JP7194557B2 - Optical filter, light amount adjustment device, imaging device - Google Patents
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Description
本発明は光学フィルタ及び光学フィルタを有する光量調整装置、撮像装置に関するものである。 The present invention relates to an optical filter, a light amount adjustment device having the optical filter, and an imaging device.
ビデオカメラ或いはデジタルスチルカメラ等の撮像系には、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサなどからなる撮像素子が搭載されている。これらの撮像素子は光に対して人の眼とは異なる感度を有しており、撮影状況に応じて最適な映像を取得できるように光学フィルタによって撮像素子に入射する光波長や光量を調整している。 2. Description of the Related Art Imaging systems such as video cameras and digital still cameras are equipped with imaging devices such as CCD and CMOS sensors. These image sensors have different sensitivities to light than the human eye, and optical filters are used to adjust the wavelength and amount of light incident on the image sensors so that the optimum image can be obtained according to the shooting conditions. ing.
撮影に不要な光波長が撮像素子に入射するのを妨げる光学フィルタとしては、例えば、赤外カットフィルタが挙げられる。赤外カットフィルタは人の眼が感度を持たない近赤外光波長を遮蔽する機能を有し、撮像素子よりも被写体側に赤外カットフィルタを配置することで、撮像素子に近赤外光波長の光が入射するのを防ぎ、人の眼が感じる色味により近い画像・映像が得られるようになる。 An example of an optical filter that prevents light wavelengths unnecessary for photographing from entering the imaging element is an infrared cut filter. The infrared cut filter has the function of blocking near-infrared light wavelengths to which the human eye has no sensitivity. It prevents the light of the wavelength from entering, and it becomes possible to obtain images and videos that are closer to the colors perceived by the human eye.
撮像素子に入射する光量を調整する光学フィルタとしては、ＮＤフィルタが挙げられる。ＮＤフィルタは撮影に使用する光波長帯において透過率を略均一に減衰する機能を持ち、色の再現性を保ちながら、撮像素子に入射する光量を調整することができる。ＮＤフィルタを用いて光量を調整することで、絞り機構による光量調整で発生しうるハンチング現象や光の回折による画像の劣化を低減し、より高品質の画像がれられるようになる。 An ND filter is an example of an optical filter that adjusts the amount of light incident on the imaging device. The ND filter has a function of substantially uniformly attenuating the transmittance in the light wavelength band used for photographing, and can adjust the amount of light incident on the imaging device while maintaining color reproducibility. By adjusting the amount of light using the ND filter, it is possible to reduce image deterioration due to hunting phenomenon and light diffraction that may occur when the amount of light is adjusted by the aperture mechanism, and to obtain a higher quality image.
近年は撮像系の小型・軽量化の需要が高まっており、赤外カットフィルタとＮＤフィルタとの両方の機能を有する光学フィルタが開発されている。複数の光学機能を有する光学フィルタとすることで、光学フィルタの数や光学フィルタを駆動させる駆動系の数を減らすことができ、小型・軽量化に貢献している。また、近年は撮像素子の感度化が進んできており、光学フィルタの分光が経時変化することによる画質変化がより顕著に現れるようになってきている。 In recent years, there has been an increasing demand for smaller and lighter image pickup systems, and optical filters having both the functions of an infrared cut filter and an ND filter have been developed. By using an optical filter having multiple optical functions, it is possible to reduce the number of optical filters and the number of driving systems for driving the optical filters, which contributes to the reduction in size and weight. Further, in recent years, the sensitivity of image pickup devices has been increased, and image quality changes due to temporal changes in the spectrum of optical filters have become more pronounced.
特許文献１、２には赤外カット機能を有する光干渉薄膜積層体（以下赤外遮蔽膜）と可視光波長においてＮＤ機能を有する光吸収薄膜積層体（以下可視ＮＤ膜）とを一体化させた光学フィルタが開示されている。所望の分光特性を得るためには、赤外遮蔽膜は少なくとも２０～４０層程度、可視ＮＤ膜はおおよそ１０層程度の層数が必要である。つまり、各膜を一体とした場合は３０～４０層程度以上の積層体となり、その膜応力は大きなものとなる。膜応力による光学フィルタの反りやうねりなどの弊害を極力抑制するためには各膜の応力方向を反対方向にして各膜の応力を打ち消すようにすることが好ましい。しかしながら、特許文献１、２には基材のカーリングによる蒸着膜厚の再現性を考慮し、赤外遮蔽膜と可視ＮＤ膜の成膜順を決定しているが、光学フィルタ全体としての反りやうねりを低減するものではない。一方、各膜の膜応力を反対方向とすることで、光学フィルタ全体の反りやうねりを抑制することは可能であるが、各膜の界面において、剥離が発生しやすくなるという問題があった。
In
更に、光吸収薄膜積層体は光吸収膜と無機薄膜とからなるが、光吸収膜は大気中の水蒸気などの影響を受けて酸化されやすい。このため、光吸収薄膜積層体は光干渉薄膜積体と比較し、分光特性が変化しやすいという問題があった。 Furthermore, the light-absorbing thin film laminate is composed of a light-absorbing film and an inorganic thin film, and the light-absorbing film is easily oxidized under the influence of water vapor in the atmosphere. For this reason, there is a problem that the spectral characteristics of the light absorption thin film stack are more likely to change than the light interference thin film stack.
本発明の目的は、反りやうねりが小さく、密着性に優れ、且つ長期にわたり分光特性が安定な光干渉薄膜積体と光吸収薄膜積層体とからなる光学フィルタを提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an optical filter comprising a light interference thin film stack and a light absorbing thin film stack, which have little warp and undulation, excellent adhesion, and stable spectral characteristics over a long period of time.
上記課題を解決するために、本発明の光学フィルタは基板上に、光吸収膜と無機膜とからなる光吸収薄膜積層体と、少なくとも屈折率の異なる複数の薄膜からなる光干渉薄膜積層体と、が基板側からこの順に形成された光学フィルタであって、前記光干渉薄膜積層体と前記光吸収薄膜積層体は前記基板に対して異なる方向に応力特性を有し、前記光干渉薄膜積層体と前記光吸収薄膜積層体との間に応力緩衝膜が形成され、前記光干渉薄膜積層体が圧縮応力、前記光吸収薄膜積層体が引張応力であることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the optical filter of the present invention comprises a light absorbing thin film laminate comprising a light absorbing film and an inorganic film, and an optical interference thin film laminate comprising at least a plurality of thin films having different refractive indices on a substrate. and are formed in this order from the substrate side, wherein the optical interference thin film laminate and the light absorbing thin film laminate have stress characteristics in different directions with respect to the substrate, and the optical interference thin film laminate and the light absorbing thin film laminate, wherein the light interference thin film laminate is under compressive stress and the light absorbing thin film laminate is under tensile stress.
基板上に光吸収薄膜積層体と光干渉薄膜積層体とをこの順で構成することで、光学特性を長期にわたり安定なものとできる。また、光干渉薄膜積層体と光吸収薄膜積層体との応力方向を反対方向とし、光干渉薄膜積層体と光吸収薄膜積層体との間に応力緩衝膜を設けることで、光学フィルタの反りを低減しつつ、光干渉薄膜積層体と光吸収薄膜積層体の応力方向の違いによる密着性低下を極力抑制することができる。 By forming the light absorption thin film laminate and the light interference thin film laminate in this order on the substrate, the optical characteristics can be stabilized over a long period of time. In addition, the optical interference thin film laminate and the light absorption thin film laminate have stress directions opposite to each other, and a stress buffer film is provided between the optical interference thin film laminate and the light absorption thin film laminate, thereby suppressing warping of the optical filter. It is possible to minimize the decrease in adhesion due to the difference in the stress direction between the optical interference thin film laminate and the light absorption thin film laminate.
図を基に本発明に係る光学フィルタについて詳細に説明する。 An optical filter according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図１は本発明に係る光学フィルタの断面図を示したものである。本発明の光学フィルタは所望の光波長において透明な基板の少なくとも一方の面に、光吸収膜と無機薄膜との積層体である光吸収薄膜積層体と屈折率の異なる無機薄膜の積層体である光干渉薄膜積層体とが形成されており、光干渉薄膜積層体と光吸収薄膜積層体との間に応力緩衝膜が挿入されている。本発明に係る光干渉薄膜積層体と光吸収薄膜積層体は異なる応力方向を有し、基板の一方の面に光干渉薄膜積層体と光吸収薄膜積層体を形成しても、光学フィルタの反りが大きくならないようになっている。具体的には光干渉薄膜積層体は圧縮応力、光吸収薄膜積層体は引張応力となっている。 FIG. 1 shows a cross-sectional view of an optical filter according to the present invention. The optical filter of the present invention is a laminate of an inorganic thin film having a different refractive index from a light absorbing thin film laminate, which is a laminate of a light absorbing film and an inorganic thin film, on at least one surface of a substrate transparent to a desired light wavelength. An optical interference thin film laminate is formed, and a stress buffering film is inserted between the optical interference thin film laminate and the light absorption thin film laminate. The optical interference thin film laminate and the light absorption thin film laminate according to the present invention have different stress directions. is designed not to grow. Specifically, the optical interference thin film laminate has a compressive stress, and the light absorption thin film laminate has a tensile stress.
本発明において、光吸収薄膜積層体上に光干渉薄膜積層体を形成する構成としたのは、光学特性を長期にわたり安定とするためである。光吸収薄膜積層体は光吸収層として用いられる金属あるいは金属低級酸化物、金属低級窒化物が大気中の水蒸気などの影響により酸化が進むと、光吸収膜の消衰係数が小さくなり、透過率が高くなってしまう。一方、光干渉薄膜積層体は一般に誘電体膜からなり、構成する各膜の酸化あるいは窒化、弗化が十分に進んでいるため、大気中の水蒸気の影響を受けて大きく分光特性が変化することはない。光吸収薄膜積層体の基板と接する面を除くすべての面を光干渉薄膜積層体で覆うことで、光吸収薄膜積層体が大気と接触するのを抑制し、長期にわたり安定した分光特性の光学フィルタとすることができる。 In the present invention, the reason why the optical interference thin film laminate is formed on the light absorption thin film laminate is to stabilize the optical characteristics over a long period of time. In the light-absorbing thin film laminate, when the metal, lower metal oxide, or lower metal nitride used as the light-absorbing layer is oxidized due to the influence of water vapor in the atmosphere, the extinction coefficient of the light-absorbing film decreases, and the transmittance decreases. becomes higher. On the other hand, the optical interference thin film stack is generally composed of dielectric films, and the constituent films are sufficiently oxidized, nitrided, or fluorinated. no. By covering all surfaces of the light-absorbing thin film stack except the surface in contact with the substrate with the light interference thin film stack, the light-absorbing thin film stack is prevented from coming into contact with the atmosphere, and an optical filter with stable spectral characteristics over a long period of time. can be
（基板）
本発明に使用する基板としては、所望の光波長領域において透明な基板であれば、任意の基板を使用することが可能である。例えばガラスや水晶などの無機材料からなる基板や、ポリエステル系、ノルボルネン系、ポリエーテル系、アクリル系、スチレン系、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）系、ポリスルホン系、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）系、ＰＣ（ポリカーボネート）系、及びポリイミド系などの様々な合成樹脂基板を使用することができる。合成樹脂基板は、ガラスなどの無機基板に比べ、柔軟で軽く、加工性が良いが、膜応力や熱応力による変形や、水分による特性変化を起こしやすい。このため、合成樹脂基板を用いる場合は、高耐熱性（高ガラス転移温度Ｔｇ）、高曲げ弾性率、低吸水性の材料を用いることが望ましい。例えば、高耐熱性基板としてポリイミド系やＰＥＳ系、曲げ弾性率が大きい基板としてはＰＥＴ、低吸水性基材としてはノルボルネン系などが挙げられる。また、必要に応じて、例えばシルセスキオキサン骨格を有する有機‐無機ハイブリッド材料からなる基板などを用いてもよい。尚、本発明における所望の光波長領域において透明な基板とは、少なくとも光干渉薄膜積層体によって形成される透過帯域において透明であることを指す。例えば、光干渉薄膜積層体が紫外線や赤外線を遮蔽し、可視光を透過する機能を有する場合、基材は紫外線領域や赤外線領域のいずれか、もしくは両方に吸収を有するものでもよい。紫外線領域に吸収を有する基材としては、紫外線領域に光吸収特性を有する酸化亜鉛や酸化チタンなどの無機成分や既知の有機染料・顔料をガラスや樹脂に練り込んだ基材を用いることができる。赤外線領域に吸収を有する基板としては赤外線領域に光吸収特性を有する銅や鉄などの遷移金属イオンや、有機色素などを樹脂やガラスに練り込んだ基板を用いることができる。また、光干渉薄膜積層体が可視光線を遮蔽し、赤外線透過機能を有するものであれば、可視光領域に吸収を有する既知の染料や顔料を基材に練り込んだものを使用することもできる。
(substrate)
As the substrate used in the present invention, any substrate can be used as long as it is transparent in the desired light wavelength region. For example, substrates made of inorganic materials such as glass and crystal, polyester, norbornene, polyether, acrylic, styrene, PET (polyethylene terephthalate), PES (polyethersulfone), polysulfone, PEN (polyethylene Various synthetic resin substrates such as phthalate), PC (polycarbonate), and polyimide can be used. Synthetic resin substrates are more flexible, lighter, and easier to process than inorganic substrates such as glass. Therefore, when using a synthetic resin substrate, it is desirable to use a material with high heat resistance (high glass transition temperature Tg), high flexural modulus, and low water absorption. For example, polyimide-based and PES-based substrates can be used as high heat-resistant substrates, PET can be used as substrates having a large bending elastic modulus, and norbornene-based substrates can be used as low water-absorbing substrates. Also, if necessary, a substrate made of an organic-inorganic hybrid material having, for example, a silsesquioxane skeleton may be used. In the present invention, the substrate that is transparent in the desired light wavelength region means that it is transparent at least in the transmission band formed by the optical interference thin film laminate. For example, when the optical interference thin film laminate has the function of blocking ultraviolet rays and infrared rays and transmitting visible light, the substrate may have absorption in either or both of the ultraviolet region and the infrared region. As the substrate having absorption in the ultraviolet region, a substrate obtained by kneading an inorganic component such as zinc oxide or titanium oxide having a light absorption property in the ultraviolet region or a known organic dye/pigment into glass or resin can be used. . As the substrate having absorption in the infrared region, a substrate obtained by kneading a transition metal ion such as copper or iron having a light absorption property in the infrared region, an organic dye, or the like into a resin or glass can be used. In addition, if the optical interference thin film laminate blocks visible light and has an infrared transmission function, a known dye or pigment that absorbs in the visible light region can be kneaded into the base material. .
基板の厚みとしては、小型・軽量化を考慮すると、剛性を保てる範囲で、できるだけ薄い方が好ましく、具体的には２０μｍ～１ｍｍ、２５μｍ～４００μｍ程度が好適である。尚、光干渉薄膜積層体によって形成される透過帯域以外に光吸収を有する基板を用いる場合は、基板の光吸収特性も考慮し、基材厚みを決定する。 Considering miniaturization and weight reduction, the thickness of the substrate is preferably as thin as possible as long as the rigidity can be maintained. When using a substrate that absorbs light in a band other than the transmission band formed by the optical interference thin film laminate, the thickness of the base material is determined in consideration of the light absorption characteristics of the substrate.
（光干渉薄膜積層体）
本発明の光干渉薄膜積層体は屈折率の異なる２つ以上の無機薄膜を複数層積層することで得る。光干渉薄膜積層体は蒸着やスパッタリングなどによって形成され、屈折率の異なる複数の無機薄膜によって光干渉を起こし、これを利用して任意の光学特性を得る。無機薄膜としては、ＭｇＦ２、ＳｉＯ２、ＳｉＯ、Ｓｉ３Ｈ４、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＬａＴｉＯ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５などを用いることができる。
(Optical interference thin film laminate)
The optical interference thin film laminate of the present invention is obtained by laminating two or more inorganic thin films having different refractive indices. An optical interference thin film laminate is formed by vapor deposition, sputtering, or the like, and optical interference is caused by a plurality of inorganic thin films having different refractive indices, and arbitrary optical characteristics are obtained using this. As the inorganic thin film, MgF2, SiO2, SiO, Si3H4, Al2O3, MgO, LaTiO3, ZrO2, TiO2, Nb2O5, Ta2O5 and the like can be used.
光干渉薄膜積層体は例えば、所望の光波長領域に透過帯域を有し、紫外線領域、可視光線領域、赤外線領域の少なくとも１つの領域を遮蔽する遮蔽膜あるいは、反射防止膜である。 The optical interference thin film laminate is, for example, a shielding film or an antireflection film that has a transmission band in a desired light wavelength region and shields at least one of the ultraviolet region, the visible light region, and the infrared region.
ここで、遮蔽膜について説明する。遮蔽膜によって遮蔽する光波長領域における中心波長をλとすると、遮蔽膜は、光学膜厚がλ／４程度、具体的には０．７～１．３λ／４程度の屈折率の異なる無機薄膜が複数積層された構造を基本構成としている。但し、透過帯域のリップルを低減するためにλ／４から大きく離れた層を有していても良い。ここで光学膜厚とは、薄膜の屈折率をｎ、物理膜厚ｄとしたとき、ｎ×ｄで表される。赤外線遮蔽膜のように、遮蔽する波長領域が広い場合や、複数の遮蔽領域が必要な場合は、遮蔽領域の波長を分割し、複数の遮蔽スタックを組み合わせてもよい。この時、例えば、基板の一方の面に第一遮蔽膜、もう一方の面に第二遮蔽膜を配置するように、基板の背反する面に遮蔽領域の異なる遮蔽膜を配置することで、合成樹脂基板や極薄のガラス基板等を用いても、膜応力による反りの小さい光学フィルタとすることができる。また遮蔽膜は比較的膜厚が厚く、積層数が多いため、蒸着源の輻射熱により成膜温度が高くなりやすい。このため、基板として合成樹脂基板を用いる場合は、成膜時に発生する熱による基板の変形を抑制するために、冷却機構を有する成膜装置を用いることが有効である。尚、遮蔽膜においては無機薄膜の屈折率差が大きい方が、所望の分光特性を得るのに必要な積層数が少なくなるため、極力屈折率差の大きい組み合わせとするのが好ましい。 Here, the shielding film will be explained. Assuming that λ is the central wavelength in the light wavelength region shielded by the shielding film, the shielding film is an inorganic thin film having an optical film thickness of about λ/4, specifically about 0.7 to 1.3 λ/4 with different refractive indices. The basic structure is a structure in which a plurality of are laminated. However, in order to reduce ripples in the transmission band, it may have layers far from λ/4. Here, the optical film thickness is represented by n×d, where n is the refractive index of the thin film and d is the physical film thickness. When the wavelength region to be shielded is wide like an infrared shielding film, or when a plurality of shielding regions are required, the wavelengths of the shielding regions may be divided and a plurality of shielding stacks may be combined. At this time, for example, by placing shielding films with different shielding regions on opposite sides of the substrate, such as placing a first shielding film on one side of the substrate and a second shielding film on the other side, synthesis Even if a resin substrate, an ultra-thin glass substrate, or the like is used, an optical filter with little warpage due to film stress can be obtained. In addition, since the shielding film has a relatively large film thickness and a large number of layers, the film formation temperature tends to rise due to radiant heat from the vapor deposition source. Therefore, when a synthetic resin substrate is used as the substrate, it is effective to use a film formation apparatus having a cooling mechanism in order to suppress deformation of the substrate due to heat generated during film formation. In the shielding film, the larger the refractive index difference of the inorganic thin film, the fewer the number of layers required to obtain the desired spectral characteristics.
反射防止膜は、一般に可視光線における反射率を低減するものであるが、近年は可視光線～赤外線領域の全域において低反射率である広帯域反射防止膜の需要も高くなってきている。反射防止膜の最表層は低屈折率材料であることが好ましく、光学膜厚は中心波長をλとした時、λ／４程度であることが好ましい。 Antireflection coatings generally reduce the reflectance in visible light, but in recent years there has been an increasing demand for broadband antireflection coatings that have low reflectance over the entire visible to infrared region. The outermost layer of the antireflection film is preferably made of a low refractive index material, and the optical film thickness is preferably about λ/4, where λ is the central wavelength.
本発明において、光干渉薄膜積層体を形成する無機薄膜は圧縮応力であることが好ましい。一般的にイオンプレーティング法や、イオンアシスト法などでより緻密な膜となるようにアシストを加えて成膜することで多くの膜材料が圧縮応力を持つ。アシストを加えて成膜することで、成膜時の再現性が向上し、更に成膜後の環境安定性も向上させることができる。また、更には、本発明の構成においては、アシスト成膜などより緻密な光干渉薄膜積層体とすることで、光吸収薄膜積層体の分光変化をより効果的に抑制することができる。尚、スパッタリング法では真空蒸着法よりも成膜エネルギーが大きく、積極的にアシストを加えなくても成膜時の再現性や環境安定性の良好な光干渉薄膜積層体を得られることがある。しかるべく条件で成膜した際に圧縮応力である無機薄膜としては例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５などが挙げられるが、これらに限らず、既知の圧縮応力を持ちうる材料を用いることができる。 In the present invention, the inorganic thin film forming the optical interference thin film laminate preferably has a compressive stress. In general, many film materials have compressive stress by assisting the formation of a denser film by an ion plating method, an ion assist method, or the like. By forming a film with an assist, the reproducibility during film formation can be improved, and the environmental stability after film formation can also be improved. Furthermore, in the configuration of the present invention, by forming a denser optical interference thin film laminate such as assisted film formation, the spectral change of the light absorbing thin film laminate can be more effectively suppressed. In addition, the sputtering method requires a larger film forming energy than the vacuum deposition method, and an optical interference thin film laminate having good reproducibility and environmental stability during film formation may be obtained without active assistance. Examples of inorganic thin films that exhibit compressive stress when formed under appropriate conditions include SiO2, Al2O3, TiO2, Nb2O5, and Ta2O5, but are not limited to these, and materials capable of having known compressive stress may be used. can be done.
（光吸収薄膜積層体）
本発明の光吸収薄膜積層体は所望の光波長領域に光吸収特性を有する光吸収膜と無機薄膜とを複数積層することで得られる。光吸収薄膜積層体は蒸着やスパッタリング法などによって形成され、光吸収膜の光吸収特性や光吸収膜と無機薄膜との光干渉作用を利用して、所望の光波長領域における透過率が略同等となるように形成される。光吸収膜としては減衰したい波長領域に合わせてＴｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｔａ、等の金属や合金、酸化物、窒化物などを用いることができる。また、無機薄膜としては、ＭｇＦ２、ＳｉＯ２、ＳｉＯ、Ｓｉ３Ｈ４、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＬａＴｉＯ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５などを、光吸収膜の物性や必要とする分光特性に合わせて適宜選択することができる。なお、光吸収膜は金属の酸化物あるいは窒化物であることが好ましい。金属の酸化物や窒化物は金属膜と比較し消衰係数が小さく、比較的厚い膜厚を成膜することができるため、膜設計の自由度が増し、より分光特性の良好な光吸収薄膜積層体とすることができるためである。
(Light-absorbing thin film laminate)
The light-absorbing thin film laminate of the present invention is obtained by laminating a plurality of light-absorbing films having light-absorbing properties in a desired light wavelength region and inorganic thin films. The light-absorbing thin film laminate is formed by vapor deposition, sputtering, etc., and utilizes the light-absorbing properties of the light-absorbing film and the light interference between the light-absorbing film and the inorganic thin film, and has approximately the same transmittance in the desired light wavelength range. is formed to be As the light absorbing film, metals such as Ti, Ni, Cr, Fe, Nb, Ta, alloys, oxides, nitrides, etc. can be used according to the wavelength range to be attenuated. As the inorganic thin film, MgF2, SiO2, SiO, Si3H4, Al2O3, MgO, LaTiO3, ZrO2, TiO2, Nb2O5, Ta2O5, etc. can be appropriately selected according to the physical properties of the light absorbing film and the required spectral characteristics. can. The light absorbing film is preferably made of metal oxide or nitride. Metal oxides and nitrides have a smaller extinction coefficient than metal films and can be formed into relatively thick films, which increases the degree of freedom in film design and makes light-absorbing thin films with better spectral characteristics. It is because it can be set as a laminated body.
光吸収薄膜積層体は例えば、所望の光波長領域において略均一な分光透過率特性を有するＮＤ膜である。所望の光波長領域において略均一な分光透過率を有することで、カラーバランスを良好に保ちつつ、光量を均一に減衰することができる。必要とされる光減衰量に合わせて光吸収膜の厚みや、光吸収膜と無機薄膜との干渉条件を調整することで、所望の透過率を得ることができる。一般的にＮＤ膜は可視光波長領域において所望の光減衰機能を有するものであるが、近年は赤外光を照射しながら撮影する撮像装置や赤外光における反射スペクトルと可視光における反射スペクトルの相関関係から赤外光で撮影した画像に疑似カラーを付与する撮像装置が開発されてきており、赤外線領域においても透過率を略均一に減衰させるＮＤ膜の需要も高くなってきている。本実施例でいうＮＤ膜とは可視光波長領域、あるいは赤外線領域の少なくとも一方の領域において透過率が略均一となっている光吸収薄膜積層体を指す。 The light absorbing thin film laminate is, for example, an ND film having substantially uniform spectral transmittance characteristics in a desired light wavelength region. By having substantially uniform spectral transmittance in the desired light wavelength region, it is possible to uniformly attenuate the amount of light while maintaining good color balance. A desired transmittance can be obtained by adjusting the thickness of the light absorbing film and the interference condition between the light absorbing film and the inorganic thin film according to the required light attenuation amount. In general, ND films have a desired light attenuation function in the visible light wavelength range. Imaging devices have been developed that impart pseudo-color to images captured with infrared light based on correlation, and demand for ND films that attenuate transmittance substantially uniformly in the infrared region is also increasing. The ND film referred to in this embodiment refers to a light-absorbing thin film laminate having substantially uniform transmittance in at least one of the visible light wavelength region and the infrared region.
ＮＤ膜は光学濃度（ＯＤ）が０．２以上であることが好ましい。光学濃度が０．２よりも小さいと、光吸収膜の膜厚が薄くなり、成膜時の光量制御が困難となるためである。ここで、光学濃度（ＯＤ）は透過率をＴとした時、ＯＤ＝Ｌｏｇ（１／Ｔ）で表すことができる。 The ND film preferably has an optical density (OD) of 0.2 or more. This is because, if the optical density is less than 0.2, the film thickness of the light absorption film becomes thin, making it difficult to control the amount of light during film formation. Here, the optical density (OD) can be expressed by OD=Log(1/T), where T is the transmittance.
光吸収薄膜積層体の成膜は真空蒸着法やスパッタリング法を用いることができるが、アシストは加えないことが好ましい。アシストを加える際に導入するガスの影響で光吸収膜の吸収特性が変化しやすく、光量の調整が難しくなるためである。アシストを加えないで成膜した場合、多くの蒸着材料で引張応力となる。例えば、しかるべき条件で成膜したときに引張応力を有する蒸着膜としては、ＭｇＦ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯｘ（０＜ｘ＜２）、ＮｂＯｘ（０＜ｘ＜２．５）、ＴａＯｘ（０＜ｘ＜２．５）、ＴｉＮｘ（０＜ｘ＜１）、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｔａ、等の金属や合金などが挙げられるが、これらに限らず、既知の引張応力を持ちうる蒸着材料を用いることができる。 A vacuum vapor deposition method or a sputtering method can be used for film formation of the light absorbing thin film laminate, but it is preferable not to add assistance. This is because the absorption characteristics of the light absorption film are likely to change due to the influence of the gas introduced when the assist is applied, making it difficult to adjust the amount of light. When films are formed without adding an assist, many vapor deposition materials have tensile stress. For example, vapor-deposited films having tensile stress when formed under appropriate conditions include MgF2, Al2O3, TiO2, Nb2O5, Ta2O5, TiOx (0<x<2), NbOx (0<x<2.5), Metals and alloys such as TaOx (0<x<2.5), TiNx (0<x<1), Ti, Ni, Cr, Fe, Nb, Ta, etc., but not limited to these, known Vapor deposition materials that can have tensile stress can be used.
（応力緩衝膜）
本発明に係る応力緩衝膜について説明する。本発明における応力緩衝膜は金属膜あるいは組成が連続的に変化する傾斜膜である。
(Stress buffer film)
A stress buffering film according to the present invention will be described. The stress buffering film in the present invention is a metal film or a gradient film whose composition changes continuously.
先ず、金属膜について説明する。金属膜は金属結合からなる膜である。金属結合からなる膜は、共有結合やイオン結合からなる膜に比べ、延性に優れ、比較的自由に変形可能である。このため、応力方向の異なる光干渉薄膜積層体と光吸収薄膜積層体との間に、金属膜を配置することで、光干渉薄膜積層体と光吸収薄膜積層体の応力エネルギーが金属膜の変形に使用され、光干渉薄膜積層体と光吸収薄膜積層体との間で剥離が発生するのを抑制することができる。金属膜の種類は光学フィルタの光学特性を考慮し適宜選択される。本発明の金属膜は、金属元素からなる単体あるいは合金を指す。 First, the metal film will be explained. A metal film is a film made of metallic bonds. Films made of metallic bonds are superior in ductility and relatively freely deformable compared to films made of covalent bonds or ionic bonds. Therefore, by arranging the metal film between the light interference thin film stack and the light absorbing thin film stack having different stress directions, the stress energy of the light interference thin film stack and the light absorbing thin film stack is applied to the deformation of the metal film. can be used to suppress the occurrence of delamination between the optical interference thin film laminate and the light absorption thin film laminate. The type of metal film is appropriately selected in consideration of the optical characteristics of the optical filter. The metal film of the present invention refers to a single substance or an alloy made of a metal element.
本発明において金属膜の膜厚は６０Å以上であることが好ましい。６０Åより膜厚が薄いと、金属膜は完全な層を形成せず、応力緩衝機能が極端に低減するためである。また、金属膜は光吸収薄膜積層体の光学濃度が０．２以上を満たせる程度の膜厚とすることが好ましい。 In the present invention, the thickness of the metal film is preferably 60 Å or more. This is because if the film thickness is thinner than 60 Å, the metal film does not form a complete layer and the stress buffering function is extremely reduced. Moreover, it is preferable that the thickness of the metal film is such that the optical density of the light-absorbing thin film laminate is 0.2 or more.
本発明において金属膜は、プラズマ振動数が光干渉薄膜積層体の透過帯域や光吸収薄膜積層体のＮＤ領域の光の振動数よりも大きいことが好ましい。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い時、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。このため、金属膜のプラズマ振動数が対象とする光波長領域の光の振動数よりも大きい材料を選択することで、光干渉薄膜積層体の透過帯域や光吸収薄膜積層体のＮＤ領域における分光特性が金属膜の吸収特性による悪影響を極力受けにくく、所望の領域においてより平坦な分光特性を有する光学フィルタとすることができる。 In the present invention, the metal film preferably has a plasma frequency higher than the frequency of light in the transmission band of the optical interference thin film laminate or the ND region of the light absorption thin film laminate. Here, the plasma frequency refers to the limit frequency at which metal free electrons vibrate plasma. When the plasma frequency is higher than the light frequency, it prevents the light from penetrating into the metal and reflects it. Conversely, if the light frequency is greater than the plasma frequency, the light penetrates into the metal and is absorbed by the metal. For this reason, by selecting a material whose plasma frequency of the metal film is higher than the frequency of light in the target optical wavelength region, spectroscopy in the transmission band of the optical interference thin film stack and the ND region of the light absorbing thin film stack can be achieved. An optical filter whose characteristics are least affected by the absorption characteristics of a metal film and which has flatter spectral characteristics in a desired region can be obtained.
次に、傾斜膜について説明する。傾斜膜は膜厚方向に応力方向あるいは強度が連続的に変化する領域を有する膜を指す。傾斜膜を応力方向の異なる光干渉薄膜積層体と光吸収薄膜積層体の界面に配置することで、急激に応力強度や応力方向が変化するのを抑制することができる。 Next, the gradient film will be explained. A gradient film refers to a film having a region in which the stress direction or strength continuously changes in the film thickness direction. By arranging the gradient film at the interface between the optical interference thin film laminate and the light absorption thin film laminate having different stress directions, it is possible to suppress sudden changes in stress intensity and stress direction.
傾斜膜は例えば、膜厚方向で連続的に化学組成あるいは膜密度が変化する膜である。化学組成の連続的変化は、例えば酸素比の連続変化である。傾斜膜において膜厚方向に酸素比を連続的に変化させることで、徐々に応力の大きさあるいは方向を変化させることができる。例えば傾斜膜をＴｉＯｙ（０≦ｙ≦２）とした時、成膜時に導入する反応ガスであるＯ２の導入量を徐々に減らすことで、ｙの値が小さくなり、これに伴い、応力も連続的に変化する。また、膜密度を連続的に変化させることで、傾斜膜の膜厚方向で徐々に応力を変化させることもできる。例えばＴｉＯ２において、傾斜膜成膜初期はアシストを加えて成膜し、徐々に加えるアシストを弱くしていくと、圧縮応力から引張応力へと連続的に応力方向を変化させることができる。また、傾斜膜成膜時に徐々にガス導入量を連続的に変化させることで、傾斜膜の膜密度を連続的に低くすることができ、傾斜膜の膜応力の大きさを徐々に変化させることができる。更には、複数の蒸着材料を同時に成膜し、その混合比率を変化させることでも応力の方向や大きさを連続的に変化させることができる。 A graded film is, for example, a film whose chemical composition or film density changes continuously in the film thickness direction. A continuous change in chemical composition is, for example, a continuous change in oxygen ratio. By continuously changing the oxygen ratio in the film thickness direction in the gradient film, the magnitude or direction of the stress can be gradually changed. For example, when the graded film is TiOy (0≤y≤2), the value of y becomes smaller by gradually reducing the introduction amount of O2, which is the reaction gas introduced during film formation, and the stress continues accordingly. changes dramatically. Further, by continuously changing the film density, it is possible to gradually change the stress in the film thickness direction of the gradient film. For example, in TiO2, if an assist is applied at the beginning of the formation of the gradient film, and the applied assist is gradually weakened, the stress direction can be changed continuously from the compressive stress to the tensile stress. In addition, by gradually and continuously changing the amount of gas introduced during formation of the gradient film, the film density of the gradient film can be continuously lowered, and the magnitude of the film stress of the gradient film can be gradually changed. can be done. Furthermore, the direction and magnitude of the stress can be continuously changed by simultaneously depositing a plurality of vapor deposition materials and changing the mixing ratio.
傾斜膜に光吸収性の材料を用いる場合は、光吸収薄膜積層体成膜時の光量制御精度や光学フィルタの帯電防止効果を考慮し、光吸収薄膜積層体の光学濃度が０．２以上を満たせる範囲の膜厚とするのが好ましい。 When a light-absorbing material is used for the gradient film, the optical density of the light-absorbing thin film laminate should be 0.2 or more, considering the light amount control accuracy during the formation of the light-absorbing thin film laminate and the antistatic effect of the optical filter. It is preferable to set the film thickness within a range that satisfies the requirement.
（実施例１）
図２は本実施例に係る光学フィルタの構成図である。本実施例の光学フィルタは、赤外線吸収機能を有する赤外線吸収ガラス基板（板厚０．３ｍｍ）上に、可視光波長領域において略均一な透過率を有する光吸収薄膜積層体（以下可視ＮＤ膜）と赤外線遮蔽機能を有する光干渉薄膜積層体である赤外遮蔽膜とがこの順で形成されており、可視ＮＤ膜と赤外遮蔽膜との界面に応力緩衝膜であるＴｉが挿入されている。
(Example 1)
FIG. 2 is a configuration diagram of an optical filter according to this embodiment. The optical filter of this embodiment is a light-absorbing thin film laminate (hereinafter referred to as a visible ND film) having substantially uniform transmittance in the visible light wavelength region on an infrared-absorbing glass substrate (thickness 0.3 mm) having an infrared-absorbing function. and an infrared shielding film, which is an optical interference thin film laminate having an infrared shielding function, are formed in this order, and Ti, which is a stress buffer film, is inserted at the interface between the visible ND film and the infrared shielding film. .
本実施例に関わる光学フィルタの作製方法について、詳しく説明する。 A method for manufacturing an optical filter according to this embodiment will be described in detail.
まず、赤外線吸収ガラス基板に可視ＮＤ膜を成膜する。本実施例の可視ＮＤ膜は、光吸収膜であるＴｉＯｘ（０＜Ｘ＜２）と無機薄膜であるＡｌ２Ｏ３を複数層積層させ、図４に示すように可視光波長において光学濃度（ＯＤ）が０．６となるように成膜する。この際、必要に応じて反射防止膜を設けてもよい。反射防止膜を形成する場合は例えばＭｇＦ２やＳｉＯ２などをλ＝５５０ｎｍとして、光学膜厚がλ／４程度成膜するとよい。次に応力緩衝膜であるＴｉ膜を形成する。Ｔｉはプラズマ振動数が紫外線領域にあり、可視領域において反射特性あるいは吸収特性が急激に変化することがないため、赤外遮蔽膜や可視ＮＤ膜からなる光学フィルタを作製する場合に良好である。なお、Ｔｉ以外にもＡｌ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｆｅなど様々な金属あるいはその合金を用いることができる。本実施例ではＴｉ膜の膜厚を１００Åとしているが、これに限らず、可視ＮＤ膜の光学特性に合わせ、任意の膜厚を成膜することができる。更に、赤外遮蔽膜を形成する。本実施例の赤外遮蔽膜は低屈折率材料であるＳｉＯ２と高屈折率材料であるＴｉＯ２の交互積層膜であり、図３に示すような分光特性を有している。本実施例でＳｉＯ２とＴｉＯ２の組み合わせを選択したが、低屈折率材料としてＭｇＦ２、高屈折率材料としてＳｉ３Ｈ４、ＬａＴｉＯ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５などを任意に選択可能であり、また、必要に応じてＡｌ２Ｏ３、ＭｇＯなどの中間屈折率材料を挿入してもよい。 First, a visible ND film is formed on an infrared absorbing glass substrate. The visible ND film of this example is formed by laminating a plurality of layers of TiOx (0<X<2), which is a light absorption film, and Al2O3, which is an inorganic thin film, and as shown in FIG. A film is formed so as to be 0.6. At this time, an antireflection film may be provided as necessary. When forming an antireflection film, for example, MgF2, SiO2, or the like is preferably formed with λ=550 nm and an optical film thickness of about λ/4. Next, a Ti film is formed as a stress buffer film. Ti has a plasma frequency in the ultraviolet region, and does not cause abrupt changes in reflection or absorption characteristics in the visible region. In addition to Ti, various metals such as Al, Ag, Ni, Cr, Ta, Nb, and Fe, or alloys thereof can be used. Although the film thickness of the Ti film is set to 100 Å in this embodiment, the film thickness is not limited to this, and any film thickness can be formed in accordance with the optical characteristics of the visible ND film. Furthermore, an infrared shielding film is formed. The infrared shielding film of this embodiment is an alternately laminated film of SiO2, which is a low refractive index material, and TiO2, which is a high refractive index material, and has spectral characteristics as shown in FIG. Although the combination of SiO2 and TiO2 was selected in this embodiment, MgF2 can be arbitrarily selected as the low refractive index material, and Si3H4, LaTiO3, ZrO2, TiO2, Nb2O5, Ta2O5, etc. can be arbitrarily selected as the high refractive index material. Intermediate refractive index materials such as Al2O3 and MgO may be inserted accordingly.
本実施例のように、赤外線吸収ガラス基板を用いる場合は、赤外遮蔽膜の透過領域から遮蔽領域へと遷移する透過不透過遷移波長領域内に存在する透過率が略５０％となる波長（以下ＩＲ半値波長）が、赤外線吸収ガラス基板の有するＩＲ半値波長よりも長波長側にあることが好ましい。より好ましくは、赤外線吸収ガラス基板の半値波長において、赤外遮蔽膜は高透過率であることが好ましい。一般に赤外遮蔽膜のＩＲ半値波長に比べ、赤外線吸収ガラス基板のＩＲ半値波長の方が製造バラツキが小さいため、赤外線吸収ガラス基板によって光学フィルタのＩＲ半値波長を決定することでより安定した特性の光学フィルタを提供可能となる。 As in this embodiment, when an infrared absorbing glass substrate is used, a wavelength ( (IR half-value wavelength hereinafter) is preferably on the longer wavelength side than the IR half-value wavelength of the infrared-absorbing glass substrate. More preferably, the infrared shielding film has a high transmittance at the half-value wavelength of the infrared absorbing glass substrate. In general, the IR half-value wavelength of the infrared absorbing glass substrate has less manufacturing variation than the IR half-value wavelength of the infrared shielding film. An optical filter can be provided.
本実施例の光学フィルタは、透過波長帯域である可視光波長において、低反射率であることが好ましい。可視ＮＤ膜上に応力緩衝膜や赤外遮蔽膜を成膜すると、可視ＮＤ膜と赤外遮蔽膜との間で光干渉作用により、透過波長帯域において反射が高くなることがある。この場合、図５に示すように、可視ＮＤ膜と赤外遮蔽膜との間に光学調整層を挿入することで透過波長帯域における反射を抑制することができる。光学調整層は透過波長帯域における反射を抑制するように任意の層数・膜厚を選択可能であるが、本実施例では赤外遮蔽膜の最表層であるＳｉＯ２上にＳｉＯ２とＴｉＯ２を形成した。光学調整層を挿入することで、赤外遮蔽膜と可視ＮＤ膜との光干渉条件を調整し、従来よりも透過波長領域における反射率を抑制することができる。光学調整層としては、ＳｉＯ２やＴｉＯ２以外にもＭｇＦ２、ＳｉＯ２、ＳｉＯ、Ｓｉ３Ｈ４、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＬａＴｉＯ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５などを任意に選択可能である。 The optical filter of this embodiment preferably has a low reflectance in the visible light wavelength, which is the transmission wavelength band. When a stress buffering film or an infrared shielding film is formed on a visible ND film, reflection may increase in the transmission wavelength band due to light interference between the visible ND film and the infrared shielding film. In this case, as shown in FIG. 5, the reflection in the transmission wavelength band can be suppressed by inserting an optical adjustment layer between the visible ND film and the infrared shielding film. The number of layers and film thickness of the optical adjustment layer can be selected so as to suppress reflection in the transmission wavelength band. . By inserting the optical adjustment layer, it is possible to adjust the light interference condition between the infrared shielding film and the visible ND film, and suppress the reflectance in the transmission wavelength range more than before. As the optical adjustment layer, MgF2, SiO2, SiO, Si3H4, Al2O3, MgO, LaTiO3, ZrO2, TiO2, Nb2O5, Ta2O5, etc. can be arbitrarily selected in addition to SiO2 and TiO2.
赤外遮蔽膜は図６に示すように赤外線の遮蔽領域を２つ以上に分割し、形成してもよい。例えば、図７に示すように光波長７００～９００ｎｍの第一遮蔽領域を遮蔽する第一赤外遮蔽膜、光波長９００～１２００ｎｍの第二遮蔽領域を遮蔽する第二赤外遮蔽膜とし、基板の背反する面に配置することもできる。このように配置することで、赤外遮蔽膜の応力による光学フィルタの反りを抑制することができる。尚、第一赤外遮蔽膜と第二赤外遮蔽膜の物理膜厚は略同等とすることが好ましい。また、第一赤外遮蔽膜の遮蔽領域と第二赤外遮蔽膜の遮蔽領域が一部重なるようにすることが好ましい。このようにすることで、成膜時の制御バラつきによって多少分光特性がばらついても、赤外領域において十分に赤外線を遮蔽できるためである。更に、必要に応じて紫外線遮蔽膜を形成することもできる。尚、可視ＮＤ膜は基板の両面に配置されていてもよいし、一方の面のみに配置されていてもよい。 The infrared shielding film may be formed by dividing the infrared shielding area into two or more as shown in FIG. For example, as shown in FIG. 7, a first infrared shielding film that shields a first shielding region with a light wavelength of 700 to 900 nm, a second infrared shielding film that shields a second shielding region with a light wavelength of 900 to 1200 nm, and a substrate can also be placed on opposite sides of the By arranging in this way, it is possible to suppress the warping of the optical filter due to the stress of the infrared shielding film. The physical film thicknesses of the first infrared shielding film and the second infrared shielding film are preferably substantially the same. Moreover, it is preferable that the shielding area of the first infrared shielding film and the shielding area of the second infrared shielding film partially overlap each other. By doing so, even if the spectral characteristics vary somewhat due to variations in control during film formation, infrared rays can be sufficiently shielded in the infrared region. Furthermore, an ultraviolet shielding film can be formed as necessary. The visible ND films may be arranged on both surfaces of the substrate, or may be arranged on only one surface.
可視ＮＤ膜上に赤外遮蔽膜を形成することで、可視ＮＤ膜が大気中の水蒸気と接触するのを防止し、可視ＮＤ膜の光吸収層の酸化が進むことで透過率が高くなってしまうのを抑制することができる。 By forming an infrared shielding film on the visible ND film, it is possible to prevent the visible ND film from coming into contact with water vapor in the atmosphere. You can prevent it from collapsing.
可視ＮＤ膜は、面方向に連続的に光学濃度が変化する領域を有していてもよい。面方向に連続的に光学濃度の異なる領域を形成する方法としては、例えば、光吸収膜を成膜時に導入するガス量を調整し、酸化数または窒化数を面内方向で連続的に変化させる方法や、少なくとも光吸収膜の物理膜厚が面内方向で連続的に変化するように形成する方法がある。この際、光学フィルタの一部に可視ＮＤ膜が形成されていない領域、すなわち基板上に赤外線遮蔽膜のみが形成されている領域を設けてもよい。 The visible ND film may have a region where the optical density changes continuously in the surface direction. As a method of forming regions with different optical densities continuously in the in-plane direction, for example, the amount of gas introduced during the formation of the light absorbing film is adjusted to continuously change the oxidation number or nitridation number in the in-plane direction. and a method in which at least the physical film thickness of the light absorbing film changes continuously in the in-plane direction. At this time, a region in which the visible ND film is not formed, that is, a region in which only the infrared shielding film is formed on the substrate may be provided in a part of the optical filter.
本実施例において、金属膜と可視ＮＤ膜に関しては真空蒸着法、赤外遮蔽膜はイオンプレーティング法により成膜したが、これに限らず、求められる特性や用途に合わせてイオンアシスト法やスパッタリング法などを任意に選択することができる。 In this example, the metal film and the visible ND film were formed by the vacuum deposition method, and the infrared shielding film was formed by the ion plating method. Any law can be selected.
また、本実施例では光干渉薄膜積層体として赤外遮蔽膜、光吸収薄膜積層体として可視ＮＤ膜としているが、これらに限らず光干渉薄膜積層体としては図８に示すような分光特性を有する紫外線遮蔽膜や可視光線遮蔽膜、反射防止膜あるいは広帯域反射防止膜としてもよく、光吸収薄膜積層体としては赤外領域において略均一な透過率を有する赤外ＮＤ膜や可視光領域と赤外線領域の両方で略均一な透過率を有する可視赤外ＮＤ膜でもよい。 In this embodiment, an infrared shielding film is used as the optical interference thin film laminate, and a visible ND film is used as the light absorption thin film laminate. It may be an ultraviolet shielding film, a visible light shielding film, an antireflection film, or a broadband antireflection film. A visible/infrared ND film having substantially uniform transmittance in both regions may be used.
光干渉薄膜積層体として、紫外線遮蔽膜を設ける場合は、光吸収薄膜積層体は可視ＮＤ膜、赤外ＮＤ膜、可視赤外ＮＤ膜のいずれかを設けることが好ましく、光干渉薄膜積層体として可視光線遮蔽膜を設ける場合は、赤外ＮＤ膜を設けることが好ましい。光干渉薄膜積層体として反射防止膜を設ける場合は、反射防止の対象波長を考慮し、光吸収薄膜積層体は可視ＮＤ膜、赤外ＮＤ膜、可視赤外ＮＤ膜のいずれかを選択することができる。 When an ultraviolet shielding film is provided as the optical interference thin film laminate, the light absorbing thin film laminate is preferably provided with either a visible ND film, an infrared ND film, or a visible infrared ND film. When providing a visible light shielding film, it is preferable to provide an infrared ND film. When an antireflection film is provided as the optical interference thin film laminate, the light absorption thin film laminate should be selected from a visible ND film, an infrared ND film, or a visible infrared ND film in consideration of the target wavelength for antireflection. can be done.
尚、光干渉薄膜積層体として紫外線遮蔽膜を形成する場合は、基板として紫外線領域に吸収を有する材料を使用してもよい。また、光吸収薄膜積層体として可視光線遮蔽膜を形成する場合、可視光波長領域において光吸収特性を有する基板を用いることができる。このように光干渉薄膜積層体の遮蔽領域に光吸収特性を有する基板を用いることで、光薄膜干渉積層体の積層数を減らすことができ、光学フィルタの反りや製造コストを低減することができる。 When forming an ultraviolet shielding film as an optical interference thin film laminate, a material having absorption in the ultraviolet region may be used as the substrate. Also, when forming a visible light shielding film as a light absorbing thin film laminate, a substrate having light absorption characteristics in the visible light wavelength region can be used. By using a substrate having light absorption properties in the shielding region of the optical interference thin film laminate in this manner, the number of layers of the optical interference thin film interference laminate can be reduced, and the warp and manufacturing cost of the optical filter can be reduced. .
（実施例２）
図９に本実施例に係る光学フィルタの構成図を示す。本実施例の光学フィルタは、赤外線吸収ガラス基板（板厚０．３ｍｍ）上に、可視光波長領域において略均一な透過率を有する可視ＮＤ膜と赤外線遮蔽機能を有する赤外遮蔽膜とがこの順で形成されており、可視ＮＤ膜と赤外遮蔽膜との界面に応力緩衝膜であるＴｉＯ２からなる膜密度傾斜膜が設けられている。ＴｉＯ２からなる膜密度傾斜膜は赤外遮蔽膜側から徐々に圧縮応力が小さくなり、可視ＮＤ膜との界面付近では引張応力となっている。
(Example 2)
FIG. 9 shows a configuration diagram of an optical filter according to this embodiment. The optical filter of the present embodiment has a visible ND film having substantially uniform transmittance in the visible light wavelength region and an infrared shielding film having an infrared shielding function on an infrared absorbing glass substrate (thickness: 0.3 mm). A film density gradient film made of TiO2, which is a stress buffer film, is provided at the interface between the visible ND film and the infrared shielding film. The film density gradient film made of TiO2 has a compressive stress that gradually decreases from the infrared shielding film side, and a tensile stress near the interface with the visible ND film.
本実施例に関わる光学フィルタの作製方法について説明する。 A method for manufacturing an optical filter according to this embodiment will be described.
まず、赤外線吸収ガラス基板に可視ＮＤ膜を成膜する。本実施例の可視ＮＤ膜は実施例１と同様である。次に、応力緩衝膜であるＴｉＯ２膜密度傾斜膜を形成し、更に赤外遮蔽膜を成膜する。赤外遮蔽膜の成膜方法は実施例１と同様である。 First, a visible ND film is formed on an infrared absorbing glass substrate. The visible ND film of this embodiment is the same as that of the first embodiment. Next, a TiO2 film density gradient film is formed as a stress buffer film, and an infrared shielding film is further formed. The method of forming the infrared shielding film is the same as in the first embodiment.
ＴｉＯ２膜密度傾斜膜の形成方法について説明する。本実施例ではＴｉＯ２膜密度傾斜膜はイオンプレーティング法により形成し、成膜時のアシスト条件を調整することで得た。ＴｉＯ２膜密度傾斜膜は成膜時のアシスト条件を調整することで作製する。ＴｉＯ２はイオンプレーティング法などのアシストを加えた条件では圧縮応力を有するが、真空蒸着法のようにアシストを印加しない場合、引張応力を持つ。ＴｉＯ２傾斜膜成膜の初期は成膜時に電圧を印加せず、徐々に電圧を高くしていく。このように成膜することで、ＴｉＯ２傾斜膜の膜応力を膜厚方向に連続的に変化させることが可能となる。 A method for forming a TiO2 film density gradient film will be described. In this example, the TiO2 film density gradient film was formed by the ion plating method, and was obtained by adjusting the assist conditions during film formation. The TiO2 film density gradient film is produced by adjusting assist conditions during film formation. TiO2 has compressive stress under assisted conditions such as ion plating, but has tensile stress under no assisted conditions such as vacuum deposition. At the beginning of TiO2 gradient film formation, no voltage is applied during film formation, and the voltage is gradually increased. By forming the film in this manner, it becomes possible to continuously change the film stress of the TiO2 gradient film in the film thickness direction.
本実施例では傾斜膜としてＴｉＯ２を用いたが、一般に蒸着膜はアシスト条件を弱くしていくことで膜密度が徐々に小さくなり、圧縮応力が小さくなっていく。ＴｉＯ２に限らず、既に公知な蒸着膜であるＭｇＦ２、ＳｉＯ２、ＳｉＯ、Ｓｉ３Ｈ４、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＬａＴｉＯ３、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｔａ等の金属や合金、低級酸化物や低級窒化物など様々な材料を用いることができる。より効果的には、アシスト条件やアシストの有無などの成膜条件によって応力方向が変化する材料であることが好ましい。成膜条件によって応力方向が変化する材料としては、例えば、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＨｆＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、などが挙げられるがこれらに限らず、すでに既知の様々な材料を用いることができる。 In this embodiment, TiO2 was used as the gradient film, but in general, as the assist conditions of the deposited film are weakened, the film density gradually decreases and the compressive stress decreases. Not only TiO2, metals and alloys such as MgF2, SiO2, SiO, Si3H4, Al2O3, MgO, LaTiO3, ZrO2, Nb2O5, Ta2O5, Ti, Ni, Cr, Fe, Nb, Ta, which are already known vapor deposition films, low-grade Various materials such as oxides and lower nitrides can be used. More effectively, it is preferable to use a material whose stress direction changes depending on film forming conditions such as assist conditions and the presence/absence of assist. Examples of the material whose stress direction changes depending on the film formation conditions include TiO2, Al2O3, HfO2, Nb2O5, Ta2O5, etc., but not limited to these, and various known materials can be used.
本実施例では、アシスト条件を調整し、膜密度を変化させることで、応力を制御しているが、例えば、成膜時の導入ガス量を調整することでも傾斜膜を形成することができる。成膜時のガス導入量が少ない時には、蒸着材料粒子が蒸着機内のガス成分の分子と衝突する機会が少なく平均自由工程は大きくなる。平均自由工程が大きいと、蒸着材料粒子が大きいエネルギーを持ったまま基板に付着するので、膜密度の高い膜となる。一方、成膜時のガス導入量が多い時、蒸着材料粒子は蒸着機内のガス成分の分子との衝突により、平均自由工程は小さくなる。平均自由工程が小さくなると、基板に付着する蒸着材料の持つエネルギーが小さくなるために、膜密度が低くなる。つまり、成膜時のガス導入量を徐々に増やすことで、蒸着膜の膜密度を連続的に低減させることができる。 In this embodiment, the stress is controlled by adjusting the assist conditions and changing the film density. However, for example, the gradient film can be formed by adjusting the amount of gas introduced during film formation. When the amount of gas introduced during film formation is small, there is little opportunity for vapor deposition material particles to collide with molecules of gas components in the vapor deposition machine, and the mean free path is large. If the mean free path is large, the vapor deposition material particles will adhere to the substrate while having large energy, resulting in a film with high film density. On the other hand, when the amount of gas introduced during film formation is large, the mean free path becomes small due to the collision of vapor deposition material particles with the molecules of the gas components in the vapor deposition machine. When the mean free path becomes smaller, the energy of the vapor deposition material adhering to the substrate becomes smaller, resulting in a lower film density. That is, by gradually increasing the amount of gas introduced during film formation, the film density of the deposited film can be continuously reduced.
本発明において光干渉薄膜積層体である赤外遮蔽膜は圧縮応力を、光吸収薄膜積層体である可視ＮＤ膜は引張応力を有していることが好ましく、この場合、傾斜膜の圧縮応力が大きい側に赤外遮蔽膜、圧縮応力の小さい側あるいは引張応力側に可視ＮＤ膜を配置することが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the infrared shielding film, which is the optical interference thin film laminate, has compressive stress, and the visible ND film, which is the light absorbing thin film laminate, has tensile stress. It is preferable to arrange the infrared shielding film on the large side and the visible ND film on the small compressive stress side or the tensile stress side.
本実施例では、応力緩衝膜であるＴｉＯ２膜密度傾斜膜をイオンプレーティング法で形成しているが、これに限らず、真空蒸着法やスパッタリング法など、既知な様々な方法で成膜することができる。 In this embodiment, the TiO2 film density gradient film, which is the stress buffer film, is formed by the ion plating method. can be done.
可視ＮＤ膜は実施例１と同様に、面内方向で光学濃度が連続的に変化する領域を有していてもよく、また、赤外線遮蔽膜と可視ＮＤ膜との間に光学調整層を形成してもよい。 As in Example 1, the visible ND film may have a region in which the optical density changes continuously in the in-plane direction, and an optical adjustment layer is formed between the infrared shielding film and the visible ND film. You may
また、本実施例では光干渉薄膜積層体として赤外遮蔽膜、光吸収薄膜積層体として可視ＮＤ膜としているが、実施例１同様、これらに限らず光干渉薄膜積層体としては紫外遮蔽膜や可視光線遮蔽膜、反射防止膜としてもよく、光吸収薄膜積層体としては赤外ＮＤ膜や可視赤外ＮＤ膜でもよい。用途に応じて、光干渉薄膜積層体と光吸収薄膜積層体の組み合わせを適宜選択すればよい。 In this embodiment, an infrared shielding film is used as the optical interference thin film laminate, and a visible ND film is used as the light absorption thin film laminate. A visible light shielding film or an antireflection film may be used, and an infrared ND film or a visible infrared ND film may be used as the light absorbing thin film laminate. The combination of the optical interference thin film laminate and the light absorption thin film laminate may be appropriately selected depending on the application.
本実施例において、本実施例において、可視ＮＤ膜に関しては真空蒸着法、赤外遮蔽膜はイオンプレーティング法により成膜したが、これに限らず、求められる特性や用途に合わせてイオンアシスト法やスパッタリング法などを任意に選択することができる。 In this embodiment, the visible ND film was formed by the vacuum evaporation method, and the infrared shielding film was formed by the ion plating method. or a sputtering method can be arbitrarily selected.
（実施例３）
図１０に本実施例に係る光学フィルタの構成図を示す。本実施例の光学フィルタは、赤外線吸収ガラス基板（板厚０．３ｍｍ）上に、可視光波長領域において略均一な透過率を有する可視ＮＤ膜と赤外線遮蔽機能を有する赤外遮蔽膜と可がこの順で形成されており、可視ＮＤ膜と赤外遮蔽膜との界面に応力緩衝膜であるＴｉＯｙ（０≦ｙ≦２）からなる化学組成傾斜膜が設けられている。本実施例における化学組成傾斜膜は酸素比が連続的に変化し、それに伴い応力の大きさも連続的に変化している。
(Example 3)
FIG. 10 shows a configuration diagram of an optical filter according to this embodiment. The optical filter of the present embodiment is composed of a visible ND film having substantially uniform transmittance in the visible light wavelength region and an infrared shielding film having an infrared shielding function on an infrared absorbing glass substrate (thickness: 0.3 mm). They are formed in this order, and a chemical composition gradient film made of TiOy (0≦y≦2), which is a stress buffer film, is provided at the interface between the visible ND film and the infrared shielding film. In the chemical composition gradient film of this example, the oxygen ratio continuously changes, and the magnitude of the stress also continuously changes accordingly.
本実施例に係る光学フィルタの作製方法について説明する。 A method for manufacturing an optical filter according to this example will be described.
まず、赤外線吸収ガラスに可視ＮＤ膜を形成する。可視ＮＤ膜の形成方法については実施例１と同様である。次に、応力緩衝膜であるＴｉＯｙ化学組成傾斜膜を形成し、更に赤外遮蔽膜を成膜する。赤外遮蔽膜の形成方法については実施例１と同様である。 First, a visible ND film is formed on infrared absorbing glass. The method of forming the visible ND film is the same as in the first embodiment. Next, a TiOy chemical composition gradient film is formed as a stress buffer film, and an infrared shielding film is further formed. The method of forming the infrared shielding film is the same as in the first embodiment.
ＴｉＯｙ化学組成傾斜膜について説明する。本実施例ではＴｉＯｙ化学組成傾斜膜を真空蒸着法で形成した。ＴｉＯｙ化学組成傾斜膜は成膜時に導入する反応性ガスの導入量を連続的に変化させることで作製することができる。例えば、ＴｉＯｙの蒸着出発材料にＴｉを用い、成膜初期はＯ２ガスを導入せずに成膜し、徐々に導入するＯ２ガスの量を増やすことで、ＴｉＯｙ膜中の酸素比率（ｙの値）を大きくし、ＴｉからＴｉＯ２へと徐々に変化させる。このようにすることで、赤外遮蔽膜あるいは可視ＮＤ膜と応力緩衝膜との間での応力が急激に変化するのを抑制することができ、密着性を改善することができる。 A TiOy chemical composition gradient film will be described. In this example, a TiOy chemical composition gradient film was formed by vacuum deposition. The TiOy chemical composition gradient film can be produced by continuously changing the amount of reactive gas introduced during film formation. For example, Ti is used as a starting material for vapor deposition of TiOy, the film is formed without introducing O2 gas at the initial stage of film formation, and the amount of O2 gas introduced is gradually increased so that the oxygen ratio in the TiOy film (value of y ) to gradually change from Ti to TiO2. By doing so, the stress between the infrared shielding film or the visible ND film and the stress buffering film can be suppressed from changing abruptly, and the adhesion can be improved.
化学組成傾斜膜は、例えば図１１に示すように金属領域を一定以上有していることがより好ましい。金属領域を一定以上持たせることで、金属の延性による応力緩衝効果も期待できるためである。尚、金属の延性による応力緩衝効果を得るには６０Å以上の金属領域を有していることが好ましい。金属領域を設ける場合、赤外蔽膜方向と可視ＮＤ膜方向の両方で連続的に化学組成が変化するようにしてもよいし、どちらか一方方向のみとしてもよい。更には、成膜時にアシスト条件などを調整し、膜密度を変化させてもよい。本実施例では、化学組成傾斜膜としてＴｉＯｙを用いているが、これに限らずＳｉ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｔａ等の金属や合金の低級酸化物や低級窒化物など様々な材料を用いることができる。 It is more preferable that the chemical composition gradient film has at least a certain amount of metal regions as shown in FIG. 11, for example. This is because a stress buffering effect due to the ductility of the metal can be expected by providing the metal region with a certain amount or more. In addition, it is preferable to have a metal region of 60 Å or more in order to obtain a stress buffering effect due to the ductility of the metal. When the metal region is provided, the chemical composition may change continuously in both the direction of the infrared shielding film and the direction of the visible ND film, or may be in only one direction. Furthermore, the film density may be changed by adjusting assist conditions during film formation. Although TiOy is used as the chemical composition gradient film in this embodiment, various materials such as lower oxides and lower nitrides of metals and alloys such as Si, Ti, Ni, Cr, Fe, Nb, and Ta are used. materials can be used.
本実施例では、応力緩衝膜であるＴｉＯｙ化学組成傾斜膜を真空蒸着法で形成しているが、これに限らず、イオンプレーティング法やスパッタリング法など、既知な様々な方法で成膜することができる。 In this embodiment, the TiOy chemical composition gradient film, which is the stress buffer film, is formed by the vacuum deposition method. can be done.
可視ＮＤ膜は実施例１と同様に、面内方向で光学濃度が連続的に変化する領域を有していてもよく、また、赤外遮蔽膜と可視ＮＤ膜との間に光学調整層を形成してもよい。 As in Example 1, the visible ND film may have a region in which the optical density changes continuously in the in-plane direction. may be formed.
また、本実施例では光干渉薄膜積層体として赤外遮蔽膜、光吸収薄膜積層体として可視ＮＤ膜としているが、実施例１同様、これらに限らず光干渉薄膜積層体としては紫外遮蔽膜や可視光線遮蔽膜、反射防止膜としてもよく、光吸収薄膜積層体としては赤外ＮＤ膜や可視赤外ＮＤ膜でもよい。用途に応じて、光干渉薄膜積層体と光吸収薄膜積層体の組み合わせを適宜選択すればよい。 In this embodiment, an infrared shielding film is used as the optical interference thin film laminate, and a visible ND film is used as the light absorption thin film laminate. A visible light shielding film or an antireflection film may be used, and an infrared ND film or a visible infrared ND film may be used as the light absorbing thin film laminate. The combination of the optical interference thin film laminate and the light absorption thin film laminate may be appropriately selected depending on the application.
本実施例において、可視ＮＤ膜に関しては真空蒸着法、赤外遮蔽膜はイオンプレーティング法により成膜したが、これに限らず、求められる特性や用途に合わせてイオンアシスト法やスパッタリング法などを任意に選択することができる。 In this example, the visible ND film was formed by the vacuum deposition method, and the infrared shielding film was formed by the ion plating method. Can be selected arbitrarily.
（実施例４）
図１２に本実施例に係る光学フィルタの構成図を示す。本実施例の光学フィルタは、赤外線吸収ガラス基板（板厚０．３ｍｍ）上に、可視光波長領域において略均一な透過率を有する可視ＮＤ膜と赤外線遮蔽機能を有する赤外遮蔽膜とがこの順で形成されており、可視ＮＤ膜と赤外遮蔽膜との間に応力緩衝膜であるＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３の比率が連続的に変化する混合率傾斜膜を形成している。混合率傾斜膜は、膜厚方向にＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３との混合割合が連続的に変化しており、具体的には赤外遮蔽膜側はＳｉＯ２の比率が高く、可視ＮＤ膜側はＡｌ２Ｏ３の比率が高くなっている。
(Example 4)
FIG. 12 shows a configuration diagram of an optical filter according to this embodiment. The optical filter of the present embodiment has a visible ND film having substantially uniform transmittance in the visible light wavelength region and an infrared shielding film having an infrared shielding function on an infrared absorbing glass substrate (thickness: 0.3 mm). Between the visible ND film and the infrared shielding film, a mixed ratio gradient film is formed in which the ratio of SiO2 and Al2O3, which are stress buffer films, changes continuously. In the mixed ratio gradient film, the mixed ratio of SiO2 and Al2O3 is continuously changed in the film thickness direction. Is high.
本実施例に係る光学フィルタの作製方法について説明する。 A method for manufacturing an optical filter according to this example will be described.
まず、赤外線吸収ガラス基板に可視ＮＤ膜を成膜する。次に応力緩衝膜であるＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３からなる混合率傾斜膜と赤外遮蔽膜を形成する。本実施例の可視ＮＤ膜、赤外遮蔽膜は実施例１と同様である。 First, a visible ND film is formed on an infrared absorbing glass substrate. Next, a mixed ratio gradient film made of SiO2 and Al2O3, which is a stress buffer film, and an infrared shielding film are formed. The visible ND film and the infrared shielding film of this embodiment are the same as those of the first embodiment.
混合率傾斜膜について説明する。本実施例の混合率傾斜膜は真空蒸着法による多源蒸着によって作製した。ＳｉＯ２の充填された坩堝とＡｌ２Ｏ３の充填された坩堝をそれぞれ電子銃により加熱する。混合率傾斜膜の成膜初期はＳｉＯ２の充填された坩堝上にはシャッターが被せられ、Ａｌ２Ｏ３のみが蒸着される。一定時間経過後、ＳｉＯ２の坩堝上のシャッターを退避させＳｉＯ２も蒸着させる。この時、ＳｉＯ２を加熱する電子銃の出力を調整し、徐々にＳｉＯ２の成膜レートを早める。その後、Ａｌ２Ｏ３の坩堝上のみにシャッターを被せ、ＳｉＯ２のみが蒸着されるようにする。このように成膜することで、ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３の混合率が連続的に変化する混合率傾斜膜を形成することができる。本実施例では、ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３を真空蒸着法で成膜したが、真空蒸着法ではＳｉＯ２は圧縮応力、Ａｌ２Ｏ３は引張応力を有する。すなわち、本実施例の混合率傾斜膜は、引張応力から徐々に圧縮応力へと応力が変化する。このような混合比率傾斜膜を応力方向の異なる可視ＮＤ膜と赤外遮蔽膜との間に配置することで、応力が急激に変化する領域をなくすことができる。本実施例では、ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３の混合率傾斜膜としているが、これに限らず応力の異なる様々な材料を組み合わせることができる。より効果的に応力緩衝効果を得るためには、応力方向の異なる材料の組み合わせが好ましい。また、本実施例ではＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３の２種を混合しているが３種以上の混合率傾斜膜としてもよい。混合率傾斜膜を形成する材料は、混合率傾斜膜に隣接する膜材料からなることが好ましく、隣接する膜に徐々に化学組成が近くなるように混合比率を傾斜させることが更に好ましい。このようにすることで、混合率傾斜膜と隣接する膜との化学的な密着性が良好となり、更なる密着強度の向上を図ることができる。 A gradient mixture film will be described. The mixture rate gradient film of this example was produced by multi-source vapor deposition using a vacuum vapor deposition method. A crucible filled with SiO2 and a crucible filled with Al2O3 are each heated by an electron gun. At the initial stage of formation of the mixed ratio gradient film, the crucible filled with SiO2 is covered with a shutter, and only Al2O3 is vapor-deposited. After a certain period of time has elapsed, the shutter above the SiO2 crucible is retracted, and SiO2 is also vapor-deposited. At this time, the output of the electron gun for heating the SiO2 is adjusted to gradually increase the deposition rate of the SiO2. After that, only the crucible of Al2O3 is covered with a shutter so that only SiO2 is vapor-deposited. By forming the films in this way, it is possible to form a mixed ratio gradient film in which the mixed ratio of SiO2 and Al2O3 changes continuously. In this embodiment, the SiO2 and Al2O3 films are formed by the vacuum deposition method. In the vacuum deposition method, SiO2 has compressive stress and Al2O3 has tensile stress. In other words, the stress in the mixed ratio gradient film of this example gradually changes from tensile stress to compressive stress. By arranging such a mixture ratio gradient film between the visible ND film and the infrared shielding film having different stress directions, it is possible to eliminate the region where the stress changes abruptly. In the present embodiment, the mixed ratio gradient film of SiO2 and Al2O3 is used, but it is not limited to this, and various materials with different stresses can be combined. In order to obtain a more effective stress buffering effect, it is preferable to combine materials with different stress directions. Also, in this embodiment, two kinds of SiO2 and Al2O3 are mixed, but three or more kinds of mixed ratio gradient films may be used. The material forming the gradient mixture film preferably consists of a film material adjacent to the gradient mixture film, and more preferably, the mixture ratio is graded so that the chemical composition of the adjacent film gradually approaches that of the film. By doing so, the chemical adhesion between the mixture ratio gradient film and the adjacent film is improved, and the adhesion strength can be further improved.
本実施例では、応力緩衝膜である混合率傾斜膜を真空蒸着法で形成しているが、これに限らず、イオンプレーティング法やスパッタリング法など、既知な様々な方法で成膜することができる。 In this embodiment, the mixture rate gradient film, which is the stress buffer film, is formed by the vacuum vapor deposition method. can.
可視ＮＤ膜は実施例１と同様に、面内方向で光学濃度が連続的に変化する領域を有していてもよく、また、赤外遮蔽膜と可視ＮＤ膜との間に光学調整層を形成してもよい。
また、本実施例では光干渉薄膜積層体として赤外遮蔽膜、光吸収薄膜積層体として可視ＮＤ膜としているが、実施例１同様、これらに限らず光干渉薄膜積層体としては紫外遮蔽膜や可視光線遮蔽膜、反射防止膜としてもよく、光吸収薄膜積層体としては赤外ＮＤ膜や可視赤外ＮＤ膜でもよい。用途に応じて、光干渉薄膜積層体と光吸収薄膜積層体の組み合わせを適宜選択すればよい。
As in Example 1, the visible ND film may have a region in which the optical density changes continuously in the in-plane direction. may be formed.
In this embodiment, an infrared shielding film is used as the optical interference thin film laminate, and a visible ND film is used as the light absorption thin film laminate. A visible light shielding film or an antireflection film may be used, and an infrared ND film or a visible infrared ND film may be used as the light absorbing thin film laminate. The combination of the optical interference thin film laminate and the light absorption thin film laminate may be appropriately selected depending on the application.
本実施例において、本実施例において、可視ＮＤ膜に関しては真空蒸着法、赤外遮蔽膜はイオンプレーティング法により成膜したが、これに限らず、求められる特性や用途に合わせてイオンアシスト法やスパッタリング法などを任意に選択することができる。 In this embodiment, the visible ND film was formed by the vacuum evaporation method, and the infrared shielding film was formed by the ion plating method. or a sputtering method can be arbitrarily selected.
（比較例１）
赤外線吸収ガラス基板上に可視光波長領域において略均一な透過率を有する可視ＮＤ膜と赤外線遮蔽機能を有する赤外遮蔽膜とをこの順で形成した光学フィルタを作製した。ここで、赤外遮蔽膜と可視ＮＤ膜は実施例１～４で作製した光学フィルタと同様である。
(Comparative example 1)
An optical filter was fabricated by forming a visible ND film having a substantially uniform transmittance in the visible light wavelength region and an infrared shielding film having an infrared shielding function on an infrared absorbing glass substrate in this order. Here, the infrared shielding film and the visible ND film are the same as those of the optical filters produced in Examples 1-4.
実施例１～４で作製した光学フィルタと比較例の光学フィルタで、クロスカット試験を行うことで密着性の比較評価を行った。その結果を表１に示す。クロスカット試験により１００マス中剥離発生が０マスのものを○、１～１０マスのものを△、１１マス以上のものを×としている。 The optical filters produced in Examples 1 to 4 and the optical filter of the comparative example were subjected to a cross-cut test for comparative evaluation of adhesion. Table 1 shows the results. In the cross-cut test, ◯ indicates that no peeling occurred among 100 squares, Δ indicates 1 to 10 squares, and x indicates 11 or more squares.
表１より、実施例１～４の光学フィルタでは剥離が見られず良好な密着性を得られていることが確認できた。なお、比較例１では可視ＮＤ膜と赤外遮蔽膜との界面で剥離が発生している。 From Table 1, it was confirmed that the optical filters of Examples 1 to 4 exhibited good adhesion without peeling. In Comparative Example 1, peeling occurred at the interface between the visible ND film and the infrared shielding film.
本比較例の結果より、本発明の光学フィルタが有する応力緩衝膜が光薄膜積層構造体と光吸収薄膜積層体との密着性向上に有効であることが確認できた。 From the results of this comparative example, it was confirmed that the stress buffering film of the optical filter of the present invention is effective in improving the adhesion between the optical thin film laminate structure and the light absorbing thin film laminate.
（比較例２～５）
実施例１～４の光学フィルタと、実施例１～４の光学フィルタにおいて、赤外遮蔽膜と可視ＮＤ膜の成膜順序を入れ替えた光学フィルタそれぞれ比較例２～５とした。なお、赤外遮蔽膜や可視ＮＤ膜、応力緩衝膜に関してはそれぞれ実施例１～４と同条件である。
(Comparative Examples 2-5)
In the optical filters of Examples 1 to 4 and the optical filters of Examples 1 to 4, the order of forming the infrared shielding film and the visible ND film was changed to provide Comparative Examples 2 to 5, respectively. The conditions for the infrared shielding film, visible ND film, and stress buffering film are the same as in Examples 1 to 4, respectively.
実施例１～４で作製した光学フィルタと比較例２～５の光学フィルタとで、経時変化による光学濃度（透過率）の変化を比較した。表２は、実施例１～４と比較例２～５の光学フィルタの高温高湿試験１０００ｈｒ前後での、光波長４５０～５００ｎｍの平均透過率より算出した光学濃度の変化量を示した表である。なお、本評価での透過率測定は、分光光度計（日立ハイテクノロジーズ社製：Ｕ４１００）を用いた。 The optical filters produced in Examples 1-4 and the optical filters of Comparative Examples 2-5 were compared in terms of changes in optical density (transmittance) over time. Table 2 shows the amount of change in optical density calculated from the average transmittance at a light wavelength of 450 to 500 nm in a high temperature and high humidity test of around 1000 hours for the optical filters of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 2 to 5. be. In addition, the transmittance measurement in this evaluation used a spectrophotometer (manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation: U4100).
表２より、実施例１～４の光学フィルタは比較例２～５の光学フィルタと比較し、高温高湿試験による光学濃度変化量が小さいことが分かる。これは実施例１～４の光学フィルタは可視ＮＤ膜の膜厚方向の表面を、赤外遮蔽膜により覆っているため、可視ＮＤ膜が大気中の水蒸気を接触するのを抑制し、可視ＮＤ膜の光吸収膜が酸化し、消衰係数が小さくなることを防いでいるためである。 From Table 2, it can be seen that the optical filters of Examples 1-4 are smaller in optical density variation in the high-temperature, high-humidity test than the optical filters of Comparative Examples 2-5. This is because, in the optical filters of Examples 1 to 4, the surface of the visible ND film in the thickness direction is covered with the infrared shielding film. This is because the light absorption film of the film is prevented from being oxidized to reduce the extinction coefficient.
本比較例の結果より、本発明の実施例１～４の光学フィルタの構成順は、分光特性の安定化に効果的であることが確認できた。 From the results of this comparative example, it was confirmed that the configuration order of the optical filters of Examples 1 to 4 of the present invention is effective in stabilizing the spectral characteristics.
図１３は本発明に係る撮像光学系を示した図である。入射光はレンズ１１、１５～１７、絞り羽根、１２ａ、１２ｂや光学フィルタ１３等から形成される光量調整装置２０を通り、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサから成る撮像素子１８へと入射して電気信号に変換され映像化される。絞り羽根１２ａ、１２ｂの位置情報は光量制御部１９へと伝達され、光量制御部１９は撮像素子１８からの光量情報と絞り羽根１２ａ、１２ｂの位置情報から最適な開口となるように絞り羽根１２ａ、１２ｂを駆動させる。光学フィルタ１３には、実施例１～４で作製した光学フィルタが挿入され、光学フィルタ１３は撮像素子１８に入射する光量によって光学フィルタ１３を自由に駆動させる光学フィルタ駆動部１４によって、光路へ進退させられる。光吸収薄膜積層体の光学濃度の異なる複数枚の光学フィルタ１３を有していることが好ましく、赤外遮蔽機能を有するＩＲカットフィルタや反射防止機能を有するＡＲフィルタ、ＩＲパスフィルタなどを有していることが更に好ましい。
FIG. 13 is a diagram showing an imaging optical system according to the present invention. Incident light passes through a light
主に可視光を利用して撮影する撮像装置の撮像光学系では、光学フィルタの光干渉薄膜積層体として赤外遮蔽膜、光吸収薄膜積層体として可視ＮＤ膜が形成された光学フィルタ１３を用いる。可視光線を利用する撮影の場合、撮像素子の感度特性の内、可視光領域の感度以外は不要であり、特に近赤外線領域近辺の感度は赤味の発生などの不都合を引き起こす。このため、赤外線遮蔽機能を有する光学フィルタ１３を光路に挿入する。光学フィルタ１３は可視光領域において光減衰機能を有しており、赤外線領域の光を遮蔽すると共に可視光線の光量を調整することができる。光吸収薄膜積層体の光学濃度の異なる複数枚の光学フィルタを有している場合は、光量に応じて最適な光学濃度を有しているフィルタを選択して光路に挿入する。尚、可視光波長領域において光減衰機能が不要な時は、ＩＲカットフィルタを挿入すればよい。
In an imaging optical system of an imaging device that mainly uses visible light, an
監視カメラのように、赤外線領域の光も撮影に利用する撮像装置の撮像光学系では、光学フィルタの光干渉薄膜積層体として可視光遮蔽膜、光吸収薄膜積層体として赤外ＮＤ膜が形成された光学フィルタ１３を用いてもよい。赤外線領域を利用して撮影する際は、可視光線領域の光がノイズとなって画質が劣化する虞があるため、可視光を遮蔽することが好ましい。被写体の赤外線輝度に合わせて、最適な光学濃度の赤外ＮＤ膜を有する光学フィルタ１３を光路に挿入することで、撮影状況に応じて最適な画像を得ることが可能となる。尚、赤外線領域において光減衰機能が不要な時は、赤外線領域のみを透過するＩＲパスフィルタを光路に挿入する。また、赤外線も可視光もともに遮蔽する必要のない時はＡＲフィルタを光路に挿入させておくこともできる。ＡＲフィルタの反射防止対象領域はカメラの用途に合わせて可視光、赤外線、その両方と任意に選択可能である。
In the imaging optical system of an imaging device that also uses light in the infrared region for imaging, such as a surveillance camera, a visible light shielding film is formed as an optical interference thin film laminate of an optical filter, and an infrared ND film is formed as a light absorption thin film laminate. An
光干渉薄膜積層体を基板の両面に分割して成膜する場合、少なくとも光学フィルタの遮蔽領域と透過領域の境界を決定する光干渉薄膜積層体よりも撮像素子側に光吸収薄膜積層体を形成していることが好ましい。また、光学フィルタの基板として光干渉薄膜積層体の遮蔽領域に光吸収特性を有する基板を用いる場合、光学フィルタの遮蔽領域と透過領域の境界を有する光干渉薄膜積層体よりも撮像素子側に基板を配置するように光学フィルタを形成することが好ましい。このようにすることで、ゴーストなどの要因となりやすい光学フィルタの遮蔽領域と透過領域の境界領域の光反射を抑制することができ、より高画質な画像を得ることが可能となる。 When the optical interference thin film laminate is formed separately on both sides of the substrate, at least the optical absorption thin film laminate is formed on the imaging device side of the optical interference thin film laminate that determines the boundary between the shielding area and the transmission area of the optical filter. preferably. In addition, when using a substrate having light absorption characteristics in the shielding region of the optical interference thin film laminate as the substrate of the optical filter, the substrate is located closer to the imaging device than the optical interference thin film laminate having the boundary between the shielding region and the transmission region of the optical filter. It is preferable to form the optical filter so as to arrange By doing so, it is possible to suppress the light reflection in the boundary region between the shielding region and the transmission region of the optical filter, which tends to cause ghosting, and to obtain a higher quality image.
なお、本実施例１～４の光学フィルタは、板厚０．３ｍｍと比較的薄い基板を用いているものの、光干渉薄膜積層体と光吸収薄膜積層体の応力方向が異なることで、反りが抑制されている。このため、光学フィルタの反りによる弊害、例えば反りによる配置スペースの増大や、光学フィルタに入射する光の入射角の違いによる分光特性変化が抑制されたものとなっている。 Although the optical filters of Examples 1 to 4 use relatively thin substrates with a plate thickness of 0.3 mm, the stress directions of the optical interference thin film laminate and the light absorption thin film laminate are different, and warping is caused. suppressed. Therefore, adverse effects caused by warping of the optical filter, such as an increase in installation space due to warping and a change in spectral characteristics due to a difference in the incident angle of light incident on the optical filter, are suppressed.
本撮像光学系に、実施例１～４の光学フィルタを用いることで、小型軽量化に貢献しつつ、反りやうねりが小さく、密着性が良好で、長期にわたり安定した分光特性を有する撮像光学系を提供することができる。 By using the optical filters of Examples 1 to 4 in this imaging optical system, the imaging optical system contributes to a reduction in size and weight, and has small warp and undulation, good adhesion, and stable spectral characteristics over a long period of time. can be provided.
１ 光学フィルタ
２ 基板
３ 光吸収薄膜積層体
３′ 可視ＮＤ膜
４ 応力干渉膜
４′ 金属膜
４′′ 膜密度傾斜膜
４′′′ 化学組成傾斜膜
４′′′′混合率傾斜膜
５ 光干渉薄膜積層体
５′ 赤外遮蔽膜
５′ａ 第一赤外遮蔽膜
５′ｂ 第二赤外遮蔽膜
６ 光学調整層
1
Claims (14)
少なくとも屈折率の異なる複数の薄膜からなる光干渉薄膜積層体と、が基板側からこの順に形成された光学フィルタであって、
前記光干渉薄膜積層体と前記光吸収薄膜積層体は前記基板に対して異なる方向に応力特性を有し、
前記光干渉薄膜積層体と前記光吸収薄膜積層体との間に応力緩衝膜が形成され、
前記光干渉薄膜積層体が圧縮応力、前記光吸収薄膜積層体が引張応力であることを特徴とした光学フィルタ。 a light-absorbing thin film laminate comprising a light-absorbing film and an inorganic film on a substrate;
an optical interference thin film laminate comprising at least a plurality of thin films having different refractive indices, and an optical filter formed in this order from the substrate side,
the optical interference thin film laminate and the light absorption thin film laminate have stress characteristics in different directions with respect to the substrate;
a stress buffering film is formed between the optical interference thin film stack and the light absorbing thin film stack ;
An optical filter characterized in that the optical interference thin film laminate has a compressive stress, and the light absorption thin film laminate has a tensile stress .
少なくとも屈折率の異なる複数の薄膜からなる光干渉薄膜積層体と、が基板側からこの順に形成された光学フィルタであって、
前記光干渉薄膜積層体と前記光吸収薄膜積層体は前記基板に対して異なる方向に応力特性を有し、
前記光干渉薄膜積層体と前記光吸収薄膜積層体との間に応力緩衝膜が形成され、
前記光干渉薄膜積層体を形成する全ての薄膜が圧縮応力であることを特徴とした光学フィルタ。 a light-absorbing thin film laminate comprising a light-absorbing film and an inorganic film on a substrate;
an optical interference thin film laminate comprising at least a plurality of thin films having different refractive indices, and an optical filter formed in this order from the substrate side,
the optical interference thin film laminate and the light absorption thin film laminate have stress characteristics in different directions with respect to the substrate;
a stress buffering film is formed between the optical interference thin film stack and the light absorbing thin film stack;
An optical filter characterized in that all the thin films forming the optical interference thin film laminate have compressive stress.
少なくとも屈折率の異なる複数の薄膜からなる光干渉薄膜積層体と、が基板側からこの順に形成された光学フィルタであって、
前記光干渉薄膜積層体と前記光吸収薄膜積層体は前記基板に対して異なる方向に応力特性を有し、
前記光干渉薄膜積層体と前記光吸収薄膜積層体との間に応力緩衝膜が形成され、
前記光吸収薄膜積層体を形成する全ての薄膜が引張応力であることを特徴とし
た光学フィルタ。 a light-absorbing thin film laminate comprising a light-absorbing film and an inorganic film on a substrate;
an optical interference thin film laminate comprising at least a plurality of thin films having different refractive indices, and an optical filter formed in this order from the substrate side,
the optical interference thin film laminate and the light absorption thin film laminate have stress characteristics in different directions with respect to the substrate;
a stress buffering film is formed between the optical interference thin film stack and the light absorbing thin film stack;
All the thin films forming the light-absorbing thin film laminate have tensile stress.
optical filter .
紫外線、赤外線、可視光線の少なくとも１つを遮蔽する機能を有することを特徴とした請求項１～５のいずれか一項に記載の光学フィルタ。 The optical interference thin film laminate has a transmission band in a desired light wavelength region,
6. The optical filter according to any one of claims 1 to 5 , having a function of blocking at least one of ultraviolet rays, infrared rays, and visible rays.
少なくとも屈折率の異なる複数の薄膜からなる光干渉薄膜積層体と、が基板側からこの順に形成された光学フィルタであって、
前記光干渉薄膜積層体と前記光吸収薄膜積層体は前記基板に対して異なる方向に応力特性を有し、
前記光干渉薄膜積層体と前記光吸収薄膜積層体との間に応力緩衝膜が形成され、
前記光干渉薄膜積層体が所望の波長領域において反射防止機能を有していることを特徴とした光学フィルタ。 a light-absorbing thin film laminate comprising a light-absorbing film and an inorganic film on a substrate;
an optical interference thin film laminate comprising at least a plurality of thin films having different refractive indices, and an optical filter formed in this order from the substrate side,
the optical interference thin film laminate and the light absorption thin film laminate have stress characteristics in different directions with respect to the substrate;
a stress buffering film is formed between the optical interference thin film stack and the light absorbing thin film stack;
An optical filter, wherein the optical interference thin film laminate has an antireflection function in a desired wavelength region.
少なくとも屈折率の異なる複数の薄膜からなる光干渉薄膜積層体と、が基板側からこの順に形成された光学フィルタであって、
前記光干渉薄膜積層体と前記光吸収薄膜積層体は前記基板に対して異なる方向に応力特性を有し、
前記光干渉薄膜積層体と前記光吸収薄膜積層体との間に応力緩衝膜が形成され、
前記応力緩衝膜が金属膜であり、
前記金属膜のプラズマ振動数が、
前記光干渉薄膜積層体の透過帯域もしくは前記光吸収薄膜積層体のＮＤ機能を有する波長領域の光の振動数よりも大きいことを特徴とした光学フィルタ。 a light-absorbing thin film laminate comprising a light-absorbing film and an inorganic film on a substrate;
an optical interference thin film laminate comprising at least a plurality of thin films having different refractive indices, and an optical filter formed in this order from the substrate side,
the optical interference thin film laminate and the light absorption thin film laminate have stress characteristics in different directions with respect to the substrate;
a stress buffering film is formed between the optical interference thin film stack and the light absorbing thin film stack;
the stress buffer film is a metal film,
The plasma frequency of the metal film is
An optical filter characterized by having a frequency higher than the transmission band of the optical interference thin film laminate or the frequency of light in the wavelength region having the ND function of the light absorption thin film laminate.
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