が増大していくものの、入射角θが６０°よりも大きくなると、入射角０°に対する相対照度の差がそれ以上大きくならず、入射角０°に対する相対照度の差が一旦ゼロになる。これは、実施例１に示した構成を有するＮＤフィルタにおいては、ＮＤ膜の成膜領域中央部から一定の範囲においては、複数のＮＤ膜によってＮＤフィルタを通過する際の光が大きく減衰するものの、それよりも外側の領域においては、１つまたは少ないＮＤ膜によってＮＤフィルタを通過する際の光の減衰量が少なくなるためである。実施例１の構成による光学系においては、入射角０°に対して照射強度の差が最も大きくなる入射角は６０°であり、この時の入射角０°に対する相対照度は３５％程度であった。

また、実施例２に示した構成を有するＮＤフィルタを光源角度測定装置に配置した場合は、図１８中黒三角で示すように、入射角θが大きくなっても、入射角０°に対する相対照度が１００％前後で小さな幅で増減するだけである。これは、入射角θが大きくなるほど、ＮＤフィルタを通過する際の光の減衰量が傾斜ＮＤ膜によって連続的に少なくなっていくためである。実施例２の構成による光学系においては、入射角０°に対して照射強度の差が最も大きくなる入射角は２８°であり、この時の入射角０°に対する相対照度は１１０％程度であった。

また、実施例３に示した構成を有するＮＤフィルタを光源角度測定装置に配置した場合は、図１８中破線で示すように、入射角θが大きくなっても、入射角０°に対する相対照度は１００％近傍でほぼ一定である。これは、入射角θが大きくなるほど、ＮＤフィルタを通過する際の光の減衰量がガラス基板の両面に形成された複数の傾斜ＮＤ膜によって連続的に少なくなっていくためである。実施例３の構成による光学系においては、入射角０°に対して照射強度の差が最も大きくなる入射角は３６°であり、この時の入射角０°に対する相対照度は１０７％程度であった。

上述したシミュレーション結果より、実施例１～３に示した構成を有する本発明のＮＤフィルタは、光源角度測定装置の入射角による照射強度差を好適に補正可能であることが分かる。

このように、本実施形態に示したＮＤフィルタは、光源からの光の入射角が広い場合でも、受光素子に入射する光の照射強度の入射角による差を大きくすることなく、光源からの光をその光量を減衰させて受光素子に入射させるこができる。そのため、このＮＤフィルタを光源角度測定装置に搭載することで、より高精度に測定対象の位置情報を取得できるようになる。

ところで、図１～図４に示した光源角度測定装置１においては、受光素子４１に入射した光は、例えば、センサ基板４２において点像として抽出され、画像処理基板４３において、この点像のＸＹ重点座標（点像座標）から、測定対象光のＸ方向及びＹ方向の入射角が求められ、測定対象光の位置が特定される。この際、点像の輝度値によって点像が測定対象に由来した光か判断することもできる。例えば、測定対象を太陽光とした時、地球等で反射された光も受光素子４１に入射し、点像として抽出されることがある。すなわち、点像が複数存在し、どの点像が太陽光に由来する光であるのかを判別する必要がある場合がある。このような場合は、各点像の輝度値データに対してヒストグラムをとり各点像の輝度値に対して、所定の閾値を超えた像を太陽光の点像として抽出したり、複数の点像のうち輝度値が最も高い点像を太陽光として抽出したりすることができる。その際、実施例１～３に示した構成を有するＮＤフィルタを用いることで、太陽光からの光の入射角が広い場合でも、受光素子に入射する光の照射強度の入射角による差が大きくなることなく、太陽光からの光が受光素子に入射することになるため、例えば、測定対象光となる太陽光の入射角が広く、非測定対象光となる太陽光以外の光の入射角が狭い場合であっても、太陽光以外の光が測定対象光と誤認識されることはなく、太陽光と太陽光以外の光の点像の輝度値データにより測定対象光となる太陽光の点像を高精度に抽出可能となる。

（他の実施の形態）
図１９は、本発明のＮＤフィルタが搭載された光源角度測定装置の他の実施の形態の分解斜視図である。

本発明の光源角度測定装置は、図１～図４に示したようなものに限らない。

例えば、図１９（ａ）に示すように、外装を構成する箱状の筐体１０と、この筐体１０内に配置されるＮＤフィルタ２、ピンホール３０及び制御基板４５と、これらＮＤフィルタ２、ピンホール３０及び制御基板４５が内部に配置された筐体１０の蓋部材となるバックカバー５０とから構成されていてもよい。

ＮＤフィルタ２は、図１～図４に示した光源角度測定装置１と同様に、筐体１０の受光側とは反対側において、筐体１０とピンホール３０との間に筐体１０に設けられたＮＤフィルタ取付部に対して位置決めされた後に接着剤により固定されて配置されている。ＮＤフィルタ２は、ＮＤフィルタ２の中心がおおよそ受光素子４１の中心と一致するように固定されていれば、接着剤を用いずに筐体１０の溝等に取り付けてもよい。

ピンホール３０は、ガラス板のピンホール以外の領域に光を透過させない金属の蒸着膜を成膜することで構成されている。図１～図４に示した光源角度測定装置１のピンホール３０は、アパーチャ３１の貫通孔３１ａを用いて構成されていたが、ガラス板への蒸着膜の成膜によってピンホール３０を構成することで、ピンホール３０自体の厚みをほとんど無視することができ、それにより、ピンホール３０から制御基板４５に搭載された受光素子までの距離を短くすることができ、広角化を実現できる。ＮＤフィルタ２は、ピンホール３０に対して受光素子４１とは反対側にピンホール３０から受光素子４１の距離よりも離れた距離に配置している。そのため、受光素子４１の面積よりも広い領域にＮＤ膜を成膜することができるので、濃度分布を緩やかにできＮＤ膜の濃度分布制御が行いやすい。このときのＮＤフィルタ２の中心の光学濃度が一定な部分は、ピンホール３０の径よりも大きく形成されている。

制御基板４５は、ピンホール３０の受光側とは反対側に配置され、図１に示したセンサ基板４２、画像処理基板４３及びインターフェース基板４４の機能を有し、ピンホール３０を介した光を受光する受光素子が搭載されている。このように配置された制御基板４５は、連結ネジＮ及びビスＢ₃によって筐体１０及びバックカバー５０に固定されている。

上記のように構成された光源角度測定装置においても、光源からの光はＮＤフィルタ２及びピンホール３０を介して制御基板４５上の受光素子に入射し、その入射角度や位置から光源の角度が測定されることになるが、上述した実施例にて示した構成を有するＮＤフィルタを用いることで、光源からの光の入射角が広い場合でも、受光素子に入射する光の照射強度の入射角による差を大きくすることなく、光源からの光をその光量を減衰させて受光素子に入射させることができる。

また、図１９（ｂ）に示すように、ＮＤフィルタ２を筐体１０の受光側に配置し、筐体１０の受光側とは反対側において筐体１０とピンホール３０との間に、負レンズ６０ａ，６０ｂを配置した構成とすることも考えられる。筐体１０の外側に設けられた取り付け部に取り付ける場合は、筐体１０の開口よりも光減衰領域が広く形成されているため、光減衰領域と非光減衰領域との境界を、筐体１０の開口縁部の円形状のふくらみが一定になるように位置を合わせると位置合わせを行い易い。接着剤を非光減衰領域に塗布した状態で、ＮＤフィルタ２を筐体１０の取り付け部に取り付け、受光素子４１に対して位置合わせを行った後に、接着剤の凝固を待てばよい。

このように構成された光源角度測定装置においては、負レンズ６０ａ，６０ｂによって、測定可能な光源の角度のさらなる広角化を実現することができる。なお、負レンズ６０ａ，６０ｂに正レンズを対向配置することで光学系をアフォーカル系としてもよい。負レンズ６０ａ，６０ｂはコストの観点から同一形状のものを２枚用いたが、異なる形状であっても、１枚であってもよい。このときの光学系は、ピンホール３０に対して受光素子４１とは反対側に負レンズ６０ａ，６０ｂを配置している。そして、ＮＤフィルタ２は、負レンズ６０ａ，６０ｂよりも光源側に配置している。このとき、ＮＤフィルタ２の中心の光学濃度均一領域は、受光素子４１の面積を覆っている。そして、中心の光学濃度均一領域よりも外側の光学濃度均一領域または光学濃度傾斜領域は、負レンズ６０ａ，６０ｂよりも光軸から外側の領域に形成されている。そのため、負レンズ６０ａ，６０ｂの面積よりも広い領域にＮＤ膜を成膜することができるので、濃度分布を緩やかにできＮＤ膜の濃度分布制御が行いやすい。そして、光学濃度が連続的または段階的に減少している部分の外側に、非減衰領域が形成されているので、ＮＤフィルタ２の位置合わせが行いやすい。

図２０は、本発明に係る光源角度測定装置を搭載した航行体の一例としての人工衛星を示す図である。

図２０に示すように、人工衛星は、衛星本体１３１に通信アンテナ１３２、太陽電池パネル１３３、光学系１３４、スラスタ１３５等が搭載されている。

この光源角度測定装置を人工衛星（ここでは衛星本体１３１）に対して搭載する際には、光源角度測定装置の基準面を人工衛星の基準面と一致するようにして搭載することによって、光源角度測定装置の検出角度を良好に保つことができる。人工衛星の基準面としては、人工衛星に搭載される他のセンサにおける基準面と一致していても良い。

１ 光源角度測定装置
２ ＮＤフィルタ
１０ 筐体
１０ａ 表面
１１ 円形貫通部
１２ 突起部
１２ａ 環状傾斜面
２１ ガラス基板
２２ ＮＤ膜
２２１ 誘電体層
２２２ 光吸収層
２２３ 反射防止層
３０ ピンホール
３１ アパーチャ
３１ａ 貫通孔
４０ 受光部品
４１ 受光素子
４２ センサ基板
４３ 画像処理基板
４４ 外部インターフェース基板
５０ バックカバー
６１ ホルダー
６２ 成膜マスク
６３ ブレード
６４ 蒸発源

Claims (10)

1. 透明な基板と、
   前記基板上に光吸収層と誘電体層とが積層されて形成され、その光学濃度は、中心から径方向外側に向かって段階的または連続的に低くなるように、前記基板上の周縁部以外の部分を覆い、中心を含んだ部分に光学濃度が一定、かつ、最も高い部分が形成されているＮＤ膜と、を有するＮＤフィルタと、
   前記ＮＤフィルタに対して光源とは反対側に配置された受光素子と、
   前記ＮＤフィルタと前記受光素子との間に配置され、前記ＮＤフィルタを透過した光を通過させる開口が形成されたピンホールと、
   前記開口を通過して前記受光素子上に受光された光に基づいて、前記光源の角度を測定する演算手段と、を備え、
   前記ＮＤフィルタの前記光学濃度が一定、かつ、最も高い部分は、前記開口の径よりも大きいことを特徴とする、光源角度測定装置。
2. 前記基板は、耐放射線ガラスまたは合成石英ガラスからなるガラス基板であることを特徴とする、請求項１に記載の光源角度測定装置。
3. 前記ＮＤ膜は、複数のＮＤ膜から構成され、
   前記複数のＮＤ膜は、前記基板の面内方向における面積が互いに異なり、面積が小さなＮＤ膜の全ての領域は、面積が大きなＮＤ膜に前記基板の厚み方向にて重なり、
   前記基板の面内方向における面積が大きなＮＤ膜の光学濃度は、前記基板の面内方向における面積が小さなＮＤ膜よりも高いことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の光源角度測定装置。
4. 前記複数のＮＤ膜は、前記基板の同一面に形成され、前記基板の面内方向における面積が大きなＮＤ膜が、前記基板の面内方向における面積が小さなＮＤ膜を覆って形成されていることを特徴とする、請求項３に記載の光源角度測定装置。
5. 前記ＮＤ膜は、
   光学濃度が均一である均一ＮＤ膜と、
   光学濃度が均一である光学濃度均一領域と、光学濃度が前記光学濃度均一領域から径方向外側に向かって連続的に低くなっていく光学濃度傾斜領域とからなる傾斜ＮＤ膜とを有し、
   前記傾斜ＮＤ膜は、前記基板の厚み方向にてその全ての領域が前記均一ＮＤ膜に重なっていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の光源角度測定装置。
6. 前記光吸収層と前記誘電体層とからなるＮＤ膜による光学濃度は、最も高い領域の光学濃度が１．０以上であることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光源角度測定装置。
7. 表出した、前記光吸収層と前記誘電体層とからなるＮＤ膜上に反射防止層が積層されていることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光源角度測定装置。
8. 前記基板上の周縁部は、前記基板のみからなることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光源角度測定装置。
9. さらに、前記ピンホールに対して前記受光素子側とは反対側に負レンズを備えたことを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光源角度測定装置。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光源角度測定装置を備えたことを特徴とする、人工衛星。

Images