KR101111705B1 - Ｎｄ 필터 및 개구 조리개 장치 - Google Patents

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Abstract

ND 필터는 평면을 갖는 투명 기판으로 만들어진다. 광학 필름은 투명 기판의 평면 상에 형성된다. 광학 필름은 광 흡수 필름과 유전체 필름을 포함하는 적층 구조를 가지며, 가변하는 투과 농도를 갖는다. 적층 구조의 광 흡수 필름 또는 유전체 필름의 두께는 투명 기판의 면내 방향에 있어서 변화되어 광학 필름 적층의 투과 농도가 면내 방향에 있어서 변하도록 제어된다. 광 흡수 필름은 Ti, Cr, Ni, NiCr, NiFe, NiTi 및 그것의 혼합물로부터 선택된 재료로 만들어지며, 유전체 필름은 SiO2, Al2O3 또는 그것의 화합물로 형성된다.
광학 필름, 적층 구조, 투과 농도, 개구 조리개, 광 흡수 필름, 유전체 필름

Description

ＮＤ 필터 및 개구 조리개 장치{ND filter and aperture diaphragm apparatus}
도 1a 및 1b는 본 발명에 따른 농도 가변형 ND 필터 구조의 개략적인 측면도 및 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 농도 가변형 ND 필터의 투과 농도 특성을 도시하는 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 농도 가변형 ND 필터의 준비를 위해 이용되는 증기 증착 장치를 도시하는 개략적인 블록도다.
도 4는 본 발명에 따른 농도 가변형 ND 필터를 위한 필름 증착 조건을 도시하는 표이다.
도 5는 본 발명에 따른 농도 가변형 ND 필터를 이용하는 카메라용 개구 조리개 장치를 도시하는 개략도이다.
도 6은 광학 필름 적층에 포함된 광 흡수 필름의 광학 특성을 도시하는 그래프이다.
도 7은 광학 필름 적층의 광학 특성을 도시하는 그래프이다.
도 8은 광학 필름 적층의 광학 특성을 도시하는 그래프이다.
도 9는 광학 필름 적층의 광학 특성을 도시하는 그래프이다.
[특허 문헌 1] 일본 공개특허공보 제 특개평6-95208호
[특허 문헌 2] 일본 공개특허공보 제 특개평10-96971호
[특허 문헌 3] 일본 공개특허공보 제 특개평2-47722호
[특허 문헌 4] 일본 공개특허공보 제 특개2003-043211호
본 발명은 중성 농도 필터(neutral density filter, 이하 "ND 필터"라 함) 및 개구 조리개 장치에 관한 것이다. ND 필터는 전체적인 가시광선 파장 범위에서 투과된 광의 양을 균일하게 감쇄시키기 위한 목적의 광량 조리개에 사용된다. 본 발명은 특히 투과 농도가 연속적으로 변하는, 농도 가변형 ND 필터에 관한 것이다.
종래의 사진 시스템에서, 물체의 휘도가 너무 높으면, 비록 조리개가 최소 직경으로 조정되었다 하더라도 (즉, 조리개 직경이 최소로 조정되었다 하더라도) 소정의 양보다 더 많은 과다한 광량이 조리개를 통해 감광면에 들어온다. 따라서, 감광면에 들어오는 광량을 제어하기 위해 특히 ND 필터가 촬상 시스템 상에 장착된다. 이 경우, 단순히 입사광의 양을 감소시키기 위해, ND 필터의 스펙트럼 특성은 평탄하게 디자인되며, 그러므로 ND 필터의 기본적인 광학 성능에 따라 가시광선 전체 파장 범위에 대해 균일한 투과가 제공된다.
균일한 투과 농도를 갖는 ND 필터는 카메라의 광량 조리개로 사용되어 왔다. 최근, 투과 농도가 분할된 영역에서 계단식으로 변하는 ND 필터가 개량된 필터로 사용되고 있다. 더욱이, 단일 농도 ND 필터 또는 다중 농도 ND 필터에 비해 농도 가변형 ND 필터를 사용하면 넓은 휘도 범위에서 고해상도를 얻을 수 있기 때문에, 연속촬영을 필요로 하는 비디오 광학 시스템을 위해, 투과 농도가 연속적으로 변하는 농도 가변형 ND 필터가 요구되고 있다. 농도 가변형 ND 필터는 상기 '종래기술의 문헌 정보'에 기재된 특허 문헌들에 개시되어 있다.
특허 문헌 1에 따르면, ND 필터의 마스터 패턴이 준비되는데, 이것은, ND 필터가 개구 조리개 장치의 조리개 날개 상에 장착될 때 투과 광에 대한 필터링 함수를 제공하는 ND 필터의 투과 농도 분포와 소정의 관계가 있는 반사 농도 분포를 갖는다. 이 마스터 패턴은, 80% 이상의 필름 베이스 투과율을 가지며 헐레이션 방지층을 갖는 필름을 이용하는 카메라에 의해 촬상된다. 그 후, 필름은 현상되고 ND 필터로 사용된다. 특허 문헌 2에 따르면, 개구 조리개 장치의 조리개 날개를 위해 제공되는 ND 필터의 제조방법에 의해, 유기 안료를 포함하는 플라스틱 필름이 고 에너지의 광에 의해 조사되는데, 가변 농도 분포를 갖는 ND 필터가 준비되도록 하기 위해 조사되는 광량은 부분적으로 변화된다. 특허 문헌 3에 따르면, ND 필터는 흡수 필름으로 금속 재료를 이용하며, 투과된 광량은 반사 방지 필름이 형성된 중앙으로부터 방사상으로 연속적으로 변한다. 이 ND 필터에서, 흡수 필름은 다중 박막(薄膜)으로 나뉘며, 나뉘어진 흡수 층(막)들은 반사 방지 필름의 경계에 삽입된다.
특허 문헌 1에 따르면, ND 필터의 농도의 변화는 은 입자들의 석출량을 변화 시키는 것에 의해 제공된다. 그러나 은 입자들에 기인한 광 산란은 해상도의 열화(劣化)를 유발하며, 이러한 유형의 ND 필터는 해상도가 강화된 최근의 촬상 시스템에 사용하기 곤란하다. 특허 문헌 2에 있어서는, 유기 안료의 경시변화, 특히 고온 다습 환경 하에서의 투과 특성의 변화가 심각한 약점이다. 특허 문헌 3에 따르면, 서로 다른 두께를 갖는 금속 필름을 반사 방지 필름들 사이에 국부적으로 삽입함으로써 농도 변화가 제공된다. 그러나 이 방법에 따르면, 가시광선 전체 파장 범위에서의 균일한 투과 특성을 얻을 수 없으며, 따라서 이러한 유형의 ND 필터를 촬상 시스템에 적용하는 것은 곤란하다.
상기와 같은 종래 기술의 다양한 문제점들을 고려하여, 본 발명은 광 산란이 없어지고 환경 변화에 대한 내구성 및 가시광선 전체 파장 범위에 대한 중성 투과 특성을 갖는 농도 가변형 ND 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이 목적을 달성하기 위해, 다음의 수단들이 제공된다. 특히, 본 발명은, 평면을 갖는 투명 기판과, 투명 기판의 평면 상에 형성되며 광 흡수 필름 및 유전체 필름을 포함하는 적층 구조를 가지며 가변 투과 농도를 갖는 광학 필름 적층을 구비하되, 적층 구조의 광 흡수 필름의 적어도 한 층의 두께 및 유전체 필름의 적어도 한 층의 두께가 기판의 면내(面內, inplane) 방향에 있어서 변화되며, 이 변화에 따라 광학 필름의 투과 농도가 면내 방향에 있어서 변하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 ND 필터를 제공한다.
바람직하게는, 광 흡수 필름의 두께 및 적층 구조에 포함된 유전체 필름의 두께는 기판의 면내 방향에 있어서 연속적으로 변하거나 단계적으로 변하며, 이 변화에 따라 광학 필름의 투과 농도가 면내 방향에 있어서 연속적으로 변하도록 조정된다. 더욱이, 광 흡수 필름의 재료는 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 니켈크롬(NiCr), 니켈철(NiFe), 니켈티타늄(NiTi) 및 그들의 혼합물로부터 선택되며, 유전체 필름은 실리콘 옥사이드(SiO2), 알루미늄 옥사이드(Al2O3) 또는 그들의 화합물로 형성된다. 유전체 필름 및 광 흡수 필름은 반사 방지 기능을 제공하기 위해 소정의 두께 및 소정의 순서로 적층될 수 있다. 더욱이, 광학 필름 적층은 금속 재료를 이용한 광 흡수 필름의 증기 증착에 의해 얻어지고, 광 흡수 필름은 광 흡수 필름의 증기 증착 중 산소를 포함하는 혼합 가스가 도입되는 동안 생성되는 금속 재료의 산화물을 포함하며, 1×10-3Pa 내지 1×10-2Pa의 진공 수준이 항상 유지된다. 이 경우, 광 흡수 필름 및 유전체 필름이 적층된 후, 광학 필름 적층은 10% 이상의 산소를 포함하는 산소 분위기 하에서 열 에이징 처리(thermal aging treatment)를 받게 되며, 광학 특성의 변화가 포화되거나 안정화된다. 이와 같은 ND 필터는 개구 조리개 장치의 조리개 날개에 부착될 수 있다.
본 발명에 따르면, 기본적으로 ND 필터는 투명 기판 상에 형성된 광 흡수 필름과 유전체 필름의 적층 구조를 갖는다. 이 적층 구조는 광 산란을 유발하지 않고, 환경 변화에 대한 내구성 및 가시광선 전체 파장 범위에 대한 중성 특성을 갖는다. 적층 구조의 광 흡수 필름과 유전체 필름의 두께가 기판의 면내 방향에 있어 서 변화되기 때문에, 내구성 및 중성 특성이 유지되면서도 기판의 면내 방향에 있어서 투과 농도가 변화될 수 있다. 따라서, 광 산란을 유발시키지 않으며, 주위 변화에 대한 내구성 및 가시광선 전체 파장 범위에 대한 중성 특성을 갖는 농도 가변형 ND 필터를 얻을 수 있다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 구현예들을 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 농도 가변형 ND 필터 구조의 개략적인 단면도(a) 및 측면도(b)이다. 도 1a에 도시된 바와 같이, ND 필터는 평면을 갖는 투명 기판(1)과, 기판(1) 상에 형성된 광학 필름 적층(2)을 구비한다. 광학 필름은 광 흡수 필름들(22, 24, 26) 및 유전체 필름들(21, 23, 25, 27)을 포함하는 적층 구조를 갖는다. 광 흡수 필름들 및 투명 유전체 필름들의 두께가 제어될 때, 국부적으로 조정된 투과 농도가 얻어진다. 일 특징으로서, 적층 구조의 광 흡수 필름들(22, 24, 26) 및 유전체 필름들(21, 23, 25, 27) 중 적어도 하나의 두께는 기판(1)의 면내 방향에 있어서 변화하며, 이 변화에 따라 광학 필름 적층(2)의 투과 농도가 면내 방향에 있어서 변하도록 조정된다. 도 1에 도시된 구현예에서, ND 필터를 구성하는 7개의 층들 모두의 두께들은 동일한 비율로 변화된다. 그러나 본 발명이 이 구현예에 한정되지 않는다. 두께들은 동일한 비율로 변화될 필요가 없으며, 또는 필름들의 모든 두께가 변화될 필요도 없다. 더욱이, 적층 구조의 층들의 총 개수는 광학 사양(仕樣)에 따라 자유롭게 결정될 수 있다.
이 구현예에서, 적층 구조의 광 흡수 필름들(22, 24, 26) 및 유전체 필름들(21, 23, 25, 27)의 두께들은 기판(1)의 면내 방향(도면의 좌측에서 우측으로)에 있어서 연속적으로 변하며, 이 변화에 따라 광학 필름(2)의 투과 농도가 도면의 좌측에서 우측으로 감에 따라 연속적으로 증가하도록 조정된다. 기판의 면내 방향에 있어서 필름의 두께를 연속적으로 변하게 하거나 단계적으로 변하게 하기 위해, 마스크(3)를 이용한 차폐 효과가 증기 증착 공정과 같은 필름 증착 공정 중 이용될 수 있다. 예컨대, 제 1 유전체 필름(21)이 증착될 시, 필름 증착을 일정한 증착율로 수행하면서, 마스크(3)가 화살표로 지시된 것과 같이 일정한 속도로 좌측으로부터 우측으로 이동된다. 그 결과, 좌측에서는 얇고 우측에서는 두꺼운 유전체 필름(21)이 얻어진다. 이 공정이 모든 필름들에 대해 반복적으로 수행되어, 도 1a에 도시된 경사진 또는 점점 가늘어진 구조가 얻어진다. 마스크(3)의 일정한 이동은 모터에 의해 수행될 수 있음이 주목돼야만 한다.
도 1b는 도 1a에 도시된 ND 필터의 B-B 선을 따라 취한 개략적인 단면 구조를 도시한다. 도 1a에 도시된 ND 필터의 가장 두꺼운 부분에 대한 단면 구조가 제공되며, 그 투과 농도 D는 1.4이다. 도시한 바와 같이, 투명 기판(1)은 0.1mm 두께의 PET(폴리에틸렌 테레-프탈레이트)로 만들어졌다. 그러나 본 발명은 이 재료에 한정되지 않으며, PET 대신 폴리에스테르 필름 또는 폴레카보네이트(PC) 필름도 사용될 수 있다. PET와 같은 폴리에스테르 필름 또는 폴리카보네이트 필름이 개구 조리개용으로 바람직하다; 그러나 특별히 응용이 한정되지 않는 한, 사용되는 파장 범위에 대한 투명한 기판(1)으로서 필요하다면 투명한 글라스 또는 플라스틱이 이용될 수 있다. 투명 기판(1) 상에 구비된 제 1 유전체 필름(21)은 SiO2로 형성되며 그것의 물리적 두께는 44nm이다. 유전체 필름(21) 상에 형성된 광 흡수 필름(22)은 금속 Ti와 산화물 TiXOy로 만들어지며, 그것의 물리적 두께는 55nm이다. 광 흡수 필름(22) 상에 구비된 유전체 필름(23)은 Al2O3로 만들어지며, 그것의 물리적 두께는 26nm이다. 유전체 필름(23) 상에 구비된 광 흡수 필름(24)은 역시 금속 Ti와 산화물 TixOy로 형성되며, 그것의 물리적 두께는 80nm이다. 광 흡수 필름(24) 상에 구비된 제 5 층인 유전체 필름(25)은 Al2O3로 만들어지며, 그것의 물리적 두께는 26nm이다. 유전체 필름(25) 상에 구비된 광 흡수 필름(26) 역시 금속 Ti와 산화물 TixOy로 만들어지며, 그것의 물리적 두께는 28nm이다. 마지막 제 7 층인 유전체 필름(27)은 SiO2로 만들어지며 그것의 물리적 두께는 78nm이다. 그러나 개시된 적층 구조는 예시일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아닌 것은 물론이다. 광학 박막의 경우, 일반적으로 투명 세라믹 재료가 사용될 파장에 관한 유전체 필름으로 표시된다. 광 간섭 효과가 나타나는 그러한 두께(대략 파장의 수 배)를 갖는 유전체 필름들이 적층될 때, 입사광의 광학 특성(반사광량, 투과광량, 편광 및 위상)이 자유롭게 조정될 수 있다. 이 구현예에서, 도 1b에 도시된 층 구조를 이용함으로써, 반사 방지 기능이 광학 필름(2)에 부여된다. 광 흡수 필름들은 사용되는 파장 범위에서 문자 그대로 광을 흡수하는 기능을 가지며, 일반적으로 가시광선 파장 범위에서 금속이 이용된다. 본 발명에 따르면, 광학 특성과 물리적 특성을 특별하게 개선시키기 위해 금속 산화물이 금속 재료에 도입된다. Ti 대신, 다른 금속인 Cr, Ni, NiCr, NiFe, NiTi 및 그들의 혼합물이 광 흡수 필름용 금속 재료로서 선택될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 농도 가변형 ND 필터의 투과 농도 특성을 보여주는 그래프이다. 세로축은 투과 농도(D)를 나타내며 가로축은 파장(nm)을 나타낸다. 이 그래프에서, 광학 필름(2)의 두께가 파라미터로 이용되었으며, 총 8 레벨이 나타나 있다. 광학 필름 적층의 가장 두꺼운 부분(도 1b에 도시된 부분)이 두께 비율 1.0으로 정의되었으며, 이하 0.86, 0.71, 0.57, 0.43, 0.29, 0.14 및 0.00의 두께 비율이 나타나 있다. 그래프로부터 명백한 것과 같이, 1.0의 두께 비율을 갖는 부분은 D=1.4의 농도를 가지며, 이하 투과 농도(D)는 두께에 비례하여 실질적으로 감소한다. 더욱이, 모든 두께에 있어서 투과 농도 특성은 가시광선 범위에서 거의 평탄하다. 본 발명의 ND 필터에 있어서, 투과광량은 전체 가시광선 파장 범위에서 균일하게 감쇄된다.
도 3은 도 1에 도시된 농도 가변형 ND 필터를 준비하는데 사용되는 진공 증발 장치의 일 예를 도시하는 개략적인 블록도이다. 진공 증발법 외에, 이온 도금법, 이온 어시스트법 또는 스퍼터링법과 같은 치밀한 필름 형성법이 ND 필터를 만들기 위한 필름 증착법으로 이용될 수도 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 이 증발 장치는 주로 진공 챔버(11)로 구성되며, 필름 두께 모니터(12)와 필름 두께 제어기(13)가 챔버(11) 상부에 부착되어 있다. 기판을 안전하게 지지하기 위한 기판 홀더(14)와, 필름의 두께를 측정하기 위한 기판(15)과, 증발원(16)이 챔버(11) 내에 배열되어 있다. 도시하지는 않았으나, 도 1에 도시된 필름 두께 제어 마스크가 증발 원(16)과 기판 홀더(14) 사이에 위치한다. 필름 두께 모니터(12)는 광원, 분광기 및 수광기를 포함한다. 분광기로부터 출사된 광은 두께 측정 기판(15)에 입사하고, 두께 측정 기판(15)으로부터 반사된 광은 수광기로 입사하며, 수광기로부터의 출력은 필름 두께 제어기(13)로 전달된다. 이러한 방식에서, 필름 두께가 실시간으로 모니터되기 때문에, 소망되는 두께를 갖는 광 흡수 필름들 및 유전체 필름들이 기판 상에 증착된다. 이때, 상술한 마스크가 필름 두께의 실시간 모니터링과 동시에 이동하여, 기판의 면내 방향에 있어서 두께가 단조롭게 변화되는 광 흡수 필름들 및 유전체 필름들이 증착된다.
진공 게이트(17), 진공 게이지 제어기(18), 가스 유입 유니트(19) 및 배기 유니트(20)가 챔버(11)에 연결되어 있다. 이 구현예에서, 챔버(11)에서의 일정한 진공도를 유지하기 위해 APC 시스템이 이용된다. 상세하게는, 가스 유입 유니트(19)를 제어하고 챔버(11)로 유입되는 혼합 가스량을 조절하기 위해, 진공 게이지(17)와 진공 게이지 제어기(18)를 통해 피드백이 이루어진다. 그러나 본 발명은 이 시스템에 한정되지 않음은 물론이며, 일정한 유입 가스량을 유지하기 위해 침판(針瓣, needle valve)을 이용하기 위한 시스템이 사용될 수도 있다.
도 4는 도 1에 도시된 광학 필름이 도 3에 도시된 진공 증발 장치를 이용하여 준비될 때의 필름 증착 조건을 도시하는 표이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 기판 온도는 100℃이고, 챔버(11) 내에서 도달된 진공도는 1×10-3Pa로 설정된다. 광 흡수 필름들(22, 24, 26)을 증착하기 위해 Ti가 원료로 이용되며, 증발율은 1nm/sec로 설정된다. 더욱이, 이 구현예에서, 질소와 산소가 4:1의 비율로 혼합된 공기가 Ti의 증발을 위해 유입된 혼합 가스로 이용된다. 그러나 본 발명이 이 가스에 한정되지 않음은 물론이며, 일반적으로 50% 또는 그 이하의 비율로 산소를 포함하는 혼합 가스가 이용된다. 더욱이, 산소를 포함하는 혼합 가스가 유입될 때의 진공도는 4×10-3Pa로 설정된다. 그러나 본 발명이 이에 한정되지 않음은 물론이다. 일반적으로 진공도가 1×10-3Pa 내지 1×10-2Pa 사이에서 유지될 때, 바람직한 광학 특성 및 물리적 특성을 가지며 금속 및 금속 산화물의 혼합물로 만들어진 광 흡수 필름들이 증착될 수 있다. 유전체 필름들(21, 27)의 증착을 위해 SiO2가 증발원으로 이용되며 증발율은 1nm/sec로 설정된다. SiO2의 증착을 위해서는 특별히 반응성 가스가 유입되지는 않는다. 유전체 필름들(23, 25)을 위해 Al2O3가 증발원으로 이용되며 증발율은 1nm/sec로 설정된다. 이 경우도 또한 반응성 가스는 이용되지 않는다. 상술한 바와 같이 Ti와 같은 금속 재료가 이용될 때, 그리고 필름 증착 동안 유입되는 혼합 가스에서의 산소의 분압이 조정될 때, 요구된 특성과 일치하는 광 흡수 필름들이 금속 필름들로서, 또는 금속 필름들과 산화물 필름들의 혼합으로서 얻어질 수 있다. 광 흡수 필름들에 포함된 불안정한 요소들을 안정화시키기 위해, 필름 증착 후 가열 처리가 수행될 수 있다. 예컨대, 광 흡수 필름과 유전체 필름이 적층된 후, 산소를 10% 이상 포함하는 산소분위기 하에서 이 필름들을 가열하여, 이 열 에이징 처리에 의해 광학 성능 변화를 포화시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 농도 가변형 ND 필터가 카메라의 개구 조리개 장치의 조리개 날개에 장착된 예를 도시하는 개략도이다. 조리개 날개(100)는 도 5에 도시되어 있으며, 참조번호 0은 본 발명에 따른 농도 가변형 ND 필터를 나타낸다. 도 5에 도시된 바와 같이, 농도 가변형 ND 필터(0)의 투과율은 조리개 개구의 중심으로부터 외측 방향으로 가면서 연속적으로 감소한다. 즉, 농도 가변형 ND 필터(0)의 투과율은 촬상 광학 시스템의 광축으로부터의 거리에 비례하여 연속적으로, 그리고 선형적으로 감소한다.
개구 조리개는 할로겐화은(silver halide) 필름 또는 CCD와 같은 고체 촬상 소자로 입사하는 광량을 제어하기 위해 제공되며, 피사계(被寫界)가 밝을 때 줄어든다. 따라서, 조리개는 좋은 날씨 또는 고휘도의 물체를 촬영할 때 줄어들고, 조리개의 헌팅(hunting) 현상 또는 광 회절에 의해 역으로 영향받는 경향이 있으며, 그래서 상 성능의 열화가 발생한다. 이 대책으로서, 피사계의 휘도가 상대적으로 높을 때에도 조리개의 개구를 증가시키기 위해 ND 필터가 조리개 날개에 부착된다. 최근 촬상 소자의 감도가 증가함에 따라 ND 필터의 농도가 증가되고 광의 투과율이 더욱 감소했으며, 그래서 피사계의 휘도가 동일할 때에도 조리개의 개구가 증가되었다. 그러나, 문제점으로서, ND 필터의 농도가 감소할 때 필터를 통과한 광량과 필터를 통과하지 않은 광량 사이의 차이가 증가되고, 해상도가 저하된다. 이 문제점을 해결하기 위해, 도 5에 도시된 농도 가변형 ND 필터가 이용된다. 즉, ND 필터의 농도에 있어서, ND 필터의 투과율이 광축 중심방향으로 연속적이면서 선형적으로 증가하는 구조를 이용할 때, 해상도 저하가 방지된다.
이 구현예에서, 광 흡수 필름들과 유전체 필름들이 교번적으로 적층된 적층 구조가 ND 필터를 이루는 광학 필름 적층으로 이용된다. 특히 광 흡수 필름들에 있어서, 금속 재료 및 그 금속의 산화물을 포함하는 조성을 이용함으로써 농도 가변형 ND 필터의 신뢰성 및 내구성이 장기간에 걸쳐 확보된다. 이 점을 참고를 위해 이하 설명하며, 상세한 내용은 특허 문헌 4에 설명되어 있다. 먼저, 도 6은 도 4에 열거된 조건 하에서 증착된 광 흡수 필름의 광학 특성을 도시하는 그래프이다. 가로축은 파장을 나타내며 세로축은 굴절율과 흡수 계수를 나타낸다. 그래프로부터 명백히 알 수 있는 바와 같이, 가시광선 파장 범위에서 Ti와 TixOy의 혼합물로 만들어진 광 흡수 필름의 흡수 계수는 파장이 길어짐에 따라 증가하는 경향이 있다.
도 7은 도 4에 도시된 필름 증착 조건 하에서 준비된 다섯 층들을 갖는 광학 필름의 광학 특성을 도시하는 그래프이다. 가로축은 가시광선 파장 영역에서의 파장을 나타내며 좌측 세로축은 반사율과 투과율의 스케일을 가리키는 광량(%)을 나타내며, 우측 세로축은 투과 농도를 나타낸다. 도 7에는 실제로 준비된 광학 필름의 특성 대신, 디자인 단계에서 얻어진 시뮬레이션 결과가 도시되어 있다. 전체 가시광선 파장 범위에서 투과율이 최종적으로 평탄하게 나타나는 것이 이상적이다. 디자인 단계에서는, 후에 수행될 열처리의 영향을 고려하여 단파장측으로부터 장파장측으로 감에 따라 투과율이 점진적으로 증가된다. 이는, 광학 필름의 특성으로서 열처리 후 투과율이 가시광선 파장 범위에서 단파장쪽으로 갈수록 증가하는 경향이 있다는 것이 예측되기 때문이다.
도 8은 도 4에 도시된 필름 증착 조건 하에서 실제로 증착된 광학 필름의 초기 특성을 도시한다. 특성을 용이하게 이해하기 위해, 반사율, 투과율 및 투과 농도가 도 7과 같이 측정되어 있다. 그래프로부터 명백하게 알 수 있는 바와 같이, 광학 특성은 그 설계에서 얻어진 것과 실질적으로 동일하며, 투과율은 단파장측으로부터 장파장측으로 갈수록 점진적으로 증가한다.
열처리 후 얻어진 광학 특성이 도 9에 도시되어 있다. 특성을 이해하기 위해, 반사율, 투과율 및 투과 농도가 도 7 및 도 8과 같이 측정되어 있다. 그래프에 도시된 바와 같이, 열처리가 수행된 후, 어떠한 파장 의존성도 없이 가시광선 파장 범위에 걸쳐 투과광이 균일하게 감소되며 표면 상에서의 반사가 억제된 광학 필름을 얻을 수 있다. 상술한 바와 같이, 초기 단계에서 단파장측으로부터 장파장측으로 감에 따라 투과율이 점진적으로 증가하도록 사전에 설정되어 있으며, 그에 따라 열처리가 완료된 후의 광학 특성 변화가 보상된다. 유전체 필름들과 광 흡수 필름들의 증착 순서와 적층 구조를 이루는 이 필름들의 두께들을 최적화함에 따라, 상술한 바와 같은 디자인을 자유롭게 얻을 수 있다. 열처리가 수행될 때, 장파장측으로부터 단파장측으로 갈수록 투과율이 증가하는 경향이 발생한다. 따라서, 초기 편향이 상쇄되며, 그 결과로 매우 평탄한 투과 특성이 가시광선 파장 범위에서 얻어질 수 있다.
ND 필터의 광학 필름에 구비된 광 흡수 필름 또는 유전체 필름의 적어도 한 층의 두께를 면내 방향에 있어서 변화시켜 ND 필터의 투과율이 면내 방향에 있어서 변하는 농도 가변형 ND 필터를 제공함으로써, 해상도 저하가 없으면서도 열화가 방지된, 고해상도이고 장수명화된 ND 필터 및 이를 구비한 장치를 제공할 수 있다.

Claims (7)

  1. 평면을 갖는 투명 기판; 및
    투명 기판의 평면 상에 형성되고, 광 흡수 필름과 유전체 필름의 층들을 포함하는 적층 구조를 가지며 가변 투과 농도를 갖는 광학 필름;을 구비하되,
    적층 구조의 광 흡수 필름의 적어도 한 층의 두께 및 유전체 필름의 적어도 한 층의 두께가 투명 기판의 면내 방향에 있어서 변화되어, 광학 필름 적층의 투과 농도가 면내 방향에 있어서 변화하며,
    입사하는 광의 파장이 450 내지 750 nm인 영역에서 5% 이하의 반사율을 갖는 것을 특징으로 하는 ND 필터.
  2. 제 1항에 있어서,
    적층 구조에 포함된 광 흡수 필름 및 유전체 필름의 두께가 투명 기판의 면내 방향에 있어서 연속적으로 변화되어, 광학 필름 적층의 투과 농도가 면내 방향에 있어서 연속적으로 변하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 ND 필터.
  3. 제 1항에 있어서,
    광 흡수 필름은 Ti, Cr, Ni, NiCr, NiFe, NiTi 및 그것의 혼합물로부터 선택된 재료로 형성되고, 유전체 필름은 SiO2, Al2O3 또는 그것의 화합물로 형성된 것을 특징으로 하는 ND 필터.
  4. 제 1항에 있어서,
    유전체 필름과 광 흡수 필름은 소정의 두께 및 소정의 순서로 연속적으로 적층되어 투명 기판의 평면에 입사한 광의 반사를 방지하는 것을 특징으로 하는 ND 필터.
  5. 제 1항에 있어서,
    광 흡수 필름은 금속 재료의 증기 증착에 의해 형성되고, 광 흡수 필름은 광 흡수 필름의 증기 증착 중 산소를 포함하는 혼합 가스가 유입되는 동안 형성된 금속 재료의 산화물을 포함하며, 증기 증착 중 진공도는 1×10-3Pa 내지 1×10-2Pa로 유지되는 것을 특징으로 하는 ND 필터.
  6. 제 5항에 있어서,
    광학 필름은 10% 이상의 산소를 포함하는 가스 분위기 하에서의 열 에이징 처리(thermal aging treatment)를 받아 광학 필름의 광학 특성 변화가 포화되는 것을 특징으로 하는 ND 필터.
  7. 제 1항 내지 제 6항에 따른 ND 필터를 장착한 조리개 날개를 갖는 개구 조리개 장치.
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